电弧焊接方法和设备技术

一种用于把熔化金属从行进的焊丝上淀积到在两个并置的板之间的接合部中的一个焊接熔池中的电弧焊接设备，所述接合部沿着一个焊接路径延伸并通过会聚壁而形成，所述设备包括：带有焊丝出口的一个触头保持件；一个开关电源，所述行进的焊丝限定了所述触头保持件与所述焊接熔池之间的一个电极伸出；用于检测所述伸出的长度的一个电路；以及，用于作为所述检测到的伸出长度的函数而调节焊接电流的控制装置。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电弧焊接技术，且更具体地说涉及适用于管道焊接(特别是在开放根部接合中的根部通过期间)的电弧焊接的方法和设备。短路型电弧焊接是本领域中已知的，象俄亥俄州Cleveland的Lincoln电气公司销售并在授予Stava的美国专利第5,001,326号的背景部分中描述的STT焊接机，该专利在此被引作参考文献，以说明STT焊接机的细节和用于实施本专利技术的某些特征。本专利技术采用了高频开关电源，较好地采用一个逆变器。可使用基于逆变器的各种焊接机；然而，一种有代表性的焊接机作为逆变焊接机而在在此引用的Blankenship的美国专利第5,351,175号中得到了描述。俄亥俄州Cleveland的Lincoln电气公司销售的STT电弧焊接机已经被用于管道焊接，其中来自行进的焊丝的熔化金属淀积到相邻管道段的两个并置的端部之间的开放根部接合部中的焊接熔池中。该开放根部接合部沿着圆形的路径在管道的周围延伸，该路径可能会由于轴向偏离而有所变化。管道段之间的接合部是通过使彼此相距且大体平行地终止的壁会聚而形成的，以限定一个分离间隙，该间隙被称为开放根部。管道段或板的端部之间的隙不是一个固定的距离，因而焊接机在开放根部周围行进时会遇到具有各种间隔的间隙。如在Stava的美国专利第5,001,326中所描述的，该STT焊接机带有一个触头保持件，而行进的焊丝通过它，从而使焊接电流能够直接通过该保持件而到达行进的焊丝并随后进入形成在管道段的端部之间的焊接熔池中。该熔池桥接该隙，以形成管道焊接操作的根道。该STT焊接机采用了高频开关电源，以产生分明的短路电流波形。这种频率涉及到电源的操作频率而不涉及焊接过程的频率。在焊接领域中的电极的伸出或延伸是触头保持件与焊接熔池之间的距离。当相邻的管道段形成的板的端部之间的间隙变化时，管道焊接操作中的电弧焊接的第一次通过形成的熔池改变形状。这种改变产生了管道焊接过程中的已知的问题。如在Stava的美国专利第5,001,326号中描述的，作为STT电弧焊接机的高频开关电源的目的，是在焊丝向着熔化的熔池行进时，保持电极的端部上的熔化金属球的均匀的体积。该专利公布了STT的控制系统如何能够被用来检测和测量形成电极端部上的熔化金属球的实际瓦数。这种瓦数被设定为一个范围，并被从一个焊接周期保持到下一个周期。当电极的伸出改变时，焊接电流得到调节，以根据在焊接操作开始时获得的预置的基准瓦数来保持一个恒定的瓦数。以此方式，在各个焊接周期中产生电流尺寸恒定的球。当采用STT电弧焊接机时，如果焊接电流输入端发生改变以补偿电极伸出的改变，则短路频率将改变。这种改变的频率不是电源的开关频率，而是焊接短路频率。当电极伸出减小时，在行进的球中的熔化金属的体积减小，且弧长度略微减小。熔化金属球的尺寸的这种减小造成了焊接操作中短路电路之间的时间的减小。这增大了短路频率，如由单位时间的短路次数所确定的。相反，如果电极延伸或伸出增加，电极的热量增加。如果没有电流调节，在行进的焊丝端部上的熔化金属的体积增大。这略微增大了弧长度，从而增大了短路电路之间的时间，而减小了焊接机的短路频率。这种管道焊接STT使用中的频率改变还没有被作为测量参数。该STT被用于管道焊接，以允许手动穿过控制和使热量进入熔池；然而，它没有解决把第一个道置入一个开放根部接合部时间隙的宽度变化所面对的问题。Stava的美国专利第5,001,326没有教导在STT焊接机的使用中测量伸出以保持给定的球尺寸的方法。在电极或焊丝被短路时，短路的电极上的电压降得到测量和记录。焊接电流的值在此测量期间是基本固定的。因此，检测或测量的电压与焊丝的伸出成正比。这种测量的伸出电压在几个周期上得到平均，并随后被存储在诸如电容器的存储器中。在Stava专利中，该存储值在随后的焊接周期中被乘以电流峰值。