用于埋弧焊的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于埋弧焊的方法，包括以下步骤：朝向工件引导第一热焊丝(4；4a，4b)并以可变的进给速度引导冷焊丝(22；22a，22b)。所述方法还包括以下步骤：在焊接阶段期间至少连续地测量至少与所述第一热焊丝(4；4a，4b)相关的第一活性焊接参数；至少根据第一活性焊接参数的变化来调节冷焊丝(22；22a，22b)的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。本发明专利技术还涉及一种用于执行所述方法的系统(9)。所述系统(9)包括：热焊丝进给装置(150)，用于朝工件进给第一热焊丝(4；4a，4b)；冷焊丝进给装置(35)，用于以可变的冷焊丝(22；22a，22b)进给速度进给冷焊丝(22；22a，22b)；以及控制单元(31)，用于控制第二焊丝进给装置(35)。所述系统(9)还包括测量装置(27)，适用于至少连续地测量至少与所述第一热焊丝(4；4a，4b)相关的第一活性焊接参数。控制单元(31)确定用于冷焊丝(22；22a，22b)进给速度的目标值，每个目标值对应于第一活性焊接参数值，并且控制所述第二焊丝进给装置(35)以将所述冷焊丝(22；22a，22b)进给速度调节为所述目标值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于埋弧焊的方法和系统
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于埋弧焊的方法以及一种根据权利要求13前序部分所述的埋弧焊系统。
技术介绍
埋弧焊(SAW)是一种以高生产率和高质量为特点的焊接方法，通常用于在较厚的材料上形成更长的焊缝。众所周知，使用自耗电极将焊接电流传导到工件中。焊接电流在自耗电极和工件之间形成电弧，从而在工件上形成焊接熔池。该自耗电极称作热焊丝(hotwire)。埋弧焊的特点是，已熔化的材料和电弧在粉状助焊剂层的下方得到保护。助焊剂在该过程期间部分熔化，从而在焊接熔池上形成熔渣保护层。该过程中使用的电流相对较高，通常每根电极的电流在300-1500安培的范围内。在埋弧焊中使用的电极直径通常为2.5-6mm。在埋弧焊中使用的助焊剂是粒状易熔矿物，通常含有锰、硅、钛、铝、钙、锆、镁的氧化物以及其他复合物例如氟化钙。助焊剂特别被配制成可适用于指定的电极焊丝类型，以使助焊剂和焊丝的组合产生所需的机械性质。所有的助焊剂与焊接熔池反应以生成焊接金属的化学成分和机械性质。如果将镁和硅添加到焊接中，通常认为助焊剂是“活性的”。镁和硅的添加量受电弧电压值和焊接电流值的影响。希望提高SAW工艺的生产率。这一点可以通过提高焊接速度和沉积速率(即，焊接金属实际沉积到工件表面上的速率)来实现。热量输入应该保持在能够保留被焊接的母体材料的机械性质的水平，并且焊缝应该具有一定水平的机械性质。热量输入可以计算如下：其中，Q(kJ/mm)是热量输入，ηSAW是效率因子，I(A)是焊接电流，U(V)是电弧电压，v(mm/min)是焊接速度。提高沉积速率的一种方法是在单个焊接熔池中使用多个热焊丝。通常使用2-3个热焊丝，但是，公知的是最多使用6个热焊丝。在单个焊接熔池中使用一个以上的热焊丝能够提高沉积速率并因此改善焊接的经济性。由于可以给前部热焊丝和后部热焊丝分配不同的任务，因此还能改善焊接质量。热焊丝可以布置成各种不同的设置或形式。例如，热焊丝可以定位成在相对于焊接方向的横向方向上移出，或者定位成在焊接方向上彼此间隔一定距离，或者是上述两种定位方式的组合。如果要在横向方向上将两个或更多个热焊丝移出，那么这些热焊丝可以并排定位。这种定位方式用于表面焊接或者需要宽接缝的特定接缝。并排焊接会导致熔深较浅且宽度更大。可选地，热焊丝定位成在焊接方向上彼此间隔一定距离。在焊接方向上最先定位的热焊丝通常称作前部热焊丝，位于前部热焊丝后方的热焊丝通常称作后部热焊丝。通常，前部热焊丝和后部热焊丝在焊接过程中起到不同的作用。例如，公知的是，控制前部热焊丝以便获得所需程度的熔深，而后部热焊丝控制焊缝的外观、轮廓和填充。也可以以使热焊丝彼此之间分开得较远，在此情况下，由前部热焊丝产生的焊接熔池可以在第二热焊丝到达焊接熔池之前固化。在此情况下，两个热焊丝或多或少地执行两个连续焊接道次的任务。提高沉积速率的另一种方法是，添加一个或多个无需形成电弧即可熔化的自耗电极。这些电极被称作冷焊丝。