专利名称：电弧焊接方法
技术领域：
本发明涉及电弧焊接方法。
背景技术：
以往，公知有一边作为熔化电极进给焊丝，一边在该焊丝与焊接母材之间产生电 弧，进行焊接的电弧焊接方法。在这种电弧焊接的工序中，反复进行焊丝以及焊接母材短路 的短路状态和短路状态被解放而电弧产生的电弧产生状态。在从短路状态过渡到电弧产生状态时，在焊丝与焊接母材之间的熔融桥接部中缩 颈产生。即缩颈表示从短路状态向电弧产生状态过渡的征候。此外，在从短路状态向电弧 产生状态过渡时，通过由通电所引起的焦耳热而焊丝熔断，大量的溅射产生。溅射成为涂抹 缺陷等的原因，对焊接质量带来坏影响。在此，作为对溅射的产生进行抑制的方法，例如提出专利文献1中所示的方法。在 专利文献1中所示的方法中，检测在从短路状态向电弧产生状态过渡时产生的缩颈，基于 该缩颈的检测来使对焊丝进行通电的焊接电流下降。使焊接电流下降时，在电弧产生时能 够减小对焊接母材的电弧的压力，因此能够抑制溅射的产生。但是，例如由于焊丝的进给动作瞬间地进行变动等，在焊丝的前端部产生的熔滴 肥大化到必要以上，有时使不当的短路形式产生。因此，产生在上述的缩颈不产生的状态下 短路状态长期地继续的情况。如果短路状态继续，则在上述的专利文献1中所示的方法中， 不能检测缩颈的产生。因此，不能减小焊接电流，难以抑制溅射的产生。专利文献1日本特开2004-114088号公报
发明内容
本发明正是鉴于上述的情况而提出，其课题在于提供例如即使由焊丝的进给动作 的变动而短路状态继续，也能适当地抑制溅射的产生的电弧焊接方法。由本发明所提供的电弧焊接方法，在焊丝与焊接母材之间产生电弧来进行焊接， 其特征在于，包括在从上述焊丝与焊接母材短路的短路状态向产生了上述电弧的电弧产 生状态过渡时，检测在上述焊丝与上述焊接母材之间的桥接部产生的缩颈的步骤，上述步 骤的过程中没有检测到上述缩颈时，使上述焊丝从上述焊接母材离开来解放上述短路状 态。通过这种结构，从短路状态向电弧产生状态过渡时，在短路状态继续而没有检测 到缩颈的情况下，使焊丝强制地离开焊接母材。由此，短路状态被解放，能够产生电弧。此 时，没有伴随焊丝的熔断，因此能够抑制向电弧产生状态过渡时的溅射的产生。在本发明的优选实施方式中，在上述步骤的过程中没有检测到上述缩颈时，使从 上述焊丝向上述焊接母材流动的焊接电流减小。通过这种结构，能够更有效地抑制溅射的 产生。在本发明的优选实施方式中，没有检测到上述缩颈的判断，通过在处于上述短路状态后经过了规定时间之后，在上述焊丝与上述焊接母材之间供给的焊接电压的每单位时 间的变化量为规定的阈值以下来进行。此外，没有检测到上述缩颈的判断，也可通过从处于上述短路状态后经过了规定 时间来进行。通过这种结构，能够可靠地进行没有检测到缩颈的判断。在本发明的优选实施方式中，上述焊丝相对于上述焊接母材的离开移动，通过使 将上述焊丝引导到规定的焊接位置的焊炬移动来进行。通过这种结构，能够容易地使焊丝 离开焊接母材。在本发明的优选实施方式中，上述焊炬相对于上述焊接母材的离开移动，通过能 够使上述焊炬相对于上述焊接母材接近以及离开的凸轮机构来进行。本发明的其他特征和优点，通过以下参照附图进行的详细的说明，能更加明确。
图1是表示适用本发明相关的电弧焊接方法的焊接系统的结构的图。图2为表示焊炬以及往复运动产生机构附近的结构的要部放大图。图3是表示图2中所示的往复运动产生机构的要部放大图。图4是用于说明导动凸轮(drive cam)的动作的图。图5是表示焊接系统的电结构的图。图6是分别表示焊接电压以及焊接电流的变化状态、各变化状态中的焊炬的动作 和凸轮旋转轴的状态的图。符号的说明
1焊接机器人
11基准部件
12，12a 机械臂(arm)
13电动机
14焊炬
15丝进给装置
151进给电动机
16卷绕导向装置(coin liner)
17焊丝
2机器人控制装置
