CN101920378A

CN101920378A - 等离子小孔式焊接的引弧方法

Info

Publication number: CN101920378A
Application number: CN2010101259655A
Authority: CN
Inventors: 刘忠杰; 波多晓; 盐崎秀男; 惠良哲生; 上山智之
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: JP2010194570A; JP5302046B2; CN101920378B

Abstract

本发明提供一种能够得到根部焊道被适当地形成的焊道的等离子小孔式焊接的引弧方法。本发明的等离子小孔式焊接的引弧方法，开始等离子焊接电流的通电，设定判断为在等离子电弧电压稳定后开始等离子小孔的形成时的等离子电弧电压为小孔开始基准电压。之后，在等离子电弧电压与小孔开始基准电压之差处于预定的基准值以上时，判断为等离子小孔贯通了，开始等离子焊炬的移动。其结果，在来自等离子焊接用电源的输出为交流电压、交流脉冲电压或者直流脉冲电压中任一个的情况下，也能判断等离子小孔式焊接的小孔的贯通。因此，能够得到根部焊道被适当地形成的焊道。

Description

等离子小孔式焊接的引弧方法

技术领域

本发明涉及等离子小孔式焊接的被改善的引弧方法。

背景技术

等离子小孔式焊接，在被焊接物对I形沟的对接接头进行焊接时，由被水冷却的等离子喷嘴和等离子气体的气体流来限制钨电极一般作为阴极来放电时的等离子电弧。而且，为使集中性好的高温等离子流产生，该高温的等离子流一边在焊接线上形成由熔融池的前端贯通被焊接物的圆孔，一边进行移动的焊接。该焊接直接被提供直到电弧热达到背面为止，背面的熔融也能适当地进行。

在使等离子小孔式焊接引弧时，高温等离子流贯通被焊接物，但在小孔贯通了时，等离子电弧电压上升。对该上升的电压进行检测，开始等离子焊炬的移动的引弧方法以往被提出。以下对该现有技术进行说明。

图7为表示现有技术的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。在该图中，在与等离子电极1同心的圆上设置对等离子电弧3进行限制的等离子喷嘴2。在等离子电极1与被焊接物4之间由等离子焊接用电源5提供功率，在等离子喷嘴2内从等离子气体供给源6供给等离子气体13，产生等离子电弧3。高温的等离子流一边在焊接线上由熔融池的前端贯通被焊接物4而形成小孔7，一边进行移动，也进行背面的熔融。

电压变动检测装置8，检测小孔7贯通了时的等离子电弧电压的变动(例如1～2V)，由波形成型器9成形为适于焊接控制定序器(sequencer)10的信号。焊接控制定序器10输入该被成形的信号，向焊炬移动装置11输入开始等离子焊炬的移动的信号，焊炬移动装置11开始等离子焊炬12的移动(参照例如专利文献1)。

【专利文献1】JP特公平2-18953号公报

上述现有技术的等离子小孔式焊接的引弧方法，为在从等离子焊接用电源5施加直流电压的情况下，检测小孔7贯通了时的电压变化，开始等离子焊炬12的移动的方法。该电压变化的检测方法，以电压的上升稳定地进行为前提。但是，由于通过等离子电弧的状态变化而电压进行变动，因此仅检测电压变化不能适当地判断等离子小孔式焊接的小孔已贯通。

进而，来自等离子焊接用电源5的输出为交流电压、交流脉冲电压或者直流脉冲电压的情况下，等离子电弧电压例如以2V以上的偏差进行变动。此外，在小孔7的形成结束了时，电压变动检测装置8即使想要检测等离子电弧电压的变动，也不能区别2V以上的等离子电弧电压的变动和1～2V的小孔7贯通了时的电压变化。因此，不能判断等离子小孔式焊接的小孔贯通了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够得到根部焊道被适当地形成的焊道的等离子小孔式焊接的引弧方法。

第1发明的等离子小孔式焊接的引弧方法，在等离子小孔式焊接的引弧时，对等离子电极与被焊接物之间的等离子电弧电压进行检测，与该检测电压相对应地开始移动等离子焊炬，该引弧方法的特征在于，具备：开始等离子焊接电流的通电，设定判断为在上述等离子电弧电压稳定后开始等离子小孔的形成时的等离子电弧电压作为小孔开始基准电压的小孔开始基准电压设定步骤；和之后，在上述等离子电弧电压与上述小孔开始基准电压之差处于预定的基准值以上时，判断为等离子小孔贯通了，开始移动上述等离子焊炬的等离子焊炬移动开始步骤。

