專利名稱：電弧焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在進行氣體保護電弧焊接的電弧焊接裝置中，包括為設(shè)定保護氣體流量而改良的氣體流量調(diào)節(jié)器的電弧焊接裝置。
背景技術(shù)：
在氣體保護電弧焊接中，需要通過向電弧及熔融池內(nèi)噴射碳酸氣體氣體、氬氣等保護氣體來屏蔽大氣，防止大氣侵入焊接環(huán)境內(nèi)。如果此保護氣體不能切實地覆蓋電弧及熔融池，大氣將侵入焊接環(huán)境內(nèi)。其結(jié)果是，電弧發(fā)生狀態(tài)不能保持穩(wěn)定、產(chǎn)生氣孔、或產(chǎn)生大量飛濺、焊瘤外觀惡化等多種焊接缺陷。
圖9表示進行TIG(Tungsten Inert Gas)焊接時電弧發(fā)生部的示意圖，圖9(A)表示低速焊接的情況，圖9(B)表示高速焊接的情況。
在圖9(A)中，在鎢電極1與被焊接物2之間由圖中未畫出的焊接電源提供電力，產(chǎn)生電弧3。并且，由噴嘴4噴出將電弧3及熔融池5與大氣隔絕的保護氣體6。
圖9(A)表示低速焊接的情況，保護氣體環(huán)境形成相對于鎢電極軸大致對稱的保護區(qū)域。
另一方面，在圖9(B)表示高速焊接的情況，保護區(qū)域向與焊接方向相反的一側(cè)偏移，使焊接部前方的密封性變壞。其結(jié)果是，在焊接部位產(chǎn)生氣孔，不能得到令人滿意的焊接效果。
以前，曾有過改良高速焊接時使用保護氣體將電弧及熔融池與大氣隔離方法的提案。例如，參照圖10對專利文獻1中所公開的高速氣體容器式氣體保護電弧焊接方法進行說明。
圖10表示對現(xiàn)有技術(shù)的高速氣體容器式氣體保護電弧焊接方法進行說明的示意圖。在該圖中，焊具7上安裝了供電棒12，通過供電棒12向焊條13供電。由圖中未畫出的焊接電源向供電棒12與被焊接物2之間提供電力，產(chǎn)生電弧3。另外，保護氣體6從被安裝在焊具7上的噴嘴4中噴出。然后，在焊具7上設(shè)置了高速氣體噴嘴8，壓縮空氣10從該高速氣體噴嘴8的狹窄氣體噴射口9噴射出，形成薄層的氣簾11，將焊接中的焊接部周圍與大氣隔離開。其結(jié)果是，即使是在高速焊接時也可保護電弧3及其周圍的焊接部不受大氣侵入。
但是，在此現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下課題。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，即使焊接速度發(fā)生變化，從高速氣體噴嘴8噴出的壓縮空氣10的數(shù)量也不變、而且很大。通常，由于該壓縮空氣10使用與保護氣體6相同的氣體，增加了保護氣體的消耗成本。
另外，在此現(xiàn)有技術(shù)中，由于直接保護電弧3的保護氣體流量是不變的，如在全姿勢焊接作業(yè)中，當焊接中成為朝上或垂直的姿勢時，直接保護電弧3的保護氣體環(huán)境的濃度會降低。其結(jié)果是，電弧3變得不穩(wěn)定，并且焊接部的密封不充分，由此產(chǎn)生氣孔等缺陷。
專利文獻特開2002-219572號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在氣體保護電弧焊接中即使焊接速度或焊接姿勢發(fā)生變化，仍能形成保持電弧穩(wěn)定、得到無缺陷、健全的焊接部的保護氣體環(huán)境的電弧焊接裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明之一，提供一種電弧焊接裝置，包括機器人控制裝置，其根據(jù)來自懸掛式教導(dǎo)器的焊接速度設(shè)定信號及焊具的動作軌跡數(shù)據(jù)，輸出動作控制信號；機械手，其以上述動作控制信號作為輸入，讓焊具移動；焊接電源，其向上述焊具和被焊接物之間提供電力；氣體流量調(diào)節(jié)器，其調(diào)整從上述焊具噴出的保護氣體流量；進行氣體保護電弧焊接，其特征在于，包括氣體流量設(shè)置電路，其以上述焊接速度設(shè)定信號作為輸入，根據(jù)確定上述焊接速度設(