一种焊接系统及使用方法，其允许单一焊接操作员执行快速、容易且高品质的垂直焊接。焊接系统包含一焊接夹具，该夹具带有一对相对的可调节位置的焊靴及锁紧螺杆，该螺杆用于连接至一工件如工字梁上。焊接夹具位置邻近活接头吊杆末端，还有一焊炬及摆动器包含在焊接夹具上。一旋转式直线供给器可在焊丝供给焊炬时以倾斜及螺线方式移动。焊炬可防止焊丝熔合至导管而中断焊接作业。本发明专利技术包括分布式焊接控制系统，包含多个控制模块与一公用总线界面。控制系统允许焊接操作员对各种焊接操作的自动化焊接周期进行程序设计。本发明专利技术的焊接系统特别适用于把加强板安装到结构梁上。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大致而言本专利技术涉及金属焊接装置及方法，特别是一种，其可供迅速、容易且准确地作垂直焊接且使用重量轻的便携型焊接夹具及分布式控制系统因而允许操作员控制焊接过程的电弧电压、电极摆动、焊丝供给速率、焊缝跟踪及其它功能。
技术介绍
说明当使用电弧或气体焊接技术将金属零件焊接在一起时，传统上水平焊接比垂直焊接较容易进行且较廉价。当使用已知焊接方法或焊接板共同于水平位置焊接金属基材时，重力有助于保持焊接熔池定位且辅助形成高品质焊缝。金属基材的垂直焊接较难以控制焊接熔池，相对地焊接较为昂贵且执行上较为费时。由于这些理由，因此结构钢制造商在焊接期间将金属基材水平放置以避免垂直焊接。在制造垂直焊接时将板焊接于钢制工字梁或工字柱用于建筑物时，问题特别显著。这些加强板用于当水平柱焊接于其上时通过垂直柱移转负载力矩。加强板焊接至结构梁为最常见的焊接操作之一，对典型结构钢制造商而言，每年消耗数千人工小时。加强板被焊接至柱的腹板及凸缘，焊接位置为柱的腹板及凸缘的法线位置。如此焊接连结加强板至腹板与加强板接合凸缘的焊缝成直角，如欲完成全部焊接，焊接工人必须连续重新定位相当重的钢梁来维持各焊缝的水平位置或者必须进行困难的垂直焊接。至目前为止最常见的焊接加强板至梁或柱的方法通过使用已知“焊剂中心”焊接方法。焊剂中心焊接通常涉及使用焊剂中心的焊丝将焊接接头填补以焊接金属。焊丝由扁平金属条制成其被拉伸成为中空管，内部填补粉状焊剂材料并卷于卷轴上。焊接过程中，焊丝由卷轴解卷并靠由软式缆线或导管利用焊丝供给装置供给至焊枪。当操作员扣下焊枪的扳机时，焊丝由焊枪送出并撞击待焊接的母材上的电弧。电弧能熔化焊丝及母材而形成熔合焊丝与母材的均质焊缝。为了使用焊剂中心焊接来将加强板焊接至柱上，加强板及焊接接合头必须适当准备而使焊接满足AWS(美国焊接学会)规定要求。通常首先由标准钢板切下加强板，然后于三边作斜向切割与研磨清洁而去除任何钢屑。支持杆在焊接过程固定熔融金属随后准备用于嵌合作业，其中加强板仔细地相对于柱定位。进行嵌合作业的操作员必须焊接加强及支持杆至柱，故介于加强板与柱母材间恒常保持于3/8英寸间隙。若间隙过窄则加强板必须研磨至可达适当间隙为止。若间隙过宽，则焊接需要填补更多金属(如此需要更多次焊接回合)。许多焊接或建筑法规要求支持杆于加强板已经焊接定位之后去除。但此种去除困难且昂贵，通常要求使用碳弧凿开支持杆，接着作额外多次焊接来填补被凿开区。小型结构钢制造商通常使用焊剂中心焊丝将加强板焊接于柱，同时柱水平置于二直立支持件间，柱于各次焊接时连续轻拍或重新定位以防垂直焊接。因柱通常相当重故需要吊车来举高柱重新定位。此种过程极为耗时且昂贵。此外需要多次焊接才能填补各焊接接合头，若加强板较厚则需要更多次焊接回合。于各次焊接后操作员于下次焊接之前须暂停而去除覆盖于焊接处的熔渣。若有任何缺陷，则缺陷必须使用碳弧凿开重新焊接。较大型结构钢制造商偶尔使用“凹坑焊接”或“平台焊接”用于安装加强板，其中柱垂直定位，焊接接头的全部三边皆为水平或平坦“猪食槽”位置。由于柱为垂直，加强板为水平故三边的焊接皆于水平位置进行。此种配置也允许于焊接过程有更大的熔池，填补各焊接头需要的焊接次数减少。但垂直取向柱的处理及定位困难且需要吊车及使用凹坑及/或平台，如此要求更大的工作空间。进一步由于使用凹坑或平台焊接技术时，焊接操作位置通常并非于地面或地板高度，故焊接操作员于焊接操作期间需要不变或危险地站在平台或梯阶上。曾经开发称作“电渣”焊接(ESW)的垂直焊接技术来克服重新定位柱或其它重型基材以便允许水平焊接的相关困难。