電弧焊接控制方法與流程

技術領域

本發明涉及一種使用作為自耗電極的焊絲，使焊絲與被焊接物短路的短路期間和短路斷開而產生電弧的電弧期間交替反復進行的電弧焊接的控制方法。

背景技術：

一直以來，不斷有人提出通過減少進行電弧焊接時所產生的飛濺(spatter)來削減電弧焊接后的返工工時的各種方法。例如，以下的電弧焊接控制方法為人所知，即：將電弧再產生后的電弧初始電流控制成比電弧剛再產生前的電流高的電流值。由此，就確保了電弧剛再產生后的電弧長度，抑制了短路產生，并減少了飛濺(例如，參照專利文獻1)。

圖4表示在進行自耗電極式的電弧焊接的情況下的短路轉移時的焊接電流波形。橫軸是經過時間，縱軸是焊接電流。在圖4中，101表示焊絲與母材(被焊接物)短路的短路期間。102表示在焊絲與母材之間產生電弧的電弧期間。103表示短路斷開而使電弧再產生的電弧再產生時刻。104表示電弧剛再產生前電流(大小)。107表示電弧初始電流(大小)。108表示電弧初始控制時間。109表示從電弧剛再產生前電流104到電弧初始電流107為止的焊接電流的增加斜率。

另外，焊接電流的增加斜率109有意地變緩。其理由是：如果當電弧再產生時急劇地提高焊接電流，則會產生使熔池的振動變大、焊絲前端的熔滴動作也變大的這一現象。這樣一來，容易在焊絲與母材之間產生微小的短路，由微小的短路引起的飛濺就增加。通過使焊接電流的增加斜率109變緩，能夠抑制該飛濺。

另外，電弧初始電流107被控制成為比電弧剛再產生前電流104高的值。由此，能夠在電弧再產生后的早期在焊絲的前端部形成熔滴，能夠提早下一短路的產生，并能夠降低焊接電壓。由此，能夠提高焊接速度，并能夠降低間隙焊接時的焊穿。另外，由于能夠確保電弧剛再產生后的電弧長度，因此，能夠抑制電弧剛再產生后的短路的產生，對飛濺的抑制也有效。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2006-021227號公報

技術實現要素：

如果使用在背景技術所說明的電弧焊接控制方法，對鍍鋅鋼板等進行了表面處理的鋼板進行焊接，則會產生坑孔或氣孔等缺陷。另外，飛濺會多發。其理由通過圖5進行說明。

圖5表示的是在使用背景技術中所說明的電弧焊接控制方法，對鍍鋅鋼板進行焊接的情況下的焊珠剖面的一個示例。

在作為鍍鋅鋼板的上面板3以及下面板4的表面上鍍覆鍍鋅10。鍍鋅10的鋅的沸點是907℃。鋅的沸點比作為鐵的熔點的1536℃低。如果對鍍鋅鋼板進行電弧焊接，則鍍鋅10的鋅氣化，該鋅蒸汽從路徑部11經過熔池向外部擴散。但是，在熔融金屬的凝固速度較快的情況下，鋅蒸汽不能夠充分地擴散到外部，在焊珠7內或焊珠7的表面會作為氣孔16殘留。在氣孔16殘留在焊珠7內的情況下，會成為焊接氣孔。在氣孔16在焊珠7的表面開口的情況下，會成為坑孔。氣孔或坑孔都會損壞焊接結構物的強度。因此，例如，在較多使用鍍鋅鋼板的汽車行業中，需要抑制氣孔或坑孔的產生，特別是在很多情況下會對坑孔的產生量進行限定管理。

另外，由于進行焊接而由鍍鋅鋼板產生的鋅蒸汽會在熔池內浮出，并從熔池的表面被排放出。因此，鋅蒸汽的排放時所噴出的熔融金屬會直接作為飛濺而向外部飛散。或者，鋅蒸汽的排放時所噴出的熔融金屬會與焊絲短路且由于電能的緣故而作為飛濺飛散。因此，也存在產生大量飛濺的問題。

為了解決上述課題，本發明的電弧焊接控制方法是一種以將焊絲與被焊接物短路的短路期間和短路斷開而產生電弧的電弧期間交替地反復的方式，對被焊接物進行焊接的電弧焊接控制方法。如果檢測出短路斷開，則使焊接電流從電弧剛再產生前電流起增加到第一焊接電流，以使增加斜率成為750A/msec以上。

