[发明专利]等离子弧焊的监视方法以及等离子弧焊装置

说明书

技术领域

本发明涉及能够实现高能量密度、高速度且高品质的焊接的等离子弧焊的监视方法以及等离子弧焊装置。

背景技术

一般来说，等离子弧焊与熔化极气体保护电弧(GMA)焊接、钨极气体保护电弧(GTA)焊接等相比，其能量密度高。因此，能够实现一边使等离子弧从母材表面侧向里面侧贯通一边焊接的、所谓小孔焊接(keyhole welding)。如果能够实现小孔焊接，则无需进行从母材里面侧开始的焊接作业，所以焊接作业效率大幅提高。但是，该小孔焊接中，由于例如焊接过程中母材温度升高、大气温度、或者由接地方式所致的磁吹等各种各样的原因，在施工过程中小孔的变动容易变得不稳定，所以必须总是一边确认焊接状况一边推进作业。

作为以往的焊接状况的确认方法，例如在下面的专利文献1中，提出了通过监视从被焊接物的小孔窜出的电弧焰的偏转角θ来确认焊接状况的方法。另外，在下面的专利文献2中提出了下述方法：将背面保护夹具以覆盖焊接部的方式紧贴被焊接物的里侧，检测在该背面保护夹具与母材之间所产生的电压，并且将该电压与基准电压进行比较，通过研究其偏差来确认焊接状况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭62-89570号公报

专利文献2:日本特开昭62-93072号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，关于上述专利文献1所公开的那样的方法，因为必须在被焊接物的下面沿其焊接线设置背面保护夹具并且在该背面保护夹具设置多个受光元件，所以耗费成本、工时。另外，该电弧焰因磁吹等各种原因而变动，所以仅靠监视其偏转角度θ难以正确地判定焊接状况。另一方面，在上述专利文献2所公开的那样的方法中，将在背面保护夹具与母材之前所产生的电压与基准电压进行比较并仅基于其偏差作出判断，所以难以准确地检测出焊接过程中是否有异常。另外，在任一以往方法中都特别难以判定影响焊接品质的母材里面侧的熔透焊道是否良好。

因此，本发明是为了解决这些问题而提出的，其目的是提供在进行小孔焊接时能够高精度地判定能否得到无垂落且无不规整的稳定的恒定高度的熔透焊道(penetration bead)的新式等离子弧焊的监视方法以及等离子弧焊装置。

用于解决问题的手段

为了解决这些问题，本发明人们进了大量的研究和实验，结果发现了焊接时在母材里侧所形成的熔池的摆动变动(振动数)与焊接时所输出的焊接电压的变化(频率)之间的关联性，最终得到了本发明。

即，在如上所述利用等离子弧进行小孔焊接的情况下，如图2所示，在母材15的里侧且在小孔(等离子弧)的焊接方向后方，沿其长度方向形成了熔池P，该熔池P由因从焊炬10发出的等离子弧16的热而熔融了的母材15形成。而且，明确了：该熔池P在焊接方向上前后摆动，从而形成了稳定的恒定高度的熔透焊道。如果此时熔池P的摆动(变动)过大则熔融金属会垂落，因此明确了熔池P的摆动(变动)存在用于形成稳定的恒定高度的熔透焊道的固有频率(例如30到40Hz)。另外，该固有频率也因母材15的材质和/或、熔池P的大小(质量)、粘度等而不同。而且，本发明人们基于这些认知进一步详细研究该熔池P的摆动(变动)，结果发现了该熔池P的摆动(变动)与对小孔焊接时所输出的焊接电压进行了频率解析时的峰值频率的分布有关系。另外，也明确了这些关系在使用恒定电流和脉冲电流作为焊接电流的情况下也会有不同。

因此，为了达成上述目的，第1方案是一种等离子弧焊的监视方法，是对一边在被焊接物的焊接部利用等离子弧形成小孔一边在该焊接部连续焊接的状况进行监视的方法，其特征在于，包括：输出电压测量步骤，对利用恒定电流进行焊接时的输出电压进行测量；焊接电压频率解析步骤，对在该输出电压测量步骤中测量出的输出电压中的、可能与所述焊接时在母材的里侧所形成的熔池的振动相关的焊接电压进行频率解析，求出峰值频率及其分布；峰值频率确定步骤，基于该焊接电压频率解析步骤的频率解析结果来确定可能与所述熔池的振动相关的几个峰值频率；和判定步骤，将在该峰值频率确定步骤中确定出的峰值频率与预先设定的频率范围进行比较以判定焊接良否。

根据这样的方法，则仅通过将与焊接时在母材的里侧所形成的熔池的振动相关的峰值频率、与预先设定的频率范围进行比较，就能够高精度地判定小孔焊接良否、即高精度地判定在利用恒定电流进行小孔焊接时能否得到无垂落且无不规整的稳定的恒定高度的熔透焊道。