CN107570899A - 焊接方法和用于实施该焊接方法的焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接方法和用于实施该焊接方法的焊接设备，所述焊接方法包括以下步骤：定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于水平焊接位置；向所述第一工件和所述第二工件的待焊面的背面提供衬垫；提供前置热源和后置热源，以便在所述第一工件与所述第二工件的待焊面形成焊缝，所述前置热源的能量密度大于所述后置热源的能量密度，其中所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源相对，所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源向相同的方向移动。根据本发明实施例的焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点，可以实现单面焊双面成型。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体地，涉及焊接方法，还涉及用于实施该焊接方法的焊接设备。
背景技术
现有的焊接方法在不设置衬垫的情况下，无法实现焊缝的单面焊双面成型。为了实现焊缝的单面焊双面成型，只能在焊缝的背面设置衬垫。但是，设置衬垫存在成本高、效率低的缺陷。
在焊接箱型件时，为了确保箱型件能够有充分的承载力，工艺要求箱型件的正背面实现良好成型，焊缝根部完全熔透。目前，在不设置衬垫的情况下，使用常规气保焊对箱型件进行焊接时，熔池金属在重力的作用下产生流淌，无法实现背面良好的成型，经常出现背面未熔透和焊漏，不仅减少了箱型件的承载面积，更容易引起箱型件的开裂等质量问题，严重制约着大型装备制造。
因此，当箱型件的背面有较大空间时，人工对箱型件的背面进行补焊。但是，这导致焊接效率低、劳动强度过大，且人工焊接质量无法保证。
但是，当箱型件的背面空间较小时，人工无法进行背面焊接。此时，只能在箱型件的背面设置衬垫。对于长度较大的箱型件来说，其背面空间非常狭小，甚至无法在其背面设置衬垫，导致长度较大的箱型件存在背面未熔透和焊漏的质量缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供焊接方法，该焊接方法无需设置与焊缝的长度相匹配的衬垫。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于水平焊接位置；向所述第一工件和所述第二工件的待焊面的背面提供衬垫；提供前置热源和后置热源，以便在所述第一工件与所述第二工件的待焊面形成焊缝，所述前置热源的能量密度大于所述后置热源的能量密度，其中所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源相对，所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源向相同的方向移动。
根据本发明的焊接方法通过利用能量密度较大的前置热源向第一工件和第二工件提供热量，从而可以使前置热源对第一工件和第二工件具有一定的穿透力，由此前置热源可以穿透第一工件和第二工件以便连续地创建坡口和匙孔。
能量较小的后置热源可以连续地产生适量的液态金属，并能够使产生的液态金属通过重力、表面张力、外加机械力等的作用，通过该坡口和该匙孔进入到第一工件和第二工件的背面以及填充在该坡口和该过孔内。
因此，根据本发明的焊接方法通过能量密度较大的前置热源形成该坡口和该匙孔、通过能量密度较小的后置热源填充液体金属，从而可以形成熔深更深、熔宽较小的焊缝、减少焊接层数和焊接道数、减小焊接变形、提高焊缝质量和焊接效率。
根据本发明的焊接方法通过在第一工件和第二工件的背面设置与前置热源和后置热源相对的且向相同的方向移动的衬垫，从而可以利用衬垫托住穿透该坡口和该匙孔的液态金属，以便使焊缝背面强制冷却成型，由此可以保证焊缝背面的稳定成型，以便实现单面焊双面成型(如图3所示)。
而且，由于衬垫与前置热源和后置热源向相同的方向移动，因此只需要设置长度很短的衬垫，即可以极大地减小衬垫的长度。由此不仅可以极大地降低焊接成本、提高焊接效率(设置较长的衬垫需要消耗较长的时间)，而且可以使衬垫始终紧贴在第一工件和第二工件的背面，以便更加有效地托住穿透该坡口和该匙孔的液态金属，从而可以避免正面塌陷、背面焊漏等问题。
本发明的背面衬垫工装可通过旋转调节螺栓和螺母使背面衬垫贴紧箱型件的内壁，以便使背面衬垫工装能够应用于各种高度和宽度的箱型件焊接。对于不同横截面大小的箱型件的焊接，本发明仅使用一套背面衬垫工装即可，工装适应性强且节约成本。
此外，由于前置热源可以在第一工件和第二工件上产生坡口，因此当所述第一工件的厚度和所述第二工件的厚度均小于等于8毫米时，无需在焊接前在第一工件和第二工件上加工坡口。由此不仅可以省掉加工坡口的工序，以便提高焊接效率，而且无需在第一工件和第二工件之间设置间隙，以便大幅减小焊缝的横截面积、减小焊材消耗、焊接变形和残余应力、降低定位、装夹第一工件和第二工件的难度，进而降低了焊接难度。
