[发明专利]冷丝埋弧焊接方法及装置和控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧焊接中的埋弧自动焊，国际专利分类为B23K9/18。

背景技术

埋弧自动焊是一种通过熔融焊剂参与焊缝冶金反应同时在焊剂层下形成气腔隔离空气，熔化极作为填充金属并与被焊工件材料共同熔融结晶形成接头，实现连接的大线能量熔焊方法。但这种工艺方法在焊接管线钢、高强钢等热敏感性强中厚板的材质时，大线能量对母材带来的过热造成热影响区软化等损害。

目前在工业上采用的多丝多弧埋弧焊方法，在焊接一些厚板焊接结构(大型船体、焊接钢管，厚壁压力容器，H型钢梁)中，已经应用多达3～6台送丝电机，可同时进行3～10根焊丝的多弧焊，可大大提高焊接速度和生产效率。但这种多弧焊方法，其提高焊接速度的实质是通过提高线能量的方法来实现的。往往需要焊后校正高热输入造成的变形问题，并且忽略了对母材的热损伤。尤其是采用单丝或多丝埋弧焊接细晶粒高强钢及热敏感性强的一类材料时，大能量输入于母材和焊缝中，将会给母材和焊缝造成过热损害，引起母材的热影响区晶粒粗化，产生局部软化现象，使得热影响区的力学性能不均匀，影响焊接质量和使用性能。

发明内容

本发明的目的是减小大线能量对母材和焊缝造成的过热损害和局部软化现象的产生，同时充分利用电弧热源，提高熔敷效率，获得较好的焊缝成形和质量。

本发明是冷丝埋弧焊接方法及装置和控制系统及控制方法，其冷丝埋弧焊接方法，以燃弧焊丝与被焊工件间产生的电弧为热源，采用一根不通电、不加热的冷丝插入过热的熔池中，作为焊缝填充金属，冷丝的填充位置在相对焊接前进方向上位于电弧中心后方的高温熔池中心部位，在焊接过程完成前，首先停止冷丝送进，然后再熄灭燃弧焊丝，结束整个焊接过程。

实现以上所述方法的冷丝埋弧焊接装置，固定安装在常规的焊接小车上，由冷丝填充机构、燃弧丝送丝机构组成，燃弧丝送丝机构中的燃弧丝5由两对由直流电机驱动的第一送丝轮4驱动，经由固定套筒2、安装在固定套筒2下端的导电嘴1送入焊接熔池；冷丝填充机构由冷丝调节机构和冷丝送丝机构组成，冷丝调节机构由定位套筒7、定位板9、转动副8、紧定螺帽11组成，冷丝送丝机构由两对第二送丝轮4′及直流电机组成，冷丝6由第二送丝轮4′驱动，经由定位套筒7中的蛇形软管和定位嘴12伸出，定位套筒7以转动副8为轴在定位板9上的滑道10上作圆周滑动，定位板9安装在固定套筒2上，固定套筒2的轴心线垂直于水平面，定位套筒7与固定套筒2的轴心线的夹角小于90°。

控制以上所述装置、实现以上所述方法的冷丝埋弧焊接控制系统，其冷丝填充机构的送丝驱动采用直流伺服电机，通过双向晶闸管BTA41调节电枢电压，同步信号SY1由光电耦合器TLP521从交流输入电压获取，接至第二子系统(II)中82C54的GATE端，该控制系统由采用相同80C196KB单片机的第一子系统(I)和第二子系统(II)组成，第一子系统(I)和第二子系统(II)通过80C196KB的RXD、TXD接口串行通讯交换数据，单片机外部总线8位，采用一片74HC373作为地址锁存器，一片27C64为程序存储器，采用十六位定时器/计数器82C54产生同步触发脉冲；第一子系统(I)通过扩展2片82C54，为电源主电路晶闸管和燃弧焊丝调速电路晶闸管提供4路触发脉冲，实现电源静特性及燃弧焊丝速度实时控制；第二子系统(II)采用1片82C54提供2路触发脉冲，通过对焊接小车，或滚轮架，或操作机的驱动电机调速电路和填送丝直流伺服电机的调速电路中晶闸管触发角进行实时调整，实现对焊接速度和填充冷丝速度闭环控制。

以上冷丝埋弧焊接控制系统采用的控制方法，其步骤为：

(1)预置燃弧焊丝的焊接电流I、焊接电压U和焊接速度Vh的值，获得对应与预置的规范参数的冷丝填充速度VI的值；

(2)确定冷丝插入位置，冷丝的填充位置在相对焊接前进方向上位于电弧中心后方的高温熔池中心；

(3)燃弧焊丝引弧，形成熔池；

(4)实时采集的焊接电流(I)、电弧电压(U)，确定熔池长度阈值Lg，

Lg＝P2UI，当熔池长度L＞Lg时，以给定速度开始送进冷丝，当焊接停止时，首先停止冷丝的送进，然后停止燃弧焊丝送进，通过延时和特性衰减使电弧返烧，燃弧焊丝熄灭，整个焊接过程结束。

本发明以燃弧焊丝与被焊工件间产生的电弧为热源，采用一根不通电、不加热的填充冷丝自动插入过热的熔池中，吸收其多余热量，平衡熔池热量的分配比，并作为焊缝填充金属，焊后工艺评定表明，焊缝性能优良，焊接热影响区明显变窄，热影响区无软化现象出现。

附图说明