CN104428099B - 用于埋弧焊的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于埋弧焊的方法，包括以下步骤：朝向工件引导第一热焊丝(4；4a，4b)并以可变的进给速度引导冷焊丝(22；22a，22b)。所述方法还包括以下步骤：在焊接阶段期间至少连续地测量至少与所述第一热焊丝(4；4a，4b)相关的第一活性焊接参数；至少根据第一活性焊接参数的变化来调节冷焊丝(22；22a，22b)的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。本发明还涉及一种用于执行所述方法的***(9)。所述***(9)包括：热焊丝进给装置(150)，用于朝工件进给第一热焊丝(4；4a，4b)；冷焊丝进给装置(35)，用于以可变的冷焊丝(22；22a，22b)进给速度进给冷焊丝(22；22a，22b)；以及控制单元(31)，用于控制第二焊丝进给装置(35)。所述***(9)还包括测量装置(27)，适用于至少连续地测量至少与所述第一热焊丝(4；4a，4b)相关的第一活性焊接参数。控制单元(31)确定用于冷焊丝(22；22a，22b)进给速度的目标值，每个目标值对应于第一活性焊接参数值，并且控制所述第二焊丝进给装置(35)以将所述冷焊丝(22；22a，22b)进给速度调节为所述目标值。

Description

用于埋弧焊的方法和***
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于埋弧焊的方法以及一种根据权利要求13前序部分所述的埋弧焊***。
背景技术
埋弧焊(SAW)是一种以高生产率和高质量为特点的焊接方法，通常用于在较厚的材料上形成更长的焊缝。
众所周知，使用自耗电极将焊接电流传导到工件中。焊接电流在自耗电极和工件之间形成电弧，从而在工件上形成焊接熔池。该自耗电极称作热焊丝(hot wire)。
埋弧焊的特点是，已熔化的材料和电弧在粉状助焊剂层的下方得到保护。助焊剂在该过程期间部分熔化，从而在焊接熔池上形成熔渣保护层。该过程中使用的电流相对较高，通常每根电极的电流在300-1500安培的范围内。在埋弧焊中使用的电极直径通常为2.5-6mm。
在埋弧焊中使用的助焊剂是粒状易熔矿物，通常含有锰、硅、钛、铝、钙、锆、镁的氧化物以及其他复合物例如氟化钙。助焊剂特别被配制成可适用于指定的电极焊丝类型，以使助焊剂和焊丝的组合产生所需的机械性质。所有的助焊剂与焊接熔池反应以生成焊接金属的化学成分和机械性质。如果将镁和硅添加到焊接中，通常认为助焊剂是“活性的”。镁和硅的添加量受电弧电压值和焊接电流值的影响。
希望提高SAW工艺的生产率。这一点可以通过提高焊接速度和沉积速率(即，焊接金属实际沉积到工件表面上的速率)来实现。热量输入应该保持在能够保留被焊接的母体材料的机械性质的水平，并且焊缝应该具有一定水平的机械性质。
热量输入可以计算如下：
其中，Q(kJ/mm)是热量输入，ηSAW是效率因子，I(A)是焊接电流，U(V)是电弧电压，v(mm/min)是焊接速度。
提高沉积速率的一种方法是在单个焊接熔池中使用多个热焊丝。通常使用2-3个热焊丝，但是，公知的是最多使用6个热焊丝。在单个焊接熔池中使用一个以上的热焊丝能够提高沉积速率并因此改善焊接的经济性。由于可以给前部热焊丝和后部热焊丝分配不同的任务，因此还能改善焊接质量。
热焊丝可以布置成各种不同的设置或形式。例如，热焊丝可以定位成在相对于焊接方向的横向方向上移出，或者定位成在焊接方向上彼此间隔一定距离，或者是上述两种定位方式的组合。如果要在横向方向上将两个或更多个热焊丝移出，那么这些热焊丝可以并排定位。这种定位方式用于表面焊接或者需要宽接缝的特定接缝。并排焊接会导致熔深较浅且宽度更大。
可选地，热焊丝定位成在焊接方向上彼此间隔一定距离。在焊接方向上最先定位的热焊丝通常称作前部热焊丝，位于前部热焊丝后方的热焊丝通常称作后部热焊丝。通常，前部热焊丝和后部热焊丝在焊接过程中起到不同的作用。例如，公知的是，控制前部热焊丝以便获得所需程度的熔深，而后部热焊丝控制焊缝的外观、轮廓和填充。
也可以以使热焊丝彼此之间分开得较远，在此情况下，由前部热焊丝产生的焊接熔池可以在第二热焊丝到达焊接熔池之前固化。在此情况下，两个热焊丝或多或少地执行两个连续焊接道次的任务。
提高沉积速率的另一种方法是，添加一个或多个无需形成电弧即可熔化的自耗电极。这些电极被称作冷焊丝。朝向熔融的焊接熔池连续地进给冷焊丝以充分靠近一个或多个热焊丝，在此通过所述热焊丝产生的热量使冷焊丝熔化。电流可以施加至冷焊丝以用于加热冷焊丝。
例如，由WO2012/041375A1可知，能够独立于热焊丝进给速度操控冷焊丝进给速度。由文献JP2205267也可知，能够根据槽的形状控制填充焊丝的进给速度以保持一定的熔池长度。
将冷焊丝材料引入焊接熔池中将会改善对焊接合金成分的控制，从而可以得到更好的焊接。优选地将冷焊丝引到由热焊丝产生的电弧附近，或者优选地将冷焊丝引到由热焊丝产生的电弧中(甚至更优选地将冷焊丝引到由多个热焊丝产生的电弧附近或者由多个热焊丝产生的电弧中)。另外，将冷焊丝材料进给到焊接熔池中即可通过优化的焊接参数使得生产率提高多达100％。换句话说，冷焊丝无需增加热量输入就允许更高的沉积速率。
与冷焊丝相关联的问题是，在冷焊丝不以均匀的速度熔化或经过熔池撞击母体材料时，冷焊丝有时会加剧焊接过程的不稳定性。这就可能会导致焊接缺陷以及在未熔化的冷焊丝材料的焊接金属中形成夹杂物。
本发明的第一目标是提供一种用于埋弧焊的方法，所述方法使用至少一个冷焊丝，该方法确保焊接过程的稳定和焊接质量的提高。
本发明的第二目标是提供一种适用于使用至少一个冷焊丝的埋弧焊***，该***确保焊接过程的稳定和焊接质量的提高。
发明内容
热焊丝是一种自耗电极，其连接到电源上以保持所述自耗电极和工件之间的电弧。
冷焊丝是一种无需形成电弧即可熔化的自耗电极。冷焊丝可以连接至电源以用于加热冷焊丝，但是，传输到冷焊丝中的电流将不会产生电弧。
焊接参数是对焊接过程有直接影响的焊接设备参数。焊接参数的示例包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、热焊丝进给速度和冷焊丝进给速度。术语“焊接参数”并不包括与焊接设备不直接相关的参数，即使所述参数确实影响焊接过程也不例外。不包括在术语“焊接参数”内的这种参数的示例有被焊接对象的形状和成分。
一些焊接参数与一个或多个热焊丝相关。与热焊丝相关的焊接参数的一个示例是热焊丝焊接参数。热焊丝焊接参数(例如焊接电流、电弧电压、热焊丝进给速度和焊接速度)对由所述热焊丝产生的电弧的性质有直接影响。与热焊丝相关的焊接参数的另一个示例是对热焊丝焊接参数施加影响和/或受到热焊丝焊接参数影响的焊接参数。这些参数(例如热焊丝进给马达的马达转速)可以对由所述热焊丝产生的电弧的性质有间接影响。
如上所述，焊接参数可以与一个以上的热焊丝相关。例如，当两个或更多个热焊丝连接至同一个电源时，测量与所述热焊丝之一相关的一个或多个焊接参数并采取将测得的参数值应用于所有热焊丝就已足够。
与另一参数相关的参数是受到所述其他参数的直接或间接影响和/或对所述其他参数有直接或间接影响的参数。
活性焊接参数是在焊接期间响应于焊接条件的变化(例如热焊丝端部和工件之间的距离变化)而被调节的焊接参数。活性焊接参数有时被调节以将一个或多个非活性焊接参数保持在基本固定的水平。可以响应于检测到的焊接条件的变化而手动或自动地调节活性焊接参数。活性焊接参数也可以与其他的活性焊接参数相关，或者通过调节其他的活性焊接参数来进行调节。与应该保持在基本固定的水平的焊接参数相比，本文中定义的活性焊接参数也可以称作可变的焊接参数。
