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：
以往以来，已知有在进给消耗电极的同时在该消耗电极和母材之间产生电弧来进行焊接的电弧焊接方法(例如参照专利文献1)。在这样的焊接方法中，通过使焊丝进给装置的进给电动机进行正转，向母材前进进给消耗电极。并且，通过消耗电极和母材发生短路，从而开始短路期间。如果消耗电极和母材发生短路，则使进给电动机倒转，后退进给消耗电极。然后，消耗电极和母材分离，在消耗电极和母材之间产生电弧，开始电弧产生期间。 如果电弧产生，则再次使进给电动机正转。通过这样反复进行焊丝进给装置的进给电动机的正转及倒转，从而进行焊接。在该焊接方法中，短路期间和电弧产生期间的反复以较高的速度进行。如果该短路期间和电弧产生期间的反复为高速，则必需使进给电动机的正转及倒转的反复也为高速。由此，作为上述进给电动机，必需能够进行高速响应。但是，作为进给电动机，能够高速响应的设备一般还未普及。进一步地，在用于进给消耗电极的装置是拉动式焊炬(pull torch)单体的情况下，消耗电极的进给性由于受到焊接机器人工作时的干扰、插通消耗电极的管道电缆(conduit cable)内的进给电阻等的影响，所以不能进行稳定的焊接。专利文献1 JP特开2006-247710号公报
发明内容
本发明基于上述情况而考虑形成，其课题在于提供一种能够进行稳定的焊接的电弧焊接方法。由本发明提供的电弧焊接方法反复进行由前进进给期间和后退进给期间组成的单位期间，其中，在该前进进给期间中，消耗电极中由焊炬包围的部位从上述焊炬朝向母材的速度为正的值，在该后退进给期间中，上述速度为负的值；该电弧焊接方法包括将上述速度作为周期函数，进给上述消耗电极的工序，其中，在该周期函数中，1个周期为上述单位期间；在上述各前进进给期间中，使上述消耗电极与上述母材短路的工序；以及在上述各后退进给期间中，断开上述消耗电极和上述母材之间的短路的工序。优选，还包括基于与上述短路的断开发生的第1短路断开时刻相关的第1短路断开时信息，求取与上述第1短路断开时刻之后的上述短路的断开发生的第2短路断开时刻相关的第2短路断开时信息的工序；以及基于上述第2短路断开时信息，在上述第2短路断开时刻的第1设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路断开前准备工序。优选，还包括如果上述消耗电极和上述母材发生短路，则在从上述前进进给期间转移至上述后退进给期间之前，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路断开准备工序。
优选，还包括基于与上述消耗电极和上述母材之间的短路发生的第1短路发生时刻相关的第1短路发生时信息，求取与上述第1短路发生时刻之后的上述消耗电极和上述母材之间的短路发生的第2短路发生时刻相关的第2短路发生时信息的工序；基于上述第2短路发生时信息，在上述第2短路发生时刻的第2设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路发生前准备工序；以及在上述第2短路发生时刻之后及上述短路断开准备工序之前，使上述焊接电流的值上升的工序。优选，还包括基于与上述消耗电极和上述母材之间的短路发生的第1短路发生时刻相关的第1短路发生时信息，求取与上述第1短路发生时刻之后的上述消耗电极和上述母材之间的短路发生的第2短路发生时刻相关的第2短路发生时信息的工序；以及基于上述第2短路发生时信息，在上述第2短路发生时刻的设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的工序。根据这样的构成，不依赖焊接电流和焊接电压的值的变化，能够按照上述速度成为固定的周期的周期函数的方式来进给消耗电极。并且，能够追随上述速度来反复进行短路期间和电弧产生期间。这样，由于并不基于焊接电流和焊接电压的变化来使上述速度发生变化，所以存在不会发生消耗电极的进给响应延迟的问题的优点。由此，能够进行稳定的焊接。本发明的其他特征和有利点参照附图通过以下进行的详细说明会更明确。
图1是表示本发明的第1实施方式的电弧焊接系统的构成的图。图2是图1所示的电弧焊接系统中的进给路径长变化装置的附近的主要部分放大图(一部分透视化)。图3是表示图2的进给路径长变化装置的放大图。图4是表示图2的进给路径长变化装置的凸轮机构的变化状态的图。图5是示意性表示在焊炬和管道电缆中固定了进给路径长变化装置后的状态的主要部分放大截面图。图6是示意性表示消耗电极的进给路径长的图。图7是表示图1的电弧焊接系统中的机器人控制装置和电源装置的详细情况的方框图。图8是表示本发明的第1实施方式的电弧焊接方法的焊接稳定状态下的各信号等的时间图。图9是表示本发明的第2实施方式的电弧焊接系统中的机器人控制装置和电源装置的详细情况的方框图。图10是表示本发明的第2实施方式的电弧焊接方法的焊接稳定状态下的各信号等的时间图。符号说明A1、A2电弧焊接系统1电弧焊接装置11底座部件
