CN109093227A - 一种自动多象限模组焊接*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动多象限模组焊接***，依工件将焊接区域分割成无数个象限，象限k=4n，n是大于1的自然数，每个象限里限定一个单独的数据，该数据为影响热输入量因素的数据，以设定多于四个象限，细分每个象限时间长短，焊接若干设定值下降或增加自动调节设定值，来控制并完成均匀焊道的焊接动作。依工件将焊接区域分割成大于4的无数个象限，借由控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率、填料方式及速率等，而使热影响区尽可能做到最小，焊道质量一致性最高，变形量最小，填料填补量一致等。

Description

一种自动多象限模组焊接***

技术领域

本发明涉及一种焊接***，具体涉及一种自动多象限模组焊接***。

背景技术

现有的自动焊接***：由一焊接主机连结一自动焊接控制***及相关周边从动元件，焊接工件上之焊道位置，依照自动焊接控制***控制之焊炬移行轨道，完成焊接动作而密合。

图1所示，依工件将焊接区域分割成四个象限，现行自动焊每个象限只调整电流，一个焊层或一次启弧收尾焊道只能划分四个主电流数据，割分粗糙，不同焊层参数种类不同时（例如第二焊层增加或减少填料）,不能一次设定在同一焊接程序控制中完成，而必须进入另一个程序或以半手动模式进行。

例如: 两管端焊口相对焊时，先将须对焊的两管端焊口，预先密合固定在自动焊接控制***之固定治具上，调整适当焊接数据参数并将焊炬对准即将施焊的焊道起始点，启动自动焊接控制***开始施焊，待焊道完成后以予结束焊接动作并给予若干时间后吹保护气体。

现有自动焊接***缺点 :

1.焊接工件因为焊接热输入关系，常导致热涡流现象(尤其是管路焊接圆径方向最为明显)，致使焊接工件在施焊过程中温度急剧上升，遂导致焊道不均匀、焊道起焊处渗透不足或焊道末端产生焊蚀。

2.在精密薄板自动焊接时，焊接工件在施焊过程中，热输入控制不易而导致热影响区过大，致使焊接工件变形、焊道溶蚀或氧化或氢化开裂。

3.自动焊接控制***采用焊接程序控制时，亦可做焊接象限分割，但其需要同时调整多个象限不同的焊接电流、焊接时间等多项参数，并须在每个象限间调整以达到焊接热输入量平衡。如此焊接程序控制每改变一项焊接参数，则其他焊接参数设定也会接连影响，设定机制繁多、操作学习不易、参数调整难度高。

4.现有自动焊接控制***采用焊接程序控制象限装置，设定机制繁多致使设备昂贵、维修难度高、专用零件取得不易。

5.行星式自动焊接***(Automatic Orbital Welding) 具有上述象限分割设定装置，但限制于焊接主机与控制***一体化专用机型，施焊工件型式与尺寸受到专用焊具范围局限，亦不能与一般焊接自动焊接控制***或焊接程序控制器(Welding Programmer)介接，尤其设备昂贵、维修难度高、零配件不通用。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种自动多象限模组焊接***。焊道质量一致性最高，变形量最小。

本发明提供如下技术方案：

一种自动多象限模组焊接***，依工件将焊接区域分割成无数个象限，象限k=4n，n是大于1的自然数，每个象限里限定一个单独的数据，该数据为影响热输入量因素的数据，以设定多于四个象限，细分每个象限时间长短，焊接若干设定值下降或增加自动调节设定值，来控制并完成均匀焊道的焊接动作。

进一步的，两管端焊口相对焊时，先将须对焊的两管端焊口，预先密合固定在自动多象限焊接控制***之固定治具上，设定调整各象限适当焊接数据参数与配置的相关周边辅助装置，并将焊炬对准即将施焊的焊道起始点，对自动多象限模组焊接***设定每个象限时间及相关讯号设定值，再设定每个象限热输入量设定值，即可启动自动焊接控制***开始施焊，待焊道完成后以予结束焊接动作并给予若干时间后吹保护气体即可。

进一步的，由各项焊接参数可以反推采集该焊接工件的热输入量系数，进由对自动多象限模组焊接***内设定该系数，控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾。

上述影响热输入量因素的数据为焊接电流、保护气体流量流速、焊炬移动速率、填料方式及填料速率。

上述周边辅助装置为气体流量控制装置、温控调节、送料速率控制中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：依工件将焊接区域分割成大于4的无数个象限，借由控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率、填料方式及速率等，而使热影响区尽可能做到最小，焊道质量一致性最高，变形量最小，填料填补量一致等。

附图说明

图1为现有技术中焊接区域的四象限分布图。

图2为本发明焊接区域的多象限分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明的一种自动多象限模组焊接***，依工件将焊接区域分割成无数个象限，象限k=4n，n是大于1的自然数，每个象限里限定一个单独的数据，该数据为影响热输入量因素的数据，以设定多于四个象限，细分每个象限时间长短或焊接若干设定值下降（或增加）自动调节设定值，来控制并完成均匀焊道的焊接动作。