活性焊接参数例如焊接速度可以与一个以上的热焊丝相关。
焊接方向定义为准备进行焊接的方向。焊接方向的可选定义是焊头或热焊丝的运动方向。
焊接条件是影响焊接过程的外部因素。外部因素的示例有工件表面的形状和工件的材料性质。
可变的进给速度是能够采用一个以上的高于0的数值的进给速度，并且在焊接期间能够从所述数值中的一个调节为所述数值中的另一个。
连续测量活性焊接参数是指以固定或可变的时间间隔测量活性焊接参数值。通常，以大约1ms的时间间隔测量焊接参数。为了让结果更准确，对所测的这些值进行滤波，以一定的时间间隔获取(经过滤波的)活性焊接参数值，使用这些参数值来确定合适的冷焊丝进给速度目标值，上述时间间隔的(平均)长度在0-1000ms之间，优选地在50-250ms之间，最优选地在75-125ms之间。
根据本发明的方法和***应该在焊接期间使用而不是在焊接过程的开始或终止阶段期间使用。开始阶段(形成电弧并使焊接参数稳定)和停止阶段(焊接过程的终止)之间的阶段在下文中称作焊接阶段。焊接阶段是在此期间执行焊接操作的阶段。
通过独立权利要求1限定的用于埋弧焊的方法来实现本发明的第一目标。
所述用于埋弧焊的方法包括以下步骤：朝向工件引导第一热焊丝电极并向第一热焊丝传输电流以用于产生电弧，例如在第一热焊丝和工件之间产生电弧，从而形成焊接熔池。该方法还包括以下步骤：以可变的进给速度朝向所述焊接熔池引导冷焊丝。该方法还包括以下步骤：在焊接阶段期间至少连续地测量第一活性焊接参数，第一活性焊接参数至少与第一热焊丝相关，该第一活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件，并且至少根据第一活性焊接参数的变化来调节冷焊丝进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。
在焊接阶段期间连续地测量第一活性焊接参数。连续测量第一活性焊接参数是指以一定的时间间隔测量活性焊接参数，该时间间隔长度通常约为1毫秒(ms)。以一定的时间间隔测量经过滤波的第一活性焊接参数值，根据该经过滤波的第一活性焊接参数值调节冷焊丝进给速度，上述时间间隔的平均长度为0-1000ms，优选地为50-250ms，最优选地为75-125ms。也可以根据未经过滤波的第一活性焊接参数值来调节冷焊丝进给速度。
第一活性焊接参数可以是活性热焊丝焊接参数，即，对由所述热焊丝产生的电弧有直接影响的活性焊接参数。第一活性焊接参数也可以与一个或多个活性热焊丝焊接参数相关。
第一活性焊接参数可以与一个以上的热焊丝相关。例如，第一活性焊接参数可以与连接至单个电源的两个热焊丝相关。
使用活性焊接参数值来确定用于冷焊丝进给速度的对应目标值。可以根据与不同活性焊接参数相关的一个以上的活性焊接参数值来确定用于冷焊丝进给速度的目标值。也可以根据对应的单个活性焊接参数值来确定目标值。还可以根据与单个活性焊接参数相关的多个活性焊接参数来确定用于冷焊丝进给速度的目标值。
在焊接过程变得不稳定时，对冷焊丝进给速度的非自适应控制会导致冷焊丝进给速度无法适用于当前的焊接条件并加剧焊接过程的不稳定性。如果冷焊丝进给速度太高，冷焊丝在其接触焊接熔池的底部之前可能无法熔化，冷焊丝进给速度太低可能会导致沉积速率不足。这可能会导致沉积速率变化、焊接缺陷、以及在未熔化的冷焊丝的焊接金属中形成夹杂物。
在根据一个或多个活性焊接参数来实现冷焊丝进给速度时即可避免这些问题，其中，这些活性焊接参数被调节成更好地适应当前的焊接条件。在焊接期间针对当前的焊接条件和活性热焊丝焊接参数调节冷焊丝进给速度。这样即可提高焊接质量和焊接过程的稳定性。
优选而非必须地，响应于活性焊接参数的变化而自动执行冷焊丝进给速度的调节，以确保快速和准确地响应焊接条件的改变。
公知的是，出现扰动例如工件表面不规则引起的明显变化、焊接过程或接缝结构的变化时调节至少一个活性焊接参数以将一个或多个焊接参数保持在设定值。
活性焊接参数可以与另一焊接参数相关，并且可以通过调节另一焊接参数进行调节；可以根据这些活性焊接参数中的任何一个来调节冷焊丝进给速度。例如，调节热焊丝进给速度可以改变热焊丝的电弧电压。可以根据所述参数中的任何一个或两个来调节冷焊丝进给速度。
将焊接参数保持在设定值或恒定值是指，如果例如由于所出现的扰动而使焊接参数与所述设定值不同，那么，通过调节至少一个活性焊接参数即可让焊接参数恢复至所述设定值。即，当焊接参数采用的值不同于特定值时，调节活性焊接参数以使所述焊接参数恢复至所述特定值。
等速送丝(CW)过程是这样一种焊接过程：在该焊接过程期间，将热焊丝进给速度设定为特定速率并自动调节焊接电流以保持电弧电压值。
根据本发明的方法可以包括以下步骤：当焊接电流是活性热焊丝焊接参数时，根据焊接电流的变化来调节冷焊丝进给速度。该实施例能让该方法与CW焊接过程匹配。
恒电流强度(CA)过程是电弧电压值基本保持固定并且通过调节热焊丝进给速度来控制焊接电流的过程。因为焊接电流值与电极端部和工件之间的距离相关，所以热焊丝进给速度的提高将导致焊接电流增加。类似地，热焊丝进给速度的降低将导致焊接电流下降。因此，通过调节热焊丝进给速度即可保持电流强度值基本不变。
根据本发明的方法可以包括以下步骤：当热焊丝进给速度是活性热焊丝焊接参数时，根据热焊丝进给速度的变化来调节冷焊丝进给速度。该实施例能让该方法与CA焊接过程匹配。
在恒电流(CC)过程中，焊接电流保持基本不变，而电弧电压取决于朝向工件进给热焊丝的速度。
有利地，根据本发明的方法包括以下步骤：当热焊丝进给速度和/或电弧电压是活性热焊丝焊接参数时，根据热焊丝进给速度和/或电弧电压的变化来调节冷焊丝进给速度。该实施例能让该方法与CC焊接过程匹配。
也可以让冷焊丝进给速度与说明书中未提及的其他活性焊接参数相关联；条件是能够调节这些参数来改变焊接条件并且这些参数与至少一个热焊丝电极相关。
冷焊丝进给速度也可以取决于焊接功率。焊接功率的定义如下：
P＝U×I (2)，
其中，P(kJ)是焊接功率，U(V)是电弧电压，I(A)是焊接电流。焊接过程的能量越少意味着熔化冷焊丝的过量能量越少。有利地，当焊接过程中的能量减少时，冷焊丝进给速度降低。更多能量意味着有更多的过量能量来熔化冷焊丝，因此，冷焊丝进给速度有利地响应于检测到的焊接功率的增加而提高。
焊接功率可以构成活性焊接参数。也可以将焊接功率定义为与一个或多个活性焊接参数例如电弧电压和/或焊接电流相关的参数。
在某些实施例中，冷焊丝进给速度取决于与同一热焊丝相关的多个活性焊接参数。例如，在焊接功率取决于随时间变化的电弧电压和焊接电流时就是这种情况(公式2)。也可以保持电弧电压和焊接电流之一基本不随时间变化。
冷焊丝进给速度也可以取决于热量输入。热量输入可以定义为：
其中，Q(kJ/mm)是热量输入，k(无量纲量)是热效率，U(V)是电压，I(A)是电流，v(mm/min)是焊接速度。在此，焊接速度也可以是活性焊接参数。焊接速度定义为焊头或者一个或多个热焊丝在工件表面上的运动速度。
如上所述，热量输入可以定义为与一个或多个活性参数相关的可变参数以被用于确定冷焊丝进给速度值。热量输入也可以定义为活性焊接参数。
有时，需要在整个焊接过程中保持焊接能量值基本不变并且改变沉积在工件上的电极材料量。在这种情况下，热焊丝进给速度的提高将导致冷焊丝进给速度的提高，相应地，热焊丝进给速度的降低将导致冷焊丝进给速度的降低。
