專利名稱：非熔化電極電弧焊接控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以電弧長達(dá)規(guī)定值的方式進(jìn)行焊炬高度控制的同時進(jìn)行焊接的非熔化電極電弧焊接控制方法。
背景技術(shù)：
作為非熔化電極電弧焊接，有TIG焊接(鎢極惰性氣體焊接)、等離子電弧焊接等。 在非熔化電極電弧焊接中，電極使用鎢電極等的非熔化電極，在通過氬氣等的保護(hù)氣體使其從大氣中遮蔽的狀態(tài)下，在非熔化電極和母材之間發(fā)生電弧來進(jìn)行焊接。此時，經(jīng)常在進(jìn)給填充焊絲并將其插入到電弧發(fā)生部的同時進(jìn)行焊接。在以下的說明中，將非熔化電極單獨(dú)記載為電極。圖3是進(jìn)給填充焊絲的非熔化電極電弧焊接中使用的焊接裝置的概要構(gòu)成圖。以下，參照該圖，對各構(gòu)成物進(jìn)行說明。焊接電源PS輸出用于發(fā)生電弧3的焊接電流Iw及焊接電壓Vw，并且向焊炬升降電動機(jī)TM輸出焊炬升降控制信號Tc、向填充焊絲5的進(jìn)給電動機(jī)FM輸出進(jìn)給控制信號Fe。 因?yàn)樵诜侨刍姌O電弧焊接中使用恒流特性，故該焊接電源PS是恒流控制的電源，控制為焊接電流Iw達(dá)到規(guī)定值。在焊炬4的前端安裝有噴嘴41，并從該內(nèi)側(cè)噴出保護(hù)氣體(省略圖示)。另外，在焊炬4的前端安裝有電極1，以從噴嘴41的前端突出數(shù)mm的狀態(tài)進(jìn)行安裝。在電極1和母材2之間發(fā)生了電弧3。經(jīng)由安裝構(gòu)件51將焊絲導(dǎo)向裝置52安裝在焊炬4上。通過進(jìn)給電動機(jī)FM在焊絲導(dǎo)向裝置52內(nèi)進(jìn)給填充焊絲5，以插入到電弧發(fā)生部。進(jìn)給電動機(jī)FM通過來自上述的焊接電源PS的進(jìn)給控制信號Fc來控制進(jìn)給速度。焊炬升降機(jī)構(gòu)6是用于沿著上下方向升降焊炬4的機(jī)構(gòu)。焊炬升降電動機(jī)TM是用于沿著上下方向升降焊炬4的電動機(jī)。該焊炬升降電動機(jī)TM如上述，通過來自焊接電源 PS的焊炬升降控制信號Tc，來控制升降方向及升降距離。雖然省略了圖示，但是母材2設(shè)置在自動臺車上，且在焊接過程中自動臺車以預(yù)先規(guī)定的焊接速度移動。在該圖中，電極1的前端和母材2之間的距離為電弧長La。并且，將表示填充焊絲5的進(jìn)給方向的點(diǎn)劃線yl與連結(jié)電極1的前端和母材2的點(diǎn)劃線12之間的交點(diǎn)設(shè)為P。 將該交點(diǎn)P和母材2之間的距離定義為填充焊絲5的插入高度Lh。為了獲取良好的焊接品質(zhì)，需要將焊接中的電弧長La及填充焊絲的插入高度Lh設(shè)定為適當(dāng)值。在非熔化電極電弧焊接中，電弧長為電極1的前端和母材2之間的距離。因此，在焊接開始之前，以該電極1的前端和母材2之間的距離為適當(dāng)值的方式進(jìn)行調(diào)整，使得焊炬升降電動機(jī)TM動作。作為在焊接中電弧長La變化的主要原因，主要有兩個情形。作為第一個情形為，母材2的表面高度變化。因?yàn)楫?dāng)母材2的表面高度變化時與電極1之間的距離變化，故電弧長La變化。作為第2個情形為，通過電弧3電極1的前端消耗而變短，導(dǎo)致電弧長La變化。電極1的消耗的行進(jìn)，因電極1的材質(zhì)、直徑、焊接電流值、焊接電流的波形(交流或直流)、電弧啟動的頻率等而不同。尤其，在通電交流電流的情況下，在電極正極性時該消耗快速地行進(jìn)。以往執(zhí)行了用于抑制該電弧長La的變化而將其維持在一定值的焊炬高度控制方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在該現(xiàn)有技術(shù)的焊炬高度控制方法中，通過焊接電壓Vw或電弧光的照度來檢測電弧長La，以該檢測值變得與設(shè)定值相等的方式控制焊炬升降電動機(jī)TM。另一方面，關(guān)于填充焊絲5的插入高度Lh的調(diào)整，以往使用了各種調(diào)整機(jī)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)幻。通過設(shè)置專利文獻(xiàn)2等記載的調(diào)整機(jī)構(gòu)，在焊接開始前主動地將填充焊絲5的插入方向及插入高度Lh調(diào)整為適當(dāng)狀態(tài)。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開2002-239728號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2009-107003號公報(bào)如上述，通過進(jìn)行焊炬高度控制，能夠抑制焊接中的電弧長的變化。此時，在電弧長產(chǎn)生變化的第1個主要原因即母材表面高度變化的情況下，以焊炬的前端和母材的表面之間的距離為一定的方式進(jìn)行焊炬高度控制。為此，電弧長La及填充焊絲的插入高度Lh 都維持適當(dāng)值，且能夠獲取良好的焊接品質(zhì)。另一方面，在電弧長變化的第2個主要原因即電極進(jìn)行消耗而前端變短的情況下，通過焊炬高度控制而控制為焊炬的前端和母材的表面之間的距離變短。其結(jié)果，電極前端和母材表面之間的距離即電弧長La能維持一定值。但是，因?yàn)楹妇娓叨茸兊?，故填充焊絲的插入高度Lh變低。與電弧長La沒有以一定值變化無關(guān)，由于填充焊絲的插入高度Lh 變化，故產(chǎn)生焊接品質(zhì)變差的情況。填充焊絲的插入高度Lh變化的原因在于，如圖3所述， 因?yàn)楹附z導(dǎo)向裝置52經(jīng)由安裝構(gòu)件51與焊炬4結(jié)合，故當(dāng)焊炬高度變化時填充焊絲的插入高度Lh也變化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的目的在于，提供一種能抑制因電極的消耗而導(dǎo)致的電弧長的變化，并且能抑制填充焊絲的插入高度的變化的非熔化電極電弧焊接控制方法。為了解決上述的課題，技術(shù)方案1的發(fā)明的一種非熔化電極電弧焊接控制方法， 執(zhí)行用于抑制伴隨著焊接中的非熔化電極的消耗導(dǎo)致電弧長的變化的焊炬高度控制，并且通過經(jīng)由安裝構(gòu)件而安裝在焊炬上的焊絲導(dǎo)向裝置內(nèi)，進(jìn)給填充焊絲的同時進(jìn)行焊接，該非熔化電極電弧焊接控制方法的特征在于，以所述填充焊絲向電弧發(fā)生部插入的插入高度為一定的方式，沿著所述焊炬的縱長軸方向?qū)λ霭惭b構(gòu)件執(zhí)行升降控制。技術(shù)方案2的發(fā)明，是技術(shù)方案1所述的非熔化電極電弧焊接控制方法，其特征在于，所述焊炬高度控制是按照預(yù)先規(guī)定的每個控制周期，基于預(yù)先規(guī)定的電壓設(shè)定值Vr和焊接電壓的檢測值Vd之差ΔΥ來計(jì)算修正量Δ h，使焊炬高度改變該修正量Ah的控制，所述安裝構(gòu)件的升降控制是使所述安裝構(gòu)件升降反轉(zhuǎn)了所述修正量Ah的符號后的反轉(zhuǎn)修正量-Ah的控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過焊炬高度控制來抑制因非熔化電極的消耗而導(dǎo)致的電弧長的變化，且通過進(jìn)行填充焊絲的插入高度控制，能夠?qū)㈦娀￠L及填充焊絲的插入高度始終維持在適當(dāng)值。因此，能夠獲取良好的焊接品質(zhì)。


圖1是用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的非熔化電極電弧焊接控制方法的焊接裝置的示意構(gòu)成圖。圖2是構(gòu)成圖1的焊接電源PS的詳細(xì)框圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的非熔化電極電弧焊接裝置的示意構(gòu)成圖。符號說明1-(非熔化)電極；2-母材；3-電??