CN102205454A - 电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可更恰当地检测电弧的中断的电弧焊接方法。本发明的电弧焊接方法，交替重复以下工序：通过在基材和保持在焊炬上的熔化电极之间产生电弧，进行熔滴过渡的第一工序(T1)；以及一面在上述基材和上述熔化电极之间产生电弧、一面冷却形成在上述基材中的熔融池，并使上述焊炬移动的第二工序(T2)；该电弧焊接方法的特征在于，在第一工序(T1)中，在上述基材和上述熔化电极之间的电压的绝对值或在流过两者之间的电流的绝对值脱离预先设定的范围时，开始电弧中断检测时间Tao的测量，当在转移到第二工序(T2)之前的期间、上述电弧中断检测时间Tao成为预先决定的基准时间Tstp以上的时候，进行焊接异常的判定。

Description

电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及一种使用针脚脉冲焊接(stitch pulse welding)法的电弧焊接方法。

背景技术

图5示出现有的电弧焊接装置的一个实例。作为图5所示的电弧焊接装置X的用途的一个实例，可列举称为针脚脉冲焊接法(stitch pulse)的焊接方法。针脚脉冲焊接法是通过控制焊接时的进热和冷却就可容易地抑制给予基材W的热影响的焊接法。如果使用此针脚脉冲焊接法，与现有的薄板焊接相比，能使焊接外观提高、减少焊接形变量(例如，参照专利文献1)。

图5所示的电弧焊接装置X包括：保持焊丝(welding wire)的焊炬(welding torch)91；使焊炬91相对基材移动的机器人主体92；控制机器人主体92的动作的机器人控制装置93；和向焊丝95和基材W之间提供焊接电压的焊接电源94。一旦焊接电源94向焊丝95和基材W之间提供焊接电压，就在焊丝95的前端和基材W之间产生电弧，使焊丝95和基材W熔融，在基材W上形成熔融池。在使电弧停止后通过从电弧焊炬91喷出的保护气体(shield gas)使此熔融池冷却、凝固。熔融池一旦凝固就会形成焊接痕迹。

例如，在专利文献2提出的针脚脉冲焊接法中，如图6所示，重复地进行：通过在使焊炬91停止的状态下进行交流脉冲电流的通电来产生电弧的电弧焊接工序(期间T1)；和在焊丝95和基材W之间施加比期间T1弱的电压、通过进行小的值的直流电流的通电来保持产生电弧的状态的冷却及移动期间(期间T2)。根据这样的焊接方法，通过使相邻的一部分彼此重合而连续形成多个焊接痕迹，产生鳞片状的焊珠(weld bead)。此外，此情况下，由于不重复进行电弧的消弧及再产生，所以具有可抑制产生飞溅的优点。

此外，在图6所示的方法中，通常在焊接中进行异常判定。具体地，在焊接电流比规定的值小、或焊接电压比规定的值大的时候，判定为电弧中断。构成一旦检测出焊接中断就停止焊接作业的结构。

在这种不是目视而是自动地进行电弧的中断的检测的情况下，为了防止误检测等而设定固定的检测时间。即检测电流低于预先设定的值的时间、或电压的值高于预先设定的值的时间，在此检测时间比预先设定的基准时间长的情况下，判定为电弧中断，向机器人控制装置93及电源装置94发送用于使工作停止的信号。

例如，如图6所示，在期间T1的比较后的半段时刻t1产生电弧中断的时候，上述基准时间的终期常包含在期间T2中。即使在期间T2中，如果电弧中断继续，在时刻t2电弧中断异常的条件就会成立，使焊接终止。但是，在发生电弧中断的期间T1中，仅后半段期间的一段期间的焊接为异常。即，作为期间T1整体，完成满足所希望的状态的焊接的可能性大，可确保充分的焊接强度，焊接的外观也比较良好。即便这种情况下，也存在因图6所示的异常判定而在时刻t2终止焊接这样的问题。

