本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種電渣焊方法和電渣焊設(shè)備。

背景技術(shù)：

最近，在造船和工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，板厚趨于增加，因?yàn)楦鱾€(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸都增加。已經(jīng)通過(guò)高效氣電弧焊進(jìn)行這些結(jié)構(gòu)的豎直焊接。但是，在工作環(huán)境中的焊接操作者存在例如電弧輻射熱、煙霧、濺射等問(wèn)題。此外，還顯示另一個(gè)問(wèn)題，即隨著板厚度的增加，屏蔽性能降低，從而降低焊接部的機(jī)械性能等等。

解決這些問(wèn)題的方法是，有一種使用熔渣的焦耳熱作為熱源的電渣焊。在電渣焊中，露出的電弧不用于熔化焊絲和基體，而是熔渣內(nèi)部產(chǎn)生的熱量用于熔化焊絲和基體。因此，不會(huì)產(chǎn)生電弧輻射熱，所產(chǎn)生的煙霧或?yàn)R射也減小。因此，工作環(huán)境得到改善。此外，焊接金屬被熔渣屏蔽與大氣隔離。因此，不需要保護(hù)氣體。即使板厚增加時(shí)，也沒(méi)有降低屏蔽效果。無(wú)論板厚如何，大氣中存在的氮?dú)饣蝾愃莆锟梢杂行Х乐骨秩肴廴诮饘?。相?yīng)地，焊接金屬也不發(fā)生機(jī)械劣化。

另一方面，在氣電弧焊中，可以監(jiān)測(cè)熔池和基體的滲透狀態(tài)。在電渣焊中，熔池和基體的熔融部分被熔渣覆蓋，使得不可能檢查基體的滲透狀態(tài)。除非在覆蓋焊縫的固化熔渣被錘子等破碎后可目視觀察到焊縫，否則不可能檢查是否得到良好的滲透。

此外，良好的滲透不僅在是否發(fā)生滲透失效方面，也在焊接金屬的機(jī)械性能取決于滲透程度的事實(shí)方面是重要的。即，焊接金屬的化學(xué)成分由焊絲的化學(xué)成分、基體的化學(xué)成分和滲透比確定。由于焊絲的化學(xué)成分與基體的化學(xué)成分不同，滲透比改變時(shí)焊接金屬的化學(xué)成分也改變。這會(huì)影響到焊接金屬的機(jī)械性能。因此，進(jìn)行焊接的同時(shí)使?jié)B透比率盡可能恒定是非常重要的。

作為可以影響滲透的因素，其示例包括焊接電流、焊接電壓、焊絲突出長(zhǎng)度等。除此之外，在電渣焊的情況下，所述因素的示例可以包括渣池的深度。焊接電流、焊接電壓、焊絲突出長(zhǎng)度等是可以容易地管理的參數(shù)。然而，難以測(cè)量渣池深度，因此，難以控制渣池深度。

在此，例如，豎直氣電焊接設(shè)備在專利文獻(xiàn)1中作為常規(guī)氣電弧焊而公開(kāi)。豎直氣電焊接設(shè)備進(jìn)行向上的焊接，同時(shí)向在大致豎直地豎立的鋼板的上/下方向z上延伸的槽供給含助焊劑的焊絲。豎直氣電焊接設(shè)備包括托架和橫向擺動(dòng)裝置。托架包括第一電極、第二電極和行進(jìn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。第一電極的尖端進(jìn)入所述槽。第二電極在比第一電極的尖端更接近鋼板的板厚方向x上的槽的開(kāi)放側(cè)的位置進(jìn)入所述槽。托架可沿該槽向上移動(dòng)。橫向擺動(dòng)裝置被支承在托架上。橫向擺動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述第一和第二電極在板厚方向x上橫向擺動(dòng)。

在專利文獻(xiàn)1中進(jìn)行了下面的描述。即，隨著焊接的推進(jìn)在槽內(nèi)形成熔融金屬。另外，熔渣聚集在熔融金屬中。熔渣的表面升高從而減少了焊絲從焊炬(焊槍)伸出的突出長(zhǎng)度。當(dāng)電源電路和豎直板之間的電流值增大到比預(yù)定值更高時(shí)，向托架發(fā)出向上移動(dòng)的指令。另外，覆蓋所述槽的開(kāi)口的可滑動(dòng)的銅墊板隨著焊接推進(jìn)而向上移動(dòng)。據(jù)此，熔池上的熔渣在可滑動(dòng)的銅墊板與焊縫之間連續(xù)流動(dòng)，從而在焊縫上固化。這樣，熔渣被消耗。

例如，非自耗噴嘴式雙電極電渣焊方法在專利文獻(xiàn)2中作為常規(guī)電渣焊而公開(kāi)。在非自耗噴嘴式雙電極電渣焊方法中，在形成為被墊板和基體所包圍的槽中，通過(guò)兩個(gè)電極同時(shí)進(jìn)行焊接。非自耗噴嘴式雙電極電渣焊方法包括以下步驟：在與兩個(gè)電極的排列方向相同的方向上同時(shí)橫向擺動(dòng)兩個(gè)電極的電力供給噴嘴，且將槽的中央部附近和槽的端部的電力供給噴嘴懸置，以便在橫向擺動(dòng)電力供給噴嘴期間的電流能量Wm、槽的端部懸置期間的電流能量Wh、槽的中央部附近處懸置的電流能量Wc之間建立Wc<Wm<Wh的關(guān)系；并進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電力供給噴嘴上升，以使焊絲的突出長(zhǎng)度可以保持足夠長(zhǎng)，從而將焊接電流設(shè)定為目標(biāo)電流值。

另外，在專利文獻(xiàn)2中有以下描述。即，在全部四個(gè)側(cè)面都由墊板和基體包圍的槽中進(jìn)行焊接。含有二氧化錳的助焊劑是在焊接的開(kāi)始時(shí)加入， 使得焊接期間渣池的深度可以為15mm。

引文列表

專利文獻(xiàn)