朝向熔融的焊接熔池连续地进给冷焊丝以充分靠近一个或多个热焊丝，在此通过所述热焊丝产生的热量使冷焊丝熔化。电流可以施加至冷焊丝以用于加热冷焊丝。例如，由WO2012/041375A1可知，能够独立于热焊丝进给速度操控冷焊丝进给速度。由文献JP2205267也可知，能够根据槽的形状控制填充焊丝的进给速度以保持一定的熔池长度。将冷焊丝材料引入焊接熔池中将会改善对焊接合金成分的控制，从而可以得到更好的焊接。优选地将冷焊丝引到由热焊丝产生的电弧附近，或者优选地将冷焊丝引到由热焊丝产生的电弧中(甚至更优选地将冷焊丝引到由多个热焊丝产生的电弧附近或者由多个热焊丝产生的电弧中)。另外，将冷焊丝材料进给到焊接熔池中即可通过优化的焊接参数使得生产率提高多达100％。换句话说，冷焊丝无需增加热量输入就允许更高的沉积速率。与冷焊丝相关联的问题是，在冷焊丝不以均匀的速度熔化或经过熔池撞击母体材料时，冷焊丝有时会加剧焊接过程的不稳定性。这就可能会导致焊接缺陷以及在未熔化的冷焊丝材料的焊接金属中形成夹杂物。本专利技术的第一目标是提供一种用于埋弧焊的方法，所述方法使用至少一个冷焊丝，该方法确保焊接过程的稳定和焊接质量的提高。本专利技术的第二目标是提供一种适用于使用至少一个冷焊丝的埋弧焊系统，该系统确保焊接过程的稳定和焊接质量的提高。
技术实现思路
热焊丝是一种自耗电极，其连接到电源上以保持所述自耗电极和工件之间的电弧。冷焊丝是一种无需形成电弧即可熔化的自耗电极。冷焊丝可以连接至电源以用于加热冷焊丝，但是，传输到冷焊丝中的电流将不会产生电弧。焊接参数是对焊接过程有直接影响的焊接设备参数。焊接参数的示例包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、热焊丝进给速度和冷焊丝进给速度。术语“焊接参数”并不包括与焊接设备不直接相关的参数，即使所述参数确实影响焊接过程也不例外。不包括在术语“焊接参数”内的这种参数的示例有被焊接对象的形状和成分。一些焊接参数与一个或多个热焊丝相关。与热焊丝相关的焊接参数的一个示例是热焊丝焊接参数。热焊丝焊接参数(例如焊接电流、电弧电压、热焊丝进给速度和焊接速度)对由所述热焊丝产生的电弧的性质有直接影响。与热焊丝相关的焊接参数的另一个示例是对热焊丝焊接参数施加影响和/或受到热焊丝焊接参数影响的焊接参数。这些参数(例如热焊丝进给马达的马达转速)可以对由所述热焊丝产生的电弧的性质有间接影响。如上所述，焊接参数可以与一个以上的热焊丝相关。例如，当两个或更多个热焊丝连接至同一个电源时，测量与所述热焊丝之一相关的一个或多个焊接参数并采取将测得的参数值应用于所有热焊丝就已足够。与另一参数相关的参数是受到所述其他参数的直接或间接影响和/或对所述其他参数有直接或间接影响的参数。活性焊接参数是在焊接期间响应于焊接条件的变化(例如热焊丝端部和工件之间的距离变化)而被调节的焊接参数。活性焊接参数有时被调节以将一个或多个非活性焊接参数保持在基本固定的水平。可以响应于检测到的焊接条件的变化而手动或自动地调节活性焊接参数。活性焊接参数也可以与其他的活性焊接参数相关，或者通过调节其他的活性焊接参数来进行调节。与应该保持在基本固定的水平的焊接参数相比，本文中定义的活性焊接参数也可以称作可变的焊接参数。活性焊接参数例如焊接速度可以与一个以上的热焊丝相关。焊接方向定义为准备进行焊接的方向。焊接方向的可选定义是焊头或热焊丝的运动方向。焊接条件是影响焊接过程的外部因素。外部因素的示例有工件表面的形状和工件的材料性质。可变的进给速度是能够采用一个以上的高于0的数值的进给速度，并且在焊接期间能够从所述数值中的一个调节为所述数值中的另一个。连续测量活性焊接参数是指以固定或可变的时间间隔测量活性焊接参数值。通常，以大约1ms的时间间隔测量焊接参数。为了让结果更准确，对所测的这些值进行滤波，以一定的时间间隔获取(经过滤波的)活性焊接参数值，使用这些参数值来确定合适的冷焊丝进给速度目标值，上述时间间隔的(平均)长度在0-1000ms之间，优选地在50-250ms之间，最优选地在75-125ms之间。根据本专利技术的方法和系统应该在焊接期间使用而不是在焊接过程的开始或终止阶段期间使用。