专利文献1JP特开平6-55268号公报

专利文献2JP特开平11-267839号公报

发明内容

鉴于上述情况而提出本发明，其课题在于，提供一种可更恰当地检测电弧的中断的电弧焊接方法。

由本发明提供的电弧焊接方法，交替重复地进行以下两个工序：

第一工序，通过在基材和保持在焊炬上的熔化电极之间产生电弧，进行熔滴过渡；以及

第二工序，一面在上述基材和上述熔化电极之间产生电弧、一面对在上述基材中形成的熔融池进行冷却，并且使上述焊炬移动；

其特征在于，

在上述第一工序中，在上述基材和上述熔化电极之间的电压的绝对值、或流过两者之间的电流的绝对值脱离预先设定的范围时，开始测定电弧中断检测时间，当在转移到上述第二工序之前的期间内，上述电弧中断检测时间比预先决定的基准时间长的时候，进行焊接异常的判定。

在本发明的优选实施方式中，上述基准时间通过将上述第一工序的单位时间乘以时间比率α来设定，其中，0％＜α＜100％。

在本发明的优选实施方式中，将上述基准时间比率α设定在40％到60％的范围内。

在本发明的更优选的实施方式中，在上述第一工序中设置将上述电弧中断检测时间和上述基准时间进行比较的工序和测量上述第一工序的经过时间的工序；仅在上述第一工序的经过时间未达到预先决定的时间的时候，进行将上述电弧中断检测时间和上述基准时间进行比较的工序。

在根据本发明的电弧焊接方法中，由于在形成熔融池的第一工序中进行电弧中断检测时间的测量，所以能避免在电弧中断检测时间的测量中向第二工序转移而不能进行适当的异常判断的问题。并且通过计算用于判断异常的基准时间，作为相对于进行上述第一工序的时间的比率，从而即使在使进行第一工序的时间进行变化的时候也能良好地对应。

通过参照附图进行下面的详细说明，将更明确本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1是表示用于进行本发明的电弧焊接方法的焊接系统的一个实例的结构图。

图2是表示图1所示的焊接系统的内部结构图。

图3是表示本发明的电弧焊接方法的流程图。

图4是表示本发明的电弧焊接方法的焊接条件值的变化状态的图。

图5是表示现有的焊接系统的一个实例的结构图。

图6是表示在现有的针脚脉冲焊接法中会引起的检测异常的图。

符号说明

A-焊接系统，1-焊接机器人，11-基底构件，12-机械臂，12a-腕部，13-电动机，14-焊炬，15-焊丝(熔化电极)，16-焊丝进给装置，161-进给电动机，2-机器人控制装置，21-动作控制电路，22-接口电路，3-焊接电源装置，31-输出控制电路，32-电流检测电路，34-进给控制电路，35-接口电路，36-电压检测电路，4-异常检测机构，41-电弧停止时间测量装置，42-异常判定装置，43-接口电路，Ea-电弧异常信号，Fc-进给控制信号，Fv-进给速度，Is-电流设定信号，Iw-焊接电流，Mc-动作控制信号，On-输出开始信号，T1-第一工序，T2-第二工序，TP-示教器(teach pendant)，Tp-脉冲输出经过时间，Tpls-脉冲输出时间，Ts-取样时间，Tao-电弧中断检测时间，Tstp-基准时间，VR-机器人移动速度，Vw-焊接电压，W-基材，Ws-进给速度设定信号，α-基准时间比率

具体实施方式

下面，参照附图具体地说明本发明的实施方式。

图1是表示适于实施本发明的电弧焊接方法的焊接系统的一个实例的结构图。图1所示的焊接系统A包括：焊接机器人1、控制其的机器人控制机构2、焊接电源装置3、和用于检测电弧中断异常的异常检测机构4。焊接机器人1例如相对基材W自动地进行电弧焊接。焊接机器人1包括基底构件11、多个机械臂12、多个电动机13、焊炬14、焊丝进给装置16、及线圈导向部(coil liner)19。

基底构件11被固定在地面等适当的部位。各机械臂12经由轴与基底构件11连接。

在设置在焊接机器人1的最前端侧的腕部12a的前端部设置焊炬14。焊炬14将作为熔化电极的例如直径1mm左右的焊丝15导向基材W附近的规定的位置。在焊炬14中具备用于提供Ar等保护气体的保护气体喷嘴(省略图示)。电动机13被设置在机械臂12的两端或一端(省略一部分图示)。电动机13由机器人控制机构2旋转驱动。通过此旋转驱动，就能控制多个机械臂12的移动，使焊炬14自由地向上下前后左右移动。

