等離子-mig焊接方法及焊炬的制作方法

等離子-mig焊接方法及焊炬的制作方法
【專利摘要】提供一種不依賴于MIG焊接電源的控制就能夠減少飛濺量的等離子-MIG焊接方法及焊炬。等離子-MIG焊接方法是使用了等離子-MIG焊接裝置的焊接方法，該等離子-MIG焊接裝置通過將等離子焊炬部和MIG焊炬(9)以互不相同的朝向分離規定距離地配置而形成，該等離子焊炬部包括等離子噴嘴及等離子電極，該MIG焊炬(9)包括MIG焊嘴及焊絲(10)，所述等離子-MIG焊接方法的特征在于，使等離子電弧(21)相對于焊絲(10)的前端部分局部地重疊而進行加熱，在促進了焊絲(10)的熔融的狀態下，在作為消耗電極的焊絲(10)的前端(11)與工件(W)之間以不發生短路的方式進行MIG焊接。
【專利說明】等離子-MIG焊接方法及焊炬

【技術領域】
[0001]本發明涉及通過等離子對消耗電極式焊接進行輔助的技術，尤其是涉及等離子-MIG焊接方法及焊炬。

【背景技術】
[0002]以往，已知有MIG焊接方法(metal inert gas welding)。如圖6所示，以往的典型的MIG焊炬具備MIG焊嘴101、在該焊嘴內穿過的焊絲102、保護噴嘴103。并且，例如從作為直流電源的未圖示的MIG用焊接電源經由供電用的MIG焊嘴101向作為消耗電極的焊絲102供給電力而產生電弧(MIG電弧)104。此時，向MIG焊嘴101與保護噴嘴103之間供給氬等保護氣體105。如圖6所示，MIG焊嘴101和保護噴嘴103的中心軸一致(同軸)，MIG焊嘴101和保護噴嘴103的前端側與工件W的表面對置。S卩，MIG焊嘴101的前端側向下，當作為焊接材料的焊絲102熔融時，熔滴106從前端向大致正下方的工件W的表面落下，使工件W的表面生成熔池107。
[0003]另外，以往，已知有等離子-MIG焊接方法(例如，參照專利文獻I)。如圖7所示，以往的典型的等離子-MIG焊炬具備用于向作為消耗電極的焊絲210供電的MIG焊嘴201、等離子電極202、等離子噴嘴203及保護噴嘴204。在此，作為中空電極的等離子電極202由被水冷后的導電性構件構成，配設在MIG焊嘴201的外側。等離子噴嘴203配設在等離子電極202的外側，保護噴嘴204配設在等離子噴嘴203的外側。向MIG焊嘴201與等離子電極202之間供給Ar或Ar+C02的混合氣體這樣的中心氣體205，向等離子電極202與等離子噴嘴203之間供給等離子氣體(工作氣體)206，向等離子噴嘴203與保護噴嘴204之間供給Ar或Ar+C02的混合氣體這樣的保護氣體207。并且，例如從作為直流電源的未圖示的MIG用焊接電源經由MIG焊嘴201向焊絲210供給電力來產生MIG電弧208。而且，從未圖示的等離子用焊接電源向等離子電極202供給電力而產生等離子電弧209。
[0004]如圖7所示，MIG焊嘴201及焊絲210、等離子電極202、等離子噴嘴203、保護噴嘴204的中心軸一致(同軸)，它們的前端側與工件W的表面對置。即，MIG焊嘴201、等離子電極202、等離子噴嘴203、保護噴嘴204的前端側向下，當作為焊接材料的焊絲210熔融時，熔滴向大致正下方的工件W的表面落下。而且，由于MIG焊嘴201與等離子電極202同軸，因此如圖7所示，以將經由MIG焊嘴201供給的焊絲210、及MIG電弧208包入的方式產生等離子電弧209。而且，由于為同軸，因此為了避免發生電弧回彈，需要將未圖示的MIG用焊接電源的正極與MIG焊嘴201連接，并將未圖示的等離子用焊接電源的正極與等離子電極202連接。需要說明的是，此時，各電源的負極與工件W連接。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2011-121057號公報
[0008]發明要解決的課題
[0009]通常，在MIG中，產生熔融后的焊絲向周圍的飛濺。此時的飛濺量根據熔滴的過渡模型的種類而不同。熔滴的過渡模型例如根據焊接電流的大小而存在區別，已知有約300A以上的大電流區域的噴射過渡、約150A以下的小電流區域的短路過渡、其中間的中電流區域的溶滴過渡等。