焊接功率或热量输入可以有可选择的定义，并且任何定义都可应用于本发明。
在一个实施例中，有利地，该方法包括并重复以下步骤：至少根据第一活性参数值确定用于冷焊丝进给速度的目标值；将所述冷焊丝进给速度调节为所述目标值。
有利地，电弧在冷焊丝进给速度达到目标值(该目标值高于先前检测的目标值)之前已经稳定，以确保冷焊丝不会撞击焊接熔池底部。例如，电弧可能会在热焊丝进给速度提高之后变得不稳定。
确保冷焊丝进给速度不会提高得太多、太快的一种方法是逐步增加冷焊丝进给速度，直到冷焊丝进给速度达到其目标值为止。有利地，冷焊丝进给速度逐步增加至高达100cm/min，有利地增加至1-10cm/min，甚至更有利地增加至4-6cm/min。冷焊丝进给速度不会增加得像对应的活性焊接参数一样快，由此提供了足够的时间以在冷焊丝撞击焊接熔池底部之前让电弧稳定并让冷焊丝端部熔化。
有利地，活性焊接参数的测量时间间隔尽可能短。合适的时间间隔约为1ms。可以对测量值进行滤波以实现冷焊丝进给速度的更准确的调节。
有利地，以一定的时间间隔测量用于确定冷焊丝进给速度所用目标值的(已滤波或未滤波的)活性焊接参数，该时间间隔的平均长度为10-1000ms，优选为50-500ms，最优选为75-125ms。因此，可以逐步调节冷焊丝进给速度，逐步调节的平均时间长度为10-1000ms，有利地为50-500ms，最优选为75-125ms。当然，可以将测量活性焊接参数的时间间隔增加至高达1000ms。
可以相对于活性焊接参数值(基于该参数值计算用于冷焊丝进给速度的目标值)的出现来延迟提高冷焊丝进给速度的开始时间。然后，可以如上所述连续地或者一步或多步地提高冷焊丝进给速度。所述时滞长度取决于例如所述冷焊丝进给速度增加值的大小(即，目标值和先前的目标值之差)或所述活性热焊丝焊接参数的所述增加值的大小。
所述时滞长度在热焊丝进给速度每增加1000mm/min或每增加100A时可以为0-10秒，最优选为0.5-3秒。时滞也可以设定为0-10秒范围内的固定值，最优选范围为0.5-3秒，这与增加值的大小无关。时滞可以定义为在活性参数值的出现与由所述活性参数值造成的冷焊丝进给速度开始提高之间的时间段。
冷焊丝进给速度通常低于热焊丝进给速度的120％，有利地在热焊丝进给速度的60-80％之间。热焊丝进给速度可以是从1000mm/min至10000mm/min的任意值。
如果热焊丝参数在冷焊丝进给速度到达其目标值之前再次改变，那就确定冷焊丝进给速度的另一目标值并相应调节冷焊丝进给速度。
有利地，在单个步骤中可以相对于活性焊接参数值的检测瞬时地执行冷焊丝进给速度的降低操作，其中该活性焊接参数引起冷焊丝进给速度的所述降低。引起冷焊丝进给速度降低的热焊丝参数变化的示例有：热焊丝进给速度降低、焊接电流减小、电弧电压或焊接能量减小。瞬时降低冷焊丝进给速度将确保：即使熔化速度降低，冷焊丝在其撞击焊接熔池底部之前就会熔化。时滞应该尽可能短。有利地，相对于造成所述降低的相应活性焊接参数值的出现，冷焊丝进给速度在200ms内达到其目标值，优选在100ms内，更优选在10ms内，最优选在1ms内。
能降低冷焊丝进给速度至某值(其低于目标值)，以保证有足够时间使电弧稳定且保证冷焊丝不会撞击焊接熔池底部，然后增加冷焊丝进给速度(如参照上述冷焊丝进给速度的增加)，直到达到目标值为止。冷焊丝进给速度在其增加至所述目标值之前甚至可停止增加。
能在一个或多个步骤中增加或降低冷焊丝进给速度。还能根据梯度固定或变化的曲线连续调节冷焊丝进给速度。当冷焊丝进给速度接近其目标值时梯度可增加；在冷焊丝进给速度的所述调节过程中梯度可保持不变；当冷焊丝进给速度达到其目标值时梯度可降低。
可按照长度(ms)和/或宽度(cm/min)变化的梯级方式逐步调节冷焊丝进给速度，梯级。例如，当冷焊丝进给速度接近其目标值时梯级可更短更高，或可选地，冷焊丝进给速度的调节开始时，梯级可更短更高。当然，也可按照长度(ms)和/或宽度(cm/min)固定的梯级方式逐步执行冷焊丝进给速度的调节操作。
在调节冷焊丝进给速度期间检测到的活性焊接参数变化将导致设定冷焊丝进给速度的新目标值。立即应用该新的目标值，即，控制单元立即指示冷焊丝进给装置根据文中所述的任何方法(可以或不可以包括时滞)调节冷焊丝进给速度至该新的目标值。
优选地，可相对于活性焊接参数的出现延迟增加冷焊丝进给速度，其中该活性焊接参数引起所述速度增加。优选地，相对于活性焊接参数值的出现，瞬时或延迟尽可能短的时间降低冷焊丝进给速度，其中所述活性焊接参数引起所述速度降低。
该方法可以包括以下步骤：朝工件引导一个以上的热焊丝；根据与所述热焊丝中的一个或多个相关的多个活性焊接参数控制冷焊丝进给速度。从而保证准确地控制冷焊丝进给速度。
可根据电弧焊***中的所有热焊丝或根据一部分热焊丝控制冷焊丝进给速度，所述一部分热焊丝包括一个或多个热焊丝。
可根据相同类型的活性焊接参数或一种以上类型的活性焊接参数来控制冷焊丝进给速度。
可根据多个相同类型的活性焊接参数的平均值或多个相同类型的活性焊接参数的加权平均值来控制冷焊丝进给速度。这两种解决方案可保证改善对冷焊丝进给速度的控制，需要加强冷焊丝进给速度对一部分特定的活性焊接参数(如，与一个或多个位于所述冷焊丝附近的热焊丝相关的活性焊接参数或与一个或多个执行特定任务的热焊丝相关的活性焊接参数)的依赖性时，采用后一种解决方案。
计算冷焊丝进给速度的目标值时，活性焊接参数之间能相互替换。
有利地，计算冷焊丝进给速度的目标值时，可让热焊丝交替。从而，例如可保证在多个热焊丝交替地在其与工件之间产生电弧时能更准确地调节冷焊丝进给速度，这种情况下，总是根据当前在其与工件之间产生电弧的热焊丝来控制冷焊丝进给速度。
另外，有利地，焊接期间一个或多个热焊丝从DC转换成AC时可让热焊丝交替。例如，串联焊接过程可包括配置有直流电(DC)的前部焊头(控制熔深大小)和配置有交流电(AC)的后部焊头(控制焊缝的外观、轮廓和填充)，其中，在第二道焊接期间前部焊头切换成AC。这种情况下，考虑到AC电极可用于控制焊缝的外观和填充，因此，有利地，在第一道焊接期间使冷焊丝进给速度与后部电极有关，在第二道焊接期间使冷焊丝进给速度与前部和/或后部电极有关。可选地，考虑到DC电极产生更稳定的电弧，因此，有利地，使冷焊丝进给速度在第一道焊接期间依赖于前部电极。
很明显，该方法包括以下步骤：测量不同类型的活性热焊丝焊接参数。当计算冷焊丝进给速度的目标值时，还能使用一个或多个与相同热焊丝相关的一个或多个活性焊接参数。
有利地，该方法包括以下步骤：朝工件至少引导第二熔化热焊丝电极；将电流传输给用于产生电弧的所述第二热焊丝，例如以在第二热焊丝和工件之间产生电弧。第一和第二热焊丝被设置成产生共同的焊接熔池。当然，能使用两个以上的热焊丝来产生单个焊接熔池。该方法也可以包括以下步骤：在焊接阶段，至少连续测量至少与所述第二热焊丝相关的第二活性焊接参数，其中，连续调节该第二活性焊接参数使其适用于现有的焊接条件；至少根据所述第一和第二活性焊接参数的变化来调节冷焊丝进给速度，以保持焊接稳定性高、焊接质量高。
第二活性焊接参数可以是活性热焊丝焊接参数或与活性热焊丝焊接参数相关的活性焊接参数。
使用一个以上的热焊丝可提高SAW过程的生产率，使用两个热焊丝的活性焊接参数来控制冷焊丝进给速度可保证改善对冷焊丝进给速度的调节过程的控制。
可将多个热焊丝安装成各种结构形式。沿焊接方向使焊丝相互之间间隔一定距离时，前方的热焊丝称作前部热焊丝，前部热焊丝之后的一个或多个热焊丝称作后部热焊丝。
有利地，冷焊丝与热焊丝平行，布置在热焊丝之间的重叠区域中。从而保证重叠区域的范围变化将减小，冷焊丝的沉积速率的变化同样将减小。