12 臂13电动机14 焊炬141接触片142 喷嘴15消耗电极16焊丝进给装置161进给电动机17进给路径长变化装置171电动机172偏心轴173凸轮机构174a、174b 车由7 (bearing)175 支架(mount)176 轴衬(bush)177 轴(shaft)19管道电缆191 卷材套管(coil liner)192包覆管2机器人控制装置21动作控制电路23 示教器(teach pendant)3电源装置31电源电路32电流控制电路33电弧产生电流值存储电路34设定时间存储电路35电压控制电路36电弧状态检测电路37进给路径长控制电路38进给控制电路391、392设定时间存储电路393短路期间电流值存储电路Asd电弧状态信号权误差信号EI电流误差计算电路Ei电流误差信号EV电压误差计算电路Ev电压误差信号
Fc进给速度控制信号
Fw进给速度
ID电流检测电路
Id电流检测信号
Ir电流设定信号
Iw焊接电流
La进给路径长
MC电力产生电路
Ms动作控制信号
Sw电源特性切换信号
Sθ旋转角信号
St焊接开始信号
Vl (t)变化量
V2 (t)速度
VD电压检测电路
Vd电压检测信号
Vr电压设定信号
VR机器人移动速度
Vw焊接电压
W母材
Wc旋转速度信号
θ (t)旋转角
具体实施例方式使用图1 图8，说明本发明的第1实施方式。[关于电弧焊接系统Al]图1所示的电弧焊接系统Al包括电弧焊接装置1、机器人控制装置2、电源装置 3。电弧焊接装置1是焊接机器人，对母材W自动进行例如电弧焊接。电弧焊接装置 1包括底座部件11、多个臂12、多个电动机13、焊炬14、焊丝进给装置16、进给路径长变化装置17、和管道电缆9。底座部件11固定在地面等适当的地方。各个臂12经由轴与底座部件11连接。焊炬14设置在臂12a的前端部，其中，该臂1 设置在电弧焊接装置1的最前端侧。焊炬14将消耗电极15导入母材W附近的规定位置。如图5示意性地示出，焊炬14具有接触片141和喷嘴142。接触片141例如是Cu或Cu合金制成。在接触片141中设置用于插通消耗电极15的贯通孔。该贯通孔是内面与消耗电极15互相摩擦的程度的尺寸。喷嘴142例如是Cu或Cu合金制成。喷嘴142适当地具有水冷却构造。在喷嘴142中形成开口 143。在喷嘴142和接触片141之间，提供例如Ar等保护气体(shield gas) SG0被提供的保护气体SG从开口 143喷出。在该保护气体SG内进给消耗电极15。
电动机13设置在臂12的两端或一端(一部分图示省略)。电动机13由机器人控制装置2旋转驱动。通过该旋转驱动，控制多个臂12的移动，使焊炬14能上下前后左右进行自由移动。在电动机13中设置未图示的编码器。该编码器的输出被给予机器人控制装置2。通过该输出值，在机器人控制装置2中，识别焊炬14的当前位置。焊丝进给装置16设置在电弧焊接装置1中的上部。焊丝进给装置16用于对焊炬 14送出消耗电极15。焊丝进给装置16具有进给电动机161 (参照图1)、和焊丝推进装置 162 (参照图6)。焊丝推进装置162以进给电动机161作为驱动源，向焊炬14送出卷绕在焊丝卷盘WL(参照图6)上的消耗电极15。管道电缆19插通消耗电极15，并且从焊丝进给装置16向焊炬14导向消耗电极 15。如图1清楚所示，管道电缆19在从焊丝进给装置16至焊炬14的中途部分具有弯曲的部位。如图5示意性所示，管道电缆19具有卷材套管191、和包覆管192。卷材套管191例如将金属线材形成线圈状。在卷材套管191中插通消耗电极15。 如上所述，管道电缆19具有弯曲的部位。由此，在该弯曲的部位中，消耗电极15在与卷材套管191的内壁进行摩擦的同时被进给。包覆管192呈管状。包覆管192例如由聚氯乙烯 (CPE chlorinated polyethylene)构成。包覆管192包围卷材套管191。如上所述，由于管道电缆19具有弯曲的部位，所以在该弯曲的部位中，包覆管192与卷材套管191互相摩擦。图1 图3所示的进给路径长变化装置17使进给路径长La(参照图6)发生变化。 进给路径长La指的是消耗电极15中、消耗电极15的轴线方向上的从焊丝推进装置162至焊炬14的长度。在本实施方式中，进给路径长变化装置17具有电动机171、偏心轴172、 凸轮机构173、轴承17^、174b、支架175、轴衬176、和轴177。如图2所示，电动机171相对焊炬14固定。S卩，电动机171相对焊炬14不发生相对移动。电动机171以在图3的左右方向上延伸的轴作为旋转轴。在电动机171中安装有未图示的编码器。偏心轴172固定在电动机171的旋转轴上。偏心轴172在相对电动机 171的旋转轴偏心的位置处设置有螺钉。凸轮机构173是导动凸轮173，在凸轮机构173中形成2个孔(参照图4)。