另外，在上述內容的基礎上，本發明的電弧焊接控制方法優選第一焊接電流為300A以上。

另外，在上述內容的基礎上，本發明的電弧焊接控制方法優選若檢測出作為短路斷開的征兆現象的縮頸，則使焊接電流減少到比檢測出縮頸的時刻的焊接電流小的電弧剛再產生前電流。

另外，在上述內容的基礎上，本發明的電弧焊接控制方法優選使焊絲的進給速度以規定的周期和規定的振幅周期性地變化。

另外，在上述內容的基礎上，本發明的電弧焊接控制方法優選被焊接物是進行了表面處理的鋼板。

另外，在上述內容的基礎上，本發明的電弧焊接控制方法優選被焊接物是鍍鋅鋼板。

如上所述，根據本發明，在焊接鍍鋅鋼板等進行了表面處理的鋼板的情況下，難以產生坑孔或氣孔等缺陷，另外，能夠進行飛濺較少的焊接。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施方式1的焊接狀態的圖。

圖2A是從水平方向看到的現有的電弧焊接控制方法中的電弧期間中的焊接部的剖視圖。

圖2B是從水平方向看到的本發明的實施方式1中的電弧期間中的焊接部的剖視圖。

圖2C是表示現有的電弧焊接控制方法中的焊接電流波形的圖。

圖2D是表示本發明的實施方式1中的焊接電流波形的圖。

圖3是表示本發明的實施方式1中的焊絲進給速度、焊接電壓和焊接電流的時間變化的圖。

圖4是表示現有的電弧焊接控制方法中的焊接電流的時間變化的圖。

圖5是表示利用現有的電弧焊接控制方法來焊接鍍鋅鋼板的情況下的焊珠的剖面的一個示例的圖。

具體實施方式

圖1是表示利用本實施方式的電弧焊接控制方法進行焊接的狀態的圖。圖2A是從水平方向看到的現有的電弧焊接控制方法的電弧期間中的焊接部的剖視圖，相當于圖1的C-C剖視圖。圖2B是從水平方向看到的本實施方式中的電弧期間中的焊接部的剖視圖，相當于圖1的C-C剖視圖。圖2C是表示在利用現有的電弧焊接控制方法進行焊接的情況下的焊接電流波形的圖。圖2D是表示在利用本實施方式的電弧焊接控制方法進行焊接的情況下的焊接電流波形的圖。并且，圖2A對應于圖2C，圖2A表示圖2C中的第一規定時間13中的焊接狀態。圖2B對應于圖2D，圖2B表示圖2D中的第一規定時間13中的焊接狀態。

另外，對于與在背景技術中所說明的圖4或圖5相同的部分，標注相同標號，并省略重復部分的說明。另外，在本實施方式中，作為進行了表面處理的部件，對進行鍍鋅鋼板的焊接的情況進行說明。

圖1表示在使用未圖示的焊接電源裝置或焊絲進給裝置或產業用機器人等進行焊接的情況下的焊接部分的狀態。在圖1中，經由安裝在例如構成產業用機器人的操作器(未圖示)上的焊接用焊炬1，將焊接用的焊絲2利用焊絲進給裝置(未圖示)自動進給。此時，利用焊接電源裝置(未圖示)向焊絲2供電，在焊絲2與作為鍍鋅鋼板的上面板3以及下面板4之間產生電弧5，使焊絲2與上面板3以及下面板4熔融進行焊接。

在本實施方式中，如圖2B的黑色箭頭所示，電弧5產生的電弧力的作用是將熔池6推向與焊接行進方向相反的方向，熔池6以被推向與焊接行進方向相反的方向的方式移動。由此，作為使上面板3和下面板4重合的部分的路徑部11呈露出的狀態。雖然路徑部11的長度相當于上面板3以及下面板4的長度，但在圖2B中將進行焊接的部分的路徑部11露出之處表示為露出部9。

另外，焊接的部分由于電弧5的電弧熱量或來自熔池6的熱傳導的緣故而成為高溫，上面板3以及下面板4成為熔融狀態從而產生熔融部8。熔融部8的溫度超過鋅的沸點，使鋅氣化。在本實施方式中，如圖1或圖2B所示，熔池6被推向與焊接行進方向相反的方向，上面板3和下面板4的路徑部11的露出部9被露出。因此，氣化的鋅蒸汽會容易被排放出到外部。作為鍍鋅氣化的部分的鍍鋅氣化部成為不存在鋅的狀態。

另外，在由于電弧5的電弧力的緣故而使圖2B所示的露出部9完全露出的情況下，鋅蒸汽在不通過熔池6內的情況下被排放出。因此，鋅蒸汽與通過熔池6內的情況相比更容易被排放出，能夠抑制坑孔或氣孔的產生。另外，當鋅蒸汽排放出時，飛濺的產生等就會消失。

