專利名稱：熔化極型焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熔化極型焊接方法(consumable electrode type weldingmethod)，用于在作為熔化電極的焊絲與作為待焊工件的焊接基體金屬之間產生電弧，從而控制焊接輸出。
背景技術：
現(xiàn)在，為了保證國際競爭能力，焊接工業(yè)總是在努力進一步增強其焊接操作的生產率。特別是，日益增加的減少所謂“意外停止”的需求，以及對縮短生產流程時間的需求，所述“意外停止”是一種導致生產線停工的輕微故障。
可以指出的導致意外停止的原因各種各樣，其中最大的原因是起弧失敗所引起的故障。
考慮到這個原因，在常規(guī)的熔化極型焊接方法中，為了增強起弧，已知如下方法即，當從外界輸入啟動信號時，機械手移動從而將焊炬也移動到預定的焊接起始位置，隨后，在焊絲的供給還處于停止時，焊炬被機械手大致地沿著焊絲的供給方向移動，從而允許焊絲的前端接近待焊工件；如果檢測到焊絲前端已與待焊工件相接觸，焊接電源裝置就施加一個預定為較小電流的初始電流，同時，焊炬在與焊絲供給方向相反的方向上移動，從而執(zhí)行焊炬的后退動作，將焊絲的前端從待焊工件移走；如果焊絲前端與待焊工件由于焊炬的后退動作而相互分離，那么就會產生一個電弧，初始電流施加于其上，在初始起弧狀態(tài)保持時，焊炬的后退動作允許繼續(xù)；如果焊炬返回焊接起始位置，后退動作被切換成在預定焊接方向上的運動，同時，開始供給焊絲并且供給穩(wěn)態(tài)的電流，從而初始起弧狀態(tài)也切換為穩(wěn)態(tài)起弧階段(例如，參見專利文獻1)。
圖5為利用機器人的整個焊接系統(tǒng)的示意性簡圖，用于實施上述熔化極型焊接方法。
在圖5中，附圖標記101表示作為熔化電極的焊絲；焊絲101能夠在送絲馬達103的作用下沿著焊炬104的方向從焊絲盤102放出。附圖標記105表示焊接電源裝置。焊接電源裝置105通過焊炬104和焊嘴106在焊絲101和作為待焊工件的基體金屬107之間施加給定焊接電流I和給定焊接電壓V，從而產生電弧108，并且控制送絲馬達103，用于實施焊接操作。
附圖標記109表示機械手。機械手109持有焊炬104，將焊炬104置于焊接起始位置(未示出)，并將焊炬104沿焊縫(未示出)移動。
此外，機械手109受機器人控制單元110控制。機器人控制單元110在焊接電源裝置105和其自身之間實行雙向通訊(two-way communication)S，因而機器人控制單元110發(fā)送焊接規(guī)范如焊接電流I和焊接電壓V，以及指令信號如焊接起始信號和焊接停止信號。
現(xiàn)在，將參考圖6所示時間圖描述用于上述結構的系統(tǒng)中的熔化極型焊接方法。
具體地參考圖6，其垂直方向上分別表示了焊炬移動速度TV、送絲速度WF、短路檢測信號A/S、焊接電流I以及焊接電壓V的狀態(tài)，而其水平軸則表示時間。在這幅附圖中，對于各個時刻來說，TS0表示焊接起始信號從機器人控制單元110傳送到焊接電源裝置105的時刻，而TS1-TS5則分別表示TS0之后經過一定時間后的時刻。
首先，機器人控制單元110不僅向焊接電源裝置105傳輸焊接起始信號，還驅動機械手109，以使焊炬104加速向基體金屬107移動。并且，當焊炬104的速度達到初始焊炬速度TV0，機器人控制單元110令機械手109停止加速，保持焊炬104以一個固定速度向下移動。
此外，當從機器人控制單元110接收到焊接起始信號時，焊接電源裝置105在焊絲101和基體金屬107之間施加空載電壓V0。
這樣，在TS1時刻，如果焊絲101與基體金屬107接觸，焊接電源裝置105內具有的短路檢測裝置(未示出)就會輸出短路信號A/S。
該短路檢測信號A/S通過雙向通訊S被輸送到機器人控制單元110，從而機器人控制單元110使機械手109立即減速并停止，從而，在TS2時刻，機械手109的操作停止，這樣，焊炬104的速度變?yōu)榱恪?br> 隨后，機器人控制單元110馬上逆動機械手109的操作，開始在使焊炬104被拉離基體金屬107的方向上的操作，從而將焊炬104升高。
