TW201139034A - Arc welding apparatus - Google Patents

Description

201139034 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種氣體保護電 電弧焊接裝置。 弧烊接用的經改 良的 【先前技術】 中消耗電極式或非消耗電極式的氣體保護電弧焊接 ^必須對電弧及㈣池噴出二氧化碳、氬 = =，以免大氣侵人焊錢氛内。有關這點，將保護性 =體之流量限制在-定的容許範圍内是重要的。氣體流 時，大氣侵入焊接氣氛内，t弧之狀態變得不穩 定。因此，有時發生吹孔(blow hole)，有時產生大量的 焊濺物。相反地，氣體流量太多時產生紊流，所以有時 發生保護不良，有時發生焊接滲透(wel(1 penetration)不 足。結果，有時焊珠之外觀惡化，焊接不良。 一般的電弧焊接裝置使用電磁閥來控制保護性氣 體之喷出及停止。在此情況，打開電磁閥開始焊接之際 之前流(pre-flow)處理中，過剩的流量的保護性氣體會喷 出。以下，將此現象表達為突流。突流之尖峰流量及持 續時間依據配管長度、壓力、從上次之氣體停止起算的 經過時間等而各有不同。因此，喷出保護性氣體之後直 到流量落入容許範圍為止的時間也不同。從上次之氣體 停止起算的經過時間係指在複數個焊接區間連續存在 的情況，在上次之焊接區間停止保護性氣體後的經過時 間。 第五圖繪示依據從上次之氣體停止起算的經過時 201139034 間而不同的氣體流量的時間變化。氣體之設定流量 公升/分。第五圖之(a)綠示從上次&氣體停止起丄^15 時間為4秒時之氣體流量之時間變化。第五圖之 分別繪示從上次之氣體停止起算的經過時間為3秒、2 秒、1秒、0.5秒時之流量變化。如第五圖所示，打^電 磁閥後的短暫期間，突流導致過剩流量的氣體噴出。此 外，氣體流里卩現著時間的經過而接近設定流量（1 $公升/ 分）。在前流時間設定為0.5秒時，在第五圖之(a)之情 況，保瘦性氣體以約42公升/分之流量正在噴出時進行 起弧(arc start)處理。在此情況，可能會發生上述之焊接 不良。 用以在焊接開始時抑制突流的技術揭露於特開昭 62-207584號公報及特開2〇〇6_326677號公報。特開昭 62-207584號公報揭露一種電弧焊接裝置，將串聯設置 的二個電磁閥同時0N或〇FF(習知技術丨）。特開 2__32667m揭露具備限流孔等機械性氣體流量 控制手段的焊接裝置（習知技術2)。依據 習知技術1、2 使用機械性手段來抑制突流，藉此能防止焊接不良之每 生，也能節約保護性氣體之消費量。 此外’不僅要抑制焊接開始時之突流，還必須將1 弧焊接中之氣體流量維持於最適的流量。如上所述，p ^始時突流平靜後，氣體流量趨近由氣體流量調整！ 的设定流量’之後，維持於一定的值。當氣體分 :用自二電：時J烊接不良不會發生。然而，如; 個工#且右、^接機等電弧焊接裝置來焊接，則往往一 板;"等i個焊接部位。此外，開槽形狀、焊接法 焊接部位而各有不同。在此情況，希1 依糾接雜來變更保護性氣體之氣體流量。例如：7j 201139034 平填角的情況相較於開槽形狀為重疊填 用較少的保護性氣體之設定流量。 體流量調整器維持於一定的值。因^氣體流量被氣 時多量氣體以一定流量使用，保護性广2弧焊接中，有 用以解決此課題的技術揭露於=、'被浪費。 公報。