[專利文獻(xiàn)1]JP-A-H10-118771

[專利文獻(xiàn)2]JP-A-H05-42377

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

與氣電弧焊相比，電渣焊具有不產(chǎn)生電弧輻射熱、煙霧或?yàn)R射的產(chǎn)生也減少等特性。然而，在常規(guī)電渣焊中，通過(guò)從全部四個(gè)側(cè)面都由鋼板包圍的槽的上方垂下的電極進(jìn)行焊接。因此，熔渣不消耗，以便維持適當(dāng)?shù)脑厣疃?。然而，由于各個(gè)基體尺寸增加，可加工性變差，可焊接的基體的大小被限制成取決于每個(gè)噴嘴的尺寸。因此，電渣焊通常例如用于焊接具有數(shù)米長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)鋼材料。另一方面，如果在氣電弧焊中用托架來(lái)滑動(dòng)墊板，可以在更大的基體上進(jìn)行焊接。在這種情況下，不在所有四個(gè)側(cè)面都被鋼板包圍的槽中進(jìn)行焊接。因此，熔渣可在可滑動(dòng)墊板和焊縫之間流動(dòng)，并可被消耗。

因此，當(dāng)可滑動(dòng)的墊板用于電渣焊時(shí)，用于補(bǔ)償熔渣的消耗部分的助焊劑必須被從上方加入，以盡可能保持所述渣池深度恒定，從而確保良好的滲透。基本上，加入對(duì)應(yīng)于所消耗的部分的助焊劑時(shí)，渣池深度可以保持恒定。但是，隨著槽的寬度增加，焊縫寬度增大，從而導(dǎo)致熔渣的消耗量的增加。另外，當(dāng)熔渣的流動(dòng)由于墊板的溫度而變化時(shí)，所述熔渣的消耗量也改變。此外，當(dāng)墊板與基體之間的間隙變化或焊接速度變化時(shí)，消耗量也改變。

這樣，在使用滑動(dòng)墊板的電渣焊中，熔渣消耗量由于各種因素而變化，因此，有必要改變助焊劑的添加量。然而，難以測(cè)量渣池深度。因此，焊接操作者沒(méi)有選擇，只能通過(guò)他/她的觀察和估計(jì)來(lái)改變添加量。因此，這取決于焊接操作者的技術(shù)和眼力，因此很難使渣池深度保持在預(yù)定的深度而使?jié)B透良好。此外，滲透的變化可能會(huì)造成焊接缺陷，也對(duì)焊接金屬的 機(jī)械性能有不利影響。

根據(jù)在專利文獻(xiàn)1和2中公開(kāi)的上述方法，當(dāng)使用可滑動(dòng)的墊板進(jìn)行電渣焊時(shí)，渣池深度改變，從而影響焊接金屬的機(jī)械性能或滲透。因此，電渣焊的焊接加工性優(yōu)異，但不幸的是它并不適用于焊接具有長(zhǎng)焊接線的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的一個(gè)方面的目的是進(jìn)行焊接同時(shí)使用可滑動(dòng)的墊板使得在電渣焊中渣池深度保持在預(yù)定深度，因此可以確保良好的滲透，并防止焊接金屬的機(jī)械性能降低。

技術(shù)方案

在這樣的情況下，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種電渣焊方法，包括：在電渣焊中將助焊劑供給到渣池中，使得焊絲的從接觸尖端的尖端到渣池的長(zhǎng)度等于一預(yù)定的長(zhǎng)度；調(diào)節(jié)具有焊炬和可滑動(dòng)墊板的行進(jìn)托架的行進(jìn)速度，使得焊接電流和基準(zhǔn)電流值之間的預(yù)定關(guān)系得到滿足；進(jìn)行焊接，同時(shí)使渣池的深度保持在預(yù)定的深度。

從其他角度來(lái)看，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種電渣焊設(shè)備，包括：向焊絲供電的具有接觸尖端的焊炬；可滑動(dòng)的墊板；具有焊炬和可滑動(dòng)墊板的行進(jìn)托架；行進(jìn)托架控制裝置；渣池檢測(cè)器；助焊劑供給裝置；和助焊劑供給控制裝置；

其中：渣池檢測(cè)器配置成當(dāng)渣池上升到與接觸尖端的尖端相距一預(yù)定長(zhǎng)度的位置時(shí)檢測(cè)渣池；為了使焊絲的從接觸尖端的尖端到渣池的長(zhǎng)度等于所述預(yù)定長(zhǎng)度，助焊劑供給控制裝置配置成控制所述助焊劑供給裝置，以便在渣池檢測(cè)器檢測(cè)到渣池時(shí)停止供給助焊劑，并因此在渣池檢測(cè)器未檢測(cè)到渣池時(shí)供給助焊劑；行進(jìn)托架的控制裝置配置成控制所述行進(jìn)托架的行進(jìn)速度，使得根據(jù)送絲速度而確定的基準(zhǔn)電流值與焊接電流之間的預(yù)定關(guān)系得到滿足；并且電渣焊設(shè)備能夠在進(jìn)行焊接的同時(shí)使渣池深度保持在預(yù)定的深度。

此外，行進(jìn)托架控制裝置可以配置成控制，以便在根據(jù)預(yù)定關(guān)系焊接電流大于基準(zhǔn)電流值時(shí)增加所述行進(jìn)托架的行進(jìn)速度，和在根據(jù)預(yù)定關(guān)系焊接電流小于基準(zhǔn)電流值時(shí)降低行進(jìn)托架的行進(jìn)速度。

另外，渣池檢測(cè)器可以配置成當(dāng)渣池檢測(cè)器的檢測(cè)終端接觸渣池時(shí)檢 測(cè)焊接電壓，因而檢測(cè)渣池。

另外，渣池檢測(cè)器可以配置成通過(guò)具有橫向擺動(dòng)周期的一半至兩倍的時(shí)間常數(shù)的濾波器來(lái)處理所檢測(cè)的焊接電壓，由此確定渣池是否已經(jīng)被檢測(cè)。