從TS1時刻到TS3時刻的一段時期是短路期，在此期間，直到機械手109的速度為零的TS2時刻，焊絲101一直被壓在基體金屬107上；但是，從TS2時刻開始，由于機械手109的逆動操作，所以焊絲101的壓縮量逐漸減小，并且在TS3時刻，短路解除。
TS3時刻發(fā)生的時間就是三角形cde的面積超出三角形abc的面積的時刻，其中在焊炬移動速度TV軸上圖示的三角形cde的面積表示焊絲101的升起量，而在焊炬移動速度TV軸上圖示的三角形abc的面積表示焊絲101的壓縮量。
此時，當初始短路發(fā)生在TS1時刻，焊接電源裝置105控制焊接電流I為I1，隨后在一段時間內將電流增加到I2，直到斷開短路。
作為初始短路時期的第一階段，焊接電流被控制在一個相對較低的電流I1。這是為了避免下述可能，即，由于初始短路，焊絲的前端因為焦耳效應而將焊絲熔化，因而同時產生出的電弧將熔化的焊絲向四周濺落形成飛濺。
此外，將電流從I1改變?yōu)镮2是為了能夠施加足夠的能量，以在斷開短路的TS3時刻生成電弧。
當電弧在TS3時刻生成，焊接電源裝置105驅動送絲馬達103向基體金屬107加速供給焊絲101，保持加速一直到焊絲101的速度到達用于實際焊接的焊絲速度(welding wire speed for actual welding)(未示出)，并且，在焊絲速度達到用于實際焊接的焊絲速度后，保持焊絲速度為一固定的速度。
此外，在控制焊接電流I到達引弧電流I3’經過一段與送絲馬達103的驅動相關的給定時間后，焊接電源裝置105控制電流變?yōu)榈诙‰娏鱅4，隨后，控制電流變?yōu)檎鎸嵑附拥妮敵鲭娏?未示出)。
然后，下文將參考圖7所示時間圖描述用于上述焊接系統(tǒng)中的熔化極型焊接方法的焊接終止時間段。
具體地參考圖6，在其垂直方向上，分別圖示了焊炬移動速度TV、送絲速度WF和焊接輸出P的狀態(tài)，其水平軸表示時間。在本圖中，對于各個時刻來說，TE0表示焊接終止信號從機器人控制單元110傳送到焊接電源裝置105的時刻，TE1-TE4則分別表示TE0之后經過一定時間的時刻。
首先，當從機器人控制單元110接收到焊接終止信號時，焊接電源裝置105控制送絲馬達103，以減小焊絲101的供給速度。
與送絲速度減小的同時，焊接電源裝置105也減少焊接輸出，而且，在滿足預定條件的TE2’時刻，控制焊接輸出為一個固定的焊接輸出。
該固定輸出P1稱為“回燒”(burn-back)。通常，焊接電源裝置105在TE3’時刻并從該時刻開始持續(xù)回燒，在該時刻焊絲101被停止，這樣，保持固定的輸出維持電弧108一段給定的時間；隨后，在焊絲101燒掉后，焊接電源裝置105在TE4’時刻停止固定輸出。
這種“回燒”控制方法廣泛的應用于防止所謂的粘絲(wire stick)現(xiàn)象的控制方法中，在這種現(xiàn)象中，焊絲101與熔池(未示出)接觸，并且在焊接結束后固定于其中。
專利文獻JP2002-205169公開。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題然而，常規(guī)的熔化極型焊接方法需要機械手109的逆動操作(reversingoperation)。
這樣，當其檢測到焊絲101的前端與基體金屬107接觸時，開始減少機械手109的向前移動速度，一旦機械手109的向前運動停止，則開始機械手的逆動，并在向后的方向上加速，就是說，不僅需要機械手109的反應時間，還需要其加速和減速的時間。
此外，由于送絲馬達103在起始電弧產生后第一次啟動，焊絲101的供給速度不能趕上焊絲101的熔化速度，因而擴大了電弧108的長度，導致不穩(wěn)定的電弧108。
并且，在焊接終止時，為了防止“粘絲”現(xiàn)象，需要進行“回燒”過程，這需要花費執(zhí)行該過程的時間，從而延長了生產流程時間。此外，由于焊絲10的過燒，在焊絲101的前端形成球形固體，這將會阻礙下一步的起弧。