开始阶段(形成电弧并使焊接参数稳定)和停止阶段(焊接过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于埋弧焊的方法，包括以下步骤：‑朝向工件引导第一热焊丝(4；4a，4b)并向所述第一热焊丝(4；4a，4b)传输电流以用于产生电弧从而形成焊接熔池(6)；以及‑以可变的进给速度朝向所述焊接熔池引导冷焊丝(22；22a，22b)；其特征在于，所述方法还包括以下步骤：‑在焊接阶段期间至少连续地测量第一活性焊接参数，所述第一活性焊接参数至少与所述第一热焊丝(4；4a，4b)相关，所述第一活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件；以及‑至少根据所述第一活性焊接参数的变化来调节所述冷焊丝(22；22a，22b)的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于埋弧焊的方法，所述方法包括：朝向工件引导第一热焊丝并向所述第一热焊丝传输电流以用于产生电弧从而形成焊接熔池；以可变的进给速度朝向所述焊接熔池引导冷焊丝；在焊接阶段期间至少连续地测量第一活性焊接参数，所述第一活性焊接参数至少与所述第一热焊丝相关，所述第一活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件；以及至少根据所述第一活性焊接参数的变化来调节所述冷焊丝的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一活性焊接参数是活性热焊丝焊接参数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝进给速度是活性热焊丝焊接参数。4.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝焊接电流是活性热焊丝焊接参数。5.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝电弧电压是活性热焊丝焊接参数。6.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝焊接功率是活性热焊丝焊接参数。7.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝热量输入是活性热焊丝焊接参数。8.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：连续地确定用于冷焊丝进给速度的目标值，其中，每个目标值取决于对应的第一活性参数值；以及将所述冷焊丝进给速度调节为所述目标值。9.根据权利要求8所述的方法，其中，执行所述冷焊丝进给速度的提高，以使所述冷焊丝进给速度相对于与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值的出现以一定的延时来达到所述目标值。10.根据权利要求8所述的方法，其中，执行所述冷焊丝进给速度的降低，以使所述冷焊丝进给速度在与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值出现的200ms以内达到所述目标值。11.根据权利要求10所述的方法，其中，首先将所述冷焊丝进给速度降低至低于其目标值的数值，然后将所述冷焊丝进给速度提高至其目标值。12.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：朝向所述工件至少引导第二热焊丝并向所述第二热焊丝传输电流以用于产生电弧，以使所述的第一热焊丝和第二热焊丝形成单个焊接熔池；在焊接阶段期间至少连续地测量第二活性焊接参数，所述第二活性焊接参数至少与所述第二热焊丝相关，所述第二活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件；以及至少根据所述第一活性焊接参数和第二活性焊接参数的变化来调节所述冷焊丝的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。13.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的埋弧焊系统，所述系统包括：热焊丝进给装置，用于朝向工件进给第一热焊丝；第一接触装置，用于向所述第一热焊丝传输电流以用于产生电弧从而形成焊接熔池；冷焊丝进给装置，用于以可变的冷焊丝进给速度朝向所述焊接熔池进给冷焊丝；控制单元，用于控制第二焊丝进给装置；以及测量装置，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·劳德塞普，M·安德松，T·约翰松，R·荣克维斯特，
申请(专利权)人：依赛彼公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE