CN104439613B - 电弧焊接装置、方法和***以及被焊接部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够进一步提高焊接质量的电弧焊接装置、电弧焊接方法、电弧焊接***、以及被焊接部件。本发明涉及的电弧焊接装置具备检测部、进给调整部、判定部、以及指示部。进给调整部调整熔化电极的进给状态，使得当检测部检测出电弧状态时进行正向进给，当检测部检测出短路状态时进行反向进给。指示部从检测部检测出短路状态之后到判定部判定为已经过一定期间为止，即使在检测出电弧状态的情况下，也指示进给调整部继续进行反向进给。

Description

电弧焊接装置、方法和***以及被焊接部件

技术领域

本发明涉及电弧焊接装置、电弧焊接方法、电弧焊接***、以及被焊接部件。

背景技术

在专利文献1中公开了一种电弧焊接装置，其通过控制焊条的进给方向而提高焊接质量。向母材(工件)的方向进给焊条的方式称为“正向进给”、向与母材相反的方向进给焊条的方式称为“反向进给”。专利文件1涉及的电弧焊接装置不论焊接周期如何，直到短路断开为止对焊条进行反向进给，从而抑制飞溅的增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4807474号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述的电弧焊接装置中，有时也会根据状态而产生飞溅增加的情况，从而要求进一步提高焊接质量。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供能够进一步提高焊接质量的电弧焊接装置、电弧焊接方法、电弧焊接***、以及被焊接部件。

用于解决问题的方法

本发明涉及的电弧焊接装置具备检测部、进给调整部、判定部、以及指示部。检测部检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态。进给调整部调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测部检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测部检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给。判定部判定在所述检测部检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间。指示部从所述检测部检测出所述短路状态之后到所述判定部判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也指示所述进给调整部继续进行所述反向进给。

发明效果

根据本发明，能够进一步提高焊接质量。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的电弧焊接装置的图。

图2是表示第一实施方式涉及的焊接控制部的图。

图3是表示第一实施方式涉及的焊接电流、焊接电压、以及进给速度的时间变化的曲线图。

图4是表示第一实施方式涉及的焊接电流、焊接电压、以及进给速度的时间变化的曲线图。

图5是表示第一实施方式涉及的焊接处理的流程图。

图6是表示第二实施方式涉及的电弧焊接***的图。

附图标记说明

1：电弧焊接装置、2：商业用电源、3：一次整流电路、4：焊接控制部、5：开关电路、6：变压器、7：二次整流电路、8：电抗器、9：电流检测器、10：电压检测器、11：输出端子、12：输出端子、13：焊炬、14：焊条、15：进给装置、16：外部控制器、17：存储部、18：储气瓶、19：焊条供给部、20：机器人、100：电弧焊接***、W：工件。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本申请公开的电弧焊接装置、电弧焊接方法、电弧焊接***、以及被焊接部件的实施方式。此外，本发明并不限于以下所述的实施方式。

第一实施方式

第一实施方式涉及的电弧焊接装置1，无论是短路状态还是电弧状态至少直到经过一定期间为止继续进行反向进给，从而能够进一步提高焊接质量。

图1是表示第一实施方式涉及的电弧焊接装置1的结构的图。电弧焊接装置1具备一次整流电路3、焊接控制部4、开关电路5、变压器6、二次整流电路7、电抗器8、电流检测器9、电压检测器10、以及存储部17，并向焊炬13以及被焊接部件(工件)W供给焊接用电。

一次整流电路3与商业用电源2连接。另外，一次整流电路3对从商业用电源2供给的交流电进行整流。另外，一次整流电路3向开关电路5供给已进行整流的电。

开关电路5对从一次整流电路3供给的电进行PWM控制，并生成向焊炬13供给的供电。另外，开关电路5向变压器6输出供电。

变压器6对供电进行变压。另外，变压器6向二次整流电路7输出已进行变压的供电。二次整流电路7对从变压器6输出的供电进行整流。另外，二次整流电路7经由输出端子12与工件W连接。

电抗器8对由二次整流电路7进行整流的供电进行平滑化。另外，电抗器8经由输出端子11与焊炬13连接。由电抗器8进行平滑化的供电经由输出端子11、12被供给到焊炬13以及工件W。

电流检测器9检测焊炬13与工件W之间的电流(以下，称为“焊接电流”)。另外，电流检测器9向焊接控制部4输出检测结果。电压检测器10检测焊炬13与工件W之间的电压(以下，称为“焊接电压”)。另外，电压检测器10向焊接控制部4输出检测结果。

