CN102189314A

CN102189314A - 非熔化电极电弧焊接控制方法

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Publication number: CN102189314A
Application number: CN2011100608649A
Authority: CN
Inventors: 藤井督士; 上山智之; 西坂太志
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP2011189396A; CN102189314B

Abstract

本发明提供一种非熔化电极电弧焊接控制方法，在进给填充焊丝的同时执行的非熔化电极电弧焊接中，即便进行将电弧长保持在一定的焊炬高度控制，也能将填充焊丝的***高度始终维持在规定值。该非熔化电极电弧焊接控制方法，进行用于抑制伴随着焊接中的非熔化电极(1)的消耗而导致电弧长(La)的变化的焊炬高度控制，并且通过经由安装构件(51)安装在焊炬(4)上的焊丝导向装置(52)内进给填充焊丝(5)的同时进行焊接，以所述填充焊丝(5)向电弧发生部***的***高度(Lh)为一定的方式，沿着所述焊炬(4)的纵长轴方向升降控制所述安装构件(51)。由此，能够抑制伴随着电弧长控制引起的填充焊丝(5)的***高度的变化，且能够获取良好的焊接品质。

Description

非熔化电极电弧焊接控制方法

技术领域

本发明涉及以电弧长达规定值的方式进行焊炬高度控制的同时进行焊接的非熔化电极电弧焊接控制方法。

背景技术

作为非熔化电极电弧焊接，有TIG焊接(钨极惰性气体焊接)、等离子电弧焊接等。在非熔化电极电弧焊接中，电极使用钨电极等的非熔化电极，在通过氩气等的保护气体使其从大气中遮蔽的状态下，在非熔化电极和母材之间发生电弧来进行焊接。此时，经常在进给填充焊丝并将其***到电弧发生部的同时进行焊接。在以下的说明中，将非熔化电极单独记载为电极。

图3是进给填充焊丝的非熔化电极电弧焊接中使用的焊接装置的概要构成图。以下，参照该图，对各构成物进行说明。

焊接电源PS输出用于发生电弧3的焊接电流Iw及焊接电压Vw，并且向焊炬升降电动机TM输出焊炬升降控制信号Tc、向填充焊丝5的进给电动机FM输出进给控制信号Fc。因为在非熔化电极电弧焊接中使用恒流特性，故该焊接电源PS是恒流控制的电源，控制为焊接电流Iw达到规定值。在焊炬4的前端安装有喷嘴41，并从该内侧喷出保护气体(省略图示)。另外，在焊炬4的前端安装有电极1，以从喷嘴41的前端突出数mm的状态进行安装。在电极1和母材2之间发生了电弧3。

经由安装构件51将焊丝导向装置52安装在焊炬4上。通过进给电动机FM在焊丝导向装置52内进给填充焊丝5，以***到电弧发生部。进给电动机FM通过来自上述的焊接电源PS的进给控制信号Fc来控制进给速度。

焊炬升降机构6是用于沿着上下方向升降焊炬4的机构。焊炬升降电动机TM是用于沿着上下方向升降焊炬4的电动机。该焊炬升降电动机TM如上述，通过来自焊接电源PS的焊炬升降控制信号Tc，来控制升降方向及升降距离。虽然省略了图示，但是母材2设置在自动台车上，且在焊接过程中自动台车以预先规定的焊接速度移动。

在该图中，电极1的前端和母材2之间的距离为电弧长La。并且，将表示填充焊丝5的进给方向的点划线y1与连结电极1的前端和母材2的点划线y2之间的交点设为P。将该交点P和母材2之间的距离定义为填充焊丝5的***高度Lh。为了获取良好的焊接品质，需要将焊接中的电弧长La及填充焊丝的***高度Lh设定为适当值。

在非熔化电极电弧焊接中，电弧长为电极1的前端和母材2之间的距离。因此，在焊接开始之前，以该电极1的前端和母材2之间的距离为适当值的方式进行调整，使得焊炬升降电动机TM动作。作为在焊接中电弧长La变化的主要原因，主要有两个情形。作为第一个情形为，母材2的表面高度变化。因为当母材2的表面高度变化时与电极1之间的距离变化，故电弧长La变化。作为第2个情形为，通过电弧3电极1的前端消耗而变短，导致电弧长La变化。电极1的消耗的行进，因电极1的材质、直径、焊接电流值、焊接电流的波形(交流或直流)、电弧启动的频率等而不同。尤其，在通电交流电流的情况下，在电极正极性时该消耗快速地行进。以往执行了用于抑制该电弧长La的变化而将其维持在一定值的焊炬高度控制方法(例如，参照专利文献1)。在该现有技术的焊炬高度控制方法中，通过焊接电压Vw或电弧光的照度来检测电弧长La，以该检测值变得与设定值相等的方式控制焊炬升降电动机TM。