凸轮机构173经由设置在这2个孔中的一个孔中的轴承174a，与偏心轴172的上述螺钉联结。支架175经由设置在上述2个孔中的另一个孔中的轴承174b 与凸轮机构173联结。支架175经由轴衬176与轴177联结。轴177相对电动机171的主体固定。支架175能够沿着轴177在图2的上下方向上移动。如图5所示，支架175固定在管道电缆19的卷材套管191上。如果电动机171进行旋转，则偏心轴172的螺钉进行偏心旋转。这样，按照该偏心旋转，如图4所示，凸轮机构173进行从(Kl)至(K4)的一系列的动作。然后，如图3所示， 支架175沿着轴177进行往复运动。由此，管道电缆19 (在本实施方式中为卷材套管191) 相对焊炬14在图5的上下进行微小的往复运动。伴随卷材套管191的往复运动，与卷材套管191互相摩擦的消耗电极15进行往复运动。通过卷材套管191的往复运动，进给路径长 La发生变化。另外，从进给路径长变化装置17向后述的电流控制电路32发送与电动机171 的旋转角θ (t)相关的旋转角信号S θ。在凸轮机构173为图4的(Kl)所示的状态的情况下，旋转角θ (t) = 0(rad)。在凸轮机构173为图4的(K2)所示的状态的情况下，旋转角θ (t) = ji/2(rad)0在凸轮机构173为图4(K3)所示的状态的情况下，旋转角θ (t)=
7π (rad)。在凸轮机构173为图4(K4)所示的状态的情况下，旋转角θ (t) = 3 π /2 (rad)。图7是表示图1的电弧焊接系统Al中的机器人控制装置2和电源装置3的详细情况的方框图。机器人控制装置2包括动作控制电路21、和示教器23。机器人控制装置2用于控制电弧焊接装置1的动作。动作控制电路21具有未图示的微型计算机及存储器。在该存储器中，存储有设定了电弧焊接装置1的各种动作的作业程序。此外，动作控制电路21设定后述的机器人移动速度VR。动作控制电路21基于上述作业程序、来自上述编码器的坐标信息、以及机器人移动速度VR等，对电弧焊接装置1发送动作控制信号Ms。电弧焊接装置1接受动作控制信号 Ms，使各电动机13旋转驱动。由此，焊炬14或者移动到母材W中的规定的焊接开始位置， 或者沿着母材W的面内方向进行移动。示教器23与动作控制电路21连接。示教器23用于电弧焊接系统Al的用户设定各种动作。电源装置3包括电源电路31、电流控制电路32、电弧产生电流值存储电路33、设定时间存储电路34、电压控制电路35、电弧状态检测电路36、进给路径长控制电路37、以及进给控制电路38。电源装置3在消耗电极15和母材W之间施加焊接电压Vw，是用于流过焊接电流Iw的装置，并且是用于进行消耗电极15的进给的装置。电源电路31具有电力产生电路MC、电源特性切换电路SW、电流误差计算电路 EI、电压误差计算电路EV、电流检测电路ID、电压检测电路VD。电源电路31用于在消耗电极15和母材W之间按所指示的值施加焊接电压Vw，或者按所指示的值从消耗电极15向母材W流过焊接电弧Iw。电力产生电路MC例如以3相200V等的商用电源作为输入，按照后述的误差信号 fe进行逆变器控制、半导体闸流管(thyristor)相位控制等的输出控制，并输出焊接电压 Vw以及焊接电流Iw。电流检测电路ID用于检测在消耗电极15和母材W之间流过的焊接电流Iw的值。 电流检测电路ID发送与焊接电流Iw对应的电流检测信号Id。电流误差计算电路EI用于计算实际流过的焊接电流Iw的值和设定的焊接电流的值之间的差△ Iw。具体来说，电流误差计算电路EI接受电流检测信号Id、和与设定的焊接电流的值对应的后述的电流设定信号Ir，发送与差Δ Iw对应的电流误差信号Ei。另外，电流误差计算电路EI也可以发送与放大差Δ Iw后得到的值对应的值作为电流误差信号Ei。电压检测电路VD用于检测在消耗电极15和母材W之间施加的焊接电压Vw的值。 电压检测电路VD发送与焊接电压Vw对应的电压检测信号Vd。电压误差计算电路EV用于计算实际施加的焊接电压Vw的值和设定的焊接电压的值之间的差AVw。具体来说，电压误差计算电路EV接受电压检测信号Vd、和与设定的焊接电压的值对应的后述的电压设定信号Vr，发送与差Δ Vw对应的电压误差信号Εν。另外，电压误差计算电路EV也可以发送与放大差Δ Vw后得到的值对应的值作为电压误差信号Εν。电源特性切换电路SW切换电源电路31的电源特性(恒定电流特性或恒定电压特性)。在电源电路31的电源特性是恒定电流特性的情况下，在电源电路31中对输出进行控制，以使焊接电流Iw的值成为设定的值。另一方面，在电源电路31的电源特性是恒定电压特性的情况下，电源电路31在电源电路31中对输出进行控制，以使焊接电压Vw的值成为设定的值。更具体来说，电源特性切换电路SW接受后述的电源特性切换信号Sw、电流误差信号Ei、电压误差信号Εν。