这种相乘的结果是各个焊接周期期间的瓦数的一种量度。计算出的瓦数被存储在诸如电容器的存储器中，并被称为“基准瓦数”。这种基准瓦数是在焊接开始时根据一种得到调节的伸出而获得的。随后，该基准瓦数被用来与即时瓦数进行比较。一个控制软件程序把该即时瓦数保持在基准瓦数。这种总体控制方案，如在Stava的美国专利第5,001,326号中所示，被用来在焊丝在短路条件期间向着熔池行进时保持焊丝端部上的熔化金属的固定体积，而不论伸出的改变如何。没有教导在焊接过程中改变伸出以控制焊接过程。没有教导改变单个的通过期间产生的热量。行进的焊丝的伸出被用来在焊接周期的焊丝熔化部分中保持恒定的瓦数。把诸如STT电弧焊接机的高频开关电源用于管道焊接是众所周知的。然而，当在第一次通过期间把根道置于管道段之间的开放根部接合部中时，电源不能自动地补偿管道段之间的间隙的改变。当间隙宽时，熔池落入间隙。当间隙窄时，熔池不穿过间隙。因此，需要用手动来应付所产生的变化。需要在管道焊接或其他重板焊接中遇到的开放根部接合部中控制初始道的焊接操作。Lincoln电气公司销售的STT焊接机是一种短路弧焊接机，它是在高频开关网络上工作的，以产生如Stava的美国专利第5,001,326号中的图4所示的电流曲线。这种焊接机在商业上是成功的；然而，它不具有相同的恒定电压焊接机的能力，其中焊接熔池的温度能够只由电极的伸出的改变来控制。这是对焊接机产生STT电流曲线的一种限制。因此，管道焊接中重要的熔池温度，当通过干涉或预置焊接电流而使用STT焊接机时，得到了调节。即使有这种限制，该STT焊接机也比产生过度的熔池热量的恒定电压焊接机优越。本专利技术涉及在诸如管道焊接的板焊接过程的开放根部接合部中设置第一道的设备和方法。这种方法和设备采用了高频开关电源，较好地是来自林肯电气公司的STT焊接机。本专利技术将结合这种类型的电弧焊接机和管道焊接中的根道的采用而得到描述；然而，本专利技术是范围比这要宽得多，并可被用于被用在诸如重板端部和管道段端部之间的第一次通过的开放根部通过的其他电弧焊接机。本专利技术还可被用于开放根部接合部中随后的通过。根据本专利技术，该电弧焊接机自动补偿间隙的改变。这种调节不保持恒定的瓦数，如在在此引用的Stava专利中所公布的。该专利公布了一种作为STT焊接机而销售的高频焊接机，和对在焊接过程中测量焊丝的伸出的教导。在焊接过程中测量伸出的能力，没有被用在商业STT上，但被用在本专利技术的最佳实施例中。当在管道焊接过程中设置初始根道时经历的间隙变化，可由即时伸出来确定。当焊接具有变化的宽度的间隙的开放根部接合部时，熔化的金属熔池在间隙宽时下凹通过间隙。这种物理现象导致了焊丝伸出的增大。这种伸出能够被Stava专利中显示的电路检测。当然，几个电路可采用不同的高频电源来测量即时伸出。如果该间隙太窄，初始根道不穿过到间隙中。伸出减小。当采用短路过程时，这种减小的伸出被诸如Stava中显示的电路所检测。因此，本专利技术是测量即时伸出以确定焊接过程中的板之间的间隙的构思。伸出测量确定了熔池加热所需的改变。因此，焊接电流在间隙窄时增大，并在间隙宽时减小。通过采用伸出测量，本专利技术能够被用于控制焊接接合中的焊接。如果采用逆变焊接，其中焊丝在沿着间隙的焊接过程中跨过间隙作横向移动，电极伸出在焊丝接近形成接合部的发散壁时变化。因此，伸出的测量，在电极在开放根部焊接过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电弧焊接设备，用于把熔化金属从一个行进的焊丝上淀积到两个并置的板之间的一个开放根部中的一个焊接熔池中，所述根部沿着一个焊接路径延伸并通过会聚终止于大体平行相距的壁而形成以限定一个间隙，所述设备包括：带有一个焊丝出口的触头保持件；在所述焊丝从所述出口向着所述根部移动时把焊接电流送至所述焊丝的开关电源，所述行进的焊丝限定了所述触头保持件与所述焊接熔池之间的一个电极伸出；用于检测所述伸出的长度的电路；以及，用于作为所述检测到的伸出长度的函数来调节所述焊接电流的控制装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：俄里欧特K斯塔瓦，克里斯托弗舒，彼得尼科尔森，
申请(专利权)人：林肯环球有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]