两管端焊口相对焊时，先将须对焊的两管端焊口，预先密合固定在自动多象限焊接控制***之固定治具上，设定调整各象限适当焊接数据参数与配置的相关周边辅助装置（如气体流量控制装置、温控调节、送料速率控制等装置，可包含但不在此限），并将焊炬对准即将施焊的焊道起始点，对自动多象限模组焊接***设定每个象限时间及相关讯号设定值，再设定每个象限热输入量设定值，即可启动自动焊接控制***开始施焊，待焊道完成后以予结束焊接动作并给予若干时间后吹保护气体即可。

焊接工件在焊道位置上，焊接主机控制焊炬焊接时，能让焊接程序控制器设定某一焊接电流进行焊接，调整焊接电流，对比焊接起始点和结束点，观察数据的差距，得到焊接质量的结论。依工件型式决定，管対接的电流，一般规律都是电流依序下降。每个象限都可以做一个程序控制，而且可以改变所有影响热输入量因素的焊接参数，不再局限于电流。

以下是多象限分割的实施例，不再局限于4个象限。

实施例1

当象限k=4n，n取为2，焊接1/4英寸管壁为0.9mm时，可共划分8个象限：于第一象限焊接起弧电流设为5A，前吹6秒流量15 LPM，管内背覆气体5 LPM，完成起弧形成熔池后，启动15A的焊接电流，意在加热工件并加大气体保护，其焊炬相对移动速度45mm／min至完成第一象限；待完成第一象限进入第二象限时，焊接电流降为13A，保护气体流量降至10 LPM，背覆气体升至6 LPM，意在减缓热输入量，降低热影响区，气体保护减缓有助減少气涡旋造成的污染，并背覆支撑焊道力度略升，加快焊接迷雾吹出的速度，其焊炬相对移动速度升到50mm／min至完成第二象限；接续开始第三象限直至第八象限完成，进入收尾电流及后吹程序。如此借由控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率等，而使热影响区尽可能做到最小，焊道质量一致性最高，变形量最小，管内焊道迷雾污染降到最小等。本例采用8象限为例，但实际应用不在此限，多象限数量与可控制焊接因数亦不在此限。

实施例2

当象限k=4n，n取为4，低电流自动焊接修补燃气涡轮引擎叶片尖端外缘，厚度为0.1mm时，可共划分16个象限：

于第一象限焊接起弧电流设为1.00A，前吹6秒流量8 LPM，完成起弧形成熔池后，保护气体流量维持5 LPM，启动1.50A的焊接电流，意在加热工件并加大气体保护范围，将焊丝瞬间送入熔池前缘0.3秒并瞬间抽回，意在瞬间冷却熔池形成填补效果，其焊炬相对移动速度25.0mm／min至完成第一象限进入后吹程序即停止。

待完成第一象限进入第二象限时，仍进行前吹6秒流量8 LPM，焊接起弧电流仍设为1.00A，保护气体流量维持5 LPM，焊接电流降为1.48A，意在减缓热输入量，降低热影响区，将焊丝瞬间送入熔池前缘0.3秒并瞬间抽回，同样瞬间冷却熔池形成填补效果，其焊炬相对移动速度25.5mm／min至完成第二象限进入后吹程序即停止。

进入第三象限时，仍进行前吹6秒流量8 LPM，焊接起弧电流仍设为1.00A，保护气体流量维持5 LPM，焊接电流降为1.47A，意在减缓热输入量，降低热影响区，将焊丝瞬间送入熔池前缘0.3秒并瞬间抽回，同样瞬间冷却熔池形成填补效果，其焊炬相对移动速度26.0mm／min至完成第三象限进入后吹程序即停止。

接续开始第四象限直至第16象限完成，进入后吹程序后完成此段间歇性填料修补的精细焊接。

此例借由控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率、填料方式及速率等，而使热影响区尽可能做到最小，焊道质量一致性最高，变形量最小，填料填补量一致等。本例采用16象限为例，但实际应用不在此限，焊接参数与可控制焊接因数亦不在此限。

实施例3

当象限k=4n，n取为6，多焊道超高真空容器自动焊接，圆径50mm，厚度为4mm时，焊道开V型槽，角度37.5度，分两道焊层，第一道焊层打底根部留1mm，第二道焊层填料，共可划分24个象限：

于第一象限焊接起弧电流设为15A，前吹12秒流量15 LPM，腔内背覆气体10 LPM 内外压差5psi以内，完成起弧形成熔池后，启动60A的焊接电流，脉波低电流为38A，脉波频率50次/秒，主电流与低电流比 30:70，意在加热工件并加大气体保护范围，熔池得到充分搅拌得到均质效果，并确认焊接全渗透，其焊炬相对移动速度240mm／min至完成第一象限。

待完成第一象限进入第二象限时，焊接电流降为59A，保护气体流量降低为10LPM，脉波低电流为37.5A，主电流与低电流比 30:70，意在减缓热输入量，降低热影响区，其焊炬相对移动速度241mm／min至完成第二象限。

