水平對(duì)接接頭熔敷焊接設(shè)備及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水平對(duì)接接頭焊接，更特別地，涉及用于熔敷焊接水平對(duì)接接頭的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法可通過(guò)包括焊接根部部分的熔敷焊接來(lái)焊接接頭。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，對(duì)接接頭焊接將通過(guò)焊接來(lái)連接彼此面對(duì)的基材，并且當(dāng)連接鐵板時(shí)經(jīng)常用到對(duì)接接頭焊接。
[0003]圖1是示出在進(jìn)行傳統(tǒng)自動(dòng)焊接時(shí)根部焊道之后的焊接狀態(tài)的視圖。
[0004]在圖1中，部分S是剖視圖并且部分P是部分切除的立體圖。下文中，在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和附圖中，部分S指示剖視圖并且部分P指示部分切除的立體圖。
[0005]如圖1中所示，在縱向上彼此面對(duì)的兩個(gè)基材Ia和Ib被水平對(duì)接焊接的情況下，上基材Ia和下基材Ib彼此面對(duì)，并且焊接接頭變成坡口。此外，上基材Ia的坡口向上傾斜，下基材Ib在與平面成直角的坡口狀態(tài)下被焊接。
[0006]如上所述，在使用自動(dòng)機(jī)器對(duì)于水平對(duì)接接頭應(yīng)用藥芯焊絲電弧焊接的情況下，如圖1中所示，上基材Ia和下基材Ib被布置成根據(jù)制造程度而具有不同的間隙3，并且當(dāng)間隙3被填充時(shí)形成根部部分2并且首先在執(zhí)行焊接那側(cè)的背部執(zhí)行根部焊道。在坡口內(nèi)部執(zhí)行熔敷焊接的情況下(在該坡口上形成有根部部分2)，由于熔融金屬的低粘度和作用于熔融金屬的重力，熔融金屬處于焊接電弧的前面，使得電弧形成在熔融金屬上。因?yàn)樾纬稍谌廴诮饘偕系碾娀‰y以充分穿透基材，所以經(jīng)常造成缺陷(諸如，焊接金屬未完全融合和含渣)。
[0007]此外，在低電弧力的情況下，上基材形成未焊接的宏觀橫截面53(參見(jiàn)圖1)。
[0008]電弧力意指推動(dòng)熔池的動(dòng)力，通常與電流的平方和兩倍電壓成正比地增大。在電弧力弱的情況下，也就是說(shuō)，在使用低電流和低電壓的情況下，因?yàn)殡娀“霃?1變小，所以熔融金屬52形成得小。此外，在基材的底表面上形成薄金屬穿透，因?yàn)橥苿?dòng)小熔融金屬52的力也變小，并且只有下基材Ib被焊接在焊接接頭的橫截面上，因?yàn)槿廴诮饘贈(zèng)]有被向上推動(dòng)至上基材Ia的坡口，使得在形成未焊接的宏觀橫截面53的同時(shí)焊接上基材la。
[0009]另外，因?yàn)橥ㄓ煤附泳?0的焊嘴31的外徑是大約8mm，所以在小且窄的空間內(nèi)執(zhí)行擺動(dòng)的情況下，焊嘴接觸坡口并且這樣經(jīng)常造成短路。圖2是示出傳統(tǒng)焊嘴30的視圖。
[0010]為了精確地焊接坡口內(nèi)部，需要五個(gè)至七個(gè)焊道。另外，在焊接坡口內(nèi)部之后，在執(zhí)行表面部分的焊接的情況下，因?yàn)橛捎谌廴诮饘俚牡驼扯群妥饔糜谌廴诮饘俚闹亓Φ挠绊?，?dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)焊珠撓曲，所以有可能的話，頂部焊珠具有四個(gè)或五個(gè)焊道以精確焊接。
[0011]圖3是通過(guò)傳統(tǒng)焊接設(shè)備使用多個(gè)焊道來(lái)焊接厚度是23mm的基材時(shí)焊接部分#1至#6的剖視圖。
[0012]就傳統(tǒng)焊接方法而言，厚度是15_的基材需要八個(gè)焊道，厚度是23_的基材需要10個(gè)至15個(gè)焊道，如圖3中所示。因此，當(dāng)通過(guò)傳統(tǒng)焊接設(shè)備焊接厚度是23mm的基材時(shí)，形成具有上基材未焊接的面的宏橫截面53 (圖3中的焊接橫截面的參考標(biāo)號(hào)1、3、5、8和9的區(qū)域)，因此，必須焊接多個(gè)焊道。
[0013]換句話講，在傳統(tǒng)焊接設(shè)備中，通過(guò)由基材厚度所確定的間隙中形成根部焊道來(lái)形成根部部分2，并且在形成根部部分2之后執(zhí)行坡口內(nèi)部的熔敷焊接。然而，即使在根據(jù)基材厚度執(zhí)行熔敷焊接的情況下，像附圖中示出的被焊接部分#1至#6的橫截面一樣，多層焊道(10個(gè)至15個(gè)焊道)必須以小熔敷量被焊接，因此，通過(guò)減少焊道數(shù)量來(lái)提高生產(chǎn)率是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問(wèn)題