此外，該檢測(cè)終端可連接到焊炬。

另外，渣池檢測(cè)器可配置成從直流電源通過(guò)電阻器向渣池檢測(cè)器的檢測(cè)終端施加電壓來(lái)基于在檢測(cè)終端接觸渣池時(shí)檢測(cè)終端的電壓下降的事實(shí)來(lái)檢測(cè)渣池。

另外，渣池檢測(cè)器可以具有光傳感器，并且可以配置成檢測(cè)來(lái)自渣池的光來(lái)檢測(cè)渣池。

此外，助焊劑供給裝置可以配置成通過(guò)由螺線管驅(qū)動(dòng)的閥供給助焊劑。

此外，助焊劑供給裝置可配置成通過(guò)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿供給助焊劑。

另外，當(dāng)送絲速度改變時(shí)，基準(zhǔn)電流值可以基于表示送絲速度和基準(zhǔn)電流值之間的關(guān)系的預(yù)定函數(shù)而自動(dòng)改變。

此外，基準(zhǔn)電流值可以根據(jù)焊絲種類、基于根據(jù)所述焊絲種類的預(yù)定函數(shù)來(lái)確定。

本發(fā)明的有利效果

在本發(fā)明的一個(gè)方面，可以使用可滑動(dòng)墊板在電渣焊中進(jìn)行焊接，同時(shí)將焊池深度保持在預(yù)定深度，因此，可以保證良好滲透，從而防止焊接金屬的機(jī)械性能下降。

附圖說(shuō)明

圖1示出本發(fā)明的實(shí)施例的電渣焊設(shè)備的示意性配置的示例。

圖2是從箭頭T的方向觀察的圖1所示的電渣焊設(shè)備的視圖。

圖3A示出熔渣池的深度、焊絲長(zhǎng)度、焊接電流和滲透的寬度之間的相關(guān)性。

圖3B示出熔渣池的深度、焊絲長(zhǎng)度、焊接電流和滲透的寬度之間的相關(guān)性。

圖3C示出熔渣池的深度、焊絲長(zhǎng)度、焊接電流和滲透的寬度之間的相關(guān)性。

圖4示出的熔渣池檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示例。

圖5示出熔渣池的表面上的焊接電壓分布的示例。

圖6A示出當(dāng)焊炬在板厚方向上橫向擺動(dòng)時(shí)熔渣池的表面上的焊接電壓分布的示例。

圖6B示出當(dāng)焊炬在板厚方向上橫向擺動(dòng)時(shí)熔渣池的表面上的焊接電壓分布的示例。

圖6C示出當(dāng)焊炬在板厚方向上橫向擺動(dòng)時(shí)熔渣池的表面上的焊接電壓分布的示例。

圖7示出在圖4所示的熔渣池檢測(cè)器中設(shè)置有濾波電路的結(jié)構(gòu)示例。

圖8示出沒(méi)有濾波電路的情況下的焊接電壓波形的示例。

圖9示出使用濾波電路的情況下的焊接電壓波形的示例。

圖10是用于說(shuō)明檢測(cè)終端連接至焊炬的結(jié)構(gòu)示例的視圖。

圖11示出熔渣池檢測(cè)器的另一結(jié)構(gòu)示例。

圖12示出熔渣池檢測(cè)器的另一結(jié)構(gòu)示例。

圖13A示出助焊劑供給裝置的結(jié)構(gòu)示例。

圖13B示出所述助焊劑供給裝置的所述結(jié)構(gòu)示例。

圖14示出助焊劑供給裝置的另一結(jié)構(gòu)示例。

圖15示出未控制渣池的情況和實(shí)施例中控制渣池的情況之間的比較結(jié)果。

圖16是用于說(shuō)明渣池深度對(duì)焊接的影響的表。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。

<焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)>

首先描述實(shí)施例中的電渣焊設(shè)備100。圖1示出本實(shí)施例的電渣焊設(shè)備100的示意性結(jié)構(gòu)的示例。在圖1中，由箭頭Z表示的方向是指豎直方向(上/下方向)的向上，由箭頭X表示的方向是指板厚方向(左/右方向)的向右，以及垂直于圖紙從后向前移動(dòng)的方向是指水平橫向Y的向前。圖2是從箭頭T的方向觀察的圖1所示的電渣焊設(shè)備100的視圖。即，圖2是從上方觀 察電渣焊設(shè)備100的視圖。然而，圖2中省略將在后面描述的焊炬4、助焊劑供給裝置14、助焊劑供給控制裝置15、行進(jìn)托架16、行進(jìn)托架控制裝置17等。

如圖1所示，本實(shí)施例的電渣焊設(shè)備100包括固定的銅墊板1、可滑動(dòng)的銅墊板2、焊炬4、熔渣池檢測(cè)器13、助焊劑供給裝置14、助焊劑供給控制裝置15、行進(jìn)托架16和行進(jìn)托架控制裝置17。

在電渣焊設(shè)備100中，靜止的銅墊板1被設(shè)置在槽的背面?zhèn)纫约翱苫瑒?dòng)的銅墊板2被設(shè)置在槽的前側(cè)。這里，也可以使用由隔熱陶瓷制成的墊板材料代替背面?zhèn)鹊你~墊板1。此外，前側(cè)的可滑動(dòng)的銅墊板2是在上/下方向滑動(dòng)的銅墊板?？苫瑒?dòng)的銅墊板2是水冷的。銅的任何替代物都可以用作可滑動(dòng)的銅墊板2。

焊炬4向焊絲6供給由焊接電源(未示出)提供的焊接電流8以焊接一焊接基體3。此外，焊炬4具有接觸尖端5。接觸尖端5引導(dǎo)焊絲6并將焊接電流8供給焊絲6。

熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)熔渣池7的位置。

助焊劑供給裝置14將助焊劑12添加到熔渣池7。助焊劑12被熔化以變成熔渣。因此，當(dāng)加入助焊劑12時(shí)，熔渣池7的量增大。

助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑供給裝置14的操作以便調(diào)節(jié)待添加到熔渣池7中的助焊劑12的量。

