[發明專利]等離子弧焊的監視方法以及等離子弧焊裝置

無效

• 申請號: 201280056511.4
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN103945975A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 細谷和道;山本光;中嶋徹;佐藤豐幸;和田勝則;金丸周平
• 申請（專利權）人: 日立建機株式會社
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00;B23K10/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳偉;李文嶼

技術領域

本發明涉及能夠實現高能量密度、高速度且高品質的焊接的等離子弧焊的監視方法以及等離子弧焊裝置。

背景技術

一般來說，等離子弧焊與熔化極氣體保護電弧(GMA)焊接、鎢極氣體保護電弧(GTA)焊接等相比，其能量密度高。因此，能夠實現一邊使等離子弧從母材表面側向里面側貫通一邊焊接的、所謂小孔焊接(keyhole?welding)。如果能夠實現小孔焊接，則無需進行從母材里面側開始的焊接作業，所以焊接作業效率大幅提高。但是，該小孔焊接中，由于例如焊接過程中母材溫度升高、大氣溫度、或者由接地方式所致的磁吹等各種各樣的原因，在施工過程中小孔的變動容易變得不穩定，所以必須總是一邊確認焊接狀況一邊推進作業。

作為以往的焊接狀況的確認方法，例如在下面的專利文獻1中，提出了通過監視從被焊接物的小孔竄出的電弧焰的偏轉角θ來確認焊接狀況的方法。另外，在下面的專利文獻2中提出了下述方法：將背面保護夾具以覆蓋焊接部的方式緊貼被焊接物的里側，檢測在該背面保護夾具與母材之間所產生的電壓，并且將該電壓與基準電壓進行比較，通過研究其偏差來確認焊接狀況。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開昭62-89570號公報

專利文獻2:日本特開昭62-93072號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

但是，關于上述專利文獻1所公開的那樣的方法，因為必須在被焊接物的下面沿其焊接線設置背面保護夾具并且在該背面保護夾具設置多個受光元件，所以耗費成本、工時。另外，該電弧焰因磁吹等各種原因而變動，所以僅靠監視其偏轉角度θ難以正確地判定焊接狀況。另一方面，在上述專利文獻2所公開的那樣的方法中，將在背面保護夾具與母材之前所產生的電壓與基準電壓進行比較并僅基于其偏差作出判斷，所以難以準確地檢測出焊接過程中是否有異常。另外，在任一以往方法中都特別難以判定影響焊接品質的母材里面側的熔透焊道是否良好。

因此，本發明是為了解決這些問題而提出的，其目的是提供在進行小孔焊接時能夠高精度地判定能否得到無垂落且無不規整的穩定的恒定高度的熔透焊道(penetration?bead)的新式等離子弧焊的監視方法以及等離子弧焊裝置。

用于解決問題的手段

為了解決這些問題，本發明人們進了大量的研究和實驗，結果發現了焊接時在母材里側所形成的熔池的擺動變動(振動數)與焊接時所輸出的焊接電壓的變化(頻率)之間的關聯性，最終得到了本發明。

即，在如上所述利用等離子弧進行小孔焊接的情況下，如圖2所示，在母材15的里側且在小孔(等離子弧)的焊接方向后方，沿其長度方向形成了熔池P，該熔池P由因從焊炬10發出的等離子弧16的熱而熔融了的母材15形成。而且，明確了：該熔池P在焊接方向上前后擺動，從而形成了穩定的恒定高度的熔透焊道。如果此時熔池P的擺動(變動)過大則熔融金屬會垂落，因此明確了熔池P的擺動(變動)存在用于形成穩定的恒定高度的熔透焊道的固有頻率(例如30到40Hz)。另外，該固有頻率也因母材15的材質和/或、熔池P的大小(質量)、粘度等而不同。而且，本發明人們基于這些認知進一步詳細研究該熔池P的擺動(變動)，結果發現了該熔池P的擺動(變動)與對小孔焊接時所輸出的焊接電壓進行了頻率解析時的峰值頻率的分布有關系。另外，也明確了這些關系在使用恒定電流和脈沖電流作為焊接電流的情況下也會有不同。

因此，為了達成上述目的，第1方案是一種等離子弧焊的監視方法，是對一邊在被焊接物的焊接部利用等離子弧形成小孔一邊在該焊接部連續焊接的狀況進行監視的方法，其特征在于，包括：輸出電壓測量步驟，對利用恒定電流進行焊接時的輸出電壓進行測量；焊接電壓頻率解析步驟，對在該輸出電壓測量步驟中測量出的輸出電壓中的、可能與所述焊接時在母材的里側所形成的熔池的振動相關的焊接電壓進行頻率解析，求出峰值頻率及其分布；峰值頻率確定步驟，基于該焊接電壓頻率解析步驟的頻率解析結果來確定可能與所述熔池的振動相關的幾個峰值頻率；和判定步驟，將在該峰值頻率確定步驟中確定出的峰值頻率與預先設定的頻率范圍進行比較以判定焊接良否。

根據這樣的方法，則僅通過將與焊接時在母材的里側所形成的熔池的振動相關的峰值頻率、與預先設定的頻率范圍進行比較，就能夠高精度地判定小孔焊接良否、即高精度地判定在利用恒定電流進行小孔焊接時能否得到無垂落且無不規整的穩定的恒定高度的熔透焊道。