；4-焊炬；41-噴嘴；5_填充焊絲；51-安裝構(gòu)件；52-焊絲導(dǎo)向裝置；6-焊炬升降機(jī)構(gòu)；71-安裝構(gòu)件升降機(jī)構(gòu)；DB-下降按鈕；Db-下降信號；DH-修正量計(jì)算電路；EI-電流誤差放大電路；Ei-電流誤差放大信號；FC-進(jìn)給電動機(jī)控制電路；Fc-進(jìn)給控制信號；FM-進(jìn)給電動機(jī)；FR-進(jìn)給速度設(shè)定電路；Fr-進(jìn)給速度設(shè)定信號；HC-安裝構(gòu)件升降控制電路；Hc-安裝構(gòu)件升降控制信號；HM-安裝構(gòu)件升降電動機(jī)；ID-電流檢測電路；Id-電流檢測信號；IR-電流設(shè)定電路；Ir-電流設(shè)定信號；Iw-焊接電流；K-放大率；La-電弧長；Lh-填充焊絲插入高度；P-交點(diǎn)；PM-電源主電路；PS-焊接電源；TC-焊炬升降控制電路；Tc-焊炬升降控制信號；TM-焊炬升降電動機(jī)；UB-上升按鈕； 證-上升信號；VD-電壓檢測電路；Vd-電壓檢測信號；VR-電壓設(shè)定電路；Vr-電壓設(shè)定(信號/值)；Vw-焊接電壓；yl-填充焊絲進(jìn)給方向；y2-電極縱長方向；Ah-修正量(信號)； AV-電壓設(shè)定信號和電壓檢測信號之差。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的非熔化電極電弧焊接控制方法的焊接裝置的示意構(gòu)成圖。在該圖中，對與上述圖3相同的構(gòu)成物賦予同一符號，并省略這些說明。該圖是在圖3中追加了安裝構(gòu)件升降機(jī)構(gòu)71及安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM的示意圖。以下，參照該圖說明這些部件。安裝構(gòu)件升降機(jī)構(gòu)71是用于沿著焊炬4的縱長軸方向升降安裝構(gòu)件51的機(jī)構(gòu)。安裝部升降機(jī)構(gòu)71是由沿著焊炬4的縱長軸方向平行地安裝的滾珠螺桿和通過滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)沿著焊炬的縱長軸方向平行地滑動的部分構(gòu)成，且在進(jìn)行滑動的部分安裝了安裝構(gòu)件51，并通過旋轉(zhuǎn)滾珠螺桿使安裝構(gòu)件以任意的高度升降的機(jī)構(gòu)。安裝構(gòu)件51通過安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM使其在安裝構(gòu)件升降機(jī)構(gòu)71上升降。安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM根據(jù)來自焊接電源PS的安裝構(gòu)件升降控制信號Hc來控制升降方向及升降距離。當(dāng)安裝構(gòu)件51升降時，能夠調(diào)整填充焊絲5的插入高度Lh。圖2是表示構(gòu)成圖1的焊接電源PS的詳細(xì)框圖。以下，參照該圖，對各塊進(jìn)行說明。電源主電路PM將3相200V等的商用電源(省略圖示)作為輸入，根據(jù)后述的電流誤差放大信號Ei進(jìn)行逆變器控制等的輸出控制，輸出焊接電流Iw。該焊接電流Iw通過焊炬4、電極1、電弧3及母材2進(jìn)行通電，在焊炬4和母材2之間施加焊接電壓Vw。電流設(shè)定電路頂輸出預(yù)先規(guī)定的電流設(shè)定信號Ir。電流檢測電路ID檢測上述的焊接電流Iw，并輸出電流檢測信號Id。電流誤差放大電路EI放大上述的電流設(shè)定信號Ir和上述的電流檢測信號Id之間的誤差，并輸出電流誤差放大信號Ei。通過根據(jù)該電流誤差放大信號Ei進(jìn)行焊接電源的輸出控制來進(jìn)行恒流控制，以期望值的焊接電流Iw進(jìn)行通電。電壓檢測電路VD檢測上述的焊接電壓Vw，并輸出電壓檢測信號Vd。電壓設(shè)定電路VR輸出與規(guī)定的電弧長對應(yīng)的電壓設(shè)定信號Vr。修正量計(jì)算電路DH將上述的電壓設(shè)定信號Vr及上述的電壓檢測信號Vd作為輸入，按照預(yù)先規(guī)定的每個控制周期，在電壓設(shè)定信號Vr的值和電壓檢測信號Vd的值之差上相乘預(yù)先規(guī)定的放大率K，并輸出修正量信號 Ah = K· (Vr-Vd)。在此，控制周期是用于控制圖1的焊炬升降電動機(jī)TM及安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM的周期，只要相對于這些電動機(jī)的響應(yīng)速度是充分短的時間即可，例如被設(shè)定在 0.1 IOms左右。