TWI697376B - 焊接裝置及使用焊接裝置的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

提供焊接裝置及使用該焊接裝置的焊接方法，為氣體保護電弧焊接用的焊接裝置，具備：可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍(200)，該焊槍具備導引保護氣體之噴出的噴嘴(210)及對消耗式電極進行通電的接觸焊頭(220)；送絲裝置，其將消耗式電極供給至焊槍；焊接電源，其透過接觸焊頭(220)來將電力供給至消耗式電極；氣體供給源，其將保護氣體供給至焊槍(200)；以及控制裝置，其控制可搬運式焊接機器手臂；從保護氣體的噴出側觀看焊槍(200)時，在噴嘴(210)的開口內側配置有接觸焊頭(220)，具有可使噴嘴(210)及接觸焊頭(220)相對移動的構造，噴嘴(210)的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內。

Description

焊接裝置及使用焊接裝置的焊接方法
本發明，是關於含有可搬運式焊接機器手臂的焊接裝置及使用該焊接裝置的焊接方法。
在造船、鋼架、橋樑等之焊接構造物的製造中，工廠的焊接作業，是自動化進行，多使用有多軸的焊接機器手臂。其中，特別是以作業員一個人能夠搬運之輕量的可搬運式小型機器手臂被廣泛地使用。這種可搬運式小型機器手臂，一般是重視作業效率，自動地進行長時間的焊接。因此，有著所發生的火花屑附著於噴嘴，而妨礙氣體的噴出，故造成電弧不穩定，甚至使得火花屑的發生、氣孔等之焊接缺陷的發生變得顯著的課題。
為了解決這些課題，提案有一種可搬運式焊接機器手臂(例如參照專利文獻1)，具有由去除火花屑的凹凸板與去除絕緣氧化皮膜的銼刀所成之噴嘴清潔器兼焊絲處理器。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2001-287032
[發明所欲解決的課題]
在專利文獻1所記載的可搬運式焊接機器手臂，藉由可搬運式焊接機器手臂所具備的噴嘴清潔器，來去除附著於噴嘴的火花屑。但是，在去除的情況有必要暫時停止焊接，難以長時間地連續焊接，有著作業效率降低的問題。
本發明，是有鑑於上述問題而完成者，以提供一種焊接裝置及使用該焊接裝置的焊接方法為目的，可長時間地連續焊接，謀求作業效率的提升。 [用以解決課題的手段]
基於該目的，本發明之一態樣的焊接裝置， 是氣體保護電弧焊接用的焊接裝置，其特徵為，具備： 可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備對導引保護氣體之噴出的噴嘴及消耗式電極進行通電的接觸焊頭； 送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍； 焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極； 氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及 控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂， 從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時， 在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭， 前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造， 前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內。
本發明之一態樣的焊接方法， 是使用焊接裝置的氣體保護電弧焊接方法，其特徵為： 前述焊接裝置，具備： 可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備對導引保護氣體之噴出的噴嘴及消耗式電極進行通電的接觸焊頭； 送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍； 焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極； 氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及 控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂， 從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時， 在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭， 前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造， 前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內， 前述保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下的範圍內， 前述保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下的範圍內。
且，本發明之一態樣的多層焊接之焊接方法， 是使用焊接裝置的多層焊接之氣體保護電弧焊接方法，其特徵為： 前述焊接裝置，具備： 可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備對導引保護氣體之噴出的噴嘴及消耗式電極進行通電的接觸焊頭； 送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍； 焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極； 氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及 控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂， 從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時， 在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭， 前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造， 前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內， 前述保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下的範圍內， 前述保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下的範圍內， 前述多層焊接的情況中， (1)只有第1層、 (2)第1層至第2層為止、或 (3)第1層至第3層為止， 是使前述焊接電源所供給的焊接電流，以不使用脈衝波形的定電壓之直流來進行， 剩餘的層， 是使前述焊接電流成為：以第1脈衝與第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，作為前述第1脈衝的峰電流值比前述第2脈衝還高，且前述第2脈衝的峰期間比前述第1脈衝還長的脈衝波形， 來進行焊接。 [發明的效果]