另一方面，关于填充焊丝5的***高度Lh的调整，以往使用了各种调整机构(例如，参照专利文献2)。通过设置专利文献2等记载的调整机构，在焊接开始前主动地将填充焊丝5的***方向及***高度Lh调整为适当状态。

专利文献

【专利文献1】日本特开2002-239728号公报

【专利文献2】日本特开2009-107003号公报

如上述，通过进行焊炬高度控制，能够抑制焊接中的电弧长的变化。此时，在电弧长产生变化的第1个主要原因即母材表面高度变化的情况下，以焊炬的前端和母材的表面之间的距离为一定的方式进行焊炬高度控制。为此，电弧长La及填充焊丝的***高度Lh都维持适当值，且能够获取良好的焊接品质。

另一方面，在电弧长变化的第2个主要原因即电极进行消耗而前端变短的情况下，通过焊炬高度控制而控制为焊炬的前端和母材的表面之间的距离变短。其结果，电极前端和母材表面之间的距离即电弧长La能维持一定值。但是，因为焊炬高度变低，故填充焊丝的***高度Lh变低。与电弧长La没有以一定值变化无关，由于填充焊丝的***高度Lh变化，故产生焊接品质变差的情况。填充焊丝的***高度Lh变化的原因在于，如图3所述，因为焊丝导向装置52经由安装构件51与焊炬4结合，故当焊炬高度变化时填充焊丝的***高度Lh也变化。

发明内容

因此，在本发明的目的在于，提供一种能抑制因电极的消耗而导致的电弧长的变化，并且能抑制填充焊丝的***高度的变化的非熔化电极电弧焊接控制方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明的一种非熔化电极电弧焊接控制方法，执行用于抑制伴随着焊接中的非熔化电极的消耗导致电弧长的变化的焊炬高度控制，并且通过经由安装构件而安装在焊炬上的焊丝导向装置内，进给填充焊丝的同时进行焊接，该非熔化电极电弧焊接控制方法的特征在于，以所述填充焊丝向电弧发生部***的***高度为一定的方式，沿着所述焊炬的纵长轴方向对所述安装构件执行升降控制。

技术方案2的发明，是技术方案1所述的非熔化电极电弧焊接控制方法，其特征在于，所述焊炬高度控制是按照预先规定的每个控制周期，基于预先规定的电压设定值Vr和焊接电压的检测值Vd之差ΔV来计算修正量Δh，使焊炬高度改变该修正量Δh的控制，

所述安装构件的升降控制是使所述安装构件升降反转了所述修正量Δh的符号后的反转修正量-Δh的控制。

【发明效果】

根据本发明，通过焊炬高度控制来抑制因非熔化电极的消耗而导致的电弧长的变化，且通过进行填充焊丝的***高度控制，能够将电弧长及填充焊丝的***高度始终维持在适当值。因此，能够获取良好的焊接品质。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式所涉及的非熔化电极电弧焊接控制方法的焊接装置的示意构成图。

图2是构成图1的焊接电源PS的详细框图。

图3是现有技术的非熔化电极电弧焊接装置的示意构成图。

【符号说明】

1-(非熔化)电极；2-母材；3-电弧；4-焊炬；41-喷嘴；5-填充焊丝；51-安装构件；52-焊丝导向装置；6-焊炬升降机构；71-安装构件升降机构；DB-下降按钮；Db-下降信号；DH-修正量计算电路；EI-电流误差放大电路；Ei-电流误差放大信号；FC-进给电动机控制电路；Fc-进给控制信号；FM-进给电动机；FR-进给速度设定电路；Fr-进给速度设定信号；HC-安装构件升降控制电路；Hc-安装构件升降控制信号；HM-安装构件升降电动机；ID-电流检测电路；Id-电流检测信号；IR-电流设定电路；Ir-电流设定信号；Iw-焊接电流；K-放大率；La-电弧长；Lh-填充焊丝***高度；P-交点；PM-电源主电路；PS-焊接电源；TC-焊炬升降控制电路；Tc-焊炬升降控制信号；TM-焊炬升降电动机；UB-上升按钮；Ub-上升信号；VD-电压检测电路；Vd-电压检测信号；VR-电压设定电路；Vr-电压设定(信号/值)；Vw-焊接电压；y1-填充焊丝进给方向；y2-电极纵长方向；Δh-修正量(信号)；ΔV-电压设定信号和电压检测信号之差。

