专利名称：依据焊接坡口面的变化确定焊接填充面积的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，特别是一种利用恒定电压特性，依据焊接坡口面的变化确定焊接填充面积的自动控制方法。
目前，普遍使用的焊接方法主要分为焊接、熔焊、铆焊等，其中，在铁制品制造工程上，长期被广泛使用的焊接方法又可分为消耗式和非消耗式焊接。焊接电极属消耗式叫消耗式焊接，焊接电极属非消耗式的叫非消耗式焊接。在消耗式焊接方法中，具有代表性的有保护金属弧焊，气体金属弧焊，埋弧焊。这些焊接方法都具有各自的优点特性和用途，并根据使用方法又分为半自动和自动焊接。同时，根据使用的电极数量又分为单极焊接和多极焊接，如1个电极，2个电极，3个电极等。
上述气体金属弧焊是通过机械方式供给焊丝，焊接电流及电压加在焊丝上产生电弧，溶解焊丝和被焊接金属完成焊接。为了保护焊接面和焊接金属同进在熔溶物周围连接供给活性或惰性气体。气体金属弧焊接使用的电流电压低，焊丝较细，熔解物少和焊口小，多用在中厚板焊接上。埋弧焊顾名思意是把焊接电弧埋在下面。当焊丝和被焊接物之间产生电弧时，电弧发出的高温溶解焊丝和被焊金属达到焊接目的。埋弧焊在焊接前要事先把埋弧剂放在焊丝上，焊丝是通过机械方式供给的。埋弧焊使用的电流、电压高，焊丝粗，溶解物多，焊口宽，多用在厚板的高效焊接上。用埋弧焊接铁制品时，大多焊接成平面、真角、多角或其它形状等。为使焊接达到坚固的目的，首先要对焊接面进行处理，并根据焊接物的实际情况把焊接面处理成I，V，X，Y等形状，以此提高焊接强度，但是，焊接面时会产生在处理加工误差和组合误差等问题，实际达不到理想的焊接效果。而且，焊接人员在焊接过程中要不断监视和调整焊接误差。
本发明的目的是针对上述问题，提供一种能改变焊接面积的，依据焊接坡口面而变化的填充面积的控制方法，它可解决自动控制被焊接物焊面处理和组合产生的误差，并控制需要的焊丝量。
本发明的目的是这样实现的，它是多电极自动埋弧焊在自动焊接过程中分为五个阶段。第一阶段是对标准坡口设定标准的填充面积。第二阶段是根据即时检测器测定实际的坡口面积。第三阶段是把第一阶段中所设定的标准坡口面积与第二阶段实际测定的坡口面积输入比较单元进行比较，并将差值即调节信号输入控制单元。第四阶段是由第三阶段输入的调节信号调节焊接装置的焊接电压和电流的大小。第五阶段把第四阶段测定的焊接电流和电压及焊丝的供给速度，再次输入比较单元进行调节。在经过5个阶段的时间内，焊接装置通过自动控制达到了最好的焊接状态，而这种最好的焊接条件是利用了恒定电压的特性，依据焊接坡口而变化的最佳填充面积的控制方法改变焊接面积的。
本发明的优点是随着标准坡口面积和实际标准坡口面积的比较，便可以自动调节电流/电压的大小。如果是使用多电极埋弧焊焊接时，能提供最大填充量，可以随着坡口面变化调节焊接条件。埋弧焊具有高效率，自动化等优点。
下面结合附图作实施例说明
图1是本发明的总体结构图。
图2是熔解速度与焊接电源关系图。
图3是V型焊接坡口图。
由图1可知图中1是标准坡口面积设定值，2是实际坡口面积测定值，3是比较单元，4是电流调节信号，5是电压调节信号，6是控制单元，7焊接装置，8是即时检测器，9是实际坡口，10是焊接装置测定的电流值。11是焊接装置测定的电压值，12是焊接装置测定的焊丝供给速度值。
由图2可知，填充物的多少，是根据本发明利用恒定电压焊接机的特性，采用了焊接电流与焊丝供给速度成比例的原理。使用恒定电压特性的时候，焊条的供给速度随电弧电压及焊接电流值的大小而变化。换言之，焊条的供给速度是受弧电压和焊接电流组合值的影响，可以用下列公式表示。dI=I∂WFSdWFS,]]>DV=V∂WFSDWFS]]>积分后成
ΔI＝I(t+Δt)-I(t)现在测定的电流和以前测定的电流差值。ΔV＝V(t+Δt)-V(t)现在测定的电压和以前测定的电压差值。WFS焊丝供给速度。WFS焊丝供给速度变化量。I(t+Δt)，～V(t+Δt)现在测定的电流及电压I(t)，～V(t)以前测定的电流及电压通过实验所定值从上面公式中可以说明只要决定了ΔWFS的值，便会自动确定电压和电流值。把ΔWFS变换成坡口填充面积值，便可以控制电压和电流值。