21动作控制电路
22接口电路
3焊接电源装置
31输出控制电路
32电压检测电路
33缩颈检测电路
34进给控制电路
35接口电路
41电动机
42偏芯旋转轴43导动凸轮(凸轮机构)44a, 44b (bearing)45 支架46 衬套(bush)47旋转轴Fc进给控制信号Iw焊接电流Mc动作控制信号Nd缩颈检测信号Rp复原信号Sp焊接开始位置Vt阈值电压Vw焊接电压W焊接母材
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式具体地进行说明。图1为表示本发明相关的电弧焊接方法适用的焊接系统的结构的图。该焊接系统 具备焊接机器人1、机器人控制装置2以及焊接电源装置3。焊接机器人1中具备本实施方 式特有的往复运动产生机构4。焊接机器人1对焊接母材W自动地进行例如电弧焊接。焊接机器人1具备基准部 件11、多个机械臂12、多个电动机13、焊炬14、丝进给装置15以及卷绕导向装置16。基准部件11对焊接机器人1的其他部分进行支撑，被固定于地面等的适当的地 方。各机械臂12经由多个轴(省略图示)与基准部件11连接。电动机13设置于机械臂 12的两端或者一端(省略一部分图示)。电动机13由机器人控制装置2被旋转驱动。电 动机13中设置有未图示的编码器。该编码器的输出被提供给机器人控制装置2。根据该输 出值，机器人控制装置2识别焊炬14的当前位置。焊炬14设置于在焊接机器人1的最前端侧设置的机械臂12a的前端部。焊炬14 将例如直径Imm左右的焊丝17引导到焊接母材W附近的规定的位置。焊炬14具备用于供 给Ar等的保护气体的保护气体喷嘴(省略图示)。通过上述电动机13进行旋转驱动，来控 制多个机械臂12的移动，焊炬14能够上下前后左右地自由移动。丝进给装置15设置于焊接机器人1的上部。丝进给装置15用于对焊炬14送出焊 丝17。丝进给装置15具备进给电动机151、焊丝盘(省略图示)以及丝推进(wire push) 机构(省略图示)。丝推进机构，将进给电动机151作为驱动源，将缠绕到上述焊丝盘(wire reel)的焊丝17向焊炬14送出。卷绕导向装置(coin liner) 16，其一端与丝进给装置15连接，其另一端与焊炬14 连接。卷绕导向装置16形成为管状，在其内部插入焊丝17。卷绕导向装置16将从丝进给 装置15送出的焊丝17引导到焊炬14。送出的焊丝17从焊炬14向外部突出并作为熔化电
5极发挥功能。图2为表示焊炬14以及往复运动产生机构4附近的结构的要部放大图。图3为 图2中所示的往复运动产生机构4的要部放大图。焊炬14，如图2所示，经由往复运动产生机构4被安装到机械臂12a。往复运动产 生机构4用于使焊炬14相对于焊接母材W离开，并接近。往复运动产生机构4，如图3所 示，具备电动机41、偏芯旋转轴42、导动凸轮43、轴承44a，44b、支架45、衬套46以及旋转轴 47。如图2所示，电动机41被固定在机械臂12a。电动机41以沿图3的左右方向延伸 的轴41a作为旋转轴。电动机41中安装有未图示的编码器。偏芯旋转轴42被固定在电动 机41的旋转轴41a。偏芯旋转轴42能以与电动机41的旋转方向相同的方向旋转。偏芯旋 转轴42，在相对电动机41的旋转轴41a偏芯距离L的位置设置螺栓42a。导动凸轮43中形成两个孔。导动凸轮43经由设置在这两个孔的一方的轴承44a， 与偏芯旋转轴42的上述螺栓42a相连结。支架45经由设置在上述2个孔的另一方的轴承 44b，与导动凸轮43连结。支架45经由衬套46与旋转轴47连结。旋转轴47相对于电动 机41的本体被固定。支架45与焊炬14连结。电动机41进行旋转时，偏芯旋转轴42的螺栓进行偏芯旋转。导动凸轮43按照上 述偏芯旋转，如图4所示，进行从(K1)到(K4)的一系列的动作。支架45，通过动作如图3 所示那样，沿旋转轴47在上下方向上进行往复运动。