CN101269433A - 双电极电弧焊接的起弧控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双电极电弧焊接的起弧控制方法，该方法可以迅速地过渡到稳定焊接状态且形成良好的焊缝。其使用具备在保护气体喷嘴4内配置的焊丝(W)和非熔化电极的焊枪(B)，产生GMA电弧(6a)和等离子电弧(6b)来进行焊接，该方法包括：在施加GMA电弧焊接电压(Vwa)的状态下，以低速送给速度(Fw1)使焊丝(W)接近于焊接母材(P)的步骤；在焊丝(W)接触到焊接母材(P)之后，以电弧成长期送给速度(Fw2)送给焊丝(W)，并且在产生GMA电弧(6a)之后，将GMA电弧焊接电压(Vwa)逐渐升高，由此使GMA电弧(6a)的长度逐渐增大的步骤；根据非熔化电极电弧焊接电压(Vwb)产生等离子电弧(6b)之后，将送给速度(Fw)作为稳定送给速度(Fw3)，且将GMA电弧焊接电压(Vwa)作为稳定焊接状态下的电压，由此开始稳定焊接的步骤。根据这样的构成，可以使电弧的发生和成长稳定，且迅速地过渡到稳定焊接状态。
Description
技术领域
本发明涉及在使用具有配置于保护气体喷嘴内的熔化电极和非熔化电极的焊枪，产生熔化电极电弧和非熔化电极电弧的双电极电弧焊接中，迅速过渡到稳定焊接状态，且形成良好的焊缝的双电极电弧焊接的起弧控制方法。
背景技术
图3表示现有的双电极电弧焊接中所使用的焊接装置。该图所示的焊接装置X，具备焊枪Y、GMA电弧焊接电源PSM及等离子电弧焊接电源PSP。焊枪Y，为在保护气体喷嘴94内同轴配置等离子喷嘴93、等离子电极92及接触芯片91。从设置在接触芯片91中的贯通孔送给作为熔化电极的焊丝W。接触芯片91和焊丝W互相导通。焊丝W由以电动机M作为驱动源的送给辊95供给。焊枪Y通常以被机器人(图示略)保持的状态相对焊接母材P进行移动。
GMA电弧焊接电源PSM为通过对焊丝W与焊接母材P之间施加GMA电弧焊接电压Vwa而流过GMA电弧焊接电流Iwa的电源。从电压设定电路VR对GMA电弧焊接电源PSM输送电压设定信号Vr。还从焊接开始电路ST对GMA电弧焊接电源PSM输送焊接开始信号St。从GMA电弧焊接电源PSM对电动机M供给送给控制信号Fc。自GMA电弧焊接电源PSM施加GMA电弧焊接电压Vwa时，焊丝W为+侧。
等离子电弧焊接电源PSP，是通过对等离子电极92和焊接母材P之间施加等离子电弧焊接电压Vwb，使中心气体Gc及等离子气体Gp等离子化，流过等离子电弧焊接电流Iwb的电源。自焊接开始电路ST对等离子电弧焊接电源PSP发送焊接开始信号St。在稳定焊接状态下，自等离子电弧焊接电源PSP施加等离子电弧焊接电压Vwb时，等离子电极92为+侧。
图4是表示使用焊接装置Y的双电极电弧焊接的起弧控制方法的时序图。在时刻tp1，焊接开始信号St为高电平时，如该图(Gp1)所示，以将送给速度Fw设定为非常慢的低速(slow down)送给速度的状态下开始送给焊丝W。与此同时，焊接电极电弧焊接电压Vwa设定为无负载电压，施加频率为数MHz左右、电压为数kV左右的高频放电高电压作为等离子电弧焊接电压Vwb。
接着，在时刻tp2，焊丝W以低速送给速度与焊接母材P接触时，GMA电弧焊接电压Vwa取数V左右的短路电压值，流过GMA电弧焊接电流Iwa。而且，将送给速度Fw设定为稳定焊接中的速度。
到达时刻tp3时，由在时刻tp2～tp3的短路期间中的通电而产生的焦耳热被加热的焊丝W发生弯曲、熔断。由此，边产生大量的飞溅边发生GMA电弧96a。在产生GMA电弧96a时，GMA电弧焊接电压Vwa自短路电压被恒压控制为由电压设定信号Vr所指示的电弧电压。另外，GMA电弧焊接电流Iwa，低到稳定焊接电流值。此时的GMA电弧96a与稳定焊接状态相比电弧长度为较短状态。