[0010]焊接電流的大小的不同例如與作為焊接對象而設想的工件的材質的不同或厚度的不同建立對應。在此，設想例如工件的材質相同且厚度不同的情況。例如，作為船舶、原子能、橋梁、建筑物等所使用的工件，設想例如板厚大約為20?30mm的工件。將它們稱為厚板區域的工件。而且，例如，作為機動車等的車身所使用的工件，設想例如板厚為約2_的工件或將幾張重疊而為4_左右的工件。將它們稱為薄板區域的工件。
[0011]在薄板區域的工件的MIG焊接時，設想大約200A以下的電流區域。該電流區域中的熔滴的過渡模型通常為短路過渡。在熔滴的過渡模型為短路過渡時，提出并進行了如下方法等:通過MIG焊接電源的通電波形控制，來利用焊接電壓來檢測例如短路的前后的時亥IJ，從而進行調整焊接電流的控制，由此使飛濺量減少。然而，MIG焊接電源的控制帶來的飛濺量的減少效果存在界限。


【發明內容】

[0012]因此，在本發明中，其課題在于解決上述的問題，提供一種不依賴于MIG焊接電源的控制，就能夠使飛濺量減少的等離子-MIG焊接方法及焊炬。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]為了解決上述課題，本申請諸
【發明者】在等離子-MIG焊接中對熔滴的過渡模型與飛濺量的關系進行了各種研究。其結果是，發現了如下情況:使用MIG焊炬與等離子焊炬部分離而形成為不同軸的焊炬，利用等離子對在MIG焊炬中被供電的焊絲的熔融進行輔助，通過等離子對焊絲進行加熱，由此使熔滴不發生短路過渡地從焊絲的前端落下，從而能夠減少飛濺。
[0015]為了解決上述課題，本發明的等離子-MIG焊接方法是使用了等離子-MIG焊接裝置的焊接方法，該等離子-MIG焊接裝置通過將等離子焊炬部和MIG焊炬以互不相同的朝向分離規定距離地配置而形成，該等離子焊炬部包括等離子噴嘴及等離子電極，該MIG焊炬包括MIG焊嘴及焊絲，所述等離子-MIG焊接方法的特征在于，使等離子電弧相對于所述焊絲的前端部分局部地重疊而進行加熱，在促進了所述焊絲的熔融的狀態下，在作為消耗電極的所述焊絲的前端與被焊接物之間以不發生短路的方式進行MIG焊接。
[0016]由此，在MIG焊炬中，在MIG焊嘴穿過的焊絲的熔融由等離子促進，從而焊絲熔融而產生的熔滴進行空中散布，而不會發生短路。因此，即使實際上供給熔滴的過渡模型成為短路過渡那樣的低的MIG焊接電流，對于焊絲的前端部分而言，也能起到好像供給了熔滴的過渡模型成為滴落過渡那樣的大小的MIG焊接電流的效果。因此，不依賴于MIG焊接電源的控制，就能夠減少飛濺量。
[0017]另外，本發明的等離子-MIG焊接方法優選的是，對所述焊絲從向所述MIG焊炬供給的保護氣體的噴嘴的前端突出的突出部分中的一部分即前端部分進行加熱。
[0018]由此，不是將焊絲突出的突出部分整體地加熱，因此通過適當變更加熱的部分，從而能夠使焊絲熔融而產生的熔滴的尺寸成為所希望尺寸。因此，通過對焊絲的突出部分中的加熱的部分的長度進行管理，能夠使熔滴的過渡穩定。
[0019]另外，本發明的等離子-MIG焊接方法優選的是，在所述焊絲的所述突出部分中，對該焊絲的直徑的3?10倍的長度的前端部分進行加熱。
[0020]由此，焊絲熔融而產生的熔滴的尺寸減小，因此熔滴的過渡穩定。因此，能夠有效地減少飛濺量。
[0021]另外，本發明的等離子-MIG焊接方法優選的是，以通過促進所述焊絲的熔融而產生該焊絲的直徑的I?2倍的直徑的熔滴的方式進行加熱。由此，熔滴的尺寸與溶滴過渡的情況相比，減小為大約1/3至1/2，因此熔滴的過渡穩定，能夠有效地減少飛濺量。
[0022]另外，本發明的焊炬是在上述任一個等離子-MIG焊接方法中使用的等離子-MIG焊接裝置的焊炬，其特征在于，等離子焊炬部和MIG焊炬以互不相同的朝向分離規定距離而配置，該等離子焊炬部包括等離子噴嘴及等離子電極，該MIG焊炬包括MIG焊嘴及焊絲，所述等離子焊炬部和所述MIG焊炬配設在使等離子電弧相對于所述焊絲的前端部分能夠局部地重疊的位置，所述等離子焊炬部的中心軸線和所述MIG焊炬的中心軸線以銳角交叉。
[0023]根據上述結構，由于焊炬能夠使等離子電弧相對于焊絲的前端部分局部地重疊而進行加熱，因此在促進了焊絲的熔融的狀態下，在焊絲的前端與被焊接物之間能夠以不發生短路的方式進行MIG焊接。