利用根据本发明实施例的焊接方法焊接箱型件，无需人工对箱型件的背面进行补焊，以便提高焊接效率、降低劳动强度。尤其是焊接长度较长的箱型件时，通过在其背面提供移动的较短的衬垫，从而解决了无法在其背面设置较长的衬垫的问题，由此极大地提高了焊接长度较长的箱型件的焊接质量。
因此，根据本发明的焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点，可以实现单面焊双面成型。
优选地，所述前置热源的中心线与所述后置热源的中心线之间的夹角随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而减小，所述前置热源和所述后置热源的中心距离随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大，所述前置热源的电流随着所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，所述后置热源的电流和所述后置热源的电压中的每一个随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，焊接速度随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离以及所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而增大。
优选地，焊接速度随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大，所述前置热源与所述后置热源之间设有磁场，所述前置热源的电流、所述后置热源的电流、所述后置热源的电压、所述后置热源的保护气体的流量、等离子气体流量和所述磁场的强度中的每一个随着所述第一工件的厚度和所述第二工件的厚度中的至少一个的增大而增大。
优选地，所述前置热源的中心线与所述后置热源的中心线之间的夹角大于0度且小于等于45度，优选地，所述夹角大于等于15度且小于等于25度。
优选地，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为5毫米-10毫米，优选地，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为7.5毫米。
优选地，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5毫米-10毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5毫米-10毫米，优选地，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为7.5毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为7.5毫米。
优选地，所述前置热源和所述后置热源均作用在焊缝中心，所述前置热源的作用面积小于所述后置热源的作用面积，所述前置热源为电子束、激光束或等离子束，所述后置热源为电弧，所述后置热源的保护气体选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种，所述前置热源的电流为60安培-220安培，所述后置热源的电流为280安培-440安培，所述后置热源的电压为16伏特-34伏特，所述后置热源的保护气体的流量为10升-25升/分钟；优选地，所述前置热源的电流为130安培-150安培，所述后置热源的电流为350安培-370安培，所述后置热源的电压为24伏特-26伏特，所述后置热源的保护气体的流量为17.5升/分钟；优选地，所述前置热源为等离子束，所述前置热源的等离子气体流量为7升/分钟-8升/分钟。
优选地，焊接速度为600毫米-1800毫米/分钟，优选地，所述焊接速度为1100毫米-1200毫米/分钟。
优选地，所述第一工件与所述第二工件的间隙小于等于2毫米，优选地，所述第一工件与所述第二工件的间隙等于0毫米以便所述第一工件与所述第二工件接触。
优选地，利用等离子切割方式制造所述第一工件和所述第二工件，所述第一工件和所述第二工件之间具有I形坡口。
本发明第二方面提供用于实施根据本发明第一方面所述的焊接方法的焊接设备，所述焊接设备包括：用于向第一工件和第二工件提供热量的前置热源和后置热源；以及背面衬垫工装，所述背面衬垫工装包括：用于支撑衬垫的支架；第一底架，所述第一底架沿第一方向可移动地设在所述支架上；和第二底架，所述第二底架沿第二方向可移动地设在所述支架上，所述第二方向垂直于所述第一方向。
根据本发明实施例的焊接设备通过设置沿该第一方向可移动的第一底架以及沿该第二方向可移动的第二底架，从而可以使所述焊接设备能够应用于各种高度和宽度的箱型件的焊接。因此，所述焊接设备具有应用范围广、适应性强的优点。