另外，在发生GMA电弧96a之后，如该图(Gp2)所示，产生等离子电弧96b，通过等离子电弧焊接电流Iwb。此时，等离子电弧焊接电压Vwb，从无负载电压降低到电弧电压。而且，在产生等离子电弧96b时，存在GMA电弧96a的长度急剧增长的趋势。从时刻tp3经过适当的时间时，如图(Gp3)所示，GMA电弧96a的长度收敛到使送给速度Fw和等离子电弧焊接电压Vwb平衡的长度。其结果，由焊接装置X所进行的双电极电弧焊接，结束向稳定焊接状态的过渡。
但是，在上述双电极电弧焊接的起弧控制方法中，存在以下问题。
第一，过渡到稳定焊接状态的时间变长的问题。即，在产生GMA电弧96a之后，GMA电弧焊接电压Vwa和送给速度Fw与稳定焊接状态的大小相同。因此，在GMA电弧96a为稳定状态之前，GMA电弧焊接电压Vwa与送给速度Fw未确切地平衡，处于过渡状态。在该过渡状态中，GMA电弧96a的长度容易不稳定。该GMA电弧96a的长度收敛到稳定焊接状态的长度为止，自时刻tp3之后有时需要相当长时间，在该期间必需等待稳定焊接状态的开始。
第二，在焊接母材P的焊接开始位置难以得到良好的焊缝。即，从时刻tp3开始至少经过规定的时间后成为稳定焊接状态时，由上述机器人开始移动焊枪Y，形成良好的焊缝。但是，从GMA电弧96a的产生开始到过渡至稳定焊接状态的期间中，焊丝W的熔滴附着在焊接母材P，然后开始等离子电弧96b的焊接。在该过渡状态中所形成的焊缝与稳定焊接状态下形成的焊缝相比，存在形状杂乱或熔深深度不稳定的问题。
专利文献1：日本特开昭63-168283号公报
发明内容
本发明是考虑上述问题而做出的，其目的在于提供一种可以迅速地过渡到稳定焊接状态且形成良好的焊缝的双电极电弧焊接的起弧控制方法。
由本发明提供的双电极电弧焊接的起弧控制方法，使用具备在保护气体喷嘴内配置的熔化电极和非熔化电极的焊枪，产生熔化电极电弧和非熔化电极电弧来进行焊接，包括：在对上述熔化电极和焊接母材之间施加熔化电极电弧焊接电压的状态下，以比稳定焊接状态下的稳定速度慢的第一阶段速度使上述熔化电极接近于上述焊接母材的步骤；在上述熔化电极接触到上述焊接母材之后，以比上述第一阶段速度快但比上述稳定速度慢的第二阶段速度将上述熔化电极供给到上述焊接母材，并且在产生上述熔化电极电弧之后，将上述熔化电极电弧焊接电压自比稳定焊接状态下的电压低的电压逐渐升高，由此使上述熔化电极电弧的长度逐渐增大的步骤；根据施加在上述非熔化电极和焊接母材之间的非熔化电极电弧焊接电压产生上述非熔化电极电弧之后，将上述熔化电极的送给速度作为上述稳定速度，且将上述熔化电极电弧焊接电压作为稳定焊接状态下的电压，由此开始稳定焊接的步骤。
根据上述构成，可以迅速地过渡到稳定焊接状态。其理由是稳定地发生上述熔化电极电弧和上述非熔化电极电弧并成长。首先，上述熔化电极电弧产生之后，上述熔化电极以一定速度送给，同时逐渐提高上述熔化电极电弧焊接电压。由此，可以使上述熔化电极电弧的长度逐渐伸长。因此，可以防止成为上述熔化电极电弧的长度过长或过短这样的不稳定状态。接着，通过在稳定状态下使上述熔化电极电弧成长，由此，可以使上述熔化电极电弧可靠地成长到适于产生上述非熔化电极电弧的长度。由此，可以可靠地发生上述非熔化电极电弧。而且，通过使上述熔化电极的送给速度和上述熔化电极电弧焊接电压为规定值，由此可以可靠地达到稳定焊接状态。这样，上述熔化电极电弧和上述非熔化电极电弧的发生和成长，在被适当控制的状态下进行，因此从不稳定状态收敛到稳定状态不需要花费长时间。因此，可以迅速地进行向稳定焊接状态的过渡。
本发明优选的实施方式，至少在上述熔化电极电弧发生之后，将上述焊枪在焊接方向相对焊接母材进行移动，并且至少在上述焊接电极电弧发生之后，控制上述焊枪的移动速度和上述熔化电极的送给速度中的至少任意一方，以使上述焊枪的移动速度与上述熔化电极的送给速度之比为稳定焊接状态下的比。
根据这样的构成，可以形成良好的焊缝。即，在上述熔化电极电弧发生时，上述焊枪处于在焊接方向移动的状态下。因此，上述熔化电极的熔滴不会不当地集中附着在上述焊接母材的一个位置。而且，在上述熔化电极电弧发生后过渡到稳定焊接状态为止的整个期间中，上述焊枪的移动速度和上述熔化电极的送给速度之比控制为与稳定焊接状态下的比相同。因此，通过该焊接形成的焊缝，从该焊接开始点之后其外观、剖面形状、熔深深度非常接近稳定焊接状态。因此，可以形成良好的焊缝。