行進(jìn)托架16包括可滑動(dòng)的銅墊板2、焊炬4、熔渣池檢測(cè)器13、助焊劑供給裝置14、助焊劑供給控制裝置15，以及行進(jìn)托架控制裝置17并向上移動(dòng)(在由箭頭Z示出的方向)。即，行進(jìn)托架16與可滑動(dòng)銅墊板2、焊炬4、熔渣池檢測(cè)器13、助焊劑供給裝置14、助焊劑供給控制裝置15，以及行進(jìn)托架控制裝置17整體移動(dòng)。因此，它們之間的相對(duì)位置關(guān)系保持不變。由于行進(jìn)托架16可以向上移動(dòng)，可以在向上的方向來(lái)進(jìn)行焊接。

行進(jìn)托架控制裝置17增大或減小行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度，從而控制行進(jìn)托架16的操作。

焊絲6從焊接炬4的接觸尖端5供給到由焊接基體3、銅墊板1和可滑動(dòng)銅墊板2包圍的槽中，然后輸送到在槽的內(nèi)部形成的熔渣池7中。焊接電流8通過(guò)熔渣池7從焊絲6流動(dòng)到熔融金屬9中。在這種情況下，由于流入熔渣 池7的焊接電流8一級(jí)熔渣池7的電阻而產(chǎn)生焦耳熱，可在焊絲6和焊接基體3被融化的同時(shí)進(jìn)行焊接。

隨著焊接的進(jìn)行，熔融金屬9被冷卻至變成焊接金屬10。熔渣池7的一部分成為在銅墊板1和焊接金屬10之間形成的熔渣層以及可滑動(dòng)銅墊板2與焊接金屬10之間的熔渣層。熔渣層冷卻至變成固化熔渣11。這樣，熔渣池7的一部分變成覆蓋焊縫表面的固化熔渣11。因此，熔渣池7隨焊接進(jìn)行而被消耗。因此，熔渣池7的深度Ls降低。為了補(bǔ)償熔渣池7的降低的部分，需要額外添加待熔化以變成熔渣池7的助焊劑12。

覆蓋焊縫表面的固化熔渣11的量根據(jù)每個(gè)焊縫的寬度或焊接槽的寬度變化。此外，固化熔渣11的量也根據(jù)銅墊板1和可滑動(dòng)銅墊板2的緊密接觸度或冷卻狀態(tài)而變化。因此，固化熔渣11的量不是恒定的。為了保持熔渣池7的深度Ls恒定而加入的助熔劑12的量也必須改變。然而，由于熔渣池7的深度Ls為未知，熔渣池7的深度Ls在助焊劑12的添加量不恰當(dāng)時(shí)有所不同。

因此，在本實(shí)施例中，進(jìn)行對(duì)使熔渣池7的深度Ls恒定的控制。這里，術(shù)語(yǔ)“恒定”不限于熔渣池7的深度Ls總是一個(gè)值的情況，而是還可以包括熔渣池7的深度Ls的考慮了誤差的固定范圍內(nèi)的一個(gè)值的情況。即，熔渣池7的深度Ls被控制為保持在預(yù)定的深度。

用于使熔渣池7的深度Ls恒定的第一個(gè)要求如下。即，進(jìn)行控制以便使接觸尖端5的尖端和熔渣池7的上表面之間的焊絲長(zhǎng)度Ld(以下稱為干長(zhǎng)度Ld)可以等于一個(gè)預(yù)定的長(zhǎng)度。另外，為了使熔渣池7的深度Ls恒定的第二要求如下。即，行進(jìn)托架控制裝置17控制行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度，使焊接電流8和根據(jù)送絲速度預(yù)定的基準(zhǔn)電流值之間的預(yù)定關(guān)系得到滿足，也就是，基準(zhǔn)電流值和焊接電流8可以彼此相等。

<用于使熔渣池的深度恒定的要求>

首先說(shuō)明用于使熔渣池7的深度Ls恒定的第一個(gè)要求。

當(dāng)熔渣池檢測(cè)器13不檢測(cè)熔渣池7時(shí)，即，當(dāng)設(shè)置在可滑動(dòng)的銅墊板2的上部/設(shè)置在可滑動(dòng)銅墊板2的上部上方的熔渣池檢測(cè)器13不與熔渣池7的上表面接觸時(shí)，助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑供給裝置14以便添加助焊劑12。另一方面，當(dāng)熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)熔渣池7時(shí)，即，當(dāng)設(shè)置在 可滑動(dòng)的銅墊板2的上部/設(shè)置在可滑動(dòng)銅墊板2的上部上方的熔渣池檢測(cè)器13與熔渣池7的上表面發(fā)生接觸時(shí)，助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑供給裝置14以便停止添加助焊劑12。這樣，助焊劑供給裝置14添加助焊劑12以調(diào)節(jié)熔渣池7的深度Ls，使熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)熔渣池7。

這里，焊炬4、可滑動(dòng)銅墊板2和熔渣池檢測(cè)器13都裝在行進(jìn)托架16上。即使當(dāng)行進(jìn)托架16移動(dòng)時(shí)，它們之間的相對(duì)位置關(guān)系也不變。因此，接觸尖端5的尖端和熔渣池檢測(cè)器13之間的距離也保持不變。當(dāng)熔渣池7升高到與接觸尖端5的尖端相距一預(yù)定長(zhǎng)度的位置(即，熔渣池檢測(cè)器13的位置)時(shí)，熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)到熔渣池7。助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑12的添加量以使熔渣池7被熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)到。因此，接觸尖端5的尖端和熔渣池7的上表面之間的距離，即，干長(zhǎng)度Ld可以被控制成等于預(yù)定長(zhǎng)度。

