CN1603048A - 电弧焊接装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电弧焊接装置，包括基于焊接速度设定信号及焊具的动作轨迹数据输出动作控制信号的机器人控制装置、以动作控制信号作为输入让焊具移动的机械手、焊接电源、以及调整从焊具喷出保护气体流量的气体流量调节器，进行气体保护电弧焊接，该电弧焊接装置还包括气体流量设置电路，其以焊接速度设定信号作为输入按照确定气体流量信号和保护气体流量之间关系的函数输出气体流量设定信号，气体流量调节器是以气体流量设定信号作为输入、自动调整保护气体流量的气体流量自动调节器。这样，即使在气体保护电弧焊接中焊接速度与焊接姿势发生变化，也可以形成电弧稳定，且能够得到无缺陷的、健全的焊接部的保护气体环境。

Description

电弧焊接装置
技术领域
本发明涉及一种在进行气体保护电弧焊接的电弧焊接装置中，包括为设定保护气体流量而改良的气体流量调节器的电弧焊接装置。
背景技术
在气体保护电弧焊接中，需要通过向电弧及熔融池内喷射碳酸气体气体、氩气等保护气体来屏蔽大气，防止大气侵入焊接环境内。如果此保护气体不能切实地覆盖电弧及熔融池，大气将侵入焊接环境内。其结果是，电弧发生状态不能保持稳定、产生气孔、或产生大量飞溅、焊瘤外观恶化等多种焊接缺陷。
图9表示进行TIG(Tungsten Inert Gas)焊接时电弧发生部的示意图，图9(A)表示低速焊接的情况，图9(B)表示高速焊接的情况。
在图9(A)中，在钨电极1与被焊接物2之间由图中未画出的焊接电源提供电力，产生电弧3。并且，由喷嘴4喷出将电弧3及熔融池5与大气隔绝的保护气体6。
图9(A)表示低速焊接的情况，保护气体环境形成相对于钨电极轴大致对称的保护区域。
另一方面，在图9(B)表示高速焊接的情况，保护区域向与焊接方向相反的一侧偏移，使焊接部前方的密封性变坏。其结果是，在焊接部位产生气孔，不能得到令人满意的焊接效果。
以前，曾有过改良高速焊接时使用保护气体将电弧及熔融池与大气隔离方法的提案。例如，参照图10对专利文献1中所公开的高速气体容器式气体保护电弧焊接方法进行说明。
图10表示对现有技术的高速气体容器式气体保护电弧焊接方法进行说明的示意图。在该图中，焊具7上安装了供电棒12，通过供电棒12向焊条13供电。由图中未画出的焊接电源向供电棒12与被焊接物2之间提供电力，产生电弧3。另外，保护气体6从被安装在焊具7上的喷嘴4中喷出。然后，在焊具7上设置了高速气体喷嘴8，压缩空气10从该高速气体喷嘴8的狭窄气体喷射口9喷射出，形成薄层的气帘11，将焊接中的焊接部周围与大气隔离开。其结果是，即使是在高速焊接时也可保护电弧3及其周围的焊接部不受大气侵入。
但是，在此现有技术中，存在以下课题。
在上述现有技术中，即使焊接速度发生变化，从高速气体喷嘴8喷出的压缩空气10的数量也不变、而且很大。通常，由于该压缩空气10使用与保护气体6相同的气体，增加了保护气体的消耗成本。
另外，在此现有技术中，由于直接保护电弧3的保护气体流量是不变的，如在全姿势焊接作业中，当焊接中成为朝上或垂直的姿势时，直接保护电弧3的保护气体环境的浓度会降低。其结果是，电弧3变得不稳定，并且焊接部的密封不充分，由此产生气孔等缺陷。
专利文献：特开2002-219572号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在气体保护电弧焊接中即使焊接速度或焊接姿势发生变化，仍能形成保持电弧稳定、得到无缺陷、健全的焊接部的保护气体环境的电弧焊接装置。
为达到上述目的，本发明之一，提供一种电弧焊接装置，包括：机器人控制装置，其根据来自悬挂式教导器的焊接速度设定信号及焊具的动作轨迹数据，输出动作控制信号；机械手，其以上述动作控制信号作为输入，让焊具移动；焊接电源，其向上述焊具和被焊接物之间提供电力；气体流量调节器，其调整从上述焊具喷出的保护气体流量；进行气体保护电弧焊接，其特征在于，包括气体流量设置电路，其以上述焊接速度设定信号作为输入，根据确定上述焊接速度设定信号和上述保护气体流量之间关系的函数，输出气体流量设定信号；上述气体流量调节器是以上述气体流量设定信号作为输入、自动调整保护气体流量的气体流量自动调节器。
