电弧焊接控制方法与流程

技术领域

本发明涉及一种使用作为自耗电极的焊丝，使焊丝与被焊接物短路的短路期间和短路断开而产生电弧的电弧期间交替反复进行的电弧焊接的控制方法。

背景技术：

一直以来，不断有人提出通过减少进行电弧焊接时所产生的飞溅(spatter)来削减电弧焊接后的返工工时的各种方法。例如，以下的电弧焊接控制方法为人所知，即：将电弧再产生后的电弧初始电流控制成比电弧刚再产生前的电流高的电流值。由此，就确保了电弧刚再产生后的电弧长度，抑制了短路产生，并减少了飞溅(例如，参照专利文献1)。

图4表示在进行自耗电极式的电弧焊接的情况下的短路转移时的焊接电流波形。横轴是经过时间，纵轴是焊接电流。在图4中，101表示焊丝与母材(被焊接物)短路的短路期间。102表示在焊丝与母材之间产生电弧的电弧期间。103表示短路断开而使电弧再产生的电弧再产生时刻。104表示电弧刚再产生前电流(大小)。107表示电弧初始电流(大小)。108表示电弧初始控制时间。109表示从电弧刚再产生前电流104到电弧初始电流107为止的焊接电流的增加斜率。

另外，焊接电流的增加斜率109有意地变缓。其理由是：如果当电弧再产生时急剧地提高焊接电流，则会产生使熔池的振动变大、焊丝前端的熔滴动作也变大的这一现象。这样一来，容易在焊丝与母材之间产生微小的短路，由微小的短路引起的飞溅就增加。通过使焊接电流的增加斜率109变缓，能够抑制该飞溅。

另外，电弧初始电流107被控制成为比电弧刚再产生前电流104高的值。由此，能够在电弧再产生后的早期在焊丝的前端部形成熔滴，能够提早下一短路的产生，并能够降低焊接电压。由此，能够提高焊接速度，并能够降低间隙焊接时的焊穿。另外，由于能够确保电弧刚再产生后的电弧长度，因此，能够抑制电弧刚再产生后的短路的产生，对飞溅的抑制也有效。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2006-021227号公报

技术实现要素：

如果使用在背景技术所说明的电弧焊接控制方法，对镀锌钢板等进行了表面处理的钢板进行焊接，则会产生坑孔或气孔等缺陷。另外，飞溅会多发。其理由通过图5进行说明。

图5表示的是在使用背景技术中所说明的电弧焊接控制方法，对镀锌钢板进行焊接的情况下的焊珠剖面的一个示例。

在作为镀锌钢板的上面板3以及下面板4的表面上镀覆镀锌10。镀锌10的锌的沸点是907℃。锌的沸点比作为铁的熔点的1536℃低。如果对镀锌钢板进行电弧焊接，则镀锌10的锌气化，该锌蒸汽从路径部11经过熔池向外部扩散。但是，在熔融金属的凝固速度较快的情况下，锌蒸汽不能够充分地扩散到外部，在焊珠7内或焊珠7的表面会作为气孔16残留。在气孔16残留在焊珠7内的情况下，会成为焊接气孔。在气孔16在焊珠7的表面开口的情况下，会成为坑孔。气孔或坑孔都会损坏焊接结构物的强度。因此，例如，在较多使用镀锌钢板的汽车行业中，需要抑制气孔或坑孔的产生，特别是在很多情况下会对坑孔的产生量进行限定管理。

另外，由于进行焊接而由镀锌钢板产生的锌蒸汽会在熔池内浮出，并从熔池的表面被排放出。因此，锌蒸汽的排放时所喷出的熔融金属会直接作为飞溅而向外部飞散。或者，锌蒸汽的排放时所喷出的熔融金属会与焊丝短路且由于电能的缘故而作为飞溅飞散。因此，也存在产生大量飞溅的问题。

为了解决上述课题，本发明的电弧焊接控制方法是一种以将焊丝与被焊接物短路的短路期间和短路断开而产生电弧的电弧期间交替地反复的方式，对被焊接物进行焊接的电弧焊接控制方法。如果检测出短路断开，则使焊接电流从电弧刚再产生前电流起增加到第一焊接电流，以使增加斜率成为750A/msec以上。