优选地，所述焊接设备进一步包括：沿所述第一方向延伸的第一调节螺杆，所述第一调节螺杆穿过所述第一底架和所述支架；第一调节螺母至第四调节螺母，所述第一调节螺母至所述第四调节螺母中的每一个套设在所述第一调节螺杆，其中所述第一底架被夹持在所述第一调节螺母与所述第二调节螺母之间，所述支架的第一部分被夹持在所述第三调节螺母与所述第四调节螺母之间；沿所述第二方向延伸的第二调节螺杆，所述第二调节螺杆穿过所述第二底架和所述支架；和第五调节螺母至第八调节螺母，所述第五调节螺母至所述第八调节螺母中的每一个套设在所述第二调节螺杆，其中所述第二底架被夹持在所述第五调节螺母与所述第六调节螺母之间，所述支架的第二部分被夹持在所述第七调节螺母与所述第八调节螺母之间。
优选地，所述第一底架上设有适于与箱型件的第一内壁面接触的第一滚轮，所述第二底架上设有适于与所述箱型件的第三内壁面接触的第三滚轮，所述支架包括本体和用于支撑衬垫的支撑部，所述支撑部设在所述本体上，所述本体上设有适于与所述箱型件的第二内壁面接触的第二滚轮以及与所述箱型件的第四内壁面接触的第四滚轮，其中所述第二内壁面与所述第一内壁面在所述第一方向上相对，所述第四内壁面与所述第三内壁面在所述第二方向上相对。
附图说明
图1是利用根据本发明实施例的焊接方法进行焊接的示意图；
图2是利用根据本发明实施例的焊接方法进行焊接的示意图；
图3是利用根据本发明实施例的焊接方法形成的焊缝的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的焊接方法。如图1和图2所示，根据本发明实施例的焊接方法包括以下步骤：
定位待焊的第一工件20和第二工件30，使待焊面处于水平焊接位置；
向第一工件20和第二工件30的待焊面的背面提供衬垫70；
提供前置热源40和后置热源50以便在第一工件20与第二工件30的待焊面形成焊缝，前置热源40的能量密度大于后置热源50的能量密度。其中，衬垫70与前置热源40和后置热源50相对，衬垫70与前置热源40和后置热源50向相同的方向移动。
根据本发明实施例的焊接方法通过利用能量密度较大的前置热源40向第一工件20和第二工件30提供热量，从而可以使前置热源40对第一工件20和第二工件30具有一定的穿透力，由此前置热源40可以穿透第一工件20和第二工件30以便连续地创建坡口和匙孔。
能量较小的后置热源50可以连续地产生适量的液态金属，并能够使产生的液态金属通过重力、表面张力、外加机械力等的作用，通过该坡口和该匙孔进入到第一工件20和第二工件30的背面以及填充在该坡口和该过孔内。
因此，根据本发明实施例的焊接方法通过能量密度较大的前置热源40形成该坡口和该匙孔、通过能量密度较小的后置热源50填充液体金属，从而可以形成熔深更深、熔宽较小的焊缝、减少焊接层数和焊接道数、减小焊接变形、提高焊缝质量和焊接效率。
根据本发明实施例的焊接方法通过在第一工件20和第二工件30的背面设置与前置热源40和后置热源50相对的且向相同的方向移动的衬垫70，从而可以利用衬垫70托住穿透该坡口和该匙孔的液态金属，以便使焊缝背面强制冷却成型，由此可以保证焊缝背面的稳定成型，以便实现单面焊双面成型。
而且，由于衬垫70与前置热源40和后置热源50向相同的方向移动，因此只需要设置长度很短的衬垫70，即可以极大地减小衬垫70的长度。由此不仅可以极大地降低焊接成本、提高焊接效率(设置较长的衬垫需要消耗较长的时间)，而且可以使衬垫70始终紧贴在第一工件20和第二工件30的背面，以便更加有效地托住穿透该坡口和该匙孔的液态金属，从而可以避免正面塌陷、背面焊漏等问题。
此外，由于前置热源40可以在第一工件20和第二工件30上产生坡口，因此当第一工件20的厚度和第二工件30的厚度均小于等于8毫米时，无需在焊接前在第一工件20和第二工件30上加工坡口。由此不仅可以省掉加工坡口的工序，以便提高焊接效率，而且无需在第一工件20和第二工件30之间设置间隙，以便大幅减小焊缝的横截面积、减小焊材消耗、焊接变形和残余应力、降低定位、装夹第一工件20和第二工件30的难度，进而降低了焊接难度。
利用根据本发明实施例的焊接方法焊接箱型件，无需人工对箱型件的背面进行补焊，以便提高焊接效率、降低劳动强度。尤其是焊接长度较长的箱型件时，通过在其背面提供移动的较短的衬垫，从而解决了无法在其背面设置较长的衬垫的问题，由此极大地提高了焊接长度较长的箱型件的焊接质量。
因此，根据本发明实施例的焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点，可以实现单面焊双面成型。
由于根据本发明实施例的焊接方法不仅可以实现单面焊双面成型，而且只需要设置长度很短的衬垫70，因此根据本发明实施例的焊接方法尤其适合焊接背面空间小的工件，例如箱型件。其中，焊接后的该箱型件的横截面具有封闭的内沿和外沿。
也就是说，焊接后的该箱型件可以是由上金属板、左侧金属板、下金属板和右侧金属板依次相连构成的部件，焊接后的该箱型件的横截面可以是四边形。焊接后的该箱型件内具有容纳空间，该容纳空间的前端和后端都可以敞开。具体地，该箱型件可以是起重机的吊臂、混凝土泵车的输送臂等。
在焊接前，第一工件20和第二工件30可以是分离的，当采用冷成型方式或热成型方式得到第一工件20和第二工件30时，第一工件20和第二工件30可以一体成型。