本发明其他的特征和优点参照附图在以下详细地进行说明，由此将更加明确。
附图说明
图1是表示用于本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法一例的焊接装置的系统构成图。
图2是表示本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法一例的时序图。
图3是表示用于现有的双电极电弧焊接的起弧控制方法一例的焊接装置的系统构成图。
图4是表示现有的双电极电弧焊接的起弧控制方法一例的时序图。
图中符号说明：A-焊接装置，B-焊枪，Fc-送给控制信号，Fw-送给速度，Fw1-低速送给速度(第一阶段速度)，Fw2-电弧成长期送给速度(第二阶段速度)，Fw3-稳定送给速度(稳定速度)，Ft-移动速度，Ft2-电弧成长期移动速度，Ft3-稳定移动速度，Iwa-GMA电弧焊接电流(熔化电极电弧焊接电流)，Iwb-等离子电弧焊接电流(非熔化电极电弧焊接电源)，P-焊接母材，PSM-GMA电弧焊接电源(熔化电极电弧焊接电源)，PSP-等离子电弧焊接电源(非熔化电极电弧焊接电源)，ST-焊接开始电路，St-焊接开始信号，Vwa-GMA电弧焊接电压(熔化电极电弧焊接电压)，Vwb-等离子电弧焊接电压(非熔化电极电弧焊接电压)，W-焊丝(熔化电极)，1-接触芯片，2-等离子电极(非熔化电极)，3-等离子喷嘴，4-保护气体喷嘴，5-送给辊，6a-GMA电弧(熔化电极电弧)，6b-等离子电弧(非熔化电极电弧)。
具体实施形式
以下，参照附图对本发明优选的实施方式具体地进行说明。
图1表示用于本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法的焊接装置的一例。本实施方式的焊接装置A，具备：焊枪B、GMA电弧焊接电源(熔化电极电弧焊接电源)PSM、等离子电弧焊接电源(非熔化电极电弧焊接电源)PSP。焊枪B具有下述构造，即在保护气体喷嘴4内，等离子喷嘴3、等离子电极(非熔化电极)2以及接触芯片1配置在同心轴上。从保护气体喷嘴4和等离子喷嘴3之间的间隙供给例如Ar等保护气体Gs。在等离子喷嘴3和等离子电极2之间，供给例如Ar等等离子气体Gp。在等离子电极2和接触芯片1之间，供给例如Ar等中心气体Gc。
从设置在接触芯片1中的贯通孔供给作为熔化电极的焊丝W。接触芯片1，对于焊丝W呈导通状态。通过以电动机M为驱动源的送给辊5送给焊丝W。等离子电极2，例如由Cu或Cu合金构成，通过在图外的路径中的冷却水间接地进行水冷却。等离子喷嘴3，例如由Cu或Cu合金构成，形成通过冷却水的通道，由此直接地进行水冷却。焊枪B以通常的机器人(图示省略)保持的状态下相对焊接母材P进行移动。
GMA电弧焊接电源PSM，是通过接触芯片1对焊丝W和焊接母材P之间施加GMA电弧焊接电压Vwa，而流过GMA电弧焊接电流Iwa的电源。从电压设定电路VR对GMA电弧焊接电源PSM发送电压设定信号Vr。另外，从焊接开始电路ST对GMA电弧焊接电源PSM发送焊接开始信号St。从GMA电弧焊接电源PSM对电动机M发送送给控制信号Fc。自GMA电弧焊接电源PSM施加GMA电弧焊接电压Vwa时，焊丝W为+侧。
等离子电弧焊接电源PSP，是通过对等离子电极2和焊接母材P之间施加等离子电弧焊接电压Vwb而流过等离子电弧焊接电流Iwb的电源。从焊接开始电路ST对等离子电弧焊接电源PSP发送焊接开始信号St。自等离子电弧焊接电源PSP施加等离子电弧焊接电压Vwb时，等离子电极2为+侧。
接下来，参照图2对于本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法的一例进行以下说明。本实施方式的双电极电弧焊接是被分类为稳定焊接状态下的焊接速度例如为12.5～15m/min左右的高效能焊接。
