專利名稱：電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備及其方法
技術領域：
本發明涉及焊接領域，特別是一種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊
接新型設備及其焊接方法。
背景技術：
隨著我國經濟的高速發展，在許多工業領域需要發展高速、高效和優質焊接技術 來滿足國家建設的需要，同時相關學科科學與技術的進步，促使了現代焊接新方法不斷出 現，焊接速度不斷提高，焊接質量要求也隨之提高，另外，可持續發展、環境保護對焊接技術 的要求也逐步提高。 埋弧焊接技術是目前我國應用于低合金高強鋼、厚板、長板焊接最重要的焊接技
術之一，在建筑、船舶、壓力容器、電力、化工、重型機械等領域應用十分廣泛。近年來，雙絲 或多絲埋弧焊技術在上述領域的應用使得其焊接質量和焊接效率得到了很大的提高，開辟
了一個新的焊接技術領域。但是，目前，傳統的單絲、雙絲或多絲埋弧焊接技術仍然存在不 少缺點 1)焊接接頭力學性能，特別是沖擊韌性有待提高； 2)焊接線能量限制嚴格，限制了多絲埋弧焊接技術的優勢； 3)焊接工藝規范較狹窄； 4)雙絲或多絲焊容易造成焊縫金屬晶粒粗大，氣孔、偏析、夾雜、咬邊等缺陷較 多； 5)焊接速度和焊接效率也有待提高；
6)焊接材料，如焊劑、焊渣的環保問題突出； 7)由于采用渦輪蝸桿傳動、齒輪減速等機構，使得焊槍和焊接設備笨重，體積龐
大，多絲焊接設備結構復雜，影響了多焊絲的排布，不利于使用，操作困難。 因此，需要更進一步的完善和發展埋弧焊接設備和技術，特別是雙絲埋弧焊接設
備及焊接方法，以實現高效、優質、低成本的新型多絲埋弧焊接設備和技術的進步。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種厚板高效、優質、低成本雙絲高 速、高效埋弧焊接設備和方法，以便突破傳統埋弧焊接設備和方法的局限性，以及對焊接工 藝條件的苛刻要求，實現沖擊性能良好，大電流、高速度、高效率、優質焊接接頭的多絲埋弧 焊接。 有鑒于此，本發明采用電磁直驅伺服電機，通過取消送絲驅動電機與送絲系統之 間的渦輪蝸桿、齒輪減速等機械傳動機構，實現電機與送絲輪之間的零傳動，能夠完成高速 送絲任務；在電磁復合場的作用實現電磁控制埋弧焊接過程，獲得了大焊接電流使用條件 下電磁作用埋弧焊接的獨特優點；同時，與焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接技術有機結合，實現焊縫正反面的優質成型，在數字電源和數控技術的支持下，實現了高效、優質、高
速、低成本的雙絲埋弧焊接設備及其新方法。 本發明解決其技術問題所采用的具體方案如下 電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，包括送絲系統、焊接電源、 磁場電源、焊劑銅襯墊系統、焊炬系統、電磁復合系統、數控系統。 進一步，所述送絲系統為焊絲I的電磁直驅旋轉伺服電機I的轉軸與主送絲輪I 集成為一體，由排列在下部的導向輪I和主送絲輪I構成的雙副對完成送絲，焊絲II的電 磁直驅旋轉伺服電機II的轉軸與主送絲輪II集成為一體，由排列在上部的導向輪II和主 送絲輪II構成的雙副對完成送絲； 所述焊炬系統包括偏心導電嘴I和偏心導電嘴II，偏心導電嘴I由上半部分和下 半部分構成，偏心導電嘴II由上半部分和下半部分構成； 所述電磁復合系統包括錐形勵磁線圈、側板、蓋板、下入水口、上出水口、線圈線 口，電磁復合系統與焊炬系統的噴嘴、水冷系統集成為一體，通過勵磁電源產生外加電磁場 作用焊接區域，控制焊接電弧和熔池，消除焊接過程中的電磁偏吹，提高焊接的接頭整體質 所述焊劑銅襯墊系統包括充氣軟管、銅襯墊、襯墊焊劑，為放置于焊縫背面的氣壓 式焊劑銅襯墊系統，是在銅墊板上撒布厚度均勻的襯墊焊劑，并用壓縮空氣通入氣管，把敷 好焊劑的銅墊板以一定的壓力貼在焊縫的背面； 進一步，所述送絲系統的導向輪II與主送絲輪I排列在一起，同一根主軸，導向輪 I與主軸通過軸承連接，主送絲輪II與導向輪I排列在一起，同一根主軸，導向輪I與主軸 通過軸承連接，伺服電機I和伺服電機II上下排列，結構緊湊；
所述焊絲I和焊絲II共同完成焊接過程填充焊縫金屬的功能； 所述導向輪I和導向輪II的導向槽表面是光滑的，而主送絲輪I和主送絲輪II
的導向槽表面是粗糙的花紋紋路，有利于增大送絲摩擦力，提高送絲穩定性； 所述送絲系統包括夾緊機構和前導絲板，送絲輪和與之相對應的夾緊輪構成送絲
輪副對，夾緊輪使焊絲與送絲輪緊密接觸，確保焊絲能順利送進，前導絲板伸出引導焊絲很
