CN101282813B - 用于焊接的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接方法和设备。根据该方法，在焊丝和母材之间电力地形成电弧(4)并且电弧电压受到控制，电弧(4)以如下方式呈现周期性(12，t2)，即周期持续时间是(t2)并且在周期(12)内至少平均地出现具有平均持续时间(t1)的短路期(11)。根据本发明，至少主要以将短路期(11)的平均持续时间(t1)与周期持续时间(t2)的比值保持在期望的量值的方式对电弧电压进行控制。

Description

用于焊接的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于焊接的方法。
本发明还涉及一种用于焊接的设备。
背景技术
在诸如MIG(熔化极惰性气体保护焊)/MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接的已知焊接方法中，在焊丝和母材之间形成电弧。取决于电弧的特性，使用术语短弧焊接、过渡弧焊接或喷射弧焊接。在这些方法中，焊接实施为直流焊、脉冲式直流焊或者交流焊。除了电弧阶段，在焊接中还会无意或选择性地有意产生短路阶段，在这种情况下，短路阶段形成周期性焊接过程的一部分。
此种周期性过程的频率典型为10-200Hz。在这种情况下，必须对周期性以如下方式进行广义地理解，即电弧期和短路期的持续时间在不同的工作环境下是变化的，但是在每种工作环境下平均值或多或少保持恒定，即使瞬间值可能会显著地偏离该平均值。
传统上，MIG/MAG焊接具有如何通过设定焊接值来确保送丝速度和电压之间的正确关系的问题。该问题的部分解决方案是已知的，在短弧焊中通过使电压自动地匹配于送丝速度的方式能够获得令人满意的效果。另外，应当理解，在没有选定或设定的情况下，所述自动操作适用于多种焊丝尺寸和气体选择。但是，这种方法受到限制，因为其操作被局限到短弧区，并且即使在放宽范围的情况下也仅能到达过渡弧区的下端部。
发明内容
本发明意图消除上述所公开的现有技术状态的缺陷，并且为此目的创造一种全新类型的用于短弧焊的方法和设备。
本发明基于将短路期相对于总焊接期的比例保持为接近目标值的方式来控制焊接电压。
更具体地，根据本发明的方法，在焊丝和母材之间电力地形成电弧，所述电弧以焊接期的持续时间为t2的方式呈现周期性的焊接期，并且在所述焊接期内至少平均地出现具有持续时间t1的短路期，并且控制用于所述电弧的输入电压，其中，当在喷射弧区内焊接时，以如下方式对电弧电压进行控制，即：如果相对短路持续时间t1/t2的平均值大于目标值，则比较器指示控制器借助于电源来提高电弧电压；如果相对短路持续时间t1/t2的平均值低于所述目标值，则所述比较器指示所述控制器借助于所述电源降低电弧电压。
接下来，根据本发明的设备，所述设备包括用于在焊丝和母材之间形成电弧的装置，所述电弧以焊接期的持续时间为t2的方式呈现周期性的焊接期，并且在所述焊接期内至少平均地出现具有持续时间t1的短路期，并且所述设备包括用于控制电弧电压的控制装置，其中，当在喷射弧区内焊接时，以如下方式对电弧电压进行控制，即：如果相对短路持续时间t1/t2的平均值大于目标值，则比较器指示控制器借助于电源来提高电弧电压；如果相对短路持续时间t1/t2的平均值低于所述目标值，则所述比较器指示所述控制器借助于所述电源降低电弧电压。
借助于本发明可取得很多优点。
根据本发明的方法还具有优选的实施方式，借助于优选实施方式可扩展自动操作的适应性，即在当时所使用设备的功率范围限制内的起始于短弧并终止于喷射弧的全部功率范围下允许自动操作。
从焊接人员的角度来看，适应性控制是非常便利的，其容许焊接人员完全专注于焊接事件本身。
附图说明
下面将借助示例并参照与所采用的示例相关的附图来描述本发明。
图1示出关于能够采用本发明的焊接的单个焊接循环过程的一个典型脉冲形状；
图2示出根据本发明的一个方法的框图；
图3示出根据本发明的第二方法的框图；
图4示出根据本发明的第二方法的框图。
在本申请中使用了与附图标记相关的下列术语：