可选地，热焊丝位于第一平面上，冷焊丝位于垂直于第一平面的第二平面上。这能让冷焊丝相对于第一和第二热焊丝处于对称的位置上。相对于热焊丝对称地定位冷焊丝可让冷焊丝所处的位置上的电弧等离子体条件更稳定。从而冷焊丝的沉积速率将更稳定。
活性焊接参数可与前部热焊丝和/或一个或多个后部热焊丝相关。
可通过不同的电源提供电能给每个热焊丝。这在许多应用情况下是有益的，原因在于，便利了对每个热焊丝的电能传输的控制。通过将相移焊接电流传输给热焊丝，热焊丝之间的磁干扰也可降低。这可通过传统的斯柯特连接式(Scott coupled)电源或通过使用复杂的电源(如，高频变换器)来实现。
使用两个或更多个不同的电源的焊接装置倾向于昂贵、体积大。因此，对于某些应用情况，如，在狭小空间中焊接，要求使用单个电源将焊接电流传输给热焊丝。
使用一个以上的热焊丝的优点是，对于给定的热量输入量而言沉积速率可提高。使用一个以上的热焊丝可减小电极直径，进而增加每个热焊丝的电流密度。电流密度增加将会提高电极的预热，从而在传递给焊接熔池的热量更少的情况下可保持沉积速率更高。
如上所述，前部和后部热焊丝起到不同的作用。前部热焊丝有利地连接到DC电源上，从而可保证功率高、熔深大；而后部热焊丝通常连接到AC电源上，从而在低电流下提供更多的沉积材料。前部热焊丝通常更稳定。类似地，容纳在前部焊头中的热焊丝可连接到单个DC电源上，而容纳在后部焊头中的热焊丝可连接到单个AC电源上。
根据本发明的方法可包括以下步骤：测量与所述前部热焊丝和至少一个后部热焊丝相关的活性焊接参数。
在焊接过程中能使用一个以上的冷焊丝。单独计算每个冷焊丝的进给速度。在冷焊丝暴露在不同的热量下、面临不同的焊接条件时，这种单独计算是有益的。还能让多个焊丝采用相同的焊接速度，通过测量一个或多个活性焊接参数求出该焊接速度。这样能降低焊接装置的复杂性(例如，能通过单个冷焊丝进给装置供送一个以上的冷焊丝)。
通过用于执行根据本发明的方法的埋弧焊***即可实现本发明的第二目标。该埋弧焊***包括热焊丝进给装置和第一接触装置；热焊丝进给装置朝工件进给第一热焊丝；第一接触装置用于将电流传输给用于产生电弧的所述第一热焊丝，例如以在第一热焊丝和工件之间产生个电弧，从而产生焊接熔池。该***还包括第二焊丝进给装置和控制单元；第二焊丝进给装置用于以可变的冷焊丝进给速度朝所述焊接熔池进给冷焊丝；控制单元用于控制第二焊丝进给装置。另外，该***包括测量装置，该测量装置适用于在焊接阶段至少连续测量至少与所述第一热焊丝相关的第一活性焊接参数，连续调节该第一活性焊接参数使其适用于现有的焊接条件；该测量装置适用于提供关于第一活性焊接参数值的信息给所述控制单元。所述控制单元适用于根据所述信息计算冷焊丝进给速度的目标值，至少根据第一活性焊接参数值来计算每个目标值；该控制单元适用于控制所述第二焊丝进给装置以调节所述冷焊丝进给速度至所述目标值。
根据本发明的***可保证冷焊丝进给速度适用于一个或多个热焊丝的一个或多个活性焊接参数并在焊接阶段不会变得太高或太低。从而可保证焊接质量高、焊接过程稳定。
接触装置可以是用于将焊接电流传递给热焊丝的任何合适装置。接触装置适用于朝工件引导热焊丝。合适的接触装置的示例是一种适用于容纳热焊丝的导电管，该导电管连接到电源上。
热焊丝进给装置和冷焊丝进给装置被设置成提供不同的焊丝进给速度。但是，它们可构成单个焊丝进给单元的部件。它们也可相互分开布置。
根据本发明的测量装置适用于连续测量活性焊接参数并提供关于所述值的信息给所述控制单元。与热焊丝相关的活性焊接参数可以是活性热焊丝焊接参数或与活性焊接参数相关的活性焊接参数。术语“活性热焊丝焊接参数”例如包括：热焊丝进给速度、焊接电流和电弧电压。
有利地，一旦测量出特定的活性焊接参数值，与该值相关的信息就从测量装置发送给控制单元，从而可防止不必要地延迟调节冷焊丝进给速度。
所述测量装置包括适用于测量马达中的马达轴的旋转速度的传感器，该马达被设置成朝工件进给热焊丝。所述测量装置也可以包括用于测量热焊丝卷的直径的传感器；通过所述马达轴使热焊丝卷旋转，从而朝所述工件进给所述热焊丝。还能计算或使用热焊丝卷直径的估测值。该信息被传送给所述控制单元，然后控制单元确定热焊丝进给速度。这些方案简单、成本较低。
还能使用一个或多个测量热焊丝进给速度的传感器。该解决方案提供更准确的结果。
所述测量装置也可以包括电源中的一个或多个分流器，用于测量焊接电流。分流器串联布置，具有一定的负载量，从而待被测量的所有电流将流经分流器。通过分流器的电压降与经过分流器的电流成比例，分流电阻已知，因此，测量出电压可确定焊接电流。
所述测量装置也可以包括一个或多个用于测量电弧电压的装置。有利地，在工件和热焊丝的最近端之间测量电弧电压以避免电压降。
根据本发明的控制单元是能根据至少与一个活性焊接参数相关的信息计算冷焊丝进给速度的任何装置。控制单元被设置成从一个或多个测量装置接收信息，根据所述信息记录，求出或确定活性焊接参数值。很显然，所述控制单元和所述测量装置可构成单个控制装置的部件。控制装置例如可包括控制单元和至少一个用于记录热焊丝进给速度的传感器。控制装置也可以包括用于计算电弧电压的电路布置。所述控制单元和所述测量装置也可以相互分开。
并不一定要在相应的热焊丝处测量活性焊接参数。例如，可在连接到热焊丝上的电源处测量焊接电流。
控制单元和冷焊丝进给装置可构成单个单元的部件或存在于不同的整体中。
控制单元被设置成计算冷焊丝进给速度的目标值、控制冷焊丝进给装置以实现所述目标值。控制单元也可以适用于计算调节冷焊丝进给速度开始时间的合适时滞。控制单元也可以适用于计算冷焊丝进给速度调节梯级的合适长度和高度以及冷焊丝进给速度调节曲线的梯度。关于这些调节的信息也可以以信号的形式提供给冷焊丝进给装置。
多个焊接参数可用作活性焊接参数。合适的活性焊接参数例如为，热焊丝电流强度、电弧电压、焊接电流和焊接能量。这可使得***和方法适配于多个不同的焊接工艺(CA，CW，CC等)。可供选择的活性焊接参数是热焊丝热量输入和热焊丝焊接功率。也可以根据与一个或多个活性焊接参数相关的信息确定热量输入和焊接功率。
该***被设置成保证冷焊丝进给速度在出现表明冷焊丝进给速度应该提高的活性焊接参数之后增加得过快。即，该***可保证冷焊丝进给速度直到电弧稳定才达到其目标值。冷焊丝进给速度开始增加的时刻可延迟，或者，以低于活性参数的平均改变率的平均速度执行这种增加操作。当然也能组合这两种可供选择的方案。
冷焊丝进给速度可按照梯级方式逐步增加，直到达到其目标值为止，梯级最高为100cm/min，优选为1-10cm/min，最优选为4-6cm/min，。例如，当目标值和当前的冷焊丝进给速度值之差小于1cm/min时，能使用比1cm/min更小的梯级。
在某些实施例中，只要目标值和当前的冷焊丝进给速度之差超过预定值，就要调节冷焊丝进给速度。
有利地，直到冷焊丝进给速度达到其目标值之前，都以10-1000ms的时间间隔执行所述步骤，所述时间间隔优选地为50-500ms，最优选地为75-125ms。
并不一定按照高度(cm/min)相同的梯级的方式或以固定时间间隔(ms)使冷焊丝进给速度增加至目标值。
有利地，瞬时降低冷焊丝进给速度，或相对于活性焊接参数值的出现(其引起所述速度降低)至少在200ms内降低冷焊丝进给速度，有利地在100ms内，更有利地在10ms内，最有利地在1ms内。快速降低冷焊丝进给速度将保证冷焊丝在电弧稳定之前不会撞击焊接熔池底部。
可将冷焊丝进给速度降低至低于目标值的某值，然后将其增加至目标值，从而可保证一旦冷焊丝进给速度到达其目标值电弧就稳定。