在电动机13中设置未图示的编码器。此编码器的输出被给予机器人控制机构2。根据此输出值，就能在机器人控制机构2中识别焊炬14的当前位置。

焊丝进给装置16被设置在焊接机器人1的上部。焊丝进给装置16用于对焊炬14送出焊丝15。焊丝进给装置16包括：进给电动机161、焊丝卷轴(省略图示)、及焊丝推进机构(省略图示)。以进给电动机161为驱动源，上述焊丝推进机构向焊炬14送出卷绕在上述焊丝卷轴上的焊丝15。

线圈导向部19其一端连接在焊丝进给装置16上、另一端连接在焊炬14上。线圈导向部19被形成管状，在其内部插入通过焊丝15。线圈导向部19将从焊丝进给装置16送出的焊丝15导向焊炬14。送出的焊丝15从焊炬14向外部突出，作为熔化电极起作用。

图2是表示图1所示的焊接系统A的内部结构图。

图1、图2所示的机器人控制机构2用于控制焊接机器人1的动作。如图2所示，机器人控制机构2包括：动作控制电路21、接口电路22、及示教器TP。

动作控制电路21具有未图示的微型计算机及存储器。在此存储器中存储设定焊接机器人1的各种动作的作业程序。此外，动作控制电路21设定后述的机器人移动速度VR。动作控制电路21基于上述作业程序、来自上述编码器的坐标信息、及机器人移动速度VR等，对焊接机器人1给予动作控制信号Mc。根据此动作控制信号Mc，旋转驱动各电动机13，使焊炬14或向基材W的规定的焊接开始位置移动，或沿基材W的面内方向移动。

示教器TP连接在动作控制电路21上。示教器TP用于由使用者设定各种动作。

接口电路22用于与焊接电源装置3交换各种信号。从动作控制电路21向接口电路22发送电流设定信号Is、输出开始信号On、及进给速度设定信号Ws。在电流设定信号Is中例如含有通过示教器TP设定的脉冲输出时间。接口电路22向异常检测机构4发送电流设定信号Is。

焊接电源装置3是用于在焊丝15和基材W之间施加焊接电压Vw、使焊接电流Iw流过的装置，同时还是用于进行焊丝15的进给的装置。如图2所示，焊接电源装置3包括：输出控制电路31、电流检测电路32、进给控制电路34、接口电路35、及电压检测电路36。

接口电路35用于与机器人控制机构2交换各种信号。具体地，从接口电路22向接口电路35发送电流设定信号Is、输出开始信号On、及进给速度设定信号Ws。

输出控制电路31具有由多个晶体管元件构成的逆变器(inverter)控制电路。输出控制电路31利用逆变器控制电路对从外部输入的商用电源(例如3相200V)进行高速响应且精密的焊接电流波形控制。

输出控制电路31的输出，一端连接在焊炬14上，另一端连接在基材W上。输出控制电路31经由设置在焊炬14的前端的接触片(contact chip)在焊丝15和基材W之间施加焊接电压Vw，使焊接电流Iw流过。在图4(c)中示出焊接电流Iw的状态变化的一个实例。由此，在焊丝15的前端和基材W之间产生电弧a。利用由此电弧a带来的热使焊丝15和基材W熔融。然后就能对基材W实施焊接。

经由接口电路35、22向输出控制电路31发送来自动作控制电路21的电流设定信号Is、及输出开始信号On。

电流检测电路32用于检测流到焊丝15的焊接电流Iw。电流检测电路32向输出控制电路31及动作控制电路21输出对应焊接电流Iw的电流检测信号Id。并且，经由接口电路35向异常检测机构4发送电流检测信号Id。

电压检测电路36用于检测输出控制电路31的输出端的电压即焊接电压Vw。电压检测电路36向输出控制电路31输出对应焊接电压Vw的电压检测信号Vd。

进给控制电路34向进给电动机161输出用于进行焊丝15的进给的进给控制信号Fc。进给控制信号Fc是表示焊丝15的进给速度Fv的信号。此外，经由接口电路35、22向进给控制电路34发送来自动作控制电路21的输出开始信号On、及进给速度设定信号Ws。

异常检测机构4包括：电弧停止时间测量装置41、异常判定装置42、及接口电路43，用于根据电流的停止时间来检测电弧中断异常。接口电路43用于与机器人控制机构2及焊接电源装置3交换信号，从接口电路22接收电流设定信号Is，从接口电路35接收电流检测信号Id。

电弧停止时间测量装置41包括例如微型计算机及存储器，经由接口电路43接收电流检测信号Id，进行焊接电流Iw的监视，按照后述的方法进行电弧中断检测时间Tao的测量。电弧停止时间测量装置41在焊接电流Iw是固定时间0的时候，进行将电弧中断检测时间Tao的值增加1的处理。并且电弧停止时间测量装置41向异常判定装置42发送此电弧中断检测时间Tao。

异常判定装置42包括例如微型计算机及存储器，经由接口电路43接收电流设定信号Is。此异常判定装置42进行用于判定电弧中断的基准时间Tstp的设定，并且进行此基准时间Tstp和电弧中断检测时间Tao之间的比较。再有，即使异常判定装置42与电弧停止时间测量装置41成为一体也无妨。在电弧中断检测时间Tao超过基准时间Tstp的情况下，异常判定装置42向接口电路43发送传达发生电弧中断的电弧异常信号Ea。接口电路43经由接口电路22向动作控制电路21发送电弧异常信号Ea。

接着说明本发明的电弧焊接方法。使用焊接系统A进行此电弧焊接方法。

图3中示出使用焊接系统A的针脚脉冲焊接方法的流程图。此外，图4示出了规定焊接系统A的焊接作业的焊接条件值的变化状态。具体地，图4(a)表示机器人移动速度VR的变化状态，(b)表示焊丝15的进给速度Fv的变化状态，(c)表示焊接电流Iw的变化状态。机器人移动速度VR是沿基材W的面内方向中的规定的焊接行进方向的焊炬14的移动速度。再有，将焊接电压Vw适当地设定为焊接电流Iw流过所需的电压。

针脚脉冲焊接方法中，交替地重复：通过产生比较强的电弧a来进行熔滴过渡的第一工序；和一面产生比较弱的电弧a、一面冷却在基材W中形成的熔融池、并且使焊炬14移动的第二工序。在本实施方式中，如图4(c)所示，在第一工序(T1)中流过交流脉冲电流作为焊接电流Iw，在第二工序(T2)中流过直流电流作为焊接电流Iw。第一工序(T1)的单位时间是通过示教器TP设定的脉冲输出时间。

首先，通过输入来自示教器TP的焊接开始信号St(参照图2)，进行过渡的焊接开始处理。在焊接开始处理中，动作控制电路21将输出开始信号On输出给输出控制电路31及进给控制电路34。输出控制电路31在焊丝15和基材W之间施加焊接电压Vw。由此，进行电弧a的点弧。

接着，进行脉冲输出时间Tpls及基准时间Tstp的设定(S1)。在本实施方式中，以此设定为第一工序(T1)的开始。将脉冲输出时间Tpls及基准时间Tstp设定为表示相当于第一工序(T1)中的焊接电流Iw的1次脉冲的取样时间Ts的个数。具体地，将脉冲输出时间Tpls设定为用取样时间Ts除通过示教器TP设定的脉冲输出时间后得到的值的整数部分。再有，这些处理例如在动作控制电路21内进行。在此设定的脉冲输出时间Tpls包含在电流设定信号Is中，向异常判定装置42传送。异常判定装置42，在此脉冲输出时间Tpls上乘以基准时间比率α，确定其整数部分为基准时间Tstp。在本实施方式中，基准时间比率α是在40％～60％的范围内，例如可通过示教器TP进行适当设定及变更。

接着，设电弧中断检测时间Tao为0、脉冲输出经过时间Tp为0(S2)。电弧中断检测时间Tao是在电弧停止时间测量装置41中进行管理的值。脉冲输出经过时间Tp是在动作控制电路21内进行管理的值。