由图3可知，V型坡口的焊接面是由坡口面积(Hg)和扇形面积((Acap)两部分组成。本发明利用即时检测器把实际应该填充的坡口的测定面积用A-fm表示，把标准坡口的标准面积用A-fs表示，并用ΔA表示补偿的面积差。公式表示如下Afs＝Acaps+AgsAfm＝Acapm+AgmΔA＝A_fs-A_fmA_fs标准坡口面积Ag_s标准坡口面积Acaps标准扇形面积A_fm测定面积Ag_m测定坡口面积Acapm测定扇形面积另外，把坡口实际应填充的面积可以用焊丝的供给速度(WFS)和焊丝的直径(D)表示，公式如下ηπD24·WFS(mm/sec)]]>如果用速度表示单位时间就是填充的面积，η＝1测定面积(A-ful)和标准面积(A-fs)与焊丝供给速度，焊丝直径及速度关系用下列公式表示。Afm=(ηπD24·WFS′)/V]]>Afm=(ηπD24·WFSs)/V]]>WFS′按实际测定的填充面积所定焊条的供给建设(mm/min)WFS标准填充面积所定的焊条供给速度(mm/min)V-s焊接速度(mm/min)因此，标准坡口内填充量与实际测定的坡口填充量的差，即面积差可以用下列公式表示。ΔA=Afm-Afs=ηπD24(WFS′-WFSs)/VS=ηπD4(ΔWFS)/Vs]]>因此，焊条供给速度的变化量可以用下列公式表示。
如前所述，如果将ΔFWS转变成坡口填充面积后，使可以控制电压和电流值。把式2代入式1，各单元便可以确定出电压和电流的控制值。如果是使用5个电极自动焊接装置，首先要选定一个电极单元选定坡口标准面积，而其余的4个电极单元应受制控。考虑到电弧的安全性，各部分的控制值由下列公式表示ΔI=ΔA·Vs4XπD2·2I2WFS]]>ΔV=ΔA·Vs4ηπD2·VWFS]]>ΔI2=ΔI·Is2Is2+Is3+Is4+Is5]]>ΔI3=ΔI·Is3Is2+Is3+Is4+Is5]]>ΔI4=ΔI·Is4Is2+Is3+Is4+Is5]]>ΔI5=ΔI·Is5Is2+Is3+Is4+Is5]]>ΔV2=ΔV3=ΔV4=ΔV5=ΔV4]]>I_S2～，～I_S3，～I_S4～，～I_S5填充标准坡口的标准条件。
本发明根据上述各单元控制值，可以保证电弧的安全性可以自动控制最大填充量。首先，在标准坡口设定标准填充量(标准坡口面积)，再通过即时检测器测定出实际坡口的面积，这样把原定标准坡口面积与实际测定的坡口面积输入比较单元进行比较，把标准焊接电流/电压和现在测定的电流/电压的差值，即调节信号输入控制单元。输入到控制单元的调节信号，通过调节焊接装置的焊接电流及电压控制填充量。这时，为要确定实际焊接电源及电压值，焊接装置测定的焊接电流和电压及焊条的供给速度便又输入到比较单元进行调节。
即，由即时检测器测定的坡口面积与原来设定的标准坡口面积，在比较单元进行比较，如果出现坡口面积差，在标准焊接条件下，可以达到自动调节电流/电压大小，并能自动调节填充量。
权利要求
1.一种依据焊接坡口面的变化确定焊接填充面积的控制方法，其特征是多电极埋弧焊其自动焊接分五个阶段；第一阶段是对标准坡口设定标准填充面积；第二阶段是根据即时检测器测定实际的坡口面积；第三阶段是把第一阶段中所设定的标准坡口面积与第二阶段实际测定的坡口面积，输入比较单元进行比较，并将差值，即调节信号输入控制单元；第四阶段是由第三阶段输入的调节信号，调节焊接装置的焊接电压和电流的大小；第五阶段把第四阶段测定的焊接电流和电压及焊丝的供给速度，再次输入比较单元进行比较，在经过5个阶段的时间可以自动控制焊接电流和电压，能达到焊接的最佳效果；而这一特点是利用了恒定电压特性，依据焊接坡口而变化的最佳填充面积控制方法改变焊接面的。
全文摘要
本发明提供一种能改变焊接面,依据焊接坡口面的变化确定焊接填充面积的控制方法,其目的是利用恒定电压焊接机的特性,控制被焊接物的焊面处理和组合时产生的误差,在操作时间内可以控制需要焊丝量。其优点是:随着标准坡口面积和实际标准坡口面积的比较,便可以自动调节电流/电压的大小。如果是使用多极埋弧焊焊接时,能提供最大填量,可以随着坡口面变化调节最佳焊接条件。埋弧焊具有高效率,自动化等许多优点。
文档编号B23K9/12GK1277901SQ0010439
公开日2000年12月27日 申请日期2000年3月21日 优先权日1999年6月18日
发明者权赫俊, 郑文永, 文泂淳, 金正燮, 郑秀元 申请人:现代重工业株式会社