方便的穿入焊絲導孔。 進一步，所述偏心導電嘴I的上半部分和下半部分通過內外螺紋連接，便于拆卸 和更換，上半部分和下半部分連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保證了焊絲I 與導電嘴I的良好接觸，而且上半部分較長，采用較便宜的銅合金材料，這樣就節省了約一 半的昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分較短，采用導電性和耐磨性好的鉻鋯青銅材料，便于內 孔精加工，達到最佳的導電效果，導電夾I與偏心導電嘴I相連，獨立為焊絲I提供焊接電 流； 所述偏心導電嘴II的上半部分和下半部分通過內外螺紋連接，便于拆卸和更換， 上半部分和下半部分連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保證了焊絲II與導電 嘴II的良好接觸，而且上半部分較長，采用較便宜的銅合金材料，這樣就節省了約一半的 昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分較短，采用導電性和耐磨性好的鉻鋯青銅材料，便于內孔精 加工，達到最佳的導電效果，導電夾II與偏心導電嘴II相連，獨立為焊絲II提供焊接電 流；
偏心導電嘴I通過絕緣定位支架I與焊槍主體相連，偏心導電嘴II通過絕緣定位 支架II與焊槍主體相連，絕緣定位支架I和絕緣定位支架II排列在一起，互相絕緣，偏心 導電嘴I和偏心導電嘴II之間也相互絕緣，保證了焊絲I和焊絲II之間的焊接電流相互 獨立，互不干擾； 導電夾I和導電夾II選用黃銅做材料，焊接時產生電阻熱較小，黃銅導電夾便于 加工且經濟性較好； 導電嘴I和導電嘴II具有過渡錐孔，使過渡部位平滑，無過渡死拐角，使焊絲能一 次安裝完成，工效高； 導電嘴I和導電嘴II中導電小孔的長度比一般的導電孔長度要長，保證了焊絲與 導電嘴的接觸距離，提高了導電性能，有效地防止斷電、電弧不穩和粘絲現象，同時提高了 導電嘴的抗磨性能，焊絲能提前進行電預熱，有利于焊接。 進一步，所述電磁復合系統的勵磁線圈為上大下小結構的錐形勵磁線圈，產生中
心小外圍大的磁場，與焊接電流中心大而外圍小的分布狀態相適應，在焊接區域形成合理
的電磁作用力，控制焊接電弧、焊接熔池、焊接冶金全過程，形成優質焊縫； 所述電磁復合系統由磁場電源提供勵磁電流，產生正反方向交替變化、正反脈沖
不等幅值、中心弱四周強的間隙交變極性的脈沖縱向旋轉磁場； 所述電磁復合系統的勵磁線圈浸泡在冷卻介質中，并與冷卻介質絕緣，冷卻介質 從位于噴嘴下方的下入水口進入，從位于噴嘴上方的蓋板的上出水口流出，這樣保證噴嘴、 勵磁線圈具有良好的冷卻作用，適用于埋弧大電流焊接，同時結構緊湊、簡單有效、工作可罪。 進一步，所述銅襯墊系統是焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的焊接系統，襯墊焊劑與 工件背面直接接觸，襯墊焊劑下有銅襯墊，在充氣軟管的頂升支撐作用下，焊劑襯墊緊貼工 件背面，控制背面焊道的大小，特別是余高，使用大焊接電流，能形成背面焊道，而且對于坡 口精度及焊接條件的變化其允許范圍也較寬容，焊接質量可靠。 —種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接方法，數控式雙絲高速電磁 復合焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的高效優質埋弧焊接方法，包括雙絲高效焊接、高速焊接、 電磁復合焊接、焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接、先進數字控制焊接的功能與作用；
進一步，所述數控式雙絲高效焊接方式是在電磁直驅旋轉伺服電機的支持下，取 消了從電機到送絲系統之間的機械傳動環節，實行零傳動模式，全部在電參數的數字控制 模式下實現快速平穩的送絲，并根據實際焊接情況進行快速的響應與反饋調節送絲狀態， 雙絲之間互相獨立，自成體系，同時又能夠根據焊接需要進行協調運動和調節；焊絲I在 前，焊絲II在后的前后排列模式，焊絲I承擔焊前打底、焊縫初期預熱和焊后蓋面的功能 時，由焊接電源I提供直流焊接電流，焊絲II由焊接電源II提供焊接電流，共同完成填充 焊縫的功能，實現打底、預熱、蓋面、填縫一次完成的高效焊接，能夠高效率完成厚板焊接； 或者，在焊絲I和焊絲II并排排列，共同完成填充焊縫的功能，實現打底、預熱、蓋面、填縫 的高效焊接； 進一步，所述高速焊接方式是在雙絲、大電流、高速送絲的支持下實現高速焊接， 雙絲既獨立又配合，可以分別設定送絲速度，實現組合式送絲方式，并且根據焊接工序進 行單一焊絲送絲速度的調節，實現高速雙絲焊接過程，焊絲I和焊絲II的送絲速度相互配合進行焊接，高速焊接速度為0. 