本发明之二，是在本发明之一所述的电弧焊接装置，其特征在于，在上述机器人控制装置中设置了焊接姿势判别电路，其以上述焊具的动作轨迹数据作为输入，判断焊接姿势，输出焊接姿势判别信号；上述气体流量设置电路，是以上述焊接速度设定信号及上述焊接姿势判别信号作为输入，根据确定上述焊接速度设定信号及上述焊接姿势判别信号与上述保护气体流量之间关系的函数，输出气体流量设定信号的气体流量设置电路。
本发明的电弧焊接装置，即使在气体保护电弧焊接中焊接速度与焊接姿势发生变化，也可以形成电弧稳定，且能够得到无缺陷的、健全的焊接部的保护气体环境。
附图说明
图1表示本发明电弧焊接装置的结构图。
图2表示在TIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图。
图3表示在铝的MIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图。
图4表示对水平固定管道22进行全姿势焊接时的焊接姿势示意图。
图5表示在TIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接姿势与保护气体流量之间关系的示意图。
图6表示在MIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接姿势与保护气体流量之间关系的示意图。
图7表示在现在技术与本发明的电弧焊接装置中，利用TIG焊接进行无焊接添加剂的焊瘤焊接，焊接中切换来自机器人控制装置16的焊接速度设定信号Vw时的焊接焊瘤23外观的示意图。
图8表示在现在技术与本发明的电弧焊接装置中，利用TIG焊接进行无焊接添加剂的焊瘤焊接，焊接中切换来自机器人控制装置16的焊接速度设定信号Vw，在现在技术中，为保证不产生焊接缺陷，保护气体流量恒定保持在高速焊接时的保护气体流量20升/分的情况下与本发明的保护气体消耗量的比较示意图。
图9表示进行TIG焊接时的电弧发生部的模式图。
图10表示对现有技术的高速气体容器式气体保护电弧焊接方法进行说明的示意图。
图中：1-钨电极，2-被焊接物，3-电弧，4-喷嘴，5-熔融池，6-保护气体，7-焊具，8-高速气体喷射喷嘴，9-气体喷出口，10-压缩空气，11-高速气帘，12-供电棒，13-焊条，14-机械手，15-悬挂式教导器，16-机器人控制装置，17-焊接姿势判别电路，18-气体流量设定电路，19-气体流量自动调节器，20-贮气瓶，21-焊接电源，22-水平固定管道，23-焊瘤，24-砂眼，Dw-动作轨迹数据，Gw-气体流量设定信号，Iw-焊接电流，Mc-动作控制信号，P1-焊接位置，P2-焊接位置，P3-焊接位置，P4-焊接位置，Pc-焊接电源输出控制信号，Pw-焊接姿势判别信号，S-临界线，t1-时刻，t2-时刻，t3-时刻，Vw-焊接速度设定信号。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明电弧焊接装置的结构图。在机械手14上安装了焊具7。焊条13由上述焊具7给进，并与被焊接物2之间产生电弧3。
来自悬挂式教导器(Teach Pendant)15的焊接速度设定信号Vw以及焊具7的动作轨迹数据Dw被输入到机器人控制装置16。该机器人控制装置16，基于输入的焊接速度设定信号Vw以及焊具7的动作轨迹数据Dw输出动作控制信号Mc。机械手14，以上述动作控制信号Mc作为输入，移动焊具7。
另外，在该机器人控制装置16中，设置焊接姿势判别电路17，其以上述焊具7的动作轨迹数据Dw作为输入，判断焊接姿势，并输出焊接姿势判别信号Pw。
另外，上述机器人控制装置16，同时控制电弧焊接的开始与停止时刻，并输出控制焊接电源21出力所需的焊接电源出力控制信号Pc。焊接电源21，通过输入该焊接电源出力控制信号Pc，提供维持电弧焊接所需的焊接电流Iw以及焊接电压，同时控制上述焊条13的给进，以及控制电弧焊接的开始与停止。
