CN103506748A - 等离子电弧焊接系统以及等离子电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子电弧焊接系统及等离子电弧焊接方法，适合调整主电弧中高能量部分所占区域。该系统具备：包含非消耗式电极、包围非消耗式电极的内侧喷嘴及包围内侧喷嘴的外侧喷嘴的焊枪；导引电弧电源电路；主电弧电源电路；导引电弧电源电路生成在非消耗式电极与外侧喷嘴间流通导引电弧电流的外侧喷嘴通电期间，主电弧电源电路在外侧喷嘴通电期间内在非消耗式电极与母材间流通主电弧电流，非消耗式电极包含位于第1方向侧的前端且呈沿第1方向延伸的形状，非消耗式电极的前端位于第1位置和比第1位置靠第1方向侧的第2位置，内侧喷嘴形成有内侧喷嘴开口，该开口在第1方向位于第1位置与第2位置之间。该焊接系统适合调整主电弧中高能量部分所占区域。

Description

等离子电弧焊接系统以及等离子电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及等离子电弧焊接系统以及等离子电弧焊接方法。

背景技术

从以往，等离子电弧焊接方法是公知的(参照专利文献1)。专利文献1公开的焊枪(等离子电弧焊枪)具备：阴极棒、第1喷嘴、以及第2喷嘴。第1喷嘴包围阴极棒，第2喷嘴包围第1喷嘴。一边使主电弧在阴极棒与被加工物之间产生，一边进行被加工物的加工。

主电弧中存在能量较高的高能量部分。主电弧中的高能量部分对于向被加工物的传热作出较大贡献。另外，在专利文献1公开的焊枪中，是以阴极棒和第1喷嘴和第2喷嘴被相互固定为前提的。在这样的焊枪中，不适合调整高能量部分所占的区域。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3066993号公报

发明内容

本发明鉴于上述事实而提出，其主要课题在于，提供适合调整主电弧中的高能量部分所占的区域的等离子电弧焊接系统。

根据本发明的第1侧面，提供一种等离子电弧焊接系统，具备：焊枪，其包含非消耗式电极、包围所述非消耗式电极的内侧喷嘴、以及包围所述内侧喷嘴的外侧喷嘴；导引电弧电源电路；以及主电弧电源电路，所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间流通导引电弧电流的外侧喷嘴通电期间，在所述外侧喷嘴通电期间内，所述主电弧电源电路在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流，所述非消耗式电极包含位于第1方向侧的前端，且呈沿所述第1方向延伸的形状，所述非消耗式电极的所述前端位于第1位置、以及比所述第1位置更靠所述第1方向侧的第2位置，在所述内侧喷嘴形成有内侧喷嘴开口，所述内侧喷嘴开口在所述第1方向上位于所述第1位置与所述第2位置之间。

优选地，在所述外侧喷嘴形成有外侧喷嘴开口，所述第2位置位于比所述外侧喷嘴开口更靠与所述第1方向相反的第2方向侧的位置。

优选地，所述导引电弧电源电路包含产生高频电压的高频产生部，所述导引电弧电源电路生成外侧喷嘴高频期间，所述导引电弧电源电路在所述外侧喷嘴高频期间将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间。

优选地，所述主电弧电源电路在所述外侧喷嘴通电期间中使所述主电弧电流开始流通。

优选地，所述导引电弧电源电路生成内侧喷嘴高频期间，所述导引电弧电源电路在内侧喷嘴高频期间将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间。

优选地，所述导引电弧电源电路采取第1模式以及第2模式，所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间流通导引电弧电流的内侧喷嘴通电期间，所述导引电弧电源电路在处于所述第1模式的情况下，依次生成所述内侧喷嘴高频期间、所述内侧喷嘴高频期间之后的所述内侧喷嘴通电期间、以及所述内侧喷嘴通电期间之后的所述外侧喷嘴通电期间，所述导引电弧电源电路在处于所述第2模式的情况下，依次生成所述外侧喷嘴高频期间、以及所述外侧喷嘴高频期间之后的所述外侧喷嘴通电期间。

优选地，在所述导引电弧电源电路处于所述第1模式的情况下，所述非消耗式电极的所述前端位于所述第1位置，在所述导引电弧电源电路处于所述第2模式的情况下，所述非消耗式电极的所述前端位于所述第2位置。

根据本发明的第2侧面，提供一种等离子电弧焊接系统，具备：导引电弧电源电路；以及主电弧电源电路，所述导引电弧电源电路生成在非消耗式电极与外侧喷嘴之间流通导引电弧电流的外侧喷嘴通电期间，所述主电弧电源电路在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流，所述导引电弧电源电路包含产生高频电压的高频产生部，所述导引电弧电源电路生成将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与内侧喷嘴之间的内侧喷嘴高频期间、以及将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间的外侧喷嘴高频期间。