6m/min-5m/min，焊接電流為400-1200A，焊絲直徑為 1. 2mm_6. 4mm ; 進一步，所述電磁復合焊接方式是在錐形勵磁線圈、勵磁電源的支持下，形成外密 內疏、正反方向變極性、不等幅值的縱向旋轉磁場，能夠消除焊絲I直流+焊絲II直流組合 條件下的磁偏吹或吸引，同時擴大電弧面積，控制焊接電弧旋轉，無需擺動就可消除坡口或 焊縫邊緣的未融合，并且控制焊接熔池和焊縫冶金凝固過程，充分攪拌焊接熔池，控制焊縫 金屬的結晶狀況，促使焊縫晶粒細化，減小化學不均勻性，降低氣孔的敏感性，減少氣孔、夾 渣、咬邊缺陷，提高焊縫的韌塑性和抗腐蝕的能力，形成優質焊縫，電磁復合焊接勵磁電流 10-50A，變極性勵磁頻率l-25Hz，占空比30%-70%，變幅比10%-50% ，內外徑磁場強度比 為20% -60% ; 進一步，所述焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接方式是綜合利用了焊劑墊和銅
襯墊的優勢而形成的，襯墊焊劑固化前呈粉狀，緊貼工件背面，加熱熔化固化后使焊縫背面
強制成形，焊劑為納米包覆的高韌性超低氫綠色環保的焊劑，在工件正面進行埋弧焊接，獲 得單面焊雙面成形的焊縫，高效焊接厚板或長板，能消除背面熔融金屬流出、咬口等缺陷，
控制背面焊道的大小，特別是余高，能夠使用大電流，對于坡口精度及焊接條件的變化范圍 要求較小，從而實現高韌性優質高效焊接； 進一步，所述先進數字控制焊接方式是在焊接電源1、焊接電源II和勵磁電源均 采用數字電源，送絲系統采用電磁直驅伺服電機零傳動的條件下，整個焊接系統和焊接工 藝控制均是先進的數字式控制模式，具有遠程監控、遙控和數據傳輸能力，實現快速響應、 平穩運行、適時調節的閉環控制方式對整個焊接過程的各個環節進行全方位的自動控制， 保證獲得優質焊接接頭。 本發明的有益效果主要體現在以下方面 1)電磁直驅旋轉伺服電機零傳動結構形式大幅度提高了送絲穩定性和控制響 應精度，消除了噪音、油污和振動，實現了結構簡單、體積小、穩定可靠、精密可控的高速送 絲，同時也使得雙絲焊槍設計變得十分簡單，結構緊湊，焊絲排列形式豐富，空間分布足夠 多種，各個焊絲之間既能夠自成體系，又能夠相互協調。 2)電磁復合場通過正反方向交替變化、正反脈沖不等幅值、中心弱四周強的間 隙交變極性的脈沖縱向旋轉磁場控制焊接電弧、焊接熔池和焊縫凝固過程，使焊接熔池熔 體充分攪拌，改善焊接熔池金屬的結晶狀況，改變焊接凝固過程和溫度場的分布，引起微觀 組織、相結構的改變，促使焊縫晶粒細化，減小化學不均勻性，降低氣孔的敏感性，使焊縫及 其熱影響區強度接近于母材的強度；消除焊接過程中的電磁偏吹，同時擴大電弧面積，控制 焊接電弧旋轉，無需擺動就可消除坡口或焊縫邊緣的未融合。
3)焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接綜合利用了焊劑墊和銅襯墊的優勢，襯
墊焊劑緊貼工件背面，使焊縫背面強制成形，焊劑為納米包覆的高韌性超低氫綠色環保的
焊劑，在工件正面進行埋弧焊接，獲得單面焊雙面成形的焊縫；在高效焊接厚板或長板，能
消除背面熔融金屬流出、咬口等缺陷，控制背面焊道的大小，特別是余高，能夠使用大電流，
對于坡口精度及焊接條件的變化范圍要求較小，從而實現高韌性優質高效焊接。
4)雙絲排列方式雙絲直線排列方式，焊絲I在前，焊絲II在后，共同完成填充焊
縫的功能，焊絲I還完成打底、預熱、蓋面、填縫一次完成的焊接工序，能夠高效率完成厚板焊接；或者焊絲I和焊絲II并列排列，共同完成焊接所有功能。 5)偏心導電嘴和上下兩半結構導電嘴上半部分和下半部分通過內外螺紋連接， 便于拆卸和更換，上半部分和下半部分連接時有一定程度的偏心，保證了焊絲與導電嘴的 良好接觸，上半部分較長，采用較便宜的銅合金材料，這樣就節省了約一半的昂貴的鉻鋯青 銅材料，下半部分較短，采用導電性和耐磨性好的鉻鋯青銅材料，便于內孔精加工，達到最 佳的導電效果，導電夾與偏心導電嘴相連，獨立為焊絲提供焊接電流；雙絲可以使用不同類 型的焊接電流，形成交流、直流多種組合。 6)送絲輪副對焊絲I和焊絲II由排列在下部的導向輪和主送絲輪構成的雙副對完 成送絲，能夠實現粗焊絲的穩定進給，提高填縫效率和熔敷效率;雙絲可以使用不同的直徑。