电渣方法通常涉及将二垂直定向板或基材两端拉在一起，而板两端间保持3/4英寸至1英寸间隙。然后铜焊靴置于间隙各边形成板与焊靴间的垂直通道或腔穴。腔穴内部经由将钢导管置于腔穴内而把焊丝供给到通道内使腔穴内由焊接金属填补。当焊丝供给超出导管底端之外时，电弧作用于母材形成焊接熔池。焊接过程粒状焊剂材料喷洒于通道内部且熔化形成导电熔渣。电弧由导电熔渣熄灭，由于电流通过焊丝与基材产生电阻故导电熔渣保持熔融。由熔融熔渣电阻产生的热熔化焊丝及熔合熔融金属至基材而形成焊缝。焊丝连续供给焊接处，同时导管在腔穴内部摆动或往复，腔穴内部以熔融金属填补而将板接合在一起。导管为消耗品可促成焊接金属。铜靴将焊接熔池固定定位而于焊接完成时移开铜靴。电渣焊接的完整说明可参考美国焊接学会《焊接手册》第八版，并述于此以供参考。虽然电渣方法允许垂直焊接，但由于焊接前需要相当长架设时间故过去无法获得相当成功。特别是铜靴环绕待焊接的基材中间间隙定位及牢固固定困难且费时。以电渣焊接加强板于柱为例，通常必须切割L型架并焊接于凸缘与加强板间的定位以便支持铜靴，且每个焊接处需要两个L型架。于L型架焊接定位后，钢楔形件敲入L型架与铜靴间定位以便保持铜靴定位。当焊接结束时又须移开L型架。已知电渣焊接的另一缺点为导管必须小心定位于待焊接间隙内部，需要审慎对正焊接头及焊接摆动器机构。导管未准确对正可能导致于焊接过程导管接触铜靴，造成500安培的短路，通常摧毁(昂贵的)铜焊靴且使焊接过程中断。任何电渣焊接操作的中断皆极为不便，通常需要挖出不完整的焊缝而重新开始整个作业。已知电渣焊接的另一缺点为焊接腔穴的熔融焊剂熔池造成焊丝于焊接过程熔合于导管底部，妨碍焊丝供给入焊接处。需要中断焊接过程移开铜靴，清洁焊接区或研磨来重新开始焊接。如前述电渣焊接的中断需要昂贵且费时的清除未完成的焊接接着整个重新开始焊接过程。曾经开发焊接控制器或控制系统来辅助通过控制焊丝供给速率及摆动来辅助电渣焊接，但许多控制器体积庞大笨重，且典型只能提供一型焊接条件。若于焊接过程中焊接条件改变则焊接发生瑕疵或对其中一铜焊靴造成灾难性短路。因此理由故证实用电渣焊接加强板于柱不经济，焊接业仍然持续使用焊剂中心的焊丝焊接方法。进一步，先前已知的焊接控制系统系基于具有星形拓朴学的集中控制架构。此种控制系统通常无法扩充或不适合焊接操作的变化需求或不同类型。通常必须重新设计及修改中央处理器板来满足此种系统的需求。因此，需要有一种，其可克服目前使用的焊剂中心焊丝焊接及电渣焊接方法的相关缺点，可免除于焊接操作期间需要频繁重新定位笨重的钢柱或其它基材，因此允许最少的架设时间快速且容易地作垂直焊接，可使用轻的便携型设备，可避免非期望的焊接操作中断，以及可提供分布式控制系统来允许于多种不同焊接条件下无瑕疵的焊接。本专利技术可满足这些及其它需求，且大致而言可克服已知电渣焊接及焊剂中心焊丝焊接方法的缺陷以及先前技术的缺点。专利技术概述本专利技术为一种，其允许于各种条件下快速且容易地进行高品质垂直焊接而无需昂贵的架设时间或使用笨重的设备。大致而言，本专利技术的系统包含一便携型焊接夹具，具有可调节式定位一对焊靴使之环绕焊接中心点的装置，一可更换式焊炬及一摆动器可拆式联接于焊接夹具，一旋转式焊丝供给器及矫直器，一焊剂配桨器，及一分布式控制系统，该系统允许操作员控制电弧供电、电极摆动、焊丝供给速率、焊剂分配速率、焊缝跟踪及其它功能。焊接系统优选包括一有活接头的多节吊杆或杆其允许快速容易地相对于大型工件或基材定位焊接夹具。焊接夹具通常结合活接头吊杆末端，焊丝供给器/矫直器、焊剂分配器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种焊接系统，包括：（ａ）一焊接夹具，该焊接夹具包括可松开式联接至工件的装置，一对相对的焊靴，对称于一中心线设置焊靴的装置；及（ｂ）一焊炬，该焊炬联接夹具且靠近所述中心线。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：威廉L彭，查尔斯A博克，麦克尔D格莱恩刘易斯，
申请(专利权)人：阿马迪整合系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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