优选地，所述导引电弧电源电路采取第1模式以及第2模式，所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间流通导引电弧电流的内侧喷嘴通电期间，所述导引电弧电源电路在处于所述第1模式的情况下，依次生成所述内侧喷嘴高频期间、所述内侧喷嘴高频期间之后的所述内侧喷嘴通电期间、以及所述内侧喷嘴通电期间之后的所述外侧喷嘴通电期间，所述导引电弧电源电路在处于所述第2模式的情况下，依次生成所述外侧喷嘴高频期间、以及所述外侧喷嘴高频期间之后的所述外侧喷嘴通电期间。

根据本发明的第3侧面，提供一种等离子电弧焊接方法，在该方法中使用焊枪，所述焊枪包含非消耗式电极、包围所述非消耗式电极的内侧喷嘴、以及包围所述内侧喷嘴的外侧喷嘴，所述非消耗式电极包含位于第1方向侧的前端，且呈沿所述第1方向延伸的形状，所述等离子电弧焊接方法包括：在使所述非消耗式电极的所述前端位于第1位置的状态下，在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流的工序；以及在使所述非消耗式电极的所述前端位于第2位置的状态下，在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流的工序，所述第2位置位于比所述第1位置更靠所述第1方向侧的位置，在所述内侧喷嘴形成有内侧喷嘴开口，所述内侧喷嘴开口在所述第1方向上位于所述第1位置与所述第2位置之间。

本发明的其他特征以及优点通过参照附图进行的下述详细的说明而更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的等离子电弧焊接系统的构成的框图。

图2是主要表示本发明的第1实施方式的等离子电弧焊接系统中的焊枪的放大截面图。

图3是主要表示本发明的第1实施方式的等离子电弧焊接系统中的焊枪的放大截面图。

图4是表示图1所示的等离子电弧焊接系统中的导引电弧电源电路的内部构成的框图。

图5是在使用了图1的等离子电弧焊接系统的等离子电弧焊接方法中的各信号等的时序图。

图6是在使用了图1的等离子电弧焊接系统的等离子电弧焊接方法中的各信号等的时序图。

图7是示意地表示在非消耗式电极的前端位于第1位置的情况下的、主电弧的高能量部分的图。

图8是示意地表示在非消耗式电极的前端位于第2位置的情况下的、主电弧的高能量部分的图。

符号说明

1 焊接机器人

11 机械手

12 焊枪

121 非消耗式电极

121a 前端

122 内侧喷嘴

122a 内侧喷嘴开口

123 外侧喷嘴

123a 外侧喷嘴开口

124 保护气体喷嘴

14 保持机构

2 动作控制电路

31 导引电弧电源电路

311、312、313、314、315、316 端子

33 导引电弧电流检测电路

35 导引电弧电流通电检测电路

41 主电弧电源电路

891 部分

A1 等离子电弧焊接系统

CG 中心气体

Dip 导引电弧电流通电检测信号

Dr 焊接进行方向

HF 高频产生部

Idp 导引电弧电流检测信号

Im 主电弧电流

Ip1 导引电弧电流

Ip2 导引电弧电流

L1 第1位置

L2 第2位置

Ma 主电弧

Ms 动作控制信号

Pa1、Pa2 导引电弧

PG 等离子气体

Pw 电力产生部

SG 保护气体

St 焊接开始信号

Sw2 高频开关

Sw3、Sw4 喷嘴开关

T71 内侧喷嘴高频期间

T72 内侧喷嘴通电期间

T81 外侧喷嘴高频期间

T82 外侧喷嘴通电期间

Vr 机器人移动速度

W 母材

X1 第1方向

X2 第2方向

具体实施方式

以下，参照附图来具体说明本发明的实施方式。

<第1实施方式>

使用图1～图8来说明本发明的第1实施方式。

图1是表示本发明的第1实施方式的等离子电弧焊接系统的构成的框图。

图1所示的等离子电弧焊接系统A1具备：焊接机器人1、动作控制电路2、导引电弧电源电路31、导引电弧电流检测电路33、导引电弧电流通电检测电路35、以及主电弧电源电路41。

焊接机器人1自动地对母材W进行等离子电弧焊接。本实施方式的母材W是薄板，母材W的厚度例如是0.1～0.5mm。焊接机器人1包含：机械手11、焊枪12、以及保持机构14。

机械手11例如是多关节机器人。焊枪12通过机械手11的驱动而能上下前后左右地自由移动。如图1、图2所示，焊枪12具有：非消耗式电极121、内侧喷嘴122、外侧喷嘴123、以及保护气体喷嘴124。本实施方式的焊枪12具有内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123的2重构造。对于焊枪12而言，保护气体喷嘴124不是必须的构成。

