集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊接裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊接裝置及方法，其針對埋弧焊技術(shù)，將預(yù)熱后的焊絲和埋弧焊的燃弧焊絲并列平行集成在一起，利用燃弧焊絲上電弧的多余能量來熔化預(yù)熱后的焊絲，從而在不改變熱輸入的情況下大大提升熔覆率，提高焊接速度，焊絲集成方式包括預(yù)熱焊絲在兩個燃弧焊絲之間以及燃弧焊絲在兩個預(yù)熱焊絲之間，熱絲的溫度由溫度控制系統(tǒng)通過負反饋控制，可以智能調(diào)節(jié)，維持焊接過程的穩(wěn)定性，本發(fā)明應(yīng)用在埋弧焊領(lǐng)域，可以大幅度提升熔覆率，這樣就相應(yīng)地提高焊接速度，同時還可以降低焊接過程的熱輸入，減少工件變形，獲得平滑的蓋面，裝置內(nèi)焊絲并列平行放置，所以所占空間較小，操作簡單靈活，便于工業(yè)推廣。
【專利說明】集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域的埋弧自動焊接技術(shù)，具體的說是一種將燃弧焊絲和預(yù)熱焊 絲集成在一個焊槍內(nèi)，利用燃弧焊絲的多余能量來熔化已經(jīng)預(yù)熱的焊絲，從而在不影響焊 接過程熱輸入及穩(wěn)定性的同時大大提升熔覆率的焊接裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 埋弧自動焊是一種通過熔融焊劑形成保護區(qū)域，電弧在其中燃燒進行焊接的一種 高效率的大線能量的熔化極焊接方法，由于可以采用多絲自動焊接方式，因此其效率優(yōu)勢 明顯，但是大線能量帶來的過熱等現(xiàn)象也極大地限制了這種技術(shù)在管線鋼、高強鋼等熱敏 感材料焊接中的應(yīng)用。因此如何在相對減小熱輸入的同時增加填充金屬的熔敷效率是促進 這種方法進一步應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 目前在工業(yè)上采用的多絲多弧埋弧焊方法，在焊接一些厚板焊接結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)應(yīng) 用多達3~6臺送絲電機，可同時進行3~10根焊絲的多弧焊，這種多絲多弧焊確實可以提 高焊接效率，但這種多絲多弧焊方法提高焊接效率的實質(zhì)是通過提高線能量的方法來實現(xiàn) 的，高的熱輸入引起母材的熱影響區(qū)晶粒粗化，產(chǎn)生局部軟化現(xiàn)象，使得熱影響區(qū)的力學(xué)性 能不均勻，影響焊接質(zhì)量和使用性能。另外當焊絲過多時，整個焊接設(shè)備就會變得十分復(fù) 雜、龐大，焊前準備繁瑣，操作性變差，所以適用范圍很窄。目前常用的多絲焊主要包括雙絲 焊或者三絲焊，對于雙絲埋弧焊，有雙燃弧焊絲埋弧焊以及填絲埋弧焊，即一個燃弧焊絲， 另一根焊絲從側(cè)面送入熔池。雙絲或者三絲埋弧焊都存在電弧能量多余的問題，填絲雙絲 埋弧焊利用了多余的電弧能量，但是由于它是從側(cè)面送入熔池，所以焊絲不容易準確進入 到電弧的中心位置，這樣容易導(dǎo)致焊接過程不穩(wěn)定，同時，單側(cè)插入焊絲也會使燃弧焊絲周 圍的磁場不對稱，導(dǎo)致磁偏吹，影響電弧的穩(wěn)定性。另外雙絲埋弧焊在原來單絲的基礎(chǔ)上只 添加了一個焊絲，熔覆率以及焊接速度的增加相比較而言不是很明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明針對上述問題，提出了在兩根燃弧焊絲中間放入一根絕緣的熱絲或者在一 根燃弧焊絲的兩旁加入兩根絕緣的熱絲，這樣燃弧焊絲不超過兩個，遠低于大規(guī)模多絲焊 的燃弧焊絲的數(shù)量，可以有效降低熱輸入，避免母材的熱損傷，另外兩種排列方式都具有高 熔覆率的優(yōu)點，只是側(cè)重點不同，前者有兩個燃弧焊絲，熱輸入相對較大，可以用于厚板或 者窄間隙埋弧焊，后者只有一個燃弧焊絲，有兩個熱絲，這樣熱輸入就相對較小，適合于厚 度不大的板材或者大坡口焊接。同時，熱絲和燃弧焊絲集成在一起，有效簡化了設(shè)備的復(fù)雜 程度，操作更簡單方便，由于各焊絲平行放置，兩側(cè)焊絲基本對稱，所以不會受到磁偏吹的 影響，電弧不會側(cè)偏。在兩根燃弧焊絲中間放入一根絕緣的熱絲排列方式中，熱絲在兩個 電弧的中間，所以電弧多余的熱量足夠其熔化；在一根燃弧焊絲的兩旁加入兩根絕緣的熱 絲的排列方式中，熱絲和燃弧焊絲相互靠近，沿著一個方向送進，熱絲很容易進入電弧的中 心，所以也能夠順利熔化。如果熱絲和燃弧焊絲的尺寸和送絲速度相近，那么集成智能可調(diào) 溫式熱絲埋弧焊技術(shù)相比于普通埋弧焊的熔覆率提高了 200%，相比于雙絲埋弧焊也提高了 50%。所以該技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)勢和目的通過以下措施實現(xiàn)： 一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置，設(shè)有弧焊電源、熱絲電源、紫銅導(dǎo)電嘴、陶瓷 管、上下兩個電極圈、熱絲以及燃弧焊絲，其特征在于還設(shè)有熱絲溫度智能反饋調(diào)節(jié)裝置， 包括熱信號采集銅片、溫度控制系統(tǒng)，其中弧焊電源通過紫銅導(dǎo)電嘴給燃弧焊絲供電，產(chǎn)生 焊接電弧，熱絲電源通過上下兩個電極圈給需要預(yù)熱的焊絲供電，電流通過焊絲產(chǎn)生電阻 熱從而加熱焊絲，熱信號采集銅片固定在紫銅導(dǎo)電嘴的熱絲出口端，熱電偶一端連接在信 號采集銅片上，另一端接入溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和弧焊電源以及熱絲電源連接。
[0006]本發(fā)明中溫度控制系統(tǒng)的開關(guān)啟動后，首先是溫度控制系統(tǒng)作用，熱絲電源開始 工作，焊絲達到溫度設(shè)定值后弧焊電源才開始工作，進行焊接過程，即溫度控制系統(tǒng)上設(shè)有 整個設(shè)備的總開關(guān)。
[0007]本發(fā)明中利用燃弧焊絲產(chǎn)生電弧的多余熱量來熔化預(yù)熱后的焊絲，焊絲在進入熔 池前已處于高溫狀態(tài)，所以一旦進入電弧就會立即熔化，熱絲的送絲速度同樣影響焊接過 程的穩(wěn)定以及焊后的焊縫成型，所以選擇等速送絲，焊前設(shè)定一個比較合適、可以穩(wěn)定焊接 的溫度參數(shù)，依據(jù)溫度控制系統(tǒng)來調(diào)整熱絲電流，保證焊絲進入熔池前已經(jīng)達到設(shè)定溫度， 焊接開始前，要先將熱絲焊絲剪至焊槍的出口端，使其與燃弧焊絲之間有一個長度差，這樣 可以保證熱絲在電弧穩(wěn)定燃燒之前不會先于燃弧焊絲進入熔池，這樣可以避免熱絲過早地 插入熔池，影響焊縫成型。
[0008]本發(fā)明中導(dǎo)電嘴的材料為紫銅，燃弧焊絲與導(dǎo)電嘴直接接觸，熱絲與導(dǎo)電嘴之間 套有陶瓷管，從而保證熱絲與燃弧焊絲之間絕緣。
[0009]本發(fā)明中熱絲和燃弧焊絲的材料可以不同，可以按照需要進行合金元素的補充。 焊絲直徑范圍為1.6飛mm。
[0010] 本發(fā)明中熱絲的送絲速度可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為5(Tl000cm/min，熱絲的送絲速度 在焊前設(shè)定好，焊接過程中保持不變。
[0011] 本發(fā)明中預(yù)熱焊絲用電極圈的材料為紫銅，電極圈的規(guī)格按照焊絲的規(guī)格來制 造，保證其與焊絲一直接觸，上電極圈卡在焊槍凹槽里，下電極圈與陶瓷管連接，確保兩個 電極圈與導(dǎo)電嘴均絕緣。
[0012] 本發(fā)明中上下兩個電極圈給熱絲焊絲供電，焊絲靠電阻熱加熱，熱絲電源輸出直 流或者交流電，電流范圍為(T500A，熱絲的預(yù)熱溫度為(TlOOCTC?；『鸽娫纯梢赃x用單電 源同時給兩個燃弧焊絲供電，也可以用兩個電源分別單獨給燃弧焊絲供電。