在这些设定的完成之后开始脉冲输出(S3)。此后，等待经过取样时间Ts(S4)，进行下面的处理。

电弧停止时间测量装置41进行电流检测信号Id的监视，在取样时间Ts期间进行焊接电流Iw是否变为0的判断(S5)。再有，也可以不是严格地进行焊接电流Iw是否为0的判断，而进行焊接电流Iw的绝对值是否小于预先设定的值的判断。

在取样时间Ts期间焊接电流Iw不是0的时候(S5＝no)，电弧停止时间测量装置41将电弧中断检测时间Tao的值设定为0(S6)。

在取样时间Ts期间焊接电流Iw是0的时候(S5＝yes)，电弧停止时间测量装置41进行在电弧中断检测时间Tao的值上加1的处理(S7)。并且，异常判定装置42进行电弧中断检测时间Tao的值是否为基准时间Tstp以上的判定(S8)。在电弧中断检测时间Tao的值为基准时间Tstp以上的时候(S8＝yes)，异常判定装置42将电弧异常信号Ea发送给动作控制电路21(S9)。在动作控制电路21接收了电弧异常信号Ea的情况下，进行使焊接机器人1的动作停止的处理，终止焊接作业。

在电弧中断检测时间Tao的值为0的时候(S6)及电弧中断检测时间Tao的值没有超过基准时间Tstp的时候(S8＝no)，动作控制电路21进行在脉冲输出经过时间Tp的值上加1的处理(S10)。此后，动作控制电路21进行脉冲输出经过时间Tp的值是否为脉冲输出时间Tpls以上的判断(S11)。

在脉冲输出经过时间Tp的值为脉冲输出时间Tpls以上的时候(S11＝yes)，进行是否焊接终止的判定(S12)。焊接终止的计时例如由示教器TP指示决定。在进行有焊接终止的指示的时候(S12＝yes)，动作控制电路21进行使焊接机器人1的动作停止的处理，使焊接作业终止。在未进行焊接终止的指示的时候(S12＝no)，转移向第二工序(T2)(T13)。具体地，一面流过直流电流作为焊接电流Iw、一面使焊炬14向下一焊接位置移动。在此期间，冷却在第一工序(T1)中形成在基材W中的熔融池。第二工序(T2)结束后，返回第一工序(T1)的最初的(S1)。

在脉冲输出经过时间Tp的值不到脉冲输出时间Tpls的时候(S11＝no)，继续脉冲电流输出，返回进行再次取样时间待机的工序(S4)。

在图4的右侧部分，示出发生电弧中断时的各焊接条件值的变化状态。根据图4，在时刻t1开始脉冲输出，在时刻t2产生电弧中断。时刻t3是电弧中断检测时间Tao的值变得与基准时间Tstp相等的时刻。根据上述电弧焊接方法，在时刻t3异常判定装置42向动作控制电路21发送电弧异常信号Ea(S9)。一旦动作控制电路21接收电弧异常信号Ea，就进行使焊接机器人1的动作停止的处理。通过此处理，时刻t3中的焊丝进给速度Fv变为0。此外，在发生电弧中断的时候，虽然焊接电压Vw成为最大值的无负载电压值，但在时刻t3，焊接电压Vw也为0。

根据这种电弧焊接方法，如果在第一工序(T1)的中途，电弧中断检测时间Tao的值变为基准时间Tstp以上，就停止焊接作业，在电弧中断检测时间Tao的值不到基准时间Tstp的时候，继续焊接作业。并且，由于通过在脉冲输出时间Tpls上乘以基准时间比率α来决定基准时间Tstp，所以在产生电弧中断的时间达到进行第一工序(T1)的预定的时间的40％～60％的时候，始终能检测出异常。因此，根据这样的电弧焊接方法，通过在确实产生电弧的状态下经过实施第一工序(T1)的预定的时间中固定的比率的时间，就能防止焊珠变大、缺损。

根据上述电弧焊接方法，基准时间Tstp成为相当于设定的脉冲输出时间Tpls的40％～60％的值。为此，在第一工序(T1)的初期开始电弧中断的时候，在第一工序(T1)终止前发送电弧异常信号Ea，中断焊接作业。因此，能防止熔融池的形成不充分就向下一焊接位置转移、产生外观差的焊珠的情形。并且，通过在解决问题后不移动焊接位置就再次开始焊接作业，就能顺利地推进焊接作业。