因此，本發(fā)明的要解決的技術問題是提供一種熔化極型焊接方法，這種方法可以減少常規(guī)熔化極型焊接方法中所浪費的時間；能夠在產生電弧后保持適當?shù)碾娀￠L度，從而穩(wěn)定焊接起始部分的電弧；還能夠確實的防治粘絲現(xiàn)象，并且保持焊絲前端部分具有正確的形狀，從而能夠在下一步中實現(xiàn)正確的起弧。
解決技術問題的手段為了達到上述目的，按照本發(fā)明，提供一種熔化極型焊接方法，其中，采用的焊接系統(tǒng)包括用于將焊絲向焊炬供給的送絲裝置，用于把持焊炬并移動焊炬的執(zhí)行器(actuator)，用于驅動和控制執(zhí)行器的控制單元，用于在待焊工件和焊絲之間施加焊接輸出的焊接電源裝置，焊炬被執(zhí)行器在該焊炬被拉離待焊工件的方向上移動，同時供給焊絲，從而控制相對于待焊工件的焊絲速度。
按照這種方法，由于執(zhí)行器能夠通過單向操作控制相對于待焊工件的焊絲的速度，相對于常規(guī)方法來說就能夠減少反應時間和加速/減速時間，而且由于焊絲和待焊工件之間的距離能夠通過下述的良好能力而控制，所以電弧可以更早的穩(wěn)定。
此外，與常規(guī)方法相比較，焊接終止時間內的“回燒”過程時間也能夠減少。
本發(fā)明效果如上文所述，按照本發(fā)明，由于，在供給焊絲的同時，執(zhí)行器使焊炬在被拉離所述焊絲的方向上移動，從而允許起始電弧在焊絲與待焊工件分離時發(fā)生，不僅去除了逆動操作，從而減少了浪費的時間進而減少了生產流程時間，而且焊接起始時間內的電弧能夠更加穩(wěn)定，從而有效地減少了“意外停止”。
具體實施例方式
(實施例)現(xiàn)在，將結合圖1-4描述按照本發(fā)明的熔化極型焊接方法的實施例。
圖1為用于實施本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的輪廓的示意性簡圖，其中附圖標記1表示作為熔化電極的焊絲，它通過送絲馬達3沿著焊炬4方向從焊絲盤2放出。
標記5表示焊接電源裝置，用于通過焊炬4和焊嘴6在焊絲1和作為待焊工件的基體金屬7之間施加給定焊接電流I和給定焊接電壓V，以產生電弧，并且控制送絲馬達3，從而進行焊接操作。
標記9表示把持焊炬4的機械手，用于將焊炬4定位于焊接起始位置(未示出)，并沿著焊縫(未示出)移動。
此外，機械手9受機器人控制單元10控制。機器人控制單元10在焊接電源裝置5和其自身之間執(zhí)行雙向通訊S，用于傳輸焊接規(guī)范如焊接電流I和焊接電壓V以及焊接起始及終止指令。
參照圖2，其垂直方向上分別表示了焊炬移動速度TV、送絲速度WF、短路檢測信號A/S、焊接電流I以及焊接電壓的狀態(tài)，而其水平軸則表示時間。對于各個時刻來說，TS0表示焊接起始信號從機器人控制單元10傳送到焊接電源裝置5的時刻，而TS1-TS5則分別表示TS0之后的時刻。
如圖2所示，按照本實施例，當焊接起始信號從機器人控制單元10傳輸?shù)胶附与娫囱b置5時(TS0)，焊接電源裝置5在焊絲1和基體金屬7之間施加空載電壓V0，并且開動送絲馬達3，從而加速焊絲1向基體金屬7的移動。
當焊絲1的供給速度達到初始焊絲速度W0，焊接電源裝置5令送絲馬達3停止焊絲的加速，但是保持焊絲以一個固定的速度供給。
然后，在TS1時刻，當焊絲1與基體金屬7接觸時，短路信號A/S從焊接電源裝置5所提供的短路檢測裝置(未示出)發(fā)出。
短路檢測信號A/S通過雙向通訊S傳送到機器人控制單元10。機器人控制單元10立即令機械手9開始將焊炬4在焊炬4明顯被拉離基體金屬7的方向上移動，并還升起焊炬4。
從TS1到TS3為短路期，在這一期間，焊絲1持續(xù)地以初始焊絲速度W0供給，并且機械手9持續(xù)提升焊炬4。因此，焊絲1前端的速度是焊絲速度WF和焊炬速度TV的合成速度，如圖2中虛線所示。
因此，焊絲1的前端，在TS1時刻及該時刻之后，使得焊絲1被壓在基體金屬7上，直到TS2時刻，在該時刻，圖2中虛線所示的合成速度變?yōu)榱悖辉赥S2時刻及該時刻之后，合成速度轉化為一個負數(shù)速度，從而壓縮量減少；在TS3時刻，短路斷開。TS3時刻發(fā)生在焊絲升起量，即三角形hji的面積超出焊絲壓縮量或者三角形fgh的面積的時刻。
