專利名稱：脈沖電弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及即使保護氣體的混合比率以及芯片 母材間距離產(chǎn)生變化也能進行穩(wěn) 定的焊接的脈沖電弧焊接方法。
背景技術(shù)：
圖9為使用了焊接機器人的熔化電極式電弧焊接裝置的一般的結(jié)構(gòu)圖。以下參照 該圖對各構(gòu)成物進行說明。焊接電源PS將來自機器人控制裝置RC的焊接條件信號Wc作為輸入，輸出用于使 電弧產(chǎn)生的焊接電壓Vw以及焊接電流Iw，并且將用于對焊絲1的進給進行控制的進給控制 信號Fc向絲進給電動機WM輸出。雖然未圖示，但該焊接條件信號Wc中包括焊接電壓設(shè)定 信號、焊接電流平均設(shè)定信號等。該焊接電壓設(shè)定信號為設(shè)定上述焊接電壓Vw的平均值的 信號，如后所述成為設(shè)定電弧長度的信號。此外，焊接電流平均設(shè)定信號在焊接電源PS內(nèi) 被變換為絲進給速度設(shè)定信號，成為設(shè)定焊絲1的絲進給速度的信號。焊絲1通過與絲進 給電動機WM直接連結(jié)的進給輥41的旋轉(zhuǎn)，通過焊炬4內(nèi)而被進給，并且經(jīng)由供電芯片4a 被供電，在與母材2之間產(chǎn)生電弧3。上述的焊炬4，由未圖示的機器人來把持，按照在上述 機器人控制裝置RC內(nèi)存儲的工作程序來進行移動。此外，從上述焊炬4的前端噴出未圖示 的保護氣體，由大氣遮蔽電弧3及母材2上的焊接部。上述的供電芯片4a的前端與母材2 之間的距離成為芯片·母材間距離Lw (mm)，電弧3的長度成為電弧長La (mm)，上述供電芯 片4a的前端與焊絲1的前端之間的距離成為絲突出長度Lx(mm)。因此，Lw = Lx+La。芯片·母材間距離Lw中具有按照焊接電流Iw的平均值而成為適當(dāng)?shù)牡臉?biāo)準(zhǔn)值 (基準(zhǔn)值)。該值為，焊接電流平均值在200A以下時為15mm，在200 300A時為20mm，在 300A以上時為25mm。該芯片 母材間距離Lw的基準(zhǔn)值按照母材的常規(guī)形狀而從上述值開 始被微調(diào)整。即使芯片·母材間距離Lw變得比基準(zhǔn)值短很多，反過來即使變長，焊接狀態(tài) 也會不穩(wěn)定。圖10為熔化電極式脈沖電弧焊接的電流·電壓波形圖的一例。該圖㈧表示焊 接電流Iw，該圖⑶表示焊接電壓Vw。時刻tl t2的峰值上升沿期間Tup中，如該圖㈧ 所示，通電從基值電流Ib向峰值電流Ip上升的遷移電流，如該圖⑶所示，在供電芯片 母 材間施加從基值電壓Vb向峰值電壓Vp上升的遷移電壓。時刻t2 t3的峰值期間Tp中， 如該圖㈧所示，通電臨界電流值以上的峰值電流Ip，如該圖⑶所示，施加峰值電壓VP。 時刻t3 t4的峰值下降沿期間Tdw中，通電從峰值電流Ip向基值電流Ib下降的遷移電 流，如該圖(B)所示，施加從峰值電壓Vp向基值電壓Vb下降的遷移電壓。時刻t4 t5的 基值期間Tb中，如該圖(A)所示，通電使熔滴不成長的小電流值的基值電流Ib，如該圖(B) 所示，施加基值電壓Vb。上述tl t5的期間成為脈沖周期Tf。上述峰值上升沿期間Tup及峰值下降沿期間Tdw，按照母材質(zhì)地被設(shè)定為適當(dāng)值。 在母材質(zhì)地為鋼鐵材料的脈沖MAG焊接中，由于兩值被設(shè)定為較小的值，因此峰值電流波 形成為大致矩形波狀。另一方面，在母材質(zhì)地為鋁材料的脈沖MIG焊接中，由于兩值被設(shè)定為較大的值，峰值電流波形成為梯形波狀。此外，上述的遷移電流，不僅有為了提高焊接性 而使其直線狀地上升/下降的情況，而且還有曲線狀地變化的情況(參照例如專利文獻1、 3)。此外，還有使峰值電流Ip階梯狀地增加的情況(參照例如專利文獻2)。作為保護氣 體，在脈沖MAG焊接中使用氬氣80% + 二氧化碳20%的混合氣體，在脈沖MIG焊接中使用 氬氣100%的情況較多。
在熔化電極式電弧焊接中，為了得到良好的焊接質(zhì)量而將電弧長控制為適當(dāng)值是 重要的。因此，利用焊接電壓Vw的平均值Vav具有與電弧長大致成比例的關(guān)系，按照焊接電 壓平均值Vav與預(yù)訂的焊接電壓設(shè)定值相等的方式控制焊接電源的輸出來進行電弧長控 制。在脈沖電弧焊接中也同樣，按照焊接電壓平均值Vav與焊接電壓設(shè)定值相等的方式控 制上述的脈沖周期Tf來進行焊接電源的輸出控制(頻率調(diào)制控制)。除此以外，還有設(shè)脈 沖周期Tf為規(guī)定值，通過對峰值期間Tp進行控制來進行焊接電源的輸出控制的情況(脈 沖寬度調(diào)制控制)。作為上述的焊接電壓平均值Vav，在控制中使用對焊接電壓Vw平滑后 的值。圖11為表示對上述峰值期間Tp及峰值電流Ip的值進行設(shè)定的方法的1脈沖1熔 滴過渡范圍圖。該圖的橫軸表示峰值期間Tp (ms)，縱軸表示峰值電流Ip(A)。斜線部分為 一個熔滴與脈沖周期Tf同步地進行過渡的(所謂1脈沖1熔滴過渡)條件范圍。峰值期 間Tp與峰值電流Ip之間的組合條件(稱為單元(unit)脈沖條件)處于斜線部分內(nèi)時，成 為1脈沖1熔滴過渡。