根据本实施方式的电弧焊接方法，在第一工序(T1)的快要结束时已经开始电弧中断的时候，在比发送电弧异常信号Ea更前，脉冲输出经过时间Tp的值变为脉冲输出时间Tpls以上(S11＝yes)。为此，不中断焊接作业而开始第二工序(T2)。在第一工序(T1)的快要结束时开始电弧中断的时候，认为在引起电弧中断之前某种程度地充分进行了熔融池本身的形成，达不到焊接不良。因此，可避开不必要的焊接停止。同样地，即使在电弧中断检测时间Tao的值超过基准时间Tstp之前再次开始电弧a的时候也不需要停止焊接。即使此情况下在本实施方式中也能避开不必要的焊接停止。

在本实施方式中，虽然在第一工序(T1)的开始时进行脉冲输出时间Tpls及基准时间Tstp的设定(S1)，但也可以仅在焊接开始时及变更由示教器TP设定的脉冲输出时间和基准时间比率α时，进行这些设定。

再有，在本实施方式中，虽然动作控制电路21在接收电弧异常信号Ea时(S9)进行停止焊接作业的处理，但也可以不停止焊接机器人1而只限于对使用者进行警告。此情况下，动作控制电路21进行再次产生电弧a的处理。

此外，也可以按照需要监视第二工序(T2)中的直流电流的值。此情况下，电弧停止时间测量装置41将直流用电弧中断检测时间与电弧中断检测时间Tao分别地进行管理。在直流用电弧中断检测时间超过预先设定的时间的时候，电弧停止时间测量装置41对动作控制电路21发送传达需要再次产生电弧a的信号。根据此信号，在动作控制电路21从第二工序(T2)转移向第一工序(T1)时进行电弧a的再产生处理。

本发明的范围不限于上述的实施方式。在本发明中使用的焊接系统的各部分的具体的结构可自由地进行各种设计变更，本发明的电弧焊接方法的细节也可适当变更。例如，在上述实施方式中，虽然独立于动作控制电路21另外设置电弧停止时间测量装置41及异常判定装置42，但动作控制电路21也可以是兼为电弧停止时间测量装置41及异常判定装置42的结构。

例如，在上述实施方式中，虽然通过电弧停止时间测量装置41进行电流检测信号Id的监视来判断是否产生电弧中断，但也可以接收电压检测信号Vd并监视焊接电压Vw。在产生电弧中断的时候，焊接电压Vw成为最大值的无负载电压值。因此，在取样时间Ts期间焊接电压Vw变成比预先设定的值更高的值的情况下，通过进行在电弧中断检测时间Tao的值上加上1的处理(S7)，就能进行与监视焊接电流Iw的情形相同的电弧中断判定。

此外，在上述实施方式中，虽然第一工序(T1)中的焊接电流Iw是交流脉冲电流，但也可以是直流脉冲电流。

Claims (4)

1.一种电弧焊接方法，交替重复地进行以下两个工序：

第一工序，通过在基材和保持在焊炬上的熔化电极之间产生电弧，进行熔滴过渡；以及

第二工序，一面在上述基材和上述熔化电极之间产生电弧、一面对在上述基材中形成的熔融池进行冷却，并且使上述焊炬移动；

其特征在于，

在上述第一工序中，在上述基材和上述熔化电极之间的电压的绝对值或流过两者之间的电流的绝对值脱离预先设定的范围时，开始测定电弧中断检测时间，当在转移到上述第二工序之前的期间内，上述电弧中断检测时间比预先决定的基准时间长的时候，进行焊接异常的判定。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于，

上述基准时间通过将上述第一工序的单位时间乘以基准时间比率α来设定，其中，0％＜α＜100％。

3.根据权利要求2所述的电弧焊接方法，其特征在于，

将上述基准时间比率α设定在40％到60％的范围内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电弧焊接方法，其特征在于，

在上述第一工序中设置将上述电弧中断检测时间和上述基准时间进行比较的工序和测量上述第一工序的经过时间的工序，

仅在上述第一工序的经过时间未达到预先决定的时间的时候，进行将上述电弧中断检测时间和上述基准时间进行比较的工序。

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