另外，在圖2B中，即使熔池6的一部分覆蓋住露出部9，只要所覆蓋的部分的熔池6的厚度是約0.5mm左右以下的較薄的狀態，鋅蒸汽的排放就不會受到阻礙，鋅蒸汽會容易地被排放出到外部。即，由上面板3或下面板4產生的鋅蒸汽能夠由于體積膨脹的緣故而突破覆蓋住露出部9的熔池6而排放出。

如上所述，根據本實施方式的電弧焊接控制方法，在電弧期間中，由于電弧5產生的電弧力的緣故，熔池6被推向與焊接行進方向相反的方向。由此，由于電弧熱以及來自熔池6的熱傳導的原因而成為高溫狀態的路徑部11作為露出部9而露出，由鍍鋅鋼板產生的鋅蒸汽會容易地擴散到外部。于是，促進了氣化的鋅向外部排放出，減少了氣化的鋅經過熔池6排放出的情況。因此，能夠顯著地抑制殘留于焊珠7內的氣孔16。

在這種原理中，用于推動熔池6的主要力是電弧期間中的焊接電流產生的電弧力。該電弧力在當電弧長度短時施加很大的力這一點上是重要的。即，通過在短路斷開的瞬間施加大電流，能夠產生較大的電弧力，并能夠以較大的力量推動熔池6。具體而言，從電弧剛再產生前電流12到第一焊接電流14為止的焊接電流的增加斜率15與第一焊接電流14的大小是重要的參數。

一直以來，一般的做法是有意地使焊接電流的增加斜率15變緩。其理由是：如果急劇地提高焊接電流，則會產生熔池6振動或熔滴動作變大的這一現象，容易產生微小的短路，飛濺會增加。

本實施方式中的鍍鋅鋼板的焊接的情況下也不例外。如圖2D所示，如果將焊接電流的增加斜率15與圖2C所示的現有的焊接電流的增加斜率15相比急劇地提高，則熔池振動或者熔滴動作變大，由微小短路引起的飛濺增加。但是，另一方面，在焊接鍍鋅鋼板的情況下，由鋅蒸汽的排出所引起的飛濺的產生比例要比由微小短路所引起的飛濺的產生比例高。另外，如上所述，由該鋅蒸汽的排出所引起的飛濺，能夠通過使焊接電流的增加斜率15變陡而使推動熔池6的力變大，從而容易排出鋅蒸汽，由此得到大幅度抑制。

即，如果使短路斷開后的焊接電流的增加斜率15變陡，則雖然由于微小短路的緣故產生飛濺的情況變多，但能夠抑制由于鋅蒸發的緣故產生飛濺的情況。并且，由于鋅蒸發導致的飛濺的產生量的比例要比由于微小短路導致的飛濺的產生量高，因此，作為合計的飛濺的產生量在使焊接電流的增加斜率15變陡的情況下會變少。

另外，根據上述本實施方式的電弧焊接控制方法，也能夠大幅度減少坑孔或氣孔的產生。

另外，同樣，如果增大第一焊接電流14，則推動熔池6的力就變強，能夠使露出部9較大程度地露出。由此，能夠抑制飛濺的產生或坑孔、氣孔的產生。另外，在圖2C與圖2D中，第一規定時間是從產生電弧起到第一焊接電流14結束為止的時間。另外，在圖2C與圖2D中，對于焊接電流，如果在短路期間中檢測出作為短路斷開的征兆現象的縮頸的情況，則將焊接電流控制為比檢測出縮頸這一時刻的焊接電流還低的電弧剛再產生前電流12。并且，還示出了如果檢測出短路斷開，則根據焊接電流的增加斜率15來開始增加焊接電流的示例。

表1表示的是從電弧剛再產生前電流12起到第一焊接電流14為止的焊接電流的增加斜率15和第一焊接電流14的值的組合與缺陷的關系。在表1中，在焊接后，將通過目測或進行X射線分析而在表面或內部未發現缺陷的情況設為“○”；將發現缺陷的情況設為“×”進行了表示。

【表1】

未發現缺陷的情況：○/發現缺陷的情況：×

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

在滿足上述條件的情況下，不會產生可通過目測發現的表面缺陷、即不會產生坑孔，并且還能夠抑制可通過X線解析發現的氣孔的產生，飛濺的產生量也少。相反，在不滿足上述條件的情況下，會產生大量的坑孔或氣孔，飛濺的產生量也多。