單元脈沖條件被設(shè)定為在該1脈沖1熔滴過渡范圍內(nèi)，形成良好的焊 道形狀(為不發(fā)生咬邊(undercut)的美麗的焊道外觀)的條件。在峰值電流Ip不為一定 值時，按照將峰值電流Ip在峰值期間Tp中積分后的電流積分值處于與斜線部分相對應(yīng)的 范圍內(nèi)的方式設(shè)定兩值。由于1脈沖1熔滴過渡范圍按照焊絲的種類、保護氣體的混合比 率、絲進給速度等而產(chǎn)生變化，因此上述的單元脈沖條件需要與此相對應(yīng)來進行再次設(shè)定。圖12為單元脈沖條件處于1脈沖1熔滴過渡范圍時的電弧發(fā)生部的模式圖。在 從焊炬4的前端送出的焊絲1與母材2之間產(chǎn)生電弧3。在母材2上形成熔融池2a。電弧 陽極點3a形成于絲前端部的熔滴Ia的上部。因此，熔滴Ia處于由電弧3包圍的狀態(tài)。另 一方面，電弧陰極點3b形成于熔融池2a上。在峰值電流Ip結(jié)束通電之后不久脫離熔滴Ib 進行過渡。專利文獻1JP特開2005-28383號公報專利文獻2JP特開2005-118872號公報專利文獻3JP特開2006-75890號公報上述的單元脈沖條件，以保護氣體的混合比率為基準(zhǔn)比率作為前提條件，如上所 述，設(shè)定為處于1脈沖1熔滴過渡范圍并且得到良好的焊道形狀。例如在鋼鐵材料的脈沖 MAG焊接中，保護氣體中使用氬氣和二氧化碳的混合氣體。此時的基準(zhǔn)比率氬氣80% + 二 氧化碳20%在日本為一般的情況。作為保護氣體的供給方法，在使用正確地被調(diào)整為上述的基準(zhǔn)比率而被填充的高 壓氣筒(為^ # W，gas cylinder)等的情況下，能夠以保護氣體的混合比率幾乎沒有變 動而被維持為基準(zhǔn)比率來進行焊接。但是，在大規(guī)模的工廠中，預(yù)先將氬氣和二氧化碳蓄積 在不同的容器中，在由混合器以基準(zhǔn)比率對它們進行混合的基礎(chǔ)上，通過集中配管來對各 焊接裝置進行供給的情況較多。在這種情況下，在早晨最初的工廠運行開始時，進行初始變動直到保護氣體的混合比率穩(wěn)定為止的情況較多。該變動幅度由于保護氣體的供給設(shè)備而 不同，但也有大士5 士 10%的情況。此外，不僅初始變動，而且也有穩(wěn)定狀態(tài)的變動，其變 動幅度比初始變動幅度小士5%程度的情況。進而，也有根據(jù)工件的形狀、要求質(zhì)量等將保 護氣體的混合比率調(diào)整為更適當(dāng)?shù)闹祦磉M行焊接的情況。在這種高質(zhì)量焊接中，使保護氣 體的基準(zhǔn)比率增加或者減少氬氣比率來進行設(shè)定。使用例如基準(zhǔn)比率為氬氣90% + 二氧化 碳10%或者氬氣70% + 二氧化碳30%的保護氣體?？墒?，即使保護氣體的混合比率向氬氣比率增加的 方向發(fā)生變化，電弧狀態(tài)也能 大致維持穩(wěn)定的狀態(tài)的情況較多。這是因為氬氣比率增加時，熔滴的過渡變得容易。因此， 對于朝向氬氣比率進行增加的方向的變化，即使不對單元脈沖條件進行再次設(shè)定也較好的 情況較多。另一方面，在向保護氣體的氬氣比率進行減少的方向發(fā)生變化的情況下，如圖13 所詳細敘述那樣，由于熔滴過渡變得難，因此電弧狀態(tài)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。以下對該現(xiàn)象進 行說明。圖13(A) (C)為保護氣體的氬氣比率比基準(zhǔn)比率減少的情況的電弧發(fā)生部的模 式圖。該圖(A) (C)表示隨著時間經(jīng)過的熔滴過渡。如該圖(A)所示，保護氣體的氬比 率減少時，電弧陽極點3a形成于熔滴Ia的下部。電弧陽極點3a形成于熔滴Ia的下部時， 如該圖⑶所示，由于電弧陽極點3a附近處于超高溫，因此金屬蒸汽5從熔滴Ia的下部向 下方向噴出。其結(jié)果，熔滴Ia由金屬蒸汽5朝向推上去的方向承受力6，因此熔滴過渡變得 不穩(wěn)定。之后，如該圖(C)所示，通過推上去力6阻止過渡而不能進行1脈沖1熔滴過渡， 因此熔滴Ia較大地成長，向絲的延長線以外也飛散而濺射7大量地產(chǎn)生。作為上述問題的對策，具有為了使形成于熔滴Ia的下部的電弧陽極點3a向上方 移動，而增大峰值電流Ip的值的方法。但是，如果增大峰值電流值Ip，則電弧陽極點3a形 成于熔滴Ia上部，但電弧3變成變寬的形狀，電弧力也增大，因此咬邊容易發(fā)生。由此，難 以得到良好的焊道形狀。進而，隨著電弧力的增大而來自熔融池的濺射增加。上述對保護氣體的混合比率產(chǎn)生變動的情況的課題進行了說明，但芯片·母材間 距離從基準(zhǔn)值發(fā)生變化的情況也產(chǎn)生以下那樣的問題。上述的單元脈沖條件，以芯片·母 材間距離為基準(zhǔn)值作為前提，按照熔滴過渡狀態(tài)、焊道形狀等成為良好的方式設(shè)定為適當(dāng) 值。即使芯片·母材間距離與基準(zhǔn)值相比變化士3mm左右，焊接狀態(tài)也不會較大地產(chǎn)生劣 化，因此即使不對單元脈沖條件進行再次修正也良好的情況較多。