[0024]發明效果
[0025]根據本發明，不依賴于MIG焊接電源的控制，就能夠減少飛濺量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是使用了本發明的等離子-MIG焊接方法時的焊絲前端的示意圖，(a)表示MIG焊接的開始時的焊絲前端的狀態，(b)表示由等離子進行加熱的加熱開始時的焊絲前端的狀態，(c)表示等離子電弧穩定化后的焊絲前端的狀態，(d)表示熔融金屬從焊絲前端分離的狀態。
[0027]圖2是焊炬的示意圖，(a)表示收納于焊炬的等離子焊炬部和MIG焊炬，(b)表示用于確定等離子焊炬部相對于MIG焊炬的相對位置及噴嘴的朝向的配置的參數的設計例。
[0028]圖3是表示用于實施本發明的等離子-MIG焊接方法的焊接系統的結構的示意圖。
[0029]圖4是比較例的穿透焊接方法的步驟的說明圖，(a)表示挖孔洞工序，(b)表示挖孔洞完成及等離子電弧的消弧，(c)表示填孔洞工序，(d)表示穿透焊接時的MIG焊接電流及等離子焊接電流的時間變化。
[0030]圖5是將本發明的等離子-MIG焊接方法適用于穿透焊接時的步驟的說明圖，(a)表示挖孔洞工序，(b)表示填孔洞工序，(c)表示穿透焊接時的MIG焊接電流及等離子焊接電流的時間變化。
[0031]圖6是現有技術的MIG焊炬的結構的示意圖。
[0032]圖7是現有技術的等離子MIG焊炬的結構的示意圖。

【具體實施方式】
[0033]參照附圖，詳細說明用于實施本發明的方式(稱為實施方式)。
[0034][1.等離子-MIG焊接方法的概要]
[0035]在此，參照圖1 (a)、(b)、(c)、(d)，來說明本發明的實施方式的等離子-MIG焊接方法的概要。
[0036]在圖1(a)所示的MIG焊炬9上連接未圖示的MIG用焊接電源的正極，并電源的負極與作為母材的工件W連接。當開始MIG焊接時，從MIG焊炬9送出的焊絲(以下，簡記為焊絲10)因供電而前端11發熱，與工件W之間產生MIG電弧12，電子在工件W與電極(焊絲10)之間搬運電荷13。通常，帶有電荷的焊絲與熔池接觸(短路)時產生飛濺。
[0037]在本實施方式的等離子-MIG焊接方法中，如圖1(b)所示，利用來自未圖示的等離子焊炬部的等離子20，對在MIG焊炬9處被供電的焊絲10的熔融進行輔助來對焊絲10進行加熱。由此，促進焊絲10的前端11的熔融。
[0038]在本實施方式的等離子-MIG焊接方法中，如圖1(c)所示，等離子20進入焊絲10與工件W之間，由此MIG電弧12由等離子電弧21包裹，使MIG電弧12穩定。
[0039]在本實施方式的等離子-MIG焊接方法中，如圖1(d)所示，在焊絲10與工件W之間，熔滴14在空中分離(空中散布)，向工件W熔入。此時，熔滴14從焊絲前端11在空中分離，因此熔滴14不帶有電荷。在以往的短路過渡中，帶有電荷的焊絲因與熔池接觸(短路)而產生飛濺，但是根據本實施方式的等離子-MIG焊接方法，由于存在等離子產生的焊絲前端熔融輔助效果，因此即便供給一般的成為短路過渡那樣的MIG焊接電流，熔滴14的過渡模式實際上也不會成為短路過渡，而成為滴落過渡。由此，能夠減少飛濺。而且，不帶有電荷的熔滴14的浸潤性良好，能夠良好地熔合于熔池。
[0040]本實施方式的等離子-MIG焊接方法可以通過將MIG焊炬9和產生等離子電弧的焊炬一起具備的等離子-MIG焊接裝置來實現。該等離子-MIG焊接裝置具備的焊炬2的示意圖如圖2(a)、(b)所示。
[0041]圖2(a)所示的焊炬2兼帶收納等離子焊炬部8和MIG焊炬9的功能、作為向MIG焊炬9供給的保護氣體用的保護噴嘴的功能。在該焊炬2中，等離子焊炬部8與MIG焊炬9以互不相同的朝向分離規定距離，且等離子焊炬部8的中心軸線與MIG焊炬9的中心軸線以銳角(例如15° )交叉地配置。等離子焊炬部8在圖2(a)中為朝向左下方向，MIG焊炬9的方向及穿過的焊絲10的送出方向在圖2(a)中為朝向右下方向。
[0042]等離子焊炬部8由等離子弧焊所使用的一般的等離子焊炬構成，例如，包括等離子噴嘴及等離子電極。MIG焊炬9由MIG焊接所使用的一般的MIG焊炬構成，例如，包括MIG焊嘴及焊絲10。在圖2(a)中，利用焊嘴和焊嘴內部的焊絲10來簡化表示MIG焊炬9。