可一步或逐步执行冷焊丝进给速度的增加或降低操作。可选地，冷焊丝进给速度的调节可以是连续的。还能使用这两个可供选择的方案的任何组合方案。
根据本发明的***可包括至少一个焊头，该焊头适用于容纳至少一个冷焊丝和至少一个热焊丝。有利地，焊头适用于容纳两个以上的焊丝，从而可让***更紧凑。
可选地，该***包括至少一个适用于容纳一个或多个热焊丝的焊头、以及用于朝焊接熔池进给一个或多个冷焊丝的装置。该***可包括被设置成容纳多个冷焊丝的单个焊头、或包括被设置成容纳一个或多个冷焊丝的多个焊头。热焊丝和冷焊丝可容纳在不同的焊头或焊丝进给装置中。
埋弧焊***可被设置成在不同位置处、在不同方向上朝工件进给热焊丝和冷焊丝。
有利地，根据本发明的***包括热焊丝进给装置和第二接触装置；热焊丝进给装置被设置成朝工件进给第二熔化热焊丝电极；第二接触装置被设置成将电流传输给产生电弧的所述第二热焊丝，例如以在第二热焊丝和工件之间产生电弧。其中，所述第一和第二接触装置被设置成传输电流以产生共同的焊接熔池。该***也可以包括测量装置，该测量装置适用于在焊接阶段至少连续测量至少与所述第二热焊丝相关的第二活性焊接参数，连续调节该第二活性焊接参数使其适用于现有的焊接条件。一测量出第二活性焊接参数，所述测量装置就提供关于所测的第二活性焊接参数值的信号给控制单元。控制单元被设置成根据与所述第一和第二活性焊接参数相关的信息连续计算冷焊丝进给速度的目标值，控制单元被设置成控制所述第二焊丝进给装置来调节所述冷焊丝进给速度至所述目标值。
用于进给第一热焊丝的热焊丝进给装置可与用于进给第二热焊丝的热焊丝进给装置分开。可选地，用于进给第一和第二热焊丝的热焊丝进给装置可以是同一个进给装置。
控制单元可接收多个活性焊接参数值，在计算冷焊丝进给速度的目标值之前，通过使用任何合适方法，对所接收到的值进行加权处理或计算所述值的一些值或所有值的平均值。
所述第一和第二接触装置可连接到同一电源或不同电源上。在一个实施例中，其中一个电源是AC电源，另一电源是DC电源。
根据本发明的***当然可被设置成容纳一个以上的冷焊丝。其他冷焊丝可被单独控制。可选地，用于冷焊丝进给速度的同一目标值可适用于所有或一些冷焊丝，这在一个或多个冷焊丝具有相同成分和尺寸时是合适的。也可以使用相同的活性焊接参数值来计算多个冷焊丝的各个冷焊丝进给速度。各个冷焊丝进给速度例如可根据冷焊丝成分和尺寸计算。
控制单元可使用任何合适函数来计算用于冷焊丝进给速度的目标值，其中至少一个变量是活性焊接参数。也可以使用预定表或类似工具，其中活性焊接参数值对应于冷焊丝进给速度的目标值。例如，控制单元可被程序化来使用冷焊丝进给速度(其是热焊丝进给速度的60-80％)。
用于测量与所述第二热焊丝相关的活性焊接参数的测量装置可以与用于测量与所述第一热焊丝相关的活性焊接参数相关的测量装置相同或不同。根据本发明的测量装置可被设置成测量一个或多个与一个或多个热焊丝相关的活性焊接参数。
有利地，可将冷焊丝引入到一个以上的热焊丝的重叠电弧区，从而不必增加焊接电流就能提高沉积速率。
优选地，可将冷焊丝设置在两个热焊丝之间。可将热焊丝安装成让它们之间的轴向距离小于电弧的圆锥直径(即，认为电弧存在于从热焊丝尖端到工件的圆锥体内，在焊接熔池表面处所测的标准张角大致为300)。通过这种布置，冷焊丝将被引入由两个热焊丝构成的圆锥体界定的电弧区域外部部分，已经证明这对焊接效果有利。
埋弧焊可作为全机械化、半自动或自动过程来操作。
保护范围包括一些实施例，在这些实施例中，测量装置测量活性焊接参数值；控制装置使用所述测量值来计算对应于所述测量值的其他活性焊接参数值(如，马达速度)；以及，控制装置使用所述确定的活性焊接参数值来调节活性焊接参数(如，马达速度)并计算相应的冷焊丝进给速度值。
附图说明
下面将详细描述本发明的典型实施例，通过下面的详细描述将能充分理解本发明、上述和其他目的以及优点。下面的详细描述包括对附图的参照说明，附图如下：
图1a示出了根据本发明的双丝焊装置，其连接到单个电源上；
图1b示出了图1a中的焊接装置的替换实施例；
图2示出了根据本发明的电弧焊焊头；
图3示出了图2中的焊头，其相对于图2逆时针旋转了900；
图4示出了图2中的电弧焊焊头的透视图；
图5示出了电弧焊焊头的典型实施例的侧视图；
图6a-c示出了热焊丝和冷焊丝的不同布置；
图7a-c示出了包括热焊丝和冷焊丝的两个电弧焊焊头的不同布置；
图8a-8b用图表示出了冷焊丝进给速度和可变的活性焊接参数之间的可能关系。
具体实施方式
在附图中，相同或类似元件用相同的参考数字标记表示。附图仅是示意图，并没有描绘出本发明的具体参数。另外，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为限制本发明的范围。
图1a示出了包括双焊接装置1的埋弧焊***9。该双焊接装置包括用于朝焊接熔池6引导第一热焊丝4的第一导电管2。第一导电管2以传统方式设置在接触尖端8上。焊接电流通过所述导电管2被传输到第一热焊丝4上。第二导电管10设置在双丝焊装置1中，用于朝焊接熔池6引导第二热焊丝12。第二导电管10以传统方式设置在接触尖端14上。第一接触尖端8和第二接触尖端14可设置在由多个部件结合于一体的单个主体上，或可设置在不同的主体上。通过第二导电管10，焊接电流被传输到第二热焊丝12上。
单个电源16连接到接触装置18上，接触装置18包括接触尖端8，14并容装第一导电管2和第二导电管10。该单个电源16提供相同的电位给第一热焊丝4和第二热焊丝12。电源可以是可***作用于双丝焊接的任何传统类型，如焊接变流机、焊接变压器、整流器、晶闸管可控整流器或逆变器。双丝焊接装置1还包括用于将冷焊丝供送给焊接熔池6的进给结构。该进给结构包括与第一接触尖端8和第二接触尖端14电隔离的管24。冷焊丝22通过管24被进给。焊接时，电弧40将出现在第一热焊丝4和第二热焊丝12处，而不出现在冷焊丝22处。通过将冷焊丝22引入电弧40的区域中可将冷焊丝22熔化。合适地，冷焊丝22不连接到任何电源上，因而冷焊丝通常处于地电位。但是，可将冷焊丝22连接到电源上以预热冷焊丝。但是，不会为了产生电弧而将冷焊丝22连接到电源上。管24可以是与第一接触尖端8和第二接触尖端14隔离的金属管，或者是陶瓷管。
在埋弧焊过程中，电弧40出现在电电极尖端和工件之间。电弧和已熔化的材料在一层粉状助焊剂下方得到保护。在该过程中助焊剂局部熔化，从而在焊接熔池上形成了一层熔渣保护层。
图1a中示出了电弧40。电弧40与工件的接触点随机移动。但是，大家通常认为电弧40出现在从热焊丝尖端34至焊接熔池6的圆锥体42的范围内。圆锥体42的张角β随焊接条件的不同而不同。但是，标准张角大致为300。因此，优选这样来定位冷焊丝22：冷焊丝在其与自耗电极的尖端34之间的轴向距离D小于L*cotan(β/2)的情况下在基本上垂直的方向上进入电弧区域。在此L是电弧长度，其为从电电极尖端34至焊接熔池的关闭位置36的距离。
助焊剂漏斗11(参见图2)被设置成将粒状助焊剂供送到容纳热焊丝4，12和冷焊丝22的接触装置160中。粒状助焊剂通过喷嘴(未示出)被供送给接触装置160。
优选地，可将冷焊丝22设置在两个热焊丝4，12之间。热焊丝4，12优选被安装成使轴向距离A小于在焊接熔池6的表面30处所测的圆锥直径。通过这种布置结构，冷焊丝22将被引入由热焊丝4，12的圆锥体42界定的电弧区域外部部分中，这有益于焊接效果。
双丝焊接装置1还包括用于测量第一热焊丝4的进给速度的传感器27。