特開平8-200634號公報揭露一二平8-20〇634號 使用質量流控制器來動態控制氣體、、&?氣體加工裝置， 般說來，質量流控制器能從外(習知技術3)。-控制器内搭載著氣體流量檢測器及量。質量流 用該氣體流量檢測器及該氣體流器。利 體流量控制在設定值 。此外，即 將實際的氣 體，也能輸出或停止氣體。依據習知7:里流控制器單 量動態控制並_於最相流 ，3 ’將氣體流 的消費量。 即可郎約保護性氣體 如上所述，習知技術1、2 、 時之突流，但無法動態變ρ备触二丄雖然抑制焊接開始

之呀序圖。如第六圖 OFF變為on。第六 圖之(b)繪示將氣體控制信藏 時間變化。波形Ha係僅〇

唬ΟΝ/OFF後引起氣體流量的 ^ —個電磁閥控制保護性氣體 系藉由習知技術3之質量流控 201139034 慢增加到達設定流量。質量流控制器花費某程度時間等 待實際的氣體流量到達設定流量，藉此抑制了突流。 如果在經過設定流量到達時間之前就開始焊接，則 由於必要的氣體流量尚未確保，所以可能因保護不良而 產生焊接缺陷。氣體流量到達設定流量需要某程度的時 間。因此，循環時間（cycle time)變長。雖然能利用設定 流量到達時間為約0.3秒的高性能質量流控制器，但是 非常昂貴，所以設備成本變高。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種電弧焊接裝置，能使用 氣體電磁閥及較便宜的質量流控制器，在焊接開始時立 即確保必要的氣體流量。 為了達成上述的目的，依據本發明之第一態樣，提 供一種電弧焊接裝置，具有質量流控制器及氣體通路， 該質量流控制器在從外部輸入信號後進行保護性氣體 之輸出、停止及流量調整，該氣體通路用以將保護性氣 體從氣體供給源經由質量流控制器供給到焊接炬。電弧 焊接裝置具備氣體電磁閥，設於焊接炬與質量流控制器 之間，及氣體控制手段5對氣體電磁閥輸出電磁閥開閉 信號以開閉氣體電磁閥，並且對質量流控制器輸出氣體 控制信號。氣體控制手段在保護性氣體之停止時首先關 閉氣體電磁閥，接著，經過規定的延遲時間後停止從質 量流控制器輸出氣體，在下次的氣體輸出時打開氣體電 磁閥，同時從質量流控制器輸出氣體。 201139034 【實施方式】 如第一圖所示，電弧焊接裝置1具備機械手 (manipulator)14、教導盤(teach pendant)i5、自動機控制 ，16及焊接電源3。機械手14對工件2自動進行電弧 ，接。機械手14具備複數個臂部及腕部、以及用以將 些部分旋轉卿的複數侧服馬達。於機械手14之 焊接炬7。藉由焊接炬7來將捲繞於 .、、，，、直杈1mm之焊條π引導到工件2上教導 得到的焊接線。 工双导 s；mi5是在將進行焊接加工的區間之各教導 為作案浐匕及焊接電壓、焊接速度等焊接條件輸入作 遲B卑鬥主Γ時、或在設定氣體流量設定值Gv及延 ⑺及延遲_ Dw “及氣體流量設定值 攸教導盤15輸出並輸入自動機控制 Λ量設定值〜係根據焊接處設定之最適氣 量設定值〜係料操作教導盤15設定 磁pm心延遲時間Dt係用以調整將後述的氣體電 m=的時機(timing)以及藉* f量流控制器31 知止乳體的時機的時間。 式動白制杰^解讀從教導盤15已輸入的作業程 i動作;ί制器16在基於解讀結果之規定的時機 輸出到機械手14。同樣地，自動機 才工制盗16將焊接控制信號Ws、雷成„ η广 體輸出信號Mg及氣體、^曰1電磁間開閉仏虎DS、氣 源3。 