根據上述態樣，可提供能夠長時間地連續焊接，謀求作業效率之提升的焊接裝置及使用該焊接裝置的焊接方法。
以下，參照圖式，說明用來實施本發明的實施形態。又，以下所說明的實施形態，是將本發明的技術思想予以具體化者，若沒有特定的記載，則本發明並不限定為以下者。 各圖式中，對於具有相同功能的構件，有附上相同符號的情況。考慮到重點的說明或理解的容易性，就方便上有著將實施形態分開表示的情況，但不同實施形態所示的構造可部分地置換或組合。在後述的實施形態，是省略與前述的實施形態共通之內容的記述，並僅針對相異點來說明。特別是，針對相同構造所致之相同的作用效果，並不會在每個實施形態逐次提及。各圖式所示之構件的大小或位置關係等，是為了明確地說明，而有誇張地顯示的情況。
(一實施形態的焊接裝置) 首先，參照圖1，進行本發明之一實施形態之焊接裝置的說明。圖1，是表示本發明之一實施形態之焊接裝置之構造的示意圖。 如圖1所示般，本實施形態的焊接裝置50，是進行氣體保護電弧焊接用的焊接裝置。焊接裝置50，具備：具備焊槍200的可搬運式焊接機器手臂100。此外，焊接裝置50，具備：對焊槍200供給消耗式電極(以下稱為”焊絲”)的送絲裝置300、對焊絲供給電力的焊接電源400、供給從焊槍200的前端噴出之保護氣體的氣體供給源500、控制可搬運式焊接機器手臂100的控制裝置600。
可搬運式焊接機器手臂100，是操作人員容易拿起搬運之輕量化的焊接機器手臂。於安裝在可搬運式焊接機器手臂100的焊槍200，具備：對焊絲通電的通電機構亦即接觸焊頭220、及噴出保護氣體的機構亦即噴嘴210。
焊接電源400的正負極，與接觸焊頭220及工件W分別電性連接。藉由送絲裝置300供給至焊槍200的焊絲，是通過焊槍200的內部，而接觸至配置在前端部的接觸焊頭220。藉此，透過焊槍200前端的接觸焊頭220，而由焊接電源400對焊絲供給電力。於是，從焊絲的前端發生電弧，可用該熱來對焊接的對象亦即工件W進行焊接。在焊接時，是從噴嘴210的前端噴出保護氣體，來保護焊接處的環境氣體。
＜送絲裝置＞ 送絲裝置300，是配合焊接作業的進行，來將被捲成卷裝的焊絲送往焊槍200。由送絲裝置300所送出的焊絲，並未特別限定，因工件W的性質或焊接形態等來選擇，例如，使用有實心焊絲或藥芯焊絲。且，亦不管焊絲的材質，例如，為軟鋼亦可，為不銹鋼或鋁、鈦等之材質亦可。此外，焊絲的直徑亦不特別過問，本實施形態中較佳為上限是1.6mm、下限是0.9mm。
＜焊接電源＞ 焊接電源400，是藉由來自控制裝置600的指令，來將電力供給至焊絲及工件W。藉此，而在焊絲與工件W之間發生電弧。本實施形態中，來自焊接電源400的電力，是透過電源線410而送到送絲裝置300，並從送絲裝置300透過線管420而送到焊槍200。而且，透過焊槍200前端的接觸焊頭220，來供給至焊絲。
在本實施形態，表示以逆極性來進行焊接的情況，焊接電源400是透過正(+)的電源線410及線管420，來連接於焊槍200前端的接觸焊頭220。另一方面，焊接電源400是透過負(-)的管道電纜430，來與工件W連接。但是，並不限於此，在以正極性進行焊接的情況，是透過正(+)的電源線來連接於工件W，並透過負(-)的電源線來連接於接觸焊頭側。且，焊接作業時的電流是直流或交流皆可，其波形不特別過問，為矩形波或三角波等之脈衝波形亦可。
＜保護氣體供給源＞ 本實施形態的保護氣體供給源500，是由封入有保護氣體的容器及閥等之附加構件所構成。保護氣體，是從保護氣體供給源500透過氣體管510來送到送絲裝置300，並從送絲裝置300透過線管420來送到焊槍200。被送到焊槍200的保護氣體，是在焊槍200內流動，被噴嘴210導引，從焊槍200噴出。作為本實施形態所使用的保護氣體，可舉例出CO2 、Ar或該等的混合氣體。
本實施形態的線管420，是在管之外皮側形成有作為電源線發揮功能用的導電路，於管之內部，配置有保護焊絲的保護管，形成有保護氣體的流路。但是，並不限於此，例如還可使用：以用來將焊絲送至焊槍200的保護管為中心，將電力供給用纜線或保護氣體供給用的管線予以集束者。且，例如，運送焊絲及運送保護氣體的管，與電源線個別地設置亦可。
＜控制裝置＞ 本實施形態的控制裝置600，是藉由控制纜線610來與可搬運式焊接機器手臂100連接，藉由控制纜線620來與焊接電源400連接。藉此，控制可搬運式焊接機器手臂100的動作及焊接條件。控制裝置600，是事先儲存有決定可搬運式焊接機器手臂100之動作模式、焊接開始位置、焊接結束位置、焊接條件、擺動動作等的指導數據，並對於可搬運式焊接機器手臂100及焊接電源400下達該等指示，來控制可搬運式焊接機器手臂100的動作及焊接條件。本實施形態的控制裝置600，是使進行指導用的控制器與具有其他控制功能的控制器成為一體來形成。但是，並不限於此，亦可分成進行指導用的控制器及具有其他控制功能的控制器的2個等，由作用來複數地分割。且，在本實施形態，是使用控制纜線610、620來傳輸訊號，但並不限於此，亦可以無線來傳輸訊號。
＜可搬運式焊接機器手臂＞ 接著，參照圖2及圖3，進行本發明之一實施形態之可搬運式焊接機器手臂的說明。圖2，是示意表示本發明之一實施形態之可搬運式焊接機器手臂的側視圖。圖3，是示意表示使用圖2所示之可搬運式焊接機器手臂來進行焊接時的側視圖。
本實施形態的可搬運式焊接機器手臂100，具備：導軌120、設置在導軌120上的機器手臂本體110及載置於機器手臂本體110的焊槍連接部130。機器手臂本體110，主要是由設置在導軌120上的本體部112、安裝在本體部的固定臂部114、以及以可旋轉的狀態安裝在固定臂部114的可動臂部116所構成。於可動臂部116，透過曲柄170來安裝有焊槍連接部130。焊槍連接部130，是由固定焊槍200的焊槍夾具132、134所構成。在安裝有焊槍200的相反側，具備有支撐線管420的纜線夾具150，該線管是連接送絲裝置300及焊槍200。
機器手臂本體110，是如圖2的箭頭X所示般可往橫方向驅動，亦如箭頭Y所示般可往上下方向驅動。此外，安裝有焊槍200的焊槍連接部130，是藉由曲柄170而可對於圖面垂直方向亦即Z方向，前後地搖擺驅動。可動臂部116，如箭頭R所示般，安裝成可對於固定臂部114旋轉，可調整固定成最佳的角度。如以上所述，本實施形態的機器手臂本體110，可在3自由度驅動。但是，並不限於此，可因應用途而採用可以任意數量的自由度來驅動的機器手臂本體。
藉由上述般的驅動機構，可在可動臂部116使透過曲柄170來安裝在焊槍連接部130的焊槍200之前端部朝向任意的方向。此外，可搬運式焊接機器手臂100，可在導軌120上於圖2、圖3的圖面垂直方向亦即Z軸方向驅動。焊槍200，是往箭頭X方向往復移動，來使機器手臂本體110往Z軸方向移動，藉此可進行擺動焊接。且，藉由曲柄170所致的驅動，例如可因應設置前進角或後退角等的施工狀況，來使焊槍200傾斜。 於導軌120下方，設置有磁鐵140，如圖3所示般，可用磁鐵140來安裝在工件W。操作員，抓住可搬運式焊接機器手臂100的兩側把手160，藉此可容易地將可搬運式焊接機器手臂100設置在導軌120上。
可搬運式焊接機器手臂100，是在上述之箭頭X、Y、Z方向的動作行程以內驅動。基於操作員所致之輸入資料之控制裝置600所致的控制，可搬運式焊接機器手臂100，開始焊接線的自動檢測，進行焊縫形狀、板厚、起終端等之自動檢測，演算焊接條件，可實現自動氣體保護電弧焊接。但是，並不限於此，上述焊接條件之中的一部分或全部，可由操作員來將數值輸入至控制裝置600。 ＜焊槍＞