在电源特性切换电路SW接受的电源特性切换信号Sw为高电平 (High level)的情况下，电源特性切换电路SW中的开关与图7的a侧连接。在该情况下， 电源电路31的电源特性为恒定电压特性，电源特性切换电路SW以电压误差信号Ev作为误差信号fe向电力产生电路MC发送。此时，电力产生电路MC进行控制，以使焊接电压Vw的值成为设定的值(即，上述的差AVw为零)。另一方面，在电源特性切换电路SW接受的电源特性切换信号Sw为低电平(Low level)的情况下，电源特性切换电路SW中的开关与图7 的b侧连接。在该情况下，电源电路31的电源特性为恒定电流特性，电源特性切换电路SW 以电流误差信号Ei作为误差信号fe向电力产生电路MC发送。此时，电力产生电路MC进行控制，以使焊接电流Iw的值成为设定的值(即，上述的差AIw为零)。电弧产生电流值存储电路33存储电弧产生电流值irl的值。设定时间存储电路 34存储作为第1设定时间的设定时间Td的值。电弧产生电流值irl及设定时间Td的各值例如从示教器23输入，并经由动作控制电路21存储在各存储电路中。电流控制电路32用于设定在消耗电极15和母材W之间流过的焊接电流Iw的值。 电流控制电路32基于存储在各存储电路中的、电弧产生电流值irl及设定时间Td中的至少任一个，生成用于指示焊接电流Iw的值的电流设定信号Ir。然后，电流控制电路32向电源电路31发送生成的电流设定信号Ir。此外，电流控制电路32接受电弧状态信号AsdJ^ 转角信号S θ。电流控制电路32向电源特性切换电路SW发送电源特性切换信号Sw。电压控制电路35用于设定在消耗电极15和母材W之间施加的焊接电压Vw的值。 电压控制电路35基于存储在未图示的存储部中的设定电压值，向电源电路31发送用于指示焊接电压Vw的值的电压设定信号Vr。电弧状态检测电路36检测消耗电极15和母材W之间的电弧al是产生还是消灭。 在本实施方式中，电弧状态检测电路36接受电压检测信号Vd。电弧状态检测电路36基于焊接电压Vw的值，判断有没有产生电弧al。电弧状态检测电路36在焊接电压Vw比某阈值低时，判断为电弧al消灭。此外，电弧状态检测电路36在焊接电压Vw比该阈值高时，判断为电弧al产生。电弧状态检测电路36向电流控制电路32发送与电弧al有没有产生相关的电弧状态信号Asd。进给路径长控制电路37用于控制上述的进给路径长La的值。在本实施方式中， 进给路径长控制电路37向进给路径长变化装置17发送旋转速度信号Wc。旋转速度信号 Wc指示进给路径长变化装置17中的电动机171的旋转速度d θ (t)/dt。进给控制电路38用于控制焊丝进给装置16送出消耗电极15的速度(进给速度 Vf)。进给控制电路38向焊丝进给装置16发送用于指示进给速度Vf的进给速度控制信号 Fe。[关于使用了电弧焊接系统Al的电弧焊接方法]下面，进一步使用图8说明使用了电弧焊接系统Al的电弧焊接方法。图8是表示本实施方式的电弧焊接方法的焊接稳定状态下的各信号等的时间图。图8(a)表示电动机171的旋转角θ (t)的变化状态，(b)表示进给路径长La的变化量Vl (t)的变化状态，(C)表示由焊炬14包围的部位(图5的Ra)的消耗电极15的从焊炬14朝向母材W的速度V2(t)的变化状态，(d)表示焊接电压Vw的变化状态，(e)表示电流设定信号Ir的变化状态，(f)表示焊接电流Iw的变化状态，(g)表示电流特性切换信号Sw的变化状态。另外，变化量Vl (t)、速度V2(t)、以及进给速度Vf等以从焊炬14朝向母材W的方向为正。另外，速度V2(t)与消耗电极15中焊炬14的前端的部位的速度相同。在本实施方式的焊接稳定状态下，进给路径长控制电路37向进给路径长变化装置17发送将电动机171的旋转速度d θ (t)/dt指示为固定的值2 π /Tff的旋转速度信号 Wc (Tff例如是10 20ms)。由此，电动机171以值2 π /Tff的旋转速度d θ⑴/dt进行旋转。 并且，图8(a)示出的电动机171的旋转角θ (t)由下式(1)表示。θ (t) = (2 π /Tff) · (t-(n_l)Tw)((Ii-I)Tw ( t < nTff) (η 是整数)(1)如图8(a)所示，如果电动机171进行旋转，则如图8(b)所示，进给路径长La的变化量Vl(t)发生变化。变化量Vl (t)由下式⑵表示。Vl (t) = Va · cos( θ (t)) (2)在⑵式中Va是振幅，为固定的值。这样，变化量Vl(t)周期性地进行变化。另一方面，在本实施方式的焊接稳定状态下，进给控制电路38向焊丝进给装置16 发送用于指示进给速度Vf的进给速度控制信号Fe。由此，消耗电极15以进给速度Vf从焊丝进给装置16向焊炬14送出。由此，如图8(c)所示，由焊炬14包围的部位(图5的Ra) 的速度V2(t)为将上述Vl (t)和进给速度Vf相加后得到值。S卩，速度V2(t)由下式(3)表不。