[0043]例如，用于確定等離子焊炬部8相對于MIG焊炬9的相對位置及噴嘴的朝向的配置的參數的設計例如圖2(b)所示。在此，例如設想出坐標空間，其以等離子焊炬部8的等離子電極的前端的中心為坐標原點，在紙面上取得作為鉛垂面的XY平面(Z = 0)，并在與紙面垂直的進深方向上取得Z軸。但是，為了便于說明，在圖2(b)的焊炬2中，例如，說明XY平面(Z = O)內的相對位置。需要說明的是，在圖2(b)中，使圖2(a)所示的焊炬2右旋(順時針)地旋轉規定角度而由虛線表示。
[0044]在圖2(b)中，作為一例，通過等離子焊炬部8的噴嘴的軸線L1，來確定等離子焊炬部8的方向。通過MIG焊炬9的MIG焊嘴中的焊絲10的送出引導的軸線L2，來確定MIG焊炬9的方向。軸線L1與軸線L2在圖2(b)中以角度Θ交叉。通過等離子焊炬部8的等離子電極的前端的位置P1，來確定等離子焊炬部8的位置。通過MIG焊炬9的MIG焊嘴前端的位置P2，來確定MIG焊炬9的位置。在軸線L1上，從等離子焊炬部8的主體向位置P1的朝向表示等離子焊炬部8的噴嘴的朝向。在軸線L2上，從MIG焊炬9的主體向位置P2的朝向表示MIG焊炬9的噴嘴的朝向。等離子焊炬部8的噴嘴的朝向從MIG焊炬9的噴嘴的朝向傾斜角度Θ。
[0045]這種情況下，在軸線L1的方向上，等離子焊炬部8相對于MIG焊炬9的相對距離為R2，在與軸線L1正交的方向上，等離子焊炬部8相對于MIG焊炬9的相對距離為％。因此，例如，若將軸線L1的方向作為X方向并將與軸線L1工交的方向作為Y方向，則通過X方向及Y方向的偏移量(RpR2)，能夠決定等離子焊炬部8相對于MIG焊炬9的相對位置。只要以來自等離子焊炬部8的等離子20對焊絲10的前端部分進行加熱而使熔滴能夠不發生短路地過渡的方式相對于MIG焊炬9來配置等離子焊炬部8即可，上述的參數的值沒有特別限定。
[0046]焊絲10從向MIG焊炬9供給的保護氣體的噴嘴的前端突出的突出部分的長度如圖2(b)所示由T表示。而且，其中，突出部分的一部分的前端部分的長度如圖2(b)所示由D表示。等離子20瞄準長度D的前端部分而對焊絲10進行加熱。在使熔滴不發生短路地過渡時，焊絲10的突出部分的一部分即前端部分的長度D優選為焊絲的直徑的3?10倍的長度。由此，焊絲10熔融而產生的熔滴的尺寸減小，因此使熔滴的過渡穩定。例如在焊絲直徑為Imm的情況下，只要為D = 3?1mm的范圍即可。
[0047]另外，在使熔滴不發生短路地過渡時，若以通過等離子促進被供電的焊絲10的熔融而使產生的熔滴的直徑成為焊絲的直徑的I?2倍的方式進行加熱，則飛濺量減少，因此優選。例如在焊絲直徑為Imm的情況下，只要使熔滴的尺寸為I?2mm的范圍即可。需要說明的是，在溶滴過渡的情況下，在焊絲直徑為Imm時，熔滴的尺寸成為3?4mm或這以上的大小，從而飛濺量增多。
[0048][2.焊接系統的結構]
[0049]在此，參照圖3，說明用于實施本發明的等離子-MIG焊接方法的焊接系統的結構。焊接系統I是用于對重合的多個工件W進行穿透焊接的機器人弧焊系統。穿透焊接方法具有用于形成貫通孔的階段(以下，稱為挖孔洞工序Pl)和在挖孔洞工序Pl之后向貫通孔填充焊絲的階段(以下，稱為填孔洞工序P2)。在填孔洞工序P2中實施本發明的等離子-MIG焊接方法。
[0050]穿透焊接方法中，前提是在工件上挖孔洞，使其貫通而形成孔，并立即填埋，因此當填埋開始時，孔馬上變為孔洞。由此，以下按照如下的方式來區別孔與孔洞。將貫通后、填埋前的狀態稱為貫通孔。將貫通前對工件進行挖掘時的狀態或在貫通后填埋貫通孔時的狀態稱為孔洞。通過穿透焊接而形成于工件的貫通孔通常孔的上端的口的直徑、下端的口的直徑及兩端的中途的直徑不同。因此，將孔的上口的直徑稱為上孔徑，將孔的下口的直徑稱為下孔徑。
[0051]如圖3所示，焊接系統I主要具備焊炬2、機器人3、機器人控制裝置4、焊接電源
5、焊絲供給裝置6、焊接控制裝置7。而且，雖然省略圖示，但焊接系統I還具備工作氣體儲存瓶、保護氣體儲存瓶、氣體流量調整器、遠距離控制器等。在圖3中，圖示了使3張板狀的工件W重合時的工件截面來作為一例。而且，在此，說明了工件間沒有間隙的情況。
