CN101791739A

CN101791739A - 等离子体gma焊接方法

Info

Publication number: CN101791739A
Application number: CN201010109047A
Authority: CN
Inventors: 刘忠杰
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: CN101791739B; JP2010172958A

Abstract

本发明的等离子体GMA焊接方法，通过在经焊炬(2)朝向焊接母材(P)进给的金属丝(W)与焊接母材(P)之间流动脉冲波形的GMA焊接电流(Iwm)来产生GMA电弧(13)，并且通过按照包围金属丝(W)的方式被提供的气体(Gc)而在焊炬(2)与焊接母材(P)之间流动等离子体焊接电流(Iwp)来产生等离子体电弧(32)，该等离子体GMA焊接方法，将GMA焊接电流(Iwm)的峰值电流值(Imp)和基值电流值(Imb)设定为：改变GMA焊接电流(Iwm)的平均电流值(Ima)时产生变化的变化区间，且平均电流值(Ima)被设定为某一值时的峰值电流值(Imp)和基值电流值(Imb)是被设定为比平均电流值(Ima)小的值时的峰值电流值(Imp)和基值电流值(Imb)以上。从而本发明能够抑制凸起焊道和弯曲焊道等不当的焊道的产生。

Description

等离子体GMA焊接方法

技术领域

本发明涉及一种同时产生等离子体电弧和GMA电弧的等离子体GMA焊接方法。

背景技术

以往，提出了组合等离子体焊接方法与GMA焊接方法的等离子体GMA焊接方法(例如，参照专利文献1)。在该等离子体GMA焊接方法中，通过使GMA焊接电流在经焊炬而被进给的金属丝与焊接母材之间流动，从而产生GMA电弧。与此同时，通过提供Ar等气体使其包围金属丝并且通过该气体使等离子体焊接电流在焊炬与焊接母材之间流动，从而产生等离子体电弧。金属丝作为产生GMA电弧的电极而起作用，并且通过其顶端熔融来形成液滴，从而辅助与焊接母材的接合。

作为稳定并提供上述液滴的目的，上述GMA焊接电流一般构成直流脉冲波形。如图5(a)所示，GMA焊接电流Iwm交替地输出峰值电流值Imp和基值电流值Imb。另一方面，如图5(b)所示，将等离子体焊接电流Iwp设为大致固定的直流电流。GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima根据输出峰值电流值Imp的期间Tp和输出基值电流值Imb的期间Tb的比例来决定其大小。为了增加平均电流值Ima而提高期间Tp的时间率，另一方面，为了减小平均电流值Ima而提高期间Tb的时间率。

如图6所示，平均电流值Ima例如被设定为与金属丝的进给速度Fw成比例。进给速度Fw被决定为基于焊接母材的厚度或焊接速度等的焊接条件而能取的值的范围，并根据此决定平均电流值Ima的范围。峰值电流值Imp被设定为比该范围的平均电流值Ima大的值，基值电流值Imb被设定为比该范围的平均电流值Ima小的值。

但是，当上述焊接条件涉及分支越多，则进给速度Fw能取的范围就越大。与此对应而平均电流值Ima能取的范围也变大，因此峰值电流值Imp与基值电流值Imb之间的差会变大。这样，GMA电弧赋予焊接母材的压力的变动幅度就会变大。通过焊接母材熔融而形成的熔融池的液面会根据该压力变动而大幅变动，并且被凝固。由此，形成如图7所示的凸起焊道(humping bead)90，存在会形成如图8所示的弯曲焊道91的问题点。另外，图7和图8所示的符号P是焊接母材。