順便提及，當初始短路發(fā)生在TS1時刻，焊接電源裝置5控制焊接電流I轉化為I1，并且，在一定的給定時間之后，將電流增加到I2直至斷開短路。
之所以在初始短路時期的第一階段將焊接電流控制在I1這個相對較低的水平，是為了防止發(fā)生下述現(xiàn)象，即，焊絲被焊絲前端由于初始短路所產生的焦耳熱所熔化，因而熔化的焊絲能夠在電弧產生的同時向四周飛濺。
此外，將電流從I1改變?yōu)镮2是為了能夠施加足夠的能量，以在斷開短路的TS3時刻生成電弧。
圖3為一個解釋性的時間圖，其中由虛線所示的按照現(xiàn)有技術的焊絲速度WF與按照本實施例的圖2中所示的相同的時間圖相重疊，目的是將本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較。
從圖3中可以清楚地看出，在現(xiàn)有技術中起弧時，在短路斷開和電弧產生的TS3時刻焊絲開始第一次加速。因此，例如，如果將本發(fā)明和現(xiàn)有技術中焊絲速度達到WF4的時刻相互比較，就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術的方法比本發(fā)明慢TS4到TS4’的時間。
如上文所述，按照本發(fā)明的實施例，當其檢測到焊絲1的前端與作為待焊工件的基體金屬7接觸時，通過使用機械手9提升焊炬4，同時持續(xù)向前供給焊絲1，電弧在焊絲1與基體金屬7相分開的狀態(tài)下產生。由于這個原因，不僅去除了機械手逆動操作，從而減少了浪費的時間進而減少了生產流程時間，而且焊接起始時間內的電弧能夠更加穩(wěn)定，從而有效地減少了“意外停止”下面將結合圖4所示的時間圖描述按照本發(fā)明實施例的終止電弧階段。
順便提及，圖4中，在其垂直方向上分別圖示了焊炬移動速度TV、送絲速度WF和焊接輸出P的狀態(tài)，其水平軸表示時間；對于各個時刻來說，焊接終止信號從機器人控制單元10傳送到焊接電源裝置5的時刻由TE0表示，而TE1-TE4則分別表示TE0經過一定時間后的時刻。
按照本發(fā)明的實施例，從機器人控制單元10接收到焊接終止信號時，焊接電源裝置5控制送絲馬達3，以減少焊絲的速度。
與焊絲的速度減少相關，焊接輸出也減少，在滿足預定條件的TE1時刻，焊接電源裝置5將向機器人控制單元10傳送升起焊炬4的開始信號。
一旦從焊接電源裝置5接收到升起操作的開始信號，機器人控制單元10就控制機器人手臂9升起焊炬4。
結果，焊絲1的前端速度成為焊絲速度WF和焊炬速度TV的合成速度，也就是說，它成為圖4中虛線所表示的速度。
因此，在TE2時刻，焊絲1的速度相對于基體金屬7為零，從而能夠停止焊接輸出P。
從該時刻開始，焊絲1的操作和焊炬4的升起操作繼續(xù)執(zhí)行，但是，當代表焊炬4的升起距離的梯形klmn的面積超出代表焊絲1的慣性運行距離的三角形opq的面積時，操作停止，這樣就消除了出現(xiàn)粘絲現(xiàn)象的危險，在粘絲現(xiàn)象中，焊絲1與基體金屬7的熔池相接觸并進而固定于其中。因此，機器人控制單元10立即控制機器人手臂9，使其能夠切換到下一操作(例如，將手柄9移動到下一焊接操作的焊接起始時的焊炬位置)。
如上文所述，按照本發(fā)明的實施例，由于消除了常規(guī)技術中必須的用于“回燒”操作的時間，所以生產流程時間得以徹底有效地縮減；而且，由于防止了在焊絲1頂端由于焊絲燒掉而造成的球形固體的形成，因而，避免了對下一步驟中的焊接起始的不利影響。
順便提及，在本實施例中，焊炬的升起操作由機械手執(zhí)行。然而，也可以單獨地提供執(zhí)行器，焊炬的升起操作由該執(zhí)行器執(zhí)行。并且，在這種情況下，不使用機器人，例如，使用自動化機器，也可以定位焊炬或者將其沿焊縫移動，這當然不會對本發(fā)明產生不利的影響。
