專利名稱：等離子小孔式焊接的引弧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子小孔式焊接的被改善的引弧方法。
背景技術(shù)：
等離子小孔式焊接，在被焊接物對(duì)I形溝的對(duì)接接頭進(jìn)行焊接時(shí)，由被水冷卻的 等離子噴嘴和等離子氣體的氣體流來限制鎢電極一般作為陰極來放電時(shí)的等離子電弧。而 且，為使集中性好的高溫等離子流產(chǎn)生，該高溫的等離子流一邊在焊接線上形成由熔融池 的前端貫通被焊接物的圓孔，一邊進(jìn)行移動(dòng)的焊接。該焊接直接被提供直到電弧熱達(dá)到背 面為止，背面的熔融也能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。在使等離子小孔式焊接引弧時(shí)，高溫等離子流貫通被焊接物，但在小孔貫通了時(shí)， 等離子電弧電壓上升。對(duì)該上升的電壓進(jìn)行檢測，開始等離子焊炬的移動(dòng)的引弧方法以往 被提出。以下對(duì)該現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。圖7為表示現(xiàn)有技術(shù)的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，在 與等離子電極1同心的圓上設(shè)置對(duì)等離子電弧3進(jìn)行限制的等離子噴嘴2。在等離子電極 1與被焊接物4之間由等離子焊接用電源5提供功率，在等離子噴嘴2內(nèi)從等離子氣體供給 源6供給等離子氣體13，產(chǎn)生等離子電弧3。高溫的等離子流一邊在焊接線上由熔融池的 前端貫通被焊接物4而形成小孔7，一邊進(jìn)行移動(dòng)，也進(jìn)行背面的熔融。電壓變動(dòng)檢測裝置8，檢測小孔7貫通了時(shí)的等離子電弧電壓的變動(dòng)(例如1 2V)，由波形成型器9成形為適于焊接控制定序器(sequencer) 10的信號(hào)。焊接控制定序器 10輸入該被成形的信號(hào)，向焊炬移動(dòng)裝置11輸入開始等離子焊炬的移動(dòng)的信號(hào)，焊炬移動(dòng) 裝置11開始等離子焊炬12的移動(dòng)(參照例如專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1JP特公平2-18953號(hào)公報(bào)上述現(xiàn)有技術(shù)的等離子小孔式焊接的引弧方法，為在從等離子焊接用電源5施 加直流電壓的情況下，檢測小孔7貫通了時(shí)的電壓變化，開始等離子焊炬12的移動(dòng)的方法。 該電壓變化的檢測方法，以電壓的上升穩(wěn)定地進(jìn)行為前提。但是，由于通過等離子電弧的狀 態(tài)變化而電壓進(jìn)行變動(dòng)，因此僅檢測電壓變化不能適當(dāng)?shù)嘏袛嗟入x子小孔式焊接的小孔已貫通。進(jìn)而，來自等離子焊接用電源5的輸出為交流電壓、交流脈沖電壓或者直流脈沖 電壓的情況下，等離子電弧電壓例如以2V以上的偏差進(jìn)行變動(dòng)。此外，在小孔7的形成結(jié) 束了時(shí)，電壓變動(dòng)檢測裝置8即使想要檢測等離子電弧電壓的變動(dòng)，也不能區(qū)別2V以上的 等離子電弧電壓的變動(dòng)和1 2V的小孔7貫通了時(shí)的電壓變化。因此，不能判斷等離子小 孔式焊接的小孔貫通了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅赖牡入x子小 孔式焊接的引弧方法。
3
第1發(fā)明的等離子小孔式焊接的引弧方法，在等離子小孔式焊接的引弧時(shí)，對(duì)等 離子電極與被焊接物之間的等離子電弧電壓進(jìn)行檢測，與該檢測電壓相對(duì)應(yīng)地開始移動(dòng)等 離子焊炬，該引弧方法的特征在于，具備開始等離子焊接電流的通電，設(shè)定判斷為在上述 等離子電弧電壓穩(wěn)定后開始等離子小孔的形成時(shí)的等離子電弧電壓作為小孔開始基準(zhǔn)電 壓的小孔開始基準(zhǔn)電壓設(shè)定步驟；和之后，在上述等離子電弧電壓與上述小孔開始基準(zhǔn)電 壓之差處于預(yù)定的基準(zhǔn)值以上時(shí)，判斷為等離子小孔貫通了，開始移動(dòng)上述等離子焊炬的 等離子焊炬移動(dòng)開始步驟。第2發(fā)明根據(jù)第1發(fā)明中記載的等離子小孔式焊接的引弧方法，其特征在于，上述 等離子焊炬移動(dòng)開始步驟為，在判斷為上述等離子小孔貫通了之后，在上述等離子電弧電 壓已穩(wěn)定時(shí)開始移動(dòng)上述等離子焊炬的步驟。