接著，將說(shuō)明用于使熔渣池7的深度Ls恒定的第二個(gè)要求。

圖3A至3C分別示出熔渣池7的深度、焊絲6的長(zhǎng)度、焊接電流8和滲透寬度之間的相關(guān)性。這里，假設(shè)所述熔渣池7的深度Ls變?yōu)楸３諰s1＞Ls2>Ls3的關(guān)系，如圖3A至3C所示，在干長(zhǎng)度Ld以被控制成等于預(yù)定長(zhǎng)度的狀態(tài)下，浸沒(méi)在熔渣池7中的焊絲6的長(zhǎng)度(以下，稱為濕長(zhǎng)度Lw)基本按比例改變以保持Lw1>Lw2>Lw3的關(guān)系，并且穿透寬度Lm變化以保持Lm1<Lm2<Lm3的關(guān)系。另一方面，當(dāng)焊接電流8的值指示為Iw時(shí)，焊接電流Iw與送絲速度Vw之間的關(guān)系表示為下面的數(shù)學(xué)式(1)。

[數(shù)學(xué)式1]

$Iw={\left(\frac{K1\&times;Vw}{K2+K3\&times;Ld+K4\&times;Lw}\right)}^{1/2}---\left(1\right)$

在數(shù)學(xué)式(1)中，K1到K4是根據(jù)焊絲6的直徑、結(jié)構(gòu)和材料確定的常數(shù)。

另外，在干長(zhǎng)度Ld被助焊劑供給控制裝置15控制成等于預(yù)定長(zhǎng)度的條件下，如前述第一要求所示，在以設(shè)定為常數(shù)的送絲速度Vw進(jìn)行焊接的狀態(tài)下，數(shù)學(xué)式(1)表示為下面的數(shù)學(xué)式(2)。

[數(shù)學(xué)式2]

$Iw={\left(\frac{K5}{K6+K4\&times;Lw}\right)}^{1/2}---\left(2\right)$

即，根據(jù)數(shù)學(xué)式(2)，焊接電流Iw與濕長(zhǎng)度Lw成反比地變化。當(dāng)濕長(zhǎng)度Lw增大時(shí)，焊接電流Iw減小。由于熔渣池7的深度Ls與上述濕長(zhǎng)度Lw成正比，焊接電流Iw在熔渣池7具有適當(dāng)深度Ls2時(shí)提前設(shè)定為基準(zhǔn)電流值Iw2。當(dāng)隨著焊接的進(jìn)行，焊接電流Iw變得大于基準(zhǔn)電流值Iw2時(shí)，判定如下：熔渣池7的深度Ls變得小于Ls2并且滲透寬度Lm變得大于Lm2。因此，行進(jìn)托架控制裝置17增加行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度。當(dāng)行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度增大時(shí)，進(jìn)行控制以便增加的焊絲突出長(zhǎng)度(Ld+Lw)，使得焊接電流Iw可以減小為等于基準(zhǔn)電流值Iw2。另一方面，當(dāng)焊接電流Iw變?yōu)樾∮诨鶞?zhǔn)電流值Iw2時(shí)，判定如下：熔渣池7的深度Ls變得大于Ls2并且滲透寬度Lm變得小于Lm2。因此，行進(jìn)托架控制裝置17降低行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度。

為了附加地說(shuō)明，熔渣池7的深度Ls首先調(diào)整為L(zhǎng)s2作為預(yù)定深度，然后開(kāi)始焊接。此外，行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度根據(jù)焊接電流Iw的值來(lái)確定。隨著焊接的進(jìn)行，熔渣池7的一部分變成固化熔渣11和被消耗。因此，熔渣池7的深度Ls減小。當(dāng)設(shè)置在可滑動(dòng)銅墊板2上部/可滑動(dòng)銅墊板2的上部上方的熔渣池檢測(cè)器13減小到不與熔渣池7的上表面接觸的水平時(shí)，助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑供給裝置14以添加助焊劑12。助焊劑12被添加了一段時(shí)間。然后，助焊劑供給控制裝置15控制助焊劑供給裝置14從而當(dāng)熔渣池檢測(cè)器13檢測(cè)到熔渣池7、即當(dāng)設(shè)置在可滑動(dòng)銅墊板2上部/可滑動(dòng)銅墊板2的上部上方的熔渣池檢測(cè)器13接觸熔渣池7的上表面時(shí)停止添加助焊劑12。因此進(jìn)行控制以使接觸尖端5的尖端與熔渣池7的上表面之間的距離、即干長(zhǎng)度Ld可等于預(yù)定長(zhǎng)度。另一方面，當(dāng)熔渣池深度適當(dāng)時(shí)，焊接電流Iw設(shè)定為基準(zhǔn)電流值Iw2。因此，只要干長(zhǎng)度Ld通過(guò)上述控制為恒定的，則濕長(zhǎng)度Lw也可以恒定并且渣池的深度也可以恒定。

以這種方式，行進(jìn)托架控制裝置17控制行進(jìn)托架16的行進(jìn)速度以使焊接電流Iw可以等于基準(zhǔn)電流值Iw2。因此，進(jìn)行控制以使使熔渣池7的深度Ls可以是恒定、等于適當(dāng)?shù)纳疃萀s2。因此，可以得到適當(dāng)?shù)臐B透寬度Lm2。此外，可以得到具有穩(wěn)定的機(jī)械性能的焊接金屬。

此外，基準(zhǔn)電流值Iw2確定如下。在電渣焊設(shè)備100中，當(dāng)利用特定的焊絲6的焊接首先通過(guò)將送絲速度Vw設(shè)為常數(shù)來(lái)進(jìn)行時(shí)，干長(zhǎng)度Ld被控制成等于預(yù)定長(zhǎng)度。當(dāng)使用某些類型的焊接電流Iw進(jìn)行焊接時(shí)，通過(guò)不同的 濕長(zhǎng)度Lw和不同的滲透寬度Lw進(jìn)行焊接。在這種情況下獲得最佳滲透寬度Lw2的焊接電流Iw被確定為用于送絲速度Vw的基準(zhǔn)電流值Iw2。

