弧形板-管熔化极气体保护自动焊接方法技术

一种用于焊接弧形管板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接方法，用焊丝（焊枪）外移法保持焊丝伸长变化与焊接电流变化之间的关系，且遵循Δｈ＝Ｋ×ΔⅠ×ｃｏｓα的规律而变化，用于该焊接方法的专用自动焊机，具有以焊接电流为传感器的高度自动跟踪系统及由霍尔元件及微机组成的检测处理系统，在焊接过程中，由微机系统检测和处理焊接电流的变化值，并指令机械执行机构自动调节焊枪高度，实时适应焊缝位置变化的需要，实现弧形管板空间曲线焊缝的自动焊接。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于焊接弧形管板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的焊接方法及其专用焊机。在工业换热器、工业锅炉上的板与管的相贯焊缝有两种，一种是平板与管垂直相交形成的平面圆形焊缝;另一种是弧形板与管子相交形成的空间曲线焊缝。前一种焊缝的焊接，在国内外的生产中早已实现自动化焊接，如意大利的A22型管板自动焊机，北京市精艺技术开发公司的类似产品等。这些设备都没有高度跟踪功能，不能焊接弧形管板焊缝，只能用于平板管垂直相交焊缝。而后一种焊缝至今还是采用手工电弧焊方法焊接。其焊接效率低，焊接质量不稳定，而且耗费材料和能源多。本专利技术的目的在于，提供一种弧形管板自动焊接方法及其专用焊机，以改变弧形管板空间曲线焊缝的手工方法焊接，实现其焊缝的自动化焊接，并能保证焊缝高度跟踪的精度和稳定性。本专利技术的目的是这样实现的在进行弧形管板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接时，采用焊丝(焊枪)外移法来保持焊丝伸长变化与焊接电流变化之间的函数关系。焊枪(焊丝)高度相应调解值△h与焊接电流变化量△Ⅰ、单位电流焊丝伸长的变化量K及焊丝与钢管轴线的夹角α有关，且遵循△h＝K×△Ⅰ×cosα的规律而变化。焊丝(焊枪)外移的有效范围为2±0.5mm。使用弧形管板自动焊接方法而专门设计的专用自动焊机，主要由控制装置、机械执行机构、焊枪及焊接电源组成，具有以焊接电流为传感器的高度自动跟踪系统及由霍尔元件和微机组成的检测处理系统。在焊接过程中，由微机系统检测和处理焊接电流的变化值，提取指令信号，并指令机械执行机构自动调节焊枪的高度，实时适应焊缝位置变化的需要，实现弧形管板空间曲线焊缝的自动焊接。本专利技术方案所依据的科学原理如下1.焊丝伸长变化与焊接电流变化的函数关系熔化极气体保护焊使用恒压电源等速送丝，焊接电流大小取决于送丝速度快慢，当电压给定、送丝速度给定时，通常焊接电流亦是恒定的。然而，当焊枪与焊缝的间距发生变化时，也引起焊接电流发生变化。焊丝伸出长度变短(相当于焊枪与焊缝的间距变小)，则焊接电流增大，反之亦然。二者的关系可用下式表达△l＝K×△Ⅰ......(1)式中△l_焊丝伸长变化量(mm)△Ⅰ_焊接电流变化量(A)K_电流急剧增加(或减少)1A时所对应的焊丝伸长变化值(mm/A)，可称焊丝伸长变化系数，不同的焊接参数组合，K值也不同，可通过焊接试验测定。考虑这一特性，利用霍尔元件和微机系统将焊丝伸长变化引起的电流变化值采集出来，经过处理，提取指令信号，并指令执行机构调节焊枪高度，使焊丝干伸长保持相对稳定。2.焊缝高度变化与焊丝伸长变化的函数关系采用焊丝(焊枪)外移法，保持焊缝高度变化与焊丝伸长变化的函数关系。焊接管板角焊缝时，焊丝应处于管板角分线，即指向管板的交点。正常焊接时，电弧处在相贯线上，当焊缝位置变高，即弧形板面与焊枪的间距变短，电弧移向弧形板，则焊丝伸出长度亦变短，电流增大，也就是说焊缝高度变化与焊丝伸长变化保持函数关系;当焊缝位置变低，即弧形板与焊枪距离增大，则电弧向管壁靠近，但由于管壁与焊枪相对位置恒定，则焊丝伸长不变，电流亦不变化，这一函数关系则不存在。通常焊接时，焊丝指向示意图如图3所示，为保持焊缝高度变化与焊丝伸长变化之间的函数关系，本专利技术采用焊丝外移法，即将焊丝从角分线处向外(离钢管轴线)移动一段距离(2±0.5mm)，并减小焊丝与钢管轴线间的夹角(20°～30°为宜)，外移法焊接时，焊丝指向示意图如图4所示，这样电弧始终是靠近弧形板处燃烧，焊缝高度在一定范围内变化，均会引起焊丝伸长的变化，焊接电流也相应随之变化，其数学表达式如下△h＝cosα×△l......