[发明专利]窄缝焊接法和焊接装置

说明书

本发明涉及一种窄缝焊接法，通过该方法在MAG和MIG焊接中实现V形或单斜边坡口多层组合焊接，以及一种对其焊接的装置。

随着诸如液压铲等的民用建筑机器已经被制造的越来越大，构成如臂、悬臂、铲斗等的民用建筑机器结构的钢板越来越厚，其中需要大量的时间用于焊接工作。

作为用于缩短焊接时间的方法之一，有一种方法是通过使V形或单斜边坡口焊缝坡口成为窄缝来减少焊接总量。然而，在使其成为窄缝的情况中，一个重要的因素为阻止焊接缺陷的发生，特别是在第一层中。

例如，如日本1996年的特开平108275所示，如果将要焊接的元件是圆形的，则其端面被非常精确加工以形成焊接坡口，并且可以进行自动焊接。但是，由于在民用建筑机器的结构中，如果通过加工在具有由直线和曲线构成的复杂外轮廓的大尺寸元件中形成焊接坡口，其工作成本将极昂贵，其中不能承担焊接成本，导致总生产成本增长。

例如，焊接坡口的焊接过程中，此时第一层中焊接电流小，输入进将要焊接的元件中的热量低。因此，如图7所示，不能被第一层焊珠3遮蔽的空间4a产生在焊接坡口2的底部成为焊接缺陷，焊接坡口由一对焊接基体1形成。

如图8所示，如果焊接电流增长，当相对于基体1可获得足够的热量输入时，熔融的填充金属量增长。因此，焊珠3的纵横比(焊珠的高度对宽度的比例)因而增长，在焊珠3中产生诸如热裂缝4b的焊接缺陷。

为了确保对于焊接基体的充分焊透并阻止在焊珠中产生热裂缝，增加焊接电流是必需的，且同时通过使焊接速率较快而将形成在焊接部分的焊珠高度抑制为较低。

另外，如图9所示，由于焊条6接近从坡口2的中心部分偏移的一个侧壁，故焊弧7流向焊条接近的侧壁，其中，在焊接完成之后，如图10所示产生较大的咬边。另外，由于焊弧的中心不是朝向坡口2的底部(方向性较差)，故可能为坡口2底部处的焊透不足这样的情况。

焊接中的焊弧的方向性可以通过在焊弧上起作用的收缩力而得到。作为在焊弧上起作用的收缩力的其中之一，存在由焊接电流产生的电磁收缩力。电磁收缩力的强度与焊接电流的平方成比例。

因此，在民用建筑机器等的结构中的第一层焊接中，难以采用诸如半自动焊接的焊接方法，在该方法中由于手抖动使得焊条的蜿蜒运行或目标位置的偏移是不可避免的。该焊接由技术熟练的焊接工人手工进行，其中降低焊接成本是困难的。

因此鉴于上述情形，本发明的一个目的是提供一种窄缝焊接法和一种用于该方法的焊接装置，其能够在窄坡口焊缝中在第一层中应用自动或半自动焊接，通过提高在焊接中产生的焊弧的方向性，并且提高由于手抖动使得焊条的蜿蜒运行或目标位置的偏移的公差。

为了达到该目的，本发明的第一方面为通过MAG和MIG焊接来焊接窄V形或单斜边坡口的方法，包括如下步骤：通过在第一层中施加焊接电流来焊接，通过其球形传热图形(globule transfer pattern)变成喷射图形(spraypattern)，这是通过引起直流和脉冲电流在焊接基体和填充金属之间叠加的波形而进行的；之后，通过施加直流焊接第二层。

本发明的第二方面特征在于，上述提及的直流被形成为200A到300A，而叠加到直流上的脉冲电流的峰值被形成为400A到500A。

本发明的第三方面特征在于，上述提及的脉冲电流的频率被形成为50赫兹或更大。

本发明的第四方面为用于通过MAG和MIG焊接而焊接V形或单斜边坡口的装置，其包括：焊接能量源，其向由焊接基体和填充金属构成的焊接部分施加焊接能量；电流控制器，其将预定的焊接电流与施加到焊接部分的焊接电流比较，并且传送电流控制信号；电压控制器，将预定焊接电压与施加到焊接部分的焊接电压比较，并且传送电压控制信号；脉冲波形控制器，其传送取决于预定峰值电压、基准电压和频率的脉冲波形信号；以及输出控制器，控制基于上述提及的电流控制器、电压控制器和脉冲波形控制器的输出的上述提及的焊接能量源的输出，并向上述提及的焊接部分施加所需的焊接能量。