電弧焊接方法和設備技術

一種用于把熔化金屬從行進的焊絲上淀積到在兩個并置的板之間的接合部中的一個焊接熔池中的電弧焊接設備，所述接合部沿著一個焊接路徑延伸并通過會聚壁而形成，所述設備包括：帶有焊絲出口的一個觸頭保持件；一個開關電源，所述行進的焊絲限定了所述觸頭保持件與所述焊接熔池之間的一個電極伸出；用于檢測所述伸出的長度的一個電路；以及，用于作為所述檢測到的伸出長度的函數而調節焊接電流的控制裝置。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電弧焊接技術，且更具體地說涉及適用于管道焊接(特別是在開放根部接合中的根部通過期間)的電弧焊接的方法和設備。短路型電弧焊接是本領域中已知的，象俄亥俄州Cleveland的Lincoln電氣公司銷售并在授予Stava的美國專利第5,001,326號的背景部分中描述的STT焊接機，該專利在此被引作參考文獻，以說明STT焊接機的細節和用于實施本專利技術的某些特征。本專利技術采用了高頻開關電源，較好地采用一個逆變器。可使用基于逆變器的各種焊接機；然而，一種有代表性的焊接機作為逆變焊接機而在在此引用的Blankenship的美國專利第5,351,175號中得到了描述。俄亥俄州Cleveland的Lincoln電氣公司銷售的STT電弧焊接機已經被用于管道焊接，其中來自行進的焊絲的熔化金屬淀積到相鄰管道段的兩個并置的端部之間的開放根部接合部中的焊接熔池中。該開放根部接合部沿著圓形的路徑在管道的周圍延伸，該路徑可能會由于軸向偏離而有所變化。管道段之間的接合部是通過使彼此相距且大體平行地終止的壁會聚而形成的，以限定一個分離間隙，該間隙被稱為開放根部。管道段或板的端部之間的隙不是一個固定的距離，因而焊接機在開放根部周圍行進時會遇到具有各種間隔的間隙。如在Stava的美國專利第5,001,326中所描述的，該STT焊接機帶有一個觸頭保持件，而行進的焊絲通過它，從而使焊接電流能夠直接通過該保持件而到達行進的焊絲并隨后進入形成在管道段的端部之間的焊接熔池中。該熔池橋接該隙，以形成管道焊接操作的根道。該STT焊接機采用了高頻開關電源，以產生分明的短路電流波形。這種頻率涉及到電源的操作頻率而不涉及焊接過程的頻率。在焊接領域中的電極的伸出或延伸是觸頭保持件與焊接熔池之間的距離。當相鄰的管道段形成的板的端部之間的間隙變化時，管道焊接操作中的電弧焊接的第一次通過形成的熔池改變形狀。這種改變產生了管道焊接過程中的已知的問題。如在Stava的美國專利第5,001,326號中描述的，作為STT電弧焊接機的高頻開關電源的目的，是在焊絲向著熔化的熔池行進時，保持電極的端部上的熔化金屬球的均勻的體積。該專利公布了STT的控制系統如何能夠被用來檢測和測量形成電極端部上的熔化金屬球的實際瓦數。這種瓦數被設定為一個范圍，并被從一個焊接周期保持到下一個周期。當電極的伸出改變時，焊接電流得到調節，以根據在焊接操作開始時獲得的預置的基準瓦數來保持一個恒定的瓦數。以此方式，在各個焊接周期中產生電流尺寸恒定的球。當采用STT電弧焊接機時，如果焊接電流輸入端發生改變以補償電極伸出的改變，則短路頻率將改變。這種改變的頻率不是電源的開關頻率，而是焊接短路頻率。當電極伸出減小時，在行進的球中的熔化金屬的體積減小，且弧長度略微減小。熔化金屬球的尺寸的這種減小造成了焊接操作中短路電路之間的時間的減小。這增大了短路頻率，如由單位時間的短路次數所確定的。相反，如果電極延伸或伸出增加，電極的熱量增加。如果沒有電流調節，在行進的焊絲端部上的熔化金屬的體積增大。這略微增大了弧長度，從而增大了短路電路之間的時間，而減小了焊接機的短路頻率。這種管道焊接STT使用中的頻率改變還沒有被作為測量參數。該STT被用于管道焊接，以允許手動穿過控制和使熱量進入熔池；然而，它沒有解決把第一個道置入一個開放根部接合部時間隙的寬度變化所面對的問題。Stava的美國專利第5,001,326沒有教導在STT焊接機的使用中測量伸出以保持給定的球尺寸的方法。在電極或焊絲被短路時，短路的電極上的電壓降得到測量和記錄。焊接電流的值在此測量期間是基本固定的。因此，檢測或測量的電壓與焊絲的伸出成正比。這種測量的伸出電壓在幾個周期上得到平均，并隨后被存儲在諸如電容器的存儲器中。在Stava專利中，該存儲值在隨后的焊接周期中被乘以電流峰值。