g 乱體机又疋信號Ms輸出到焊接電 焊接電源3根攄來自& ^ Jd4 , 焊拔恭、.店0 件2之間供給電力。再者’ 电"、R據來自自動機控制器16之電磁閥開閉信 201139034 :。二輸出焊用接以雷將後述之氣體電磁閥33開閉的指令信 量Γ源3根據氣體輸出信號吨及氣體流 器”，該另一種指令^f ^ t輸出到質量流控制 + , . 。戒用以使輸出用的保護性氣體輸 出或Γ止’或用1"設定保護性氣體之流量。 33。連f著質量流控制器31及氣體電磁閥 供來自焊接電源3之指令信號 供、，·〇保姜I·生軋體，或停止保護 量流控制器31將從貯氣—體之供給。此外貝 神洛e夕士旦烟It gas cy nder)3〇供給之保護 上為已事先設定的氣體流量設定值 V乱：磁閥33根據來自焊接電源3之信號進行開 閉0 其次說明氣體電磁閥33及質量流控制器31之位 置。 ▲如第—圖所7F ’貯氣瓶3G充填有保護性氣體。保 ，性氣體會通過上游側氣體通路3 4 a供給到質量流控制 益31。質董流控制益31調整保護性氣體之流量。流量 調整後之保護性氣體透過氣密性之隔間（chamber)32供 給到下游側氣體通路34b。下游側氣體通路3扑沿著機 械手14之側面配置《下游側氣體通路34b連接到設於 焊接炬7附近的氣體電磁閥33 ^藉由氣體電磁閥33之 開閉來將保護性氣體透過導管纜線35内部之氣體軟管 供給到焊接炬7。如此，保護性氣體會從焊接炬7喷出。 如第三圖所示’自動機控制H 16具備微電腦及各 種記憶體等。具體來說，自動機控制器16且備作業程 式解析部21、硬碟機22、執道計晝部23 ' RAM8、緩衝 器24、伺服控制部25、伺服驅動部26、現在位置龄視 部27及焊接控制部28。作為記憶手段之硬碟機22 非 201139034 揮發性記憶體。硬碟機22中寒土 a 延遲時間Dt、氣體流量設定值有作業程式Dw、 式一業程 程式解析部21將由包含在4=容：如:作業 訊等資料所組成的移動命令讀^么中的座仏及速度資 計晝部23。再者，作業程，並將該命令通知軌道 出開始及終了的時機？並：二部21求取將氣體之輸 23。 將该時機通知執道計晝部 移動以ί 式解析部21送出的各種 ㈣的移m=23㈣放於緩衝 制定焊接炬7之軌道呼食、，ι邛23根據該移動命令 已送出ίΓ二。f衝器24中存放從軌道計晝部23 23送出的執動道^全°飼=制部Μ根據從軌道計晝部 26以旋轉驅動機“ 送到健驅動部 部L h的輸出信號，賴#訊發❹I現在位置監視 各二於，動σ|5 26根據來自伺服控制部25的指令來對 2達輪出動作控制信號Me ϋ 2 ==各_編碼器 置監視部27的帛接控制部28將來自現在位 電源3。因此，ίΓ中令在適切的處理時機輸出到焊接 与執行以焊接炬7進行的焊接’或保護 s 201139034 性氣體會噴出。具體來說，焊接控制部28在由現在位 置監視部27所指定的處理時機，將使保護性氣體喷出 所必要的電磁閥開閉信號Ds、氣體輸出信號及氣體 流量設定信號Ms輸出到焊接電源3。焊接控制部28根 據來自現在位置監視部27的焊接控制命令，來輸出用 於以焊接電源3進行的焊接的焊接控制信號Ws。伺服 驅動部26根據來自伺服控制部25的驅動命令來對機械 手14之各馬達發送動作控制信號Me。 其次說明電弧焊接裝置丨的動作。