7)先進的數字控制焊接方式焊接電源和勵磁電源均采用數字電源，送絲系統采 用電磁直驅伺服電機零傳動的條件下，整個焊接系統和焊接工藝控制均是先進的數字式控 制模式，具有遠程監控、遙控和數據傳輸能力，實現快速響應、平穩運行、適時調節的閉環控 制方式對整個焊接過程的各個環節進行全方位的自動控制，保證獲得優質焊接接頭。
8)集成水冷系統電磁復合系統的勵磁線圈浸泡在冷卻介質中，并與冷卻介質絕 緣，冷卻介質從位于噴嘴下方的下入水口進入，從位于噴嘴上方的蓋板的上出水口流出，這 樣保證噴嘴、勵磁線圈具有良好的冷卻作用，適用于埋弧大電流焊接，同時結構緊湊、簡單 有效、工作可靠。 9)用途廣泛用于厚板、超大厚板、超長板的焊接；用于低合金高強鋼、耐熱鋼、超 強鋼、普通不銹鋼、雙相不銹鋼的焊接；開坡口與不開坡口的焊接；窄間隙焊接等；焊接速 度快，焊接效率高，具有高效、低成本、高質量、高穩定性、多適用性、多方式、綜合易控的先 進厚板埋弧焊的特點，實現了高效、優質的有效協調與合理統一，降低了生產成本，提高了 產品的競爭力；解決了焊接效率和焊接板厚之間的矛盾限制，雙面焊接一次成型，設備結構 簡單、成本較低，而且控制可靠、穩定性好，焊縫質量高，易于推廣使用。 本發明在船舶建造，鍋爐、石油、冶煉和重型機械等行業關鍵部件的制造與裝備領 域具有廣闊的應用價值與發展前景，實現了厚板多絲埋弧焊接技術的創新。


圖1是本發明焊接設備示意圖；
圖2是本發明雙絲位置示意圖； 圖中，l.伺服電機I;2.伺服電機II;3.焊絲I導孔；4.焊絲II導孔；5.主送絲輪 I ;6.導向輪II ;7.導向輪I ;8.導向槽；9.滾花槽；10.主送絲輪II ;11.軸承；12.前導絲 板；13.箱體；14.支撐板；15.箱體側板；16.絕緣定位支架I ;17.絕緣定位支架II ;18.焊
槍主體；19.導電嘴I上半部分；20.導電嘴I下半部分；21.導電嘴II上半部分；22.導電
嘴II下半部分；23.導電夾I ;24.導電夾II ;25.蓋板；26.出水口 ；27.側板；28.線圈； 29.線圈線口 ；30.冷卻水；31.噴嘴；32.入水口 ；33.焊絲I ;34.焊絲II ;35.噴嘴內壁； 36.工件；37.坡口 ；38.銅襯墊；39.襯墊焊劑；40.充氣軟管。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。
— .電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備 —種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，具體結構如下 參見圖1、圖2，電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備包括送絲系
統、焊接電源、磁場電源、焊劑銅襯墊系統、焊炬系統、電磁復合系統、數控系統； 所述送絲系統為焊絲I 33的電磁直驅旋轉伺服電機II的轉軸與主送絲輪15集
成為一體，由排列在下部的導向輪17和主送絲輪15構成的雙副對完成送絲，焊絲1134的
電磁直驅旋轉伺服電機112的轉軸與主送絲輪1110集成為一體，由排列在上部的導向輪
116和主送絲輪1110構成的雙副對完成送絲； 所述焊炬系統包括偏心導電嘴I和偏心導電嘴II，偏心導電嘴I由上半部分19和
下半部分20構成，偏心導電嘴II由上半部分21和下半部分22構成； 所述電磁復合系統包括錐形勵磁線圈28、側板27、蓋板25、下入水口 32、上出水口
26、線圈線口 29，電磁復合系統與焊炬系統的噴嘴31、水冷系統集成為一體，通過勵磁電源
產生外加電磁場作用焊接區域，控制焊接電弧和熔池，消除焊接過程中的電磁偏吹，提高焊
接的接頭整體質量； 所述焊劑銅襯墊系統包括充氣軟管40、銅襯墊38、襯墊焊劑39，為放置于焊縫背 面的氣壓式焊劑銅襯墊系統，是在銅墊板上撒布厚度均勻的襯墊焊劑，并用壓縮空氣通入 氣管，把敷好焊劑的銅墊板以一定的壓力貼在焊縫的背面； 所述送絲系統的導向輪116與主送絲輪15排列在一起，同一根主軸，導向輪17與 主軸通過軸承連接，主送絲輪1110與導向輪17排列在一起，同一根主軸，導向輪17與主軸 通過軸承連接，伺服電機II和伺服電機112上下排列，結構緊湊； 所述焊絲133和焊絲1134共同完成焊接過程填充焊縫金屬的功能；焊絲133還完 成打底、預熱、蓋面、填縫一次完成的焊接工序； 所述導向輪17和導向輪116的導向槽表面是光滑的，而主送絲輪15和主送絲輪
1110的導向槽表面是粗糙的花紋紋路，有利于增大送絲摩擦力，提高送絲穩定性； 所述送絲系統包括夾緊機構和前導絲板12，送絲輪和與之相對應的夾緊輪構成送
絲輪副對，夾緊輪使焊絲與送絲輪緊密接觸，確保焊絲能順利送進，前導絲板12伸出引導