非消耗式电极121例如是由钨构成的金属棒。该金属棒例如呈直径2.4～3.2mm程度的圆柱状。如图2所示，将从非消耗式电极121的前端121a向着母材W的方向设为第1方向X1。第1方向X1与非消耗式电极121的延伸方向一致。另一方面，将第1方向X1的反方向设为第2方向X2。非消耗式电极121包含位于第1方向X1侧的前端121a。

内侧喷嘴122是筒状的构件。内侧喷嘴122包围非消耗式电极121。在内侧喷嘴122内流通中心气体CG。以中心气体CG为介质，在内侧喷嘴122与非消耗式电极121之间产生导引电弧Pa1。中心气体CG例如是Ar。在内侧喷嘴122与非消耗式电极121之间产生了导引电弧Pa1时，在内侧喷嘴122与非消耗式电极121之间流通导引电弧电流Ip1。在内侧喷嘴122形成有内侧喷嘴开口122a。内侧喷嘴122的内侧喷嘴开口122a向第1方向X1开放。即，在图2中，内侧喷嘴122的内侧喷嘴开口122a向下方开放。内侧喷嘴开口122a例如是直径为2.5～4mm的圆形状。内侧喷嘴开口122a的形状不限于圆形，还可以是矩形等其他的形状。

外侧喷嘴123是筒状的构件。外侧喷嘴123包围内侧喷嘴122。在外侧喷嘴123与内侧喷嘴122之间流通等离子气体PG。以等离子气体PG为介质，在外侧喷嘴123与非消耗式电极121之间产生导引电弧Pa2。等离子气体PG例如是Ar。在外侧喷嘴123与非消耗式电极121之间产生了导引电弧Pa2时，在外侧喷嘴123与非消耗式电极121之间流通导引电弧电流Ip2。在外侧喷嘴123形成有外侧喷嘴开口123a。外侧喷嘴开口123a位于比内侧喷嘴开口122a更靠第1方向X1侧。外侧喷嘴123的外侧喷嘴开口123a向第1方向X1开放。即，在图2中，外侧喷嘴123的外侧喷嘴开口123a向下方开放。外侧喷嘴开口123a例如是直径为2.5～3mm的圆形状。外侧喷嘴开口123a的形状不限于圆形，还可以是矩形等其他的形状。将外侧喷嘴123相对于内侧喷嘴122进行固定。

保护气体喷嘴124是筒状的构件。保护气体喷嘴124包围外侧喷嘴123。在保护气体喷嘴124与外侧喷嘴123之间流通保护气体SG。保护气体SG例如是Ar+H2的混合气体、或者Ar等。在非消耗式电极121与母材W之间产生主电弧Ma。在产生了主电弧Ma时，在非消耗式电极121与母材W之间流通主电弧电流Im。主电弧电流Im根据母材W的材质来选择直流还是交流的任一个。主电弧电流Im既存在是直流的脉冲电流的情况，也存在是交流的脉冲电流的情况。将保护气体喷嘴124相对于外侧喷嘴123以及内侧喷嘴122进行固定。

保持机构14保持有非消耗式电极121。具体而言，保持机构14使非消耗式电极121相对于内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123固定。

在焊枪12中，非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1以及第2位置L2。图2示出了非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1的状态。图3示出了非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2的状态。第1位置L1位于内侧喷嘴122内。第2位置L2比第1位置L1更靠第1方向X1侧。在本实施方式中，在第1方向X1上，内侧喷嘴开口122a位于第1位置L1与第2位置L2之间。优选地，第2位置L2比外侧喷嘴开口123a更靠第2方向X2侧。与本实施方式不同，第2位置L2可以位于比外侧喷嘴开口123a更靠第1方向X1侧。在本实施方式中，等离子电弧焊接系统A1的用户通过自身的手来决定非消耗式电极121的位置。

动作控制电路2具有微机以及存储器(均省略图示)。在该存储器中存储有对焊接机器人1的各种的动作进行了设定的作业程序。动作控制电路2对机器人移动速度Vr进行控制。机器人移动速度Vr是沿着母材W的焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的速度。动作控制电路2基于上述作业程序、来自焊接机器人1中的编码器的座标情报、以及机器人移动速度Vr等，来对焊接机器人1发送动作控制信号Ms。焊接机器人1接受动作控制信号Ms，使机械手11驱动，焊枪12移动至母材W中的给定的焊接开始位置，或者沿母材W的面内方向移动。动作控制电路2发送焊接开始信号St。另一方面，动作控制电路2接受导引电弧电流通电检测信号Dip。

导引电弧电源电路31在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间流通导引电弧电流Ip1。另外，导引电弧电源电路31在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间流通导引电弧电流Ip2。

