集成智能可调温式热丝埋弧焊接装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成智能可调温式热丝埋弧焊接装置及方法，其针对埋弧焊技术，将预热后的焊丝和埋弧焊的燃弧焊丝并列平行集成在一起，利用燃弧焊丝上电弧的多余能量来熔化预热后的焊丝，从而在不改变热输入的情况下大大提升熔覆率，提高焊接速度，焊丝集成方式包括预热焊丝在两个燃弧焊丝之间以及燃弧焊丝在两个预热焊丝之间，热丝的温度由温度控制系统通过负反馈控制，可以智能调节，维持焊接过程的稳定性，本发明应用在埋弧焊领域，可以大幅度提升熔覆率，这样就相应地提高焊接速度，同时还可以降低焊接过程的热输入，减少工件变形，获得平滑的盖面，装置内焊丝并列平行放置，所以所占空间较小，操作简单灵活，便于工业推广。
【专利说明】集成智能可调温式热丝埋弧焊接装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接领域的埋弧自动焊接技术，具体的说是一种将燃弧焊丝和预热焊 丝集成在一个焊枪内，利用燃弧焊丝的多余能量来熔化已经预热的焊丝，从而在不影响焊 接过程热输入及稳定性的同时大大提升熔覆率的焊接装置及方法。
【背景技术】
[0002] 埋弧自动焊是一种通过熔融焊剂形成保护区域，电弧在其中燃烧进行焊接的一种 高效率的大线能量的熔化极焊接方法，由于可以采用多丝自动焊接方式，因此其效率优势 明显，但是大线能量带来的过热等现象也极大地限制了这种技术在管线钢、高强钢等热敏 感材料焊接中的应用。因此如何在相对减小热输入的同时增加填充金属的熔敷效率是促进 这种方法进一步应用的关键技术。
[0003] 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，这种多丝多弧焊确实可以提 高焊接效率，但这种多丝多弧焊方法提高焊接效率的实质是通过提高线能量的方法来实现 的，高的热输入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。另外当焊丝过多时，整个焊接设备就会变得十分复 杂、庞大，焊前准备繁琐，操作性变差，所以适用范围很窄。目前常用的多丝焊主要包括双丝 焊或者三丝焊，对于双丝埋弧焊，有双燃弧焊丝埋弧焊以及填丝埋弧焊，即一个燃弧焊丝， 另一根焊丝从侧面送入熔池。双丝或者三丝埋弧焊都存在电弧能量多余的问题，填丝双丝 埋弧焊利用了多余的电弧能量，但是由于它是从侧面送入熔池，所以焊丝不容易准确进入 到电弧的中心位置，这样容易导致焊接过程不稳定，同时，单侧插入焊丝也会使燃弧焊丝周 围的磁场不对称，导致磁偏吹，影响电弧的稳定性。另外双丝埋弧焊在原来单丝的基础上只 添加了一个焊丝，熔覆率以及焊接速度的增加相比较而言不是很明显。
【发明内容】
[0004] 本发明针对上述问题，提出了在两根燃弧焊丝中间放入一根绝缘的热丝或者在一 根燃弧焊丝的两旁加入两根绝缘的热丝，这样燃弧焊丝不超过两个，远低于大规模多丝焊 的燃弧焊丝的数量，可以有效降低热输入，避免母材的热损伤，另外两种排列方式都具有高 熔覆率的优点，只是侧重点不同，前者有两个燃弧焊丝，热输入相对较大，可以用于厚板或 者窄间隙埋弧焊，后者只有一个燃弧焊丝，有两个热丝，这样热输入就相对较小，适合于厚 度不大的板材或者大坡口焊接。同时，热丝和燃弧焊丝集成在一起，有效简化了设备的复杂 程度，操作更简单方便，由于各焊丝平行放置，两侧焊丝基本对称，所以不会受到磁偏吹的 影响，电弧不会侧偏。在两根燃弧焊丝中间放入一根绝缘的热丝排列方式中，热丝在两个 电弧的中间，所以电弧多余的热量足够其熔化；在一根燃弧焊丝的两旁加入两根绝缘的热 丝的排列方式中，热丝和燃弧焊丝相互靠近，沿着一个方向送进，热丝很容易进入电弧的中 心，所以也能够顺利熔化。如果热丝和燃弧焊丝的尺寸和送丝速度相近，那么集成智能可调 温式热丝埋弧焊技术相比于普通埋弧焊的熔覆率提高了 200%，相比于双丝埋弧焊也提高了 50%。所以该技术具有很明显的优势。
[0005]本发明的优势和目的通过以下措施实现： 一种集成智能可调温式热丝埋弧焊装置，设有弧焊电源、热丝电源、紫铜导电嘴、陶瓷 管、上下两个电极圈、热丝以及燃弧焊丝，其特征在于还设有热丝温度智能反馈调节装置， 包括热信号采集铜片、温度控制系统，其中弧焊电源通过紫铜导电嘴给燃弧焊丝供电，产生 焊接电弧，热丝电源通过上下两个电极圈给需要预热的焊丝供电，电流通过焊丝产生电阻 热从而加热焊丝，热信号采集铜片固定在紫铜导电嘴的热丝出口端，热电偶一端连接在信 号采集铜片上，另一端接入温度控制系统，温度控制系统和弧焊电源以及热丝电源连接。
