弧形板-管熔化極氣體保護自動焊接方法技術

一種用于焊接弧形管板與管子相交形成的空間曲線角焊縫的自動焊接方法，用焊絲（焊槍）外移法保持焊絲伸長變化與焊接電流變化之間的關系，且遵循Δｈ＝Ｋ×ΔⅠ×ｃｏｓα的規律而變化，用于該焊接方法的專用自動焊機，具有以焊接電流為傳感器的高度自動跟蹤系統及由霍爾元件及微機組成的檢測處理系統，在焊接過程中，由微機系統檢測和處理焊接電流的變化值，并指令機械執行機構自動調節焊槍高度，實時適應焊縫位置變化的需要，實現弧形管板空間曲線焊縫的自動焊接。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于焊接弧形管板與管子相交形成的空間曲線角焊縫的焊接方法及其專用焊機。在工業換熱器、工業鍋爐上的板與管的相貫焊縫有兩種，一種是平板與管垂直相交形成的平面圓形焊縫;另一種是弧形板與管子相交形成的空間曲線焊縫。前一種焊縫的焊接，在國內外的生產中早已實現自動化焊接，如意大利的A22型管板自動焊機，北京市精藝技術開發公司的類似產品等。這些設備都沒有高度跟蹤功能，不能焊接弧形管板焊縫，只能用于平板管垂直相交焊縫。而后一種焊縫至今還是采用手工電弧焊方法焊接。其焊接效率低，焊接質量不穩定，而且耗費材料和能源多。本專利技術的目的在于，提供一種弧形管板自動焊接方法及其專用焊機，以改變弧形管板空間曲線焊縫的手工方法焊接，實現其焊縫的自動化焊接，并能保證焊縫高度跟蹤的精度和穩定性。本專利技術的目的是這樣實現的在進行弧形管板與管子相交形成的空間曲線角焊縫的自動焊接時，采用焊絲(焊槍)外移法來保持焊絲伸長變化與焊接電流變化之間的函數關系。焊槍(焊絲)高度相應調解值△h與焊接電流變化量△Ⅰ、單位電流焊絲伸長的變化量K及焊絲與鋼管軸線的夾角α有關，且遵循△h＝K×△Ⅰ×cosα的規律而變化。焊絲(焊槍)外移的有效范圍為2±0.5mm。使用弧形管板自動焊接方法而專門設計的專用自動焊機，主要由控制裝置、機械執行機構、焊槍及焊接電源組成，具有以焊接電流為傳感器的高度自動跟蹤系統及由霍爾元件和微機組成的檢測處理系統。在焊接過程中，由微機系統檢測和處理焊接電流的變化值，提取指令信號，并指令機械執行機構自動調節焊槍的高度，實時適應焊縫位置變化的需要，實現弧形管板空間曲線焊縫的自動焊接。本專利技術方案所依據的科學原理如下1.焊絲伸長變化與焊接電流變化的函數關系熔化極氣體保護焊使用恒壓電源等速送絲，焊接電流大小取決于送絲速度快慢，當電壓給定、送絲速度給定時，通常焊接電流亦是恒定的。然而，當焊槍與焊縫的間距發生變化時，也引起焊接電流發生變化。焊絲伸出長度變短(相當于焊槍與焊縫的間距變小)，則焊接電流增大，反之亦然。二者的關系可用下式表達△l＝K×△Ⅰ......(1)式中△l_焊絲伸長變化量(mm)△Ⅰ_焊接電流變化量(A)K_電流急劇增加(或減少)1A時所對應的焊絲伸長變化值(mm/A)，可稱焊絲伸長變化系數，不同的焊接參數組合，K值也不同，可通過焊接試驗測定。考慮這一特性，利用霍爾元件和微機系統將焊絲伸長變化引起的電流變化值采集出來，經過處理，提取指令信號，并指令執行機構調節焊槍高度，使焊絲干伸長保持相對穩定。2.焊縫高度變化與焊絲伸長變化的函數關系采用焊絲(焊槍)外移法，保持焊縫高度變化與焊絲伸長變化的函數關系。焊接管板角焊縫時，焊絲應處于管板角分線，即指向管板的交點。正常焊接時，電弧處在相貫線上，當焊縫位置變高，即弧形板面與焊槍的間距變短，電弧移向弧形板，則焊絲伸出長度亦變短，電流增大，也就是說焊縫高度變化與焊絲伸長變化保持函數關系;當焊縫位置變低，即弧形板與焊槍距離增大，則電弧向管壁靠近，但由于管壁與焊槍相對位置恒定，則焊絲伸長不變，電流亦不變化，這一函數關系則不存在。通常焊接時，焊絲指向示意圖如圖3所示，為保持焊縫高度變化與焊絲伸長變化之間的函數關系，本專利技術采用焊絲外移法，即將焊絲從角分線處向外(離鋼管軸線)移動一段距離(2±0.5mm)，并減小焊絲與鋼管軸線間的夾角(20°～30°為宜)，外移法焊接時，焊絲指向示意圖如圖4所示，這樣電弧始終是靠近弧形板處燃燒，焊縫高度在一定范圍內變化，均會引起焊絲伸長的變化，焊接電流也相應隨之變化，其數學表達式如下△h＝cosα×△l......(2)式中△h_焊縫高度變化量△l_焊絲伸長變化量α_焊絲與管軸線夾角將(1)式代入(2)式，則得△h＝cosα×K×△Ⅰ......