1     比较器
2     控制器
3     电源
4     电弧
5     短路指示
6     计算平均值
7     适应性模块
8     计算电弧电压平均值
9     阈值指示
10    参照模块
11    短路期
12    焊接期
13    开关
14    计算滑动控制值
15    短路持续时间
16    焊接循环持续时间
具体实施方式
图1大致示出以时间为量纲的在焊丝与母材之间的电阻。附图标记12表示焊接期，并且t2表示焊接期的持续时间。相应地，附图标记11表示短路期，并且t1表示短路期的总持续时间。短路期11的持续时间t1和焊接期12的持续时间t2总是根据电弧长度以及其它参数而变化。相似地，焊接期12的持续时间t2根据焊接方法而变化，并且在利用同一类型的焊接方法的焊接过程中也发生变化。
在已知的解决方案中，短弧区的适应性是基于短路期间的电压测量以及利用该测量结果来调整电源。但是，从过渡弧区开始，该方法所给出的电压过低，此时电弧变得不稳定并且实际上焊接变得无法进行。
根据本发明的改进是基于如下事实，即当在喷射弧区内焊接时，通常并不试图生成纯喷射电弧，而是以产生使电弧足够短从而不时出现短路的情形的方式来设定电压。按照焊接技术，已证明这种方法对于焊接结果而言更为适合。在本发明中，以对电压进行调整使得相对短路持续时间保持恒定的方式来应用这种操作方法。换句话说，在图1的情况下，将相对短路持续时间t1/t2保持在期望的量值。如果例如电弧电压过低，则相对短路持续时间t1/t2将提高。在这种情况下，控制器将提高电压，直到相对短路持续时间t1/t2达到期望值为止，该值典型地为几个百分比(这意味着在焊接期的持续时间t2的例如5％的几个百分比中电弧处于短路，并且在焊接期的持续时间t2的例如95％的其余时间内电弧燃烧)。相应地，如果电弧伸展过多使得短路减少、甚至在极端情况下完全消失，则控制器降低电压，直到获得期望的相对短路持续时间为止。图2示出一个可行控制回路的方案原理图。按照设备技术，该方案可基于传统的模拟技术进行实施，或者另外可基于处理器技术进行实施，在基于处理器技术的情况下控制回路将作为对图2的原理进行实施的合适程序。
因此，根据图2，目标值进入比较器1的一个输入端，并且短路持续时间的平均值在预定时期从平均值计算器6进入另一输入端。在比较器1的输出为零的这种情况下，平均值符合目标值。另一方面，如果相对短路持续时间t1/t2的平均值大于目标值，则比较器1指示控制器2借助于电源3来提高电弧电压4。连续地测量短路期11的持续时间t1与焊接期12的持续时间t2的比值，并且该结果的平均值由平均值计算器6来计算。相应地，如果相对短路持续时间t1/t2低于目标值，则比较器1指示控制器2借助于电源3降低电弧电压4。根据图1的解决方案也将在过渡弧区起作用。
在实际设备技术中，如果适应性在装置的起始于短弧的整个功率范围内起作用，则这是非常有利的。这可通过将短弧区的前述适应性和图1所示的方法结合而进行实施。该原理在图3中示出。于是，开关13用于选择根据图1的控制或者适应性模块7，其与结合了阈值指示9的计算电弧电压平均值8的实施并联。
图3的操作原理如下所示。
当在短弧区内操作时，所述平均值典型地低于20...22V。于是，开关13处于上部位置，并且操作适应性模块7。当计算电弧电压平均值8或在某些情况下为送丝速度超过了设定值——即固定的阈值指示9，则切换开关13，并且由控制器2对电源3进行控制。从适应性模块7至控制器2的转变可平稳地进行，并且其性能可通过切换滑动开关以下面的方式进行改善，即在超过阈值之后，相对短路持续时间的目标值并不立即设定为最终的较小值，而是在超过阈值之后，给定相对短路持续时间相当大的值，当电弧电压的平均值或者送丝速度提高时，该相对短路持续时间减小。除此之外，优选地保持短弧区的适应性模块7激活，使得在可能会出现于过渡区内的略长短路的期间，利用短弧区的有利适应性。于是产生了根据图4的解决方案的原理，该方案借助于参照模块10和计算滑动控制值14。在这种情况下，该装置的操作如下。