接著，參照圖4，詳細進行本發明之一實施形態之焊槍的說明。圖4，是示意表示本發明之一實施形態之焊槍之構造的側視剖面圖。
本實施形態的焊槍200，從焊槍根部側的圖面左側，具有：與焊槍本體連接的焊頭主體240、及安裝於焊頭主體240的接觸焊頭220。於焊頭主體240複數(本實施形態為4個)開有噴出氣體的孔298。於焊頭主體240，套有用來整流氣體之由陶瓷材料所成的孔口件230。
在其外側，從焊槍根部側的圖面左側，以覆蓋焊頭主體240及接觸焊頭220之外側的方式，配置有絕緣筒250及連接於絕緣筒250的噴嘴210。於絕緣筒250之內面側，安裝有與孔口件230接觸的內側構件250A。為了不讓絕緣筒250及噴嘴210的連接因振動等鬆掉，是透過波形墊圈292來連接兩者。由圖4可得知，絕緣筒250及噴嘴210的內周面、焊頭主體240及接觸焊頭220的外周面之間是分離配置。
圖面左側之絕緣筒250之根部側的端部中，絕緣筒250(內側構件250A)的外側，是安裝有固定螺帽260及絕緣罩270。O型環280，是透過配置在前後的墊圈294、296，而保持在內側構件250A及固定螺帽260之間。O型環280的內周面，是與焊頭主體240的外周面銜接，絕緣筒250，可說是透過環280而連接於焊頭主體240。 如上述般，對於焊頭主體240及安裝在其前端的接觸焊頭220，使在根部側的端部以O型環的彈性力來支撐的絕緣筒250及安裝在其前端的噴嘴210，空出既定的間隙來配置。藉由這種構造，由於O型環可彈性變形，故絕緣筒250及噴嘴210，可用根部側的端部作為傾動中心，對於焊頭主體240及接觸焊頭220來傾動。此時，藉由壓縮彈簧290，來對絕緣筒250及噴嘴210之間施加既定的制動力，而實現不會卡頓之平滑的動作。
進一步詳細說明接觸焊頭220，具有前端稍微變細的圓筒形狀，於其軸中心具有導引焊絲的導通孔。接觸焊頭220，是以銅等之具有通電性的金屬材料來形成。於導通孔的後端部，形成有隨著朝向後側而擴徑的誘導錐面，藉由該誘導錐面來平滑地導入焊絲。接觸焊頭220，是將焊接電流供給至焊絲，並導引焊絲者。
由送絲裝置300所供給的焊絲，是通過線管420之中而進入焊槍本體，並通過焊槍本體及焊頭主體240，進入至接觸焊頭220的導通孔。 另一方面，焊接電源400與焊槍本體，是透過電源線410及線管420來電性連接。且，焊槍本體、焊頭主體240及接觸焊頭220為電性連接。藉此，由焊接電源400所供給的焊接電流，是從接觸焊頭220通過導通孔之後流動至焊絲來發生電弧。
由保護氣體供給源500所供給的保護氣體，在氣體管510及線管420內流動，進入至焊槍本體，通過焊槍本體及焊頭主體240的內部，而從焊頭主體240的複數個孔流向外周側。而且，被孔口件230整流過的保護氣體，會從噴嘴210的前端以覆蓋電弧的方式噴出，來保護焊接部位的環境氣體。
(噴嘴及接觸焊頭可相對地移動的構造) 接著，參照圖5A及圖5B，詳細說明絕緣筒250及噴嘴210對焊頭主體240及接觸焊頭220傾動，藉此使噴嘴210及接觸焊頭220可相對地移動的構造。圖5A，是從保護氣體之噴出側來觀看圖4之箭頭A-A所示之焊槍的示意圖，是表示噴嘴及接觸焊頭大致配置在同心上的初始狀態的圖。圖5B，是表示從圖5A的狀態使噴嘴及接觸焊頭相對地移動後之狀態的示意圖。
在沒對噴嘴210施加負載的初始狀態中，絕緣筒250是由O型環280在全周幾乎施加有相同的彈性力，故如圖5A所示般，噴嘴210及接觸焊頭220，是配置成幾乎同心圓狀。從該初始狀態，如圖4之空心箭頭所示般，對噴嘴210的前端施加來自下側之力F的情況，會以與O型環280接觸之根部側的端部作為傾動中心，使絕緣筒250及噴嘴210對於焊頭主體240及接觸焊頭220繞逆時針來傾動。藉此，從圖5A所示的狀態，使噴嘴210對接觸焊頭220相對地往上方移動。
而且，在圖4之箭頭B所示的地點中，絕緣筒250及焊頭主體240會抵接而使傾動停止。但是，並不限於此，例如，使噴嘴210及孔口件230的突緣部抵接而使傾動停止亦可。圖5B，表示從保護氣體之噴出側來觀看時之噴嘴210及接觸焊頭220的位置關係。由圖5B可得知，在噴嘴210及接觸焊頭220之間還具有既定的間隙。 又，在變成沒有施加F的情況時，是藉由O型環280的彈性力，來回到圖5A所示的初始狀態。
將初始狀態之噴嘴210的前端內徑及接觸焊頭220的前端外徑之間的噴嘴-焊頭間距離定為D的話，噴嘴210對於接觸焊頭220僅移動了移動距離M，使噴嘴-焊頭間距離變化成C。此時，有著C=D-M的關係。也就是說，噴嘴-焊頭間距離是變窄了移動距離M。又，圖5B中，將初始狀態之噴嘴210的位置，以一點鏈線的圖來表示。
在上述的說明，表示了噴嘴210對於接觸焊頭220往上方移動的情況，但在本實施形態中，很明白地是因應施加負重的方向，而可使噴嘴210對於接觸焊頭220往任意的方向移動。 本實施形態，在沒有對噴嘴210施加負載的初始狀態中，噴嘴210及接觸焊頭220是配置成同心圓狀。也就是說，噴嘴-焊頭間距離D是全周幾乎成為均勻。藉此，可確實地以保護氣體來覆蓋電弧的周圍，來保護焊接部位的環境氣體。但是，並不限於此，亦可因應用途，而在初始狀態下使噴嘴-焊頭間距離D因領域而成為不同。
在氣體保護焊接，是從噴嘴的前端噴出保護氣體，而可保護焊接部位的環境氣體。但是，保護氣體，若被焊縫形狀或風等之外部亂流而擾亂的話，會捲入大氣，使得氣體的電位梯度變化。因此使得電弧長度變動，而發生有因電弧不穩定或大氣中的氮(N)所導致之氣孔缺陷等之焊接缺陷。在適用有可搬運式焊接機器手臂的現場焊接，亦有著以人手來焊接之複雜的姿勢、焊縫形狀，且亦有著在外面焊接的情況，故擾亂保護氣體的外部亂流特別容易發生。且，因電弧不穩定而發生的火花屑，會塞住噴嘴噴出口，越是焊接越是使電弧不穩定增加，火花屑的增加或焊接缺陷的發生會變得顯著。
在本實施形態，是使噴嘴210的前端內徑變窄，來提高氣體的流速，藉此可抑制外部亂流。就情況來說，噴嘴210的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內為佳，在12mm以上18mm以下的範圍內更佳。藉由使噴嘴的前端內徑變窄，使電弧穩定化成為可能。但是，前端內徑越窄，噴嘴噴出口就越容易被火花屑給堵塞。也就是說，即使初期電弧穩定而火花屑的發生為少量，若連續進行焊接的話，火花屑會漸漸附著於噴出口，而終至發生保護氣體不良。在使噴嘴的前端內徑變窄的情況，由於因火花屑所致之噴嘴堵塞會變得顯著，故若只是單純地使噴嘴口徑變窄的話，並無法適用於連續焊接。
於是，在本實施形態，是使噴嘴210的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內，如上述般，具有可使噴嘴210及接觸焊頭220相對地移動的構造。 本來為了防止焊槍損傷，在擺動焊接時，是在焊縫內不使噴嘴與焊縫的壁面接觸為佳。但是，在本實施形態，可用接觸焊頭220為中心使噴嘴210往半徑方向移動，故不必在意焊槍的損傷，使焊縫的壁面與噴嘴碰撞，藉由該碰撞，而可去除附著於噴嘴噴出口的火花屑。此外，噴嘴210的前端內徑與接觸焊頭220的前端外徑之差亦即噴嘴-焊頭間距離會變化，藉此可機械性地去除附著於噴嘴210及接觸焊頭220間的火花屑。也就是說，即使是在焊接中，亦可藉由進行擺動焊接，來去除附著的火花屑。