shè)定信號和上述保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)，輸出氣體流量設(shè)定信號；上述氣體流量調(diào)節(jié)器是以上述氣體流量設(shè)定信號作為輸入、自動調(diào)整保護氣體流量的氣體流量自動調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明之二，是在本發(fā)明之一所述的電弧焊接裝置，其特征在于，在上述機器人控制裝置中設(shè)置了焊接姿勢判別電路，其以上述焊具的動作軌跡數(shù)據(jù)作為輸入，判斷焊接姿勢，輸出焊接姿勢判別信號；上述氣體流量設(shè)置電路，是以上述焊接速度設(shè)定信號及上述焊接姿勢判別信號作為輸入，根據(jù)確定上述焊接速度設(shè)定信號及上述焊接姿勢判別信號與上述保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)，輸出氣體流量設(shè)定信號的氣體流量設(shè)置電路。
本發(fā)明的電弧焊接裝置，即使在氣體保護電弧焊接中焊接速度與焊接姿勢發(fā)生變化，也可以形成電弧穩(wěn)定，且能夠得到無缺陷的、健全的焊接部的保護氣體環(huán)境。


圖1表示本發(fā)明電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2表示在TIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。
圖3表示在鋁的MIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。
圖4表示對水平固定管道22進行全姿勢焊接時的焊接姿勢示意圖。
圖5表示在TIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接姿勢與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。
圖6表示在MIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接姿勢與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。
圖7表示在現(xiàn)在技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中，利用TIG焊接進行無焊接添加劑的焊瘤焊接，焊接中切換來自機器人控制裝置16的焊接速度設(shè)定信號Vw時的焊接焊瘤23外觀的示意圖。
圖8表示在現(xiàn)在技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中，利用TIG焊接進行無焊接添加劑的焊瘤焊接，焊接中切換來自機器人控制裝置16的焊接速度設(shè)定信號Vw，在現(xiàn)在技術(shù)中，為保證不產(chǎn)生焊接缺陷，保護氣體流量恒定保持在高速焊接時的保護氣體流量20升/分的情況下與本發(fā)明的保護氣體消耗量的比較示意圖。
圖9表示進行TIG焊接時的電弧發(fā)生部的模式圖。
圖10表示對現(xiàn)有技術(shù)的高速氣體容器式氣體保護電弧焊接方法進行說明的示意圖。
圖中1-鎢電極，2-被焊接物，3-電弧，4-噴嘴，5-熔融池，6-保護氣體，7-焊具，8-高速氣體噴射噴嘴，9-氣體噴出口，10-壓縮空氣，11-高速氣簾，12-供電棒，13-焊條，14-機械手，15-懸掛式教導(dǎo)器，16-機器人控制裝置，17-焊接姿勢判別電路，18-氣體流量設(shè)定電路，19-氣體流量自動調(diào)節(jié)器，20-貯氣瓶，21-焊接電源，22-水平固定管道，23-焊瘤，24-砂眼，Dw-動作軌跡數(shù)據(jù)，Gw-氣體流量設(shè)定信號，Iw-焊接電流，Mc-動作控制信號，P1-焊接位置，P2-焊接位置，P3-焊接位置，P4-焊接位置，Pc-焊接電源輸出控制信號，Pw-焊接姿勢判別信號，S-臨界線，t1-時刻，t2-時刻，t3-時刻，Vw-焊接速度設(shè)定信號。