图4是表示图1所示的等离子电弧焊接系统A1中的导引电弧电源电路31的内部构成的框图。

如图4(a)所示，导引电弧电源电路31具有：电力产生部Pw、高频产生部HF、高频开关Sw2、喷嘴开关Sw3以及喷嘴开关Sw4。

电力产生部Pw例如将3相200V等的商用电源作为输入，来进行转换器控制、晶闸管相位控制等的输出控制。

高频产生部HF用于使高频电压产生。由高频产生部HF产生的电压的频率例如是1～10MHz。另外，由高频产生部HF产生的电压的电压值是1～10kV，非常大。

高频开关Sw2切换电力产生部Pw与高频产生部HF连接着的状态、以及电力产生部Pw与高频产生部HF未连接的状态。

喷嘴开关Sw3在高频开关Sw2与端子311连接着的情况下，切换电力产生部Pw以及高频产生部HF均与内侧喷嘴122连接着的状态、以及电力产生部Pw以及高频产生部HF均与外侧喷嘴123连接着的状态。

喷嘴开关Sw4在高频开关Sw2与端子312连接着的情况下，切换电力产生部Pw与内侧喷嘴122连接着的状态、以及电力产生部Pw与外侧喷嘴123连接着的状态。

导引电弧电源电路31通过高频开关Sw2、喷嘴开关Sw3、喷嘴开关Sw4的切换形态，来生成以下的4个期间(内侧喷嘴高频期间T71、内侧喷嘴通电期间T72、外侧喷嘴高频期间T81、以及外侧喷嘴通电期间T82)。

图4(a)示出了导引电弧电源电路31生成了内侧喷嘴高频期间T71的状态。在导引电弧电源电路31生成了内侧喷嘴高频期间T71的状态时，高频开关Sw2与端子311连接且喷嘴开关Sw3与端子313连接。在此情况下，在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间流通导引电弧电流Ip1。另外，由高频产生部HF对非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间施加高频电压。

图4(b)示出导引电弧电源电路31生成了内侧喷嘴通电期间T72的状态。在导引电弧电源电路31生成了内侧喷嘴通电期间T72的状态时，高频开关Sw2与端子312连接且喷嘴开关Sw4与端子315连接。在此情况下，在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间流通导引电弧电流Ip1。另外，对非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间不施加高频电压。

图4(c)示出导引电弧电源电路31生成了外侧喷嘴高频期间T81的状态。在导引电弧电源电路31生成了外侧喷嘴高频期间T81的状态时，高频开关Sw2与端子311连接且喷嘴开关Sw3与端子314连接。在此情况下，在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间流通导引电弧电流Ip2。另外，由高频产生部HF对非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间施加高频电压。

图4(d)示出导引电弧电源电路31生成了外侧喷嘴通电期间T82的状态。在导引电弧电源电路31生成了外侧喷嘴通电期间T82的状态时，高频开关Sw2与端子312连接且喷嘴开关Sw4与端子316连接。在此情况下，在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间流通导引电弧电流Ip2。另外，对非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间不施加高频电压。

这样的导引电弧电源电路31采取第1模式以及第2模式。导引电弧电源电路31在第1模式的情况下，依次生成内侧喷嘴高频期间T71、内侧喷嘴高频期间T71之后的内侧喷嘴通电期间T72、以及内侧喷嘴通电期间T72之后的外侧喷嘴通电期间T82。另一方面，导引电弧电源电路31在第2模式的情况下，依次生成外侧喷嘴高频期间T81、以及外侧喷嘴高频期间T81之后的外侧喷嘴通电期间T82。

图1所示的导引电弧电流检测电路33用于检测非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间流通的导引电弧电流Ip2的电流值。导引电弧电流检测电路33发送与导引电弧电流Ip2的电流值对应的导引电弧电流检测信号Idp。

导引电弧电流通电检测电路35用于检测导引电弧电流Ip2的通电的开始。导引电弧电流通电检测电路35若检测到导引电弧电流Ip2的通电，则发送导引电弧电流通电检测信号Dip。导引电弧电流通电检测电路35例如通过比较导引电弧电流Ip2的电流值与某阈值，来检测导引电弧电流Ip2的通电的开始。

主电弧电源电路41例如以3相200V等的商用电源为输入，来进行转换器控制、晶闸管相位控制等的输出控制。由此，主电弧电源电路41在非消耗式电极121与母材W之间流通主电弧电流Im。主电弧电源电路41进行控制以使主电弧电流Im的电流值成为所设定的值。