如以上所述，本實施形態的可搬運式焊接機器手臂100，在常用於現場焊接，電弧容易變得不穩定，火花屑會顯著地發生之使用100%CO2 氣體的情況，就保護氣體焊接上特別地有效。在本實施形態，藉由噴嘴210之前端內徑的細徑化，而可抑制火花屑的發生，且即使火花屑附著於噴嘴210，由於具有可使噴嘴210及接觸焊頭220相對地移動的構造，故在擺動焊接時使噴嘴-焊頭間距離變化，而可去除附著於噴嘴210的火花屑。特別是，噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下之範圍內的情況，可有效地抑制火花屑的發生，且去除附著於噴嘴210的火花屑。 藉由這種構造，即使是連續焊接亦可防止火花屑附著於噴嘴210，可防止保護氣體不良。藉此，在焊接中，可始終維持電弧的穩定化，使低火花屑化的持續及焊接缺陷的抑制成為可能，可貢獻於作業效率的提升。 藉此，可提供能長時間地連續焊接，謀求作業效率之提升的焊接裝置及焊接方法。
此外，在本實施形態，初始狀態之噴嘴210的前端內徑及接觸焊頭220的前端外徑之間的噴嘴-焊頭間距離D，形成在2mm以上7mm以下的範圍內。藉由使噴嘴-焊頭間距離D成為2mm以上7mm以下的範圍內，可兼具電弧的穩定化及噴嘴噴出口之火花屑所致之堵塞的抑制。
此外，為了得到不會在噴嘴210及接觸焊頭220間熔接之有效的火花屑去除效果，是使噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M，對於初始狀態之噴嘴-焊頭間距離D收斂在既定的範圍為重要。關於此，是基於各種檢討、試驗，而得到以下的見解。 在相對移動距離M對噴嘴-焊頭間距離D之比例M/D未達30%的情況，移動範圍較少而火花屑去除效果較低。另一方面，M/D大於90%的情況，在噴嘴210及接觸焊頭220間熔接的可能性變高。也就是說，得知噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M，是噴嘴-焊頭間距離D的30%以上90%以下的範圍內為佳。
如以上所述，初始狀態之噴嘴210的前端內徑及接觸焊頭220的前端外徑之間的噴嘴-焊頭間距離D在2mm以上7mm以下的範圍內，噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M，在噴嘴-焊頭間距離D的30%以上90%以下之範圍內的情況，可使電弧的穩定化及噴嘴噴出口的火花屑所致之堵塞的抑制能良好地取得平衡，可一邊防止噴嘴210及接觸焊頭220間的熔接，一邊得到有效的火花屑去除效果。 又，就確實防止噴嘴210及接觸焊頭220間之熔接的觀點來看，認為在30%以上85%以下的範圍內更佳。
因用途或焊接現場，也有著變更噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M為佳的情況。該情況，是變更為內徑不同的絕緣筒250或外徑不同的焊頭主體240，藉此來變更絕緣筒250及焊頭主體240抵接的位置，而可實現上述情況。 且，例如，在絕緣筒250具有橢圓形之剖面形狀的情況，是在進行擺動焊接的焊槍200之擺動方向、與其正交之可搬運式焊接機器手臂100的行進方向，使噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M變得不同亦可。藉此，可供給充分的保護氣體，並提高火花屑去除效果。
在上述實施形態，是使用O型環來作為彈性材料，但並不限於此，亦可使用彈簧或其他含有彈性體之其他任意的構件。此外，上述構造僅為一例，只要是能夠使噴嘴210及接觸焊頭220相對移動的機構的話，亦可適用其他任意的機構。
且，得知在使用上述可搬運式焊接機器手臂100的焊接中，從噴嘴210噴出之保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下之範圍內，保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下之範圍內的情況，有效地實現電弧的穩定化及低火花屑化。
(脈衝波形之焊接電流的焊接) 如上述般，在多數適用可搬運式焊接機器手臂的現場焊接，外部亂流較大而容易陷入電弧不穩定。電弧為穩定的情況，一般來說，是使焊接電流成為脈衝波形比較能夠使火花屑降低。但是，若陷入電弧不穩定的話，熔滴過渡會亂掉，火花屑會比定電壓之直流(無脈衝)的情況還要增加。因此，在可搬運式焊接機器手臂所適用的焊接中，由於該等問題而不適用脈衝波形。在本實施形態，是如上述般，可在連續的焊接中使電弧穩定化，故為了進一步的低火花屑化亦可為脈衝波形。特別是，針對在多用於現場焊接之100%CO2 氣體環境化中適用的脈衝波形，參照圖6及圖7，於以下詳細說明。
圖6，是表示本發明之一實施形態之控制裝置所生成之脈衝波形之一例的圖。此處，橫軸表示時間，縱軸表示供給至焊絲的焊接電流。圖7，是示意表示本發明之一實施形態之控制裝置所生成之脈衝波形所致之焊絲前端部之時系變化的說明圖。 在本實施形態的電弧長度控制方法，是以消耗電極式脈衝電弧焊接為前提，其基於事先設定的波形參數，將如圖6所示之不同的2種類脈衝波形，在脈衝週期的1週期之間交互地生成，並輸出至焊接電源，藉此進行1熔滴的過渡。
圖6所示的第1脈衝701，是使來自焊絲前端的熔滴脫離用的第1脈衝波形。將含有第1脈衝701之峰期間Tp1及基底期間Tb1的期間稱為第1脈衝期間。在此，於第1脈衝701，設定有峰電流值Ip1及基底電流值Ib1。且，峰電流值Ip1，是比第2脈衝702的峰電流值Ip2還大。
圖6所示之第2脈衝702，是整形熔滴用的第2脈衝波形。將含有第2脈衝702的峰期間Tp2及基底期間Tb2的期間稱為第2脈衝期間。在此，於第2脈衝702，設定有峰電流值Ip2及基底電流值Ib2。
脈衝週期的1週期，是由第1脈衝期間與第2脈衝期間所成。脈衝週期的1週期，是依序輸出第1脈衝701與第2脈衝702的期間。於圖6，將前次所示之第(n-1)次的脈衝週期標示為Tpb(n-1)。且，將本次所示之第n次的脈衝週期標示為Tpb(n)。 實際上，存在有從基底電流到峰電流的上升波期間(第1脈衝上升波期間、第2脈衝上升波期間)或從峰電流到基底電流的脈衝下降波期間。但是，在此，沒有包含該等波期間，在圖6，是以矩形來表示第1脈衝701及第2脈衝702的形狀。
本實施形態的控制裝置600，是在焊接中檢測出電弧電壓及焊接電流。基於焊接電流、電弧電壓、及電弧電壓與焊接電流的比(V/I：阻抗)之中的至少一個，來檢測到熔滴脫離、或如圖7所示般之熔滴即將脫離的狀態的情況時，立刻切換至比檢測到第1脈衝701之電流值時的電流值還要低的既定值或波期間。又，在圖7表示切換至基底電流之例。熔滴過渡的詳細如以下所述。
圖7中，符號811所示的焊絲前端805，是在前次的脈衝週期Tpb(n-1)使熔滴脫離之後在第2脈衝峰期間(Tp2)成長者。由於在第2基底期間(Tb2)電流急遽減少，故作用於熔滴的往上方之推上力變弱，熔滴會在焊絲前端805被懸垂整形。
接著，進入到第1脈衝峰期間(Tp1)時，藉由峰電流所致之電磁自束力，而如符號812所示般，熔滴會變形而急速產生收縮806。藉由檢測到這種熔滴即將脫離的狀態，即使是在第1脈衝峰期間中或第1脈衝下降波期間中，亦立即切換至第1基底電流或比檢測時的電流還低的既定電流。在電弧移動到脫離後之焊絲側的瞬間，是如符號813所示般成為電流下降的狀態。藉此，可大幅降低焊絲之收縮806部分之飛散或脫離後之殘留熔液的飛散所致之小粒的火花屑。
接著，如符號814所示般，在第2脈衝峰期間，是以熔滴脫離後之殘留於焊絲的熔液不會脫離或飛散的程度來事先設定第2脈衝峰電流值(Ip2)而使熔滴成長。而且，如符號815所示般，在第2基底期間(Tb2)進行熔滴的整形而再次回到符號811所示的狀態，故可極為規則地在每1週期實現1熔滴的過渡。