第2发明根据第1发明中记载的等离子小孔式焊接的引弧方法，其特征在于，上述等离子焊炬移动开始步骤为，在判断为上述等离子小孔贯通了之后，在上述等离子电弧电压已稳定时开始移动上述等离子焊炬的步骤。

本发明的等离子小孔式焊接的引弧方法，由于能够判断等离子小孔式焊接的小孔的贯通，因此能够得到根部焊道被适当地形成的焊道。此外，有时在即使小孔贯通也不是具有足够广度的贯通时开始等离子焊炬的移动，或者即使在小孔完全地贯通之后，等离子焊炬的移动的开始也延迟。此时，在判断等离子小孔贯通了后，通过等离子电弧电压稳定时开始等离子焊炬的移动，能够得到根部焊道被适当地形成的焊道。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。

图2为表示本发明的实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的各信号的时间经过的图。

图3为表示从被焊接物的表面观察时的本发明的焊道的图。

图4为表示在小孔完全地进行贯通前开始等离子焊炬的移动，并且在小孔完全地贯通了的情况下，等离子焊炬的移动开始也延迟时的焊道的图。

图5为表示本发明的实施方式2的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。

图6为表示本发明的实施方式2的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的各信号的时间经过的图。

图7为表示现有技术的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。

符号的说明

1 等离子电极

2 等离子喷嘴

3 等离子电弧

4 被焊接物

5 等离子焊接用电源

6 等离子气体供给源

7 小孔(key hole)

8 电压变动检测装置

9 波形成型器

10 焊接控制定序器

11 焊炬移动装置

12 等离子焊炬

13 等离子气体

21 机械手

22 焊道

Bth1 基准值

Bth2 基准值

Bth3 基准值

Bv 电压微分信号

BV 电压微分电路

Cm1 小孔形成开始信号

CM1 比较电路

Cm2 小孔贯通信号

CM2 比较电路

CM3 比较电路

Cm3 根部焊道形成信号

Ei 误差放大信号

EI 误差放大电路

IA 电流绝对值电路

Ia 电流绝对值信号

ID 电流检测器

Id 电流检测信号

Ip 等离子电弧电流

Is 电流设定信号

IS 电流设定器

Is 电流设定信号

PM 电源主电路

RC 机器人控制电路

St 等离子焊炬移动开始信号

Va 成形电压信号

VA 电压绝对值电路

Va 电压绝对值信号

VD 电压检测电路

Vd 电压检测信号

VF 低通滤波器

Vf 成形电压信号

Vp 等离子电弧电压

Vs 小孔开始基准电压信号

VS 小孔开始基准电压信号设定电路

具体实施方式

[实施方式1]

基于实施例参照附图对发明的实施方式进行说明。图1为表示本发明的实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。在该图中，等离子焊接用电源内的电源主电路PM输入交流商用电源(3相200V等)，按照后述的误差放大信号Ei进行变换器控制的功率控制，输出适于等离子小孔式焊接的等离子电弧电流Ip及等离子电弧电压Vp。电流检测器ID检测等离子电弧电流Ip来输出电流检测信号Id。电流绝对值电路IA对电流检测信号Id的绝对值进行运算来输出电流绝对值信号Ia。电流设定器IS设定等离子电弧电流来输出电流设定信号Is。误差放大电路EI对电流设定信号Is与电流绝对值信号Ia之间的误差进行放大，输出误差放大信号Ei。因此，通电与上述的电流设定信号Is相当的等离子电弧电流Ip。

电压检测电路VD检测等离子焊炬内的等离子电极1与被焊接物4之间的等离子电弧电压Vp，输出电压检测信号Vd。电压绝对值电路VA对电压检测信号Vd的绝对值进行运算，输出电压绝对值信号Va。低通滤波器VF输入电压绝对值信号Va，除去高频分量，输出成形电压信号Vf。电压微分电路BV对成形电压信号Vf进行微分，输出电压微分信号Bv。比较电路CM1输入电压微分信号Bv，在该电压微分信号Bv达到预定的基准值Bth1以下时，判断小孔的形成已开始，输出仅短时间处于高电平的小孔形成开始信号Cm1。