焊接控制部4基于从电流检测器9、电压检测器10输入的检测结果、以及从外部控制器16输入的指示，对开关电路5以及进给装置15进行控制。另外，焊接控制部4向外部控制器16输出焊接电流、焊接电压等与焊接相关的信息。在后面对焊接控制部4进行详细说明。

焊炬13向焊条(熔化电极)14供给焊接电流。进给装置15具备例如伺服马达等致动器。另外，进给装置15基于来自焊接控制部4的指示，进行焊条14的正向进给以及反向进给。在这里，正向进给是指向工件W的方向进给焊条14。另外，反向进给是指向与工件W相反的方向进给焊条14。

外部控制器16具备例如键盘、触摸面板等用户接口(未图示)、液晶面板等显示部(未图示)。另外，外部控制器16经由用户接口接收焊接条件的输入。在这里，作为焊接条件，例如有焊接电流值、焊接电压值以及焊条14的进给速度等。

另外，外部控制器16向焊接控制部4输出所输入的焊接条件。另外，外部控制器16在显示部显示从焊接控制部4输入的与焊接相关的信息。

存储部17例如是非易失性存储器，其用于存储焊条14的进给、焊接电流以及焊接电压的控制模式、参数等。

其次，图2是表示焊接控制部4的结构的框图。焊接控制部4具备检测部41、进给调整部42、判定部43、指示部44、以及电流调整部45。

检测部41检测焊条14与工件W之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态。另外，在电压检测器10检测出的电压值为预定值以下的期间，检测部41检测出短路状态。另外，在电压检测器10检测出的电压值大于预定值的期间，检测部41检测出电弧状态。另外，检测部41向判定部43及指示部44输出检测结果。

进给调整部42调整焊条14的进给状态，使得当检测部41检测出电弧状态时对焊条14进行正向进给，当检测部41检测出短路状态时对焊条14进行反向进给。另外，进给调整部42基于来自指示部44的指示，控制进给装置15使其进行焊条14的正向进给及反向进给。

判定部43判定在检测部41检测出短路状态之后是否已经过一定期间。此外，判定部43具备计时器，如果从检测部41接收到检测出短路状态的内容的通知，则开始计测时间。另外，在开始计测时间之后，经过一定期间的情况下，判定部43向指示部44通知该内容。

指示部44基于检测部41的检测结果，指示进给调整部42调整焊条14的进给状态。具体而言，指示部44指示进给调整部42，使得当检测部41检测出电弧状态时对焊条14进行正向进给，当检测部41检测出短路状态时对焊条14进行反向进给。

另外，指示部44从检测部41检测出短路状态之后到判定部43判定为已经过一定期间为止，即使在检测出电弧状态时也指示进给调整部42继续进行反向进给。

另外，指示部44即使在判定部43判定为已经过一定期间的情况下，也指示进给调整部42继续进行反向进给直到检测部41检测出电弧状态为止。

指示部44向电流调整部45通知焊接状态和进给状态。具体而言，指示部44向电流调整部45通知是在短路状态下进行反向进给、还是在电弧状态下进行正向进给、或者尽管是电弧状态但进行反向进给。

电流调整部45按照来自指示部44的通知，调整向焊条14供给的电流值。具体而言，电流调整部45按照来自指示部44的通知以及焊接电流的控制模式生成电流调整信号。另外，电流调整部45向开关电路5输出电流调整信号。

电流调整部45在由检测部41检测出电弧状态之后经过一定期间为止的期间，调整开关电路5，使得向焊条14供给的电流值小于在电弧状态的情况下向焊条14供给的电流的最大值。

其次，图3是表示本实施方式涉及的焊接电流、焊接电压、以及焊条14的进给速度的时间变化的曲线图。曲线图的纵轴分别表示焊接电流、焊接电压以及进给速度，横轴均表示时间。此外，在本实施方式中如图3所示，进给速度的曲线图表示梯形波状的进给速度，但是不限于此。进给速度也可以是正弦波状、矩形波状或者三角波状。

假设在图3所示的时刻T1，电弧焊接装置1检测出短路状态。当检测出短路状态时，电弧焊接装置1控制进给装置15使其将焊条14的进给状态从正向进给改变为反向进给。另外，电弧焊接装置1逐渐增加焊接电流。