在气体流量设定电路18中，设置确定上述焊接速度设定信号Vw及上述焊接姿势判别信号Pw与保护气体流量之间关系的函数。该函数，确定下述焊接速度及焊接姿势与保护气体流量的曲线。
然后，该气体流量设定电路18，以上述焊接速度设定信号Vw及上述焊接姿势判别信号Pw作为输入，输出设定与这些信号相对应的保护气体流量的气体流量设定信号Gw。
气体流量自动调节器19，以该气体流量设定信号Gw作为输入，自动调整由贮气瓶20供给的保护气体流量，并提供给焊具7。
以下，对本发明的电弧焊接装置的动作进行说明。
从悬挂式教导器15向机器人控制装置16输出焊接开始指令信号后，输出动作控制信号Mc，其基于从悬挂式教导器15预先输入的焊接速度设定信号Vw及焊具7的动作轨迹数据Dw。机械手14以该动作控制信号Mc作为输入，将焊具7移动到焊接开始位置。
焊具7一旦到达焊接开始位置，气体流量设定电路18，以焊接速度设定信号Vw及焊接姿势判别信号Pw作为输入，向气体流量自动调节器19输出设定与这些信号对应的保护气体流量的气体流量设定信号Gw。
气体流量自动调节器19，依据气体流量设定信号Gw自动调整保护气体流量，并从焊具7喷出。另外，焊接电源21，以来自机器人控制装置16的焊接电源出力控制信号Pc作为输入，输出焊接电流Iw及焊接电压，并提供给焊条13，开始电弧焊接。在焊接中，焊具7依据上述动作控制信号Mc进行移动。当焊具7到达终了位置时，结束电弧焊接。
参照图2及图3，对确定由上述设置于气体流量设置电路18设定的焊接速度设定信号Vw与保护气体流量之间关系的函数曲线例进行说明。图2表示在TIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图。焊接条件是：保护气体为氩气，被焊接物厚度为3mm的SUS304不锈钢，焊接电流为60A～250A。
在该图中，在临界线S以上的范围，由于喷出与焊接速度相匹配的保护气体流量，所以可得到良好的焊瘤。而在临界线S以下的范围，由于相对于焊接速度，保护气体喷出流量不足，则产生砂眼和气孔等焊接缺陷。
图3表示在铝的MIG焊接中，焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图。焊接条件是：保护气体为氩气，被焊接物厚度为3mm的A5052铝-镁合金，焊接电流为60A～250A。
在该图中，在临界线S以上的范围，由于喷出与焊接速度相匹配的保护气体流量，所以可得到良好的焊瘤。而在临界线S以下的范围，由于相对于焊接速度，保护气体喷出流量不足，则产生砂眼和气孔等焊接缺陷。
以下，参照图4～图6，对确定设置于上述气体流量设置电路18中的焊接速度设定信号Vw及焊接姿势判别信号Pw与保护气体流量之间关系函数的曲线例进行说明。
图4表示对水平固定管道22进行全姿势焊接时的焊接姿势示意图。焊接位置P1为向下焊接的姿势，焊接位置P2及P4为横向焊接的姿势，焊接位置P3为向上焊接的姿势。
图5表示在TIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接姿势与保护气体流量之间的关系图。焊接条件是：保护气体为氩气，被焊接物为厚度3mm的SUS304不锈钢，焊接电流为100A，焊接速度为15cm/分。
在该图中，在临界线S以上的范围，由于喷出与焊接姿势相匹配的保护气体流量，所以可得到良好的焊瘤。而在临界线S以下的范围，由于相对于焊接姿势，保护气体喷出流量不足，则产生砂眼和气孔等焊接缺陷。特别是，在向上姿势的情况，由于直接保护电弧的保护气体环境浓度降低，因此需要例如相当于向下姿势2倍左右的保护气体流量。
图6表示在MIG焊接中，在焊接部不发生气孔等焊接缺陷的焊接姿势与保护气体流量之间的关系图。焊接条件是：保护气体为80％体积的氩气+20％体积的碳酸气体，被焊接物为厚度6mm的低碳钢管，焊接电流为140A～220A，焊接速度为40cm/分。