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。
圖1表示本發(fā)明電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。在機械手14上安裝了焊具7。焊條13由上述焊具7給進，并與被焊接物2之間產(chǎn)生電弧3。
來自懸掛式教導(dǎo)器(Teach Pendant)15的焊接速度設(shè)定信號Vw以及焊具7的動作軌跡數(shù)據(jù)Dw被輸入到機器人控制裝置16。該機器人控制裝置16，基于輸入的焊接速度設(shè)定信號Vw以及焊具7的動作軌跡數(shù)據(jù)Dw輸出動作控制信號Mc。機械手14，以上述動作控制信號Mc作為輸入，移動焊具7。
另外，在該機器人控制裝置16中，設(shè)置焊接姿勢判別電路17，其以上述焊具7的動作軌跡數(shù)據(jù)Dw作為輸入，判斷焊接姿勢，并輸出焊接姿勢判別信號Pw。
另外，上述機器人控制裝置16，同時控制電弧焊接的開始與停止時刻，并輸出控制焊接電源21出力所需的焊接電源出力控制信號Pc。焊接電源21，通過輸入該焊接電源出力控制信號Pc，提供維持電弧焊接所需的焊接電流Iw以及焊接電壓，同時控制上述焊條13的給進，以及控制電弧焊接的開始與停止。
在氣體流量設(shè)定電路18中，設(shè)置確定上述焊接速度設(shè)定信號Vw及上述焊接姿勢判別信號Pw與保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)。該函數(shù)，確定下述焊接速度及焊接姿勢與保護氣體流量的曲線。
然后，該氣體流量設(shè)定電路18，以上述焊接速度設(shè)定信號Vw及上述焊接姿勢判別信號Pw作為輸入，輸出設(shè)定與這些信號相對應(yīng)的保護氣體流量的氣體流量設(shè)定信號Gw。
氣體流量自動調(diào)節(jié)器19，以該氣體流量設(shè)定信號Gw作為輸入，自動調(diào)整由貯氣瓶20供給的保護氣體流量，并提供給焊具7。
以下，對本發(fā)明的電弧焊接裝置的動作進行說明。
從懸掛式教導(dǎo)器15向機器人控制裝置16輸出焊接開始指令信號后，輸出動作控制信號Mc，其基于從懸掛式教導(dǎo)器15預(yù)先輸入的焊接速度設(shè)定信號Vw及焊具7的動作軌跡數(shù)據(jù)Dw。機械手14以該動作控制信號Mc作為輸入，將焊具7移動到焊接開始位置。
焊具7一旦到達焊接開始位置，氣體流量設(shè)定電路18，以焊接速度設(shè)定信號Vw及焊接姿勢判別信號Pw作為輸入，向氣體流量自動調(diào)節(jié)器19輸出設(shè)定與這些信號對應(yīng)的保護氣體流量的氣體流量設(shè)定信號Gw。
氣體流量自動調(diào)節(jié)器19，依據(jù)氣體流量設(shè)定信號Gw自動調(diào)整保護氣體流量，并從焊具7噴出。另外，焊接電源21，以來自機器人控制裝置16的焊接電源出力控制信號Pc作為輸入，輸出焊接電流Iw及焊接電壓，并提供給焊條13，開始電弧焊接。在焊接中，焊具7依據(jù)上述動作控制信號Mc進行移動。當焊具7到達終了位置時，結(jié)束電弧焊接。
參照圖2及圖3，對確定由上述設(shè)置于氣體流量設(shè)置電路18設(shè)定的焊接速度設(shè)定信號Vw與保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)曲線例進行說明。圖2表示在TIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。焊接條件是保護氣體為氬氣，被焊接物厚度為3mm的SUS304不銹鋼，焊接電流為60A～250A。
在該圖中，在臨界線S以上的范圍，由于噴出與焊接速度相匹配的保護氣體流量，所以可得到良好的焊瘤。而在臨界線S以下的范圍，由于相對于焊接速度，保護氣體噴出流量不足，則產(chǎn)生砂眼和氣孔等焊接缺陷。