并且，如果对焊条14进行反向进给，则短路被断开并且电弧再生，焊接电压上升。然后，在这种焊接电压超过预定值的时刻(例如，参照图3的时刻T2)，电弧焊接装置1检测出电弧状态。当检测出电弧状态时，电弧焊接装置1控制进给装置15使其将焊条14的进给状态从反向进给改变为正向进给。

另外，当检测出电弧状态时，电弧焊接装置1在预定期间向焊条14供给电流值最大的焊接电流，然后逐渐减少焊接电流。

并且，当对焊条14进行正向进给时，发生短路，焊接电压下降。然后，在这种焊接电压成为预定值以下的时刻(参照图3的时刻T3)，电弧焊接装置1检测出短路状态。由于检测出这种短路状态之后是与时刻T1以后相同，所以省略说明。

如此，电弧焊接装置1检测短路状态及电弧状态，并基于检测结果调整焊条14的正向进给及反向进给。

此外，如图3所示，通常，短路状态及电弧状态以一定相近的周期发生。因此，焊条14的正向进给及反向进给的切换以预定的周期进行，焊条14的前端和工件W的距离(以下称为电弧长度)被保持为适当的长度。通过电弧长度被保持为适当的长度，电弧焊接装置1能够减少飞溅并提高焊接质量。

在这里，由于熔池的状态、环境的变化等干扰，有时发生电弧状态及短路状态的周期产生很大的变化。特别是，在短路状态的期间变短的情况下，如果按照通常仅在短路状态期间进行反向进给，则反向进给期间也变短。因此，不能对焊条14充分地进行反向进给，电弧长度变短。如果在保持电弧长度短的状态下转移到电弧状态，则飞溅增加且焊接质量下降。

于是，本实施方式涉及的电弧焊接装置1通常根据电弧状态及短路状态来进行正向进给及反向进给，并且即使是在短路状态短的情况下也能够提高焊接质量。具体而言，本实施方式涉及的电弧焊接装置1即使在检测出电弧状态的情况下，也继续进行一定期间的反向进给，从而能够维持适当的电弧长度并提高焊接质量。利用图4对这一点进行详细说明。

图4是表示本实施方式涉及的焊接电流、焊接电压、以及焊条14的进给速度的时间变化的曲线图。曲线图的纵轴分别表示焊接电流、焊接电压、以及进给速度，横轴均表示时间。

假设在图4所示的时刻T4，电弧焊接装置1检测出短路状态。当检测出短路状态时，电弧焊接装置1控制进给装置15，使其将焊条14的进给状态从正向进给改变为反向进给。

并且，假设在时刻T5，检测出电弧状态，并且作为从时刻T4到时刻T5为止的期间而表示的短路期间短于通常的短路期间(例如，从时刻T1到时刻T2为止的期间)。在这种情况下，本实施方式涉及的电弧焊接装置1继续进行一定期间的焊条14的反向进给。具体而言，电弧焊接装置1即使在时刻T5检测出电弧状态，也对焊条14进行反向进给直到在检测出短路状态之后经过一定期间的时刻T6为止。

即，电弧焊接装置1在时刻T6，判定为在检测出短路状态之后已经过一定期间。电弧焊接装置1控制进给装置15，使其将焊条14的进给状态从反向进给改变为正向进给。

另外，在以电弧状态进行反向进给的期间(从时刻T5到时刻T6的期间)，电弧焊接装置1使向焊条14供给的焊接电流的值小于在电弧状态的情况下向焊条14供给的焊接电流的最大值I_max。由此，能够抑制熔池的振动并进行稳定的焊接。

此外，在图4中，以电弧状态进行反向进给的期间(从时刻T5到时刻T6的期间)的焊接电流值设为焊接电流的最大值I_max与最小值I_min之间的一定值，但是不限于此。例如也可以等于焊接电流的最小值I_min，另外也可以按一定的增加率进行增加。

在这里，对一定期间(从时刻T4到时刻T6的期间)进行说明。优选一定期间设定为与在短路状态及电弧状态以一定相近的周期发生的情况下的反向进给期间相等。例如，在本实施方式中，一定期间设定为与图3的从时刻T1到时刻T2的期间相等。此外，作为一定期间的设定方法，例如，可举出预先根据实验等求出适当的值的方法。

另外，也可以由判定部43根据从外部控制器16输入的焊接电流值来改变一定期间。这是因为，在焊接电流值改变的情况下，发生短路状态及电弧状态的周期会产生变化。因此，通过根据焊接电流值改变一定期间，与焊接电流值无关而能够将一定期间设为适当的值。由此与焊接电流值无关而能够提高焊接质量。

