專利名稱：控制焊道的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制單面自動(dòng)焊焊道的方法，其中在一對工件的背面設(shè)置了一塊背面墊板，本發(fā)明特別涉及一種同時(shí)控制工件背面和正面焊道的方法。
單面自動(dòng)焊現(xiàn)已廣泛用于焊接結(jié)構(gòu)件，比如不能翻轉(zhuǎn)的大型結(jié)構(gòu)等。但是，自動(dòng)焊所形成的焊道的形狀是隨根部間隙的大小而變化的。因此，為了在整個(gè)焊縫長度上形成適宜形狀的焊道，就必須采用一種控制方法，以便根據(jù)焊接當(dāng)中根部間隙的變化及時(shí)自動(dòng)修正焊接參數(shù)。
現(xiàn)有的方法是在日本專利申請公開號137676/86中公開的用于控制熔透焊道的方法，其中a)在一金屬帶材上粘連無機(jī)材料，并以此作為背面墊板;
b)檢測一對工件和金屬帶材之間的電流;
c)通過控制檢測電流使熔透焊道的寬度保持恒定。
在上面提到的現(xiàn)有技術(shù)中的單面自動(dòng)焊中，所形成的恒定的熔透焊道的寬度是不隨根部間隙而變化的。然而，就正面?zhèn)鹊暮傅纴碚f，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是所形成的焊道的高度不均勻，而且焊縫的余高，特別是在根部間隙較寬處嚴(yán)重不足。
本發(fā)明的目的是提出一種控制焊道的方法，其中無論根部間隙的大小如何、熔透焊道的形狀均可保持一致，并且焊縫的余高的高度也可保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
本發(fā)明的上述目的是通過下面一種控制焊道的方法來實(shí)現(xiàn)的，其中在單面自動(dòng)焊中，在一對工件的背面，通過一種無機(jī)材料粘連一金屬背面墊板，并在工件的正面施加電弧焊，該方法包括檢測工件和金屬背面墊板之間的電信號以便控制焊接電流，從而使檢測到的電信號與預(yù)先設(shè)定的參考信號相等;
檢測被控制的焊接電流，并將檢測到的焊接電流帶入下式中計(jì)算焊接速度，以便控制焊接速度。
V1＝Vo·Il/Ilo，其中V1表示焊接速度，Vo表示焊接速度的初始值，Il表示檢測到的焊接電流，Ilo表示預(yù)先設(shè)定的焊接電流。


圖1是一縱剖面圖，示意地表示出根據(jù)本發(fā)明用兩個(gè)電極通過埋弧焊進(jìn)行單面自動(dòng)焊的情形;
圖2是一框圖，表示根據(jù)本發(fā)明控制焊接電流的程序;
圖3是一曲線圖，表示金屬背面墊板和工件之間的檢測電壓和本發(fā)明所形成的熔透焊道寬度之間的關(guān)系;
圖4是一橫截面圖，表示本發(fā)明形成的坡口熔核;
圖5是一框圖，表示根據(jù)本發(fā)明控制焊接速度的程序;
圖6是一圖表，表示檢測電壓、焊接電流以及焊接速度相對根部間隙的變化的關(guān)系。
下面將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。圖1是一縱剖視圖，示意地表示出按照本發(fā)明用兩個(gè)電極通過氣體保護(hù)電弧焊施加單面電弧焊的情形。在附圖中，標(biāo)號1表示一對工件。2表示通過金屬背面墊板3粘連在一對工件1背面上的無機(jī)材料，比如焊劑或陶瓷等。4a、4b表示電極，5表示焊接電源，6表示電壓表。金屬背面墊板3可以是銅片。
在上述單面焊中，在焊接初始階段，金屬背面墊板3和一對工件1之間的電流為零。在焊接開始后，當(dāng)形成良好的熔透焊道時(shí)，由電極40產(chǎn)生的電弧穿過一對工件1，然后通過無機(jī)材料2，比如焊劑等到達(dá)金屬背面墊板3，這樣就在工件1和金屬背面墊板3之間產(chǎn)生了電壓V。這一電壓V通過電壓表6檢測到，由此可得到檢測電壓Vd和熔透焊道寬度WB之間的關(guān)系，這一結(jié)果如圖3所示。如圖3曲線所示，檢測電壓Vd和熔透焊道寬度WB呈現(xiàn)良好的相互關(guān)系。因此，如果利用這一相關(guān)曲線，就可設(shè)定形成預(yù)定熔透焊道寬度的參考電壓Vo。這樣就可在進(jìn)行一條焊縫的焊接的同時(shí)，對熔透焊道的寬度進(jìn)行控制。