首先，在时刻t1焊接开始信号St为高电平时，如该图(G1)所示在将送给速度Fw设为低速送给速度(第一阶段速度)Fw1的状态下开始供给焊丝W。该低速送给速度Fw1比稳定焊接状态下的送给速度Fw低得多。另外，施加GMA电弧焊接电压Vwa和等离子电弧焊接电压Vwb。各个电压的大小预先设置为无负载电压。
接着，在时刻t2，如该图(G2)所示，焊丝W与焊接母材P接触。于是，在焊丝W和焊接母材P之间流过GMA电弧焊接电流Iwa。由此，在焊丝W中开始生成焦耳热。另外，在时刻t2，将送给速度Fw从低速送给速度Fw1增加到电弧成长期送给速度(第二阶段速度)Fw2。电弧成长期送给速度Fw2为比稳定焊接状态下的稳定送给速度Fw3低的速度。进而，在时刻t2，通过机器人(图中省略)将焊枪B相对焊接母材P进行移动。若将稳定焊接状态下的移动速度Ft作为稳定移动速度Ft3，则控制电弧成长期移动速度Ft2与电弧成长期送给速度Fw2之比，以使其等于稳定移动速度Ft3与稳定送给速度Fw3之比。
在焊丝W接触到焊接母材P之后，焊丝W通过焦耳热而熔断，其前端部分飞散。由此，在时刻t3，如该图(G3)所示，产生GMA电弧6a。在产生GMA电弧6a时，GMA电弧焊接电压Vwa微减，GMA电弧焊接电流Iwa减少显著。焊丝W与焊接母材P之间的间隙扩大速度大致为焊丝W熔化速度与电弧成长期送给速度Fw2之差。
接着，在时刻t3到时刻t4中，将送给速度Fw作为电弧成长期送给速度Fw2的状态下，GMA电弧焊接电压Vwa逐渐升高。在本实施方式中，GMA电弧焊接电压Vwa线性地增加。GMA电弧焊接电流Iwa随之增加。其结果，在焊丝W中所产生的焦耳热与GMA电弧6a来的热量逐渐增加。送给速度Fw保持电弧成长期送给速度Fw2为一定，因此焊丝W和焊接母材P之间的间隙增大了焦耳热和GMA电弧6a来的热量所增加的大小。其结果，如该图(G4)所示，GMA电弧6a的长度逐渐增加。这意味着焊丝W和焊接母材P之间所产生的等离子气氛空间扩大。
通过扩大焊丝W和焊接母材P之间的等离子气氛空间，在施加等离子电弧焊接电压Vwb的等离子电极2和焊接母材P之间诱发等离子电弧6b。由此，在时刻t4，如该图(G5)所示，发生等离子电弧6b。在发生等离子电弧6b时，开始流过等离子电弧焊接电流Iwb，降低等离子电弧焊接电压Vwb。
而且，在从时刻t4到时刻t5中，逐渐增加送给速度Fw和移动速度Ft。具体地说，线性地增加送给速度Fw使之在时刻t5达到稳定送给速度Fw3。另外，线性地增加移动速度Ft使之在时刻t5达到稳定移动速度Ft3。即在时刻t4到时刻t5之间，保持送给速度Fw与移动速度Ft之比等于稳定送给速度Fw3与稳定移动速度Ft3之比。
另一方面，在本实施方式中，时刻t4的GMA电弧焊接电压Vwa比稳定焊接状态下的值大若干。因此，在时刻t4的GMA电弧6a的长度比稳定焊接状态下的长度长。这是由于更容易发生等离子电弧6b的缘故。在从时刻t4到时刻t5中，GMA电弧焊接电压Vwa逐渐减小，在时刻t5为稳定焊接状态下的值。由此，GMA电弧6a的长度，在时刻t5如该图(G6)所示，为稳定焊接状态的长度。
在时刻t5以后，送给速度Fw达到稳定送给速度Fw3，移动速度Ft达到稳定移动速度Ft3，将GMA电弧焊接电压Vwa和等离子电弧焊接电压Vwb保持在处于稳定焊接状态的值。由此，在时刻t5以后，实现由焊枪B在稳定状态下焊接焊接母材P。
接着，对本实施方式的双电极电弧焊接的起弧控制方法的作用进行说明。