该箱型件的长度与宽度之比可以是(2-20)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(2-20)：1。优选地，该箱型件的长度与宽度之比可以是(5-20)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(5-20)：1。更加优选地，该箱型件的长度与宽度之比可以是(7-20)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(7-20)：1。其中，该箱型件的长度与高度和宽度之比越大，越难以进行背面补焊，越适合利用根据本发明实施例的焊接方法进行焊接。
在本发明的一个实施例中，衬垫70的移动速度与前置热源40的移动速度和后置热源50的移动速度之差可以小于等于预设值。优选地，衬垫70的移动速度可以等于前置热源40的移动速度和后置热源50的移动速度。换言之，衬垫70、前置热源40和后置热源50可以同步移动。其中，衬垫70可以是金属衬垫，例如铜衬垫，衬垫70也可以是耐高温的复合材料衬垫，例如玻璃纤维衬垫。
当第一工件20和第二工件30构成该箱型件时，前置热源40和后置热源50作用在第一工件20的平板部和第二工件30的平板部上。为了便于描述，以下用第一工件20来表示平板状的第一工件20以及构成该箱型件的第一工件20的平板部，用第二工件30来表示平板状的第二工件30以及构成该箱型件的第二工件30的平板部。
根据本发明实施例的焊接方法的参数最好是相关联的。
具体而言，前置热源40具有能量密度高、电弧刚度大等特性，前置热源40可以保证焊接熔深。后置热源50具有较强的焊缝填充金属的能力。前置热源40的中心线L1与后置热源50的中心线L2之间的夹角α可以随着前置热源40的电流和后置热源50的电流中的至少一个的增大而减小。
前置热源40和后置热源50的中心距离d可以随着前置热源40的电流和后置热源50的电流中的至少一个的增大而增大。由此可以防止在单位面积内施加过多的热量，从而避免背面焊漏。其中，前置热源40的喷嘴末端可以邻近第一工件20和第二工件30，后置热源50的喷嘴末端可以邻近第一工件20和第二工件30，前置热源40的喷嘴末端与后置热源50的喷嘴末端在该焊缝的长度方向上的距离为前置热源40和后置热源50的中心距离d。
通过调整该夹角α和该中心距离d，可以使前置热源40与后置热源50之间存在导电通道。通过该导电通道，前置热源40的电弧可以被吸引到后置热源50的电弧处，以便产生同一个熔池。而且，前置热源40的电弧和后置热源50的电弧在该熔池内互相搅拌，从而不仅可以除去该熔池内的液态金属内的气体、氧化物等杂质，而且可以细化焊缝金属，有效地防止焊缝缺陷的产生。此外，通过调节根据本发明实施例的焊接方法的其他参数，可以避免前置热源40的电弧和后置热源50的电弧相互干扰，以便改变液态金属(熔融金属)的粘度和流动特性，从而改变该熔池的形状。
优选地，前置热源40的中心线L1与后置热源50的中心线L2之间的夹角α可以大于0度且小于等于45度。更加优选地，该夹角α可以大于等于10度且小于等于30度。最优选地，该夹角α可以大于等于15度且小于等于25度。
夹角α取正值。也就是说，后置热源50的中心线L2在顺时针方向上位于前置热源40的中心线L1的下游，即前置热源40的中心线L1在顺时针方向上旋转的角度为夹角α时，前置热源40的中心线L1旋转到后置热源50的中心线L2的位置。
具体地，第一平面可以是平行于该焊缝的竖直平面，前置热源40的中心线L1在该第一平面上的投影可以是前中心线，后置热源50的中心线L2在该第一平面上的投影可以是后中心线。其中，该前中心线与该后中心线的夹角也可以等于夹角α，该前中心线在顺时针方向上旋转的角度为夹角α时，该前中心线与该后中心线L2重合。
优选地，前置热源40和后置热源50的中心距离d可以是5毫米-10毫米。更加优选地，前置热源40和后置热源50的中心距离d可以是6毫米-9毫米。最优选地，前置热源40和后置热源50的中心距离d可以是7.5毫米。
前置热源40的电流随着前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h的减小而减小，后置热源50的电流和后置热源50的电压中的每一个随着后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h的减小而减小。由此可以防止前置热源40的穿透力过强，并防止后置热源50填充过多的液态金属。前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指前置热源40的喷嘴末端与第一工件20和第二工件30的垂直距离，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指后置热源50的喷嘴末端与第一工件20和第二工件30的垂直距离。
其中，当第一工件20的上表面与第二工件30的上表面平齐时，前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指前置热源40与第一工件20的上表面和第二工件30的上表面中的任意一个的垂直距离，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指后置热源50与第一工件20的前表面和第二工件30的前表面中的任意一个的垂直距离。