[0015]因此，本發(fā)明致力于解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供水平對(duì)接接頭的自動(dòng)焊接，更特別地，提供用于熔敷焊接水平對(duì)接接頭的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法可在坡口上執(zhí)行熔敷焊接時(shí)形成根部部分的同時(shí)形成熔敷焊接部分，從而實(shí)現(xiàn)熔敷焊接，而熔敷橫截面的內(nèi)部和表面沒(méi)有任何缺陷并且沒(méi)有減少焊道的數(shù)量。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于熔敷焊接水平對(duì)接接頭的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法可防止在熔敷擺動(dòng)焊接期間焊珠在凹槽表面的方向上撓曲和熔融金屬在正切方向上領(lǐng)先。
[0017]技術(shù)解決方案
[0018]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種水平對(duì)接接頭焊接設(shè)備，該水平對(duì)接接頭焊接設(shè)備包括:行進(jìn)裝置部件，其用于將焊嘴垂直或傾斜地朝上基材的坡口和下基材的坡口傳送；焊接炬，其具有焊嘴并且安裝在所述行進(jìn)裝置部件中；銅滑塊裝置，其安裝在所述行進(jìn)裝置部件中并且位于所述焊嘴的焊接方向上，以在所述焊接方向的逆方向上將氣體噴射至熔融金屬；以及控制單元，其用于根據(jù)水平對(duì)接接頭的坡口的位置來(lái)控制焊接條件，以保持不形成如下的宏觀橫截面的固定熔敷量，就該宏觀橫截面而言，未在所述上基材上形成焊接面，其中，所述控制單元使得能夠沿著包括具有多個(gè)連結(jié)點(diǎn)的擺動(dòng)行進(jìn)和對(duì)角行進(jìn)的特定擺動(dòng)圖案?jìng)魉退鲂羞M(jìn)裝置部件，并且控制所述連結(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)間隔中的焊接電流、焊接電壓、焊絲供應(yīng)速度、行進(jìn)速度和連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間以執(zhí)行所述坡口的熔敷焊接。
[0019]所述焊接電流和所述焊接電壓分別具有根據(jù)所述上基材和所述下基材之間的間隙(G)的長(zhǎng)度的初始值，并且所述焊接電流和所述焊接電壓的大小在形成后部焊珠(B)的兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)處變化，以在形成表面焊珠(F)的所述連結(jié)點(diǎn)處與所述坡口的橫截面的垂直寬度成正比地增大。
[0020]就所述停止時(shí)間而言，在用于在所述兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)處進(jìn)行預(yù)加熱以形成所述后部焊珠(B)并且用于產(chǎn)生無(wú)缺陷焊珠的停止時(shí)間是Tl的情況下，執(zhí)行坡口內(nèi)部的焊接的用于形成所述后部焊珠(B)的所述兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)中的每個(gè)處的停止時(shí)間和用于形成所述表面焊珠(F)的所述連結(jié)點(diǎn)之間的每個(gè)連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間是0.2XT1，誤差范圍是大約±10%，用于形成所述表面焊珠(F)的所述連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間是0.8XT1，誤差范圍是大約±10%。
[0021]計(jì)算所述焊絲供應(yīng)速度，以按所述間隙(G)設(shè)置用于形成所述后部焊珠⑶的所述連結(jié)點(diǎn)處的初始值，并且以在用于形成所述后部焊珠(B)的所述連結(jié)點(diǎn)和用于形成所述表面焊珠(F)的所述連結(jié)點(diǎn)之間的所述連結(jié)點(diǎn)處相對(duì)于所述初始值與所述坡口的橫截面的垂直寬度成正比地增加。