但是，在超過士 3mm而處 于士5mm程度時，存在焊接狀態(tài)變差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使保護氣體的混合比率以及芯片·母材間距 離發(fā)生變化也能維持穩(wěn)定的電弧狀態(tài)的脈沖電弧焊接方法。為了解決上述課題，第1發(fā)明的脈沖電弧焊接方法，將第1峰值期間中的第1峰值 電流的通電、第2峰值期間中的比上述第1峰值電流的值小的第2峰值電流的通電以及基 值期間中的基值電流的通電作為一個脈沖周期來反復(fù)使電弧產(chǎn)生，通過該電弧使從焊絲向 熔滴過渡來進行焊接，該脈沖電弧焊接方法的特征在于，在芯片 母材間距離變得比基準(zhǔn)值 短時，按照上述基準(zhǔn)值與上述芯片·母材間距離之差來使上述第1峰值電流值增加。
第2發(fā)明根據(jù)第1發(fā)明所述的脈沖電弧焊接方法，其特征在于，在上述芯片 母材 間距離變得比上述基準(zhǔn)值長時，按照上述基準(zhǔn)值與上述芯片·母材間距離之差來使上述第 2峰值電流值減少。通過本發(fā)明，通過通電第1峰值電流及第2峰值電流，即使保護氣體的混合比率從 基準(zhǔn)比率開始在規(guī)定范圍變化，也能在熔滴上部形成電弧陽極點，并且能夠抑制電弧形狀 的變寬以及電弧力的增大。因此，能夠進行1脈沖1熔滴過渡，并且也能抑制咬邊的發(fā)生，從 而能夠維持穩(wěn)定的電弧狀態(tài)并得到良好的焊接質(zhì)量。進而，芯片 母材間距離變得比基準(zhǔn)值 短時，通過使第1峰值電流值增加，能夠使熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定化，也能抑制短路的發(fā)生。因 此，即使芯片·母材間距離變短也能得到良好的焊接質(zhì)量。通過第2發(fā)明，進而通過在芯片 母材間距離變得比基準(zhǔn)值長時，使第2峰值電流 值減少，能夠穩(wěn)定化熔滴過渡狀態(tài)，得到良好的焊接質(zhì)量。


圖1為與實施方式1相關(guān)的脈沖電弧焊接方法中的焊接電流Iw的波形2為表示與實施方式1相關(guān)的第1峰值電流修正量算出函數(shù)f的一例的圖。圖3為表示與實施方式1相關(guān)的第1峰值電流修正量算出函數(shù)f的圖2不同的例 子的圖。圖4為用于實施與實施方式1相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊圖。圖5為表示與實施方式2相關(guān)的第2峰值電流修正量算出函數(shù)g的一例的圖。圖6為表示與實施方式2相關(guān)的第2峰值電流修正量算出函數(shù)g的圖5不同的例 子的圖。圖7為表示用于實施與實施方式2相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊 圖。圖8為表示用于實施與實施方式3相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊 圖。圖9為使用現(xiàn)有技術(shù)中的焊接機器人的熔化電極式電弧焊接裝置的一般的結(jié)構(gòu) 圖。圖10為現(xiàn)有技術(shù)中的熔化電極式脈沖電弧焊接的電流·電壓波形圖的一例。圖11為表示設(shè)定現(xiàn)有技術(shù)中的峰值期間Tp及峰值電流Ip的值的方法的1脈沖 1熔滴過渡范圍圖。圖12為現(xiàn)有技術(shù)中的單元脈沖條件處于1脈沖1熔滴過渡范圍時的電弧發(fā)生部 的模式圖。圖13為用于說明課題的保護氣體的氬氣比率比基準(zhǔn)比率減少的情況的電弧發(fā)生 部的模式圖。符號說明1 輝絲Ia 熔滴Ib 脫離熔滴2母材
2a熔融池3電弧3a電弧陽極點3b電弧陰極點4焊炬4a供電芯片41進給輥6金屬蒸汽7推上去力8濺射ADl第1加法運算電路AD2第2加法運算電路DIPl第1峰值電流修正量算出電路DIP2第2峰值電流修正量算出電路DL距離差算出電路DL2第2距離差算出電路EI電流誤差放大電路EN電極負極性EP電極正極性EV電壓誤差放大電路f第1峰值電流修正量算出函數(shù)FC進給控制電路Fc進給控制信號FR進給速度設(shè)定電路Fr絲進給速度設(shè)定信號g第2峰值電流修正量算出函數(shù)IAD焊接電流平均值檢測電路Fr絲進給速度設(shè)定信號Iar焊接電流平均設(shè)定信號IAV焊接電流平均值檢測電路Iav焊接電流平均值檢測信號Ib基值電流IBR基值電流設(shè)定電路Ibr基值電流設(shè)定信號ID電流檢測電路Id電流檢測信號IF接口電路IF2第2接口電路
Ip峰值電流
Ipl第1峰值電流Ip2第2峰值電流Ipr峰值電流設(shè)定信號IPRl第1峰值電流設(shè)定電路Iprl第1峰值電流設(shè)定信號IPR2第2峰值電流設(shè)定電路Ipr2第2峰值電流設(shè)定信號Ipsl第1峰值電流修正設(shè)定信號Ips2第2峰值電流修正設(shè)定信號Ir電流設(shè)定信號Iw焊接電流La電弧長Lt(芯片·母材間距離的)基準(zhǔn)值Lw芯片·母材間距離Lws芯片·母材間距離信號Lx絲突出長度PM電源主電路PS焊接電源RC機器人控制裝置Sffl第1切換電路SW2第2切換電路Tb基值期間Tdw峰值下降沿期間Tf脈沖周期Tfs脈沖周期信號TP峰值期間計時電路Tp峰值期間TPl第1峰值期間計時電路Tpl第1峰值期間Tp2第2峰值期間Tps峰值期間信號Tpsl第1峰值期間信號Tup峰值上升沿期間Vav電壓檢測信號/焊接電壓平均值Vb基值電壓VD電壓檢測電路VF電壓/頻率變換電路Vp峰值電壓Vr焊接電壓設(shè)定信號