用于單面焊熔透焊道的控制方法的控制系統(tǒng)的程序框圖如圖2所示。在該圖中，標(biāo)號7表示將電壓表6檢測到的金屬背面墊板3和一對工件1之間的電壓Vd轉(zhuǎn)換成直流信號的轉(zhuǎn)換器。濾波器8僅從轉(zhuǎn)換器7輸出的電壓信號中選出用于控制焊道的信號，并將其輸入比較器9。輸入比較器9的電壓信號與預(yù)先設(shè)定的參考電壓信號10進(jìn)行比較，這樣就可按照如圖3所示的熔透焊道寬度WB和檢測電壓Vd之間的對比關(guān)系與預(yù)先設(shè)定的熔透焊道寬度進(jìn)行對照。比較器9輸出的兩電壓之間的不同信號通過積分器11輸入焊接電源5，積分器使所述不同信號之間的差值均衡。焊接電源5根據(jù)輸入的不同信號輸出相應(yīng)的焊接電流。這樣即可達(dá)到控制的目的，使得一對工件1和金屬背面墊板3之間的電壓信號始終等于參考電壓信號10。從而通過上述的控制，熔透焊道的寬度可保持恒定。在本實(shí)施例中，是直接測量一對工件1和金屬背面墊板3之間的電壓V。然而本發(fā)明的方法也可變換成這樣一種方法，即分別測量電極4a和工件之間的電壓(電弧電壓)和電極4a和金屬背面墊板3之間的電壓，由此可獲得兩電壓之間的差值，使這一差值保持恒定，這樣就可控制熔透焊道的寬度。
在本實(shí)施例中，把電壓做為檢測的電信號和參考電信號。然而也可用電流信號代替電壓信號?？煽刂频暮附訁?shù)并不限于焊接電流，這些參數(shù)可以是下述任意一個(gè)電弧電壓，焊接電流，焊接速度和焊絲伸出長度，只要它們對形成熔透焊道起作用并能同時(shí)控制檢測信號。此外產(chǎn)生檢測信號的信號源也不限于焊接電源，而可以是一單獨(dú)設(shè)立的信號發(fā)生器(它具有不同于焊接電源的頻率、電流和電壓特性)，向信號發(fā)生器輸入信號，然后從發(fā)生器輸出的就是檢測信號，而與焊接電源并無關(guān)系。
上面對熔透焊道的寬度的控制方法進(jìn)行了描述，下面將描述同時(shí)控制熔透焊道的寬度和正面焊道高度的方法。
圖4是一剖視圖，示出本發(fā)明的坡口熔核。在圖中，SL表示熔核的范圍，WB表示熔透焊道的寬度，HL表示焊道的高度。當(dāng)采用上面所述的熔透焊道控制法時(shí)，被控制的焊接電流使熔透焊道的寬度保持在一恒定的預(yù)定值。為了同時(shí)使焊道高度HL保持在一預(yù)定值，需改變焊接速度，以便使焊接電流IL與焊接速度V1的比值，即IL/Vi保持恒定，這一焊接電流在對熔透焊道進(jìn)行控制時(shí)通過前電極4a(見圖1)。其理由如下如IL/Vi保持恒定，則輸入的熱量保持不變。因此熔核范圍SL保持恒定，因?yàn)樗c輸入的熱量成正比。因?yàn)槿酆说男螤罱朴诰匦?，而焊接寬度WB保持恒定，因此焊道高度H也保持恒定。
另一方面，因?yàn)橛糜谠跇?biāo)準(zhǔn)坡口內(nèi)形成預(yù)定焊道高度的參考焊接電流IL已設(shè)定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，用于形成恒定高度H的焊道的焊接速度V1可由下式?jīng)Q定V1＝V0·IL/IL0公式(1)其中V0表示焊接速度的初始值。
例如，假設(shè)焊接電流IL變?yōu)?200安培，而對熔透焊道進(jìn)行控制時(shí)的參考焊接電流IL0為1450安培，初始焊接速度V0為60厘米/分鐘，則由此從公式(1)中可得出焊接速度V1為48.8厘米/分鐘。