如上所述，通過將焊接電流的增加斜率15以及第一焊接電流14(電流最大值)設為合理值，能夠進行坑孔或氣孔的產生少、飛濺的產生量也少的焊接。

另外，第一焊接電流14只要是300A以上即可，焊接電流的增加斜率15只要是750A/msec即可。但是，根據輸出焊接電流的焊接電源裝置的能力的不同，實際上能夠輸出的第一焊接電流14的大小或焊接電流的增加斜率15會受到限制。在此，例如，如果焊接電流的增加斜率15超過4000A/msec，則會過度地推動熔池，導致產生微小短路或使熔滴動作變得不穩定，由此使飛濺增加。因此，優選將焊接電流的增加斜率15設為750A/msec以上且4000A/msec以下。

另外，作為一個示例，表1示出了焊接方法為MAG焊接，使用焊絲半徑為1.2mm的實心焊絲，板厚度為2.3mm的重合板，并且每平方米的重量為45g/m²的情況下的焊接的結果。

另外，在以CO₂焊接作為焊接方法的情況下，與MAG焊接相比，電弧的集中性(指向性)更強。因此，CO₂焊接中的第一焊接電流14的最大值優選為450A以下。如果第一焊接電流14的最大值超過450A，則雖然與板厚度有關，但會容易產生焊接對象物的焊穿。

另外，如圖2C或圖2D所示，如果在電弧剛產生之前檢測出作為短路斷開的征兆的焊絲2的縮頸狀態，則將焊接電流急劇地降低為比電弧剛產生之前的焊接電流還低的值，即，通過將焊接電流急劇地降低成比檢測出縮頸狀態時的焊接電流還低的電弧剛再產生前電流12，能夠減少電弧產生時的飛濺。

另外，作為焊絲的進給控制，反復進行向焊接對象物的方向進給的正送(前進進給)與向其相反方向進給的反送(后退進給)，由此，能夠提高焊接性能。在后退進給焊絲2的情況下，將焊絲2與熔池6之間的距離控制成規定的距離(例如，1mm到10mm左右)，由此，提高焊接的穩定性。即，通過將焊絲2后退進給，能夠增大焊絲2的前端部與熔池6之間的距離，并能夠抑制微小短路，因此，能夠抑制飛濺的產生。

而且，正送的情況下的進給速度要比一般進行的恒定進給焊接的情況下的進給速度高。因此，容易產生短路，確定會產生短路，具有減少飛濺的效果。另外，當反送時，由于能夠機械性地斷開短路，因此，能夠確定會斷開短路。因此，由于能夠減少在短路剛斷開之后產生的短路(微小短路)，因此，能夠減少飛濺。

在本實施方式中，如圖3所示，在反送(后退進給)焊絲2的期間，短路期間結束，電弧期間開始；在正送(前進進給)焊絲2的期間，電弧期間結束，短路期間開始。

如圖3所示，焊絲2的上述正送控制以及反送控制也可以設為：以規定的周期WF和規定的振幅Wv周期地反復進行焊絲進給速度的正送和反送。另外，圖3的焊絲進給速度，以周期性的進給為示例表示了正弦波狀的情形。但是，并不局限于此，也可以是梯形波狀或鋸齒波狀，只要是周期性的波形即可。

另外，雖未圖示，但也可以不是圖3所示的周期性進給控制，而進行如下控制，即：如果檢測出焊接狀態為短路狀態，則進行反送；如果檢測出焊接狀態為電弧狀態，則進行正送。

產業上的可利用性

根據本發明，在使用焊接用的焊絲，對鍍鋅鋼板等進行了表面處理的母材進行焊接的情況下，推動熔池以使作為部件的重合部分的路徑部露出，由此，使由母材產生的氣體容易從露出部排放出。這樣，能夠顯著地抑制氣孔等孔的產生以及飛濺的產生，在產業上，作為對鍍鋅鋼板等進行了表面處理的部件的這種焊接時產生氣體的母材進行的電弧焊接控制方法非常有用。

附圖標記的說明

1 焊炬

2 焊絲

3 上面板

4 下面板

5 電弧

6 熔池

7 焊珠

8 熔融部

9 露出部

10 鍍鋅

11 路徑部

12 電弧剛再產生前電流

13 第一規定時間

14 第一焊接電流

15 焊接電流的增加斜率

16 氣孔

101 短路期間

102 電弧期間

103 電弧再產生時刻

104 電弧剛再產生前電流

107 電弧初始電流

108 電弧初始控制時間

109 焊接電流的增加斜率