另外，在上述内容的基础上，本发明的电弧焊接控制方法优选第一焊接电流为300A以上。

另外，在上述内容的基础上，本发明的电弧焊接控制方法优选若检测出作为短路断开的征兆现象的缩颈，则使焊接电流减少到比检测出缩颈的时刻的焊接电流小的电弧刚再产生前电流。

另外，在上述内容的基础上，本发明的电弧焊接控制方法优选使焊丝的进给速度以规定的周期和规定的振幅周期性地变化。

另外，在上述内容的基础上，本发明的电弧焊接控制方法优选被焊接物是进行了表面处理的钢板。

另外，在上述内容的基础上，本发明的电弧焊接控制方法优选被焊接物是镀锌钢板。

如上所述，根据本发明，在焊接镀锌钢板等进行了表面处理的钢板的情况下，难以产生坑孔或气孔等缺陷，另外，能够进行飞溅较少的焊接。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的焊接状态的图。

图2A是从水平方向看到的现有的电弧焊接控制方法中的电弧期间中的焊接部的剖视图。

图2B是从水平方向看到的本发明的实施方式1中的电弧期间中的焊接部的剖视图。

图2C是表示现有的电弧焊接控制方法中的焊接电流波形的图。

图2D是表示本发明的实施方式1中的焊接电流波形的图。

图3是表示本发明的实施方式1中的焊丝进给速度、焊接电压和焊接电流的时间变化的图。

图4是表示现有的电弧焊接控制方法中的焊接电流的时间变化的图。

图5是表示利用现有的电弧焊接控制方法来焊接镀锌钢板的情况下的焊珠的剖面的一个示例的图。

具体实施方式

图1是表示利用本实施方式的电弧焊接控制方法进行焊接的状态的图。图2A是从水平方向看到的现有的电弧焊接控制方法的电弧期间中的焊接部的剖视图，相当于图1的C-C剖视图。图2B是从水平方向看到的本实施方式中的电弧期间中的焊接部的剖视图，相当于图1的C-C剖视图。图2C是表示在利用现有的电弧焊接控制方法进行焊接的情况下的焊接电流波形的图。图2D是表示在利用本实施方式的电弧焊接控制方法进行焊接的情况下的焊接电流波形的图。并且，图2A对应于图2C，图2A表示图2C中的第一规定时间13中的焊接状态。图2B对应于图2D，图2B表示图2D中的第一规定时间13中的焊接状态。

另外，对于与在背景技术中所说明的图4或图5相同的部分，标注相同标号，并省略重复部分的说明。另外，在本实施方式中，作为进行了表面处理的部件，对进行镀锌钢板的焊接的情况进行说明。

图1表示在使用未图示的焊接电源装置或焊丝进给装置或产业用机器人等进行焊接的情况下的焊接部分的状态。在图1中，经由安装在例如构成产业用机器人的操作器(未图示)上的焊接用焊炬1，将焊接用的焊丝2利用焊丝进给装置(未图示)自动进给。此时，利用焊接电源装置(未图示)向焊丝2供电，在焊丝2与作为镀锌钢板的上面板3以及下面板4之间产生电弧5，使焊丝2与上面板3以及下面板4熔融进行焊接。

在本实施方式中，如图2B的黑色箭头所示，电弧5产生的电弧力的作用是将熔池6推向与焊接行进方向相反的方向，熔池6以被推向与焊接行进方向相反的方向的方式移动。由此，作为使上面板3和下面板4重合的部分的路径部11呈露出的状态。虽然路径部11的长度相当于上面板3以及下面板4的长度，但在图2B中将进行焊接的部分的路径部11露出之处表示为露出部9。

另外，焊接的部分由于电弧5的电弧热量或来自熔池6的热传导的缘故而成为高温，上面板3以及下面板4成为熔融状态从而产生熔融部8。熔融部8的温度超过锌的沸点，使锌气化。在本实施方式中，如图1或图2B所示，熔池6被推向与焊接行进方向相反的方向，上面板3和下面板4的路径部11的露出部9被露出。因此，气化的锌蒸汽会容易被排放出到外部。作为镀锌气化的部分的镀锌气化部成为不存在锌的状态。

另外，在由于电弧5的电弧力的缘故而使图2B所示的露出部9完全露出的情况下，锌蒸汽在不通过熔池6内的情况下被排放出。因此，锌蒸汽与通过熔池6内的情况相比更容易被排放出，能够抑制坑孔或气孔的产生。另外，当锌蒸汽排放出时，飞溅的产生等就会消失。