主电弧电源电路41从动作控制电路2接受焊接开始信号St。主电弧电源电路41若接受到焊接开始信号St，则开始主电弧电流Im的通电。

接下来，进一步使用图5、图6来说明使用了等离子电弧焊接系统A1的电弧焊接方法。

图5是使用了图1的等离子电弧焊接系统A1的等离子电弧焊接方法中的各信号等的时序图。在图5中，(a)示出导引电弧电流Ip1的电流值，(b)示出导引电弧电流Ip2的电流值，(c)示出焊接开始信号St，(d)示出主电弧电流Im，(e)示出导引电弧电流通电检测信号Dip，(f)示出机器人移动速度Vr，(g)示出高频电压的施加的有无的各自的变化状态。在图5的最下部，记载了导引电弧电源电路31生成的期间。

在参照图5说明的焊接方法中，导引电弧电源电路31成为了上述的第1模式。而且，本焊接方法是以使非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1的状态来进行的(参照图2)。在开始参照图5说明的焊接方法前，等离子电弧焊接系统A1的用户以自身的手使非消耗式电极121移动，以使非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1。

<内侧喷嘴高频期间T71(时刻t11～时刻t13)>

在时刻t11，对导引电弧电源电路31发送导引电弧电流通电开始信号(省略图示)。由此，导引电弧电源电路31开始内侧喷嘴高频期间T71。如此，如图5(g)所示，从时刻t11起，导引电弧电源电路31对非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间施加高频电压。由此，在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间产生导引电弧Pa1。若产生导引电弧Pa1，则如图5(a)所示，在时刻t12，导引电弧电流Ip1的通电开始。导引电弧电流Ip1的电流值例如是3～20A。此外，在流通导引电弧电流Ip1的期间，中心气体CG在内侧喷嘴122内流通。

<内侧喷嘴通电期间T72(时刻t13～时刻t14)>

从时刻t13起，导引电弧电源电路31开始内侧喷嘴通电期间T72。如此，如图5(g)所示，在时刻t13，导引电弧电源电路31停止高频电压的施加。如图5(a)所示，在从时刻t13起以后，导引电弧电源电路31继续导引电弧电流Ip1的通电。时刻t12～时刻t14的长度例如是4～5秒。

<外侧喷嘴通电期间T82(时刻t14起以后)>

从时刻t14起，导引电弧电源电路31开始外侧喷嘴通电期间T82。若导引电弧电源电路31开始外侧喷嘴通电期间T82，则在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间产生的导引电弧Pa1向非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间的导引电弧Pa2转移。由此，如图5(a)所示，非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间的导引电弧电流Ip1的通电停止。然后，如图5(b)所示，在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间，导引电弧电流Ip2的通电开始。导引电弧电流Ip2的电流值例如是3～20A。在流通导引电弧电流Ip2的期间，等离子气体PG在内侧喷嘴122与外侧喷嘴123之间流通。

如图5(e)所示，若导引电弧电流Ip2的通电开始，则导引电弧电流通电检测电路35将导引电弧电流通电检测信号Dip送至动作控制电路2。

在时刻t14，动作控制电路2若接受到导引电弧电流通电检测信号Dip，则如图5(c)所示，在从接受到导引电弧电流通电检测信号Dip的时刻起经过了一定程度的时间后的时刻t15，生成焊接开始信号St。而且，焊接开始信号St从动作控制电路2被送至主电弧电源电路41。主电弧电源电路41若接受到焊接开始信号St，则对非消耗式电极121与母材W之间施加电压。在非消耗式电极121的前端121a附近的空间，由导引电弧Pa2形成了等离子气氛。故而，被导引电弧Pa2激发，在非消耗式电极121与母材W之间产生主电弧Ma。由此，如图5(d)所示，在时刻t15，主电弧电流Im的通电开始。主电弧电流Im的电流值例如是5～7A。时刻t14～时刻t15的长度例如是1～2秒。

在本实施方式中，从时刻t15起以后，导引电弧电流Ip2的通电持续。与本实施方式不同，可以在主电弧电流Im的通电开始后停止导引电弧电流Ip2的通电。

如图5(f)所示，在时刻t15，动作控制电路2将用于使机器人移动速度Vr为预定的速度的动作控制信号Ms送至焊接机器人1。由此，在时刻t15，焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动开始。如此，从时刻t15起，等离子电弧焊接系统A1一边使主电弧电流Im在非消耗式电极121与母材W之间通电，一边进行稳态焊接。此外，焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动开始不需要与主电弧电流Im的通电的开始同时。例如，可以在主电弧电流Im的通电后(时刻t15后)或通电前(时刻t15前)，开始焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动。