小孔开始基准电压信号设定电路VS输入小孔形成开始信号Cm1和成形电压信号Vf，设定并输出输入了小孔形成开始信号Cm1时的成形电压信号Vf作为小孔开始基准电压信号Vs。

比较电路CM2，输入成形电压信号Vf和小孔开始基准电压信号Vs，在成形电压信号Vf与小孔开始基准电压信号Vs之差处于由等离子气体的种类等预定的基准值Bth2以上时，判断小孔已贯通，输出仅短时间处于高电平的小孔贯通信号Cm2。机器人控制电路RC输入小孔贯通信号Cm2，向机械手21输出等离子焊炬移动开始信号St，开始等离子焊炬的移动。

以下，参照图2对动作进行说明。该图(A)为表示电压检测信号Vd的时间经过的图，该图(B)为表示电压绝对值信号Va的时间经过的图，该图(C)为表示成形电压信号Vf的时间经过的图，该图(D)为表示小孔形成开始信号Cm1的时间经过的图，该图(E)为表示小孔贯通信号Cm2的时间经过的图。

图2(A)中所示的电压检测信号Vd表示具有峰值和基值的交流脉冲波形电压信号。该图(B)中所示的电压绝对值信号Va为对该图(A)中所示的电压检测信号Vd的绝对值进行运算的波形电压信号。

在图2(C)所示的时刻t1中，开始等离子电弧电流Ip的通电时，由电压绝对值电路VA对电压检测信号Vd的绝对值进行演算而输出电压绝对值信号Va，该电压绝对值信号Va由低通滤波器VF除去高频分量，输出成形电压信号Vf。之后，等离子电弧3在被焊接物4的表面形成熔融池，形成开始时等离子电弧3也不稳定且容易电压变动。

该成形电压信号Vf上升，在处于时刻t2时，等离子电弧3稳定，之后，等离子电弧3的电压变动范围变小，上升率变小。此时比较电路CM1，在电压微分信号Bv达到预定的基准值Bth1以下时，等离子电弧3对被焊接物4开始挖掘小孔，判断开始形成小孔，如图2(D)所示，输出仅短时间处于高电平的小孔形成开始信号Cm1。小孔开始基准电压信号设定电路VS设定输入了该小孔形成开始信号Cm1时的成形电压信号Vf作为小孔开始基准电压信号Vs。

之后，小孔的形成继续，在处于时刻t3时，成形电压信号Vf与小孔开始基准电压信号Vs之差处于规定的基准值Bth2以上时，判断小孔已贯通了，如图2(E)所示，从比较电路CM2输出小孔贯通信号Cm2。机器人控制电路RC输入该小孔贯通信号Cm2，向机械手21输出等离子焊炬移动开始信号St，开始等离子焊炬的移动。

该结果，在来自等离子焊接用电源的输出为交流电压、交流脉冲电压或者直流脉冲电压中的任一种的情况下，也能够判断等离子小孔式焊接的小孔的贯通。因此，如图3所示，能够得到根部焊道被适当地形成的焊道22。图3表示从被焊接物的表面观察时的本发明的焊道的图。

[实施方式2]

上述的本发明实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法中，如果在即使小孔贯通也不是具有足够广度的贯通时，开始等离子焊炬的移动，则例如如图4(A)的被焊接物的截面图所示，被焊接物的表面的小孔周边的熔融金属由等离子电弧吹跑，有时飞出到上面。进而，此时，如该图(B)的从被焊接物的背面观察的图所示，存在根部焊道没有被充分形成的时刻。此外，如从该图(A)的被焊接物的截面图及(C)的被焊接物的表面观察的图所示，即使小孔完全地贯通了的情况下，等离子焊炬的移动开始延迟时，熔融金属烧穿，在焊炬的移动时相对焊炬的前进方向相反侧流动的熔融金属不足，存在处于焊接不良的时刻。