V2(t) = Vf+Va · cos( θ ⑴)(3)如图8(c)所示，在本实施方式的焊接稳定状态下，消耗电极15按照速度V2(t)成为以单位期间Tw作为1个周期的周期函数的方式被进给。实际上，基于(1)式及(3)式， 满足V2(t+Tw) = V2(t)的关系。单位期间1 由速度V2(t)为正值的前进进给期间TwI和速度V2(t)为负值的后退进给期间Tw2构成。在前进进给期间TwI中，由于速度V2(t)为正值，所以消耗电极15处于从焊炬14被送出的状态(前进进给状态)。另一方面，在后退进给期间Tw2中，由于速度V2(t)为负值，所以消耗电极15处于从焊炬14被提起的状态(后退进给状态)。如以上，在本实施方式的焊接稳定状态下，不依赖于焊接电流Iw和焊接电压Vw的值的变化，按照速度V2(t)成为固定的周期的周期函数的方式进给消耗电极15。并且，在这样进给消耗电极15的状态下，反复进行消耗电极15和母材W短路的短路期间Ts、和在消耗电极15和母材W之间产生电弧al的电弧产生期间Ta。在各前进进给期间TwI中，消耗电极15与母材W短路。由此，短路期间Ts开始。此外，在各后退进给期间Tw2中，使消耗电极15从母材W分离，断开消耗电极15和母材W之间的短路状态。由此，电弧产生期间 Ta开始。以下，具体说明从焊接开始时起的工序。首先，在焊接开始时，在焊炬14和母材W某程度分离的状态下，向示教器23输入用于开始焊接的焊接开始信号St。输入的焊接开始信号M从示教器23经由动作控制电路 21被发送至进给路径长控制电路37、进给控制电路38、电流控制电路32。这样，进给控制电路38向焊丝进给装置16发送进给控制信号Fe，此外，进给路径长控制电路37向进给路径长变化装置17发送旋转速度信号Wc，消耗电极15以图8(c)所示的速度V2(t)被进给。 接着，使焊炬14接近母材W，转移至反复产生短路期间Ts和电弧产生期间Ta的焊接稳定状态。在焊接稳定状态下，焊炬14 一面将与母材之间的距离保持固定，一面沿着母材W的面内方向中的焊接行进方向，以机器人移动速度VR进行移动。(1)电弧产生期间Ta(时刻t0 时亥Ij t3)电弧产生期间Ta是用于产生电弧al并加热母材W的期间。如图8(g)所示，在电弧产生期间Ta的几乎整个期间(时刻tl 时刻t3)中，电源特性切换信号Sw为高电平。 由此，在时刻tl 时刻t3中，电源电路31的电源特性为恒定电压特性。此外，如图8(c) 所示，在时刻t2，消耗电极15从后退进给的状态变化为前进进给的状态。(2)短路期间Ts (时亥Ij t3 时亥Ij t6)〈时刻t3 时刻t4>短路期间Ts是用于使消耗电极15的前端与母材W接触并使消耗电极15的一部分转移至母材W的期间。通过前进进给消耗电极15，在时刻t3，消耗电极15和母材W接触， 消耗电极15和母材W短路。由此，如图8(d)所示，在时刻t3，焊接电压Vw的值急剧降低。 基于该焊接电压Vw的值的降低，电弧状态检测电路36判断为电弧al消灭。然后，电弧状态检测电路36向电流控制电路32发送表示电弧al消灭的电弧状态信号Asd。另一方面， 在时刻t3 时刻t4，由于焦耳热而消耗电极15熔融，消耗电极15和母材W的接触面积慢慢变大。由此，从消耗电极15流向母材W的焊接电流Iw的电阻值变小，焊接电流Iw的值慢慢上升。如图8(c)所示，在时刻t3 时刻t4，消耗电极15被前进进给。但是，在时刻 t3 时刻t4，消耗电极15由于上述熔融软化，而难以屈曲(buckling)。〈时刻t4 时刻t6>如图8(g)所示，电流控制电路32在时刻t4使电源特性切换信号Sw从高电平变化为低电平。由此，电源电路31的电源特性变化为恒定电流特性。另一方面，如图8(e)所示，电流控制电路32向电源电路31 (在本实施方式中，为电流误差计算电路EI)发送用于以较小的电弧产生电流值irl使焊接电流Iw通电的电流控制信号Ir。由此，如图8(f)所示，从时刻t4开始，以电弧产生电流值irl流过焊接电流Iw。电弧产生电流值irl例如是 30 60A，较小。另外，时刻t4的决定方法后面说明。并且，如图8(c)所示，在时刻t5，消耗电极15从前进进给状态变化为后退进给状态。(3)电弧产生期间Ta(时刻t6 )在时刻t6，消耗电极15和母材W分离，电弧al产生。在时刻t6，由于以较小的电弧产生电流值irl流过焊接电流Iw，所以能够抑制在电弧al产生时发生的焊渣的产生。如图8(d)所示，在时刻t6，由于电弧al的产生，焊接电压Vw的值急剧上升。基于该焊接电压 Vw的上升，电弧状态检测电路36判断为电弧al产生。然后，电弧状态检测电路36向电流控制电路32发送表示电弧al产生的电弧状态信号Asd。电流控制电路32在从接受到表示电弧al产生的电弧状态信号Asd的时刻开始经过了某固定时间的时刻t7，使电源特性切换信号Sw从低电平变化为高电平。由此，电源电路31的电源特性变化为恒定电压特性。