[0052]需要說明的是，機器人控制裝置4及焊接控制裝置7例如具備CPU (CentralProcessing Unit)、ROM(Read Only Memory)>RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard DiskDrive)、輸入輸出接口等。
[0053]焊炬2具備等離子焊炬部8和MIG焊炬9。
[0054]等離子焊炬部8是在填孔洞工序P2中為了對MIG焊接進行輔助而使用的焊炬。而且，等離子焊炬部8在挖孔洞工序Pl中為了形成貫通多個工件W的貫通孔而使用。在等離子焊炬部8上形成有用于進行等離子弧焊的等離子電極、等離子噴嘴，向等離子焊炬部8供給氬等工作氣體及保護氣體。等離子焊炬部8使作為等離子電極的鎢電極與水冷后的約束噴嘴(等離子噴嘴)之間產生導弧，通過該導弧的熱量將工作氣體等離子化而噴出，從而在等離子焊炬部8與工件W之間產生等離子電弧。作為保護氣體，供給通常使用的MAG氣體(Ar+COjg合氣體)等。
[0055]MIG焊炬9是用于進行MIG焊接的焊炬。MIG焊炬9具備:為了向作為消耗電極的焊絲10供電而收納在MIG焊炬9內的焊嘴(MIG焊嘴)；在該焊嘴的中心穿過的焊絲10。該MIG焊炬9在填孔洞工序P2中使用，填埋貫通孔而將重合的多個工件W熔合。在MIG焊炬9中，作為消耗電極的焊絲10從焊絲供給裝置6向焊嘴的中心送入，并向焊絲10的周圍供給保護氣體(Ar+C02)。
[0056]機器人3例如是多軸多關節型的焊接機器人，在前端側的臂3a上安裝有焊炬2。機器人3利用電動機使各關節運動，從而能夠使焊炬2移動。
[0057]機器人控制裝置4與機器人3連接，基于焊接路徑等的輸入指令或預先存儲的指令來控制機器人3的動作或姿態。
[0058]焊接電源5將弧焊用的電力向焊炬2供給。在此，如圖3所示，焊接電源5主要具備等離子電源51、MIG電源52、氣體供給裝置53。需要說明的是，雖然省略圖示，但焊接電源5還具備電壓.電流檢測器、MIG焊接所需的控制電路等。
[0059]等離子電源51在挖孔洞工序Pl及填孔洞工序P2中向等離子焊炬部8供給電力。該等離子電源51的負極與等離子焊炬部8的鎢電極電連接，等離子電源51的陽極與工件W電連接。等離子電源51的輸出特性通常為定電流特性，由此將電弧穩定后的電弧電流保持為恒定值。通過該定電流控制，根據測定出的電弧電壓能夠推定電弧長度。
[0060]MIG電源52在填孔洞工序P2(MIG焊接中)中向MIG焊炬9供給電力。該MIG電源52的陽極經由MIG焊炬9的MIG焊嘴而與焊絲10 (消耗電極)電連接，MIG電源52的負極與工件W電連接。MIG電源52的輸出特性為定電壓特性，由此，將電弧穩定后的電弧長度保持為恒定值。
[0061]氣體供給裝置53從未圖示的氣體儲存瓶向焊炬2供給焊接用的保護氣體。而且，氣體供給裝置53從未圖示的氣體儲存瓶向焊炬2供給用于形成等離子的工作氣體。氣體供給裝置53按照來自焊接控制裝置7的指令信號，通過未圖示的開閉閥來調節以規定壓力流入的工作氣體或保護氣體的流量。為了避免等離子電弧變得不穩定，在填孔洞工序P2中(MIG焊接中)，優選使等離子氣體的氣體量為例如3L/min以下。
[0062]焊絲供給裝置6與MIG電源52連接。焊絲供給裝置6在填孔洞工序P2中(MIG焊接中)，將從未圖示的焊絲收納器經由送出路送出的焊絲向MIG焊炬9送出。
[0063]焊接控制裝置7通過執行挖孔洞工序Pl中的處理和填孔洞工序P2的處理來控制焊接電源5。
[0064]焊接控制裝置7在挖孔洞工序Pl中對焊接電源5進行驅動，由此通過等離子弧焊來形成將重合的多個工件W貫通的貫通孔。即，焊接控制裝置7對等離子電源51、氣體供給裝置53及等離子焊炬部8進行驅動。
[0065]焊接控制裝置7在填孔洞工序P2中對焊接電源5進行驅動，由此通過MIG焊接來向貫通孔填充焊絲。即，焊接控制裝置7對MIG電源52、氣體供給裝置53及MIG焊炬9進行驅動。此時，焊接控制裝置7將在挖孔洞工序Pl中為了挖孔洞而使用的等離子電源51及等離子焊炬部8保持繼續驅動。由此，焊接控制裝置7向從MIG焊炬9送出的焊絲10的前端照射來自等離子焊炬部8的等離子電弧，來促進焊絲10的前端的熔融。