Vw焊接電壓Wc焊接條件信號WF絲進給機麗絲進給電動機Δ I電流誤差放大信號Δ Ipl第1峰值電流修正量(信號)ΔΙρ2第2峰值電流修正量(信號)AL距離差(信號)AV電壓誤差放大信號
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。[實施方式1]圖1為與本發(fā)明的實施方式1相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電流Iw的波形圖。 如該圖所示，峰值期間Tp由第1峰值期間Tpl及第2峰值期間Τρ2形成。第1峰值期間 Tpl中通電第1峰值電流Ipl，第2峰值期間Tp2中通電比第1峰值電流Ipl的值小的第2 峰值電流Ιρ2。因此，峰值電流波形成為右肩下降的階梯狀如該圖中，如虛線所示，現(xiàn)有的峰值電流為一定值Ιρ。第1峰值電流Ipl設(shè)定為比 該一定值Ip大的值。第1峰值期間Tpl中的第1峰值電流Ipl的通電的作用，通過通電比 現(xiàn)有的峰值電流值Ip大的電流，即使保護氣體的混合比率產(chǎn)生變化也將電弧陽極點形成 在熔滴上部。由于該第ι峰值電流值Ipi比現(xiàn)有的峰值電流值Ip大，因此即使保護氣體的 氬比率減少也能將電弧陽極點形成于熔滴上部。為了形成該電弧陽極點，需要0. 2 1. Oms 程度的第1峰值期間Tpl。因此，該第1峰值期間Tpl中的第1峰值電流Ipl為一定值方 較好，不是下降為斜坡狀的波形方較好。假定保護氣體的混合比率在規(guī)定范圍內(nèi)最大地變 動時，即使該狀態(tài)下，通過實驗也求得電弧陽極點形成于熔滴上部的第1峰值電流值Ipi的 下限值。之后，第1峰值電流值Ipl設(shè)定為在該下限值上相加裕度份的值。裕度份為10 50A程度。如果只考慮將電弧陽極點形成于熔滴上部的作用，則第1峰值電流值Ipl只要為 該下限值以上即可。但是，如果第1峰值電流值Ipl增大很大，則電弧力變得過強，濺射及 咬邊容易發(fā)生，因此優(yōu)選第1峰值電流值Ipl設(shè)定為上述的下限值+裕度份的值。另一方面，第2峰值期間Tp2中的第2峰值電流Ιρ2的值被設(shè)定比為現(xiàn)有的峰值 電流值Ip及第1峰值電流值Ipl小的值。電弧陽極點的形成位置，即使處于第2峰值期間 Τρ2也仍舊在熔滴上部不移動。這是因為，電弧陽極點一旦被形成，則在該位置上進行穩(wěn)定， 因此即使電流值變小也不移動。此外，由于第2峰值電流值Ιρ2被設(shè)定為較小的值，因此作 為峰值期間Tp全體的平均值與現(xiàn)有大致相同。因此，電弧形狀及電弧力與現(xiàn)有大致相同， 能夠得到?jīng)]有咬邊的良好的焊道形狀。如果對各參數(shù)的設(shè)定方法進行整理，則如下述那樣。在芯片·母材間距離為基準(zhǔn) 值時對各參數(shù)進行設(shè)定。(1)第1峰值期間Tpl及第1峰值電流Ipl，設(shè)定為即使保護氣體的混合比率在規(guī) 定范圍變化，電弧陽極點也形成在熔滴上部。
(2)第2峰值期間Tp2及第2峰值電流Ιρ2，設(shè)定為熔滴過渡成為1脈沖1熔滴過 渡，并且得到?jīng)]有咬邊的良好的焊道形狀的值。如果芯片·母材間距離變得比基準(zhǔn)值短，則電弧長通過電弧長控制被維持為大致 一定值，因此絲突出長度變短。用于熔滴形成的入熱(heatinput)通過電弧熱及絲突出部 的焦耳熱來進行。因此，由于絲突出長度變短時，焦耳熱減少，因此用于熔滴形成的入熱減 少，不能進行穩(wěn)定的熔滴過渡。其結(jié)果，在絲前端沒有充分地熔融的狀態(tài)下產(chǎn)生與母材的短 路的情況發(fā)生，濺射的發(fā)生變多，弧中斷發(fā)生。這種現(xiàn)象隨著芯片 母材間距離變短而變得 顯著。為了解決該問題，進行以下的控制。即芯片 母材間距離Lw比基準(zhǔn)值Lt變短時，算 出距離差A(yù)L = Lt-Lw，將該距離差A(yù)L作為輸入，通過預(yù)定的第1峰值電流修正量算出函 數(shù)f算出第1峰值電流修正量Δ Ipl = f (AL)，使第1峰值電流值Ipl增加該第1峰值電 流修正量ΔΙρΙ。關(guān)于該第1峰值電流修正量算出函數(shù)f，在圖2 圖3中后述。在芯片·母材間距離Lw比基準(zhǔn)值短時，通過使第1峰值電流值Ipl增加，實現(xiàn)以 下那樣的效果。第1、能夠通過使第1峰值電流值Ipl增加芯片·母材間距離Lw變短所引 起的焦耳熱的減少份來進行補償。因此，能夠抑制用于熔滴形成的入熱減少，從而能夠進行 穩(wěn)定的熔滴過渡。第2、通過使作為峰值電流的前半部分的第1峰值電流值Ipl增加，從而 對熔融池作用大的電弧力，能夠使熔融池洼下。