如以上所述，作為在多用於現場焊接的100%CO2 氣體環境化中來適用的脈衝波形，是將第1脈衝與第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，且成為使第1脈衝的峰電流值比第2脈衝還高，此外，使第2脈衝的峰期間比第1脈衝還長的脈衝波形為佳。 100%CO2氣體環境化中，熔滴過渡形態，是熔滴成為比電極焊絲直徑以上的大小時進行過渡的球狀過渡，故有規則地使熔滴脫離的方法是最能抑制火花屑的發生。因此，第1脈衝，是設置成用來使粗大化的熔滴脫離。第2脈衝，是設置成用來防止電弧反作用力所致之晃動並使熔滴溶融至一定的大小。擺動受到抑制的熔滴，是再次藉由第1脈衝而促進脫離，而完成熔滴過渡。也就是說，成為以第1脈衝與第2脈衝來使1熔滴穩定地脫離的特殊脈衝波形。因此，由該第1脈衝、第2脈衝之功能上的不同，第1脈衝是設定成峰電流值比第2脈衝還高，第2脈衝是設定成峰期間比第1脈衝還長為佳。
綜合以上所述，較佳的脈衝波形，是將第1脈衝及第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，且成為使第1脈衝的峰電流值比第2脈衝還高，使第2脈衝的峰期間比第1脈衝還長的脈衝波形。藉此，可大幅降低小粒火花屑的發生，可極為規則地在每1週期實現1熔滴的過渡。
為了確實發揮上述的作用效果，得知適用如下述般的脈衝波形更佳。 (1)第1脈衝的峰電流值在400A以上600A以下的範圍內、 (2)第2脈衝的峰電流值在300A以上500A以下的範圍內、 (3)第1脈衝的峰期間在0.5msec以上3.5msec以下的範圍內、 (4)第2脈衝的峰期間在1.5msec以上5.5msec以下的範圍內。
在電弧容易變得不穩定之焊接開始後之既定時間內及焊接結束前的既定時間內，焊接電流是以非脈衝波形的定電壓之直流來焊接，在中間的期間，進行焊接電流為脈衝波形的焊接亦可。
上述之使用將第1脈衝及第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形的焊接中，在因某種外部亂流來使熔滴過渡的規則性崩潰時，亦考慮到接著第1脈衝來輸出與第2脈衝不同的第3脈衝。該第3脈衝，是使熔滴強制脫離用的脈衝亦可，將熔滴特地重新整形而可平滑地脫離用的脈衝亦可。藉此，在熔滴過渡的規則性崩潰時，可使復歸到正常狀態為止所需的期間變得更短。藉此，可降低復歸到正常狀態為止所需的期間中所發生的火花屑及煙霧。
＜多層焊接＞ 在多層的氣體保護電弧焊接，亦可使用上述的脈衝波形。多層焊接的情況，可示例出下述般的焊接方法。 (1)只有第1層、 (2)第1層至第2層為止、或 (3)第1層至第3層為止， 焊接電流是以非脈衝波形的定電壓之直流來焊接，並將剩餘的層，以與上述同樣地進行焊接電流為脈衝波形的焊接。
詳細來說，針對剩餘的層，是使焊接電流成為將第1脈衝與第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，作為使第1脈衝的峰電流值比第2脈衝還高，第2脈衝的峰期間比第1脈衝還長的脈衝波形來進行焊接。
(具備熔滴脫離檢測部的控制裝置) 在使用上述脈衝波形的焊接，於第1脈衝的峰期間，檢測在藉由電弧而融解之焊絲的前端所形成的熔滴之脫離或即將脫離的狀態是很重要。又，在以下中，將檢測熔滴脫離及熔滴即將脫離的狀態之事，統稱為「檢測熔滴脫離」。 如上述般，可基於焊接電流、電弧電壓、及電弧電壓與焊接電流的比(V/I：阻抗)之中的至少一個，來檢測熔滴脫離。 接著，作為「基於焊接電流、電弧電壓、及電弧電壓與焊接電流的比(V/I：阻抗)之中的至少一個」的一例，一邊參照圖8，一邊說明使用電弧電壓等之時間2階微分值，來檢測熔滴脫離的情況。圖8，是表示控制裝置之一例的方塊圖，該控制裝置具備進行使用時間2階微分值的檢測的溶滴脫離檢測部。
在本實施形態，是使用電弧電壓的時間2階微分值者。於3相交流電源(未圖示)，連接有輸出控制元件1，賦予至該輸出控制元件1的電流，是透過變壓器2、由二極體所成的整流部3、直流電抗器8及檢測焊接電流的電流檢測器9，來賦予至接觸焊頭4。被焊接材7是連接於變壓器2的低位電源側，在插通至接觸焊頭4內來送電的焊絲5與被焊接材7之間產生焊接電弧6。
接觸焊頭4與被焊接材7之間的電弧電壓，是由電壓檢測器10檢測出而輸入至輸出控制器15。於輸出控制器15，還輸入有來自電流檢測器9之焊接電流的檢測值，輸出控制器15，是基於電弧電壓及焊接電流，來控制送電至焊絲5的焊接電流及電弧電壓。
由電壓檢測器10所檢測出的電弧電壓，輸入至熔滴脫離檢測部16的電弧電壓微分器11，在電弧電壓微分器11中，演算時間1階微分。接著，該電弧電壓的1階微分值，輸入至2階微分器12，在該2階微分器12中，演算電弧電壓的時間2階微分。之後，該時間2階微分值輸入至比較器14。於2階微分值設定器13，輸入有2階微分設定值(閾值)來設定。比較器14，是比較來自2階微分器12的2階微分值與來自2階微分值設定器13的設定值(閾值)，在2階微分值超過設定值的瞬間，輸出熔滴脫離檢測訊號。該2階微分值超過設定值的瞬間，被判定為檢測出熔滴脫離。
該熔滴脫離檢測訊號，輸入至波形生成器18，在波形生成器18中，控制熔滴脫離後的焊接電流波形，並將輸出補正訊號輸入至輸出控制器15。該波形生成器18，是當熔滴脫離檢測訊號輸入時，設定在波形生成器18的期間，會對輸出控制器15輸出控制訊號(輸出補正訊號)，來成為比檢測時的焊接電流值還要低的焊接電流值。波形設定器17，是在波形生成器18中，輸入將輸出補正訊號予以輸出的期間及使焊接電流降低之程度，藉由波形設定器17，而在波形生成器18設定有將輸出補正訊號予以輸出的期間及使焊接電流降低之程度。
在此，熔滴脫離檢測訊號，是在檢測出熔滴脫離的情況進行輸出的訊號。在熔滴脫離之際，存在於焊絲前端的熔滴之根部會收縮，該收縮進行的結果，電弧電壓及阻抗會上升。且，若熔滴脫離的話電弧長度會變長，故電弧電壓及阻抗會上升。將此以電壓及阻抗值或該等的微分值來檢測出的情況，在焊接中，若焊接條件變化的話，會被該焊接條件的變化影響，熔滴脫離檢測部，會頻繁出現誤檢測，使火花屑增大。但是，在本實施形態之2階微分值之檢測的情況，即使在焊接中有焊接條件變化，亦不受該變化的影響，可正確地檢測出熔滴脫離。且，若將2階微分值以2階微分值設定器13來設定的話，可正確地檢測出熔滴脫離，可控制焊接波形，該2階微分值是相當於熔滴即將脫離的收縮所致之電壓或電弧阻抗的變化。藉此，可期待能消除殘留在焊絲前端的熔液被吹飛而發生小粒火花屑的問題。
如上述般，針對檢測出熔滴脫離之後的輸出補正進行說明。以波形設定器17來設定電流、電壓等之必要的參數。輸出控制器15，是輸入來自電流檢測器9、電壓檢測器10、波形生成器18的訊號，藉由控制輸出控制元件1，來控制電弧。在熔滴脫離檢測訊號沒有輸入至波形生成器18的情況，是對輸出控制元件1輸出控制訊號，來使電流檢測器9的檢測電流及電壓檢測器10的檢測電壓成為波形設定器17所設定的電流、電壓。波形生成器18，若輸入熔滴脫離檢測部16的熔滴脫離檢測訊號的話，將輸出補正訊號輸出至輸出控制器15，來使在波形設定器17設定的期間，成為在波形設定器17設定的焊接電流。此時的焊接電流是比檢測時的焊接電流還低，故將熔滴上推的電弧反作用力會變弱，熔滴不會從焊絲延長方向大幅回頭而是過渡至溶融池。於是，熔滴難以變成火花屑來飛散。
如以上所述，本實施形態之熔滴脫離檢測部，是在第1脈衝的峰期間中，基於從電壓檢測器10及/或電流檢測器9所得到之電弧電壓的時間2階微分值、焊接電流的時間2階微分值、或電弧電壓與焊接電流的比(V/I：阻抗)的時間2階微分值，來檢測出熔滴脫離時，進行使第1脈衝的峰電流值降低的控制處理。 如上述般，可基於焊接電流、電弧電壓、及電弧電壓與焊接電流的比(V/I：阻抗)之中的至少1個，檢測出熔滴脫離，來控制焊接波形，故可期待能消除殘留在焊絲前端的熔液被吹飛而發生小粒火花屑的問題。