这些情况，也可在上述实施方式1中追加判断为根部焊道被适当地形成的步骤。下面对该步骤进行说明。图5为表示本发明的实施方式2的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构的图。在该图中，比较电路CM3输入小孔贯通信号Cm2及电压微分信号Bv，在输入小孔贯通信号Cm2之后，在电压微分信号Bv达到预定的基准值Bth3以下时，判断根部焊道被适当地形成，输出仅短时间处于高电平的根部焊道形成信号Cm3。机器人控制电路RC输入根部焊道形成信号Cm3，向机械手21输出等离子焊炬移动开始信号St，开始等离子焊炬的移动。其他的与图1中所示的本发明的实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法的结构相同的功能付与相同符号，并省略说明。

以下，参照图6对动作进行说明。该图(A)～(E)与图2所示的(A)～(D)相同，因此省略说明。该图(F)为表示根部焊道形成信号Cm3的时间经过的图。

图6中所示的时刻t1～t3间的动作，与图2中所示的时刻t1～t3间的动作相同，因此省略说明。在图6的时刻t3中，比较电路CM2，在成形电压信号Vf与小孔开始基准电压信号Vs之差在规定的基准值Bth2以上时，判断为小孔已贯通，输出小孔贯通信号Cm2。此时的等离子电弧电压Vp由于小孔的形成的影响而不稳定。之后，等离子电弧电压Vp減少，等离子电弧电压Vp处于稳定的状态时，等离子电弧电压Vp的減少率变小。

在时刻t4，比较电路CM3，在电压微分信号Bv达到预定的基准值Bth3以下时，判断根部焊道被适当地形成，输出根部焊道形成信号Cm3。机器人控制电路RC输入根部焊道形成信号Cm3，向机械手21输出等离子焊炬移动开始信号St，开始等离子焊炬的移动。

其结果，除了本发明的实施方式1的等离子小孔式焊接的引弧方法所实现的效果之外，由于没有在即使小孔贯通也不是具有足够的广度的贯通时开始等离子焊炬的移动，或者即使在小孔完全地贯通之后等离子焊炬的移动的开始也延迟的情况，因此没有下述情况，即被焊接物的表面的小孔周边的熔融金属飞出到上面，或者根部焊道没有形成以及熔融金属烧穿而熔融金属不足，处于焊接不良的情况。

发明者们，以被焊接物为铝镁合金A5052、交流脉冲的逆极性等离子电弧电流的基值电流为IB，期间为TB，脉冲电流为IP，脉冲宽度为TP，正极性等离子电弧电流为IEN，期间为TEN时的EN比率＝(IEN×TEN)/(IP×TP+IEN×TEN)是75％，等离子电弧的平均电压为30V，等离子电弧的平均电流为250A，等离子气体为氩70％和氦30％的混合气体，判断为小孔贯通了时的基准值Bth2为5V，低通滤波器的高频遮断频率为1.0Hz，来进行本发明的等离子小孔式焊接的引弧方法。其结果，能够得到根部焊道被适当地形成的焊道。

另外，上述的本发明实施方式2的等离子小孔式焊接的引弧方法中，时刻t1～t2的期间及时刻t3～t4的期间为短时间，时刻t2～t3的期间为数10秒左右。

此外，基准值Bth1～3因等离子气体的种类而不同，因此将与各等离子气体对应的基准值Bth1～3预先保存到数据库中，也可设定基准值Bth1～3与所使用的等离子气体相对应。

此外，在上述的本发明的实施方式1及2的等离子小孔式焊接的引弧方法中，对交流脉冲电源进行了说明，但本发明也能适用于直流电源。此时,不需要上述的电压绝对值电路VA。

Claims

1.一种等离子小孔式焊接的引弧方法，在等离子小孔式焊接的引弧时，对等离子电极与被焊接物之间的等离子电弧电压进行检测，与该检测电压相对应地开始移动等离子焊炬，该引弧方法的特征在于，具备：

开始等离子焊接电流的通电，设定判断为在上述等离子电弧电压稳定后开始等离子小孔的形成时的等离子电弧电压作为小孔开始基准电压的小孔开始基准电压设定步骤；和

之后，在上述等离子电弧电压与上述小孔开始基准电压之差处于预定的基准值以上时，判断为等离子小孔贯通了，开始移动上述等离子焊炬的等离子焊炬移动开始步骤。

2.根据权利要求1所述的等离子小孔式焊接的引弧方法，其特征在于，

上述等离子焊炬移动开始步骤为，在判断为上述等离子小孔贯通了之后，在上述等离子电弧电压已稳定时开始移动上述等离子焊炬的步骤。