CN108057949A

CN108057949A - 等离子电弧焊接的起弧控制方法

Info

Publication number: CN108057949A
Application number: CN201710982798.8A
Authority: CN
Inventors: 森大辅
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: CN108057949B; JP2018075582A; KR102302068B1; JP6728022B2; KR20180051384A

Abstract

本发明提供等离子电弧焊接的起弧控制方法。在等离子电弧焊接中，即使在间距长时也会确实地使主电弧产生，且使焊接开始时的焊接品质良好。若流过等离子气体(Fp)，使导引电弧产生，输出启动信号(Om)则使主电弧(Cm)产生，在这样的等离子电弧焊接的起弧控制方法中，具备：第1工序，在输出启动信号(Om)的时间点(t1)到经过预先确定的初始期间的时刻(t2)为止，将等离子气体的流量(Fp)设定为预先确定的初始值；第2工序，在初始期间中未产生主电弧(Cm)时，使等离子气体的流量(Fp)以一定斜率增加；和第3工序，产生主电弧(Cm)后使等离子气体的流量(Fp)变化到预先确定的稳态值。

Description

等离子电弧焊接的起弧控制方法

技术领域

本发明涉及等离子电弧焊接的起弧控制方法，在该方法中，流过等离子气体，使导引电弧产生，若输出启动信号就使主电弧产生。

背景技术

等离子电弧焊接能通过利用高能量密度的等离子电弧来进行薄板的高速焊接或厚板的贯通焊接。在等离子电弧焊接中，使导引电弧产生，用该导引电弧诱发主电弧从而开始焊接。在焊接开始时，为了使焊接品质良好，使焊接作业效率化，从导引电弧平稳地使主电弧产生是重要的。

为了从导引电弧平稳地诱发主电弧，等离子气体的流量变得重要。在专利文献1的发明中，使焊接开始时的等离子气体的流量大于焊接中的等离子气体的流量，来拉伸导引电弧的电弧长度，从而使主电弧平稳地产生。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭61-82975号公报

若如现有技术那样使焊接开始时的等离子气体的流量大于焊接中的等离子气体的流量，则主电弧的产生变得平稳。特别是，若焊炬前端-母材间距离(以下称作间距(Standoff))变长，就会变得难以产生主电弧。若在这样的状态时运用现有技术，就有主电弧的产生变得平稳的效果。

但若加大焊接开始时的等离子气体的流量，导引电弧所引起的电弧压力就会增大。为此在薄板焊接时，有因导引电弧的电弧压力而发生焊穿这样的问题。另外，在厚板焊接中，也有会因导引电弧的电弧压力而母材表面熔融，从而焊接开始时的焊道外观变差这样的问题。

发明内容

为此，在本发明中，目的在于，提供等离子电弧焊接的起弧控制方法，其在间距长的情况下，也能使主电弧平稳地产生，且能使焊接开始时的焊接品质良好。

为了解决上述的课题，在技术方案1的发明的等离子电弧焊接的起弧控制方法中，若流过等离子气体，使导引电弧产生，输出启动信号则使主电弧产生，所述等离子电弧焊接的起弧控制方法的特征在于，具备：第1工序，从输出所述启动信号的时间点到经过预先确定的初始期间为止将所述等离子气体的流量设定为预先确定的初始值；第2工序，在所述初始期间中未产生所述主电弧时，使所述等离子气体的流量以一定斜率增加；和第3工序，若产生所述主电弧，则使所述等离子气体的流量变化为预先确定的稳态值。

技术方案2的发明在技术方案1的等离子电弧焊接的起弧控制方法的基础上，特征在于，对所述第2工序中的所述等离子气体的增加设置预先确定的上限值。

技术方案3的发明在技术方案1或技术方案2的等离子电弧焊接的起弧控制方法的基础上，特征在于，在从输出了所述启动信号的时间点起经过预先确定的基准时间也仍产生所述主电弧时，报知起弧异常。

发明的效果

根据本发明，在间距长的情况下，也能使主电弧平稳地产生，能使焊接开始时的焊接品质良好。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的等离子电弧焊接的起弧控制方法的焊接装置的框图。

图2是图1中上述的焊接装置中的各信号的时序图。

标号的说明

1 电极

2 母材

3M 主电弧

3P 导引电弧

4 等离子气体喷嘴

5 保护气体喷嘴

6 等离子气体钢瓶

7 等离子气体

8 保护气体钢瓶

9 保护气体

AR 报知电路

CM 主电弧电流通电判别电路

Cm 主电弧电流通电判别信号

FP 等离子气体流量调整器

Fp 等离子气体流量

FR 等离子气体流量设定电路

Fr 等离子气体流量设定信号

FS 保护气体流量调整器

Fs 保护气体流量

GP 等离子气体电磁阀

GS 保护气体电磁阀

Im 主电弧电流

IR 主电弧电流设定电路

Ir 主电弧电流设定信号

MPS 主电弧用电源

OM 启动电路

Om 启动信号

OP 导引电弧开始电路

Op 导引电弧开始信号

PPS 导引电弧用电源

SM 主电弧用开关

SP 导引电弧用开关

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的等离子电弧焊接的起弧控制方法的焊接装置的框图。以下参考同图来说明各方块。