因此，能夠抑制芯片·母材間距離Lw變短 時容易發(fā)生的短路。由于這些作用效果，即使芯片 母材間距離Lw變短也能以穩(wěn)定的狀態(tài) 維持焊接狀態(tài)。同時由于使第1峰值電流值Ipl增加，因此直接維持在熔滴上部形成電弧 陽極點的效果。也可考慮使第1峰值電流Ipl及第2峰值電流Ip2均增加，來代替增加第1峰值 電流Ipl，但如果這樣做，則電弧變?yōu)樽儗挼男螤?，容易產(chǎn)生咬邊，因此不優(yōu)選。此外，也可考 慮增加第2峰值電流Ip2來代替增加第1峰值電流Ipl，但如果這樣做，則對熔融池作用大 的電弧力而降低洼下的效果，因此不優(yōu)選。圖2為表示上述的第1峰值電流修正量算出函數(shù)f的一例的圖。該圖的橫軸表 示距離差A(yù)L(mm)，縱軸表示第1峰值電流修正量ΔΙρΙ(Α)。作為該圖的焊接條件為下述 情況，焊絲直徑1. 2mm的鋼鐵絲、保護氣體氬氣80% + 二氧化碳20%、焊接電流平均值 150A、焊接電壓平均值24. 0v、絲進給速度4. 7m/min、芯片 母材間距離的基準(zhǔn)值Lt :15mm、 第1峰值電流Ipl :480A、第1峰值期間Tpl 0. 7ms、第2峰值電流Ip2 :440A、第2峰值期間 Tp2 0. 7msο橫軸的距離差Δ L在O 15mm的范圍中變化，與此相對應(yīng)縱軸的第1峰值電流修 正量Δ Ipl在O 90Α的范圍中變化。Δ L < O時(芯片·母材間距離Lw比基準(zhǔn)值Lt長 時)ΔΙρ1 = 0。AL = Omm,即芯片 母材間距離Lw為基準(zhǔn)值Lt時，八1 1 = (^，第1峰 值電流值Ipl = 480Α。AL = 5mm、即芯片 母材間距離Lw = IOmm時，八1 1 = 3(^，第1 峰值電流值Ipl = 510A。AL= 10mm、即芯片 母材間距離Lw = 5謹時，Δ Ipl =60Α，第 1峰值電流值Ipl = 540Α。實用上被使用的情況在該范圍。圖3為表示與上述的第1峰值電流修正量算出函數(shù)f的圖2不同的例子的圖。該 圖的橫軸表示距離差Δ L (mm)，縱軸表示第1峰值電流修正量ΔΙρΙ(Α)。作為該圖的焊接 條件為以下情況，焊接電流平均值250Α、焊接電壓平均值26. 5ν、絲進給速度8. 4m/min、 芯片·母材間距離的基準(zhǔn)值Lt :20mm、第1峰值電流Ipl :500A、第1峰值期間Tpl 0. 7ms、第2峰值電流Ip2 :460A、第2峰值期間Tp2 0. 7ms，其他的焊接條件與圖2相同。即焊接電流平均值為從150A變更為250A的情況。橫軸的距離差A(yù)L在0 20mm的范圍中變化，相對于此，縱軸的第1峰值電流修 正量Δ Ipl在0 80Α的范圍中變化。Δ L < 0時(芯片·母材間距離Lw比基準(zhǔn)值Lt長 時)，ΔΙρΙ = OA。AL = 0mm、即芯片 母材間距離Lw為基準(zhǔn)值Lt時，Δ Ipl = 0Α，第1峰 值電流值Ipl = 500A。AL= 10mm、即芯片 母材間距離Lw = IOmm時，Δ Ipl = 40Α，第1 峰值電流值Ipl = 540Α。AL= 15mm、即芯片·母材間距離Lw = 5mm時，Δ Ipl = 60Α，第 1峰值電流值Ipl = 560Α。實用上被使用的情況在該范圍。圖4為用于實施與上述的實施方式1相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊 圖。以下，參照該圖對各模塊進行說明。電源主電路PM以3相200V等的商用電源作為輸入，按照后述的電流誤差放大信 號Δ I進行逆變器(inverter)控制等的輸出控制，輸出焊接電壓Vw及焊接電流Iw。該電 源主電路PM具有例如對商用電源進行整流的1次整流器、對被整流的直流進行平滑的平 滑電容器、將被平滑的直流變換為高頻交流的逆變器電路、將高頻交流降壓為適于電弧焊 接的電壓值的高頻變壓器、對被降壓的高頻交流進行整流的2次整流器、對被整流的直流 進行平滑的電抗器、將電流誤差放大信號△ I作為輸入來進行脈沖寬度調(diào)制控制的調(diào)制電 路、基于被脈沖寬度調(diào)制的信號來驅(qū)動上述逆變器電路的驅(qū)動電路。接口電路IF以來自機 器人控制裝置RC的焊接條件信號Wc作為輸入，輸出在該信號Wc中包括的焊接電壓設(shè)定信 號Vr、焊接電流平均設(shè)定信號Iar及芯片·母材間距離信號Lws。芯片·母材間距離信號 Lws根據(jù)在機器人控制裝置RC內(nèi)被存儲的工作程序而被算出，被發(fā)送到焊接電源。進給速 度設(shè)定電路FR以上述的焊接電流平均設(shè)定信號Iar作為輸入，輸出與該信號的值相對應(yīng)的 絲進給速度設(shè)定信號Fr。進給控制電路FC以該絲進給速度設(shè)定信號Fr作為輸入，輸出用 于對進給進行控制的進給控制信號Fe。絲進給機WF以該進給控制信號Fc作為輸入，按照 該信號將被內(nèi)置的絲進給電動機進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動來對焊絲1進行進給。