这样，如图8 (f)所示，焊接电流Iw上升至加热母材W所需的充分的值，再次进行与上述相同的工序。在以上工序中，时刻t4在电流控制电路32中决定。时刻t4的决定方法的一例如下。首先，电流控制电路32基于与发生短路断开的第1短路断开时刻(在本实施方式中是时刻to)相关的第1短路断开时信息，求取与时刻to后的发生短路断开的第2短路断开时刻(在本实施方式中是时刻t6)相关的第2短路断开时信息。第1短路断开时信息例如是发生短路断开的时刻to、时刻to下的旋转角θ (t)、时刻to下的变化量Vl(t)、时刻to 下的速度V2(t)的值等。在本实施方式中，第1短路断开时信息是时刻t0的旋转角θ (t)。 同样地，第2短路断开时信息例如是发生短路断开的时刻t6、时刻t6下的旋转角θ (t)、时刻t6下的变化量Vl(t)、时刻t6下的速度V2(t)的值等。在本实施方式中，第2短路断开时信息是时刻t6的旋转角θ (t)。S卩，如果在时刻t0解除短路而产生电弧al，则电流控制电路32从电弧状态检测电路36接受表示电弧al产生的电弧状态信号Asd。这样，电流控制电路32基于从进给路径长变化装置17发送的旋转角信号S θ，识别作为第1短路断开时信息的时刻t0的旋转角θ (t)为θ 3。在本实施方式中，速度V2(t)周期性地发生变化。 由此，电流控制电路32预测再次断开短路后电弧al产生的时刻的旋转角θ (t)(第2短路断开时信息)为θ 3。接着，电流控制电路32基于预测作为第2短路断开时信息的旋转角θ (t)为θ 3 这一情况，预测时刻t0后发生短路断开从而电弧al产生的时刻为时刻t6。然后，电流控制电路32将时刻t6的设定时间Td前的时刻决定为时刻t4。设定时间Td例如为100 500 μ S。接着，说明本实施方式的作用效果。在电弧焊接装置1中，使图6所示的进给路径长La发生变化。通过具有凸轮机构 173的进给路径长变化装置17使进给路径长La的变化量Vl (t)发生变化。由此，能够仅仅通过使电动机171正转而使变化量Vl (t)发生变化。由此，将焊丝进给装置16的消耗电极 15的进给速度Fw设为固定，如图8(c)所示，能够周期性地反复进行消耗电极15的前进进给以及后退进给。由此，通过使焊丝进给装置16的进给电动机161正转及倒转，与使消耗电极15前进进给及后退进给的情况相比，能够响应性更好地进给消耗电极15。因此，即使在高速切换消耗电极15的前进进给和后退进给的情况下，也能够响应性良好地进给消耗电极15。其结果是，能够进行稳定的焊接。此外，在电弧焊接装置1中，进给路径长变化装置17使管道电缆19相对焊炬14直线往复运动。由此，在电弧焊接装置1中，在焊接稳定状态下，将焊炬14和母材W之间的距离保持为固定，能够使消耗电极15前进进给及后退进给。如果能够将焊炬14和母材W之间的距离保持固定，则由于喷嘴142中的开口 143和母材W之间的距离也为固定，所以在焊接稳定状态下，保护气体SG的供给状态难以发生变化。这种情况对进行稳定的焊接有利。在本实施方式中，如图8(c)所示，在本实施方式的焊接稳定状态下，不依赖于焊接电流Iw和焊接电压Vw的值的变化，按照速度V2(t)为固定的周期的周期函数的方式进给消耗电极15。并且，按照追随速度V2(t)的方式来反复进行短路期间Ts和电弧产生期间 Ta。在这样的构成中，由于并不基于焊接电流Iw和焊接电压Vw的变化使速度V2(t)发生变化，所以存在不会发生消耗电极15的进给的响应延迟这样的问题的优点。此外，如果速度V2 (t)是固定的周期的周期函数，则能够以大致固定周期反复进行短路期间Ts和电弧产生期间Ta。由此，能够进行稳定的焊接。
12
在本实施方式中，利用速度V2(t)为固定的周期的周期函数这一情况，预测时刻 t0之后发生短路断开从而电弧al产生的时刻为时刻t6。然后，在时刻t6的设定时间Td 前的时刻t4，减少焊接电流Iw。通过这样决定减少焊接电流Iw的时刻，由此在时刻t6发生短路断开前，能够确实降低焊接电流Iw的值。这适于抑制电弧al的产生时的焊渣的产生。另外，也可以如上所述决定时刻t4，降低焊接电流Iw的值。也可以在消耗电极15 和母材W短路后，且时刻t5(消耗电极15从前进进给的状态变化为后退进给的状态的时刻)以前，降低焊接电流Iw。短路的断开被认为是从消耗电极15的后退进给开始经过某程度的时间后发生的。这样，即使在时刻t5以前降低焊接电流Iw，也能够在短路断开前，确实地降低焊接电流Iw的值。进给路径长变化装置17的支架175可以不固定在卷材套管191上，而固定在包覆管192上。下面，使用图9、图10说明本发明的第2实施方式。另外，在这些图中，对与上述实施方式相同或类似的要素附加与上述实施方式相同的符号。图9是表示本实施方式的电弧焊接系统中的机器人控制装置和电源装置的详细情况的方框图。本实施方式的电弧焊接系统A2包括电弧焊接装置1、机器人控制装置2、和电源装置3。由于电弧焊接装置1及机器人控制装置2与上述实施方式相同，所以省略说明。