其次，使用图5、以及已表示的图1、图2对本实施方式涉及的电弧焊接装置1的焊接处理进行说明。图5是表示本实施方式涉及的焊接处理的流程图。

首先，检测部41检测焊条14与工件W之间是否为短路状态(步骤S101)。在这里，当检测部41检测出短路状态时(步骤S101、是)，进给调整部42调整焊条14的送给状态，以对焊条14进行反向进给(步骤S102)。另外，当检测部41未检测出短路状态时(步骤S101、否)，执行步骤S105。

然后，检测部41检测焊条14与工件W之间是否为电弧状态(步骤S103)。在这里，当检测部41检测出电弧状态时(步骤S103、是)，执行步骤S104。当检测部41未检测出电弧状态时(步骤S103、否)，返回到步骤S102。

然后，在步骤S104中判定部43判定是否已经过一定期间。在这里，当判定部43判定为已经过一定期间时(步骤S104、是)，进给调整部42调整焊条14的送给状态，以对焊条14进行正向进给(步骤S105)。

另外，当判定部43判定为未经过一定期间时(步骤S104、否)，指示部44指示进给调整部42继续进行反向进给(步骤S106)并返回到步骤S104。另外，在步骤S106中，电流调整部45使向焊条14供给的焊接电流的值，小于在电弧状态的情况下向焊条14供给的焊接电流的最大值I_max。

继而，焊接控制部4判定是否要结束焊接(步骤S107)。在这里，当判定为要结束焊接时(步骤S107、是)，电弧焊接装置1结束工件W的焊接。另外，当判定为不结束焊接时(步骤S107、否)，返回到步骤S101并继续进行焊接。

在这里，是否要结束焊接，也可以基于例如从开始焊接的时间、来自外部控制器16的指示等来判定。此外，在图5的焊接处理中在进行正向进给的情况下判定是否要结束焊接，但是也可以在进行反向进给的情况下判定是否要结束焊接。或者，也可以在焊接处理执行中作为中断来接收结束焊接指示。

另外，在图5的焊接处理中，在步骤S101中检测是否为短路状态，但是也可以首先检测是否为电弧状态。或者，也可以将焊接电压与预定值进行比较，如果焊接电压为预定值以下则当作检测出短路状态，如果焊接电压大于预定值则当作检测出电弧状态。如此，也可以在一个步骤中执行步骤S101的处理和步骤S103的处理。

另外，在图5的焊接处理中，判定在检测出电弧状态之后是否已经过一定期间。因此，即使在判定部43判定为已经过一定期间的情况下，指示部44也指示进给调整部42继续进行反向进给直到检测部41检测出电弧状态为止。

如上所述，第一实施方式涉及的电弧焊接装置具备检测部、进给调整部、判定部、以及指示部。检测部检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态。

进给调整部调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测部检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测部检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给。

判定部判定在所述检测部检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间。指示部从所述检测部检测出所述短路状态到所述判定部判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下也指示所述进给调整部继续进行所述反向进给。

因此，根据第一实施方式涉及的电弧焊接装置，不论是短路状态还是电弧状态，至少直到经过一定期间为止继续进行反向进给，从而即使在短路状态短的情况下也能够减少飞溅并提高焊接质量。即，能够进一步提高焊接质量。

第二实施方式

在第二实施方式中，对电弧焊接***100进行说明，所述电弧焊接***100通过将第一实施方式涉及的电弧焊接装置1与在前端安装有焊炬13的机器人20进行组合，能够进一步提高焊接质量。

图6是表示第二实施方式涉及的电弧焊接***100的图。此外，与第一实施方式相同的结构要素上标注相同的附图标记并省略说明。

电弧焊接***100具备第一实施方式涉及的电弧焊接装置1和机器人20，所述机器人20使焊条14的前端部相对于工件W进行相对移动。电弧焊接***100还具备焊炬13、焊条14、进给装置15、外部控制器16、储气瓶18、以及焊条供给部19。

在本实施方式中，外部控制器16也可以作为机器人20的控制器起作用。即，外部控制器16控制机器人20，改变焊炬13的位置和姿态，使焊炬13的前端相对于工件W以描绘所需的焊接线的方式进行移动。

焊条供给部19向进给装置15供给内置的焊条14。储气瓶18向焊炬13供给保护气体。

在第二实施方式中，通过在电弧焊接***100搭载第一实施方式涉及的电弧焊接装置1，能够进一步提高电弧焊接***100的焊接质量。

对于本领域技术人员来说能够容易地导出更多的效果和变形例。因此，本发明的进一步广泛的方式不限于以上所述并记述的特定的详细内容以及代表性的实施方式。因此，在不脱离所附的权利要求书及其等同物所定义的总的发明概念的精神或范围，能够进行各种各样的改变。