当操作超出阈值时，开关13(S)闭合，并且操作主要基于相对短路持续时间的调整。在这种情形下，如果例如送丝中的扰动引起发生略长的短路，则其操作类似于TAI元件的参照模块10用于选择来自适应性模块7的信号——该信号比来自控制器2的信号大——来控制电源3。可替代地，也可以利用来自控制器2和适应性模块7的信号之和，因为在稳定情形下，来自适应性模块7的信号(短弧区信号)仅在短弧区中以及过渡弧区的下端部是重要的，除此之外则由控制器2来确保正确的操作点，即使在一些控制信号来自适应性模块7的情况下，在这种情况下根据前面所述的来自适应性模块7的控制信号不会过多地引导电源输出。

Claims (8)

1.一种焊接方法，在所述方法中
在焊丝和母材之间电力地形成电弧(4)，所述电弧(4)以焊接期的持续时间为t2的方式呈现周期性的焊接期(12)，并且
在所述焊接期(12)内至少平均地出现具有持续时间t1的短路期(11)，并且
控制用于所述电弧的输入电压，
其特征在于
当在喷射弧区内焊接时，以如下方式对电弧电压进行控制，即：如果相对短路持续时间t1/t2的平均值大于目标值，则比较器(1)指示控制器(2)借助于电源(3)来提高电弧电压；如果相对短路持续时间t1/t2的平均值低于所述目标值，则所述比较器(1)指示所述控制器(2)借助于所述电源(3)降低电弧电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述电弧电压匹配于送丝速度的方式在短弧区内控制所述电弧电压。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在从短弧区焊接转变到喷射弧区焊接的过程中，在电弧电压的平均值或送丝速度超过阈值之后，相对短路持续时间t1/t2的目标值并不立即设定在其最终的较低值，而是在超过所述阈值之后，给定所述相对短路持续时间t1/t2的目标值相当大的值，当所述电弧电压的平均值或送丝速度提高时将所述相对短路持续时间t1/t2的目标值减小。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，短弧区的适应性模块(7)保持激活，使得在出现于过渡区内的略长短路期间的这种情况下，利用所述短弧区的有利适应性。
5.一种焊接设备，所述设备包括：
用于在焊丝和母材之间形成电弧(4)的装置，所述电弧(4)以焊接期的持续时间为t2的方式呈现周期性的焊接期(12)，并且
在所述焊接期(12)内至少平均地出现具有持续时间t1的短路期(11)，并且
所述设备包括用于控制电弧电压的控制装置，
其特征在于
当在喷射弧区内焊接时，以如下方式对电弧电压进行控制，即：如果相对短路持续时间t1/t2的平均值大于目标值，则比较器(1)指示控制器(2)借助于电源(3)来提高电弧电压；如果相对短路持续时间t1/t2的平均值低于所述目标值，则所述比较器(1)指示所述控制器(2)借助于所述电源(3)降低电弧电压。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备包括以所述电弧电压匹配于送丝速度的方式在短弧区内控制所述电弧电压的装置。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制相对短路持续时间t1/t2的装置，利用所述控制相对短路持续时间t1/t2的装置，在从短弧区焊接转变到喷射弧区焊接的过程中，在电弧电压的平均值或送丝速度超过阈值之后，相对短路持续时间t1/t2的目标值并不立即设定在其最终的较低值，而是在超过所述阈值之后，给定所述相对短路持续时间t1/t2的目标值相当大的值，当所述电弧电压的平均值或送丝速度提高时将所述相对短路持续时间t1/t2的目标值减小。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于保持短弧区的适应性模块(7)激活的装置，使得在出现于过渡区内的略长短路期间的这种情况下，利用所述短弧区的有利适应性。
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