当第一工件20的上表面与第二工件30的上表面不平齐时，即第一工件20的厚度不等于第二工件30的厚度，前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指前置热源40与第一工件20和第二工件30中的较薄的一个的上表面的垂直距离，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h是指后置热源50与第一工件20和第二工件30中的较薄的一个的上表面的垂直距离。
前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是5毫米-10毫米，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是5毫米-10毫米。优选地，前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是6毫米-9毫米，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是6毫米-9毫米。
更加优选地，前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是7.5毫米，后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离h可以是7.5毫米。最优选地，前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离可以等于后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离。
焊接速度可以随着后置热源50与第一工件20和第二工件30的垂直距离以及前置热源40与第一工件20和第二工件30的垂直距离的减小而增大。该焊接速度可以随着前置热源40的电流和后置热源50的电流中的至少一个的增大而增大。由此可以防止前置热源40的穿透力过强，并防止后置热源50填充过多的液态金属。
该焊接速度可以是600毫米-1800毫米/分钟。优选地，该焊接速度可以是800毫米-1500毫米/分钟。更加优选地，该焊接速度可以是1000毫米-1300毫米/分钟。最优选地，该焊接速度可以是1100毫米-1200毫米/分钟。
前置热源40与后置热源50之间可以设有磁场。通过在前置热源40与后置热源50之间设置磁场，从而可以避免前置热源40的电弧与后置热源50的电弧之间产生干扰，并可以调整前置热源40的电弧的形态和后置热源50的电弧的形态。优选地，该磁场可以位于邻近前置热源40的第一端和后置热源50的第一端。
前置热源40的电流、后置热源50的电流、后置热源50的电压、后置热源50的保护气体的流量、等离子气体流量(即前置热源40为等离子束)和该磁场的强度中的每一个可以随着第一工件20的厚度和第二工件30的厚度中的至少一个的增大而增大。由此不仅可以使前置热源40具有足够的穿透力，而且可以使后置热源50能够填充适量的液体金属。
其中，前置热源40和后置热源50都可以作用在焊缝中心，前置热源40的作用面积小于后置热源50的作用面积。由于前置热源40的作用面积较小，因此前置热源40可以产生预设宽度的匙孔，而不会导致背面焊漏的缺陷。优选地，该匙孔的宽度可以是2毫米-3毫米。
前置热源40可以是电子束、激光束或等离子束，后置热源50可以是电弧，后置热源50的保护气体可以选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种。前置热源40的电流可以是60安培-220安培，后置热源50的电流可以是280安培-440安培，后置热源50的电压可以是16伏特-34伏特，后置热源50的保护气体的流量可以是10升-25升/分钟。
优选地，前置热源40的电流可以是100安培-140安培，后置热源50的电流可以是345安培-365安培，后置热源50的电压可以是20.5伏特-22伏特，后置热源50的保护气体的流量可以是15升-20升/分钟。
更加优选地，前置热源40的电流可以是100安培-180安培，后置热源50的电流可以是320安培-400安培，后置热源50的电压可以是20伏特-30伏特，后置热源50的保护气体的流量可以是17.5升/分钟。
进一步优选地，前置热源40的电流可以是120安培-160安培，后置热源50的电流可以是340安培-380安培，后置热源50的电压可以是22伏特-28伏特。最优选地，前置热源40的电流可以是130安培-150安培，后置热源50的电流可以是350安培-370安培，后置热源50的电压可以是24伏特-26伏特。
前置热源40可以是等离子束，前置热源40的等离子气体流量可以是2升/分钟-12升/分钟。优选地，前置热源40的等离子气体流量可以是5升/分钟-10升/分钟。更加优选地，前置热源40的等离子气体流量可以是6升/分钟-9升/分钟。最优选地，前置热源40的等离子气体流量可以是7升/分钟-8升/分钟。