本發(fā)明的等離子小孔式焊接的引弧方法，由于能夠判斷等離子小孔式焊接的小孔 的貫通，因此能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅馈４送?，有時(shí)在即使小孔貫通也不是具 有足夠廣度的貫通時(shí)開始等離子焊炬的移動(dòng)，或者即使在小孔完全地貫通之后，等離子焊 炬的移動(dòng)的開始也延遲。此時(shí)，在判斷等離子小孔貫通了后，通過等離子電弧電壓穩(wěn)定時(shí) 開始等離子焊炬的移動(dòng)，能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅馈?br>

圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的圖。圖2為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的各信號(hào) 的時(shí)間經(jīng)過的圖。圖3為表示從被焊接物的表面觀察時(shí)的本發(fā)明的焊道的圖。圖4為表示在小孔完全地進(jìn)行貫通前開始等離子焊炬的移動(dòng)，并且在小孔完全地 貫通了的情況下，等離子焊炬的移動(dòng)開始也延遲時(shí)的焊道的圖。圖5為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的圖。圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的各信號(hào) 的時(shí)間經(jīng)過的圖。圖7為表示現(xiàn)有技術(shù)的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的圖。符號(hào)的說明1等離子電極
2等離子噴嘴
3等離子電弧
4被焊接物
5等離子焊接用電源
6等離子氣體供給源
7小孑L (key hole)
8電壓變動(dòng)檢測裝置
9波形成型器
10焊接控制定序器 11焊炬移動(dòng)裝置
12等離子焊炬
13等離子氣體
21機(jī)械手
22焊道
Bthl基準(zhǔn)值
Bth2基準(zhǔn)值
Bth3基準(zhǔn)值
Bv電壓微分信號(hào)
BV電壓微分電路
Cml小孔形成開始信號(hào)
CMl比較電路
Cm2小孔貫通信號(hào)
CM2比較電路
CM3比較電路
Cm3根部焊道形成信號(hào)
Ei誤差放大信號(hào)
EI誤差放大電路
IA電流絕對(duì)值電路
Ia電流絕對(duì)值信號(hào)
ID電流檢測器
Id電流檢測信號(hào)
Ip等離子電弧電流
Is電流設(shè)定信號(hào)
IS電流設(shè)定器
Is電流設(shè)定信號(hào)
PM電源主電路
RC機(jī)器人控制電路
St等離子焊炬移動(dòng)開始信號(hào)
Va成形電壓信號(hào)
VA電壓絕對(duì)值電路
Va電壓絕對(duì)值信號(hào)
VD電壓檢測電路
Vd電壓檢測信號(hào)
VF低通濾波器
Vf成形電壓信號(hào)
Vp等離子電弧電壓
Vs小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)
VS小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)設(shè)淀
具體實(shí)施例方式[實(shí)施方式1]基于實(shí)施例參照附圖對(duì)發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式 1的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，等離子焊接用電源內(nèi)的電源主電 路PM輸入交流商用電源(3相200V等)，按照后述的誤差放大信號(hào)Ei進(jìn)行變換器控制的功 率控制，輸出適于等離子小孔式焊接的等離子電弧電流Ip及等離子電弧電壓Vp。電流檢測 器ID檢測等離子電弧電流Ip來輸出電流檢測信號(hào)Id。電流絕對(duì)值電路IA對(duì)電流檢測信 號(hào)Id的絕對(duì)值進(jìn)行運(yùn)算來輸出電流絕對(duì)值信號(hào)la。電流設(shè)定器IS設(shè)定等離子電弧電流來 輸出電流設(shè)定信號(hào)Is。誤差放大電路EI對(duì)電流設(shè)定信號(hào)Is與電流絕對(duì)值信號(hào)Ia之間的 誤差進(jìn)行放大，輸出誤差放大信號(hào)Ei。