根据本实施方式，可以迅速地过渡到稳定焊接状态。其理由为稳定地发生GMA电弧6a和等离子电弧6b并成长。首先，从时刻t3到时刻t4的期间中，将送给速度Fw作为电弧成长期送给速度Fw2的状态下，GMA电弧焊接电压Vwa逐渐提高。由此，可以逐渐增加GMA电弧6a的长度使其符合GMA电弧焊接电压Vwa的大小。即，在从时刻t3到时刻t4之间，可以防止GMA电弧6a的长度过长或过短而处于不稳定状态。接着，通过在稳定状态下使GMA电弧6a成长，在时刻t4，可以可靠地使GMA电弧6a成长达到适合发生等离子电弧6b的长度。由此，在时刻t4可以可靠地发生等离子电弧6b。而且，从时刻t4到时刻t5中，送给速度Fw和移动速度Ft逐渐升高，由此在时刻t5可以可靠地达到稳定焊接状态。这样，从时刻t3到时刻t5中的GMA电弧6a和等离子电弧6b的发生和成长在适当被控制的状态下进行，因此，在不稳定状态被收敛到稳定状态之前不需要花费很多时间。因此，可以迅速地过渡到稳定焊接状态。特别是，稳定焊接状态下的焊接速度达12.5～15m/min的高效能焊接中，优选过渡到稳定焊接状态所需要的时间越短越可以提高焊接作业的效率。
另外，根据本实施方式，可以形成良好的焊缝。其理由是，按照移动速度Ft与送给速度Fw之比为一定的方式进行控制。在本实施方式中，在时刻t2焊丝W与焊接母材P接触时，开始移动焊枪B。因此，在时刻t3发生了GMA电弧6a时，焊枪B处于在焊接方向移动的状态。由此，焊丝W的熔滴不会不当地集中附着在焊接母材P的一个位置。而且，在时刻t2开始焊枪B的移动后，经过时刻t3、时刻t4、时刻t5直至稳定焊接状态的整个期间中，移动速度Ft与送给速度Fw之比按照与稳定焊接状态下的稳定移动速度Ft3与稳定送给速度Fw3之比相同的方式进行控制。因此，由该焊接形成的焊缝，从紧靠开始点起其外观、剖面形状、熔深深度非常接近稳定焊接状态。因此，根据本实施方式，可以形成良好的焊缝。
本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法，并不局限于上述的实施方式。本发明相关的双电极电弧焊接的起弧控制方法的具体构成存在各种设计变更。
在本发明相关的起弧控制方法中，在熔化电极电弧成长时，不局限于使熔化电极电弧焊接电压线性增加的模式，例如也可以为非线性增加或分为很细的步骤增加。在发生非熔化电极电弧之后，增加熔化电极的送给速度和焊枪的移动速度时，不局限于线性增加模式，例如也可以为非线性增加或分为很细的步骤增加。另外，也可以将图2中的时刻t4到时刻t5的时间设为非常短的时间，将送给速度Fw和移动速度Ft瞬时过渡到稳定送给速度Fw3和稳定移动速度Ft3。
为了将非熔化电极的送给速度与焊枪的移动速度之比控制为稳定焊接状态下之比，例如按照根据提供一方的模式而使其变化，同时另一方跟踪其的方式进行控制的方式即可，并不局限于二者的具体控制形式。
Claims (2)
1、一种双电极电弧焊接的起弧控制方法，使用具备在保护气体喷嘴内配置的熔化电极和非熔化电极的焊枪，产生熔化电极电弧和非熔化电极电弧来进行焊接，其特征在于，包括下述步骤：
在对上述熔化电极和焊接母材之间施加熔化电极电弧焊接电压的状态下，以比稳定焊接状态下的稳定速度慢的第一阶段速度使上述熔化电极接近于上述焊接母材；
在上述熔化电极接触到上述焊接母材之后，以比上述第一阶段速度快但比上述稳定速度慢的第二阶段速度将上述熔化电极供给到上述焊接母材，并且在产生上述熔化电极电弧之后，将上述熔化电极电弧焊接电压自比稳定焊接状态下的电压低的电压开始逐渐升高，由此使上述熔化电极电弧的长度逐渐增大；和
根据施加在上述非熔化电极和焊接母材之间的非熔化电极电弧焊接电压产生上述非熔化电极电弧之后，将上述熔化电极的送给速度作为上述稳定速度，且将上述熔化电极电弧焊接电压作为稳定焊接状态下的电压，由此开始稳定焊接。
2、根据权利要求1所述的双电极电弧焊接的起弧控制方法，其特征在于，
至少在上述熔化电极电弧发生之后，将上述焊枪在焊接方向相对焊接母材进行移动，
并且至少在上述焊接电极电弧发生之后，控制上述焊枪的移动速度和上述熔化电极的送给速度中的至少任意一方，以使上述焊枪的移动速度与上述熔化电极的送给速度之比为稳定焊接状态下的比。
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