熔滴脫離檢測部16，為了以較少時間延遲來正確地檢測出熔滴脫離，電流檢測器9或電壓檢測器10所檢測之資料的精度很重要。在對焊槍200供給電力的電源線之長度較長的情況，因電源線的電阻，使得從焊接電源400供給至焊槍200之間的電壓值、電流值的下降或時間延遲變得顯著。藉此，使得設在焊接電源400側的電流檢測器9所檢測之電流值的精度或電壓檢測器10所檢測之電壓值的精度降低。
焊絲的電阻，是與纜線長成正比，與纜線的剖面積成反比。於是，檢討使用將焊接電源400及可搬運式焊接機器手臂100之間予以連接之電源線的纜線長及纜線的剖面積，來使熔滴脫離檢測部16進行正確之熔滴脫離的檢測的要件。
其結果，若將焊接電源400與可搬運式焊接機器手臂100之間予以連接之電源線的纜線長定為Lmm，將纜線剖面積定為Smm2 的話，發現到L對S的比率(L/S)，在具有L/S≦10000之關係的情況，熔滴脫離檢測部可正確地進行熔滴脫離的檢測。又，L/S的單位為1/mm。 [實施例]
接著，進行使用上述實施形態的焊槍等來實際進行焊接試驗的試驗1及試驗2之說明。 (試驗條件) 試驗1及試驗2中共通的基本試驗條件如下所示。 (1)焊絲：JIS Z3312：2009 YGW11 線形1.2mm (2)工件：SM490B 板厚12mm (3)保護氣體：100%CO2 (4)焊接條件 (a)焊接電流：280～300A (b)電弧電壓：34～36V (c)焊縫：單斜形對接焊縫 (d)積層：3層3道 (e)路線間隔：4mm (f)入熱條件：40kJ/cm以下 (g)焊接長度：350mm
(評價方法) 對試驗1及試驗2一起由連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷的3點來評價試驗結果。 (1)連續焊接性 3層3道的焊接，在不會因焊接噴嘴的火花屑去除作業而停止，為連續地實施的情況，將試驗結果判定為「〇」(良)。另一方面，因保護氣體供給的不良等，使得電弧不穩定而停止焊接的情況，判定為「×」(不良)。
(2)火花屑性 以附著在最終層之周邊的火花屑量來評價。更詳細來說，是對於焊接長度50mm、從焊接線往下板側25mm、立板側25mm的範圍，以附著的火花屑量來評價。 (a)將火花屑在1.0mm以下者評價為「◎」(優良)。 (b)將超過1.0mm的火花屑附著有1個以上5個以下者評價為「○」(良)。 (c)將超過1.0mm的火花屑附著有6個以上10個以下者評價為「△」(可)。 (d)超過1.0mm的火花屑以超過11個的狀態者來附著者，火花屑附著為顯著，而作為焊接作業性為惡劣者評價為「×」(不良)。
(3)焊接缺陷 在焊道外觀及超音波探傷試驗沒有缺陷的話則評價為「○」(良)，有缺陷的話則評價為「×」(不良)。
(試驗1) 接著，參照表1至表4，說明使用本發明之一實施形態之焊槍及以往之焊槍來進行焊接試驗的試驗1之結果。在試驗1，是沒有使用脈衝波形而是以定電壓的直流進行焊接。將使用本發明之一實施形態之焊槍的實施例示於試驗編號1至19。試驗編號40至43的比較例，雖具有可使噴嘴及接觸焊頭相對移動的構造，但試驗編號44及45的比較例，是成為噴嘴及接觸焊頭無法相對移動之以往的構造。
於表1，示出實施例之焊接噴嘴的規格及保護氣體的流量、流速，於表2，示出比較例之焊接噴嘴的規格及保護氣體的流量、流速。於表3，示出實施例之試驗1的結果，於表4，示出比較例之試驗1的結果。又，試驗編號1至19及試驗編號40至45之電源線的纜線長(L：mm)為1000mm，纜線徑(Dc：mm)為17mm。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
Figure 02_image005
Figure 02_image007
＜噴嘴的前端內徑＞ 在試驗編號1至19的實施例，每個噴嘴的前端內徑都在10mm至20mm的範圍。在該等實施例，連續焊接性及焊接缺陷中不論何者均評價為「〇」(良)。且，針對火花屑性，是評價為「○」(良)或「△」(可)。如以上所述，具有可使噴嘴及接觸焊頭相對移動的構造，且噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下之範圍內的情況，得知就連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷，具有充分的性能。 此外，噴嘴的前端內徑在12mm至18mm之範圍的實施例之大半，在火花屑性被判定為「○」(良)，得知噴嘴的前端內徑在12mm至18mm之範圍為更佳。
另一方面，噴嘴的前端內徑未達10mm之試驗編號41的比較例，在連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷之所有的點被評價為「×」(不良)。且，噴嘴的前端內徑大於20mm，噴嘴及接觸焊頭為無法相對移動的構造之試驗編號45的比較例也是，在連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷之所有的點被評價為「×」(不良)。噴嘴的前端內徑大於20mm的試驗編號40之比較例，在火花屑性及焊接缺陷的點被評價為「×」(不良)。
如以上所述，具有可使噴嘴及接觸焊頭相對移動的構造，噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下之範圍內的情況，實証出能有效地抑制火花屑的發生，且可去除附著在噴嘴的火花屑。
＜噴嘴-焊頭間距離＞ 在試驗編號1至19的實施例，每個噴嘴-焊頭間距離都在2mm以上7mm以下的範圍內。且，除了試驗編號7及10以外的實施例，噴嘴及接觸焊頭的相對移動距離，是在噴嘴-焊頭間距離之30%以上90%以下的範圍內。該等實施例的大半，是在火花屑性被判定為「○」(良)。 另一方面，在噴嘴及接觸焊頭的相對移動距離未達噴嘴-焊頭間距離之30%的試驗編號7的實施例，是在火花屑性被評價為「△」(可)。且，在噴嘴及接觸焊頭的相對移動距離大於噴嘴-焊頭間距離之90%的試驗編號10的實施例也是，在火花屑性被評價為「△」(可)。
此外，在試驗編號44及45的比較例，為噴嘴及接觸焊頭無法相對移動的構造，故即使最初電弧的狀態為穩定，亦會在噴嘴內附著火花屑而成為不穩定，而陷入若不進行火花屑去除作業的話就無法繼續焊接的狀態。在噴嘴-焊頭間距離未達2mm的試驗編號41的比較例、及可移動距離為1.5mm的試驗編號43的比較例，由於保護氣體的流速過快，故焊縫內(焊槍正下方周圍)之氣體會變亂而容易捲入大氣，而發生氣孔等之焊接缺陷。
如以上所述，在噴嘴-焊頭間距離在2mm以上7mm以下的範圍內，噴嘴及接觸焊頭的相對移動距離，在噴嘴-焊頭間距離的30%以上90%以下之範圍內的情況，實證出可使電弧的穩定化及噴嘴噴出口的火花屑所致之堵塞的抑制為良好地取得平衡，可一邊防止噴嘴及接觸焊頭間的熔接，一邊得到有效的火花屑去除效果。
＜保護氣體的流速＞ 在試驗編號1至19的實施例，每個保護氣體的流量都在15L/min以上50L/min以下的範圍內，保護氣體的流速都在1m/sec以上10m/sec以下的範圍內。 另一方面，在保護氣體的流量未達15L/min，保護氣體的流速未達1m/sec之試驗編號42的比較例，在連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷之所有的點被評價為「×」(不良)。且，在保護氣體的流速大於10m/sec之試驗編號41的比較例也是，在連續焊接性、火花屑性及焊接缺陷之所有的點被評價為「×」(不良)。