焊絲很方便的穿入焊絲導孔。 所述偏心導電嘴I的上半部分19和下半部分20通過內外螺紋連接，便于拆卸和 更換，上半部分19和下半部分20連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保證了焊 絲133與導電嘴I的良好接觸，而且上半部分19較長，采用較便宜的銅合金材料，這樣就節 省了約一半的昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分20較短，采用導電性和耐磨性好的鉻鋯青銅 材料，便于內孔精加工，達到最佳的導電效果，導電夾I23與偏心導電嘴I相連，獨立為焊絲 133提供焊接電流； 所述偏心導電嘴II的上半部分21和下半部分22通過內外螺紋連接，便于拆卸和 更換，上半部分21和下半部分22連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保證了焊 絲1134與導電嘴II的良好接觸，而且上半部分21較長，采用較便宜的銅合金材料，這樣就 節省了約一半的昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分22較短，采用導電性和耐磨性好的鉻鋯青 銅材料，便于內孔精加工，達到最佳的導電效果，導電夾II24與偏心導電嘴II相連，獨立為 焊絲I134提供焊接電流；
偏心導電嘴I通過絕緣定位支架116與焊槍主體18相連，偏心導電嘴11通過絕緣 定位支架1117與焊槍主體18相連，絕緣定位支架116和絕緣定位支架1117排列在一起， 互相絕緣，偏心導電嘴I和偏心導電嘴II之間也相互絕緣，保證了焊絲133和焊絲1134之 間的焊接電流相互獨立，互不干擾； 導電夾I和導電夾II選用黃銅做材料，焊接時產生電阻熱較小，黃銅導電夾便于 加工且經濟性較好； 導電嘴I和導電嘴II具有過渡錐孔，使過渡部位平滑，無過渡死拐角，使焊絲能一 次安裝完成，工效高； 導電嘴I和導電嘴II中導電小孔的長度比一般的導電孔長度要長，保證了焊絲與 導電嘴的接觸距離，提高了導電性能，有效地防止斷電、電弧不穩和粘絲現象，同時提高了 導電嘴的抗磨性能，焊絲能提前進行電預熱，有利于焊接。 所述電磁復合系統的勵磁線圈28為上大下小結構的錐形勵磁線圈，產生中心小 外圍大的磁場，與焊接電流中心大而外圍小的分布狀態相適應，在焊接區域形成合理的電 磁作用力，控制焊接電弧、焊接熔池、焊接冶金全過程，形成優質焊縫； 所述電磁復合系統由磁場電源提供勵磁電流，產生正反方向交替變化、正反脈沖 不等幅值、中心弱四周強的間隙交變極性的脈沖縱向旋轉磁場； 所述電磁復合系統的勵磁線圈浸泡在冷卻介質中，并與冷卻介質絕緣，冷卻介質 從位于噴嘴31下方的下入水口 32進入，從位于噴嘴31上方的蓋板25的上出水口 26流 出，這樣保證噴嘴31、勵磁線圈28具有良好的冷卻作用，適用于埋弧大電流焊接，同時結構 緊湊、簡單有效、工作可靠。 所述銅襯墊系統是焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的焊接系統，襯墊焊劑39與工件 36背面直接接觸，襯墊焊劑39下有銅襯墊38，在充氣軟管40的頂升支撐作用下，焊劑襯墊 緊貼工件36背面，控制背面焊道的大小，特別是余高，使用大焊接電流，能形成背面焊道， 而且對于坡口精度及焊接條件的變化其允許范圍也較寬容，焊接質量可靠。
二 .電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接方法 數控式雙絲高速電磁復合焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的高效優質埋弧焊接方法， 包括雙絲高效焊接、高速焊接、電磁復合焊接、焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接、先進 數字控制焊接的功能與作用； 所述數控式雙絲高效焊接方式是在電磁直驅旋轉伺服電機的支持下，取消了從電 機到送絲系統之間的機械傳動環節，實行零傳動模式，全部在電參數的數字控制模式下實 現快速平穩的送絲，并根據實際焊接情況進行快速的響應與反饋調節送絲狀態，雙絲之間 互相獨立，自成體系，同時又能夠根據焊接需要進行協調運動和調節； 焊絲133在前，焊絲1134在后的前后排列模式，焊絲133承擔焊前打底、焊縫初期 預熱和焊后蓋面的功能時，由焊接電源I提供直流焊接電流，焊絲1134由焊接電源II提供 焊接電流，共同完成填充焊縫的功能，實現打底、預熱、蓋面、填縫一次完成的高效焊接，能 夠高效率完成厚板焊接； 或者，在焊絲133和焊絲1134并排排列，共同完成填充焊縫的功能，實現打底、預 熱、蓋面、填縫的高效焊接； 所述高速焊接方式是在雙絲、大電流、高速送絲的支持下實現高速焊接，雙絲既獨立又配合，可以分別設定送絲速度，實現組合式送絲方式，并且根據焊接工序進行單一焊絲 送絲速度的調節，實現高速雙絲焊接過程，焊絲I和焊絲II的送絲速度相互配合進行焊接， 高速焊接速度為0. 6m/min-5m/min，焊接電流為400-1200A，焊絲直徑為1. 2mm_6. 4mm ;