另外，在图2B中，即使熔池6的一部分覆盖住露出部9，只要所覆盖的部分的熔池6的厚度是约0.5mm左右以下的较薄的状态，锌蒸汽的排放就不会受到阻碍，锌蒸汽会容易地被排放出到外部。即，由上面板3或下面板4产生的锌蒸汽能够由于体积膨胀的缘故而突破覆盖住露出部9的熔池6而排放出。

如上所述，根据本实施方式的电弧焊接控制方法，在电弧期间中，由于电弧5产生的电弧力的缘故，熔池6被推向与焊接行进方向相反的方向。由此，由于电弧热以及来自熔池6的热传导的原因而成为高温状态的路径部11作为露出部9而露出，由镀锌钢板产生的锌蒸汽会容易地扩散到外部。于是，促进了气化的锌向外部排放出，减少了气化的锌经过熔池6排放出的情况。因此，能够显著地抑制残留于焊珠7内的气孔16。

在这种原理中，用于推动熔池6的主要力是电弧期间中的焊接电流产生的电弧力。该电弧力在当电弧长度短时施加很大的力这一点上是重要的。即，通过在短路断开的瞬间施加大电流，能够产生较大的电弧力，并能够以较大的力量推动熔池6。具体而言，从电弧刚再产生前电流12到第一焊接电流14为止的焊接电流的增加斜率15与第一焊接电流14的大小是重要的参数。

一直以来，一般的做法是有意地使焊接电流的增加斜率15变缓。其理由是：如果急剧地提高焊接电流，则会产生熔池6振动或熔滴动作变大的这一现象，容易产生微小的短路，飞溅会增加。

本实施方式中的镀锌钢板的焊接的情况下也不例外。如图2D所示，如果将焊接电流的增加斜率15与图2C所示的现有的焊接电流的增加斜率15相比急剧地提高，则熔池振动或者熔滴动作变大，由微小短路引起的飞溅增加。但是，另一方面，在焊接镀锌钢板的情况下，由锌蒸汽的排出所引起的飞溅的产生比例要比由微小短路所引起的飞溅的产生比例高。另外，如上所述，由该锌蒸汽的排出所引起的飞溅，能够通过使焊接电流的增加斜率15变陡而使推动熔池6的力变大，从而容易排出锌蒸汽，由此得到大幅度抑制。

即，如果使短路断开后的焊接电流的增加斜率15变陡，则虽然由于微小短路的缘故产生飞溅的情况变多，但能够抑制由于锌蒸发的缘故产生飞溅的情况。并且，由于锌蒸发导致的飞溅的产生量的比例要比由于微小短路导致的飞溅的产生量高，因此，作为合计的飞溅的产生量在使焊接电流的增加斜率15变陡的情况下会变少。

另外，根据上述本实施方式的电弧焊接控制方法，也能够大幅度减少坑孔或气孔的产生。

另外，同样，如果增大第一焊接电流14，则推动熔池6的力就变强，能够使露出部9较大程度地露出。由此，能够抑制飞溅的产生或坑孔、气孔的产生。另外，在图2C与图2D中，第一规定时间是从产生电弧起到第一焊接电流14结束为止的时间。另外，在图2C与图2D中，对于焊接电流，如果在短路期间中检测出作为短路断开的征兆现象的缩颈的情况，则将焊接电流控制为比检测出缩颈这一时刻的焊接电流还低的电弧刚再产生前电流12。并且，还示出了如果检测出短路断开，则根据焊接电流的增加斜率15来开始增加焊接电流的示例。

表1表示的是从电弧刚再产生前电流12起到第一焊接电流14为止的焊接电流的增加斜率15和第一焊接电流14的值的组合与缺陷的关系。在表1中，在焊接后，将通过目测或进行X射线分析而在表面或内部未发现缺陷的情况设为“○”；将发现缺陷的情况设为“×”进行了表示。

【表1】

未发现缺陷的情况：○/发现缺陷的情况：×

由表1可知，焊接电流的增加斜率15的合理值是750A/msec以上，第一焊接电流14的合理值(电流最大值)是300A以上。

在满足上述条件的情况下，不会产生可通过目测发现的表面缺陷、即不会产生坑孔，并且还能够抑制可通过X线解析发现的气孔的产生，飞溅的产生量也少。相反，在不满足上述条件的情况下，会产生大量的坑孔或气孔，飞溅的产生量也多。