[0006]本发明中温度控制系统的开关启动后，首先是温度控制系统作用，热丝电源开始 工作，焊丝达到温度设定值后弧焊电源才开始工作，进行焊接过程，即温度控制系统上设有 整个设备的总开关。
[0007]本发明中利用燃弧焊丝产生电弧的多余热量来熔化预热后的焊丝，焊丝在进入熔 池前已处于高温状态，所以一旦进入电弧就会立即熔化，热丝的送丝速度同样影响焊接过 程的稳定以及焊后的焊缝成型，所以选择等速送丝，焊前设定一个比较合适、可以稳定焊接 的温度参数，依据温度控制系统来调整热丝电流，保证焊丝进入熔池前已经达到设定温度， 焊接开始前，要先将热丝焊丝剪至焊枪的出口端，使其与燃弧焊丝之间有一个长度差，这样 可以保证热丝在电弧稳定燃烧之前不会先于燃弧焊丝进入熔池，这样可以避免热丝过早地 插入熔池，影响焊缝成型。
[0008]本发明中导电嘴的材料为紫铜，燃弧焊丝与导电嘴直接接触，热丝与导电嘴之间 套有陶瓷管，从而保证热丝与燃弧焊丝之间绝缘。
[0009]本发明中热丝和燃弧焊丝的材料可以不同，可以按照需要进行合金元素的补充。 焊丝直径范围为1.6飞mm。
[0010] 本发明中热丝的送丝速度可以调节，调节范围为5(Tl000cm/min，热丝的送丝速度 在焊前设定好，焊接过程中保持不变。
[0011] 本发明中预热焊丝用电极圈的材料为紫铜，电极圈的规格按照焊丝的规格来制 造，保证其与焊丝一直接触，上电极圈卡在焊枪凹槽里，下电极圈与陶瓷管连接，确保两个 电极圈与导电嘴均绝缘。
[0012] 本发明中上下两个电极圈给热丝焊丝供电，焊丝靠电阻热加热，热丝电源输出直 流或者交流电，电流范围为(T500A，热丝的预热温度为(TlOOCTC。弧焊电源可以选用单电 源同时给两个燃弧焊丝供电，也可以用两个电源分别单独给燃弧焊丝供电。
[0013]本发明中三条焊丝之间相互平行，焊丝之间有间隔，间隔范围为2?15mm。热丝与 燃弧焊丝的排列方式包括两种：一是中间为热丝，两旁为燃弧焊丝，另一种是中间为燃弧焊 丝，两旁为热丝。两者都具有高熔覆率的优点，只是侧重点不同，前者有两个燃弧焊丝，热输 入相对较大，可以用于厚板或者窄间隙埋弧焊。后者只有一个燃弧焊丝，有两个热丝，这样 热输入就相对较小，适合于薄板或者大坡口焊接。对于中间为燃弧焊丝、两旁为热丝的排列 方式，热丝的陶瓷管在焊枪出口处需要偏向中心，从而使得两个热丝都能伸入电弧中心，提 高电弧热量的利用率。
[0014]本发明中热信号采集铜片固定在热丝出口端的上部，靠近出口端并与焊丝直接接 触，铜片与热电偶连接在一起，热电偶为S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶中的任意一种。 热电偶连接到温度控制系统，温度控制系统与热丝电源连接，三者之间形成一个负反馈。 [0015]本发明中还包括一种集成智能可调温式热丝埋弧焊的焊接方法，具体步骤如下： 步骤一：焊前要调节好燃弧焊丝和热丝的伸出长度，需要将热丝焊丝剪至焊枪出口处， 使其与燃弧焊丝之间有一个长度差，差值为:TlOmm。
[0016] 步骤二：清理焊道，将焊枪对中，按照试验参数设定燃弧焊丝以及热丝的送丝速 度。设定热丝的预热温度。
[0017] 步骤三：打开焊剂开关，焊剂落到焊道里，直至覆盖住三个焊丝。
[0018] 步骤四：开启温控装置，热丝电源开始工作，当热丝温度达到设定值后，弧焊电源 开始工作，燃弧焊丝启弧，行走机构启动，开始焊接过程。
[0019] 步骤五：焊接过程完成，关闭热丝送丝机、弧焊电源、热丝电源以及温度控制系统 步骤六：收集焊剂，清渣，清理焊缝表面。
[0020] 本发明提出的集成智能可调温式热丝埋弧焊装置针对所焊材料和尺寸的不同，包 含两种集成方式，利用埋弧焊电弧多余的能量来熔化预热焊丝，装置集成度高，相比于普通 的埋弧焊，有以下几个优点： (1)焊接过程稳定。之前传统的填丝埋弧焊的填充焊丝都是从侧面送入熔池，所以焊 丝不容易准确地进入到电弧的中心位置，这样容易导致焊接过程不稳定，同时，单侧插入焊 丝也会导致磁偏吹，影响电弧的稳定性。本发明中的填充焊丝与燃弧焊丝相互平行且靠近， 两种排列方式都可以充分地利用电弧的多余能量，不需要进行精确地调整和控制。热丝的 送丝速度可以单独设定，同时温度控系统可以保证热丝送出时的温度，所以不会出现热丝 插入熔池的情况。另外由于装置呈对称状态，所以电弧不会受到磁偏吹的影响，可以稳定燃 烧。