接著，改變送絲速度Vw，并且類似地獲得最佳基準(zhǔn)電流值Iw2。當(dāng)重復(fù)這樣做時(shí)，基準(zhǔn)電流值Iw2可以作為送絲速度Vw的函數(shù)而獲得。這個(gè)函數(shù)(表達(dá)基準(zhǔn)電流值Iw2和送絲速度Vw的關(guān)系的函數(shù))預(yù)先存儲(chǔ)在行進(jìn)托架控制裝置17中。當(dāng)進(jìn)行控制以使用送絲速度設(shè)定器的輸出或送絲速度的檢測(cè)值來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)電流值Iw2時(shí)，基準(zhǔn)電流值Iw2可以相應(yīng)地設(shè)置為送絲速度Vw。當(dāng)送絲速度Vw改變時(shí)，基準(zhǔn)電流值Iw2也根據(jù)改變的送絲速度Vw自動(dòng)變化?？赏ㄟ^(guò)濕長(zhǎng)度Lw(或熔渣池7的深度Ls)進(jìn)行焊接，其中自動(dòng)獲得最佳滲透。

此外，改變焊絲6并執(zhí)行前述過(guò)程。以這種方式，可以為各種焊絲6獲得對(duì)應(yīng)于送絲速度Vw的基準(zhǔn)電流值Iw2。這里，可以根據(jù)各種焊絲6、例如焊絲6的直徑、結(jié)構(gòu)和材料等的送絲速度Vw的函數(shù)獲得基準(zhǔn)電流值Iw2。為了附加地說(shuō)明，送絲速度Vw的函數(shù)可以根據(jù)每種焊絲6來(lái)確定并且基準(zhǔn)電流值Iw2可以根據(jù)用于該類型的焊絲6的函數(shù)來(lái)獲得。

<熔渣池檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)>

下面，詳細(xì)說(shuō)明熔渣池檢測(cè)器13的結(jié)構(gòu)。圖4示出熔渣池檢測(cè)器13的結(jié)構(gòu)示例。

如圖4所示，實(shí)施例中的熔渣池檢測(cè)器13包括檢測(cè)終端18、差分放大器19、接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20和比較器21。檢測(cè)終端18是由導(dǎo)電金屬銅制成的。該檢測(cè)終端18通常是水冷的。當(dāng)檢測(cè)終端18與熔渣池7發(fā)生接觸時(shí)，該檢測(cè)終端檢測(cè)焊接電壓的分電壓。

在收到檢測(cè)終端18的電壓和可滑動(dòng)銅墊板2的電壓作為輸入后，差分放大器19輸出該兩個(gè)電壓之間的差。因?yàn)榭苫瑒?dòng)的銅墊板2與焊接基體3接觸，可滑動(dòng)的銅墊板2的電壓等于基體3的電壓。

接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20輸出一個(gè)電壓作為基準(zhǔn)信號(hào)。該電壓基本上是在檢測(cè)終端18與熔渣池7發(fā)生接觸時(shí)檢測(cè)到的電壓的一半。例如，圖5示出熔渣池7的表面上的焊接電壓分布的示例。檢測(cè)終端18通常檢測(cè)到大約6伏(電壓?jiǎn)挝唬篤)的焊接電壓。因此，作為基準(zhǔn)信號(hào)輸出的電壓被設(shè)定為大約3V，這是所檢測(cè)的焊接電壓的一半。當(dāng)檢測(cè)終端18是不與熔渣池 7接觸時(shí)，焊接電壓不施加到檢測(cè)終端18。因此，檢測(cè)終端18的電壓為0V。

比較器21接收差分放大器19的輸出信號(hào)和接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20的基準(zhǔn)信號(hào)作為輸入。當(dāng)差分放大器19的輸出信號(hào)大于接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20的基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，比較器21產(chǎn)生判定該檢測(cè)終端18與熔渣池7彼此發(fā)生接觸的信號(hào)。所產(chǎn)生的信號(hào)被發(fā)送到助焊劑供給控制裝置15，以及助焊劑12被供給并通過(guò)助焊劑供給裝置14停止，并且進(jìn)行控制以便于定位熔渣池7的上表面與接觸尖端5的尖端相距的預(yù)定長(zhǎng)度。因此，干長(zhǎng)度Ld被保持在預(yù)定的長(zhǎng)度。

圖6A到6C分別示出了當(dāng)焊炬4在板厚方向上橫向擺動(dòng)時(shí)熔渣池7的表面上的焊接電壓分布的示例。首先，當(dāng)焊絲6處于板厚的中央時(shí)提供圖6B所示的焊接電壓分布。由檢測(cè)終端18檢測(cè)出的焊接電壓約為6V。在這種情況下，焊炬4橫向擺動(dòng)以使板厚方向上的滲透均勻。當(dāng)焊炬4在銅墊板1的附近時(shí)，由設(shè)置在可滑動(dòng)銅墊板2的附近的檢測(cè)端子18檢測(cè)到的電壓減少到大約3伏，這是6伏的一半，如圖6A所示。相反，當(dāng)焊炬4來(lái)到可滑動(dòng)銅墊板2的附近時(shí)，如圖6C所示，由檢測(cè)終端18檢測(cè)到的焊接電壓較高，約為12V.