[0013]本發(fā)明中三條焊絲之間相互平行，焊絲之間有間隔，間隔范圍為2?15mm。熱絲與 燃弧焊絲的排列方式包括兩種：一是中間為熱絲，兩旁為燃弧焊絲，另一種是中間為燃弧焊 絲，兩旁為熱絲。兩者都具有高熔覆率的優(yōu)點，只是側(cè)重點不同，前者有兩個燃弧焊絲，熱輸 入相對較大，可以用于厚板或者窄間隙埋弧焊。后者只有一個燃弧焊絲，有兩個熱絲，這樣 熱輸入就相對較小，適合于薄板或者大坡口焊接。對于中間為燃弧焊絲、兩旁為熱絲的排列 方式，熱絲的陶瓷管在焊槍出口處需要偏向中心，從而使得兩個熱絲都能伸入電弧中心，提 高電弧熱量的利用率。
[0014]本發(fā)明中熱信號采集銅片固定在熱絲出口端的上部，靠近出口端并與焊絲直接接 觸，銅片與熱電偶連接在一起，熱電偶為S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶中的任意一種。 熱電偶連接到溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)與熱絲電源連接，三者之間形成一個負反饋。 [0015]本發(fā)明中還包括一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊的焊接方法，具體步驟如下： 步驟一：焊前要調(diào)節(jié)好燃弧焊絲和熱絲的伸出長度，需要將熱絲焊絲剪至焊槍出口處， 使其與燃弧焊絲之間有一個長度差，差值為:TlOmm。
[0016] 步驟二：清理焊道，將焊槍對中，按照試驗參數(shù)設(shè)定燃弧焊絲以及熱絲的送絲速 度。設(shè)定熱絲的預(yù)熱溫度。
[0017] 步驟三：打開焊劑開關(guān)，焊劑落到焊道里，直至覆蓋住三個焊絲。
[0018] 步驟四：開啟溫控裝置，熱絲電源開始工作，當熱絲溫度達到設(shè)定值后，弧焊電源 開始工作，燃弧焊絲啟弧，行走機構(gòu)啟動，開始焊接過程。
[0019] 步驟五：焊接過程完成，關(guān)閉熱絲送絲機、弧焊電源、熱絲電源以及溫度控制系統(tǒng) 步驟六：收集焊劑，清渣，清理焊縫表面。
[0020] 本發(fā)明提出的集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置針對所焊材料和尺寸的不同，包 含兩種集成方式，利用埋弧焊電弧多余的能量來熔化預(yù)熱焊絲，裝置集成度高，相比于普通 的埋弧焊，有以下幾個優(yōu)點： (1)焊接過程穩(wěn)定。之前傳統(tǒng)的填絲埋弧焊的填充焊絲都是從側(cè)面送入熔池，所以焊 絲不容易準確地進入到電弧的中心位置，這樣容易導(dǎo)致焊接過程不穩(wěn)定，同時，單側(cè)插入焊 絲也會導(dǎo)致磁偏吹，影響電弧的穩(wěn)定性。本發(fā)明中的填充焊絲與燃弧焊絲相互平行且靠近， 兩種排列方式都可以充分地利用電弧的多余能量，不需要進行精確地調(diào)整和控制。熱絲的 送絲速度可以單獨設(shè)定，同時溫度控系統(tǒng)可以保證熱絲送出時的溫度，所以不會出現(xiàn)熱絲 插入熔池的情況。另外由于裝置呈對稱狀態(tài)，所以電弧不會受到磁偏吹的影響，可以穩(wěn)定燃 燒。
[0021] (2)提升熔覆率。焊接過程中，熱輸入制約了埋弧焊生產(chǎn)率的提高。母材 所能承受的熱輸入始終限定了生產(chǎn)率的上限。而采用集成智能可調(diào)溫式熱絲技術(shù)， 可以利用埋弧焊工藝中的富余能量熔化更多的焊絲。焊接熱輸入的計算公式為：
【權(quán)利要求】