[0021] (2)提升熔覆率。焊接过程中，热输入制约了埋弧焊生产率的提高。母材 所能承受的热输入始终限定了生产率的上限。而采用集成智能可调温式热丝技术， 可以利用埋弧焊工艺中的富余能量熔化更多的焊丝。焊接热输入的计算公式为：
【权利要求】
1. 一种集成智能可调温式热丝埋弧焊装置，设有弧焊电源、热丝电源、紫铜导电嘴、陶 瓷管、上下两个电极圈、热丝以及燃弧焊丝，其特征在于还设有热丝温度智能反馈调节装 置，包括热信号采集铜片、温度控制系统，其中弧焊电源通过紫铜导电嘴给燃弧焊丝供电， 产生焊接电弧，热丝电源通过上下两个电极圈给需要预热的焊丝供电，电流通过焊丝产生 电阻热从而加热焊丝，热信号采集铜片固定在紫铜导电嘴的热丝出口端，热电偶一端连接 在信号采集铜片上，另一端接入温度控制系统，温度控制系统和弧焊电源以及热丝电源连 接。
2. 根据权利要求1所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊装置，其特征在于热丝和 燃弧焊丝的材料不同，焊丝直径范围为1.6飞mm。
3. 根据权利要求1所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊装置，其特征在于热信号 采集铜片固定在热丝出口端的上部，靠近出口端并与焊丝直接接触，铜片与热电偶连接在 一起，热电偶为S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶中的任意一种，热电偶连接到温度控制 系统，温度控制系统与热丝电源连接，三者之间形成一个负反馈。
4. 根据权利要求1所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊装置，其特征在于预热焊 丝用电极圈的材料为紫铜，电极圈与焊丝一直接触，上电极圈卡在焊枪凹槽里，下电极圈与 陶瓷管连接，两个电极圈与导电嘴均绝缘。
5. -种集成智能可调温式热丝埋弧焊的焊接方法，具体步骤如下： 步骤一：焊前要调节好燃弧焊丝和热丝的伸出长度，需要将热丝焊丝剪至焊枪出口处， 使其与燃弧焊丝之间有一个长度差，差值为:TlOmm ; 步骤二：清理焊道，将焊枪对中，按照试验参数设定燃弧焊丝以及热丝的送丝速度。设 定热丝的预热温度； 步骤三：打开焊剂开关，焊剂落到焊道里，直至覆盖住三个焊丝； 步骤四：开启温控装置，热丝电源开始工作，当热丝温度达到设定值后，弧焊电源开始 工作，燃弧焊丝启弧，行走机构启动，开始焊接过程； 步骤五：焊接过程完成，关闭热丝送丝机、弧焊电源、热丝电源以及温度控制系统； 步骤六：收集焊剂，清渣，清理焊缝表面。
6. 根据权利要求5所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊方法，其特征在于热丝的 送丝速度调节范围为50?1000cm/min。
7. 根据权利要求5所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊方法，其特征在于上下两 个电极圈给热丝焊丝供电，焊丝靠电阻热加热，热丝电源输出直流或者交流电，电流范围为 (T500A，热丝的预热温度为(Tl000°C，弧焊电源选用单电源同时给两个燃弧焊丝供电，或用 两个电源分别单独给燃弧焊丝供电。
8. 根据权利要求5所述的一种集成智能可调温式热丝埋弧焊方法，其特征在于三条焊 丝之间相互平行，焊丝之间有间隔，间隔范围为2~15mm，热丝与燃弧焊丝的排列方式包括两 种：一是中间为热丝，两旁为燃弧焊丝，另一种是中间为燃弧焊丝，两旁为热丝。两者都具有 高熔覆率的优点，只是侧重点不同，前者有两个燃弧焊丝，热输入相对较大，可以用于厚板 或者窄间隙埋弧焊，后者只有一个燃弧焊丝，有两个热丝，这样热输入就相对较小，适合于 薄板或者大坡口焊接。对于中间为燃弧焊丝、两旁为热丝的排列方式，热丝的陶瓷管在焊枪 出口处需要偏向中心，从而使得两个热丝都能伸入电弧中心，提高电弧热量的利用率。
【文档编号】B23K9/18GK104400197SQ201410506911
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】张鸿昌 申请人:张鸿昌