當起動作 自動機控制器16時，作業程式解析部21解讀辈 Dw並運算軌道計畫^作業程式解析部21根據豆運^ 手L4之各馬達輸出動作控制信號MC， 電源3輸出焊接控制信號ws、電磁閥開閉 結果，焊接炬7往焊接開Ms等。 定值…的量的保護性氣體體流量設 當焊接炬7 了之後， 流(after-flow)控制。上述的1串後 術同樣地進行。 動乍/、上述的I知技 作ΐ程式DW#教導複數個焊接區間，則Η 速的連串私序對複數個焊接區間 j上 行。然而，本發明之目的之一 a &間依序執 始時立即確保必要的氣體流量，因此個間：接開 止時、及在下個焊接區間二^礼體之停 行如以下般的處理。 彳平4_體輸出之始時進 ffl ^ 0N/0FF(f，1 體輸出/停止)的時序圖:以;： = (氣 、J I貝深表不的凌开3 201139034

He繪示在第四圖（a)及第四圖（b)所示的時機將保護性氣 體停止及輸出後的狀況下的氣體流量之時間變化。為了 與基於本發明之波形He作比較，以第四圖（c)之點線表 示習知技術的波形Ha及波形Hb。波形Ha係僅以一個 電磁閥控制保護性氣體之流量後的波形，波形Hb係藉 由習知技術3之質量流控制器控制氣體流量後的波形。 [1.時刻tl] 時刻tl係後流處理完畢的時機。如第四圖（a)所示， 自動機控制器16透過焊接電源3僅對氣體電磁閥33輸 出閉作動信號。亦即，自動機控制器16使電磁閥開閉 信號Ds為OFF。因此，氣體電磁閥33關閉，所以保護 性氣體不會供給到氣體電磁閥33與焊接炬7之間之氣 體通路。 [2.時刻tl〜t2之期間] 時刻tl〜t2之期間中，一方面氣體電磁閥33關閉， 一方面保護性氣體從質量流控制器31繼續輸出。因此， 於質量流控制器31與氣體電磁閥33之間之氣體通路， 以平時供給時以上的壓力充填保護性氣體。此時，由於 具備氣密性之隔間32,所以防止於氣體通路内充填必要 以上的保護性氣體。 [3.時刻t2] 時刻t2係從時刻tl算起經過已預先決定的延遲時 間Dt後的時刻。自動機控制器16在時刻t2之時機透過 焊接電源3對質量流控制器31輸出氣體之停止信號。 亦即，自動機控制器16使氣體輸出信號Mg為OFF。因 此，保護性氣體之供給完全停止。 [4.時刻t3] 時刻t3係在下個焊接區間開始保護性氣體輸出的 201139034 時機。自動機控制器16為了打開氣體電磁閥33，使電 磁閥開閉信號Ds為ON。同時，為了使質量流控制器 31開始輸出氣體，自動機控制器16使氣體輸出信號Mg 為ON。 [5.時刻t3〜t4] 質量流控制器31及氣體電磁閥33同時ON，因此 質量流控制器31與氣體電磁閥33之間之氣體通路中先 前已充填的保護性氣體一口氣放出來。波形He繪示此 時的氣體流量變化。將質量流控制器31單獨使用的習 知技術3中，流量變化如波形Hb所示，可能發生流量 不足。相較之下，本發明中，如波形He所示，發生不 影響焊接品質程度的小突流，習知技術3中的氣體流量 之不足部分(斜線部)被補充。 在此，針對延遲時間Dt補充說明。保護性氣體之 流量受到從質量流控制器31到氣體電磁閥33為止的配 管長度、配管直徑、貯氣瓶30之設定壓力、設定流量、 隔間32之體積等、焊接環境中的各種因素的影響。當 然，延遲時間Dt也受到這些因素的影響，但是延遲時 間Dt較佳為設定成不影響焊接品質程度之突流發生的 時間。申請人準備了數十種型態的上述焊接環境，邊嘗 試錯誤邊反覆實驗。結果，申請人發現了期待的延遲時 間Dt約為0.5〜0.6秒。當然，在不含於上述型態的焊 接環境的情況，有時上述的值不適合作為延遲時間Dt。 