其结果，焊炬14能够在图2以及图3 的上下方向上微小地移动。机器人控制装置2用于对焊接机器人1的动作进行控制。机器人控制装置2，如图 5所示，由动作控制电路21和接口电路22构成。动作控制电路21具有未图示的微型计算机以及存储器。该存储器中存储有设定 焊接机器人1的各种动作的作业程序。动作控制电路21基于来自该作业程序以及上述的 多个编码器的坐标信息等，对焊接机器人1提供动作控制信号Mc。动作控制信号Mc为用 于使焊炬14在被教示的焊接方向上移动的信号。各电动机13根据该动作控制信号Mc进 行旋转驱动，使焊炬14在焊接母材W的规定的焊接开始位置移动。此外，动作控制信号Mc 包括有用于使本实施方式特有的焊炬14上下动的信号。电动机41根据该信号进行旋转驱 动，使焊炬14上下动。接口电路22用于与焊接电源装置3交换各种信号。动作控制电路21连接未图示 的操作设定装置。该操作设定装置用于由用户设定各种动作。动作控制电路21经由接口电路22以及接口电路35 (后述)将电压设定信号Vs 输出到输出控制电路31。动作控制电路21将输出开始信号On以及复原信号Rp输出到输 出控制电路31以及进给控制电路34。动作控制电路21将进给速度设定信号Ws经由接口 电路22输出到进给控制电路34。焊接电源装置3为用于在焊丝17与焊接母材W之间施加焊接电压Vw的装置，并 且为用于进给焊丝17的装置。焊接电源装置3，如图5所示，具备输出控制电路31、电压检 测电路32、缩颈检测电路33、进给控制电路34、以及接口电路35。接口电路35用于与机器 人控制装置2交换各种信号。输出控制电路31具有例如由多个晶体管元件构成的逆变器控制电路。输出控制电路31，通过逆变器控制电路对从外部输入的商用电源(例如3相200V)以高速响应进行 精密的焊接电流波形控制。输出控制电路31的输出，例如正极侧与焊炬14连接，负极侧与焊接母材W连接。 在焊丝17与焊接母材W之间，经由设置在焊炬14的前端的接触焊嘴(图略)施加焊接电 压Vw。由此，在焊丝17的前端与焊接母材W之间产生电弧。焊丝17通过由该电弧产生的 热量来进行熔融，对焊接母材W施加焊接。电压检测电路32用于检测输出控制电路31的输出端的电压即焊接电压Vw。电压 检测电路32将与焊接电压Vw相对应的电压检测信号Vd输出到缩颈检测电路33。缩颈检测电路33为对在焊丝17与焊接母材W之间的焊接桥接部中产生的缩颈的 产生进行检测的电路。缩颈成为焊丝17与焊接母材W之间从短路状态向电弧产生状态过 渡时的征候。对该缩颈进行检测的处理，例如根据在焊丝17与焊接母材W之间被供给的焊 接电压Vw的每单位时间的变化量(微分值dV/dt)超过了规定的阈值来进行。缩颈检测电 路33将缩颈产生信号Nd输出到输出控制电路31，并且经由接口电路35、22输出到动作控 制电路21。本实施方式相关的缩颈检测电路33，除了对缩颈进行检测，在焊丝17与焊接母材 W处于短路状态时经过了规定时间Ts(参照图6)后，检测焊接电压Vw的每单位时间的变化 量(微分值dV/dt、相当于图6所示的波形的斜率C)是否在规定的阈值以下。即缩颈检测 电路33检测上述的缩颈没有产生的状态下短路状态长期地继续的状态。缩颈检测电路33对该状态进行检测时，与缩颈产生信号Nd不同，经由接口电路 35，22将检测到短路状态继续的状态之意的信号(以下称作短路继续信号)输出到动作控 制电路21。动作控制电路21收取短路继续信号时，将用于使焊炬14上下动的信号作为动 作控制信号Mc输出到焊接机器人1。进给控制电路34将用于进给焊丝17的进给控制信号Fc输出到进给电动机151。 进给控制信号Fc为表示焊丝17的进给速度的信号。接下来，参照图6，对本发明相关的电弧焊接方法的一例进行说明。图6分别表示从输出控制电路31输出的焊接电压Vw以及焊接电流Iw的变化 状态、各变化状态中的焊炬14的动作以及凸轮旋转轴43的状态。