焊絲1通過該絲進給 機WF被進給到焊炬4內(nèi)，在與母材2之間產(chǎn)生電弧3來進行焊接。電壓檢測電路VD對焊接電壓Vw進行檢測，算出其平均值，輸出電壓檢測信號Vav。 電壓誤差放大電路EV對上述的焊接電壓設(shè)定信號Vr與上述的電壓檢測信號Vav之間的誤 差進行放大，輸出電壓誤差放大信號△￥。電壓/頻率變換電路VF變換為與該電壓誤差放 大信號△ V相對應(yīng)的頻率，按圖1中每個上述的脈沖周期Tf輸出變化為短時間高電平的脈 沖周期信號Tfs。峰值期間計時電路TP，輸出從上述的脈沖周期信號Tfs變化為高電平的時刻開始 僅預(yù)定的峰值期間Tp的期間成為高電平的峰值期間信號Tps。因此，該峰值期間信號Tps 在圖1中處于峰值期間Tp的期間為高電平?；惦娏髟O(shè)定電路IBR輸出預(yù)定的基值電流 設(shè)定信號Ibr。第1切換電路SWl在該峰值期間信號Tps為高電平(峰值期間)時切換為 a側(cè)，將后述的峰值電流設(shè)定信號Ipr作為電流設(shè)定信號Ir輸出，在低電平(基值期間)時 切換為b側(cè)，將上述的基值電流設(shè)定信號Ibr作為電流設(shè)定信號Ir輸出。第1峰值期間計時電路TP1，輸出從上述的峰值期間信號Tps變化為高電平(峰值 期間)的時刻開始僅預(yù)定的第1峰值期間Tpl的期間成為高電平的第1峰值期間信號Tpsl。 第1峰值電流設(shè)定電路IPRl與芯片 母材間距離為基準(zhǔn)值時相對應(yīng)，輸出預(yù)定的第1峰值電流設(shè)定信號Iprl。距離差算出電路DL將上述的芯片·母材間距離信號Lws及上述的焊 接電流平均設(shè)定信號Iar作為輸入，與焊接電流平均設(shè)定信號Iar的值相對應(yīng)而從預(yù)定的 基準(zhǔn)值Lt減去芯片 母材間距離信號Lws的值，輸出距離差信號AL = Lt-Lws。因此，在 距離差信號AL的值為O時為芯片·母材間距離為基準(zhǔn)值時，為正值時為芯片·母材間距 離比基準(zhǔn)值短時，為負值時為比芯片·母材間距離比基準(zhǔn)值長時。第1峰值電流修正量算 出電路DIPl將上述的距離差信號AL及焊接電流平均設(shè)定信號Iar作為輸入，按照焊接電 流平均設(shè)定信號Iar的值基于預(yù)定的第1峰值電流修正量算出函數(shù)f(圖2、圖3等)算出 第1峰值電流修正量信號ΔΙρΙ。但是，該第1峰值電流修正量算出函數(shù)f為在作為輸入的 距離差信號AL為負的值時，其輸出成為O的函數(shù)。因此，第1峰值電流修正量信號Δ Ipl 的值，在芯片·母材間距離比基準(zhǔn)值短時成為正的值，比基準(zhǔn)值長時為O。由小的圓圈所示 的第1加法運算電路ADl進行上述的第1峰值電流設(shè)定信號Iprl與上述的第1峰值電流 修正量信號Δ Ipl之間的加法運算，輸出第1峰值電流修正設(shè)定信號Ipsl。第2峰值電流 設(shè)定電路IPR2與芯片·母材間距離為基準(zhǔn)值時相對應(yīng)而輸出預(yù)定的第2峰值電流設(shè)定信 號Ipr2。第2切換電路SW2，在上述的第1峰值期間信號Tpsl為高電平(第1峰值期間) 切換到a側(cè)，輸出上述的第1峰值電流修正設(shè)定信號Ipsl作為峰值電流設(shè)定信號Ipr，為低 電平(第2峰值期間)時輸出上述的第2峰值電流設(shè)定信號Ipr2作為峰值電流設(shè)定信號 Ipr0 電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw，輸出電流檢測信號Id。電流誤差放大電路EI 對上述的電流設(shè)定信號Ir與上述的電流檢測信號Id之間的誤差進行放大，輸出電流誤差 放大信號Δ I。由這些電路模塊，通電在圖1中所述的焊接電流Iw。通過上述的實施方式1，通過通電第1峰值電流及第2峰值電流，即使保護氣體的 混合比率從基準(zhǔn)比率開始在規(guī)定范圍變化，也能將電弧陽極點形成在熔滴上部，并且能夠 抑制電弧形狀的變寬及電弧力的增大。因此，能夠進行1脈沖1熔滴過渡，并且也能夠抑制 咬邊的發(fā)生，因此能夠維持穩(wěn)定的電弧狀態(tài)而得到良好的焊接質(zhì)量。進而，在芯片 母材間 距離變得比基準(zhǔn)值短時，通過使第1峰值電流值增加，能夠使熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定化，也抑制 短路的發(fā)生。因此，即使芯片·母材間距離變短，也能得到良好的焊接質(zhì)量。[實施方式2]本發(fā)明的實施方式2與實施方式1相同，通電圖1中所述的焊接電流Iw，在其上追 加即使芯片·母材間距離變得比基準(zhǔn)值長時也能使焊接狀態(tài)穩(wěn)定化的控制。芯片 母材間距離比基準(zhǔn)值長時，電弧長通過電弧長控制而被維持為大致一定值， 因此絲突出長度變長。用于熔滴形成的入熱，通過電弧熱及絲突出部的焦耳熱來進行。因 此，絲突出長度變長時，焦耳熱增加，因此用于熔滴形成的入熱增加，入熱變得過剩，從而產(chǎn) 生不能進行穩(wěn)定的熔滴過渡的情況。