這里，接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓被設(shè)定為約1.5V，比較器21可正確地確定該熔渣池7與檢測(cè)終端18是在相互接觸。由于基準(zhǔn)信號(hào)的值小，也有可能的是，由于焊接狀態(tài)或外部噪音等阻礙了適當(dāng)?shù)呐卸ā?/p>

為了防止誤檢測(cè)，熔渣池檢測(cè)器13可包括布置在差分放大器19的后部的濾波電路22，使熔渣池檢測(cè)器13可根據(jù)通過(guò)濾波電路22處理的焊接電壓確定熔渣池7是否被檢測(cè)到。圖7示出了在圖4所示的熔渣池檢測(cè)器13中設(shè)置濾波電路22的結(jié)構(gòu)示例。期望的是，所述濾波電路22設(shè)定成時(shí)間常數(shù)為與焊炬4的橫向擺動(dòng)周期大致相同，即所述周期的大約一半至兩倍的濾波電路22。

圖8示出在沒(méi)有濾波電路22的情況下所獲得的焊接電壓波形的示例。圖9示出在利用濾波電路22的情況下所獲得的焊接電壓波形的示例。尤其是，圖8所示的波形是當(dāng)250ms的樣本周期不存在時(shí)檢測(cè)到的焊接電壓波形。另外，圖9所示的波形是用于27個(gè)數(shù)據(jù)的移動(dòng)平均的焊接電壓波形，即， 6.75秒(6750毫秒)的間隔的移動(dòng)平均。這里，縱坐標(biāo)上的一個(gè)刻度表示3.000V，橫坐標(biāo)上的一個(gè)刻度表示一秒(sec)。另外，在圖8和9所示的示例中，焊炬4的橫向擺動(dòng)周期為8秒。因此，焊接電壓波形等同于焊炬4的橫向擺動(dòng)周期。

如從這些焊接電壓波形中顯而易見(jiàn)的，在沒(méi)有濾波器的情況下，當(dāng)焊炬4在銅墊板1的附近時(shí),由檢測(cè)終端18檢測(cè)出的電壓降低到約3V，但是當(dāng)焊炬4處于可滑動(dòng)的銅墊板2附近時(shí)，所檢測(cè)的電壓達(dá)到大約12伏。此外，所檢測(cè)的焊接電壓具有大的變化。另一方面，通過(guò)濾波器獲得的焊接電壓波形平均在9V至12V的范圍內(nèi)。因此，當(dāng)使用濾波電路22時(shí)，用于接觸判定的基準(zhǔn)信號(hào)可以設(shè)定為3V至6V，由此，誤檢測(cè)的危險(xiǎn)可大大降低。雖然時(shí)間常數(shù)基本上等于橫向擺動(dòng)周期的示例已經(jīng)在這里示出，但通過(guò)時(shí)間常數(shù)是橫向擺動(dòng)周期的大約一半至兩倍的濾波器的效果也已經(jīng)被確認(rèn)。

此外，檢測(cè)終端18可以連接到焊炬4。圖10是用于說(shuō)明其中檢測(cè)終端18被連接到焊炬4的結(jié)構(gòu)的示例。在圖10所示的示例中，差分放大器19、接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20、比較器21和濾波電路22的結(jié)構(gòu)與圖7所示的結(jié)構(gòu)相同，但檢測(cè)終端18連接到焊炬4。當(dāng)焊炬4橫向擺動(dòng)時(shí)，檢測(cè)終端18也與焊炬4一起橫向擺動(dòng)。因此，檢測(cè)終端18總是位于焊絲6的附近。因此，參照?qǐng)D6A至6C中所示的焊接電壓分布，當(dāng)檢測(cè)終端18與熔渣池7發(fā)生接觸時(shí)可以檢測(cè)到約24伏的焊接電壓。此外，無(wú)論焊炬4的橫向擺動(dòng)如何都可以檢測(cè)到基本恒定的電壓。因此，降低了被噪音等影響的風(fēng)險(xiǎn)。

<熔渣池檢測(cè)器的另一結(jié)構(gòu)示例>

下面，將說(shuō)明熔渣池檢測(cè)器13的另一結(jié)構(gòu)示例。圖11和12各示出了熔渣池檢測(cè)器13的另一結(jié)構(gòu)示例。

在圖11所示的示例中，熔渣池檢測(cè)器13包括檢測(cè)終端18、直流電源23、電阻器24、差分放大器19、濾波電路22、接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20，以及比較器21。例如，直流電源23是大約100V至200V的電源。直流電源23的輸出通過(guò)電阻器24連接到檢測(cè)終端18。在此，例如，電阻器24為20kΩ至500kΩ。

當(dāng)檢測(cè)終端18與熔渣池7不接觸時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò)。因此，直流電源23的電壓基本上施加到檢測(cè)終端18。另一方面，當(dāng)檢測(cè)終端18與熔渣池7 接觸時(shí)，電流從檢測(cè)終端18通過(guò)熔渣池7流入可滑動(dòng)銅墊板2。因此，直流電源23的電壓由于電阻24而下降。檢測(cè)終端18的電壓下降到焊接電壓的一部分，即，下降到約3V至12V。該改變由差分放大器19、濾波電路22、接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器20和比較器21確定，然后，檢測(cè)熔渣池7。它們的操作與上述方法相同，因此省略說(shuō)明。

根據(jù)該方法，當(dāng)檢測(cè)終端18和熔渣池7彼此不發(fā)生接觸時(shí)，檢測(cè)終端18的電壓是100V至200V。另一方面，當(dāng)檢測(cè)終端18和熔渣池7彼此發(fā)生接觸時(shí)，檢測(cè)終端18的電壓為3V至12V。由于兩個(gè)電壓之間的差值大，可預(yù)期可靠的操作。

在圖12所示的示例中，熔渣池檢測(cè)器13包括作為光傳感器的光接收器25和光接收判定裝置26。光接收器25接收從熔渣池7的表面發(fā)出的光。光接收判定裝置2確定在光接收器25的光量達(dá)到一定水平的時(shí)間。假定預(yù)先確定了光量的測(cè)定水平，調(diào)節(jié)光接收器25的角度等以便做出調(diào)整以使干長(zhǎng)度Ld等于目標(biāo)預(yù)定長(zhǎng)度。此外，該判定結(jié)果被發(fā)送到助焊劑供給控制裝置15，以及供給助焊劑12以保持干長(zhǎng)度Ld為常數(shù)。