所述電磁復合焊接方式是在錐形勵磁線圈28、勵磁電源的支持下，形成外密內 疏、正反方向變極性、不等幅值的縱向旋轉磁場，能夠消除焊絲I直流+焊絲II直流組合 條件下的磁偏吹或吸引，同時擴大電弧面積，控制焊接電弧旋轉，無需擺動就可消除坡口或 焊縫邊緣的未融合，并且控制焊接熔池和焊縫冶金凝固過程，充分攪拌焊接熔池，控制焊縫 金屬的結晶狀況，促使焊縫晶粒細化，減小化學不均勻性，降低氣孔的敏感性，減少氣孔、夾 渣、咬邊缺陷，提高焊縫的韌塑性和抗腐蝕的能力，形成優質焊縫，電磁復合焊接勵磁電流 10-50A，變極性勵磁頻率l-25Hz，占空比30%-70%，變幅比10%-50% ，內外徑磁場強度比 為20% -60% ; 所述焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接方式是綜合利用了焊劑墊和銅襯墊的 優勢而形成的，襯墊焊劑固化前呈粉狀，緊貼工件36背面，加熱熔化固化后使焊縫背面強 制成形，焊劑為納米包覆的高韌性超低氫綠色環保的焊劑，在工件正面進行埋弧焊接，獲得 單面焊雙面成形的焊縫，高效焊接厚板或長板，能消除背面熔融金屬流出、咬口等缺陷，控 制背面焊道的大小，特別是余高，能夠使用大電流，對于坡口精度及焊接條件的變化范圍要 求較小，從而實現高韌性優質高效焊接； 所述先進數字控制焊接方式是在焊接電源1、焊接電源II和勵磁電源均采用數字 電源，送絲系統采用電磁直驅伺服電機零傳動的條件下，整個焊接系統和焊接工藝控制均 是先進的數字式控制模式，具有遠程監控、遙控和數據傳輸能力，實現快速響應、平穩運行、 適時調節的閉環控制方式對整個焊接過程的各個環節進行全方位的自動控制，保證獲得優 質焊接接頭。 三.具體實施例 下述實施例是按照本發明提供的焊接方法和設備實施的。 例1 :電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接板厚為25mm的船用E級鋼 板，接頭采用Y型坡口，裝配間隙lmm，接頭端面采用機械加工平整光滑，焊前清理接頭端面 的油污和水分，并干燥，焊縫背面采用NSH-55E焊劑，焊劑銅襯墊單面焊雙面成型工藝；采 用焊絲I進行打底焊接和蓋面焊接，其直流焊接電流為1200A，勵磁電流為20A，磁場頻率為 20Hz，焊絲II為直流焊接電流為850A，焊絲直徑4mm，焊接速度1. 5m/min。
實際焊接時，根據不同的焊接工藝、母材材質、焊接材料和接頭形式等，采用本發 明提供的埋弧焊接方法和設備，應綜合考慮各種焊接工藝參數的合理匹配，并對主要工藝 參數進行優化，可保證高效、優質、低成本新型埋弧焊接過程的實施。 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求范圍中。
權利要求
一種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，其特征在于包括送絲系統、焊接電源、磁場電源、焊劑銅襯墊系統、焊炬系統、電磁復合系統、數控系統；所述送絲系統為焊絲I(33)的電磁直驅旋轉伺服電機I(1)的轉軸與主送絲輪I(5)集成為一體，由排列在下部的導向輪I(7)和主送絲輪I(5)構成的雙副對完成送絲，焊絲II(34)的電磁直驅旋轉伺服電機II(2)的轉軸與主送絲輪II(10)集成為一體，由排列在上部的導向輪II(6)和主送絲輪II(10)構成的雙副對完成送絲；所述焊炬系統包括偏心導電嘴I和偏心導電嘴II，偏心導電嘴I由上半部分(19)和下半部分(20)構成，偏心導電嘴II由上半部分(21)和下半部分(22)構成；所述電磁復合系統包括錐形勵磁線圈(28)、側板(27)、蓋板(25)、下入水口(32)、上出水口(26)、線圈線口(29)，電磁復合系統與焊炬系統的噴嘴(31)、水冷系統集成為一體，通過勵磁電源產生外加電磁場作用焊接區域，控制焊接電弧和熔池，消除焊接過程中的電磁偏吹，提高焊接的接頭整體質量；所述焊劑銅襯墊系統包括充氣軟管(40)、銅襯墊(38)、襯墊焊劑(39)，為放置于焊縫背面的氣壓式焊劑銅襯墊系統，是在銅墊板上撒布厚度均勻的襯墊焊劑，并用壓縮空氣通入氣管，把敷好焊劑的銅墊板以一定的壓力貼在焊縫的背面；