【专利文献1】特开昭63-168283号公报

发明内容

本发明的课题鉴于上述情况而形成，提供一种例如能够抑制凸起焊道和弯曲焊道等不当的焊接焊道的产生的等离子体GMA焊接方法。

由本发明提供的等离子体GMA焊接方法，通过在经焊炬朝向焊接母材进给的金属丝与上述焊接母材之间流动脉冲波形的GMA焊接电流来产生GMA电弧，并且通过按照包围上述金属丝的方式被提供的气体而在上述焊炬与上述焊接母材之间流动等离子体焊接电流来产生等离子体电弧，该等离子体GMA焊接方法的特征在于，将上述GMA焊接电流为高电平状态时的峰值电流值和为低电平状态时的基值电流值设定为：使上述GMA焊接电流的平均电流值变化时具有上述峰值电流值和上述基值电流值产生变化的变化区间，且上述平均电流值被设定为某一值时的上述峰值电流值和上述基值电流值是被设定为比上述平均电流值小的值时的上述峰值电流值和上述基值电流值以上，并且使上述平均电流值变化的期间包括上述峰值电流值的最小值是上述平均电流值的最大值以下的期间，且包括上述基值电流值的最大值是上述平均电流值的最小值以上的期间。

在本发明的优选实施方式中，将上述平均电流值设定为与上述金属丝的进给速度成比例。

在本发明的优选实施方式中，使上述峰值电流值和基值电流值的至少任一个与上述平均电流值成比例。

在本发明的优选实施方式中，使上述峰值电流值和基值电流值的至少任一个根据上述平均电流值的变化阶段性地变化。

根据这样的等离子体GMA焊接方法，GMA焊接电流的峰值电流值和基值电流值被设定为例如相对于根据焊接条件变化的平均电流值而变化。因此，与将峰值电流值以及基值电流值设为与平均电流值的增减无关而大致为定值的以往的等离子体GMA焊接方法相比，能够使上述峰值电流值与基值电流值的电流幅度减小。由此，能够减小对输出峰值电流值和基值电流值时的焊接母材的GMA电弧的压力变动。因此，能够抑制熔融池的振动，并且能够抑制凸起焊道和弯曲焊道的产生。

本发明的其它特征和优点将参照附图在下面进行详细的说明，由此会变得更加明确。

附图说明

图1是表示应用本发明的等离子体GMA焊接方法的焊接装置的结构图。

图2是表示GMA电弧焊接电流与金属丝的进给速度之间的关系的图。

图3是本实施方式的等离子体GMA焊接方法的焊道外观图。

图4是表示应用了变形例的等离子体GMA焊接方法时的GMA电弧焊接电流与金属丝的进给速度之间的关系的图。

图5是表示以往的等离子体GMA焊接方法中使用的GMA焊接电流和等离子体焊接电流的图。

图6是表示以往的GMA电弧焊接电流与金属丝的进给速度之间的关系的图。

图7表示以往的等离子体GMA焊接方法的凸起焊道的外观，(a)是俯视图，(b)是侧视图。

图8是以往的等离子体GMA焊接方法的弯曲焊道的外观图。

图中：A-焊接装置；Gc-中心气体；Gs-保护气体；Gp-等离子气体；Iwm-GMA电弧焊接电流；Iwp-等离子体电弧焊接电流；P-焊接母材；PSM-GMA电弧焊接电源；PSP-等离子体电弧焊接电源；1-金属丝进给机构；11-进给辊；12-电动机；2-焊炬；21-保护气体喷嘴；22-等离子体喷嘴；22a-通道；23-等离子体电极(非熔化电极)；24-接触头；31-GMA电弧；32-等离子体电弧；33-熔融池；34-焊接金属；35-焊道；90-凸起焊道；91-弯曲焊道。

具体实施方式

以下，参照附图具体说明本发明的优选实施方式。

图1是表示应用本发明的等离子体GMA焊接方法的焊接装置的结构图。该焊接装置A是用于对焊接母材P进行等离子体GMA焊接的装置。焊接装置A具备GMA电弧焊接电源PSM、等离子体电弧焊接电源PSP、金属丝进给机构1以及焊炬2等。