為了附加地說(shuō)明，當(dāng)光接收判定裝置26確定光接收器25的光量達(dá)到一定水平時(shí)，熔渣池7上升到與接觸尖端5的尖端相距一預(yù)定長(zhǎng)度的位置。在這種情況下，干長(zhǎng)度Ld不大于預(yù)定長(zhǎng)度。因此，助焊劑供給控制裝置15進(jìn)行控制以停止添加助焊劑12。另一方面，當(dāng)光接收判定裝置26確定光接收器25的光量沒(méi)有達(dá)到特定水平時(shí)，熔渣池7不上升到與接觸尖端5的尖端相距一預(yù)定長(zhǎng)度的位置。在這種情況下，干長(zhǎng)度Ld大于預(yù)定長(zhǎng)度。因此，助焊劑供給控制裝置15控制添加助焊劑12。

<助焊劑供給裝置的結(jié)構(gòu)>

下面，將詳細(xì)說(shuō)明助焊劑供給裝置14的結(jié)構(gòu)。圖13A和13B分別示出了助焊劑供給裝置14的結(jié)構(gòu)示例。

如圖13A所示，當(dāng)實(shí)施例中的助焊劑供給裝置14中的螺線管27如箭頭28所示來(lái)回移動(dòng)時(shí)，閥30繞旋轉(zhuǎn)軸29轉(zhuǎn)動(dòng)，如箭頭31所示。因此，助焊劑供給噴嘴32被打開(kāi)/關(guān)閉。通過(guò)該操作，助焊劑料斗33中的助焊劑12被供給到熔渣池7。

這里，圖13A示出助焊劑供給噴嘴32被關(guān)閉的狀態(tài)。另一方面，圖13B 示出助焊劑供給噴嘴32被打開(kāi)的狀態(tài)。當(dāng)助焊劑供給噴嘴32打開(kāi)時(shí)，在助焊劑料斗33的助焊劑12通過(guò)助焊劑供給噴嘴32供給到熔渣池7。

<焊劑供給裝置的另一結(jié)構(gòu)示例>

下面，將說(shuō)明助焊劑供給裝置14的另一結(jié)構(gòu)示例。圖14示出助焊劑供給裝置14的另一結(jié)構(gòu)示例。

在圖14所示的示例中的助焊劑供給裝置14中，助焊劑12由于由電機(jī)34驅(qū)動(dòng)的螺桿35的轉(zhuǎn)動(dòng)而從助焊劑料斗33擠出，并供給到熔渣池7。

<示例>

下面將示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和描述所述實(shí)施例中的示例。本實(shí)施例并不限于這些示例。

在圖1所示的電渣焊設(shè)備100中，采用直徑為1.6mm的焊絲6的焊接在板厚為60mm的20°的V形槽中進(jìn)行，其條件為：送絲速度為15.4m/min，焊接電壓為42V和基準(zhǔn)電流值為380A。尖端和基體之間的距離被設(shè)定在45mm。此外，在25mm的渣熔池深度開(kāi)始焊接。在電渣焊穩(wěn)定之后渣池不受控制(傳統(tǒng)方法)的情況與實(shí)施例中的渣池受控制的情況之間的比較結(jié)果在圖15示出。這里，實(shí)施例中的結(jié)果將示出為示例，傳統(tǒng)方法的結(jié)果將作為比較例示出。

行進(jìn)托架16向上移動(dòng)的距離示出為電渣焊穩(wěn)定之后的距離，各個(gè)距離中的“發(fā)生電弧”、“表面焊縫寬度”和“滲透”的評(píng)估效果在圖15中示出。對(duì)于“發(fā)生電弧”，“B”表示電弧已發(fā)生的情況，“A”表示沒(méi)有發(fā)生電弧的情況。對(duì)于“滲透”，“B”表示存在滲透失效的情況，“A”表示沒(méi)有滲透失效的情況。從圖15所示的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熔渣池7受控時(shí)，滲透深度大致恒定，表面焊縫寬度不會(huì)大幅變化。

現(xiàn)在將說(shuō)明在所述實(shí)施例中的電渣焊設(shè)備100用于通過(guò)前述送絲速度進(jìn)行焊接和渣池深度被改變的情況下的焊接結(jié)果。圖16是用于說(shuō)明渣池深度對(duì)焊接的影響的表格。各渣池深度下的“發(fā)生電弧”、“表面焊縫寬度”、“滲透”和“韌性”的評(píng)估結(jié)果在圖16中示出。對(duì)于“韌性”，在溫度為-20°的條件下，“A”表示“韌性”不小于39J(焦耳)的情況和“B”表示“韌性”小于39J的情況。從圖16中所示的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這種情況下，適當(dāng)?shù)脑厣疃葹?0mm至60mm。此處只示出一個(gè)示例。但是，根據(jù)焊接中實(shí) 際使用的助焊劑類型、焊絲類型和焊接電壓，加工性會(huì)發(fā)生變化，適當(dāng)?shù)脑厣疃纫舶l(fā)生變化。

雖然所述實(shí)施例中的電渣焊設(shè)備100使用一個(gè)電極來(lái)實(shí)施焊接，但是電渣焊設(shè)備100并不限定于這樣的結(jié)構(gòu)，而是可以使用多個(gè)電極進(jìn)行焊接。

雖然本發(fā)明的一個(gè)方面已經(jīng)在上面使用實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施例。但顯然對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下通過(guò)任何其它模式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變或替換。

附圖標(biāo)記列表

1：銅墊板，2：可滑動(dòng)銅墊板，3：焊接基體，4：焊炬，5：接觸尖端，6：焊絲，7：熔渣池，8：焊接電流，9：熔融金屬，10：焊接金屬，11：固化熔渣，12：助焊劑，13：熔渣池檢測(cè)器，14：助焊劑供給裝置，15：助焊劑供給控制裝置，16：行進(jìn)托架，17：行進(jìn)托架控制裝置，18：檢測(cè)終端，19：差分放大器，20：接觸判定基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)定器，21：比較器，22：濾波電路，23：直流電源，24：電阻器，25：光接收器，26：光接收判定裝置，27：螺線管，28：箭頭，29：旋轉(zhuǎn)軸，30：閥，31：箭頭，32：助焊劑供給噴嘴，33：助焊劑料斗，34：電機(jī)，35：螺桿，100：電渣焊設(shè)備。