因?yàn)榉糯舐蔏設(shè)定反饋系統(tǒng)的增益，故被設(shè)定成反饋系統(tǒng)穩(wěn)定的值。在此，示例了用作為慣用技術(shù)的P控制來計(jì)算修正量信號Ah的情形，但是同樣地，也可基于作為慣用技術(shù)的PI控制及PID控制進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)給速度設(shè)定電路FR輸出預(yù)先規(guī)定的進(jìn)給速度設(shè)定信號Fr。進(jìn)給電動機(jī)控制電路FC將進(jìn)給控制信號Fc輸出到進(jìn)給電動機(jī)FM，該進(jìn)給控制信號Fc用于以上述的進(jìn)給速度設(shè)定信號Fr的值進(jìn)給填充焊絲5。進(jìn)給電動機(jī)FM根據(jù)上述的進(jìn)給控制信號Fc控制轉(zhuǎn)速。上升按鈕UB被按下時，輸出成為高(High)電平的上升信號證。下降按鈕DB被按下時，輸出成為高電平的下降信號Db。焊炬升降控制電路TC將上述的修正量信號Ah、上述的上升信號Ub及上述的下降信號Db作為輸入，并在上升信號Ub為高電平時，輸出以預(yù)先規(guī)定的低速度提升焊炬的高度的焊炬升降控制信號Tc，在下降信號Db為高電平時，輸出以上述的低速度使焊炬的高度降低的焊炬升降控制信號Tc，在焊接中，按照上述的每個控制周期，輸出焊炬的高度只改變修正量信號Ah的值的焊炬升降控制信號Tc。焊炬升降電動機(jī)TM根據(jù)上述的焊炬升降控制信號Tc來控制其旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速。在上述的修正量信號 Ah為正的值時，控制焊炬的高度上升Ah，在上述的修正量信號Ah為負(fù)的值時，控制焊炬的高度下降A(chǔ)h的絕對值。因?yàn)楹妇娴母叨茸優(yōu)殡娀￠LLa，故控制焊炬的高度與控制電弧長La等效。在開始焊接之前，按下上升按鈕UB或下降按鈕DB，以焊炬的高度成為規(guī)定值的方式進(jìn)行調(diào)整，然后開始焊接。安裝構(gòu)件升降控制電路HC以上述的修正量信號Ah作為輸入，在焊接中，按照上述的每個控制周期，輸出安裝構(gòu)件升降控制信號He，該升降控制信號Hc使安裝構(gòu)件的高度改變反轉(zhuǎn)了修正量信號Ah的符號后的值。安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM根據(jù)上述的安裝構(gòu)件升降控制信號Hc來控制其旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速。在上述的修正量信號Ah為正的值時，進(jìn)行控制使安裝構(gòu)件的高度下降A(chǔ)h，在上述的修正量信號Ah為負(fù)的值時，進(jìn)行控制使安裝構(gòu)件的高度上升Ah的絕對值。因?yàn)榘惭b構(gòu)件的高度決定填充焊絲的插入高度Lh，故控制安裝構(gòu)件的高度與控制填充焊絲的插入高度Lh等效。在開始焊接之前，通過手動進(jìn)行調(diào)整以使安裝構(gòu)件的高度處于基準(zhǔn)位置，然后開始焊接。利用數(shù)值例，對電弧長La及填充焊絲的插入高度Lh的控制進(jìn)行說明。在焊接中的第η個控制周期中，設(shè)電壓檢測信號Vd = 20. 2V、電壓設(shè)定信號Vr = 20. 0V。S卩、存在電極消耗而導(dǎo)致電弧長La變得比規(guī)定值長的情況。此時的修正量信號Ah = 2Χ (20. 0-20. 2) =-0.4mm。在此，設(shè)放大率K = 2。根據(jù)該修正量信號Δ h，焊炬的高度在該第η個控制周期中下降0. 4mm,電弧長La變短0. 4mm,從而接近規(guī)定值。同時，安裝構(gòu)件的高度在該第η 個控制周期中上升0. 4mm而抵消焊炬的上升部分，故填充焊絲的插入高度Lh為Lh-O. 4+0. 4=Lh,從而直接以規(guī)定值維持著。在此，雖然設(shè)放大率K = 2，但如上述，也可以考慮焊炬高度控制系統(tǒng)及填充焊絲的插入高度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，來進(jìn)行設(shè)定。