水平角焊方法、水平角焊系统以及程序
阅读：366发布：2020-05-14
专利汇可以提供水平角焊方法、水平角焊系统以及程序专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供 水 平 角 焊 方法、水平角焊系统以及程序。在水平角焊中，抑制焊道外观不良以及 焊接 缺陷 的产生。焊接系统将对接 立板 与下板而成的对接部作为焊接线，使 电极 以该焊接线为中心摆动，沿着焊接线进行焊接。在摆动中，使电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端，当到达下板侧的摆动端时，相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端，在下板侧与立板侧重复这样的摆动的动作。，下面是水平角焊方法、水平角焊系统以及程序专利的具体信息内容。
1.一种水平角焊方法，在该水平角焊方法中，将对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心摆动，沿着该焊接线进行焊接，
其特征在于，
在所述摆动中，使所述电极朝向焊接行进方向的前方移动至所述下板侧的摆动端，当所述电极到达该下板侧的摆动端时，使所述电极相对于该焊接行进方向朝向后方移动至所述立板侧的摆动端，在该下板侧与该立板侧重复该摆动的动作。
2.根据权利要求1所述的水平角焊方法，其特征在于，
在所述摆动中，当使所述电极朝向所述焊接行进方向的前方移动至所述下板侧的摆动端时，该电极的轨道与同所述焊接行进方向相反的方向所成的角度即下板侧移动角度β为
185度以上250度以下，
当使所述电极相对于所述焊接行进方向朝向后方移动至所述立板侧的摆动端时，该电极的轨道与同该焊接行进方向相反的方向所成的角度即立板侧移动角度α为5度以上85度以下，
所述立板侧移动角度α与所述下板侧移动角度β的关系为，α＞(β-180)，其中，α与β的单位为“度”。
3.根据权利要求2所述的水平角焊方法，其特征在于，
在所述摆动中，所述立板侧移动角度α为10度以上45度以下，所述下板侧移动角度β为
185度以上215度以下。
4.根据权利要求1所述的水平角焊方法，其特征在于，
相对于所述下板使所述电极倾斜的焊炬倾斜角度为从下板起30度以上60度以下，所述电极朝向所述焊接行进方向的相反侧倾斜的前进角的上限为40度，朝向该焊接行进方向倾斜的后退角的上限为15度。
5.根据权利要求2所述的水平角焊方法，其特征在于，
相对于所述下板使所述电极倾斜的焊炬倾斜角度为从下板起30度以上60度以下，所述电极朝向所述焊接行进方向的相反侧倾斜的前进角的上限为40度，朝向该焊接行进方向倾斜的后退角的上限为15度。
6.根据权利要求3所述的水平角焊方法，其特征在于，
相对于所述下板使所述电极倾斜的焊炬倾斜角度为从下板起30度以上60度以下，所述电极朝向所述焊接行进方向的相反侧倾斜的前进角的上限为40度，朝向该焊接行进方向倾斜的后退角的上限为15度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的水平角焊方法，其特征在于，
将所述立板侧的摆动端处的电弧电压以及所述下板侧的摆动端处的电弧电压中的至少任一方控制为与焊接线中心位置的电弧电压相比进行增减，并且使所述立板侧的摆动端处的电弧电压低于所述下板侧的摆动端处的电弧电压。
8.根据权利要求7所述的水平角焊方法，其特征在于，
将所述立板侧的摆动端处的电弧电压设为抑制咬边的电压，将所述下板侧的摆动端处的电弧电压设为抑制焊瘤的电压。
9.根据权利要求7所述的水平角焊方法，其特征在于，
所述电极在所述立板侧以及所述下板侧移动时的电弧电压与所述摆动的动作同步地以直线、阶梯以及曲线这三者中的任一方式变化，或者组合三者中的两个以上进行变化。
10.一种水平角焊系统，以对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心摆动，沿着该焊接线进行焊接，
其特征在于，
在所述摆动中，使所述电极朝向焊接行进方向的前方移动至所述下板侧的摆动端，当所述电极到达该下板侧的摆动端时，所述电极相对于该焊接行进方向朝向后方移动至所述立板侧的摆动端，在该下板侧与该立板侧重复该摆动的动作。
11.一种程序，其应用于水平角焊系统，在该水平角焊系统中，以对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心摆动，沿着该焊接线进行焊接，其中，所述程序用于使所述水平角焊系统实现如下功能：
在所述摆动中，使所述电极朝向焊接行进方向的前方移动至所述下板侧的摆动端，当所述电极到达该下板侧的摆动端时，所述电极相对于该焊接行进方向朝向后方移动至所述立板侧的摆动端，在该下板侧与该立板侧重复该摆动的动作。