进入第三象限时，焊接电流降为56A，脉波低电流降为37A，主电流与低电流比 31:69，其焊炬相对移动速度242mm／min至完成第三象限。接续开始第四象限仍依照每象限所需各项参数（非改变单一参数）直至第12象限完成，即完成第一道打底焊层。

进入第13象限即进入第二道焊层，因为程序控制开始启动填料，焊接电流需由上个象限48A升为65A，保护气体流量仍为10 LPM，腔内背覆气体升为12 LPM 内外压差10psi以内，脉波低电流升为39A，主电流与低电流比回到30:70，其焊炬相对移动速度回到240mm／min至完成第13象限，接续开始第14象限仍依照象限所需执行各项参数（非改变单一参数），直至第24象限完成，进入收尾电流及后吹程序，即更精确的一次完成两个焊层不同的焊接参数要求。

此例借由控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率、填料方式及速率等，而使热影响区尽可能做到最小，焊道质量一致性最高，变形量最小，填料填补量一致，焊接迷雾污染最小，腔内焊道保持光滑明亮及半导体所需高洁净的基本要求。本例采用24象限为例，但实际应用不在此限，焊接参数与可控制焊接因数亦不在此限。

由各项焊接参数可以反推采集该焊接工件的热输入量系数，进由对自动多象限模组焊接***内设定该系数，可控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾，皆能完整掌握全部焊道的热输入量、保护气体流量流速、移动速率、填料方式及填料速率等，对已标准化工件实施量化作业时，可有极大提升质量控制、提高成品率、工作效率、节约成本与时间的效果。

自动多象限模组焊接***的优点 :

1.焊接工件因为焊接热输入得到精密细部调节，可平衡热涡流现象导致的焊接工件在施焊过程中温度急剧上升，不导致焊道过热、焊道起焊处渗透不足或焊道末端产生焊蚀，甚至熔池破裂。

2.在精密薄板自动焊接时，焊接工件在施焊过程中，较容易控制热输入并使热影响区缩小，焊接工件变形量减少，避免焊道溶蚀、焊道氧化或氢化而导致焊道整体质量不均匀或改善氢化开裂現象。

3.适用自动焊接控制***采用焊接程序控制器，可较容易做多个象限焊接分割，使其可达到热输入量平衡设定机制简捷、操作学习容易、参数调整难度低。

4.较现有自动焊接控制***改为自动多象限模组焊接***，相对更精准控制四个以上象限的热输入量，减少热影响区（Heat affected zone）的负面影响，尤其应用在半导体及生物医学管路***时（应用产业不在此限），可大幅度减少硫雾气析出现象与管路表面的光亮平整，达到无尘无菌等管道环境的基本需求。

5.与行星式自动焊接***(Automatic Orbital Welding)比较，不受焊接主机与控制***一体化限制，施焊工件型式与尺寸应用更宽广，热输入量控制得更精准耐用。

6.可增减焊接象限分割数量，依不同需求修改容易，设备应用性能高。如航天精密零配件的硬面微型修补、复合材料整合或透平机叶片微型硬面等应用（应用产业不在此限），可不局限在圆管焊接或平面薄板精密焊接的场合。

本发明中，将一次焊接程序，分成无限次的焊接程序的组合，在其中的每一个焊接程序就是一个象限，每个象限里，不只是电流改变而已，是影响焊接的所有因子，全部调整到最适合的条件。相对于背景技术中不再是现行自动焊只调整电流，一个焊层或一次启弧收尾焊道只能划分四个主电流数据，在某些高端精密焊接场合这样做已不够精确与洁净。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种自动多象限模组焊接***，其特征在于：依工件将焊接区域分割成无数个象限，象限k=4n，n是大于1的自然数，每个象限里限定一个单独的数据，该数据为影响热输入量因素的数据，以设定多于四个象限，细分每个象限时间长短，焊接若干设定值下降或增加自动调节设定值，来控制并完成均匀焊道的焊接动作。

2.根据权利要求1所述的一种自动多象限模组焊接***，其特征在于：两管端焊口相对焊时，先将须对焊的两管端焊口，预先密合固定在自动多象限焊接控制***之固定治具上，设定调整各象限适当焊接数据参数与配置的相关周边辅助装置，并将焊炬对准即将施焊的焊道起始点，对自动多象限模组焊接***设定每个象限时间及相关讯号设定值，再设定每个象限热输入量设定值，即可启动自动焊接控制***开始施焊，待焊道完成后以予结束焊接动作并给予若干时间后吹保护气体即可。

3.根据权利要求2所述的一种自动多象限模组焊接***，其特征在于：由各项焊接参数可以反推采集该焊接工件的热输入量系数，进由对自动多象限模组焊接***内设定该系数，控制每一个象限的独立细分的焊接参数，达到精密焊接由启始至收尾。

4.根据权利要求1所述的一种自动多象限模组焊接***，其特征在于：所述影响热输入量因素的数据为焊接电流、保护气体流量流速、焊炬移动速率、填料方式及填料速率。

5.根据权利要求1所述的一种自动多象限模组焊接***，其特征在于：周边辅助装置为气体流量控制装置、温控调节、送料速率控制中的一种或多种。