這種相乘的結果是各個焊接周期期間的瓦數的一種量度。計算出的瓦數被存儲在諸如電容器的存儲器中，并被稱為“基準瓦數”。這種基準瓦數是在焊接開始時根據一種得到調節的伸出而獲得的。隨后，該基準瓦數被用來與即時瓦數進行比較。一個控制軟件程序把該即時瓦數保持在基準瓦數。這種總體控制方案，如在Stava的美國專利第5,001,326號中所示，被用來在焊絲在短路條件期間向著熔池行進時保持焊絲端部上的熔化金屬的固定體積，而不論伸出的改變如何。沒有教導在焊接過程中改變伸出以控制焊接過程。沒有教導改變單個的通過期間產生的熱量。行進的焊絲的伸出被用來在焊接周期的焊絲熔化部分中保持恒定的瓦數。把諸如STT電弧焊接機的高頻開關電源用于管道焊接是眾所周知的。然而，當在第一次通過期間把根道置于管道段之間的開放根部接合部中時，電源不能自動地補償管道段之間的間隙的改變。當間隙寬時，熔池落入間隙。當間隙窄時，熔池不穿過間隙。因此，需要用手動來應付所產生的變化。需要在管道焊接或其他重板焊接中遇到的開放根部接合部中控制初始道的焊接操作。Lincoln電氣公司銷售的STT焊接機是一種短路弧焊接機，它是在高頻開關網絡上工作的，以產生如Stava的美國專利第5,001,326號中的圖4所示的電流曲線。這種焊接機在商業上是成功的；然而，它不具有相同的恒定電壓焊接機的能力，其中焊接熔池的溫度能夠只由電極的伸出的改變來控制。這是對焊接機產生STT電流曲線的一種限制。因此，管道焊接中重要的熔池溫度，當通過干涉或預置焊接電流而使用STT焊接機時，得到了調節。即使有這種限制，該STT焊接機也比產生過度的熔池熱量的恒定電壓焊接機優越。本專利技術涉及在諸如管道焊接的板焊接過程的開放根部接合部中設置第一道的設備和方法。這種方法和設備采用了高頻開關電源，較好地是來自林肯電氣公司的STT焊接機。本專利技術將結合這種類型的電弧焊接機和管道焊接中的根道的采用而得到描述；然而，本專利技術是范圍比這要寬得多，并可被用于被用在諸如重板端部和管道段端部之間的第一次通過的開放根部通過的其他電弧焊接機。本專利技術還可被用于開放根部接合部中隨后的通過。根據本專利技術，該電弧焊接機自動補償間隙的改變。這種調節不保持恒定的瓦數，如在在此引用的Stava專利中所公布的。該專利公布了一種作為STT焊接機而銷售的高頻焊接機，和對在焊接過程中測量焊絲的伸出的教導。在焊接過程中測量伸出的能力，沒有被用在商業STT上，但被用在本專利技術的最佳實施例中。當在管道焊接過程中設置初始根道時經歷的間隙變化，可由即時伸出來確定。當焊接具有變化的寬度的間隙的開放根部接合部時，熔化的金屬熔池在間隙寬時下凹通過間隙。這種物理現象導致了焊絲伸出的增大。這種伸出能夠被Stava專利中顯示的電路檢測。當然，幾個電路可采用不同的高頻電源來測量即時伸出。如果該間隙太窄，初始根道不穿過到間隙中。伸出減小。當采用短路過程時，這種減小的伸出被諸如Stava中顯示的電路所檢測。因此，本專利技術是測量即時伸出以確定焊接過程中的板之間的間隙的構思。伸出測量確定了熔池加熱所需的改變。因此，焊接電流在間隙窄時增大，并在間隙寬時減小。通過采用伸出測量，本專利技術能夠被用于控制焊接接合中的焊接。如果采用逆變焊接，其中焊絲在沿著間隙的焊接過程中跨過間隙作橫向移動，電極伸出在焊絲接近形成接合部的發散壁時變化。因此，伸出的測量，在電極在開放根部焊接過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電弧焊接設備，用于把熔化金屬從一個行進的焊絲上淀積到兩個并置的板之間的一個開放根部中的一個焊接熔池中，所述根部沿著一個焊接路徑延伸并通過會聚終止于大體平行相距的壁而形成以限定一個間隙，所述設備包括：帶有一個焊絲出口的觸頭保持件；在所述焊絲從所述出口向著所述根部移動時把焊接電流送至所述焊絲的開關電源，所述行進的焊絲限定了所述觸頭保持件與所述焊接熔池之間的一個電極伸出；用于檢測所述伸出的長度的電路；以及，用于作為所述檢測到的伸出長度的函數來調節所述焊接電流的控制裝置。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：俄里歐特K斯塔瓦，克里斯托弗舒，彼得尼科爾森，
申請(專利權)人：林肯環球有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]