如以上所述，使用本發明之一實施形態之焊槍的焊接，從噴嘴噴出之保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下之範圍內，保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下之範圍內的情況，實證出可有效實現電弧的穩定化及低火花屑化。
(試驗2) 接著，參照表5-1、表5-2及表6，說明使用本發明之一實施形態的焊槍，來進行脈衝焊接試驗的試驗2之結果。將使用本發明之一實施形態之焊槍的實施例示於試驗編號20至39。於表5-1，示出焊接噴嘴的規格及保護氣體的流量、流速，於表5-2，示出纜線的規格及脈衝焊接的條件。於表6，示出脈衝焊接所致之試驗2的結果。針對表5-1的項目，在試驗編號20至39之所有的實施例是設定成相同。
Figure 02_image009
Figure 02_image011
Figure 02_image013
在試驗2，檢測出熔滴脫離，而進行脈衝焊接的控制。且，在第1層的焊接，是沒有使用脈衝波形而是以定電壓的直流進行焊接，從第2層的焊接開始進行脈衝焊接。
＜脈衝試驗1＞ 除了試驗編號24以外的實施例，是成為使第1脈衝的峰電流值比第2脈衝還高，且使第2脈衝的峰期間比第1脈衝還長的脈衝波形。在該等之實施例，得知除了試驗編號23的實施例以外，是藉由使用脈衝波的焊接，而在連續焊接性及焊接缺陷上，得到「○」(良)以上的評價。又，關於試驗編號23的實施例，雖在火花屑性被評價為「△」(可)，但在後述之關於纜線長度的考察中說明其原因。 另一方面，在第1脈衝的峰電流值沒有比第2脈衝還高之試驗編號24的實施例，儘管使用了脈衝波，但火花屑性被評價為「△」(可)。
如以上所述，使用本發明之一實施形態的焊槍來進行脈衝焊接時，在第1脈衝的峰電流值比第2脈衝還高，第2脈衝的峰期間比第1脈衝還長的脈衝波形的情況，實證出在火花屑性具有優異的性能。
＜脈衝試驗2＞ 此外，在試驗編號20、21、22、25、27、29、31、33、36及38的實施例，第1脈衝的峰電流值在400A以上600A以下的範圍內，第2脈衝的峰電流值在300A以上500A以下的範圍內，第1脈衝的峰期間在0.5msec以上3.5msec以下的範圍內，第2脈衝的峰期間在1.5msec以上5.5msec以下的範圍內。 得知在該等之實施例，藉由使用脈衝波的焊接，而在火花屑性得到「◎」(優良)的評價。
另一方面，例如，在第1脈衝的峰電流值未達400A之試驗編號28的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。在第1脈衝的峰電流值大於600A之試驗編號26的實施例，亦在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。 在第2脈衝的峰電流值未達300A之試驗編號32的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。在第2脈衝的峰電流值大於500A之試驗編號30的實施例，亦在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。
在第1脈衝的峰期間未達0.5msec之試驗編號39的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。在第1脈衝的峰期間大於3.5msec之試驗編號24、37的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。在第2脈衝的峰期間未達1.5msec之試驗編號34的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。在第2脈衝的峰期間大於5.5msec之試驗編號35的實施例，在火花屑性無法得到「◎」(優良)的評價。
如以上所述，脈衝波形中，第1脈衝的峰電流值在400A以上600A以下的範圍內，第2脈衝的峰電流值在300A以上500A以下的範圍內，且第1脈衝的峰期間在0.5msec以上3.5msec以下的範圍內，第2脈衝的峰期間在1.5msec以上5.5msec以下的範圍內之情況，實證出在火花屑性具有極為優異的性能。
＜纜線長＞ 在電源線之纜線長(Lmm)對纜線剖面積(Smm2 )的比率(L/S：單位1/mm)大於10000之試驗編號23的實施例，儘管進行了脈衝焊接，但火花屑性被評價為「△」(可)。這是因為，對於纜線剖面積(S)而言纜線長度(L)太長而導致。如試驗編號22的實施例所示般，在L/S之值未達10000的情況，火花屑性被評價為「◎」(優良)。 因此，為了正確地進行熔滴脫離的檢測，來實行適當的脈衝焊接，實證出具有L/S≦10000之關係為重要。
如以上所述，上述實施形態的焊接裝置，連同噴嘴210之前端內徑的細徑化，具有可使噴嘴210及接觸焊頭220相對移動的構造，噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內，藉此抑制火花屑的發生，並且即使火花屑附著於噴嘴210，亦可去除所附著的火花屑。特別是，初始狀態之噴嘴-焊頭間距離在2mm以上7mm以下的範圍內，噴嘴210及接觸焊頭220的相對移動距離M在噴嘴-焊頭間距離D之30%以上90%以下之範圍內的情況，可一邊防止噴嘴210及接觸焊頭220間的熔接，一邊得到有效的火花屑去除效果。此外，藉由採用這種構造的焊槍200，即使是連續的焊接亦可使電弧穩定化，故藉由使用脈衝波形之焊接電流的脈衝焊接，可進一步促進電弧的穩定化、低火花屑化。
雖說明了本發明的實施形態、實施態樣，但揭示內容可在構成的細部中有所變化，實施形態、實施態樣之要素的組合或順序的變化等，是在不超脫所申請之本發明的範圍及思想而可實現者。
1‧‧‧輸出控制元件 2‧‧‧變壓器 3‧‧‧整流部 4‧‧‧接觸焊頭 5‧‧‧焊絲 6‧‧‧電弧 7‧‧‧被焊接材 8‧‧‧電抗器 9‧‧‧電流檢測器 10‧‧‧電壓檢測器 11‧‧‧電壓微分器 12‧‧‧2階微分器 13‧‧‧2階微分值設定器 14‧‧‧比較器 15‧‧‧輸出控制器 16‧‧‧熔滴脫離檢測部 17‧‧‧波形設定器 18‧‧‧波形生成器 50‧‧‧焊接裝置 100‧‧‧可搬運式焊接機器手臂 110‧‧‧機器手臂本體 112‧‧‧本體部 114‧‧‧固定臂部 116‧‧‧可動臂部 120‧‧‧導軌 130‧‧‧焊槍連接部 132、134‧‧‧焊槍夾具 140‧‧‧磁鐵 150‧‧‧纜線夾具 160‧‧‧兩側把手 170‧‧‧曲柄 200‧‧‧焊槍 210‧‧‧噴嘴 220‧‧‧接觸焊頭 230‧‧‧孔口件 240‧‧‧焊頭主體 250‧‧‧絕緣筒 250A‧‧‧內側構件 260‧‧‧固定螺帽 270‧‧‧絕緣罩 280‧‧‧O型環 290‧‧‧壓縮彈簧 292‧‧‧波形墊圈 294‧‧‧墊圈 296‧‧‧墊圈 298‧‧‧孔 300‧‧‧送絲裝置 400‧‧‧焊接電源 410‧‧‧電源線 420‧‧‧線管 430‧‧‧管道電纜 500‧‧‧氣體供給源 510‧‧‧氣體管 600‧‧‧控制裝置 610、620‧‧‧控制纜線