当然，能使用一个以上的传感器来测量两个热焊丝的进给速度。但是，在双丝焊接过程中，两个热焊丝连接到同一电源上时，这两个热焊丝通常被认为是单个热焊丝，这样就仅需一个传感器。
在可供选择的实施例中，传感器27可由适用于测量其他活性焊接参数(如，焊接电流或电弧电压)的任何合适的测量装置代替。
图1中的双丝焊接装置1适用于执行CA焊接过程。扰动(如，热焊丝尖端34与工件之间的距离变化)对焊接过程有负面影响。因此，双丝焊接装置1适用于调节热焊丝4，10的进给速度，以保持电流强度基本上为常量，从而可补偿扰动。
传感器27被设置成大致以1毫秒的时间间隔连续测量热焊丝4的进给速度，然后将测得的热焊丝进给速度值传送给控制单元31。控制单元31对接收到的值进行滤波，以平均长度为75-125毫秒的时间间隔测量随后被用来控制冷焊丝22的进给速度值。对于每个滤波值而言，控制单元31计算用于冷焊丝22的进给速度的相应目标值。
控制单元31还判断目标值是大于还是小于冷焊丝22的当前进给速度。有利地，尽可能迅速降低冷焊丝22的进给速度，但延迟一段时间增加冷焊丝进给速度，该段时间取决于进给速度的所述增加值的大小，从而保证电弧40在冷焊丝22的进给速度达到其目标值之前保持稳定。
将信号从控制单元31发送给冷焊丝进给装置35(下面将对其进行详细描述)，该进给装置35被配置成用于朝工件进给冷焊丝22。冷焊丝进给装置35根据控制单元31的命令增加或降低冷焊丝22的进给速度。
图1b示出了根据图1a的焊接装置1的替换实施例，其中，热焊丝4，12分别连接到不同的电源16，17上，以不同的进给速度被进给。
图1b中的焊接装置被程序化以在钢管(未示出)周围运行两次，从而将所述钢管焊接到另一钢管上。如在焊接方向上所示，第一热焊丝4是前部热焊丝，第二热焊丝12是后部热焊丝。第一热焊丝4连接到第一电源16上，第二热焊丝12连接到第二电源17上。
第二传感器41被设置成测量第二热焊丝12的进给速度。第二传感器41连接到控制单元31上，控制单元31被设置成接收来自于这两个传感器27，41的信息。
第一道焊接期间，第一电源16将DC传输给第一热焊丝4，从而保证充分熔透；第二电源17提供AC给第二热焊丝12。从而，第二热焊丝12对焊缝的外观、轮廓和填充有很大影响。第二道焊接开始时，第一电源16从DC转换成AC，使得这两个热焊丝4，12在第二道焊接期间对焊缝的外观、轮廓和填充有很大影响。
传感器27，41被设置成连续地测量热焊丝4，12的进给速度，将关于热焊丝进给速度的信息提供给控制单元31。
控制单元31被程序化，从而，控制单元31在第一道焊接期间使用从第二传感器41接收到的热焊丝12的进给速度值来控制冷焊丝22的进给速度，控制单元31在第二道焊接期间使用从第一传感器27和第二传感器41接收到的热焊丝4，12的进给速度的平均值。从而，保证冷焊丝22的进给速度与对焊接熔池6的填充影响最大的热焊丝4，12的进给速度相关。
图2至4示出了用于图1a的***9中的双丝焊接装置1的电弧焊焊头100的不同视图。
在一端处，焊头100包括接触装置160，在焊接过程中，接触装置160十分靠近待被焊接的工件。接触装置160容纳焊丝总成170，焊丝总成170包括焊丝4，22，12(图2中仅示出冷焊丝22)。焊丝4，22，12通过接触装置160下端处的出口162离开接触装置160，该下端在焊接操作期间面向工件。可从线圈(未示出)等相应储件朝电弧焊焊头100进给焊丝4，22，12。
如上所述，焊丝总成170包括布置在接触装置160中的两个热焊丝4，12和一个冷焊丝22。热焊丝4，12被布置成所谓的双丝，作为双丝构件被平行进给。
进给装置150设置在接触装置160上方，朝接触装置160进给热焊丝4，12。典型地，进给装置150包括使热焊丝4，12朝接触装置160移动的槽轮。进给装置150包括用于供送冷焊丝22的电绝缘部分156。电绝缘部分156包括进给轮，进给轮具有用于冷焊丝22的另一绝缘槽。冷焊丝22能自由地穿过焊丝进给装置150。进给轮由驱动单元152(如，马达)驱动。
助焊剂漏斗11通过喷嘴(未示出)将粒状助焊剂供送给接触装置160。
除了驱动单元152以外，进给装置150还包括具有驱动轴的齿轮。进给轮154(图5)设置在齿轮的驱动轴上，另一轮(未示出)可对进给轮154加压。进给轮154在接触装置160的方向上向前驱动焊丝。
焊丝矫直器140设置在焊丝进给装置150上方，用于矫直热焊丝4，12。示出在焊丝矫直器140最前位置上的两个辊子用于将压力施加在三个固定轮上，这三个固定轮一个接一个地垂直布置在焊丝矫直器后部分中。辊子施加在轮子上的压力可通过焊丝矫直器140外部的球形手把调节。辊子施加在三个轮子上的压力可矫直焊丝。焊丝矫直器140包括电绝缘部分146，冷焊丝22通过该电绝缘部分146能自由地穿过焊丝矫直器140。
不同的焊丝进给装置35设置在焊丝矫直器140上方，用于朝接触装置160进给冷焊丝22。驱动单元132(如，马达)设置在焊丝进给装置35上，用于驱动焊丝矫直器35的进给轮。除了驱动单元132之外，焊丝进给装置35还包括具有驱动轴的齿轮。进给轮134(图5)设置在齿轮的驱动轴上，通过另一轮(未示出)对进给轮134加压。进给轮134在接触装置160的方向上向前驱动金属丝电电极。
不同的焊丝矫直器120设置在焊丝进给装置35上方，用于矫直冷焊丝22。从而，电绝缘管180沿焊头100的纵向伸展方向布置，用于将冷焊丝22从焊丝筒(未示出)等焊丝储件引导到接触喷嘴上。接收冷焊丝22的电绝缘焊丝管能够设置在进给装置150和进给装置35之间且位于焊丝矫直器120上方。
特别地，电绝缘管180包括焊丝矫直器140的电绝缘部分146、焊丝进给装置150的电绝缘部分156(用于非绝缘的热焊丝4，12)、接触装置160的电绝缘部分、以及布置在装置35，140，150，160之间且位于焊丝矫直器120上方的电绝缘焊丝管，该电绝缘焊丝管用于电绝缘冷焊丝22。
例如，文献WO2012/041375A1中详细描述了用于热焊丝和冷焊丝的合适接触装置。
如上所述，电弧焊装置1配置有用于测量热焊丝4的进给速度的传感器27(参见图1)。可选地，热焊丝进给速度可通过计算热焊丝卷的旋转圈数的脉冲传感器(未示出)测量。传感器将该信息发送给控制单元31，控制单元31根据预定时间段内的旋转圈数以及热焊丝卷的估计直径计算热焊丝进给速度。能设置用于测量热焊丝卷的直径的传感器。
图5是电弧焊焊头100的侧视图，该图中的焊头布置实际上与图2-4中的相同。用于双丝的两个导向管142，144设置在焊丝矫直器140上方。导向管142，144相对于焊头100的纵向伸展方向倾斜布置。用于冷焊丝的导向管182设置在用于冷焊丝(未示出)的焊丝进给装置35和用于热焊丝(未示出)的焊丝矫直器140之间。驱动单元132，152配备有用于控制焊丝速度的脉冲传感器。用于助焊剂漏斗114(图2-4)的喷嘴116靠近接触装置160布置，喷嘴116固定到平行于接触装置160的纵轴布置的杆118上。
图6a-c示出了电极组件170中的热焊丝4，12和冷焊丝22相对于焊接方向20的布置。
图6a示出了电极170组件的第一变形布置，在焊接方向20上所示，第一热焊丝4布置在冷焊丝22后方。
可根据与第一热焊丝4相关的活性焊接参数来调节冷焊丝22的进给速度。合适的活性焊接参数例如为热焊丝进给速度、焊接电流和电弧电压。还能根据与第一热焊丝4相关的多个活性焊接参数来调节冷焊丝22的进给速度。例如，能测量焊接电流、焊接速度和电弧电压，根据热量输入(等式3)确定冷焊丝22的进给速度。