电弧焊接系统A2在电源装置3还包括设定时间存储电流391、392和短路期间电流值存储电路393这一点上，与上述电弧焊接系统Al不同，其他点相同。设定时间存储电路391存储作为第2设定时间的设定时间Tcl的值，设定时间存储电路392存储设定时间Tc2。短路期间电流值存储电路393存储短路期间电流值ir2。设定时间Tcl、Tc2及短路期间电流值ir2的各值例如从示教器23输入，并经由动作控制电路 21存储在各存储电路中。下面，使用图10针对使用了电弧焊接系统A2的电弧焊接方法，说明与上述实施方式不同的点。(1)电弧产生期间Ta(时亥Ij t0 时刻t3)〈时刻t0 时刻tsl>电弧产生期间Ta是用于产生电弧al并加热母材W的期间。在本实施方式中，如图10(g)所示，在电弧产生期间Ta中的时刻tl 时刻tsl中，电源特性切换信号Sw为高电平。由此，在时刻tl 时刻tsl，电源电路31的电源特性为恒定电压特性。此外，如图 10(c)所示，在时刻t2，消耗电极15从后退进给的状态变化为前进进给的状态。〈时刻tsl 时刻t3>如图10(g)所示，电流控制电路32在时刻tsl，使电源特性切换信号Sw从高电平变化为低电平。由此，电源电路31的电源特性变化为恒定电流特性。另一方面，如图10(e) 所示，电流控制电路32向电源电路31(在本实施方式中为电流误差计算电路EI)发送用于以较小的电弧产生电流值irl使焊接电流Iw通电的电流设定信号Ir。由此，如图10(f)所示，从时刻tsl开始，焊接电流Iw以电弧产生电流值irl流动。电弧产生电流值irl为例如30 60A，较小。另外，时刻tsl的决定方法后面说明。
(2)短路期间Ts (时刻t3 时刻t6)〈时刻t3 时刻t4>通过前进进给消耗电极15，在时刻t3，消耗电极15和母材W接触，从而消耗电极 15和母材W短路。在时刻t3，由于以较小的电弧产生电流值irl流过焊接电流Iw，所以能够抑制在消耗电极15和母材W的短路时可能产生的焊渣的产生。如图10(d)所示，在时刻 t3，通过消耗电极15和母材W发生短路，焊接电压Vw的值急剧降低。基于该焊接电压Vw 的值的降低，电弧状态检测电路36判断为电弧al消灭。然后，电弧状态检测电路36向电流控制电路32发送表示电弧al消灭的电弧状态信号Asd。如图10(e)所示，电流控制电路 32在从接受到表示电弧al消灭的电弧状态信号Asd的时刻开始经过设定时间Tc2后的时刻ts2，向电源电路31发送用于以短路期间电流值ir2流过焊接电流Iw的电流设定信号 Ir。由此，如图10(f)所示，焊接电流Iw上升，以短路期间电流值ir2流过。短路期间电流值ir2比电弧产生电流值irl大，例如为325 375A。在时刻ts2 时刻t4，由于焦耳热， 消耗电极15熔融，消耗电极15和母材W的接触面积慢慢变大。由此，从消耗电极15流向母材W的焊接电流Iw的电阻值变小，焊接电流Iw的值慢慢上升。如图10(c)所示，在时刻 t3 时刻t4，消耗电极15被前进进给。但是，在时刻t3 时刻t4，消耗电极15由于上述熔融软化，而难以屈曲。在时刻t4以后，进行再次减少焊接电流Iw的值等与在上述实施方式中说明过的工序相同的工序。在以上工序中，时刻tsl在电流控制电路32中决定。时刻tsl的决定方法的一例如下。首先，电流控制电路32基于与发生短路的第1短路发生时刻(在本实施方式中是时刻to’)相关的第1短路发生时信息，求取与时刻to’后的发生短路的第2短路发生时刻 (在本实施方式中为时刻t3)相关的第2短路发生时信息。第1短路发生时信息例如是发生短路的时刻to’、时刻to’下的旋转角θ (t)、时刻to’下的变化量Vl(t)、时刻to’下的速度V2(t)的值等。在本实施方式中，第1短路发生时信息是时刻to’下的旋转角θ α)。 同样地，第2短路发生时信息例如是发生短路的时刻t3、时刻t3下的旋转角θ (t)、时刻t3 下的变化量Vl(t)、时刻t3下的速度V2(t)的值等。在本实施方式中，第2短路发生时信息是时刻t3下的旋转角e(t)。S卩，如果在时刻t0’发生短路，则电流控制电路32从电弧状态检测电路36接受表示电弧al消灭的电弧状态信号Asd。这样，电流控制电路32基于从进给路径长变化装置17发送的旋转角信号S θ，识别作为第1短路发生时信息的时刻t0’ 下的旋转角θ (t)为θ 4。在本实施方式中，速度V2(t)周期性地发生变化。由此，电流控制电路32预测再次发生短路的时刻的旋转角θ (t)(第2短路发生时信息)为θ 4。接着，电流控制电路32基于预测作为第2短路发生时信息的旋转角θ⑴为θ 4 这一情况，预测时刻t0’后发生短路的时刻为时刻t3。然后，电流控制电路32将时刻t3的设定时间Tcl前的时刻决定为时刻tsl。设定时间Tcl例如为50 200 μ S。下面，说明本实施方式的作用效果。