GMA电弧焊接电源PSM产生用于对焊接母材P进行GMA焊接的电力。GMA电弧焊接电源PSM根据通过焊炬2的接触头24(后述)在金属丝W与焊接母材P之间施加GMA电弧焊接电压Vwm，从而向焊接头2提供GMA焊接电流Iwm。GMA电弧焊接电源PSM设有正极(参照符号“+”)和负极(参照符号“-”)两个电极，正极与焊炬2的接触头24导通，负极与焊接母材P导通。

等离子体电弧焊接电源PSP产生用于对焊接母材P进行等离子体焊接的电力。等离子体电弧焊接电源PSP通过在等离子体电极23(后述)与焊接母材P之间施加等离子体电弧焊接电压Vwp，向等离子体电极23提供等离子体焊接电流Iwp。等离子体电弧焊接电源PSP设有正极(参照符号“+”)和负极(参照符号“-”)两个电极，正极与等离子体电极23导通，负极与焊接母材P导通。

金属丝进给机构1是用于向焊炬2进给金属丝W的机构，由未图示的金属丝卷筒、向焊炬2送出金属丝W的一对进给辊11以及旋转进给辊11的电动机12等构成。电动机12根据从GMA电弧焊接电源PSM传递的进给控制信号Fc被旋转驱动。

焊炬2用于向焊接母材P产生GMA电弧31和等离子体电弧32。焊炬2构成为具备保护气体喷嘴21、等离子体喷嘴22、作为非熔化电极的等离子体电极23、接触头24，并且这些部件配置在同心轴上。焊炬2在被未图示的多关节机器人等保持的状态下沿着焊接母材P以规定的速度被移动。

保护气体喷嘴21是例如由Cu构成的筒状部件。等离子体喷嘴22例如由Cu或Cu合金构成，通过形成使冷却水流过的通道22a而直接被水冷却。等离子体电极23例如由Cu或Cu合金构成，被流过未图示的路径的冷却水间接水冷却。接触头24上形成有贯通孔，向该贯通孔提供作为熔化电极的金属丝W。接触头24与金属丝W导通。

在该焊炬2中，从保护气体喷嘴21与等离子体喷嘴22之间的间隙向焊接母材P提供例如Ar等保护气体Gs。保护气体Gs使GMA电弧31和等离子体电弧32与大气阻断。另外，从等离子体喷嘴22与等离子体电极23之间的间隙提供例如Ar等等离子气体Gp。等离子气体Gp用于挤压等离子体电弧32。而且，从等离子体电极23与接触头24之间的间隙提供例如Ar等中心气体Gc。中心气体Gc用于根据变成等离子体状态而产生等离子体电弧32。

从GMA电弧焊接电源PSM向焊炬2的接触头24提供GMA焊接电流Iwm，并根据该GMA焊接电流Iwm的提供，从金属丝W向焊接母材P产生GMA电弧31。如图5(a)所示，GMA焊接电流Iwm是交替地输出脉冲峰值电流Imp与脉冲基值电流Imb的脉冲状的电流。在本实施方式中，如后面的详细叙述，通过将从GMA电弧焊接电源PSM提供的GMA焊接电流Iwm的脉冲峰值电流Imp与脉冲基值电流Imb设定为适当的值，能够获得具有良好的外观的焊道。

从等离子体电弧焊接电源PSP向焊炬2的等离子体电极23提供等离子体焊接电流Iwp，根据该等离子体焊接电流Iwp的提供，从等离子体电极23向焊接母材P产生等离子体电弧32。如图5(b)所示，等离子体焊接电流Iwp是大致固定的直流电流。另外，图1的符号33表示熔融池，符号34表示焊接金属。

下面，说明本实施方式的等离子体GMA焊接方法。

在本实施方式的等离子体GMA焊接方法中，进行等离子体GMA焊接之前，根据焊接母材P的种类和厚度、焊接母材P的接缝方式以及焊接速度等焊接条件来设定金属丝W的提供速度。另外，由于需要根据金属丝W的提供速度而适当地对金属丝W进行熔融，因此也要设定GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima。另外，平均电流值Ima与金属丝W的进给速度Fw大致具有比例关系。另外，金属丝W的进给速度Fw或平均电流值Ima一旦被设定为根据焊接母材P的种类等焊接条件的期望的速度和电流值时，在进行等离子体GMA焊接时大致维持所设定的进给速度和电流值。