[0066][3.將等離子MIG方法適用于穿透焊接時的效果的具體例]
[0067]在此，為了與本發明的等離子MIG方法進行比較，作為比較例，設想出以與焊接系統I的前述的挖孔洞工序Pl中的處理和填孔洞工序P2的處理不同的步驟來進行穿透焊接的焊接系統。參照圖4(a)、(b)、(c)、(d)，對該比較例的焊接系統的穿透焊接方法的步驟進行說明。需要說明的是，對于與圖3所示的焊接系統I同樣的結構，標注相同符號而適當省略說明。
[0068]〈3-1.穿透焊接方法的比較例〉
[0069]比較例的焊接系統在挖孔洞工序Pl中，如圖4(a)所示，通過焊炬2內的等離子焊炬部8，利用等離子弧焊來對工件W挖掘孔洞。然后，如圖4(b)所示，當形成所希望尺寸的貫通孔而挖孔洞完成時，對等離子電弧進行消弧。然后，如圖4(c)所示，通過MIG焊接進行填孔洞。此時的MIG焊接電流及等離子焊接電流的時間變化的一例如圖4(d)所示。
[0070]圖4(d)的坐標圖的橫軸表示時間，縱軸表示焊接電流。而且，在坐標圖中，實線表示等離子焊接電流，虛線表示MIG焊接電流。比較例的焊接系統在時刻t1;以等離子焊接電流的規定電流值I1(例如100A)開始挖孔洞工序P1。比較例的焊接系統在時刻12完成挖孔洞工序Pl時，使等離子焊接電流為OA而對等離子電弧進行消弧。另一方面，在該時刻t2，以MIG焊接電流的規定電流值I2 (例如150A)開始填孔洞工序P2。然后，比較例的焊接系統在時刻t3完成填孔洞工序P2時，使MIG焊接電流為OA而對MIG電弧進行消弧。
[0071]〈3-2.穿透焊接方法的實施例〉
[0072]接下來，參照圖5(a)、(b)、(c)，說明實現本發明的等離子MIG方法的焊接系統I的穿透焊接方法的步驟。
[0073]焊接系統I在挖孔洞工序Pl中，如圖5 (a)所示，通過焊炬2內的等離子焊炬部8，利用等離子弧焊來對工件W挖掘孔洞。然后，當形成所希望尺寸的貫通孔而挖孔洞完成時，不對等離子電弧進行消弧，而如圖5(b)所示那樣進行填孔洞。此時，如圖1(b)、(c)、(d)所示，通過等離子20將焊絲10的前端11選擇性地加熱而使其熔融。此時的MIG焊接電流及等離子焊接電流的時間變化的一例如圖5(c)所示。
[0074]圖5(c)的坐標圖的橫軸、縱軸、坐標圖的實線及虛線分別表示與圖4(d)的坐標圖相同的情況。需要說明的是，圖5(c)的規定電流值I1與圖4(d)的規定電流值I1不同，圖5(c)的時刻t4、t5、t6與圖4(d)的時刻tp t2、t3不同。
[0075]焊接系統I在時刻t4，以等離子焊接電流的規定電流值I1 (例如100A)開始挖孔洞工序P1。焊接系統I在時刻t5即使完成挖孔洞工序P1，也將等離子焊接電流維持為規定電流值Ilt5而且，在該時刻t5，以MIG焊接電流的規定電流值I1 (例如100A)開始填孔洞工序P2。然后，焊接系統I在時刻〖6完成填孔洞工序P2時，使等離子焊接電流及MIG焊接電流為OA而分別對等離子電弧及MIG電弧進行消弧。
[0076]需要說明的是，在圖5(c)的規定電流值I1與圖4(d)的規定電流值I1相同的情況下(例如100A)，圖5 (c)的時刻t4?t5的期間(例如2秒)及時刻t5?t6的期間(例如
0.6秒)與圖4(d)的時刻h?t2的期間(例如2秒)及時刻t2?t3的期間(例如0.6秒)分別一致。
[0077]根據進行穿透焊接方法的實施例的焊接系統I，在填孔洞工序P2中對MIG焊接附加等離子的輔助，因此與比較例相比，能夠減少MIG焊接電流，起到飛濺減少效果。
[0078]如以上說明那樣，本發明的實施方式的等離子-MIG焊接方法通過等離子來促進MIG焊炬9的焊絲10的熔融，使焊絲10熔融而產生的熔滴不發生短路地進行空中散布。因此，即使實際上供給了熔滴的過渡模型若是通常的話則成為短路過渡那樣的低的MIG焊接電流，也能夠使熔滴的過渡模型成為滴落過渡。因此，不依賴于MIG焊接電源的控制，就能夠減少飛濺量。
[0079]以上，說明了本發明的等離子-MIG焊接方法的優選的實施方式，但是本發明沒有限定為上述的實施方式。例如，雖然將等離子MIG方法適用于穿透焊接方法，但并不是必須在工件上開孔。即，本發明的等離子-MIG焊接方法并不局限于向穿透焊接的適用，即使在簡單堆起的情況下，在進行MIG焊接時通過利用等離子進行輔助，也能夠減少飛濺。