第一工件20与第二工件30的间隙(组对距离)可以小于等于2毫米。优选地，第一工件20与第二工件30的间隙可以小于等于1毫米。更加优选地，第一工件20与第二工件30的间隙可以小于等于0.5毫米。最优选地，第一工件20与第二工件30的间隙可以等于0毫米以便第一工件20与第二工件30接触。
由于前置热源40可以连续地创建坡口，因此根据本发明实施例的焊接方法对第一工件20和第二工件30上的坡口没有要求。由此可以极大地减小第一工件20与第二工件30的间隙，从而可以降低定位、装夹第一工件20和第二工件30的难度，进而降低了焊接难度。其中，当第一工件20与第二工件30接触时，第一工件20和第二工件30的定位、装夹难度最低。
当第一工件20和第二工件30中的厚度较小的一个的厚度小于等于8毫米时，可不需要在第一工件20和第二工件30上加工坡口，即可采用I形坡口，如此不仅可以省掉加工坡口的工序，还可以提高焊接效率。当第一工件20的厚度和第二工件30的厚度均大于8毫米时，为了使前置热源130更容易地创建匙孔，可以在第一工件20和第二工件30上加工坡口60。
当第一工件20和第二工件30中的厚度较小的一个的厚度小于等于8毫米时，第一工件20与第二工件30之间可以具有I形坡口、V形坡口、单边V形坡口、Y形坡口或U形坡口。优选地，第一工件20与第二工件30之间可以具有I形坡口、V形坡口、单边V形坡口或Y形坡口，I形坡口、V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度小于等于30度。
当第一工件20的厚度和第二工件30的厚度均大于8毫米时，第一工件20与第二工件30之间可以具有V形坡口、单边V形坡口、Y形坡口或U形坡口。优选地，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度小于等于60度，更加优选地，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度可以大于等于20度且小于等于40度、钝边可以小于等于6毫米。最优选地，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度可以等于30度、钝边可以小于等于5毫米。
在本发明的一个具体示例中，可以利用等离子切割方式制造第一工件20与第二工件30，第一工件20和第二工件30之间可以具有I形坡口。也就是说，第一工件20和第二工件30之间无需加工坡口。
在现有的焊接方法中，由于工件的等离子切割面(待焊接面)的粗糙度较大，因此需要对工件的等离子切割面进行坡口加工。也就是说，现有技术无法在不加工坡口的情况下，对利用等离子切割方式制造的工件进行焊接。
而根据本发明实施例的焊接方法可以无需加工坡口，直接对利用等离子切割方式制造的工件进行焊接，从而可以降低对工件的要求，扩大了工件的选取范围。
通过选取上述参数的取值范围，不仅可以保证焊缝的熔透性，而且可以进一步保证液态金属不会过多的流淌到焊缝背面，实现焊缝的单面焊双面成型。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的焊接方法可以利用背面衬垫工装10向第一工件20和第二工件30的背面提供衬垫70。背面衬垫工装10可以包括第一底架121、第二底架122和用于支撑衬垫70的支架110，其中，第一底架121和第二底架122可以抵靠在箱型件80的内底壁面上，衬垫70可以设在支架110上。
第一底架121可以沿上下方向可移动地设在支架110上，以便可以使背面衬垫工装10能够用于各种高度的箱型件80。第二底架122沿左右方向或前后方向可移动地设在支架110上，以便可以使背面衬垫工装10能够用于各种宽度的箱型件80。其中，上下方向如图2中的箭头A所示，左右方向或前后方向如图2中的箭头B所示。由此可见，本发明的一套背面衬垫工装10可以应用于不同横截面大小的箱型件80的焊接，工装适应性强且节约成本。
根据本发明实施例的焊接设备通过设置沿该第一方向可移动的第一底架121以及沿该第二方向可移动的第二底架122，从而可以使该焊接设备能够应用于各种高度和宽度的箱型件80的焊接。因此，该焊接设备具有应用范围广、适应性强的优点。
下面以第二底架122沿前后方向可移动地设在支架110上、背面衬垫工装10沿左右方向移动为例进行说明。也就是说，衬垫70、前置热源40和后置热源50沿左右方向移动，焊缝沿左右方向延伸。
在本发明的一个实施例中，背面衬垫工装10可以进一步包括第一调节螺杆131、第一调节螺母141、第二调节螺杆132和第五调节螺母145。
第一调节螺杆131可以沿上下方向延伸，第一调节螺杆131可以设在第一底架121和支架110中的一个上，第一调节螺杆131可以穿过第一底架121和支架110中的另一个。第一调节螺母141可以套设在第一调节螺杆131上，第一调节螺母141可以抵靠在第一底架121和支架110中的该另一个上。
第二调节螺杆132可以沿前后方向延伸，第二调节螺杆132可以设在第二底架122和支架110中的一个上，第二调节螺杆132可以穿过第二底架122和支架110中的另一个。第五调节螺母145可以套设在第二调节螺杆132上，第五调节螺母145可以抵靠在第二底架122和支架110中的该另一个上。