在本实施方式中，如图2所示，将GMA焊接电流Iwm的脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb设定为相对于根据焊接母材P的种类等焊接条件而变化的平均值Ima成比例。因此，如果决定了平均电流值Ima，就会决定与此对应的脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb。

更具体而言，例如金属丝W的进给速度Fw被设定为a₀(m/分)时，平均电流值Ima被设定为I₀(A)。由此，脉冲峰值电流值Imp被设定为相对于平均电流值I₀具有规定的电流幅度Ia的电流值(I₀+Ia)。另一方面，脉冲基值电流值Imb被设定为相对于平均电流值I₀具有规定的电流幅度Ib的电流值(I₀-Ib)。这里，将电流幅度Ia设为50～80(A)左右，将电流幅度Ib与电流幅度Ia同样地设为50～80(A)左右。即，设定脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb，使得脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb之间的电流差(Ia+Ib)为100～160(A)左右。

上述电流宽度Ia、Ib即使因焊接母材P的种类等焊接条件变更而导致金属丝W的进给速度即平均电流值Ima改变，也会相对于改变的平均电流值Ima连续地大致维持相同的电流差。即，脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差(Ia+Ib)大致被固定。

根据如图2所示的图表，具有改变GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima时峰值电流值Imp和基值电流值Imb变化的变化区间。另外，分别设定峰值电流值Imp和基值电流值Imb，使得当平均电流值Ima被设定为某一值时的峰值电流值Imp和基值电流值Imb是被设定为比该平均电流值Ima小的值时的峰值电流值Imp和基值电流值Imb以上。而且，根据如图2所示的图表，使GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima变化的期间包括峰值电流值Imp的最小值Imp1在平均电流值Ima的最大值Ima1以下的期间Sp。另外，使平均电流值Ima变化的期间包括基值电流值Imb的最大值Imb1在平均电流值Ima的最小值Ima2以上的期间Sb。

另外，在上述实施方式中，按照相对于平均电流值Ima的变化而成比例的方式改变了脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb，但是也可以按照任一方相对于平均电流值Ima的变化而成比例的方式使其改变。

下面，说明本实施方式的等离子体GMA焊接方法的作用。

在本实施方式中，由于即使GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima改变，脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差(Ia+Ib)通常也是大致被固定的，因此与以往的等离子体GMA焊接方法相比，能够使其电流差变小。如果脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差小，则输出脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb时的焊接母材P所接收的GMA电弧31的压力变动小。因此在等离子体GMA焊接时，能够抑制焊接母材P的熔融池33的液面的振动，并且如图3所示，能够形成良好的焊道35。

另外，由于即使焊接条件被变更而导致金属丝W的进给速度Fw或平均电流值Ima被改变，电流幅度Ia、Ib也会相对于平均电流值Ima的变化值连续地维持成大致相同的值，因此即使金属丝W的进给速度Fw或平均电流值Ima被改变，也能够与这些值无关地抑制熔融池33的液面的振动。

以往的等离子体GMA焊接方法的脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差例如被设为400(A)，但是在本实施方式的等离子体GMA焊接方法中，脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差如上所述被设为100～160(A)左右。另外，在以往的等离子体GMA焊接方法中，当平均电流值Ima变成230(A)左右以上或金属丝W的进给速度变成12(m/分)左右以上时，发现了焊道的不良情况。但是在本实施方式的等离子体GMA焊接方法中，即使平均电流值Ima变成300(A)左右或金属丝W的进给速度变成16(m/分)左右，也能形成良好的焊道35。

图4是表示应用了变形例的等离子体GMA焊接方法时的GMA焊接电流与金属丝的进给速度之间的关系的图。如图4所示，GMA焊接电流Iwm的脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb也可以相对于平均电流值Ima被表格化而被阶段性地设定。即，根据金属丝W的进给速度Fw，例如分别在三个区域的每一个中设定脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb。