在流通主电弧电流Im的期间，等离子气体PG在内侧喷嘴122与外侧喷嘴123之间流通，保护气体SG在外侧喷嘴123与保护气体喷嘴124之间流通。另一方面，在流通主电弧电流Im的期间，在内侧喷嘴122内未流通中心气体CG。故而，非消耗式电极121的前端121a的周围成为了无气流状态。通过使非消耗式电极121的前端121a的周围成为了无气流状态，来防止因非消耗式电极121的氧化等所带来的消耗。由此，非消耗式电极121的寿命变长。

图7是示意地表示在非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1的情况下的、主电弧Ma的高能量部分的图。在图7中，以阴影来示出了高能量部分。如图7所示，在非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1的情况下，主电弧Ma受内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123约束(参照图2)。将在主电弧Ma被内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123约束的状态下进行的焊接称为2重喷嘴式的焊接。在2重喷嘴式的焊接中，主电弧Ma中的高能量部分所占的区域的、与第1方向X1垂直的平面所成的截面不依赖于与前端121a的距离而大致恒定。故而，即使前端121a与母材W之间的距离些许变化(即，外侧喷嘴开口123a与母材W之间的距离些许变化)，对母材W的热输入面积也不怎么变化。由此，即使前端121a与母材W之间的距离些许变化，也能进行适当的焊接。

图6是使用了图1的等离子电弧焊接系统A1的等离子电弧焊接方法中的各信号等的时序图。图6(a)～(g)表示与图5(a)～(g)分别同样的信号等。

在参照图6说明的焊接方法中，导引电弧电源电路31成为了上述的第2模式。而且，本焊接方法是以使非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2的状态来进行的(参照图3)。在开始参照图6说明的焊接方法前，等离子电弧焊接系统A1的用户以自身的手使非消耗式电极121移动，以使非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2。

<外侧喷嘴高频期间T81(时刻t21～时刻t23)>

在时刻t21，对导引电弧电源电路31发送导引电弧电流通电开始信号(省略图示)。由此，导引电弧电源电路31开始外侧喷嘴高频期间T81。如此，如图6(g)所示，从时刻t21起，导引电弧电源电路31对非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间施加高频电压。由此，在时刻t22，在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间产生导引电弧Pa2。若产生导引电弧Pa2，则如图6(b)所示，导引电弧电流Ip2的通电开始。导引电弧电流Ip2的电流值例如是3～20A。此外，在流通导引电弧电流Ip2的期间，等离子气体PG在内侧喷嘴122与外侧喷嘴123之间流通。

如图6(e)所示，若导引电弧电流Ip2的通电开始，则导引电弧电流通电检测电路35将导引电弧电流通电检测信号Dip送至动作控制电路2。

<外侧喷嘴通电期间T82(时刻t23起以后)>

从时刻t23起，导引电弧电源电路31开始外侧喷嘴通电期间T82。如此，如图6(g)所示，在时刻t23，导引电弧电源电路31停止高频电压的施加。如图6(a)所示，从时刻t23起以后，导引电弧电源电路31持续导引电弧电流Ip2的通电。

在时刻t22，动作控制电路2若接受到导引电弧电流通电检测信号Dip，则如图6(c)所示，在从接受到导引电弧电流通电检测信号Dip的时刻起经过了一定程度的时间后的时刻t24，生成焊接开始信号St。而且，焊接开始信号St从动作控制电路2被送至主电弧电源电路41。主电弧电源电路41若接受到焊接开始信号St，则对非消耗式电极121与母材W之间施加电压。在非消耗式电极121的前端121a附近的空间，由导引电弧Pa2形成了等离子气氛。故而，被导引电弧Pa2激发，在非消耗式电极121与母材W之间产生主电弧Ma。由此，如图6(d)所示，在时刻t24，主电弧电流Im的通电开始。主电弧电流Im的电流值例如是5～7A。

在本实施方式中，从时刻t24起以后，导引电弧电流Ip2的通电持续。与本实施方式不同，可以在主电弧电流Im的通电开始后停止导引电弧电流Ip2的通电。

如图6(f)所示，在时刻t24，动作控制电路2将用于使机器人移动速度Vr为预定的速度的动作控制信号Ms送至焊接机器人1。由此，在时刻t24，焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动开始。如此，从时刻t24起，等离子电弧焊接系统A1一边使主电弧电流Im在非消耗式电极121与母材W之间通电，一边进行稳态焊接。此外，焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动开始不需要与主电弧电流Im的通电的开始同时。例如，可以在主电弧电流Im的通电后(时刻t24后)、或通电前(时刻t24前)，开始焊接进行方向Dr上的、非消耗式电极121相对于母材W的移动。

在流通主电弧电流Im的期间，等离子气体PG在内侧喷嘴122与外侧喷嘴123之间流通，保护气体SG在外侧喷嘴123与保护气体喷嘴124之间流通。另一方面，在参照图6说明的电弧焊接方法中，始终在内侧喷嘴122内不流通中心气体CG。