[0080]本發明的等離子-MIG焊接方法不依賴于MIG焊接電源的控制，就能夠減少飛濺，因此MIG焊接電源可以是直流電源也可以是脈沖電源。而且，也可以將本發明的等離子-MIG焊接方法適用于MAG焊接。
[0081]實施例
[0082]作為本發明的等離子-MIG焊接方法的效果，通過利用等離子對MIG焊絲進行加熱，從而能夠使熔滴不進行短路過渡，使其進行空中散布而進行滴落過渡，為了確認該效果，將等離子焊炬部8和MIG焊炬9以互不相同的朝向分離規定距離而配置，來進行以下的實驗I及實驗2。
[0083]各實驗中共用的條件如以下所述。MIG焊接電流(也簡稱為MIG電流)為恒定值(150A)。焊絲的直徑為1mm。
[0084]< 實驗 1>
[0085]使MIG焊接電流為恒定值，使等離子焊接電流增減，并使其他的條件不變而測定了飛濺量。此時的測定條件及測定結果的一覽如表I所示。需要說明的是，詳情在后文敘述。
[0086]< 實驗 2>
[0087]使MIG焊接電流為恒定值，使焊絲10的突出長度T (參照圖2(b))增減，并使其他的條件不變而測定了飛濺量。此時的測定條件及測定結果的一覽如表I所示。需要說明的是，詳情在后文敘述。
[0088][表 I]
[0089]
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[0090]在表I中，等離子電流表示等離子焊接電流。而且，突出長度T表示圖2(b)所示的長度T。
[0091]在表I中，短路次數表示熔滴過渡模式中的進行了短路過渡的次數，滴落次數表示進行了滴落過渡的次數。進行了該熔滴過渡的次數利用高速相機觀測來計數。在此，滴落過渡是指熔融的焊絲不會與工件發生接觸或短路且熔滴從離開工件的上部位置朝向工件飛來而著落于工件的、熔融焊絲的過渡方式。
[0092]熔滴朝向工件飛來而著落于工件時的落下方式例如包括砰砰地(日語原文:> > )落下、滴答滴答地(日語原文:夕夕)落下、啪嗒啪嗒地(日語原文:,夕,
夕)落下、啪嚓啪嚓地(日語原文:Kf Y > Kf Y > )落下這樣的落下方式。需要說明的是，此時的落下方式與溶滴過渡那樣的成為球狀而在縮頸力下扯斷時的吧嗒(日語原文:*'夕y y )、吧嗒這樣的落下方式不同。
[0093]在表I中，MIG電弧狀態不穩定相當于電弧長度過大的情況。熔滴尺寸表示利用高速相機觀測并算出多個熔滴的尺寸的平均值所得到的值。MIG飛濺表示在飛濺產生時算出在I個打點處產生的飛濺量的平均值所得到的值。其通過將飛散的飛濺物進行回收而求出總重量，并除以焊接打點總數來算出。
[0094]實驗I的結果在表I中如樣品N0.1?樣品N0.6所示，實驗2的結果在表I中如樣品N0.7?樣品N0.11所示。需要說明的是，樣品N0.4與樣品N0.9表示相同的實施例(實施例2)。
[0095]< 實驗 1>
[0096]在實驗I中，使MIG焊接電流為150A，使等離子焊接電流如O、100、125、150、175、200A那樣變化，并使其他的條件不變而測定了飛濺量。此時的樣品N0.1?樣品N0.6依次為比較例1、比較例2、實施例1、實施例2、實施例3、比較例3。
[0097]在比較例I中，由于沒有等離子對焊絲的加熱，因此來自焊絲的熔滴的過渡模式成為短路過渡模式。因此，在短路前后產生了飛濺。
[0098]在比較例2中，等離子對焊絲的加熱少，焊絲的熔融不充分，因此來自焊絲的熔滴的過渡模式成為短路過渡模式。因此，在短路前后產生了飛濺。
[0099]在實施例1?3中，因等離子對焊絲的加熱而焊絲熔融，熔滴的過渡模式成為滴落過渡模式。因此，飛濺減少。
[0100]在比較例3中，由于等離子對焊絲的過度熱量輸入，焊絲向上側抬起而熔融。由此熔滴過度地生長，與實施例1?3相比，熔滴的尺寸擴大。并且，因電弧長度過大而電弧發生不穩定化。
[0101](實驗I的總結)
[0102]在實驗I中，確認了在MIG焊接電流為150A、突出長度為20mm的測定條件的情況下，使等離子焊接電流為125?175A時，能夠使熔滴不發生短路過渡，使其進行空中散布而進行滴落過渡，能夠減少飛濺量。尤其是使等離子焊接電流為150A時，每I打點的飛濺量能夠最為減少。