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是用于实施本发明的实施方式所涉及的非熔化电极电弧焊接控制方法的焊接装置的示意构成图。在该图中，对与上述图3相同的构成物赋予同一符号，并省略这些说明。该图是在图3中追加了安装构件升降机构71及安装构件升降电动机HM的示意图。以下，参照该图说明这些部件。

安装构件升降机构71是用于沿着焊炬4的纵长轴方向升降安装构件51的机构。

安装部升降机构71是由沿着焊炬4的纵长轴方向平行地安装的滚珠螺杆和通过滚珠螺杆的旋转沿着焊炬的纵长轴方向平行地滑动的部分构成，且在进行滑动的部分安装了安装构件51，并通过旋转滚珠螺杆使安装构件以任意的高度升降的机构。

安装构件51通过安装构件升降电动机HM使其在安装构件升降机构71上升降。安装构件升降电动机HM根据来自焊接电源PS的安装构件升降控制信号Hc来控制升降方向及升降距离。当安装构件51升降时，能够调整填充焊丝5的***高度Lh。

图2是表示构成图1的焊接电源PS的详细框图。以下，参照该图，对各块进行说明。

电源主电路PM将3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，根据后述的电流误差放大信号Ei进行逆变器控制等的输出控制，输出焊接电流Iw。该焊接电流Iw通过焊炬4、电极1、电弧3及母材2进行通电，在焊炬4和母材2之间施加焊接电压Vw。

电流设定电路IR输出预先规定的电流设定信号Ir。电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw，并输出电流检测信号Id。电流误差放大电路EI放大上述的电流设定信号Ir和上述的电流检测信号Id之间的误差，并输出电流误差放大信号Ei。通过根据该电流误差放大信号Ei进行焊接电源的输出控制来进行恒流控制，以期望值的焊接电流Iw进行通电。

电压检测电路VD检测上述的焊接电压Vw，并输出电压检测信号Vd。电压设定电路VR输出与规定的电弧长对应的电压设定信号Vr。修正量计算电路DH将上述的电压设定信号Vr及上述的电压检测信号Vd作为输入，按照预先规定的每个控制周期，在电压设定信号Vr的值和电压检测信号Vd的值之差上相乘预先规定的放大率K，并输出修正量信号Δh＝K·(Vr-Vd)。在此，控制周期是用于控制图1的焊炬升降电动机TM及安装构件升降电动机HM的周期，只要相对于这些电动机的响应速度是充分短的时间即可，例如被设定在0.1～10ms左右。因为放大率K设定反馈***的增益，故被设定成反馈***稳定的值。在此，示例了用作为惯用技术的P控制来计算修正量信号Δh的情形，但是同样地，也可基于作为惯用技术的PI控制及PID控制进行计算。

进给速度设定电路FR输出预先规定的进给速度设定信号Fr。进给电动机控制电路FC将进给控制信号Fc输出到进给电动机FM，该进给控制信号Fc用于以上述的进给速度设定信号Fr的值进给填充焊丝5。进给电动机FM根据上述的进给控制信号Fc控制转速。

上升按钮UB被按下时，输出成为高(High)电平的上升信号Ub。下降按钮DB被按下时，输出成为高电平的下降信号Db。焊炬升降控制电路TC将上述的修正量信号Δh、上述的上升信号Ub及上述的下降信号Db作为输入，并在上升信号Ub为高电平时，输出以预先规定的低速度提升焊炬的高度的焊炬升降控制信号Tc，在下降信号Db为高电平时，输出以上述的低速度使焊炬的高度降低的焊炬升降控制信号Tc，在焊接中，按照上述的每个控制周期，输出焊炬的高度只改变修正量信号Δh的值的焊炬升降控制信号Tc。焊炬升降电动机TM根据上述的焊炬升降控制信号Tc来控制其旋转方向及转速。在上述的修正量信号Δh为正的值时，控制焊炬的高度上升Δh，在上述的修正量信号Δh为负的值时，控制焊炬的高度下降Δh的绝对值。因为焊炬的高度变为电弧长La，故控制焊炬的高度与控制电弧长La等效。在开始焊接之前，按下上升按钮UB或下降按钮DB，以焊炬的高度成为规定值的方式进行调整，然后开始焊接。