在本实施方式中，利用速度V2(t)为固定的周期的周期函数这一情况，预测时刻 t0’后发生短路的时刻为时刻t3。然后，在时刻t3的设定时间Tcl前的时刻tsl，减少焊接电流Iw。通过这样决定减少焊接电流Iw的时刻，在时刻t3发生短路前，能够确实降低焊接电流Iw的值。这适于抑制短路发生时的焊渣的产生。此外，在本实施方式中，也具有与在第1实施方式中说明的相同的有利点。另外， 在本实施方式中，在时刻tsl，在时刻t4，都将焊接电流Iw减少至电流值iwl，但是也可以在时刻tsl、t4将焊接电流Iw减少至不同的值。可以是，在时刻tsl，基于预测作为第2短路发生时信息的旋转角θ (t)为θ 4这一情况，减少焊接电流Iw，并且，之后不基于作为第1 第2短路消除时信息的旋转角θ (t)，在消耗电极15的进给从前进进给变化为后退进给的时刻t5前，再次减少焊接电流Iw。如上所述，优选在时刻tsl减少焊接电流Iw后，使焊接电流Iw上升，在时刻t4再次减少，但也可以采用仅仅在时刻tsl减少焊接电流Iw的构成。本发明的范围不限定为上述实施方式。本发明的各部分的具体构成可以自由进行各种设计变更。
权利要求
1.一种电弧焊接方法，其特征在于，反复进行由前进进给期间和后退进给期间组成的单位期间，其中，在该前进进给期间中，消耗电极中由焊炬包围的部位的从上述焊炬朝向母材的速度为正的值，在该后退进给期间中，上述速度为负的值，该电弧焊接方法包括将上述速度作为周期函数，进给上述消耗电极的工序，其中，在该周期函数中，1个周期为上述单位期间；在上述各前进进给期间中，使上述消耗电极与上述母材短路的工序；以及在上述各后退进给期间中，断开上述消耗电极和上述母材之间的短路的工序。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于， 该电弧焊接方法还包括基于与发生了上述短路的断开的第1短路断开时刻相关的第1短路断开时信息，求取与上述第1短路断开时刻之后的发生上述短路的断开的第2短路断开时刻相关的第2短路断开时信息的工序；以及基于上述第2短路断开时信息，在上述第2短路断开时刻的第1设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路断开前准备工序。
3.根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于， 该电弧焊接方法还包括如果上述消耗电极和上述母材发生短路，则在从上述前进进给期间转移至上述后退进给期间之前，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路断开准备工序。
4.根据权利要求2或3所述的电弧焊接方法，其特征在于， 该电弧焊接方法还包括基于与发生了上述消耗电极和上述母材之间的短路的第1短路发生时刻相关的第1短路发生时信息，求取与上述第1短路发生时刻之后的发生上述消耗电极和上述母材之间的短路的第2短路发生时刻相关的第2短路发生时信息的工序；基于上述第2短路发生时信息，在上述第2短路发生时刻的第2设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的短路发生前准备工序；以及在上述第2短路发生时刻之后及上述短路断开准备工序之前，使上述焊接电流的值上升的工序。
5.根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于， 该电弧焊接方法还包括基于与发生了上述消耗电极和上述母材之间的短路的第1短路发生时刻相关的第1短路发生时信息，求取与上述第1短路发生时刻之后的发生上述消耗电极和上述母材之间的短路的第2短路发生时刻相关的第2短路发生时信息的工序；以及基于上述第2短路发生时信息，在上述第2短路发生时刻的设定时间前的时刻，使从上述消耗电极流向上述母材的焊接电流的值减少的工序。
全文摘要
本发明提供一种能够进行稳定的焊接的电弧焊接方法。该电弧焊接方法反复进行由前进进给期间(TW1)和后退进给期间(TW2)组成的单位期间(TW)，其中，在该前进进给期间(TW1)中，消耗电极(15)中由焊炬包围的部位从上述焊炬朝向母材(W)的速度(V2(t))为正的值，在该后退进给期间(TW2)中，速度(V2(t))为负的值，该电弧焊接方法包括将速度(V2(t))作为周期函数，进给消耗电极(15)的工序，其中，在该周期函数中，1个周期为单位期间(TW)；在各前进进给期间(TW1)中，使消耗电极(15)与母材(W)短路的工序；以及在各后退进给期间(TW2)中，断开消耗电极(15)和母材(W)之间的短路的工序。根据这样的构成，能够进行稳定的焊接。
文档编号B23K9/32GK102441722SQ201110246649
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年9月30日
发明者惠良哲生, 田中利幸 申请人:株式会社大亨