图6b中示出了电极组件170的第二变形布置，包括位于两个热焊丝4，12之间的冷焊丝22，热焊丝4，12连接到同一电源(未示出)上。
合适地设置传感器(未示出)来仅测量热焊丝4，12中的一个热焊丝的活性焊接参数。为测量目的，相同热焊丝4，12可看作单个热焊丝。参照图6a所述那样来计算冷焊丝22的进给速度。
图6c示出了电极组件170的第三变形布置，包括两个热焊丝4，12，在焊接方向上所示，两个热焊丝位于冷焊丝22前方。热焊丝连接到不同的电源(未示出)上。
能以多种方式计算冷焊丝22的进给速度。能测量与第一热焊丝4相关的第一活性焊接参数和与第二热焊丝12相关的第二活性焊接参数。第一和第二活性焊接参数类型相同，每个热焊丝22的进给速度目标值对应于第一和第二活性焊接参数值的平均值。还能在确定平均值之前对所测的活性焊接参数值加权处理。例如，当第二热焊丝12连接到AC电源上，第一热焊丝4连接到DC电源上时，增强第二热焊丝对冷焊丝22的进给速度的影响是合适的。可选地，可测量不同类型的活性焊接参数，使用这些参数来计算用于冷焊丝22的进给速度的目标值。
图7a至7c示出了包括两个电弧焊焊头100a，100b的焊头组件200的布置。焊头100a，100b分别包括电极组件170a，170b，电极组件170a，170b分别具有冷焊丝22a，22b和一个或多个热焊丝4a，4b，12a，12b。
图7a示出了焊头组件200的第一变形布置，其中，第一焊头100a，100b分别包括一个热焊丝4a，4b和一个冷焊丝22a，22b。冷焊丝22a，22b是焊头组件200中的最外侧焊丝。
焊头100a，100b分别连接到不同的电源(未示出)上。第一焊头100a中的冷焊丝22a的进给速度取决于与第一焊头100a中的热焊丝4a相关的一个或多个活性焊接参数。第二焊头100b中的冷焊丝22b的进给速度取决于与第二焊头100b中的热焊丝4b相关的一个或多个活性焊接参数。
图7b示出了第二变形布置，其中，焊头100a，100b分别包括焊丝组件170a，170b，焊丝组件170a，170b分别具有三个热焊丝4a，22a，12a，4b，22b，12b。其中，每个冷焊丝22a，22b设置在两个热焊丝4a，12a，4b，12b之间的中间位置上。在焊接方向20上所示，第二焊头100b是位于最前的焊头。
第一焊头100a连接到AC电源(未示出)上，第二焊头100b连接到DC电源(未示出)上。有利地，第一焊头100a中的冷焊丝22a的进给速度取决于与所述第一焊头100a中的所述第一和第二热焊丝4a，12a之一或两者相关的一个或多个活性参数。有利地，第二焊头100b中的冷焊丝22b的进给速度取决于与所述第二焊头100b中的所述第一和第二热焊丝4b，12b之一或两者相关的一个或多个活性参数。
图7c示出了第三变形布置，每个焊头100a，100b中分别具有三个焊丝4a，4b，12a，12b，22a，22b，冷焊丝22a，22b位于焊头组件200外侧处。第一焊头100a连接到AC电源上，而第二焊头100b连接到在焊接期间从DC转换成AC的电源上。
第一道焊接期间，如上参照图7b所述那样计算冷焊丝22a，22b的进给速度。第二道焊接期间，测量用于四个热焊丝4a，4b，22a，22b的相同类型的活性参数值，根据所述活性参数值的相应平均值调节冷焊丝22a，22b的进给速度目标值。
有许多方法能计算一个或多个冷焊丝的目标值，上面仅描述了一些方法。保护范围不局限于上述实施例，在不脱离保护范围的情况下，可以许多不同的方式对上述实施例进行组合和改进。
可供选择的实施例还包括两个或多个控制单元以及多个测量装置，这些测量装置的形式例如为速度传感器、脉冲传感器、测量电缆和测量分流器。
下面将参照图8a，8b描述用于控制埋弧焊工艺的方法的两种典型的替换实施例，更具体而言，该方法用于控制埋弧焊工艺中的冷焊丝进给速度。
为清楚起见，下面的描述说明如何根据单个热焊丝(参见图6a)的进给速度调节单个冷焊丝的进给速度。调节热焊丝进给速度以保持电弧电压基本上不变(CA)。普通技术人员将能意识到，这些基本原理是通用的，在根据与一个或多个热焊丝相关的一个或多个(任何类型的)活性焊接参数控制一个或多个冷焊丝的进给速度时也适用。普通技术人员还能理解到，这些基本原理适用于其他类型的焊接过程(如，CW和CC)。
普通技术人员能理解到，图8a和8b中所示的曲线并没有精确表示热焊丝和冷焊丝进给速度的合适变化。但是，这些曲线示出了基于根据本发明的方法的通用原理。
图8a是表示热焊丝进给速度(实线)如何随时间变化的曲线图。该曲线图还示出了冷焊丝进给速度(虚线)是如何根据热焊丝进给速度变化的。
连续测量热焊丝进给速度，然后在控制单元中滤波所测值。对于每个滤波值而言，控制单元确定用于冷焊丝的相应进给速度目标值，冷焊丝进给装置调节冷焊丝进给速度至所述目标值。控制单元还将所述目标值与冷焊丝的当前进给速度进行比较。现在将说明，调节冷焊丝进给速度的程序取决于所述比较结果。
起初，热焊丝进给速度基本不变(t0-t1)。然后，存在扰动，例如，由于热焊丝尖端和工件之间的距离增加，从而传输到热焊丝中的焊接电流下降。为了将焊接电流恢复至其先前值，焊接装置增加热焊丝进给速度(t1)，热焊丝和工件之间的距离减小。此后不久(t2)，存在另外的扰动，引起焊接电流增加。从而，为了如前那样将焊接电流恢复至其先前值，降低热焊丝进给速度。然后，再次降低焊接电流，接着(t3)增加焊接电流，从而，随着时间推移焊接电流基本保持固定值。
虚线示出了冷焊丝进给速度是如何根据热焊丝进给速度的变化而变化的。在t1时，热焊丝进给速度传感器测量热焊丝进给速度，该速度值然后被传送给控制单元。控制单元计算用于冷焊丝进给速度的相应目标值，将所述目标值与冷焊丝的当前进给速度值进行比较。识别出冷焊丝进给速度即将增加，控制单元就确定冷焊丝进给速度增加的合适梯度。之后，控制单元发送信号给冷焊丝进给装置，使冷焊丝进给速度缓慢增加至其目标值。时滞(t1-t4)可保证电弧在冷焊丝进给速度达到其目标值时保持稳定。传感器继续测量热焊丝进给速度并将该速度值传送给控制单元，不久(t2)，控制单元记录热焊丝进给速度的突然下降。热焊丝的新进给速度对应于冷焊丝进给速度的目标值(其低于冷焊丝的当前速度)。控制单元指示冷焊丝进给装置立即降低冷焊丝进给速度至确定的目标值，以防止冷焊丝撞击焊接熔池底部。不久之后(t3)，控制单元识别出热焊丝进给速度的另一种增加，从而相应地调节冷焊丝进给速度使其缓慢增加，直到到达其新的目标值(t5)为止。
可选地，传感器可以适用于测量电流，然后使用电流值确定用于热焊丝和冷焊丝的新进给速度值。
图8b中的热焊丝进给速度曲线的大部分(t0-t2)与图8a中的热焊丝进给速度曲线的相同。但是，热焊丝进给速度在其降低(t2)之后保持在降低值。
冷焊丝进给速度逐步提高(t1-t4)，每一步的长度(ms)和高度(cm/min)由控制单元确定。当热焊丝进给速度降低时(t3)，冷焊丝进给速度首先降低至低于冷焊丝进给速度目标值的数值，保持该数值一段时间(t2-t5)(其由控制单元确定)，然后再提高至其目标值(t5)。
在可选择的实施例中，冷焊丝进给速度可以在其降低之后再逐步提高。也可以延迟第一冷焊丝进给速度提高的提高开始时间。上述实施例的任意组合均被由权利要求书提供的保护范围覆盖。
传感器以预定的时间间隔测量热焊丝进给速度。有利地，在提高或降低冷焊丝进给速度期间，传感器应该记录新的热焊丝进给速度值(其不同于最后检测到的热焊丝进给速度值)，然后，控制单元确定用于冷焊丝进给速度的新的目标值。用新的目标值取代当前的目标值。即，立即指示冷焊丝进给装置将冷焊丝进给速度调节为新的目标值(当然，如图8a和8b所示，在冷焊丝进给速度达到其新的目标值之前可以存在延迟)。控制单元也可以确定用于提高冷焊丝进给速度的新梯度和新时滞以及任何调节步骤的高度和长度。