[0022]所述銅滑塊裝置包括:后部氣體噴射部件；前部氣體噴射部件；凹槽形式的氣體通道，所述氣體通道形成在所述后部氣體噴射部件和所述前部氣體噴射部件的形成側(cè)的相對(duì)側(cè)，向著焊接方向逐漸變淺，并且所述氣體通道以所述后部氣體噴射部件的后部氣體出口和所述前部氣體噴射部件的前部氣體出口位于焊接方向的相反方向這樣的方式形成。
[0023]通過(guò)所述銅滑塊裝置噴射的氣體的壓力比熔融金屬的領(lǐng)先力強(qiáng)。
[0024]所述行進(jìn)裝置部件包括:正交擺動(dòng)軸部件，其用于將焊接炬在坡口的垂直方向上傳送；行進(jìn)軸部件，其用于將焊接炬沿著坡口移動(dòng)。
[0025]所述焊接炬包括:焊嘴，其具有小于8mm的外徑；絕緣涂覆層，其形成在焊嘴的外周表面上。
[0026]所述行進(jìn)裝置部件包括:電流檢測(cè)傳感器，其用于檢測(cè)焊接電流；電壓檢測(cè)傳感器，其用于檢測(cè)焊接電壓。
[0027]所述控制單元使用電流值和電壓檢測(cè)傳感器的電壓值控制所述行進(jìn)裝置部件的行進(jìn)速度，以保持各單位體積有固定熔敷量。
[0028]在本發(fā)明的另一方面，一種使用水平對(duì)接接頭熔敷焊接設(shè)備進(jìn)行的水平對(duì)接接頭熔敷焊接方法，該水平對(duì)接接頭熔敷焊接設(shè)備包括:行進(jìn)裝置部件，其用于將焊嘴垂直或傾斜地朝上基材的坡口和下基材的坡口傳送；焊接炬，其具有焊嘴并且安裝在所述行進(jìn)裝置部件中；銅滑塊裝置，其安裝在所述行進(jìn)裝置部件中并且位于所述焊嘴的焊接方向上，以在焊接方向的逆方向上將氣體噴射至熔融金屬；控制單元，其控制所述行進(jìn)裝置部件，使所述行進(jìn)裝置部件沿著包括具有多個(gè)連結(jié)點(diǎn)的擺動(dòng)行進(jìn)和對(duì)角行進(jìn)的特定擺動(dòng)圖案進(jìn)行傳送，并且根據(jù)水平對(duì)接接頭的坡口的位置來(lái)控制焊接條件，以保持不形成如下的宏觀橫截面的固定熔敷量，就該宏觀橫截面而言，未在所述上基材上形成焊接面，所述水平對(duì)接接頭熔敷焊接方法包括:焊接電流和焊接電壓計(jì)算步驟，其用于在所述控制單元的作用下計(jì)算在連結(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)間隔中的焊接電路和焊接電壓；停止時(shí)間計(jì)算步驟，其用于在所述控制單元的作用下計(jì)算各連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間；熔敷焊接步驟，其通過(guò)根據(jù)在所述焊接電流和焊接電壓計(jì)算步驟中計(jì)算出的所述連結(jié)點(diǎn)之間的各移動(dòng)間隔的所述焊接電流和所述焊接電壓以及在所述停止時(shí)間計(jì)算步驟中計(jì)算出的各連結(jié)點(diǎn)處的所述停止時(shí)間來(lái)控制焊接機(jī)器和所述行進(jìn)裝置部件，執(zhí)行包括根部焊道的焊接的對(duì)所述坡口的熔敷焊接。
[0029]在所述焊接電流和所述焊接電壓計(jì)算步驟(SlO)中計(jì)算出的所述焊接電流和所述焊接電壓分別具有根據(jù)所述上基材和所述下基材之間的間隙(G)的寬度的初始值，并且在形成后部焊珠(B)的兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)處的焊接電流和焊接電壓的大小變化，以在形成表面焊珠(F)的連結(jié)點(diǎn)處與坡口的橫截面的垂直寬度成正比地增大。
[0030]在用于在所述上基材和所述下基材之間的兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)處進(jìn)行預(yù)加熱以形成所述后部焊珠(B)并且產(chǎn)生無(wú)缺陷焊珠的停止時(shí)間的計(jì)算步驟(S20)是Tl，執(zhí)行坡口內(nèi)部的焊接的用于形成所述后部焊珠(B)的所述兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)中的每個(gè)處的停止時(shí)間和用于形成所述表面焊珠(F)的連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間是0.2XT1，誤差范圍是大約±10%，其中，用于形成所述表面焊珠(F)的連結(jié)點(diǎn)處的停止時(shí)間是0.8XT1，誤差范圍