圖3表示在鋁的MIG焊接中，焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。焊接條件是保護氣體為氬氣，被焊接物厚度為3mm的A5052鋁-鎂合金，焊接電流為60A～250A。
在該圖中，在臨界線S以上的范圍，由于噴出與焊接速度相匹配的保護氣體流量，所以可得到良好的焊瘤。而在臨界線S以下的范圍，由于相對于焊接速度，保護氣體噴出流量不足，則產(chǎn)生砂眼和氣孔等焊接缺陷。
以下，參照圖4～圖6，對確定設(shè)置于上述氣體流量設(shè)置電路18中的焊接速度設(shè)定信號Vw及焊接姿勢判別信號Pw與保護氣體流量之間關(guān)系函數(shù)的曲線例進行說明。
圖4表示對水平固定管道22進行全姿勢焊接時的焊接姿勢示意圖。焊接位置P1為向下焊接的姿勢，焊接位置P2及P4為橫向焊接的姿勢，焊接位置P3為向上焊接的姿勢。
圖5表示在TIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接姿勢與保護氣體流量之間的關(guān)系圖。焊接條件是保護氣體為氬氣，被焊接物為厚度3mm的SUS304不銹鋼，焊接電流為100A，焊接速度為15cm/分。
在該圖中，在臨界線S以上的范圍，由于噴出與焊接姿勢相匹配的保護氣體流量，所以可得到良好的焊瘤。而在臨界線S以下的范圍，由于相對于焊接姿勢，保護氣體噴出流量不足，則產(chǎn)生砂眼和氣孔等焊接缺陷。特別是，在向上姿勢的情況，由于直接保護電弧的保護氣體環(huán)境濃度降低，因此需要例如相當于向下姿勢2倍左右的保護氣體流量。
圖6表示在MIG焊接中，在焊接部不發(fā)生氣孔等焊接缺陷的焊接姿勢與保護氣體流量之間的關(guān)系圖。焊接條件是保護氣體為80％體積的氬氣+20％體積的碳酸氣體，被焊接物為厚度6mm的低碳鋼管，焊接電流為140A～220A，焊接速度為40cm/分。
在該圖中，在臨界線S以上的范圍，由于噴出與焊接姿勢相匹配的保護氣體流量，所以可得到良好的焊瘤。而在臨界線S以下的范圍，由于相對于焊接姿勢，保護氣體噴出流量不足，則產(chǎn)生砂眼和氣孔等焊接缺陷。特別是，在向上姿勢的情況，由于直接保護電弧的保護氣體環(huán)境濃度降低，因此需要例如相當于向下姿勢2倍左右的保護氣體流量。
圖7表示在現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中，在TIG焊接中進行無焊接添加劑的焊瘤焊接，當焊接中切換來自機器人控制裝置16的焊接速度設(shè)定信號Vw時焊接焊瘤23外觀的示意圖。
該圖(A)表示使用現(xiàn)有技術(shù)的電弧焊接裝置進行TIG焊接時焊瘤23外觀的示意圖，該圖(B)表示使用本發(fā)明的電弧焊接裝置進行TIG焊接時焊瘤23外觀的示意圖，該圖(C)表示在現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖。
焊接條件是保護氣體為氬氣，被焊接物厚度為3mm的A5052鋁-鎂合金，當焊接速度為10cm/分時焊接電流為80A，當焊接速度為50cm/分時焊接電流為150A。另外，關(guān)于保護氣體流量，在現(xiàn)有技術(shù)中為10升/分，并恒定不變；而在本發(fā)明中，在時刻t1與時刻t2之間，焊接速度為10cm/分，保護氣體流量為10升/分。但是，在時刻t2與時刻t3之間，焊接速度為50cm/分，保護氣體流量為20升/分。焊接長度為300mm。
在該圖(A)所示的現(xiàn)有技術(shù)中，在時刻t2，盡管焊接速度由10cm/分提高到50cm/分，保護氣體流量仍保持10升/分恒定不變。其結(jié)果是，在焊接速度為50cm/分的時刻t2到時刻t3之間，由于相對于焊接速度，保護氣體噴出流量不足，因此發(fā)生氣孔24等焊接缺陷。
與此相反，在本發(fā)明中，在時刻t2，當焊接速度由10cm/分提高到50cm/分時，由圖1所示的氣體流量設(shè)定電路18根據(jù)焊接速度將保護氣體流量從10升/分提高到20升/分。其結(jié)果是，由于焊接部能夠得到切實地保護，不會產(chǎn)生焊接缺陷。