在此情況，藉由實驗求出基於焊接環境的延遲時間，或 是根據實際的焊接施工結果來重新斟酌基準值，如此之 後再以教導盤15調整即可。 依據上述的實施形態，能發揮如以下般的作用效 果。 12 201139034 ji)，弧焊接農置具備氣體電 為31。保護性氣體停止時，首^貝里机控制 在經過規定的“ ‘閥止」言號以停止保護性氣體。因此，；氣;: 力以上的保Ϊ二制器尺之間之氣體通路充填規定i 體=問及質量流控制器雙方同時從; 軋體電磁龆U彻折旦； 利》孔隨因此，於 填的保護性氣體'^ ^ 31之㈤之11體通路已充 品質程度的小突泣，故处^。因此，發生不影響焊接 體流量。L卜：广匕立即確保焊接開始所必要的氣 所以能“:不必等待氣體流量到達設定流量， 通路與氣體電磁閥33之間之氣體 間32^f _性氣體封閉在内的氣密性之隔 因此，防止氣體通路域必要以上的倾性氣體。 31淮⑺由!^由自動機控制器16來控制質量流控制器 1進仃之讀輸出，所以在不使㈣別的 提下即可發揮上述的效果。 別 (4)延遲時間Dt係能由教導盤15設定。因此， 之直徑、氣體壓力等焊接環境來任意設 上述的實施形態也可以如以下般變更。 >上述的實施形態中，也可以將質量流控制器”及 氧體電磁Η 33直接連接到自動機控制器16。在 ， 電磁閥開閉信號Ds、氣體輸出信號岣及氣體流量設定 信號Ms分職自動機控制器16直接輸 器31及氣體電磁閥33。 @ 201139034 【圖式簡單說明】 第一圖係繪示本發明電弧焊接裝置的方塊圖。 第二圖係用以說明電弧焊接裝置氣體通路的示意 圖。 第三圖係繪示自動機控制器的方塊圖。 第四圖係用以說明保護性氣體輸出控制的時序圖。 第五圖係用以說明氣體突流的曲線圖。 第六圖係繪示習知保護性氣體流量變化的曲線圖。 【主要元件符號說明】 1 電弧焊接裝置 16 自動機控制器 2 工件 30 貯氣瓶 3 焊接電源 31 質量流控制器 7 焊接炬 32 隔間 13 焊條 33 氣體電磁闕 14 機械手 34a 上游側氣體通路 15 教導盤 34b 下游側氣體通路 14

Claims (1)

1. 201139034 七、申請專利範圍： 1. 一種電弧焊接裝置，具有質量流控制器及氣體通路， 該質量流控制器在從外部輸入信號後進行保護性氣體 之輸出、停止及流量調整，該氣體通路用以將前述保 護性氣體從氣體供給源經由前述質量流控制器供給到 焊接炬，該電弧焊接裝置之特徵為： 具備氣體電磁閥，設於前述焊接炬與前述質量流 控制器之間之氣體通路；及 氣體控制手段，對前述氣體電磁閥輸出電磁閥開 閉信號以開閉前述氣體電磁閥，並且對前述質量流控 制器輸出氣體控制信號； 前述氣體控制手段在前述保護性氣體停止時首先 關閉前述氣體電磁閥，接著，經過規定的延遲時間後， 停止從前述質量流控制器輸出氣體，在下次的氣體輸 出時打開前述氣體電磁閥，同時從前述質量流控制器 輸出氣體。 2. 如申請專利範圍第1項之電弧焊接裝置，其中於前述 質量流控制器與前述氣體電磁閥之間之氣體通路安裝 有用以將前述保護性氣體封閉在内的氣密性隔間。 3. 如申請專利範圍第1或2項之電弧焊接裝置，其中前 述氣體控制手段係自動機控制器，該自動機控制器根 據事先製作出的教導資料來驅動控制搭載著前述焊接 炬的機械手。 4. 如申請專利範圍第3項之電弧焊接裝置，其中前述延 遲時間係能藉由用以製作前述教導資料的教導盤來設 定。