[發明專利]冷絲埋弧焊接方法及裝置和控制系統及控制方法

無效

• 申請號: 200710017708.8
• 申請日: 2007-04-13
• 公開（公告）號: CN101058126A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 張鵬賢;張瑾;馬躍洲;陳劍虹;梁衛東
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/133;B23K9/12;B23K9/10;B23K9/095
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司
• 代理人: 董斌

技術領域

本發明涉及電弧焊接中的埋弧自動焊，國際專利分類為B23K9/18。

背景技術

埋弧自動焊是一種通過熔融焊劑參與焊縫冶金反應同時在焊劑層下形成氣腔隔離空氣，熔化極作為填充金屬并與被焊工件材料共同熔融結晶形成接頭，實現連接的大線能量熔焊方法。但這種工藝方法在焊接管線鋼、高強鋼等熱敏感性強中厚板的材質時，大線能量對母材帶來的過熱造成熱影響區軟化等損害。

目前在工業上采用的多絲多弧埋弧焊方法，在焊接一些厚板焊接結構(大型船體、焊接鋼管，厚壁壓力容器，H型鋼梁)中，已經應用多達3～6臺送絲電機，可同時進行3～10根焊絲的多弧焊，可大大提高焊接速度和生產效率。但這種多弧焊方法，其提高焊接速度的實質是通過提高線能量的方法來實現的。往往需要焊后校正高熱輸入造成的變形問題，并且忽略了對母材的熱損傷。尤其是采用單絲或多絲埋弧焊接細晶粒高強鋼及熱敏感性強的一類材料時，大能量輸入于母材和焊縫中，將會給母材和焊縫造成過熱損害，引起母材的熱影響區晶粒粗化，產生局部軟化現象，使得熱影響區的力學性能不均勻，影響焊接質量和使用性能。

發明內容

本發明的目的是減小大線能量對母材和焊縫造成的過熱損害和局部軟化現象的產生，同時充分利用電弧熱源，提高熔敷效率，獲得較好的焊縫成形和質量。

本發明是冷絲埋弧焊接方法及裝置和控制系統及控制方法，其冷絲埋弧焊接方法，以燃弧焊絲與被焊工件間產生的電弧為熱源，采用一根不通電、不加熱的冷絲插入過熱的熔池中，作為焊縫填充金屬，冷絲的填充位置在相對焊接前進方向上位于電弧中心后方的高溫熔池中心部位，在焊接過程完成前，首先停止冷絲送進，然后再熄滅燃弧焊絲，結束整個焊接過程。

實現以上所述方法的冷絲埋弧焊接裝置，固定安裝在常規的焊接小車上，由冷絲填充機構、燃弧絲送絲機構組成，燃弧絲送絲機構中的燃弧絲5由兩對由直流電機驅動的第一送絲輪4驅動，經由固定套筒2、安裝在固定套筒2下端的導電嘴1送入焊接熔池；冷絲填充機構由冷絲調節機構和冷絲送絲機構組成，冷絲調節機構由定位套筒7、定位板9、轉動副8、緊定螺帽11組成，冷絲送絲機構由兩對第二送絲輪4′及直流電機組成，冷絲6由第二送絲輪4′驅動，經由定位套筒7中的蛇形軟管和定位嘴12伸出，定位套筒7以轉動副8為軸在定位板9上的滑道10上作圓周滑動，定位板9安裝在固定套筒2上，固定套筒2的軸心線垂直于水平面，定位套筒7與固定套筒2的軸心線的夾角小于90°。

控制以上所述裝置、實現以上所述方法的冷絲埋弧焊接控制系統，其冷絲填充機構的送絲驅動采用直流伺服電機，通過雙向晶閘管BTA41調節電樞電壓，同步信號SY1由光電耦合器TLP521從交流輸入電壓獲取，接至第二子系統(II)中82C54的GATE端，該控制系統由采用相同80C196KB單片機的第一子系統(I)和第二子系統(II)組成，第一子系統(I)和第二子系統(II)通過80C196KB的RXD、TXD接口串行通訊交換數據，單片機外部總線8位，采用一片74HC373作為地址鎖存器，一片27C64為程序存儲器，采用十六位定時器/計數器82C54產生同步觸發脈沖；第一子系統(I)通過擴展2片82C54，為電源主電路晶閘管和燃弧焊絲調速電路晶閘管提供4路觸發脈沖，實現電源靜特性及燃弧焊絲速度實時控制；第二子系統(II)采用1片82C54提供2路觸發脈沖，通過對焊接小車，或滾輪架，或操作機的驅動電機調速電路和填送絲直流伺服電機的調速電路中晶閘管觸發角進行實時調整，實現對焊接速度和填充冷絲速度閉環控制。

以上冷絲埋弧焊接控制系統采用的控制方法，其步驟為：

(1)預置燃弧焊絲的焊接電流I、焊接電壓U和焊接速度Vh的值，獲得對應與預置的規范參數的冷絲填充速度VI的值；

(2)確定冷絲插入位置，冷絲的填充位置在相對焊接前進方向上位于電弧中心后方的高溫熔池中心；

(3)燃弧焊絲引弧，形成熔池；

(4)實時采集的焊接電流(I)、電弧電壓(U)，確定熔池長度閾值Lg，

Lg＝P2UI，當熔池長度L＞Lg時，以給定速度開始送進冷絲，當焊接停止時，首先停止冷絲的送進，然后停止燃弧焊絲送進，通過延時和特性衰減使電弧返燒，燃弧焊絲熄滅，整個焊接過程結束。

本發明以燃弧焊絲與被焊工件間產生的電弧為熱源，采用一根不通電、不加熱的填充冷絲自動插入過熱的熔池中，吸收其多余熱量，平衡熔池熱量的分配比，并作為焊縫填充金屬，焊后工藝評定表明，焊縫性能優良，焊接熱影響區明顯變窄，熱影響區無軟化現象出現。

附圖說明