工業(yè)實用性按照本發(fā)明的熔化極型焊接方法不僅去除了逆動操作，使得減少了浪費的時間進而減少了生產流程時間，而且焊接起始時間內的電弧能夠更加穩(wěn)定，使得有效地減少了“意外停止”。因此，本發(fā)明作為熔化極型焊接方法在工業(yè)上是有益的，例如，在生產設備和施工工程方面。


圖1為按照本發(fā)明實施例的焊接系統(tǒng)的示意性簡圖；圖2為按照本發(fā)明實施例的起弧時的時間圖；圖3為用于與現(xiàn)有技術相比較的按照本發(fā)明實施例的起弧時的時間圖；圖4為按照本發(fā)明實施例的終止電弧時的時間圖；圖5為現(xiàn)有技術中焊接系統(tǒng)的示意性簡圖；圖6為現(xiàn)有技術起弧時的時間圖；圖7為現(xiàn)有技術終止電弧時的時間圖。
附圖標記說明1焊絲圖15焊接電源裝置10機器人控制單元焊接電流I焊接電壓V雙向通訊S圖2和3焊絲前端和焊炬的移動焊炬速度TV焊絲速度WF短路檢測信號A/S焊接電流I焊接電壓V圖4焊接輸出P圖5105焊接電源裝置110機器人控制單元焊接電流I焊接電壓V圖6焊絲前端和焊炬的移動焊炬速度TV焊絲速度WF短路檢測信號A/S焊接電流I焊接電壓V檢測到短路檢測到短路斷開圖7焊接輸出P
權利要求
1.一種熔化極型焊接方法，其中，采用的焊接系統(tǒng)包括用于將焊絲向焊炬供給的送絲裝置，用于把持并移動所述焊炬的執(zhí)行器，用于驅動和控制所述執(zhí)行器的控制單元，用于在待焊工件和焊絲之間施加焊接輸出的焊接電源裝置，該方法包括下述步驟通過所述執(zhí)行器使所述焊炬在離開所述待焊工件的方向上移動，同時供給焊絲；控制相對于所述待焊工件的焊絲速度。
2.如權利要求1所述的熔化極型焊接方法，其中，在焊接起始時，首先，在所述執(zhí)行器停止的同時供給焊絲，焊絲與所述待焊工件接觸之后，在施加焊接輸出的同時，所述焊炬以等于或大于送絲速度的速度被所述執(zhí)行器拉離待焊工件。
3.如權利要求2所述的熔化極型焊接方法，其中，在焊接起始時，首先，在所述執(zhí)行器停止的同時，送絲速度被設定為等于或小于在正常焊接時焊絲的供給速度，在所述焊炬被拉離所述待焊工件后，焊絲的供給速度變?yōu)樯鲜龅恼：附訒r的供給速度。
4.如權利要求2或3所述的熔化極型焊接方法，其中，在焊絲與所述待焊工件接觸后，在施加焊接輸出的同時，所述焊炬以等于或大于送絲速度的速度被所述執(zhí)行器拉離所述待焊工件至一給定的距離，隨后，使所述焊炬在拉離的方向上的運動停止。
5.如權利要求1所述的熔化極型焊接方法，其中，在焊接終止時，在減小焊絲的供給速度也減小焊接輸出的同時，所述焊炬以等于或大于送絲速度的速度被所述執(zhí)行器拉離所述待焊工件，在送絲速度與所述執(zhí)行器的移動速度大致平衡的時刻，使焊接輸出停止。
6.如權利要求5所述的熔化極型焊接方法，其中，至少直到焊絲的供給速度為零時，所述執(zhí)行器使所述焊炬在被拉離所述待焊工件的方向上移動。
7.如權利要求5或6所述的熔化極型焊接方法，其中，在焊接開始時，直到焊絲的前端部分到達焊絲前端與所述待焊工件之間的一距離，所述焊炬被所述執(zhí)行器拉離所述待焊工件。
全文摘要
在常規(guī)的熔化極型焊接方法中，由于需要機械手的逆動操作，就需要額外的反應時間以及加速和減速的時間，同時，由于焊絲的供給速度不能趕上焊絲的熔化速度，因而擴大了電弧的長度，導致不穩(wěn)定的電弧。在按照本發(fā)明的熔化極型焊接方法中，在供給焊絲(1)時，焊炬(4)被機械手(9)在該焊炬(4)被拉離基體金屬(7)的方向上移動，使得初始電弧在焊絲(1)與基體金屬(7)分離時產生。這不僅去除了機械手(9)的逆動操作的需要，從而減少了浪費的時間進而減少了生產流程時間，而且穩(wěn)定了焊接起始部分的電弧，從而有效地減少了“意外停止”。
文檔編號B23K9/067GK1839009SQ20058000072
公開日2006年9月27日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權日2004年7月8日
發(fā)明者向井康士, 川本篤寬, 池田達也, 中田廣之, 古和將 申請人:松下電器產業(yè)株式會社