水平角焊方法、水平角焊系统以及程序
技术领域
[0001] 本发明涉及水平角焊方法、水平角焊系统以及程序。
背景技术
[0002] 当使用消耗电极式的电弧焊接方法进行中板或者厚板(以下为中厚板)的水平角焊时，谋求确保焊缝腰高大(以下，称作大焊缝腰高)、宽度较宽的焊道。为了确保大焊缝腰高、宽度较宽的焊道而需要增加焊接电流或者降低焊接速度等，使每单位焊接长度的熔敷量增加。其中，在将焊接电流设为固定、通过降低焊接速度而使熔敷量增加的情况下，存在生产效率差、且无法获得适当的熔深的情况。另一方面，在将焊接速度设为固定、升高焊接电流而使熔敷量增加的情况下，存在熔池的温度变高而粘性降低的情况。在该情况下，由于增加的熔敷量与熔池的粘性降低，立板侧的熔池在重力的影响下朝下板侧下垂，因此产生立板侧与下板侧的焊缝腰高与期待值不同的焊道外观不良、成为焊道的端部没有熔敷于母材而仅是与母材重叠的状态的焊瘤等焊接缺陷。需要说明的是，通常，角焊是指在搭接接头、T型接头、角接接头等焊接大致正交的两个面的三角形焊接，水平角焊成为以朝下水平姿势进行的角焊。
[0003] 另外，为了提高生产效率，通常进行基于高焊接速度的焊接，但随着提高焊接速度，为了维持每单位焊接长度的熔敷量而需要使焊接电流增加。但是，越使焊接电流增加，对熔池施加的电弧力变得越大，成为将电弧正下方的熔池朝后方挤出的状态，存在不朝在立板侧由电弧挖出的槽供给熔融金属而产生作为槽残留的咬边、或者形成凝固后的焊道形状呈凸状的外观不良的情况。
[0004] 这样，在角焊中的大焊缝腰高以及高速焊接的情况下，存在产生焊道外观不良、或者产生咬边、焊瘤这样的焊接缺陷的问题。
[0005] 为了解决这样的问题，通常使用将电弧电压设定得较高、并扩大电弧长度而使电弧力降低、实现焊道外观的改善的方法。另外，例如在专利文献1中公开了如下技术：在摆动(weaving)的两端，将焊接电流降至不产生咬边的电流值，将摆动中央部设为高电流而使焊接速度成为高速，或者在摆动的两端提高焊接电流来改善坡口壁的熔深。
[0006] 此处，摆动是指使焊炬的前端以母材的焊接线为中心摆动的动作。图16是用于对水平角焊中的现有的摆动动作的一例进行说明的图。在图16所示的例子中，将下板配置为水平，并且以立板的端面与下板的上表面相接的方式配置立板，相对于使立板与下板对接而成的对接部(在图16的例子中，对接部的接合角度a＝90度)进行角焊。如图所示，在现有的摆动动作中，使设置于焊炬101的前端的电极以相对于焊接行进方向大致呈直角地交替移动的方式前进而进行焊接。
[0007] 另外，图17是从图16的T方向观察摆动动作的图。图16的T方向是从下板倾斜45度(a的1/2)且相对于焊接线方向(焊接行进方向)垂直的方向。如图所示，通过现有的摆动动作，焊炬101反复进行移动至摆动端的动作，始终朝向焊接行进方向的前方摆动。
[0008] 在先技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1：日本特开2002-321055号公报
发明内容
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 即便为了实现焊道外观的改善而将电弧电压设定得较高，也存在如下情况：产生熔深不足，或者对于主要用于保护熔融金属、电弧等免受大气的影响的保护气体，产生无法充分地保护熔融金属、电弧的保护气体不良。另外，即便在摆动的两端调整焊接电流，在进行假定了中厚板的水平角焊的大焊缝腰高且高速的焊接的情况下，也需要增加熔敷量，并不能抑制由于立板侧的熔池在重力的影响下朝下板侧下垂而引起的焊道外观不良、下板侧的焊瘤等焊接缺陷。
[0013] 本发明的目的在于，在水平角焊中，抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生。
[0014] 用于解决课题的方案
[0015] 基于这种目的，本发明提供一种水平角焊方法，在该水平角焊方法中，将对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心摆动，沿着该焊接线进行焊接，其特征在于，在摆动中，使电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端，当到达下板侧的摆动端时，相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端，在下板侧与立板侧重复摆动的动作。