因此，通電與上述的電流設(shè)定信號(hào)Is相當(dāng)?shù)牡入x子 電弧電流Ip。電壓檢測電路VD檢測等離子焊炬內(nèi)的等離子電極1與被焊接物4之間的等離子 電弧電壓Vp，輸出電壓檢測信號(hào)Vd。電壓絕對(duì)值電路VA對(duì)電壓檢測信號(hào)Vd的絕對(duì)值進(jìn) 行運(yùn)算，輸出電壓絕對(duì)值信號(hào)Va。低通濾波器VF輸入電壓絕對(duì)值信號(hào)Va，除去高頻分量， 輸出成形電壓信號(hào)Vf。電壓微分電路BV對(duì)成形電壓信號(hào)Vf進(jìn)行微分，輸出電壓微分信號(hào) Bv。比較電路CMl輸入電壓微分信號(hào)Βν，在該電壓微分信號(hào)Bv達(dá)到預(yù)定的基準(zhǔn)值Bthl以 下時(shí)，判斷小孔的形成已開始，輸出僅短時(shí)間處于高電平的小孔形成開始信號(hào)Cml。小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)設(shè)定電路VS輸入小孔形成開始信號(hào)Cml和成形電壓信號(hào) Vf，設(shè)定并輸出輸入了小孔形成開始信號(hào)Cml時(shí)的成形電壓信號(hào)Vf作為小孔開始基準(zhǔn)電 壓信號(hào)Vs。比較電路CM2，輸入成形電壓信號(hào)Vf和小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)Vs，在成形電壓信 號(hào)Vf與小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)Vs之差處于由等離子氣體的種類等預(yù)定的基準(zhǔn)值Bth2以 上時(shí)，判斷小孔已貫通，輸出僅短時(shí)間處于高電平的小孔貫通信號(hào)Cm2。機(jī)器人控制電路RC 輸入小孔貫通信號(hào)Cm2，向機(jī)械手21輸出等離子焊炬移動(dòng)開始信號(hào)St，開始等離子焊炬的 移動(dòng)。以下，參照?qǐng)D2對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。該圖㈧為表示電壓檢測信號(hào)Vd的時(shí)間經(jīng)過的 圖，該圖⑶為表示電壓絕對(duì)值信號(hào)Va的時(shí)間經(jīng)過的圖，該圖(C)為表示成形電壓信號(hào)Vf 的時(shí)間經(jīng)過的圖，該圖(D)為表示小孔形成開始信號(hào)Cml的時(shí)間經(jīng)過的圖，該圖(E)為表示 小孔貫通信號(hào)Cm2的時(shí)間經(jīng)過的圖。圖2(A)中所示的電壓檢測信號(hào)Vd表示具有峰值和基值的交流脈沖波形電壓信 號(hào)。該圖⑶中所示的電壓絕對(duì)值信號(hào)Va為對(duì)該圖㈧中所示的電壓檢測信號(hào)Vd的絕對(duì) 值進(jìn)行運(yùn)算的波形電壓信號(hào)。在圖2(C)所示的時(shí)刻tl中，開始等離子電弧電流Ip的通電時(shí)，由電壓絕對(duì)值電 路VA對(duì)電壓檢測信號(hào)Vd的絕對(duì)值進(jìn)行演算而輸出電壓絕對(duì)值信號(hào)Va，該電壓絕對(duì)值信號(hào) Va由低通濾波器VF除去高頻分量，輸出成形電壓信號(hào)Vf。之后，等離子電弧3在被焊接物 4的表面形成熔融池，形成開始時(shí)等離子電弧3也不穩(wěn)定且容易電壓變動(dòng)。該成形電壓信號(hào)Vf上升，在處于時(shí)刻t2時(shí)，等離子電弧3穩(wěn)定，之后，等離子電弧 3的電壓變動(dòng)范圍變小，上升率變小。此時(shí)比較電路CM1，在電壓微分信號(hào)Bv達(dá)到預(yù)定的基 準(zhǔn)值Bthl以下時(shí)，等離子電弧3對(duì)被焊接物4開始挖掘小孔，判斷開始形成小孔，如圖2 (D)所示，輸出僅短時(shí)間處于高電平的小孔形成開始信號(hào)Cml。小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào)設(shè)定電路 VS設(shè)定輸入了該小孔形成開始信號(hào)Cml時(shí)的成形電壓信號(hào)Vf作為小孔開始基準(zhǔn)電壓信號(hào) Vs。