2. 根據權利要求1所述的電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，其特 征在于所述送絲系統的導向輪I1(6)與主送絲輪I(5)排列在一起，同一根主軸，導向輪 1(7)與主軸通過軸承連接，主送絲輪II(IO)與導向輪I(7)排列在一起，同一根主軸，導向 輪1(7)與主軸通過軸承連接，伺服電機I(l)和伺服電機I1(2)上下排列，結構緊湊；所述焊絲1(33)和焊絲11(34)共同完成焊接過程填充焊縫金屬的功能； 所述導向輪I(7)和導向輪I1(6)的導向槽表面是光滑的，而主送絲輪I(5)和主送絲輪11(10)的導向槽表面是粗糙的花紋紋路，有利于增大送絲摩擦力，提高送絲穩定性； 所述送絲系統包括夾緊機構和前導絲板(12)，送絲輪和與之相對應的夾緊輪構成送絲輪副對，夾緊輪使焊絲與送絲輪緊密接觸，確保焊絲能順利送進，前導絲板(12)伸出引導焊絲很方便的穿入焊絲導孔。
3. 根據權利要求1所述的電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，其特 征在于所述偏心導電嘴I的上半部分(19)和下半部分(20)通過內外螺紋連接，便于拆卸 和更換，上半部分(19)和下半部分(20)連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保 證了焊絲1(33)與導電嘴I的良好接觸，而且上半部分(19)較長，采用較便宜的銅合金材 料，這樣就節省了約一半的昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分(20)較短，采用導電性和耐磨 性好的鉻鋯青銅材料，便于內孔精加工，達到最佳的導電效果，導電夾1(23)與偏心導電嘴 I相連，獨立為焊絲1(33)提供焊接電流；所述偏心導電嘴II的上半部分(21)和下半部分(22)通過內外螺紋連接，便于拆卸和 更換，上半部分(21)和下半部分(22)連接時有一定程度的偏心，形成了偏心導電嘴，保證 了焊絲11(34)與導電嘴II的良好接觸，而且上半部分(21)較長，采用較便宜的銅合金材 料，這樣就節省了約一半的昂貴的鉻鋯青銅材料，下半部分(22)較短，采用導電性和耐磨 性好的鉻鋯青銅材料，便于內孔精加工，達到最佳的導電效果，導電夾11(24)與偏心導電 嘴II相連，獨立為焊絲11(34)提供焊接電流；偏心導電嘴I通過絕緣定位支架1(16)與焊槍主體(18)相連，偏心導電嘴II通過絕緣定位支架11(17)與焊槍主體(18)相連，絕緣定位支架1(16)和絕緣定位支架11(17)排 列在一起，互相絕緣，偏心導電嘴I和偏心導電嘴II之間也相互絕緣，保證了焊絲I (33)和 焊絲11(34)之間的焊接電流相互獨立，互不干擾；導電夾I和導電夾II選用黃銅做材料，焊接時產生電阻熱較小，黃銅導電夾便于加工 且經濟性較好；導電嘴I和導電嘴II具有過渡錐孔，使過渡部位平滑，無過渡死拐角，使焊絲能一次安 裝完成，工效高；導電嘴I和導電嘴II中導電小孔的長度比一般的導電孔長度要長，保證了焊絲與導電 嘴的接觸距離，提高了導電性能，有效地防止斷電、電弧不穩和粘絲現象，同時提高了導電 嘴的抗磨性能，焊絲能提前進行電預熱，有利于焊接。
4. 根據權利要求1所述的電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，其特 征在于所述電磁復合系統的勵磁線圈(28)為上大下小結構的錐形勵磁線圈，產生中心小 外圍大的磁場，與焊接電流中心大而外圍小的分布狀態相適應，在焊接區域形成合理的電 磁作用力，控制焊接電弧、焊接熔池、焊接冶金全過程，形成優質焊縫；所述電磁復合系統由磁場電源提供勵磁電流，產生正反方向交替變化、正反脈沖不等 幅值、中心弱四周強的間隙交變極性的脈沖縱向旋轉磁場；所述電磁復合系統的勵磁線圈浸泡在冷卻介質中，并與冷卻介質絕緣，冷卻介質從位 于噴嘴(31)下方的下入水口 (32)進入，從位于噴嘴(31)上方的蓋板(25)的上出水口 (26) 流出，這樣保證噴嘴(31)、勵磁線圈(28)具有良好的冷卻作用，適用于埋弧大電流焊接，同 時結構緊湊、簡單有效、工作可靠。