尤其，图6表示与通常 的焊接动作相比，短路状态长期地继续的情况。另外，该图中所示的凸轮旋转轴43的状态 (K1) (K4)与图4中所示的(K1) (K4)相对应。(1)时刻tl以前的期间首先，经过过渡的焊接开始处理之后，通过输入来自外部的焊接开始信号St (参 照图5)，一般地开始稳定焊接处理。稳定焊接处理中，动作控制电路21将输出开始信号On 输出到输出控制电路31以及进给控制电路34，并且将动作控制信号Mc输出到焊接机器人 1。由此，焊炬14被移动到焊接开始位置Sp。此外，进给控制电路34将进给控制信号Fc输 送给进给电动机151。由此，焊丝17朝向焊接母材W以稳定速度被进给。通过这些稳定焊 接处理，在时刻tl以前的期间，在焊丝17与焊接母材W之间产生电弧。(2)时刻tl t2的期间通过来自输出控制电路31的焊接电压Vw以及焊接电流Iw在焊丝17的前端部形 成熔滴51。在时刻tl，如(HI)所示，上述熔滴51与焊接母材W的熔融池52相接触，焊丝
717与焊接母材W之间处于短路状态。此时，输出控制电路31，暂时使焊接电流Iw降低。由 此，抑制从电弧产生状态向短路状态过渡时的溅射的产生。此后，熔滴51向熔融池52过渡 (参照(H2))。(3)时刻t2 t3的期间输出控制电路31在时刻t2 t3使焊接电流Iw增加。该焊接电流Iw的增加，为 了促进熔滴51向熔融池52的过渡，并且在该过渡后产生缩颈而进行。缩颈检测电路33，通 常在时刻t2 t3的期间，检测缩颈，对输出控制电路31输出缩颈检测信号Nd。图6所示 的焊接电压Vw以及焊接电流Iw的波形，表示短路状态长期地继续，缩颈检测电路33不能 长期间检测缩颈的情况。(4)时刻 t4由于焊丝17进给时的瞬间的变动等，而不能产生缩颈，在短路状态继续的情况下 (参照(H3))，在经过规定时间Ts后焊接电压Vw的每单位时间的变化量也在规定的阈值以 下。缩颈检测电路33在时刻t4，对该状态进行检测，将短路继续信号输出到输出控制电路 31。动作控制电路21收取短路继续信号时，将使焊炬14离开焊接母材W的动作控制 信号Mc输出到导动凸轮43的电动机41。由此，如(K2)、(K3)所示导动凸轮43进行动作， 焊炬14如(H4)所示，开始向从焊接母材W离开的方向移动。开始移动该焊炬14相当于开 始对本发明中的短路状态进行解除的步骤。(5)时刻t4 t5的期间通过进行焊炬14的移动，在时刻t4 t5，解放焊丝17与焊接母材W之间的短路 状态，如(H5)所示，产生电弧53。在该状态中，输出控制电路31使焊接电流Iw减小。由 此，施加到电弧53已产生时的熔融池52的压力被减弱。因此，能够抑制溅射的产生。(6)时刻 t6在时刻t6，动作控制电路21将复原信号Rp输出到输出控制电路31以及进给控制 电路34。由此，如(K4)、(K1)所示，导动凸轮43进行移动，如(H6)所示焊炬14移动到焊 接开始位置Sp。之后，动作控制电路21将使焊炬14移动到被教示的焊接方向上的动作控制信号 Mc输出到焊接机器人1。在焊丝17的前端部形成熔滴51，通过焊丝17被进给，从而焊丝 17与焊接母材W再次处于短路状态(参照(HI))。以后，到焊接结束为止，重复这种步骤。接下来，对本实施方式相关的电弧焊接方法的作用进行说明。通过本实施方式，通常在焊炬14与焊接母材W之间的熔融桥接部中形成的缩颈为 短路状态长期地继续而没有形成的情况下，检测该状态，使焊炬14强制地离开移动。因此， 短路状态立刻被解放，此时没有伴随焊丝17的熔断。此外，由于使焊接电流减小，因此电弧 53对熔融池52的压力减弱。因此，在短路状态继续而没有形成缩颈的情况下，也能抑制从 短路状态向电弧产生状态过渡时的溅射的产生。为了使焊炬14从焊接母材W离开，或者相对焊接母材W接近，也可只使导动凸轮 43的电动机41正转，不需要使导动凸轮43的电动机41反转。因此没有由于进给电动机 13的惯性而引起的响应延迟。由此，即使上述短路状态和电弧产生状态的反复周期变大，也 没有产生不良，能够采用本实施方式相关的方法。