1. 一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置，設(shè)有弧焊電源、熱絲電源、紫銅導(dǎo)電嘴、陶 瓷管、上下兩個電極圈、熱絲以及燃弧焊絲，其特征在于還設(shè)有熱絲溫度智能反饋調(diào)節(jié)裝 置，包括熱信號采集銅片、溫度控制系統(tǒng)，其中弧焊電源通過紫銅導(dǎo)電嘴給燃弧焊絲供電， 產(chǎn)生焊接電弧，熱絲電源通過上下兩個電極圈給需要預(yù)熱的焊絲供電，電流通過焊絲產(chǎn)生 電阻熱從而加熱焊絲，熱信號采集銅片固定在紫銅導(dǎo)電嘴的熱絲出口端，熱電偶一端連接 在信號采集銅片上，另一端接入溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和弧焊電源以及熱絲電源連 接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置，其特征在于熱絲和 燃弧焊絲的材料不同，焊絲直徑范圍為1.6飛mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置，其特征在于熱信號 采集銅片固定在熱絲出口端的上部，靠近出口端并與焊絲直接接觸，銅片與熱電偶連接在 一起，熱電偶為S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶中的任意一種，熱電偶連接到溫度控制 系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)與熱絲電源連接，三者之間形成一個負反饋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊裝置，其特征在于預(yù)熱焊 絲用電極圈的材料為紫銅，電極圈與焊絲一直接觸，上電極圈卡在焊槍凹槽里，下電極圈與 陶瓷管連接，兩個電極圈與導(dǎo)電嘴均絕緣。
5. -種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊的焊接方法，具體步驟如下： 步驟一：焊前要調(diào)節(jié)好燃弧焊絲和熱絲的伸出長度，需要將熱絲焊絲剪至焊槍出口處， 使其與燃弧焊絲之間有一個長度差，差值為:TlOmm ; 步驟二：清理焊道，將焊槍對中，按照試驗參數(shù)設(shè)定燃弧焊絲以及熱絲的送絲速度。設(shè) 定熱絲的預(yù)熱溫度； 步驟三：打開焊劑開關(guān)，焊劑落到焊道里，直至覆蓋住三個焊絲； 步驟四：開啟溫控裝置，熱絲電源開始工作，當熱絲溫度達到設(shè)定值后，弧焊電源開始 工作，燃弧焊絲啟弧，行走機構(gòu)啟動，開始焊接過程； 步驟五：焊接過程完成，關(guān)閉熱絲送絲機、弧焊電源、熱絲電源以及溫度控制系統(tǒng)； 步驟六：收集焊劑，清渣，清理焊縫表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊方法，其特征在于熱絲的 送絲速度調(diào)節(jié)范圍為50?1000cm/min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊方法，其特征在于上下兩 個電極圈給熱絲焊絲供電，焊絲靠電阻熱加熱，熱絲電源輸出直流或者交流電，電流范圍為 (T500A，熱絲的預(yù)熱溫度為(Tl000°C，弧焊電源選用單電源同時給兩個燃弧焊絲供電，或用 兩個電源分別單獨給燃弧焊絲供電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成智能可調(diào)溫式熱絲埋弧焊方法，其特征在于三條焊 絲之間相互平行，焊絲之間有間隔，間隔范圍為2~15mm，熱絲與燃弧焊絲的排列方式包括兩 種：一是中間為熱絲，兩旁為燃弧焊絲，另一種是中間為燃弧焊絲，兩旁為熱絲。兩者都具有 高熔覆率的優(yōu)點，只是側(cè)重點不同，前者有兩個燃弧焊絲，熱輸入相對較大，可以用于厚板 或者窄間隙埋弧焊，后者只有一個燃弧焊絲，有兩個熱絲，這樣熱輸入就相對較小，適合于 薄板或者大坡口焊接。對于中間為燃弧焊絲、兩旁為熱絲的排列方式，熱絲的陶瓷管在焊槍 出口處需要偏向中心，從而使得兩個熱絲都能伸入電弧中心，提高電弧熱量的利用率。
【文檔編號】B23K9/18GK104400197SQ201410506911
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】張鴻昌 申請人:張鴻昌