之后，小孔的形成繼續(xù)，在處于時(shí)刻t3時(shí)，成形電壓信號(hào)Vf與小孔開始基準(zhǔn)電壓 信號(hào)Vs之差處于規(guī)定的基準(zhǔn)值Bth2以上時(shí)，判斷小孔已貫通了，如圖2 (E)所示，從比較電 路CM2輸出小孔貫通信號(hào)Cm2。機(jī)器人控制電路RC輸入該小孔貫通信號(hào)Cm2，向機(jī)械手21 輸出等離子焊炬移動(dòng)開始信號(hào)St，開始等離子焊炬的移動(dòng)。該結(jié)果，在來自等離子焊接用電源的輸出為交流電壓、交流脈沖電壓或者直流脈 沖電壓中的任一種的情況下，也能夠判斷等離子小孔式焊接的小孔的貫通。因此，如圖3所 示，能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅?2。圖3表示從被焊接物的表面觀察時(shí)的本發(fā) 明的焊道的圖。[實(shí)施方式2]上述的本發(fā)明實(shí)施方式1的等離子小孔式焊接的引弧方法中，如果在即使小孔貫 通也不是具有足夠廣度的貫通時(shí)，開始等離子焊炬的移動(dòng)，則例如如圖4(A)的被焊接物的 截面圖所示，被焊接物的表面的小孔周邊的熔融金屬由等離子電弧吹跑，有時(shí)飛出到上面。 進(jìn)而，此時(shí)，如該圖(B)的從被焊接物的背面觀察的圖所示，存在根部焊道沒有被充分形成 的時(shí)刻。此外，如從該圖(A)的被焊接物的截面圖及(C)的被焊接物的表面觀察的圖所示， 即使小孔完全地貫通了的情況下，等離子焊炬的移動(dòng)開始延遲時(shí)，熔融金屬燒穿，在焊炬的 移動(dòng)時(shí)相對(duì)焊炬的前進(jìn)方向相反側(cè)流動(dòng)的熔融金屬不足，存在處于焊接不良的時(shí)刻。這些情況，也可在上述實(shí)施方式1中追加判斷為根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻牟襟E。 下面對(duì)該步驟進(jìn)行說明。圖5為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的等離子小孔式焊接的引弧方法 的結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，比較電路CM3輸入小孔貫通信號(hào)Cm2及電壓微分信號(hào)Bv，在輸入小 孔貫通信號(hào)Cm2之后，在電壓微分信號(hào)Bv達(dá)到預(yù)定的基準(zhǔn)值Bth3以下時(shí)，判斷根部焊道被 適當(dāng)?shù)匦纬?，輸出僅短時(shí)間處于高電平的根部焊道形成信號(hào)Cm3。機(jī)器人控制電路RC輸入 根部焊道形成信號(hào)Cm3，向機(jī)械手21輸出等離子焊炬移動(dòng)開始信號(hào)St，開始等離子焊炬的 移動(dòng)。其他的與圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子小孔式焊接的引弧方法的結(jié)構(gòu) 相同的功能付與相同符號(hào)，并省略說明。以下，參照?qǐng)D6對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。該圖㈧ (E)與圖2所示的㈧ ⑶相同， 因此省略說明。該圖(F)為表示根部焊道形成信號(hào)Cm3的時(shí)間經(jīng)過的圖。圖6中所示的時(shí)刻tl t3間的動(dòng)作，與圖2中所示的時(shí)刻tl t3間的動(dòng)作相 同，因此省略說明。在圖6的時(shí)刻t3中，比較電路CM2，在成形電壓信號(hào)Vf與小孔開始基 準(zhǔn)電壓信號(hào)Vs之差在規(guī)定的基準(zhǔn)值Bth2以上時(shí)，判斷為小孔已貫通，輸出小孔貫通信號(hào) Cm2。此時(shí)的等離子電弧電壓Vp由于小孔的形成的影響而不穩(wěn)定。之后，等離子電弧電壓 Vp減少，等離子電弧電壓Vp處于穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，等離子電弧電壓Vp的減少率變小。在時(shí)刻t4，比較電路CM3，在電壓微分信號(hào)Bv達(dá)到預(yù)定的基準(zhǔn)值Bth3以下時(shí)，判 斷根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬桑敵龈亢傅佬纬尚盘?hào)Cm3。機(jī)器人控制電路RC輸入根部焊道 形成信號(hào)Cm3，向機(jī)械手21輸出等離子焊炬移動(dòng)開始信號(hào)St，開始等離子焊炬的移動(dòng)。