這種現(xiàn)象，隨著芯片 母材間距離變長而變得顯著。為 了解決該問題，進行以下那樣的控制。即芯片 母材間距離Lw變得比基準(zhǔn)值Lt時，算出距 離差^L = Lt-Lw,將該距離差A(yù)L作為輸入，由預(yù)定的第2峰值電流修正量算出函數(shù)g算 出第2峰值電流修正量Δ Ip2 = g ( Δ L)，使第2峰值電流值Ιρ2減少該第2峰值電流修正 量ΔΙρ2。關(guān)于該第2峰值電流修正量算出函數(shù)g，在圖5 圖6中后述。芯片·母材間距離Lw變得比基準(zhǔn)值長時，通過使第2峰值電流值Ip2減少，實現(xiàn) 以下那樣的效果。能夠通過使第2峰值電流值Ip2減少來減少由芯片·母材間距離Lw變長而引起的焦耳熱的增加份。因此，由于能夠抑制用于熔滴形成的入熱增加而變得過剩的 情況，因此能夠進行穩(wěn)定的熔滴過渡。同時由于第1峰值電流值Ipl為一定值，因此直接維 持將電弧陽極點形成在熔滴上部的效果。也能夠考慮使第1峰值電流Ipl及第2峰值電流Ip2均減少，來代替減少第2峰 值電流Ip2，但如果這樣做，則即使保護氣體的混合比率產(chǎn)生變動也失去將電弧陽極點形成 在熔滴上部的作用。使第1峰值電流Ipl減少來代替第2峰值電流Ip2的情況也同樣不優(yōu)選。圖5為表示上述的第2峰值電流修正量算出函數(shù)g的一例的圖。該圖的橫軸表示 距離差A(yù)L (mm)，縱軸表示第2峰值電流修正量△ Ip2 (A)。該圖的焊接條件為焊接電流平 均值為150A的情況，與上述的圖2相同。距離差A(yù)L = Lt-Lw,因此芯片·母材間距離Lw 比基準(zhǔn)值Lt長時，AL<0。此外，第2峰值電流修正量Δ Ip2也成為負的值，通過對負的 值進行加法運算來使第2峰值電流值Ip2減少。橫軸的距離差Δ L在-15 Omm的范圍中變化，與此相對縱軸的第2峰值電流修 正量Δ Ιρ2在-90 OA的范圍中變化。AL > 0時(芯片·母材間距離Lw比基準(zhǔn)值Lt 短時)，ΔΙρ2 = 0。此外，AL <-15mm時Δ Ιρ2 =-90Α。Δ L = 0mm、即芯片 母材間距 離Lw為基準(zhǔn)值Lt時，Δ Ip2 = 0A，第2峰值電流值Ip2 = 440A。AL = _5mm、即芯片·母 材間距離Lw = 20mm時，Δ Ip2 =-30A，第2峰值電流值Ip2 = 410A。AL =-10mm、即芯 片·母材間距離Lw = 25mm時，Δ Ιρ2 = -60Α，第2峰值電流值Ιρ2 = 380Α。實用上被使 用的情況在該范圍。圖6為表示與上述的第2峰值電流修正量算出函數(shù)g的圖5不同的例子的圖。該 圖的橫軸表示距離差A(yù)L(mm)，縱軸表示第2峰值電流修正量ΔΙρ2(Α)。橫軸及縱軸均成 為負的值。該圖的焊接條件為焊接電流平均值為250Α的情況，與上述的圖3相同。橫軸的距離差A(yù)L在-15 Omm的范圍中變化，與此相對縱軸的第2峰值電流修正 量Δ Ιρ2在-120 OA的范圍中變化。Δ L > 0時(芯片·母材間距離Lw比基準(zhǔn)值Lt短 時)，Δ Ip2 = OA。此外，AL < -15mm 時 Δ Ip2 = -120A。AL = 0mm、即芯片 母材間距離 Lw為基準(zhǔn)值Lt = 20mm時，Δ Ip2 = 0A，第2峰值電流值Ip2 = 460A。AL =-10mm、即芯 片 母材間距離Lw = 30mm時，Δ Ιρ2 = -80Α，第2峰值電流值Ιρ2 = 380Α。AL = -15mm, 即芯片·母材間距離Lw = 35mm時，Δ Ιρ2 = -120Α，第2峰值電流值Ιρ2 = 340Α。圖7為用于實施與上述的實施方式2相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊 圖。在該圖中對與圖4相同的模塊付與相同符號，并省略它們的說明。該圖，在圖4中追加 了由虛線所示的第2峰值電流修正量算出電路DIP2及第2加法運算電路AD2。以下，參照 該圖對這些模塊進行說明。第2峰值電流修正量算出電路DIP2將距離差信號Δ L及焊接電流平均設(shè)定信號 Iar作為輸入，按照焊接電流平均設(shè)定信號Iar的值基于預(yù)定的第2峰值電流修正量算出 函數(shù)g(圖5、圖6等)算出第2峰值電流修正量信號ΔΙρ2。但是，該第2峰值電流修正量 算出函數(shù)g，在作為輸入的距離差信號AL為正的值時，為該輸出成為0的函數(shù)。因此，第2 峰值電流修正量信號△ Ip2的值，在芯片 母材間距離比基準(zhǔn)值長時成為負的值，比基準(zhǔn)值 短時成為0。由小的圓圈表示的第2加法運算電路AD2，進行上述的第2峰值電流設(shè)定信號 Ipr2與上述的第2峰值電流修正量信號Δ Ιρ2之間的加法運算，輸出第2峰值電流修正設(shè)
13定信號Ips2。第2切換電路SW2在第1峰值期間信號Tpsl為高電平(第1峰值期間)時 切換到a側(cè)，輸出第1峰值電流修正設(shè)定信號Ipsl作為峰值電流設(shè)定信號Ipr，在為低電 平(第2峰值期間)時輸出上述的第2峰值電流修正設(shè)定信號Ips2作為峰值電流設(shè)定信 號 Ipr。通過上述的實施方式2，實現(xiàn)與實施方式1相同的效果。進而，通過芯片·母材間 距離變得比基準(zhǔn)值長時使第2峰值電流值減少，能夠穩(wěn)定化熔滴過渡狀態(tài)，得到良好的焊