如上所述，通过将焊接电流的增加斜率15以及第一焊接电流14(电流最大值)设为合理值，能够进行坑孔或气孔的产生少、飞溅的产生量也少的焊接。

另外，第一焊接电流14只要是300A以上即可，焊接电流的增加斜率15只要是750A/msec即可。但是，根据输出焊接电流的焊接电源装置的能力的不同，实际上能够输出的第一焊接电流14的大小或焊接电流的增加斜率15会受到限制。在此，例如，如果焊接电流的增加斜率15超过4000A/msec，则会过度地推动熔池，导致产生微小短路或使熔滴动作变得不稳定，由此使飞溅增加。因此，优选将焊接电流的增加斜率15设为750A/msec以上且4000A/msec以下。

另外，作为一个示例，表1示出了焊接方法为MAG焊接，使用焊丝半径为1.2mm的实心焊丝，板厚度为2.3mm的重合板，并且每平方米的重量为45g/m²的情况下的焊接的结果。

另外，在以CO₂焊接作为焊接方法的情况下，与MAG焊接相比，电弧的集中性(指向性)更强。因此，CO₂焊接中的第一焊接电流14的最大值优选为450A以下。如果第一焊接电流14的最大值超过450A，则虽然与板厚度有关，但会容易产生焊接对象物的焊穿。

另外，如图2C或图2D所示，如果在电弧刚产生之前检测出作为短路断开的征兆的焊丝2的缩颈状态，则将焊接电流急剧地降低为比电弧刚产生之前的焊接电流还低的值，即，通过将焊接电流急剧地降低成比检测出缩颈状态时的焊接电流还低的电弧刚再产生前电流12，能够减少电弧产生时的飞溅。

另外，作为焊丝的进给控制，反复进行向焊接对象物的方向进给的正送(前进进给)与向其相反方向进给的反送(后退进给)，由此，能够提高焊接性能。在后退进给焊丝2的情况下，将焊丝2与熔池6之间的距离控制成规定的距离(例如，1mm到10mm左右)，由此，提高焊接的稳定性。即，通过将焊丝2后退进给，能够增大焊丝2的前端部与熔池6之间的距离，并能够抑制微小短路，因此，能够抑制飞溅的产生。

而且，正送的情况下的进给速度要比一般进行的恒定进给焊接的情况下的进给速度高。因此，容易产生短路，确定会产生短路，具有减少飞溅的效果。另外，当反送时，由于能够机械性地断开短路，因此，能够确定会断开短路。因此，由于能够减少在短路刚断开之后产生的短路(微小短路)，因此，能够减少飞溅。

在本实施方式中，如图3所示，在反送(后退进给)焊丝2的期间，短路期间结束，电弧期间开始；在正送(前进进给)焊丝2的期间，电弧期间结束，短路期间开始。

如图3所示，焊丝2的上述正送控制以及反送控制也可以设为：以规定的周期WF和规定的振幅Wv周期地反复进行焊丝进给速度的正送和反送。另外，图3的焊丝进给速度，以周期性的进给为示例表示了正弦波状的情形。但是，并不局限于此，也可以是梯形波状或锯齿波状，只要是周期性的波形即可。

另外，虽未图示，但也可以不是图3所示的周期性进给控制，而进行如下控制，即：如果检测出焊接状态为短路状态，则进行反送；如果检测出焊接状态为电弧状态，则进行正送。

产业上的可利用性

根据本发明，在使用焊接用的焊丝，对镀锌钢板等进行了表面处理的母材进行焊接的情况下，推动熔池以使作为部件的重合部分的路径部露出，由此，使由母材产生的气体容易从露出部排放出。这样，能够显著地抑制气孔等孔的产生以及飞溅的产生，在产业上，作为对镀锌钢板等进行了表面处理的部件的这种焊接时产生气体的母材进行的电弧焊接控制方法非常有用。

附图标记的说明

1 焊炬

2 焊丝

3 上面板

4 下面板

5 电弧

6 熔池

7 焊珠

8 熔融部

9 露出部

10 镀锌

11 路径部

12 电弧刚再产生前电流

13 第一规定时间

14 第一焊接电流

15 焊接电流的增加斜率

16 气孔

101 短路期间

102 电弧期间

103 电弧再产生时刻

104 电弧刚再产生前电流

107 电弧初始电流

108 电弧初始控制时间

109 焊接电流的增加斜率