例如，当金属丝W的进给速度Fw(m/分)为Fw＜a1时(参照区域“I”)，脉冲峰值电流值Imp被设定为Ip1，脉冲基值电流值Imb被设定为Ib1。另外，当金属丝W的进给速度Fw为a1≤Fw＜a2(a1＜a2)时(参照区域“II”)，脉冲峰值电流值Imp被设定为Ip2(Ip2＞Ip1)，脉冲基值电流值Imb被设定为Ib2(Ib2＞Ib1)。而且，当金属丝W的进给速度Fw为a2≤Fw时(参照区域“III”)，脉冲峰值电流值Imp被设定为Ip3(Ip3＞Ip2)，脉冲基值电流值Imb被设定为Ib3(Ib3＞Ib2)。

根据如图4所示的图表，具有使GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima变化时峰值电流值Imp和基值电流值Imb变化的变化区间。另外，分别设定峰值电流值Imp和基值电流值Imb，使得当平均电流值Ima被设定为某一值时的峰值电流值Imp和基值电流值Imb是被设定为比该平均电流值Ima小的值时的峰值电流值Imp和基值电流值Imb以上。而且，根据如图4所示的图表，使GMA焊接电流Iwm的平均电流值Ima变化的期间包括峰值电流值Imp的最小值Imp1在平均电流值Ima的最大值Ima1以下的期间Sp。另外，使平均电流值Ima变化的期间包括基值电流值Imb的最大值Imb1在平均电流值Ima的最小值Ima2以上的期间Sb。

如上所述，由于即使根据金属丝W的进给速度Fw阶段性地改变脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb来进行设定的情况下，脉冲峰值电流值Imp与脉冲基值电流值Imb的电流差与以往的等离子体GMA焊接方法相比被减小，因此能够减小GMA电弧相对焊接母材P的压力变动。因此，能够抑制熔融池33的液面的振动，实现与上述实施方式相同的作用效果。

另外，阶段性地设定脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb时，如图2所示，由于与脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb连续地变化时相比，脉冲峰值电流值Imp和脉冲基值电流值Imb的设定变得容易，因此能够使控制简单化。

本发明相关的等离子体GMA焊接方法并不仅限于上述的实施方式中。对本发明相关的等离子体GMA焊接方法的各部分的具体结构，可以自如地进行各种设计变更。

Claims

1.一种等离子体GMA焊接方法，通过在经焊炬朝向焊接母材进给的金属丝与上述焊接母材之间流动脉冲波形的GMA焊接电流来产生GMA电弧，并且通过按照包围上述金属丝的方式被提供的气体而在上述焊炬与上述焊接母材之间流动等离子体焊接电流来产生等离子体电弧，该等离子体GMA焊接方法的特征在于，

将上述GMA焊接电流为高电平状态时的峰值电流值和为低电平状态时的基值电流值设定为：使上述GMA焊接电流的平均电流值变化时具有上述峰值电流值和上述基值电流值产生变化的变化区间，且上述平均电流值被设定为某一值时的上述峰值电流值和上述基值电流值是被设定为比上述平均电流值小的值时的上述峰值电流值和上述基值电流值以上，并且

使上述平均电流值变化的期间包括上述峰值电流值的最小值是上述平均电流值的最大值以下的期间，且包括上述基值电流值的最大值是上述平均电流值的最小值以上的期间。

2.根据权利要求1所述的等离子体GMA焊接方法，其中，

将上述平均电流值设定为与上述金属丝的进给速度成比例。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体GMA焊接方法，其中，

使上述峰值电流值和基值电流值的至少任一个与上述平均电流值成比例。

4.根据权利要求1或2所述的等离子体GMA焊接方法，其中，

使上述峰值电流值和基值电流值的至少任一个随着上述平均电流值的变化而阶段性地变化。