由此可以通过旋转第一调节螺母141，来调节第一底架121与支架110在上下方向上的距离，以及可以通过旋转第五调节螺母145，来调节第二底架122与支架110在前后方向上的距离，从而可以使背面衬垫工装10能够用于各种高度和宽度的箱型件80。
如图2所示，在本发明的另一个实施例中，背面衬垫工装10进一步包括第一调节螺杆131、第二调节螺杆132以及第一调节螺母141至八调节螺母148。
第一调节螺杆131可以沿上下方向延伸，第一调节螺杆131可以穿过第一底架121和支架110。第一调节螺母141至第四调节螺母144中的每一个可以套设在第一调节螺杆131上。其中，第一底架121可以被夹持在第一调节螺母141与第二调节螺母142之间，支架110可以被夹持在第三调节螺母143与第四调节螺母144之间。
第二调节螺杆132可以沿前后方向延伸，第二调节螺杆132可以穿过第二底架122和支架110。第五调节螺母145至第八调节螺母148中的每一个可以套设在第二调节螺杆132上。其中，第二底架122可以被夹持在第五调节螺母145与第六调节螺母146之间，支架110可以被夹持在第七调节螺母147与第八调节螺母148之间。
由此可以通过旋转第一调节螺母141至八调节螺母148，来调节第一底架121与支架110在上下方向上的距离以及第二底架122与支架110在前后方向上的距离，从而可以使背面衬垫工装10能够用于各种高度和宽度的箱型件80。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，支架110可以包括本体111和用于支撑衬垫70的支撑部112，本体111可以包括依次相连的顶板113、前侧板114、底板115和后侧板116，支撑部112可以设在顶板113的上表面上。其中，本体111可以进一步包括第一支撑板117和第二支撑板118。第一支撑板117的上端可以与顶板113相连，第一支撑板117的下端可以与底板115相连，第二支撑板118的前端可以与前侧板114相连，第二支撑板118的右端可以与右侧板116相连。
第一底架121可以位于本体111的下方，第二底架122可以位于本体111的后方，第一底架121和第二底架122中的每一个都可以是平板状。
如图2所示，在本发明的一个示例中，第一底架121上可以设有适于与箱型件80的内底壁面接触的第一滚轮151，第二底架122上可以设有适于与箱型件80的内后壁面接触的第三滚轮153，顶板113上可以设有适于与箱型件80的内顶壁面接触的第二滚轮152，前侧板114上可以设有适于与箱型件80的内前壁面接触的第四滚轮154。由此可以使背面衬垫工装10能够更加容易地、方便地带动衬垫70移动。
优选地，第二滚轮152的上沿可以位于支撑部112的上沿的上方。由此可以使设在支撑部112上的衬垫70与箱型件80的内顶壁面接触，即可以使设在支撑部112上的衬垫70与第一工件20和第二工件30的背面接触。
如图2所示，在本发明的一个具体示例中，支撑部112可以包括第一竖直板1121、第二竖直板1122和用于支撑衬垫70的水平板1123。第一竖直板1121和第二竖直板1122可以沿前后方向间隔开地设在顶板113的上表面上，水平板1123可以设在第一竖直板1121和第二竖直板1122上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于水平焊接位置；
向所述第一工件和所述第二工件的待焊面的背面提供衬垫；
提供前置热源和后置热源，以便在所述第一工件与所述第二工件的待焊面形成焊缝，所述前置热源的能量密度大于所述后置热源的能量密度，其中所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源相对，所述衬垫与所述前置热源和所述后置热源向相同的方向移动。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述前置热源的中心线与所述后置热源的中心线之间的夹角随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而减小，
所述前置热源和所述后置热源的中心距离随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大，
所述前置热源的电流随着所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，所述后置热源的电流和所述后置热源的电压中的每一个随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，焊接速度随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离以及所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而增大。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
焊接速度随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大，