5. 根據權利要求1所述的電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備，其特 征在于所述銅襯墊系統是焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的焊接系統，襯墊焊劑(39)與工件 (36)背面直接接觸，襯墊焊劑(39)下有銅襯墊(38)，在充氣軟管(40)的頂升支撐作用下， 焊劑襯墊緊貼工件(36)背面，控制背面焊道的大小，特別是余高，使用大焊接電流，能形成 背面焊道，而且對于坡口精度及焊接條件的變化其允許范圍也較寬容，焊接質量可靠。
6. —種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接方法，其特征在于數控式雙 絲高速電磁復合焊劑銅襯墊單面焊雙面成型的高效優質埋弧焊接方法，包括雙絲高效焊 接、高速焊接、電磁復合焊接、焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接、先進數字控制焊接的 功能與作用；所述數控式雙絲高效焊接方式是在電磁直驅旋轉伺服電機的支持下，取消了從電機 到送絲系統之間的機械傳動環節，實行零傳動模式，全部在電參數的數字控制模式下實現 快速平穩的送絲，并根據實際焊接情況進行快速的響應與反饋調節送絲狀態，雙絲之間互 相獨立，自成體系，同時又能夠根據焊接需要進行協調運動和調節；焊絲1(33)在前，焊絲 11(34)在后的前后排列模式，焊絲I(33)承擔焊前打底、焊縫初期預熱和焊后蓋面的功能 時，由焊接電源I提供直流焊接電流，焊絲11(34)由焊接電源II提供焊接電流，共同完成 填充焊縫的功能，實現打底、預熱、蓋面、填縫一次完成的高效焊接，能夠高效率完成厚板焊 接；或者，在焊絲1(33)和焊絲11(34)并排排列，共同完成填充焊縫的功能，實現打底、預 熱、蓋面、填縫的高效焊接；所述高速焊接方式是在雙絲、大電流、高速送絲的支持下實現高速焊接，雙絲既獨立又配合，可以分別設定送絲速度，實現組合式送絲方式，并且根據焊接工序進行單一焊絲送絲 速度的調節，實現高速雙絲焊接過程，焊絲I和焊絲II的送絲速度相互配合進行焊接，高速 焊接速度為0. 6m/min-5m/min，焊接電流為400-1200A，焊絲直徑為1. 2mm_6. 4mm ;所述電磁復合焊接方式是在錐形勵磁線圈(28)、勵磁電源的支持下，形成外密內疏、 正反方向變極性、不等幅值的縱向旋轉磁場，能夠消除焊絲I直流+焊絲II直流組合條件 下的磁偏吹或吸引，同時擴大電弧面積，控制焊接電弧旋轉，無需擺動就可消除坡口或焊縫 邊緣的未融合，并且控制焊接熔池和焊縫冶金凝固過程，充分攪拌焊接熔池，控制焊縫金 屬的結晶狀況，促使焊縫晶粒細化，減小化學不均勻性，降低氣孔的敏感性，減少氣孔、夾 渣、咬邊缺陷，提高焊縫的韌塑性和抗腐蝕的能力，形成優質焊縫，電磁復合焊接勵磁電流 10-50A，變極性勵磁頻率l-25Hz，占空比30%-70%，變幅比10%-50% ，內外徑磁場強度比 為20% -60% ;所述焊劑銅襯墊單面焊雙面成型高效焊接方式是綜合利用了焊劑墊和銅襯墊的優勢 而形成的，襯墊焊劑固化前呈粉狀，緊貼工件(36)背面，加熱熔化固化后使焊縫背面強制 成形，焊劑為納米包覆的高韌性超低氫綠色環保的焊劑，在工件正面進行埋弧焊接，獲得單 面焊雙面成形的焊縫，高效焊接厚板或長板，能消除背面熔融金屬流出、咬口等缺陷，控制 背面焊道的大小，特別是余高，能夠使用大電流，對于坡口精度及焊接條件的變化范圍要求 較小，從而實現高韌性優質高效焊接；所述先進數字控制焊接方式是在焊接電源1、焊接電源II和勵磁電源均采用數字電 源，送絲系統采用電磁直驅伺服電機零傳動的條件下，整個焊接系統和焊接工藝控制均是 先進的數字式控制模式，具有遠程監控、遙控和數據傳輸能力，實現快速響應、平穩運行、適 時調節的閉環控制方式對整個焊接過程的各個環節進行全方位的自動控制，保證獲得優質 焊接接頭。
全文摘要
本發明公開了一種電磁直驅高速雙絲磁場復合焊劑銅襯墊埋弧焊接設備及其方法，包括送絲系統、焊接電源、磁場電源、銅襯墊系統、焊矩系統、電磁復合系統、數控系統；送絲系統為電磁直驅旋轉伺服電機的轉子與主送絲輪集成為一體，焊矩系統包括分成上下兩部分的偏心導電嘴，電磁復合系統與焊炬系統的噴嘴和水冷系統集成為一體，銅襯墊系統為背面使用焊劑的氣壓式銅襯墊單面焊雙面一次成型體系，本發明能夠取消傳統電機與送絲輪之間的機械傳動環節，大幅度提高送絲穩定性和控制響應精度，消除了噪音、油污和振動，實現結構簡單、體積小、穩定可靠、精密數控的雙絲高速電磁復合埋弧焊單面焊雙面成型高效焊接方法，可用于超大厚板的焊接制造。
文檔編號B23K9/18GK101745724SQ200910191948
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者王穎, 羅乾, 羅鍵, 陳勇 申請人:重慶大學