焊炬主要由电极1、包围其的等离子气体喷嘴4以及包围其的保护气体喷嘴5构成。在电极1中使用钨电极等。

导引电弧开始电路OP输出在使导引电弧3p产生时成为高电平的导引电弧开始信号Op。该导引电弧开始电路OP例如是设于焊接装置的前面板的开关。若该开关接通，则导引电弧开始信号Op成为高电平被输出。

启动电路OM输出在使主电弧3m产生时成为高电平的启动信号Om。该启动电路OM是设于焊炬的焊炬开关。另外，启动电路OM也有设于机器人控制装置内的情况。

等离子气体流量设定电路FR，将上述的启动信号Om以及后述的主电弧电流通电判别信号Cm作为输入，输出用于设定图2后述的等离子气体流量Fp的等离子气体流量设定信号Fr。

等离子气体电磁阀GP，开闭状态通过上述的导引电弧开始信号Op被控制。若导引电弧开始信号Op成为高电平，则等离子气体电磁阀GP成为开状态，流过来自等离子气体钢瓶6的等离子气体7。

等离子气体流量调整器FP将等离子气体7的流量调整成由上述的等离子气体流量设定信号Fr确定的值。

保护气体流量调整器FS调整来自保护气体钢瓶8的保护气体9的流量。流量的调整通过手动操作保护气体流量调整器FS的主体的旋钮来进行。保护气体9的流量例如被调整为10公升/分钟。

保护气体电磁阀GS，开闭状态通过上述的启动信号Om被控制。若启动信号Om成为高电平，则保护气体电磁阀Gs成为开状态，流过保护气体9。

在等离子气体喷嘴4内流过等离子气体7。另外，在保护气体喷嘴5内流过保护气体9。在等离子气体7以及保护气体9中多使用氩。导引电弧3p在电极1与等离子气体喷嘴4之间产生，主电弧3m在电极1与母材2之间产生。由导引电弧3p诱发而产生主电弧3m。电极1成为负极，等离子气体喷嘴4成为正极，从而产生导引电弧3p。电极1成为负极，母材2成为正极，从而产生主电弧3m。

导引电弧用电源PPS是具有恒电流特性或下降特性的电源，通过该电源使导引电弧3P产生。导引电弧用开关SP按照上述的导引电弧开始信号Op进行上述的导引电弧用电源PPS的接通/断开。作为该导引电弧用开关SP而使用继电器、半导体开关元件等。

主电弧电流设定电路IR输出预先确定的主电弧电流设定信号Ir。主电弧用电源MPS是将该主电弧电流设定信号Ir作为输入、具有恒电流特性或下降特性的电源，通电由主电弧电流设定信号Ir确定的主电弧电流Im来使主电弧3M产生。主电弧用开关SM按照上述的启动信号Om来进行上述的主电弧用电源MPS的接通/断开。作为该主电弧用开关SM，使用继电器、半导体开关元件等。

主电弧电流通电判别电路CM，输出主电弧电流Im通电时成为高电平的主电弧电流判别信号Cm。

报知电路AR将上述的启动信号Om以及上述的主电弧电流通电判别信号Cm作为输入，在从启动信号Om变化为高电平(启动)的时间点起经过预先确定的基准时间主电弧电流通电判别信号Cm也未变化为高电平(通电)时，报知起弧异常。报知单元是声音、异常灯的点亮、报警信号向外部的输出等。另外，也可以与该报知联动使启动信号Om强制成为低电平，从而停止来自焊接装置的输出。

图2是图1中上述的焊接装置中的各信号的时序图。同图(A)表示导引电弧开始信号Op的时间变化，同图(B)表示启动信号Om的时间变化，同图(C)表示等离子气体流量Fp[公升/分钟]的时间变化，同图(D)表示保护气体流量Fs[公升/分钟]的时间变化，同图(E)表示主电弧电流通电判别信号Cm的时间变化。以下参考同图以及图1来进行说明。

焊接作业者在开始焊接作业时在焊接装置连接商用交流电源，使导引电弧开始电路OP的开关成为接通。由于对此做出响应，导引电弧开始信号Op变化为高电平而输出，因此导引电弧用开关SP成为闭状态，在电极1与等离子气体喷嘴4之间施加电压。同时等离子气体电磁阀GP成为开状态，流过等离子气体7。这时的等离子气体流量Fp成为由等离子气体流量设定信号Fr确定的预先确定的初始值，被等离子气体流量调整器FP调整流量。其结果，在电极1与等离子气体喷嘴4之间产生导引电弧3p。上述的初始值是0.2～0.5公升/分钟程度。导引电弧3p的电流值为5～15A程度。在焊接多个工件(母材2)的期间中，维持产生导引电弧3p的状态。即，直到使导引电弧3p为止都成为焊接的前准备。

从时刻t1起移转到开始焊接的工序。从该时刻t1以前起，就如上述那样，如同图(A)所示那样导引电弧开始信号Op成为高电平，如同图(C)所示那样等离子气体流量Fp成为初始值。