在该图中，在临界线S以上的范围，由于喷出与焊接姿势相匹配的保护气体流量，所以可得到良好的焊瘤。而在临界线S以下的范围，由于相对于焊接姿势，保护气体喷出流量不足，则产生砂眼和气孔等焊接缺陷。特别是，在向上姿势的情况，由于直接保护电弧的保护气体环境浓度降低，因此需要例如相当于向下姿势2倍左右的保护气体流量。
图7表示在现有技术与本发明的电弧焊接装置中，在TIG焊接中进行无焊接添加剂的焊瘤焊接，当焊接中切换来自机器人控制装置16的焊接速度设定信号Vw时焊接焊瘤23外观的示意图。
该图(A)表示使用现有技术的电弧焊接装置进行TIG焊接时焊瘤23外观的示意图，该图(B)表示使用本发明的电弧焊接装置进行TIG焊接时焊瘤23外观的示意图，该图(C)表示在现有技术与本发明的电弧焊接装置中焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图。
焊接条件是：保护气体为氩气，被焊接物厚度为3mm的A5052铝-镁合金，当焊接速度为10cm/分时焊接电流为80A，当焊接速度为50cm/分时焊接电流为150A。另外，关于保护气体流量，在现有技术中为10升/分，并恒定不变；而在本发明中，在时刻t1与时刻t2之间，焊接速度为10cm/分，保护气体流量为10升/分。但是，在时刻t2与时刻t3之间，焊接速度为50cm/分，保护气体流量为20升/分。焊接长度为300mm。
在该图(A)所示的现有技术中，在时刻t2，尽管焊接速度由10cm/分提高到50cm/分，保护气体流量仍保持10升/分恒定不变。其结果是，在焊接速度为50cm/分的时刻t2到时刻t3之间，由于相对于焊接速度，保护气体喷出流量不足，因此发生气孔24等焊接缺陷。
与此相反，在本发明中，在时刻t2，当焊接速度由10cm/分提高到50cm/分时，由图1所示的气体流量设定电路18根据焊接速度将保护气体流量从10升/分提高到20升/分。其结果是，由于焊接部能够得到切实地保护，不会产生焊接缺陷。
图8与图7同样，表示在现在技术与本发明的电弧焊接装置中，在TIG焊接中进行无焊接添加剂的焊瘤焊接，当焊接中切换来自机器人控制装置16的焊接速度设定信号Vw时焊接结果的示意图，在现有技术中，为保证不产生焊接缺陷，让保护气体流量恒定保持在20升/分，处于高速焊接时的保护气体流量时的保护气体消耗量与本发明保护气体消耗量的比较示意图。
图8(A)表示在现有技术与本发明的电弧焊接装置中焊接速度与保护气体流量之间关系的示意图，图8(B)表示在现有技术中，让保护气体消耗量恒定保持在高速焊接时的保护气体流量时与在本发明中保护气体耗费量的比较图。
在该图中，虽然在现有技术与本发明中都没有发生焊接缺陷，但是，本发明与现有技术相比较，有显著节约保护气体耗费量的效果。

Claims (2)

1、一种电弧焊接装置，包括：机器人控制装置，其根据来自悬挂式教导器的焊接速度设定信号及焊具的动作轨迹数据，输出动作控制信号；机械手，其以所述动作控制信号作为输入，让焊具移动；焊接电源，其向所述焊具和被焊接物之间提供电力；和气体流量调节器，其调整从所述焊具喷出的保护气体流量；进行气体保护电弧焊接，其特征在于，
包括气体流量设置电路，其以所述焊接速度设定信号作为输入，根据确定所述焊接速度设定信号和所述保护气体流量之间关系的函数，输出气体流量设定信号；
所述气体流量调节器是以所述气体流量设定信号作为输入、自动调整保护气体流量的气体流量自动调节器。
2、根据权利要求1所述的电弧焊接装置，其特征在于，
在所述机器人控制装置中设置了焊接姿势判别电路，其以所述焊具的动作轨迹数据作为输入，判断焊接姿势，输出焊接姿势判别信号；
所述气体流量设置电路，是以所述焊接速度设定信号及所述焊接姿势判别信号作为输入，根据确定所述焊接速度设定信号及所述焊接姿势判别信号与所述保护气体流量之间关系的函数，输出气体流量设定信号的气体流量设置电路。
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