接質(zhì)量。[實施方式3] 在本發(fā)明的實施方式3中，根據(jù)焊接電流平均設(shè)定信號Iar及焊接電流平均值算 出在上述的實施方式1及2中使用的距離差信號AL。圖8為用于實施與實施方式3相關(guān)的脈沖電弧焊接方法的焊接電源的模塊圖。在 該圖中，對與上述的圖4及圖7相同的模塊付與相同符號，省略它們的說明。該圖相對圖7， 將接口電路IF置換為由虛線表示的第2接口電路IF2，將距離差算出電路DL置換為由虛線 表示的第2距離差算出電路DL2，追加由虛線表示的焊接電流平均值檢測電路IAV。以下， 參照該圖對這些模塊進行說明。第2接口電路IF2將來自機器人控制裝置RC的焊接條件信號Wc作為輸入，輸出 在該信號Wc中包括的焊接電壓設(shè)定信號Vr及焊接電流平均設(shè)定信號Iar。實施方式3 中，不需要芯片·母材間距離信號Lws。焊接電流平均值檢測電路IAV對電流檢測信號Id 進行平均化，輸出焊接電流平均值檢測信號lav。第2距離差算出電路DL2將焊接電流平 均設(shè)定信號Iar及上述的焊接電流平均值檢測信號Iav作為輸入，輸出距離差信號AL = α · (Iav-Iar)。在此，α為常數(shù)。在上述中，能夠通過焊接電流平均設(shè)定信號Iar及焊接電流平均值檢測信號Iav 算出芯片 母材間距離Lw與基準(zhǔn)值Lt之間的距離差A(yù)L的理由如下所述。在絲進給速度 為一定值時，焊接電流平均值與芯片·母材間距離Lw成反比例地進行變化。芯片·母材間 距離Lw為基準(zhǔn)值Lt時，按照焊接電流平均值與焊接電流平均設(shè)定信號Iar的值相等的方 式由進給速度設(shè)定電路FR輸出絲進給速度設(shè)定信號Fr。換句話說，在芯片·母材間距離 Lw為基準(zhǔn)值Lt時，焊接電流平均值與焊接電流平均設(shè)定信號Iar的值一致。芯片 母材間 距離Lw變得比基準(zhǔn)值Lt短時，焊接電流平均值變得比焊接電流平均設(shè)定信號Iar的值大， 相反芯片·母材間距離Lw變得比基準(zhǔn)值Lt長時，焊接電流平均值變得比焊接電流平均設(shè) 定信號Iar的值小。因此，距離差A(yù)L = Lt-Lw = α · (IavIar)。在上述中，圖8構(gòu)成為以圖7為基礎(chǔ)，但也能構(gòu)成為以圖4為基礎(chǔ)。通過上述的實 施方式3，不需要在機器人控制裝置RC中算出芯片 母材間距離信號Lws，能夠根據(jù)焊接電 流平均設(shè)定信號Iar與焊接電流平均值檢測信號Iav來算出距離差A(yù)L。由此，即使不特別 地算出芯片·母材間距離信號Lws并輸入到焊接電源，也能夠?qū)崿F(xiàn)上述實施方式1及2的 效果。在上述的實施方式1 3中，例示了峰值上升沿期間Tup及峰值下降沿期間Tdw 為小的值的矩形波峰值電流時，但與兩期間為大的值的梯形波峰值電流時相同。此外，本發(fā) 明也能夠適用于電極正極性EP的基值期間Tb的一部成為電極負極性EN的交流脈沖電弧 焊接法中。
權(quán)利要求
一種脈沖電弧焊接方法，將第1峰值期間中的第1峰值電流的通電、第2峰值期間中的比上述第1峰值電流的值小的第2峰值電流的通電以及基值期間中的基值電流的通電作為一個脈沖周期來反復(fù)使電弧產(chǎn)生，通過該電弧使從焊絲向熔滴過渡來進行焊接，該脈沖電弧焊接方法的特征在于，在芯片·母材間距離變得比基準(zhǔn)值短時，按照上述基準(zhǔn)值與上述芯片·母材間距離之差來使上述第1峰值電流值增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電弧焊接方法，其特征在于，在上述芯片·母材間距離變得比上述基準(zhǔn)值長時，按照上述基準(zhǔn)值與上述芯片·母材 間距離之差來使上述第2峰值電流值減少。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使保護氣體的混合比率及芯片母材間距離發(fā)生變化也能維持穩(wěn)定的電弧狀態(tài)的脈沖電弧焊接方法。在將第1峰值期間Tp1中的第1峰值電流Ip1的通電及第2峰值期間Tp2中的第2峰值電流Ip2(＜Ip1)的通電及基值期間Tb中的基值電流Ib的通電作為1脈沖周期來反復(fù)進行焊接的脈沖電弧焊接方法中，芯片母材間距離變得比基準(zhǔn)值短時，按照基準(zhǔn)值與芯片母材間距離之差使上述第1峰值電流值Ip1增加，芯片母材間距離變得比基準(zhǔn)值長時，按照基準(zhǔn)值與芯片母材間距離之差使上述第2峰值電流值Ip2減少。由此，對隨著芯片母材間距離的變化的熔滴形成入熱的變化進行補償，能夠維持良好的熔滴過渡狀態(tài)。
文檔編號B23K9/09GK101954530SQ20101000369
公開日2011年1月26日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者上田裕司 申請人:株式會社大亨