(第1工序)

若在时刻t1由焊接作业者接通启动电路OM的开关，则如同图(B)所示那样，启动信号Om变化为高电平。对此做出响应，主电弧用开关SM成为闭状态，在电极1与母材2之间施加无负载电压。同时保护气体电磁阀GS成为开状态，流过保护气体9。如同图(D)所示那样，保护气体流量Fs成为被保护气体流量调整器FS调整过的值。保护气体流量Fs在焊接中是恒定值，成为10公升/分钟程度。由于在时刻t1～t2的预先确定的初始期间中未产生主电弧3m，因此如同图(C)所示那样，等离子气体流量Fp保持初始值不变。初始期间被设定为0.5～1.0秒程度。

(第2工序)

从时刻t2起，等离子气体流量Fp以预先确定的增加率增加。该增加直到产生主电弧3m为止一直持续。增加率被设定为每1秒0.2～1.0公升/分钟程度。伴随等离子气体流量Fp增加，导引电弧3p的电弧长度变长，更强地诱发主电弧3m的产生。

(第3工序)

由于若在时刻t3产生主电弧3m，则通电主电弧电流Im，因此如同图(E)所示那样主电弧电流通电判别信号Cm变化为高电平。对此做出响应，如同图(C)所示那样等离子气体流量Fp变化到预先确定的稳态值。该稳态值对应于板厚被设定为0.2～3.5公升/分钟程度。主电弧电流Im被设定为50～250A程度。

由于若在时刻t4结束第1个工件的焊接，则焊接作业者就断开启动电路OM的开关，因此如同图(B)所示那样，启动信号Om变化为低电平。由于对此做出响应，主电弧用开关SM成为开状态，主电弧电流Im的通电停止，因此如同图(E)所示那样，主电弧电流通电判别信号Cm成为低电平。由于同时保护气体电磁阀GM成为闭状态，因此如同图(D)所示那样，保护气体流量Fs成为0。但由于如同图(A)所示那样导引电弧开始电路OP的开关保持接通不变，因此导引电弧用开关SP保持闭状态不变，维持产生导引电弧3p的状态。另外，由于等离子气体电磁阀GP维持开状态不变，因此等离子气体7维持流动。但如同图(C)所示那样等离子气体流量fp从稳态值变化为初始值。虽然在同图中是稳态值＝初始值的情况，但有时也设为不同的值。在开始下一工件的焊接时，再度重复从时刻t1起的动作。

在时刻t1～t2的初始期间中产生主电弧3m的情况下，立即移转到时刻t3的动作，等离子气体流量Fp变化到稳态值。

以下说明本实施方式的作用效果。从在时刻t1启动信号Om变化为高电平的时间点起，在初始期间中将等离子气体流量Fp设为小的值，并等待主电弧3m的产生。由于若在该初始期间中产生主电弧3m，则等离子气体流量Fp为小的值，因此焊接开始时的焊接品质良好。在间距处于适合距离(2～5mm程度)的范围时，几乎都在该期间中产生主电弧3m。在间距长于适合距离的情况下(5～9mm程度)，不在初始期间中产生主电弧3m的情况变多。在这样的情况下，成为时刻t2以后的动作，等离子气体流量Fp在时间上连续地以预先确定的增加率增加。并且若产生主电弧3m，就使等离子气体流量Fp变化为稳态值。如此地，由于等离子气体流量Fp仅增加为了使主电弧3m产生所需的最小限，因此焊接开始时的焊接品质几乎不会变差。并且能确实地使主电弧3m产生。

在同图中，在从启动信号Om成为高电平的时刻t1起的经过时间成为预先确定的基准时间后仍未产生主电弧3m时，由报知电路AR报知警报。同时启动信号Om强制变化为低电平，主电弧用开关SM成为开状态，输出停止。基准时间被设定为1.5～3秒程度。

在同图中，也可以对从时刻t2起的等离子气体流量Fp设置预先确定的上限值。由此能抑制等离子气体流量Fp变得过大。

Claims

1.一种等离子电弧焊接的起弧控制方法，若流过等离子气体，使导引电弧产生，输出启动信号，则使主电弧产生，所述等离子电弧焊接的起弧控制方法的特征在于，具备：

第1工序，从输出所述启动信号的时间点到经过预先确定的初始期间为止，将所述等离子气体的流量设定为预先确定的初始值；

第2工序，在所述初始期间中未产生所述主电弧时，使所述等离子气体的流量以一定斜率增加；和

第3工序，若产生所述主电弧，则使所述等离子气体的流量变化至预先确定的稳态值。

2.根据权利要求1所述的等离子电弧焊接的起弧控制方法，其特征在于，

对所述第2工序中的所述等离子气体的增加设置预先确定的上限值。

3.根据权利要求1或2所述的等离子电弧焊接的起弧控制方法，其特征在于，

在从输出了所述启动信号的时间点起经过预先确定的基准时间之后仍未产生所述主电弧时，报知起弧异常。