圖8與圖7同樣，表示在現(xiàn)在技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中，在TIG焊接中進行無焊接添加劑的焊瘤焊接，當焊接中切換來自機器人控制裝置16的焊接速度設(shè)定信號Vw時焊接結(jié)果的示意圖，在現(xiàn)有技術(shù)中，為保證不產(chǎn)生焊接缺陷，讓保護氣體流量恒定保持在20升/分，處于高速焊接時的保護氣體流量時的保護氣體消耗量與本發(fā)明保護氣體消耗量的比較示意圖。
圖8(A)表示在現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的電弧焊接裝置中焊接速度與保護氣體流量之間關(guān)系的示意圖，圖8(B)表示在現(xiàn)有技術(shù)中，讓保護氣體消耗量恒定保持在高速焊接時的保護氣體流量時與在本發(fā)明中保護氣體耗費量的比較圖。
在該圖中，雖然在現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明中都沒有發(fā)生焊接缺陷，但是，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，有顯著節(jié)約保護氣體耗費量的效果。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊接裝置，包括機器人控制裝置，其根據(jù)來自懸掛式教導(dǎo)器的焊接速度設(shè)定信號及焊具的動作軌跡數(shù)據(jù)，輸出動作控制信號；機械手，其以所述動作控制信號作為輸入，讓焊具移動；焊接電源，其向所述焊具和被焊接物之間提供電力；和氣體流量調(diào)節(jié)器，其調(diào)整從所述焊具噴出的保護氣體流量；進行氣體保護電弧焊接，其特征在于，包括氣體流量設(shè)置電路，其以所述焊接速度設(shè)定信號作為輸入，根據(jù)確定所述焊接速度設(shè)定信號和所述保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)，輸出氣體流量設(shè)定信號；所述氣體流量調(diào)節(jié)器是以所述氣體流量設(shè)定信號作為輸入、自動調(diào)整保護氣體流量的氣體流量自動調(diào)節(jié)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧焊接裝置，其特征在于，在所述機器人控制裝置中設(shè)置了焊接姿勢判別電路，其以所述焊具的動作軌跡數(shù)據(jù)作為輸入，判斷焊接姿勢，輸出焊接姿勢判別信號；所述氣體流量設(shè)置電路，是以所述焊接速度設(shè)定信號及所述焊接姿勢判別信號作為輸入，根據(jù)確定所述焊接速度設(shè)定信號及所述焊接姿勢判別信號與所述保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)，輸出氣體流量設(shè)定信號的氣體流量設(shè)置電路。
全文摘要
提供一種電弧焊接裝置，包括基于焊接速度設(shè)定信號及焊具的動作軌跡數(shù)據(jù)輸出動作控制信號的機器人控制裝置、以動作控制信號作為輸入讓焊具移動的機械手、焊接電源、以及調(diào)整從焊具噴出保護氣體流量的氣體流量調(diào)節(jié)器，進行氣體保護電弧焊接，該電弧焊接裝置還包括氣體流量設(shè)置電路，其以焊接速度設(shè)定信號作為輸入按照確定氣體流量信號和保護氣體流量之間關(guān)系的函數(shù)輸出氣體流量設(shè)定信號，氣體流量調(diào)節(jié)器是以氣體流量設(shè)定信號作為輸入、自動調(diào)整保護氣體流量的氣體流量自動調(diào)節(jié)器。這樣，即使在氣體保護電弧焊接中焊接速度與焊接姿勢發(fā)生變化，也可以形成電弧穩(wěn)定，且能夠得到無缺陷的、健全的焊接部的保護氣體環(huán)境。
文檔編號B23K9/12GK1603048SQ20041001204
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者上山智之 申請人:株式會社大亨