[0103]〈實驗2>
[0104]在實驗2中，使MIG焊接電流為150A，使突出長度如15、18、20、22、25mm那樣變化，且使其他的條件不變而測定了飛濺量。此時的樣品N0.7?樣品N0.11依次為比較例4、實施例4、實施例2、實施例5、比較例5。
[0105]在比較例4中，等離子對焊絲的加熱少，焊絲的熔融不充分，因此來自焊絲的熔滴的過渡模式成為短路過渡模式。因此，在短路前后產生了飛濺。
[0106]在實施例4、2、5中，因等離子對焊絲的加熱而焊絲熔融，熔滴的過渡模式成為滴落過渡模式。因此，飛濺減少。
[0107]在比較例5中，由于等離子對焊絲的過度熱量輸入，焊絲向上側抬起而熔融。由此熔滴過度地生長，與實施例4、2、5相比，熔滴的尺寸擴大。并且，因電弧長過大而電弧發生不穩定化。
[0108](實驗2的總結)
[0109]在實驗2中，確認了在MIG焊接電流為150A、等離子焊接電流為150A的測定條件的情況下，使突出長度為18?22mm時，能夠使熔滴不發生短路過渡，使其進行空中散布而進行滴落過渡，能夠減少飛濺量。尤其是使突出長度為20_時，每I打點的飛濺量能夠最為減少。
[0110]符號說明:
[0111]I焊接系統
[0112]2 焊炬
[0113]3機器人
[0114]3a 臂
[0115]4機器人控制裝置
[0116]5焊接電源
[0117]6焊絲供給裝置
[0118]7焊接控制裝置
[0119]8等離子焊炬部
[0120]9 MIG 焊炬
[0121]10 焊絲
[0122]11焊絲前端部
[0123]12 MIG 電弧
[0124]13 電荷
[0125]14 熔滴
[0126]20等離子
[0127]21等離子電弧
[0128]51等離子電源
[0129]52 MIG 電源
[0130]53氣體供給裝置
[0131]W 工件
【權利要求】
1.一種等離子-MIG焊接方法，其是使用了等離子-MIG焊接裝置的焊接方法，該等離子-MIG焊接裝置通過將等離子焊炬部和MIG焊炬以互不相同的朝向分離規定距離地配置而形成，該等離子焊炬部包括等離子噴嘴及等離子電極，該MIG焊炬包括MIG焊嘴及焊絲，所述等離子-MIG焊接方法的特征在于， 使等離子電弧相對于所述焊絲的前端部分局部地重疊而進行加熱，在促進了所述焊絲的熔融的狀態下，在作為消耗電極的所述焊絲的前端與被焊接物之間以不發生短路的方式進行MIG焊接。
2.根據權利要求1所述的等離子-MIG焊接方法，其特征在于， 對所述焊絲從向所述MIG焊炬供給的保護氣體的噴嘴的前端突出的突出部分中的一部分即前端部分進行加熱。
3.根據權利要求2所述的等離子-MIG焊接方法，其特征在于， 在所述焊絲的所述突出部分中，對該焊絲的直徑的3?10倍的長度的前端部分進行加熱。
4.根據權利要求1所述的等離子-MIG焊接方法，其特征在于， 以通過促進所述焊絲的熔融而產生該焊絲的直徑的I?2倍的直徑的熔滴的方式進行加熱。
5.根據權利要求2所述的等離子-MIG焊接方法，其特征在于， 以通過促進所述焊絲的熔融而產生該焊絲的直徑的I?2倍的直徑的熔滴的方式進行加熱。
6.根據權利要求3所述的等離子-MIG焊接方法，其特征在于， 以通過促進所述焊絲的熔融而產生該焊絲的直徑的I?2倍的直徑的熔滴的方式進行加熱。
7.一種焊炬，其是在權利要求1?6中任一項所述的等離子-MIG焊接方法中使用的等離子-MIG焊接裝置的焊炬，其特征在于， 等離子焊炬部和MIG焊炬以互不相同的朝向分離規定距離而配置，該等離子焊炬部包括等離子噴嘴及等離子電極，該MIG焊炬包括MIG焊嘴及焊絲， 所述等離子焊炬部和所述MIG焊炬配設在使等離子電弧相對于所述焊絲的前端部分能夠局部地重疊的位置，所述等離子焊炬部的中心軸線和所述MIG焊炬的中心軸線以銳角交叉。
【文檔編號】B23K9/173GK104136161SQ201380011080
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月18日 優先權日:2012年2月29日
【發明者】村松祐輔, 松本克也, 北川純, 瀨戶田啟志 申請人:本田技研工業株式會社