Claims (8)

1.一种电弧焊接装置，其特征在于，具备：

检测部，其检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态；

进给调整部，其调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测部检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测部检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给；

判定部，其判定在所述检测部检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间；

指示部，所述指示部从所述检测部检测出所述短路状态之后到所述判定部判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也指示所述进给调整部继续进行所述反向进给；以及

电流调整部，在所述检测部检测出所述电弧状态之后，直到所述判定部判定为已经过所述一定期间为止的期间，所述电流调整部使向所述熔化电极供给的电流值小于在所述电弧状态的情况下向所述熔化电极供给的电流的最大值。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接装置，其特征在于，

所述指示部在所述判定部判定为已经过所述一定期间的情况下，指示所述进给调整部继续进行所述反向进给直到所述检测部检测出所述电弧状态为止。

3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接装置，其特征在于，

所述判定部根据焊接电流改变所述一定期间。

4.一种电弧焊接方法，其特征在于，包括：

检测工序，其检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态；

进给调整工序，其调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测工序检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测工序检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给；

判定工序，其判定在所述检测工序检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间；

指示工序，所述指示工序从所述检测工序检测出所述短路状态之后到所述判定工序判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也指示所述进给调整工序继续进行所述反向进给；以及

电流调整工序，在所述检测工序检测出所述电弧状态之后，直到所述判定工序判定为已经过所述一定期间为止的期间，所述电流调整工序使向所述熔化电极供给的电流值小于在所述电弧状态的情况下向所述熔化电极供给的电流的最大值。

5.根据权利要求4所述的电弧焊接方法，其特征在于，

所述指示工序在所述判定工序判定为已经过所述一定期间的情况下，指示所述进给调整工序继续进行所述反向进给直到所述检测工序检测出所述电弧状态为止。

6.一种电弧焊接***，其特征在于，

具备电弧焊接装置和机器人，

所述电弧焊接装置具备：

检测部，其检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态；

进给调整部，其调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测部检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测部检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给；

判定部，其判定在所述检测部检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间；

指示部，所述指示部从所述检测部检测出所述短路状态之后到所述判定部判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也指示所述进给调整部继续进行所述反向进给；以及

电流调整部，在所述检测部检测出所述电弧状态之后，直到所述判定部判定为已经过所述一定期间为止的期间，所述电流调整部使向所述熔化电极供给的电流值小于在所述电弧状态的情况下向所述熔化电极供给的电流的最大值，

所述机器人使所述熔化电极的前端部相对于所述被焊接部件进行相对移动。

7.一种被焊接部件，其特征在于，

使用电弧焊接方法进行焊接，

所述电弧焊接方法包括：

检测工序，其检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态；

进给调整工序，其调整所述熔化电极的进给状态，使得当所述检测工序检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当所述检测工序检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给；

判定工序，其判定在所述检测工序检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间；

指示工序，所述指示工序从所述检测工序检测出所述短路状态之后到所述判定工序判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也指示所述进给调整工序继续进行所述反向进给；以及

电流调整工序，在所述检测工序检测出所述电弧状态之后，直到所述判定工序判定为已经过所述一定期间为止的期间，所述电流调整工序使向所述熔化电极供给的电流值小于在所述电弧状态的情况下向所述熔化电极供给的电流的最大值。

8.一种电弧焊接***，其特征在于，

具备电弧焊接装置和机器人，

所述电弧焊接装置，其检测熔化电极与被焊接部件之间为短路状态及电弧状态中的哪一种状态；调整所述熔化电极的进给状态，使得当检测出所述电弧状态时进行向所述被焊接部件的方向进给所述熔化电极的正向进给，当检测出所述短路状态时进行向与所述被焊接部件相反的方向进给所述熔化电极的反向进给；判定在检测出所述短路状态之后是否已经过一定期间；从检测出所述短路状态之后到判定为已经过一定期间为止，即使在检测出所述电弧状态的情况下，也继续进行所述反向进给；以及在检测出所述电弧状态之后，直到判定为已经过所述一定期间为止的期间，使向所述熔化电极供给的电流值小于在所述电弧状态的情况下向所述熔化电极供给的电流的最大值，

所述机器人使所述熔化电极的前端部相对于所述被焊接部件进行相对移动。