图8是示意地表示在非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2的情况下的、主电弧Ma的高能量部分的图。在图8中，以阴影来示出了高能量部分。如图8所示，在非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2的情况下，主电弧Ma不受内侧喷嘴122约束而受外侧喷嘴123约束(参照图3)。将在主电弧Ma不被内侧喷嘴122约束而被外侧喷嘴123约束的状态下进行的焊接称为1重喷嘴式的焊接。在1重喷嘴式的焊接中，主电弧Ma中的高能量部分所占的区域的、与第1方向X1垂直的平面所成的截面较大地依赖于与前端121a的距离。特别在图8的部分891处能量集中。通过以部分891与母材W重叠的状态来进行焊接，能集中于母材W中的更窄的区域来供热。这样的1重喷嘴式的焊接例如适合T角焊缝。

接下来，说明本实施方式的作用效果。

在本实施方式中，非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1、以及比第1位置L1更靠第1方向X1侧的第2位置L2。在内侧喷嘴122形成内侧喷嘴开口122a，内侧喷嘴开口122a在第1方向X1上位于第1位置L1与第2位置L2之间。基于这样的构成，在前端121a位于第1位置L1的情况下，主电弧Ma受内侧喷嘴122约束。另一方面，在前端121a位于第2位置L2的情况下，主电弧Ma不受内侧喷嘴122约束。如此，基于本实施方式，能使内侧喷嘴122带给主电弧Ma的约束状态不同。因此，等离子电弧焊接系统A1适合调整主电弧Ma中的高能量部分所占的区域。

在本实施方式中，在外侧喷嘴123形成有外侧喷嘴开口123a，第2位置L2位于比外侧喷嘴开口123a更靠与第1方向X1相反的第2方向X2侧的位置。基于这样的构成，在前端121a位于第1位置L1的情况下，主电弧Ma受内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123约束。在此情况下，如上所述，能进行2重喷嘴式的焊接。另一方面，在前端121a位于第2位置L2的情况下，主电弧Ma不受内侧喷嘴122约束，但受外侧喷嘴123约束。在此情况下，如上所述，能进行1重喷嘴式的焊接。因此，基于本实施方式，能进行2重喷嘴式的焊接、1重喷嘴式的焊接的多类型的焊接。由此，能由等离子电弧焊接系统A1来进行各种对母材W的焊接。

在本实施方式中，导引电弧电源电路31包含产生高频电压的高频产生部HF。导引电弧电源电路31生成外侧喷嘴高频期间T81。导引电弧电源电路31在外侧喷嘴高频期间T81将由高频产生部HF产生的高频电压施加至非消耗式电极121以及外侧喷嘴123之间。基于这样的构成，在前端121a位于第2位置L2的情况下，适合使导引电弧Pa2在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间产生。

在本实施方式中，导引电弧电源电路31生成内侧喷嘴高频期间T71。导引电弧电源电路31在内侧喷嘴高频期间T71将由高频产生部HF产生的高频电压施加至非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间。基于这样的构成，在前端121a位于第1位置L1的情况下，适合使导引电弧Pa1在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间产生。

本发明不限于上述的实施方式。本发明的各部的具体的构成能自由地进行各种设计变更。

在上述的说明中示出了等离子电弧焊接系统A1的用户以自身的手来使非消耗式电极121的前端121a的位置移动的例子，但本发明不限于此。例如，等离子电弧焊接系统A1可以具备使非消耗式电极121移动的移动机构。而且，移动机构可以自动使非消耗式电极121移动。另外，在自动地使非消耗式电极121移动的情况下，不必一定在焊接开始前使非消耗式电极121移动。也可以在焊接途中使非消耗式电极121的前端121a从第1位置L1移动至第2位置L2。反之，还可以在焊接途中使非消耗式电极121的前端121a从第2位置L2移动至第1位置L1。

在上述的说明中示出了高频产生部HF与内侧喷嘴122以及外侧喷嘴123均连接的例子，但本发明不限于此。例如，高频产生部HF也可以仅与内侧喷嘴122连接。此时，即使是在以使非消耗式电极121的前端121a位于第2位置L2的状态来进行焊接的情况下，也可以首先在非消耗式电极121与内侧喷嘴122之间使导引电弧Pa1产生。或者，可以使高频产生部HF仅与外侧喷嘴123连接。在此情况下，即使是以使非消耗式电极121的前端121a位于第1位置L1的状态来进行焊接的情况下，也可以首先在非消耗式电极121与外侧喷嘴123之间使导引电弧Pa2产生。

Claims (10)