由权利要求提供的保护范围并不局限于上述的实施例。实施例和特征能够以多种方式加以组合且无需背离所述的保护范围。例如，图1中所示的***9可以包括用于测量电弧电压的装置。图1中所示的控制单元也可以适用于控制一个以上的冷焊丝。图8a和8b可以适用于示出电弧电压和冷焊丝进给速度之间的关系。图8a中的冷焊丝进给速度的提高可以延迟一定的时间段，该时间段由控制单元确定。

Claims (25)

1.一种用于埋弧焊的方法，所述方法包括：
朝向工件引导第一热焊丝并向所述第一热焊丝传输电流以用于产生电弧从而形成焊接熔池；
以可变的进给速度朝向所述焊接熔池引导冷焊丝；
在焊接阶段期间至少连续地测量第一活性焊接参数，所述第一活性焊接参数至少与所述第一热焊丝相关，所述第一活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件；以及
至少根据所述第一活性焊接参数的变化来调节所述冷焊丝的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一活性焊接参数是活性热焊丝焊接参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝进给速度是活性热焊丝焊接参数。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝焊接电流是活性热焊丝焊接参数。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝电弧电压是活性热焊丝焊接参数。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝焊接功率是活性热焊丝焊接参数。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，第一热焊丝热量输入是活性热焊丝焊接参数。
8.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：
连续地确定用于冷焊丝进给速度的目标值，其中，每个目标值取决于对应的第一活性参数值；以及
将所述冷焊丝进给速度调节为所述目标值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，执行所述冷焊丝进给速度的提高，以使所述冷焊丝进给速度相对于与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值的出现以一定的延时来达到所述目标值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，执行所述冷焊丝进给速度的降低，以使所述冷焊丝进给速度在与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值出现的200ms以内达到所述目标值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，首先将所述冷焊丝进给速度降低至低于其目标值的数值，然后将所述冷焊丝进给速度提高至其目标值。
12.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
朝向所述工件至少引导第二热焊丝并向所述第二热焊丝传输电流以用于产生电弧，以使所述的第一热焊丝和第二热焊丝形成单个焊接熔池；
在焊接阶段期间至少连续地测量第二活性焊接参数，所述第二活性焊接参数至少与所述第二热焊丝相关，所述第二活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件；以及
至少根据所述第一活性焊接参数和第二活性焊接参数的变化来调节所述冷焊丝的进给速度，以保持高焊接稳定性和高焊接质量。
13.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的埋弧焊***，所述***包括：
热焊丝进给装置，用于朝向工件进给第一热焊丝；
第一接触装置，用于向所述第一热焊丝传输电流以用于产生电弧从而形成焊接熔池；
冷焊丝进给装置，用于以可变的冷焊丝进给速度朝向所述焊接熔池进给冷焊丝；
控制单元，用于控制第二焊丝进给装置；以及
测量装置，所述测量装置适用于在焊接阶段期间至少连续地测量第一活性焊接参数，所述第一活性焊接参数至少与所述第一热焊丝相关，所述第一活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件，所述测量装置还适用于将关于第一活性焊接参数值的信息提供给所述控制单元，
其中，所述控制单元适用于：
根据所述信息连续地确定用于所述冷焊丝进给速度的目标值；以及
控制所述第二焊丝进给装置以将所述冷焊丝进给速度调节为所述目标值。
14.根据权利要求13所述的***，其中，所述第一活性焊接参数是活性热焊丝焊接参数。
15.根据权利要求14所述的***，其中，第一热焊丝进给速度是活性热焊丝焊接参数。
16.根据权利要求14所述的***，其中，第一热焊丝焊接电流是活性热焊丝焊接参数。
17.根据权利要求14所述的***，其中，第一热焊丝电弧电压是活性热焊丝焊接参数。
18.根据权利要求14所述的***，其中，第一热焊丝焊接功率是活性热焊丝焊接参数。
19.根据权利要求14所述的***，其中，第一热焊丝热量输入是活性热焊丝焊接参数。
20.根据权利要求13所述的***，其中，所述***被设置用于执行所述冷焊丝进给速度的提高，以使所述冷焊丝进给速度相对于与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值的出现以一定的延时来达到所述目标值。
21.根据权利要求13所述的***，其中，所述***被设置用于执行所述冷焊丝进给速度的降低，以使所述冷焊丝进给速度在与所述目标值相对应的第一活性焊接参数值出现的200ms以内达到所述目标值。
22.根据权利要求21所述的***，其中，所述***被设置用于首先将所述冷焊丝进给速度降低至低于其目标值的数值，然后将所述冷焊丝进给速度提高至其目标值。
23.根据权利要求13所述的***，所述***包括：
热焊丝进给装置，用于朝向工件进给第二热焊丝；
第二接触装置，用于向所述第二热焊丝传输电流以用于产生电弧，其中，所述第一接触装置和第二接触装置被设置用于传输电流以用于产生单个焊接熔池；
测量装置，适用于在焊接阶段期间至少连续地测量第二活性焊接参数，所述第二活性焊接参数至少与所述第二热焊丝相关，所述第二活性焊接参数被连续地调节以适应现有的焊接条件，所述测量装置还适用于将关于第二活性焊接参数值的信息提供给所述控制单元；
其中，所述控制单元适用于：
根据关于所述第一活性焊接参数和第二活性焊接参数的所述信息连续地确定用于所述冷焊丝进给速度的目标值；以及
控制所述冷焊丝进给装置以将所述冷焊丝进给速度调节为所述目标值。
24.根据权利要求23所述的***，其中，所述第一接触装置连接至第一电源，所述第二接触装置连接至与所述第一电源分开的第二电源。
25.根据权利要求13所述的***，所述***被设置用于朝向所述工件进给多于一个冷焊丝。
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