所述前置热源与所述后置热源之间设有磁场，所述前置热源的电流、所述后置热源的电流、所述后置热源的电压、所述后置热源的保护气体的流量、等离子气体流量和所述磁场的强度中的每一个随着所述第一工件的厚度和所述第二工件的厚度中的至少一个的增大而增大。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述前置热源的中心线与所述后置热源的中心线之间的夹角大于0度且小于等于45度，优选地，所述夹角大于等于15度且小于等于25度。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为5毫米-10毫米，优选地，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为7.5毫米。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，
所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5毫米-10毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5毫米-10毫米，
优选地，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为7.5毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为7.5毫米。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述前置热源和所述后置热源均作用在焊缝中心，所述前置热源的作用面积小于所述后置热源的作用面积，所述前置热源为电子束、激光束或等离子束，所述后置热源为电弧，所述后置热源的保护气体选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种，所述前置热源的电流为60安培-220安培，所述后置热源的电流为280安培-440安培，所述后置热源的电压为16伏特-34伏特，所述后置热源的保护气体的流量为10升-25升/分钟；
优选地，所述前置热源的电流为130安培-150安培，所述后置热源的电流为350安培-370安培，所述后置热源的电压为24伏特-26伏特，所述后置热源的保护气体的流量为17.5升/分钟；
优选地，所述前置热源为等离子束，所述前置热源的等离子气体流量为7升/分钟-8升/分钟。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，焊接速度为600毫米-1800毫米/分钟，优选地，所述焊接速度为1100毫米-1200毫米/分钟。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述第一工件与所述第二工件的间隙小于等于2毫米，优选地，所述第一工件与所述第二工件的间隙等于0毫米以便所述第一工件与所述第二工件接触。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，利用等离子切割方式制造所述第一工件和所述第二工件，所述第一工件和所述第二工件之间具有I形坡口。
11.一种用于实施根据权利要求1-10中任一项所述的焊接方法的焊接设备，其特征在于，包括：
用于向第一工件和第二工件提供热量的前置热源和后置热源；以及
背面衬垫工装，所述背面衬垫工装包括：
用于支撑衬垫的支架；
第一底架，所述第一底架沿第一方向可移动地设在所述支架上；和
第二底架，所述第二底架沿第二方向可移动地设在所述支架上，所述第二方向垂直于所述第一方向。
12.根据权利要求11所述的焊接设备，其特征在于，进一步包括：
沿所述第一方向延伸的第一调节螺杆，所述第一调节螺杆穿过所述第一底架和所述支架；
第一调节螺母至第四调节螺母，所述第一调节螺母至所述第四调节螺母中的每一个套设在所述第一调节螺杆，其中所述第一底架被夹持在所述第一调节螺母与所述第二调节螺母之间，所述支架的第一部分被夹持在所述第三调节螺母与所述第四调节螺母之间；
沿所述第二方向延伸的第二调节螺杆，所述第二调节螺杆穿过所述第二底架和所述支架；和
第五调节螺母至第八调节螺母，所述第五调节螺母至所述第八调节螺母中的每一个套设在所述第二调节螺杆，其中所述第二底架被夹持在所述第五调节螺母与所述第六调节螺母之间，所述支架的第二部分被夹持在所述第七调节螺母与所述第八调节螺母之间。
13.根据权利要求11所述的焊接设备，其特征在于，所述第一底架上设有适于与箱型件的第一内壁面接触的第一滚轮，所述第二底架上设有适于与所述箱型件的第三内壁面接触的第三滚轮，所述支架包括本体和用于支撑衬垫的支撑部，所述支撑部设在所述本体上，所述本体上设有适于与所述箱型件的第二内壁面接触的第二滚轮以及与所述箱型件的第四内壁面接触的第四滚轮，其中所述第二内壁面与所述第一内壁面在所述第一方向上相对，所述第四内壁面与所述第三内壁面在所述第二方向上相对。
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