(2)式中△h_焊缝高度变化量△l_焊丝伸长变化量α_焊丝与管轴线夹角将(1)式代入(2)式，则得△h＝cosα×K×△Ⅰ......(3)对给定某一组焊接参数，cosα×K值亦为常数，则测得电流变化值，即可调整焊枪高度了。由于本专利技术实现了焊接过程的自动化，与手工焊相比，提高生产效率一倍多，一个Ф70mm的弧形管板角焊缝，用手工焊约需40秒(纯焊接时间)，用本专利技术技术只需15秒，由于本专利技术技术可以自动跟踪焊缝高度，使焊接的质量好。用手工焊时，一次试压合格率在90%以下，采用本专利技术技术则可达97%以上。采用本专利技术技术操作简单，焊接过程全自动进行，改善了劳动条件，且较手工电弧焊节能30%左右，焊接材料利用率提高20%左右。下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术自动焊机的结构示意图。图2为本专利技术自动焊机的控制装置示意图。图3为通常焊接时，焊丝指向示意图。图4为本专利技术外移法焊接时，焊丝指向示意图。图1中，1.固定轴2.送丝机3.提升电机4.焊枪调整导轨5.焊枪6.夹装手柄7.手把8.焊丝盘9.转盘10.下箱体11.定位芯轴12.平衡器图2中，13.遥控盒14.控制柜15.焊接电源图3中，16.原板面17.变化后的板面曾用本专利技术技术试焊过一个弧形管板角焊缝，使用的焊丝是Ф1.0mm的表面镀铜的HO8Mn2SiA。焊接电压选24伏，给定标准电流值为170A，高度调整门槛值△Ⅰ为±5A，即当实际焊接电流变化值达到±5A(采样时间内的平均变化值)时，调整一次焊枪高度，其调整量为△h＝cosα×K×△Ⅰ＝5Kcosα试验测得这一参数组的K＝0.2mm/A，焊枪倾角α为30°，则高度调整量为0.866mm，也就是说高度跟踪精度为±0.866mm。上述处理程序均固化在计算机中。焊丝外移量均为2±0.5mm，初始焊丝伸长为13～15mm。下面结合附图说明一种实施本专利技术方法的专用焊机的细节及其工作过程。在图1中，将机头通过平衡器(12)吊挂在吊车上，打开图2中自动焊机控制装置中的焊接电源(15)和控制柜(14)的电源开关，使其通电。首先打开焊接电源上输气开关，调好保护气流量。然后通过控制柜中的键盘预置焊接参数。如被焊工件钢管直径为Ф70mm，则标准焊接参数为焊接电流170A，焊接速度160mm/min.参数预置后，操作工就可进行具体焊接操作了。首先手持焊机的手把(7)将定位芯轴(11)插入待焊钢管，拧紧夹紧手柄(6)将焊机固定住。将焊枪(5)转到起焊位置。按动遥控盒(13)上的送丝按钮，使焊丝盘(8)中的焊丝由送丝机构(2)送进焊枪，并伸出合适的长度(10±2mm)。按动遥控盒上焊枪上下调整手动按钮，通过提升电机(3)将焊枪调到合适高度(～15mm)。并通过焊枪调整导轨(4)，使焊丝向钢管与弧形板夹角角分线外侧移2mm左右，这一举措称为焊丝(焊枪)外移法。使焊接过程中焊丝伸长变化与焊接电流变化之间保持一个函数关系(△L＝K×△Ⅰ)。将遥控盒(13)上的调整按纽打到“自动”位置，转盘(9)的驱动步进电机定位。按动遥控盒上的起焊按纽，转盘(9)便围绕固定轴(1)转动。并带动焊枪(5)沿钢管转动，同时引弧焊接。焊接过程中，随着弧形板曲面升降。焊丝伸出长度发生变化，焊接电流亦发生变化，控制柜(14)中的霍尔元件和微机检测系统检测出电流变化量。当此变化量达到需调整值时，便指令焊枪提升电机，沿下箱体(10)上的滑道调整焊枪高度，即调整了焊丝伸出长度，实现了高度自动跟踪，称为以电流为传感器的高度自动跟踪，即使弧形管板与钢管相交形成的空间曲线焊缝实现自动焊接。当焊枪旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于焊接弧形管板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接方法，其特征在于，用焊丝（焊枪）外移法保持焊丝伸长变化与焊接电流变化之间的函数关系，焊枪（焊丝）高度相应调解值△ｈ与焊接电流变化量△Ｉ、单位电流焊丝伸长的变化量Ｋ及焊丝与钢管轴线的夹角α有关，且遵循△ｈ＝Ｋ×△Ｉ×ｃｏｓα的规律而变化；焊丝（焊枪）外移的有效范围为２±０. ５ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝天，徐春志，王林，于丹，邹萍，韩松，王连东，李兆和，
申请(专利权)人：机械工业部哈尔滨焊接研究所，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]