安装构件升降控制电路HC以上述的修正量信号Δh作为输入，在焊接中，按照上述的每个控制周期，输出安装构件升降控制信号Hc，该升降控制信号Hc使安装构件的高度改变反转了修正量信号Δh的符号后的值。安装构件升降电动机HM根据上述的安装构件升降控制信号Hc来控制其旋转方向及转速。在上述的修正量信号Δh为正的值时，进行控制使安装构件的高度下降Δh，在上述的修正量信号Δh为负的值时，进行控制使安装构件的高度上升Δh的绝对值。因为安装构件的高度决定填充焊丝的***高度Lh，故控制安装构件的高度与控制填充焊丝的***高度Lh等效。在开始焊接之前，通过手动进行调整以使安装构件的高度处于基准位置，然后开始焊接。

利用数值例，对电弧长La及填充焊丝的***高度Lh的控制进行说明。在焊接中的第n个控制周期中，设电压检测信号Vd＝20.2V、电压设定信号Vr＝20.0V。即、存在电极消耗而导致电弧长La变得比规定值长的情况。此时的修正量信号Δh＝2×(20.0-20.2)＝-0.4mm。在此，设放大率K＝2。根据该修正量信号Δh，焊炬的高度在该第n个控制周期中下降0.4mm，电弧长La变短0.4mm，从而接近规定值。同时，安装构件的高度在该第n个控制周期中上升0.4mm而抵消焊炬的上升部分，故填充焊丝的***高度Lh为Lh-0.4+0.4＝Lh，从而直接以规定值维持着。在此，虽然设放大率K＝2，但如上述，也可以考虑焊炬高度控制***及填充焊丝的***高度控制***的稳定性，来进行设定。

如上述，关于在焊接中电弧长变化的主要原因，在第一个主要原因中为母材的表面高度的变化，在第2个中为电极的消耗。母材的表面高度的变化能够在开始焊接之前确认。通过确认在而母材的表面高度有变化的情况下，不适用本发明。即、只进行焊炬高度控制，填充焊丝的***高度控制的动作停止。另一方面，在母材的表面高度无变化的情况下，同时进行焊炬高度控制及填充焊丝的***高度控制。

根据上述的实施方式，通过焊炬高度控制能够抑制因非熔化电极的消耗而引起电弧长的变化，且通过进行填充焊丝的***高度控制能够将电弧长及填充焊丝的***高度始终维持在适当值。因此，能够获取良好的焊接品质。尤其，在电极的消耗强的交流TIG焊接及交流等离子电弧焊接中，本实施方式发挥更大的效果。

在上述的实施方式中，虽然例示了自动焊接装置的情形，但让机器人把持焊炬进行焊接的机器人焊接装置的情形也同样。这种情况下，将与图2所示的焊炬高度控制有关的模块即电压设定电路VR、电压检测电路VD、修正量计算电路DH、焊炬升降控制电路TC及安装构件升降控制电路HC内置在机械手控制装置中。另外，因为通过机器人的各轴进行焊炬的高度控制，故不需要焊炬升降电动机TM。安装构件升降电动机HM被设置在机械手的手腕轴。通过示教用的示教器(teach pendant)进行与上升按钮UB及下降按钮DB同样的操作。通过来自焊炬升降控制电路TC的焊炬升降控制信号Tc控制机器人的各轴而焊炬的高度产生变化。

Claims

1.一种非熔化电极电弧焊接控制方法，执行用于抑制伴随着焊接中的非熔化电极的消耗而导致的电弧长的变化的焊炬高度控制，并且通过经由安装构件而安装在焊炬上的焊丝导向装置内，在进给填充焊丝的同时进行焊接，该非熔化电极电弧焊接控制方法的特征在于，

按照所述填充焊丝向电弧发生部***的***高度为一定的方式，沿着所述焊炬的纵长轴方向对所述安装构件执行升降控制。

2.根据权利要求1所述的非熔化电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

所述焊炬高度控制是按照预先规定的每个控制周期，基于预先规定的电压设定值(Vr)和焊接电压的检测值(Vd)之差(ΔV)来计算修正量(Δh)，使焊炬高度改变该修正量(Δh)的控制，

所述安装构件的升降控制是使所述安装构件升降反转修正量(-Δh)的控制，该反转修正量(-Δh)使所述修正量(Δh)的符号反转。