圖5表示根據(jù)公式(1)對焊接速度進(jìn)行控制的程序框圖。在圖5中，標(biāo)號12表示一焊接電流IL的檢測器，由檢測器檢測到的信號被轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換為直流信號。但是當(dāng)把直流電源作為焊接電源時(shí)就不需使用這一轉(zhuǎn)換器。從轉(zhuǎn)換器13輸出的直流信號經(jīng)濾波器14去除干擾后被送入運(yùn)算和控制單元15。運(yùn)算和控制單元15對輸入的直流信號進(jìn)行處理，根據(jù)公式(1)算出形成預(yù)定焊道高度的焊接速度V1。使焊接速度等于計(jì)算出的速度V1值的指令被送往運(yùn)行托架17的驅(qū)動(dòng)電機(jī)16，這樣就可使實(shí)際焊接速度等于V1值。此外，大多數(shù)單面自動(dòng)焊是采用兩個(gè)以上的電極進(jìn)行焊接的。因此，當(dāng)本發(fā)明的方法用于多電極焊接時(shí)，最好將前面電極的焊接電流作為被控制的焊接電流。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的單面自動(dòng)焊熔透焊道控制方法，不但要控制前電極的焊接電流以便使熔透焊道的寬度保持恒定，還要根據(jù)被控制的焊接電流對焊接速度進(jìn)行控制，從而單面焊可在工件的正面使焊道高度保持恒定。
實(shí)例根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行的焊接實(shí)驗(yàn)的參數(shù)變化如圖6所示。在這一實(shí)例中，用三個(gè)電極通過埋弧焊對根部間隙為0～5毫米的坡口進(jìn)行焊接。圖6的曲線表示出檢測電壓，前電極焊接電流以及焊接速度相對于根部間隙的變化的關(guān)系。
焊接速度根據(jù)公式(1)進(jìn)行控制，此時(shí)焊接時(shí)的情況如下電流電壓前電極自動(dòng)控制36伏中間電極900安培42伏后電極1000安培45伏實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，在工件正面可獲得高度均勻的焊道。如在上述根部間隙的條件下，當(dāng)焊接速度保持恒定時(shí)，在工件正面形成的焊道的余高不足高達(dá)3毫米以上。
然而采用本發(fā)明的方法，即可形成高度均勻的焊道。
權(quán)利要求
1.一種控制焊道的方法，其中在單面自動(dòng)焊中，在一對工件的背面通過一種無機(jī)材料粘連一金屬背面墊板，在工件的正面施加電弧焊，該方法包括檢測工件和背面墊板之間的電信號以控制焊接電流，從而使檢測到的電信號等于預(yù)先設(shè)定的參考信號；檢測被控制的焊接電流，并將檢測到的焊接電流帶入下式中計(jì)算焊接速度，從而控制焊接速度，所述公式為V1=Vo·Il/Ilo，其中V1表示焊接速度，V0表示初始焊接速度，Il表示檢測到的焊接電流，Ilo表示預(yù)先設(shè)定的參考焊接電流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中焊接電流包括用多個(gè)電極進(jìn)行電弧焊時(shí)前面電極的焊接電流。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電信號包括電流信號和電壓信號。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中無機(jī)材料包括焊劑和陶瓷。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中金屬背面墊板包括銅片。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電信號包括由焊接電源產(chǎn)生的電信號。
全文摘要
一控制焊道的方法，在單面自動(dòng)焊中，一對工件的背面通過無機(jī)材料粘連一金屬背面墊板，在工件的正面施加電弧焊，該方法包括檢測工件和背面墊板間的電信號以控制焊接電流，從而使檢測的電信號等于預(yù)定參考信號；檢測被控的焊接電流，將測到的焊接電流帶入下式中計(jì)算焊接速度從而控制焊接速度V
文檔編號B23K9/095GK1030714SQ88104240
公開日1989年2月1日 申請日期1988年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月10日
發(fā)明者杉谷祜司, 佐藤慶和 申請人:日本鋼管株式會社