1.一种等离子电弧焊接系统，具备：

焊枪，其包含非消耗式电极、包围所述非消耗式电极的内侧喷嘴、以及包围所述内侧喷嘴的外侧喷嘴；

导引电弧电源电路；以及

主电弧电源电路，

所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间流通导引电弧电流的外侧喷嘴通电期间，

在所述外侧喷嘴通电期间内，所述主电弧电源电路在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流，

所述非消耗式电极包含位于第1方向侧的前端，且呈沿所述第1方向延伸的形状，

所述非消耗式电极的所述前端位于第1位置、以及比所述第1位置更靠所述第1方向侧的第2位置，

在所述内侧喷嘴形成有内侧喷嘴开口，所述内侧喷嘴开口在所述第1方向上位于所述第1位置与所述第2位置之间。

2.根据权利要求1所述的等离子电弧焊接系统，其中，

在所述外侧喷嘴形成有外侧喷嘴开口，所述第2位置位于比所述外侧喷嘴开口更靠与所述第1方向相反的第2方向侧的位置。

3.根据权利要求1或2所述的等离子电弧焊接系统，其中，

所述导引电弧电源电路包含产生高频电压的高频产生部，

所述导引电弧电源电路生成外侧喷嘴高频期间，所述导引电弧电源电路在所述外侧喷嘴高频期间将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间。

4.根据权利要求3所述的等离子电弧焊接系统，其中，

所述主电弧电源电路在所述外侧喷嘴通电期间中使所述主电弧电流开始流通。

5.根据权利要求3或4所述的等离子电弧焊接系统，其中，

所述导引电弧电源电路生成内侧喷嘴高频期间，所述导引电弧电源电路在内侧喷嘴高频期间将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间。

6.根据权利要求5所述的等离子电弧焊接系统，其中，

所述导引电弧电源电路采取第1模式以及第2模式，

所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间流通导引电弧电流的内侧喷嘴通电期间，

所述导引电弧电源电路在处于所述第1模式的情况下，依次生成所述内侧喷嘴高频期间、所述内侧喷嘴高频期间之后的所述内侧喷嘴通电期间、以及所述内侧喷嘴通电期间之后的所述外侧喷嘴通电期间，

所述导引电弧电源电路在处于所述第2模式的情况下，依次生成所述外侧喷嘴高频期间、以及所述外侧喷嘴高频期间之后的所述外侧喷嘴通电期间。

7.根据权利要求6所述的等离子电弧焊接系统，其中，

在所述导引电弧电源电路处于所述第1模式的情况下，所述非消耗式电极的所述前端位于所述第1位置，在所述导引电弧电源电路处于所述第2模式的情况下，所述非消耗式电极的所述前端位于所述第2位置。

8.一种等离子电弧焊接系统，具备：

导引电弧电源电路；以及

主电弧电源电路，

所述导引电弧电源电路生成在非消耗式电极与外侧喷嘴之间流通导引电弧电流的外侧喷嘴通电期间，

所述主电弧电源电路在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流，

所述导引电弧电源电路包含产生高频电压的高频产生部，

所述导引电弧电源电路生成将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与内侧喷嘴之间的内侧喷嘴高频期间、以及将由所述高频产生部产生的高频电压施加至所述非消耗式电极与所述外侧喷嘴之间的外侧喷嘴高频期间。

9.根据权利要求8所述的等离子电弧焊接系统，其中，

所述导引电弧电源电路采取第1模式以及第2模式，

所述导引电弧电源电路生成在所述非消耗式电极与所述内侧喷嘴之间流通导引电弧电流的内侧喷嘴通电期间，

所述导引电弧电源电路在处于所述第1模式的情况下，依次生成所述内侧喷嘴高频期间、所述内侧喷嘴高频期间之后的所述内侧喷嘴通电期间、以及所述内侧喷嘴通电期间之后的所述外侧喷嘴通电期间，

所述导引电弧电源电路在处于所述第2模式的情况下，依次生成所述外侧喷嘴高频期间、以及所述外侧喷嘴高频期间之后的所述外侧喷嘴通电期间。

10.一种等离子电弧焊接方法，在该方法中使用焊枪，所述焊枪包含非消耗式电极、包围所述非消耗式电极的内侧喷嘴、以及包围所述内侧喷嘴的外侧喷嘴，

所述非消耗式电极包含位于第1方向侧的前端，且呈沿所述第1方向延伸的形状，

所述等离子电弧焊接方法包括：

在使所述非消耗式电极的所述前端位于第1位置的状态下，在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流的工序；以及

在使所述非消耗式电极的所述前端位于第2位置的状态下，在所述非消耗式电极与母材之间流通主电弧电流的工序，

所述第2位置位于比所述第1位置更靠所述第1方向侧的位置，

在所述内侧喷嘴形成有内侧喷嘴开口，所述内侧喷嘴开口在所述第1方向上位于所述第1位置与所述第2位置之间。

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