如上述，關(guān)于在焊接中電弧長變化的主要原因，在第一個主要原因中為母材的表面高度的變化，在第2個中為電極的消耗。母材的表面高度的變化能夠在開始焊接之前確認(rèn)。通過確認(rèn)在而母材的表面高度有變化的情況下，不適用本發(fā)明。即、只進(jìn)行焊炬高度控制，填充焊絲的插入高度控制的動作停止。另一方面，在母材的表面高度無變化的情況下， 同時進(jìn)行焊炬高度控制及填充焊絲的插入高度控制。根據(jù)上述的實(shí)施方式，通過焊炬高度控制能夠抑制因非熔化電極的消耗而引起電弧長的變化，且通過進(jìn)行填充焊絲的插入高度控制能夠?qū)㈦娀￠L及填充焊絲的插入高度始終維持在適當(dāng)值。因此，能夠獲取良好的焊接品質(zhì)。尤其，在電極的消耗強(qiáng)的交流TIG焊接及交流等離子電弧焊接中，本實(shí)施方式發(fā)揮更大的效果。在上述的實(shí)施方式中，雖然例示了自動焊接裝置的情形，但讓機(jī)器人把持焊炬進(jìn)行焊接的機(jī)器人焊接裝置的情形也同樣。這種情況下，將與圖2所示的焊炬高度控制有關(guān)的模塊即電壓設(shè)定電路VR、電壓檢測電路VD、修正量計(jì)算電路DH、焊炬升降控制電路TC及安裝構(gòu)件升降控制電路HC內(nèi)置在機(jī)械手控制裝置中。另外，因?yàn)橥ㄟ^機(jī)器人的各軸進(jìn)行焊炬的高度控制，故不需要焊炬升降電動機(jī)TM。安裝構(gòu)件升降電動機(jī)HM被設(shè)置在機(jī)械手的手腕軸。通過示教用的示教器(teach pendant)進(jìn)行與上升按鈕UB及下降按鈕DB同樣的操作。通過來自焊炬升降控制電路TC的焊炬升降控制信號Tc控制機(jī)器人的各軸而焊炬的高度產(chǎn)生變化。
權(quán)利要求
1.一種非熔化電極電弧焊接控制方法，執(zhí)行用于抑制伴隨著焊接中的非熔化電極的消耗而導(dǎo)致的電弧長的變化的焊炬高度控制，并且通過經(jīng)由安裝構(gòu)件而安裝在焊炬上的焊絲導(dǎo)向裝置內(nèi)，在進(jìn)給填充焊絲的同時進(jìn)行焊接，該非熔化電極電弧焊接控制方法的特征在于，按照所述填充焊絲向電弧發(fā)生部插入的插入高度為一定的方式，沿著所述焊炬的縱長軸方向?qū)λ霭惭b構(gòu)件執(zhí)行升降控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熔化電極電弧焊接控制方法，其特征在于，所述焊炬高度控制是按照預(yù)先規(guī)定的每個控制周期，基于預(yù)先規(guī)定的電壓設(shè)定值(Vr) 和焊接電壓的檢測值(Vd)之差(AV)來計(jì)算修正量(Ah)，使焊炬高度改變該修正量 (Ah)的控制，所述安裝構(gòu)件的升降控制是使所述安裝構(gòu)件升降反轉(zhuǎn)修正量(-Ah)的控制，該反轉(zhuǎn)修正量(-Ah)使所述修正量(Ah)的符號反轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非熔化電極電弧焊接控制方法，在進(jìn)給填充焊絲的同時執(zhí)行的非熔化電極電弧焊接中，即便進(jìn)行將電弧長保持在一定的焊炬高度控制，也能將填充焊絲的插入高度始終維持在規(guī)定值。該非熔化電極電弧焊接控制方法，進(jìn)行用于抑制伴隨著焊接中的非熔化電極(1)的消耗而導(dǎo)致電弧長(La)的變化的焊炬高度控制，并且通過經(jīng)由安裝構(gòu)件(51)安裝在焊炬(4)上的焊絲導(dǎo)向裝置(52)內(nèi)進(jìn)給填充焊絲(5)的同時進(jìn)行焊接，以所述填充焊絲(5)向電弧發(fā)生部插入的插入高度(Lh)為一定的方式，沿著所述焊炬(4)的縱長軸方向升降控制所述安裝構(gòu)件(51)。由此，能夠抑制伴隨著電弧長控制引起的填充焊絲(5)的插入高度的變化，且能夠獲取良好的焊接品質(zhì)。
文檔編號B23K9/127GK102189314SQ20111006086
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者上山智之, 藤井督士, 西坂太志 申請人:株式會社大亨