圖1是表示本發明之一實施形態之焊接裝置之構造的示意圖。 圖2是示意表示本發明之一實施形態之可搬運式焊接機器手臂的側視圖。 圖3是示意表示使用圖2所示之可搬運式焊接機器手臂來進行焊接時的側視圖。 圖4是示意表示本發明之一實施形態之焊槍之構造的側視剖面圖。 圖5A是從保護氣體之噴出側來觀看圖4之箭頭A-A所示之焊槍的示意圖，是表示噴嘴及接觸焊頭大致配置在同心上的初始狀態的圖。 圖5B是表示從圖5A的狀態使噴嘴及接觸焊頭相對地移動後之狀態的示意圖。 圖6是表示本發明之一實施形態之控制裝置所生成之脈衝波形之一例的圖。 圖7是示意表示本發明之一實施形態之控制裝置所生成之脈衝波形所致之焊絲前端部之時系變化的說明圖。 圖8是表示控制裝置之一例的方塊圖，該控制裝置具有進行使用時間2階微分值的檢測的熔滴脫離檢測部。
200‧‧‧焊槍
210‧‧‧噴嘴
220‧‧‧接觸焊頭
230‧‧‧孔口件
240‧‧‧焊頭主體
250‧‧‧絕緣筒
250A‧‧‧內側構件
260‧‧‧固定螺帽
270‧‧‧絕緣罩
280‧‧‧O型環
290‧‧‧壓縮彈簧
292‧‧‧波形墊圈
294‧‧‧墊圈
296‧‧‧墊圈
298‧‧‧孔
A、B‧‧‧箭頭

Claims (10)

  1. 一種焊接裝置，是氣體保護電弧焊接用的焊接裝置，其特徵為，具備：可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備導引保護氣體之噴出的噴嘴及對消耗式電極進行通電的接觸焊頭；送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍；焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極；氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂，從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時，在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭，前述噴嘴，是不於圓周方向旋轉地來對前述接觸焊頭傾動，藉此使前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造，前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內。
  2. 如請求項1所述之焊接裝置，其中，初始狀態之前述噴嘴的前端內徑及前述接觸焊頭的前端外徑之間的噴嘴-焊頭間距離，在2mm以上7mm以下的 範圍內，前述噴嘴及前述接觸焊頭的相對移動距離，是在前述噴嘴-焊頭間距離之30%以上90%以下的範圍內。
  3. 如請求項1或2所述之焊接裝置，其中，由前述焊接電源所供給之焊接電流，是將第1脈衝及第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，前述第1脈衝的峰電流值比前述第2脈衝還高，前述第2脈衝的峰期間比前述第1脈衝還長。
  4. 如請求項3所述之焊接裝置，其中，前述第1脈衝的峰電流值在400A以上600A以下的範圍內，前述第2脈衝的峰電流值在300A以上500A以下的範圍內，前述第1脈衝的峰期間在0.5msec以上3.5msec以下的範圍內，前述第2脈衝的峰期間在1.5msec以上5.5msec以下的範圍內。
  5. 如請求項4所述之焊接裝置，其中，前述焊接電源，具有：檢測出焊接電弧電壓的電壓檢測器、 檢測出焊接電流的電流檢測器、及檢測出形成在前述消耗式電極之前端之熔滴脫離的熔滴脫離檢測部，前述熔滴脫離檢測部，是在前述第1脈衝的峰期間，基於從前述電壓檢測器及前述電流檢測器所得到之前述焊接電流、前述電弧電壓、及前述電弧電壓與前述焊接電流的比(V/I：阻抗)之中的至少1種，來檢測出前述熔滴脫離時，使前述第1脈衝的峰電流值降低。
  6. 如請求項5所述之焊接裝置，其中，將把前述焊接電源及前述可搬運式焊接機器手臂之間予以連接的電源線之纜線的長度定為Lmm，將前述纜線的剖面積定為Smm2時，前述L對前述S的比率(L/S：單位1/mm)，具有L/S≦10000的關係。
  7. 一種氣體保護電弧焊接方法，是使用焊接裝置的氣體保護電弧焊接方法，其特徵為：前述焊接裝置，具備：可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備導引保護氣體之噴出的噴嘴及對消耗式電極進行通電的接觸焊頭； 送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍；焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極；氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂，從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時，在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭，前述噴嘴，是不於圓周方向旋轉地來對前述接觸焊頭傾動，藉此使前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造，前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內，前述保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下的範圍內，前述保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下的範圍內。
  8. 如請求項7所述之氣體保護電弧焊接方法，其中，由前述焊接電源所供給的焊接電流，是將第1脈衝與第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，前述第1脈衝的峰電流值比前述第2脈衝還高，前述第2脈衝的峰期間比前述第1脈衝還長。
  9. 如請求項8所述之氣體保護電弧焊接方法，其中，前述第1脈衝的峰電流值在400A以上600A以下的範圍內，前述第2脈衝的峰電流值在300A以上500A以下的範圍內，前述第1脈衝的峰期間在0.5msec以上3.5msec以下的範圍內，前述第2脈衝的峰期間在1.5msec以上5.5msec以下的範圍內。
  10. 一種多層焊接方法，是使用焊接裝置的多層焊接之氣體保護電弧焊接方法，其特徵為：前述焊接裝置，具備：可搬運式焊接機器手臂，其安裝有焊槍，該焊槍具備導引保護氣體之噴出的噴嘴及對消耗式電極進行通電的接觸焊頭；送絲裝置，其將前述消耗式電極供給至前述焊槍；焊接電源，其透過前述接觸焊頭來將電力供給至前述消耗式電極；氣體供給源，其供給從前述噴嘴之前端噴出的前述保護氣體；以及控制裝置，其控制前述可搬運式焊接機器手臂， 從前述保護氣體的噴出側來觀看前述焊槍時，在前述噴嘴之開口的內側配置有前述接觸焊頭，前述噴嘴，是不於圓周方向旋轉地來對前述接觸焊頭傾動，藉此使前述噴嘴及前述接觸焊頭具有可相對移動的構造，前述噴嘴的前端內徑在10mm以上20mm以下的範圍內，前述保護氣體的流量在15L/min以上50L/min以下的範圍內，前述保護氣體的流速在1m/sec以上10m/sec以下的範圍內，前述多層焊接的情況中，(1)只有第1層、(2)前述第1層至第2層為止、或(3)前述第1層至第3層為止，是使由前述焊接電源所供給的焊接電流，以不使用脈衝波形的定電壓之直流來進行，剩餘的層，是使由前述焊接電流成為：將第1脈衝與第2脈衝的組合當成1週期的脈衝波形，前述第1脈衝的峰電流值比前述第2脈衝還高，且前述第2脈衝的峰期間比前述第1脈衝還長的脈衝波形，來進行焊接。
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