其結(jié)果，除了本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子小孔式焊接的引弧方法所實(shí)現(xiàn)的效果 之外，由于沒有在即使小孔貫通也不是具有足夠的廣度的貫通時(shí)開始等離子焊炬的移動(dòng)，或者即使在小孔完全地貫通之后等離子焊炬的移動(dòng)的開始也延遲的情況，因此沒有下述情 況，即被焊接物的表面的小孔周邊的熔融金屬飛出到上面，或者根部焊道沒有形成以及熔 融金屬燒穿而熔融金屬不足，處于焊接不良的情況。發(fā)明者們，以被焊接物為鋁鎂合金A5052、交流脈沖的逆極性等離子電弧電流的基 值電流為IB，期間為TB，脈沖電流為IP，脈沖寬度為TP，正極性等離子電弧電流為IEN，期間 為TEN時(shí)的EN比率=(IENX TEN) / (IPX TP+IENX TEN)是75%，等離子電弧的平均電壓為 30V，等離子電弧的平均電流為250A，等離子氣體為氬70%和氦30%的混合氣體，判斷為小 孔貫通了時(shí)的基準(zhǔn)值Bth2為5V，低通濾波器的高頻遮斷頻率為1.0Hz，來進(jìn)行本發(fā)明的等 離子小孔式焊接的引弧方法。其結(jié)果，能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅馈Ａ硗?，上述的本發(fā)明實(shí)施方式2的等離子小孔式焊接的引弧方法中，時(shí)刻tl t2 的期間及時(shí)刻t3 t4的期間為短時(shí)間，時(shí)刻t2 t3的期間為數(shù)10秒左右。此外，基準(zhǔn)值Bthl 3因等離子氣體的種類而不同，因此將與各等離子氣體對(duì)應(yīng) 的基準(zhǔn)值Bthl 3預(yù)先保存到數(shù)據(jù)庫中，也可設(shè)定基準(zhǔn)值Bthl 3與所使用的等離子氣 體相對(duì)應(yīng)。此外，在上述的本發(fā)明的實(shí)施方式1及2的等離子小孔式焊接的引弧方法中，對(duì)交 流脈沖電源進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能適用于直流電源。此時(shí)，不需要上述的電壓絕對(duì)值 電路VA。
權(quán)利要求
一種等離子小孔式焊接的引弧方法，在等離子小孔式焊接的引弧時(shí)，對(duì)等離子電極與被焊接物之間的等離子電弧電壓進(jìn)行檢測，與該檢測電壓相對(duì)應(yīng)地開始移動(dòng)等離子焊炬，該引弧方法的特征在于，具備開始等離子焊接電流的通電，設(shè)定判斷為在上述等離子電弧電壓穩(wěn)定后開始等離子小孔的形成時(shí)的等離子電弧電壓作為小孔開始基準(zhǔn)電壓的小孔開始基準(zhǔn)電壓設(shè)定步驟；和之后，在上述等離子電弧電壓與上述小孔開始基準(zhǔn)電壓之差處于預(yù)定的基準(zhǔn)值以上時(shí)，判斷為等離子小孔貫通了，開始移動(dòng)上述等離子焊炬的等離子焊炬移動(dòng)開始步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子小孔式焊接的引弧方法，其特征在于，上述等離子焊炬移動(dòng)開始步驟為，在判斷為上述等離子小孔貫通了之后，在上述等離 子電弧電壓已穩(wěn)定時(shí)開始移動(dòng)上述等離子焊炬的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅赖牡入x子小孔式焊接的引弧方法。本發(fā)明的等離子小孔式焊接的引弧方法，開始等離子焊接電流的通電，設(shè)定判斷為在等離子電弧電壓穩(wěn)定后開始等離子小孔的形成時(shí)的等離子電弧電壓為小孔開始基準(zhǔn)電壓。之后，在等離子電弧電壓與小孔開始基準(zhǔn)電壓之差處于預(yù)定的基準(zhǔn)值以上時(shí)，判斷為等離子小孔貫通了，開始等離子焊炬的移動(dòng)。其結(jié)果，在來自等離子焊接用電源的輸出為交流電壓、交流脈沖電壓或者直流脈沖電壓中任一個(gè)的情況下，也能判斷等離子小孔式焊接的小孔的貫通。因此，能夠得到根部焊道被適當(dāng)?shù)匦纬傻暮傅馈?br> 文檔編號(hào)B23K9/067GK101920378SQ20101012596
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者上山智之, 劉忠杰, 惠良哲生, 波多曉, 鹽崎秀男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