[发明专利]电弧焊机及其焊炬

说明书

本发明涉及电弧焊接技术，特别涉及一种电弧焊机和专用于电弧焊接的焊炬。

气体保护金属极电弧焊接(GMAW)包括向焊炬中的接触焊嘴施加电流，当自耗焊极或焊丝移向工件时，自耗焊极或焊丝通过该焊炬。根据标准焊接技术，通过接触焊嘴流向焊丝的电流产生焊接过程的电弧。电源，通常是高速开关换向器，产生焊接电流，并通常根据电弧电压调整以保持恒定电压焊接或脉冲焊接中的稳定电弧长度度。通过接触焊嘴移向工件的焊极或焊丝是由具有一长度的电弧与工件电连接的，该电弧应该具有针对特定过程的给定长度。接触焊嘴和工件之间的间隙是焊接参数，称作为接触焊嘴至工件距离(CTWD)。该参数不同于电极伸出(stickout)(ESO)，该ESO是从接触焊嘴到电弧的送进焊丝长度，包括ESO和电弧长度度之和。在气体保护金属极电弧焊接中，要求控制CTWD以保持稳定电弧长度度。CTWD由于过程扰动而改变，如在生产中形成的焊接件尺寸公差，工具/卡具定位精度和焊接中的局部变形。为补偿CTWD改变并由此保持电弧稳定性，在GMAW过程中通常要调整电弧电流以改变热量供给，由此改变焊丝的熔化速度。当保持电压恒定时，改变电弧电流导致每单位焊道长度热供给的实际改变，并实际影响焊浴固化的冷却速度。已经发现，利用通过改变电流以调整CTWD中或电弧长度度变化的热供给中的变化会引起焊道中的焊接表面轮廓、根部轮廓、基底金属溶融、冶金性能和机械性能中的相应变化。因此，改变恒定电压焊接过程中的电流以补偿CTWD中的变化引起在热影响区域中首先产生的实际过程改变。此外，当采用电弧电流来补偿CTWD中的变化以及电弧长度度变化时，更难于保持焊接件的变形程度和焊接结构的质量。为了避免根据CTWD中的变化而必须提高和降低电弧电流，特别是在自动控制应用中，要测量电弧电流，并将该电弧电流用于通过机械来调整接触焊嘴和工件之间的实际间隙。该过程常常用于自动焊接设备的焊缝跟踪，其中焊炬在沿焊缝移动的同时来回横摆运动。比较在横摆运动的每端的CTWD以确定是否焊炬位于结合处的中心。各种变化引起焊炬路径的改变以跟踪焊缝。

由于机械惯性和根据反馈循环过程，当调整CTWD以及热差时，特别是在高速焊接应用中，不采用利用电弧电流控制电弧稳定性的方法。另一种实际上调整焊嘴相对于工件间隙的装置是一种视频系统，该视频系统在焊接操作中实际扫描焊嘴相对于工件位置。由于成本高并且要在不利的环境中维护，因此不使用这种视频系统。总之，保持电弧稳定性的最可接受的方法是调整焊接或电弧电流以补偿CTWD中的变化。这带来了以上详细说明的问题。

本发明涉及一种控制CTWD而不改变热量供给和实际上不相对于工件机械地移动接触焊嘴的方法。由于控制CTWD的过程不包括反馈循环控制焊接电流和不包括相对于工件实际移动接触焊嘴或焊炬，因此减少了关于在正常焊接或焊道跟踪中保持CTWD的已有工作中存在的缺点。本发明保持在恒定电压焊接操作或脉冲焊接操作中的稳定电弧长度度，而没有与现有控制过程有关的缺点。