8
本发明的范围并不限定于上述的实施方式。本发明相关的电弧焊接方法的各部 分的具体的结构，能够自由地种种设计变更。例如，短路状态继续的检测，也可通过从短路 状态开始到规定时间内由上述的方法以外的方法没有检测到缩颈来进行。此外，在表示图 6的焊接电压与时间之间的关系的图中，设从短路状态开始到焊接电压Vw达到预定的阈值 电压Vt时为止为规定时间Ts'，在达到该规定时间Ts'的时点，也可使焊炬14强制地离 间移动。或者也可将该方法与上述的在经过规定时间Ts后焊接电压Vw的每单位时间的变 化量为规定的阈值以下时判断短路状态继续的方法相组合。此外，进行焊炬14的离间移动的方法，也可不采用上述的往复运动产生机构4。例 如通过将动作控制信号Mc向焊接机器人1输出，也可使机械臂12动作来使焊炬14移动。 或者，也可使丝进给装置15的进给电动机151反转，使焊丝17后退。此外，焊丝17与焊接母材W之间的短路状态的检测，例如也可由机器人控制装置2 中安装的丝接触检测电路(图示略)来进行检测。此外，优选在上述短路状态中进给控制 信号Fc也继续地被输出方，但本发明并不限定于此，也可停止焊丝17的进给。
权利要求
一种电弧焊接方法，在焊丝与焊接母材之间产生电弧来进行焊接，包括在从上述焊丝与焊接母材短路的短路状态向产生了上述电弧的电弧产生状态过渡时，检测在上述焊丝与上述焊接母材之间的桥接部产生的缩颈的步骤，上述步骤的过程中没有检测到上述缩颈时，使上述焊丝从上述焊接母材离开来解放上述短路状态。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于，在上述步骤的过程中没有检测到上述缩颈时，使从上述焊丝向上述焊接母材流动的焊 接电流减小。
3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接方法，其特征在于， 没有检测到上述缩颈的判断，通过在处于上述短路状态后经过了规定时间之后，在上述焊丝与上述焊接母材之间供 给的焊接电压的每单位时间的变化量为规定的阈值以下来进行。
4.根据权利要求1或2所述的电弧焊接方法，其特征在于， 没有检测到上述缩颈的判断，通过从处于上述短路状态后经过了规定时间来进行。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的电弧焊接方法，其特征在于， 上述焊丝相对于上述焊接母材的离开移动，通过使将上述焊丝引导到规定的焊接位置的焊炬移动来进行。
6.根据权利要求5所述的电弧焊接方法，其特征在于，上述焊炬相对于上述焊接母材的离开移动，通过能够使上述焊炬相对于上述焊接母材 接近以及离开的凸轮机构来进行。
全文摘要
本发明提供一种例如即使由于焊丝的进给动作的变动而短路状态继续，也能适当地抑制溅射的产生的电弧焊接方法。在焊丝(17)与焊接母材(W)之间产生电弧来进行焊接的电弧焊接方法中，包括在从焊丝(17)与焊接母材(W)已短路的短路状态向电弧已产生的电弧产生状态过渡时，对在焊丝(17)与焊接母材(W)之间的桥接部中产生的缩颈进行检测的步骤，在该步骤的过程中没有检测到缩颈时，使焊丝(17)从焊接母材(W)离开来解放短路状态。通过这种方法，即使例如由焊丝(17)的进给动作的变动而短路状态继续，也能可靠地抑制溅射的产生。
文档编号B23K9/06GK101898272SQ201010125970
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年3月16日
发明者上山智之, 高桥宪人 申请人:株式会社大亨