(3)對給定某一組焊接參數，cosα×K值亦為常數，則測得電流變化值，即可調整焊槍高度了。由于本專利技術實現了焊接過程的自動化，與手工焊相比，提高生產效率一倍多，一個Ф70mm的弧形管板角焊縫，用手工焊約需40秒(純焊接時間)，用本專利技術技術只需15秒，由于本專利技術技術可以自動跟蹤焊縫高度，使焊接的質量好。用手工焊時，一次試壓合格率在90%以下，采用本專利技術技術則可達97%以上。采用本專利技術技術操作簡單，焊接過程全自動進行，改善了勞動條件，且較手工電弧焊節能30%左右，焊接材料利用率提高20%左右。下面結合附圖對本專利技術進一步說明。圖1為本專利技術自動焊機的結構示意圖。圖2為本專利技術自動焊機的控制裝置示意圖。圖3為通常焊接時，焊絲指向示意圖。圖4為本專利技術外移法焊接時，焊絲指向示意圖。圖1中，1.固定軸2.送絲機3.提升電機4.焊槍調整導軌5.焊槍6.夾裝手柄7.手把8.焊絲盤9.轉盤10.下箱體11.定位芯軸12.平衡器圖2中，13.遙控盒14.控制柜15.焊接電源圖3中，16.原板面17.變化后的板面曾用本專利技術技術試焊過一個弧形管板角焊縫，使用的焊絲是Ф1.0mm的表面鍍銅的HO8Mn2SiA。焊接電壓選24伏，給定標準電流值為170A，高度調整門檻值△Ⅰ為±5A，即當實際焊接電流變化值達到±5A(采樣時間內的平均變化值)時，調整一次焊槍高度，其調整量為△h＝cosα×K×△Ⅰ＝5Kcosα試驗測得這一參數組的K＝0.2mm/A，焊槍傾角α為30°，則高度調整量為0.866mm，也就是說高度跟蹤精度為±0.866mm。上述處理程序均固化在計算機中。焊絲外移量均為2±0.5mm，初始焊絲伸長為13～15mm。下面結合附圖說明一種實施本專利技術方法的專用焊機的細節及其工作過程。在圖1中，將機頭通過平衡器(12)吊掛在吊車上，打開圖2中自動焊機控制裝置中的焊接電源(15)和控制柜(14)的電源開關，使其通電。首先打開焊接電源上輸氣開關，調好保護氣流量。然后通過控制柜中的鍵盤預置焊接參數。如被焊工件鋼管直徑為Ф70mm，則標準焊接參數為焊接電流170A，焊接速度160mm/min.參數預置后，操作工就可進行具體焊接操作了。首先手持焊機的手把(7)將定位芯軸(11)插入待焊鋼管，擰緊夾緊手柄(6)將焊機固定住。將焊槍(5)轉到起焊位置。按動遙控盒(13)上的送絲按鈕，使焊絲盤(8)中的焊絲由送絲機構(2)送進焊槍，并伸出合適的長度(10±2mm)。按動遙控盒上焊槍上下調整手動按鈕，通過提升電機(3)將焊槍調到合適高度(～15mm)。并通過焊槍調整導軌(4)，使焊絲向鋼管與弧形板夾角角分線外側移2mm左右，這一舉措稱為焊絲(焊槍)外移法。使焊接過程中焊絲伸長變化與焊接電流變化之間保持一個函數關系(△L＝K×△Ⅰ)。將遙控盒(13)上的調整按紐打到“自動”位置，轉盤(9)的驅動步進電機定位。按動遙控盒上的起焊按紐，轉盤(9)便圍繞固定軸(1)轉動。并帶動焊槍(5)沿鋼管轉動，同時引弧焊接。焊接過程中，隨著弧形板曲面升降。焊絲伸出長度發生變化，焊接電流亦發生變化，控制柜(14)中的霍爾元件和微機檢測系統檢測出電流變化量。當此變化量達到需調整值時，便指令焊槍提升電機，沿下箱體(10)上的滑道調整焊槍高度，即調整了焊絲伸出長度，實現了高度自動跟蹤，稱為以電流為傳感器的高度自動跟蹤，即使弧形管板與鋼管相交形成的空間曲線焊縫實現自動焊接。當焊槍旋轉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于焊接弧形管板與管子相交形成的空間曲線角焊縫的自動焊接方法，其特征在于，用焊絲（焊槍）外移法保持焊絲伸長變化與焊接電流變化之間的函數關系，焊槍（焊絲）高度相應調解值△ｈ與焊接電流變化量△Ｉ、單位電流焊絲伸長的變化量Ｋ及焊絲與鋼管軸線的夾角α有關，且遵循△ｈ＝Ｋ×△Ｉ×ｃｏｓα的規律而變化；焊絲（焊槍）外移的有效范圍為２±０. ５ｍｍ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋寶天，徐春志，王林，于丹，鄒萍，韓松，王連東，李兆和，
申請(專利權)人：機械工業部哈爾濱焊接研究所，
類型：發明
國別省市：23[中國|黑龍江]