[0016] 此处，也可以是，在摆动中，当使电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端时，电极的轨道与同焊接行进方向相反的方向所成的角度即下板侧移动角度β(度)为185度以上250度以下，当使电极相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端时，电极的轨道与同焊接行进方向相反的方向所成的角度即立板侧移动角度α(度)为5度以上
85度以下，立板侧移动角度α与下板侧移动角度β的关系为，α＞(β-180)。
85度以下，立板侧移动角度α与下板侧移动角度β的关系为，α＞(β-180)。
[0017] 另外，也可以是，在摆动中，立板侧移动角度α为10度以上45度以下，下板侧移动角度β为185度以上215度以下。
[0018] 此外，也可以是，相对于下板使电极倾斜的焊炬倾斜角度为从下板起30度以上60度以下，
[0019] 电极朝向焊接行进方向的相反侧倾斜的前进角的上限为40度，朝向该焊接行进方向倾斜的后退角的上限为15度。
[0020] 并且，也可以是，将立板侧的摆动端处的电弧电压以及下板侧的摆动端处的电弧电压中的至少任一方控制为与焊接线中心位置的电弧电压相比进行增减，并且使立板侧的摆动端处的电弧电压低于下板侧的摆动端处的电弧电压。
[0021] 另外，也可以是，将立板侧的摆动端处的电弧电压设为抑制咬边的电压，将下板侧的摆动端处的电弧电压设为抑制焊瘤的电压。
[0022] 此外，电极在立板侧以及下板侧移动时的电弧电压与摆动的动作同步地以直线、阶梯以及曲线这三者中的任一方式变化，组合三者中的两个以上进行变化。
[0023] 另外，本发明还提供一种水平角焊系统，以对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心摆动，沿着焊接线进行焊接，其特征在于，在摆动中，使电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端，当到达下板侧的摆动端时，相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端，在下板侧与立板侧重复摆动的动作。
[0024] 此外，本发明还提供一种程序，其应用于水平角焊系统，在水平角焊系统中，以对接立板与下板而成的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心摆动，沿着焊接线进行焊接，程序用于使水平角焊系统实现如下功能：在摆动中，使电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端，当到达该下板侧的摆动端时，相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端，在下板侧与立板侧重复摆动的动作。
[0025] 发明效果
[0027] 图1是示出本实施方式所涉及的焊接系统的概要结构的一例的图。
[0028] 图2是从焊接行进方向观察本实施方式所涉及的水平角焊的概要图。
[0029] 图3是用于对本实施方式的摆动动作的一例进行说明的图。
[0030] 图4是从图3的T方向观察摆动动作的图。
[0031] 图5是示出在摆动期间使焊炬倾斜角度θ变化的情况下的一例的图。
[0032] 图6A是用于对前进角以及后退角的一例进行说明的图。
[0033] 图6B是用于对前进角以及后退角的一例进行说明的图。
[0034] 图7是用于对摆动的电极的振幅的一例进行说明的图。
[0035] 图8A是用于对与摆动的轨迹相应地控制的电弧电压的一例进行说明的图。
[0036] 图8B是用于对与摆动的轨迹相应地控制的电弧电压的一例进行说明的图。
[0037] 图8C是用于对与摆动的轨迹相应地控制的电弧电压的一例进行说明的图。
[0038] 图9是用于对与摆动的轨迹相应地以呈直线且阶梯变化的方式控制电弧电压的情况下的一例进行说明的图。
[0039] 图10是示出实施例的各种条件的图。
[0040] 图11是示出比较例的各种条件的图。
[0041] 图12是示出实施例的评价结果的图。
[0042] 图13是示出比较例的评价结果的图。
[0043] 图14是用于对侧面角度进行说明的图。
[0045] 图16是用于对水平角焊的现有的摆动动作的一例进行说明的图。
[0046] 图17是从图16的T方向观察摆动动作的图。
具体实施方式
[0047] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0048] <系统结构>
[0049] 首先，对本实施方式所涉及的焊接系统1进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的焊接系统1的概要结构的一例的图。
[0050] 如图1所示，本实施方式所涉及的焊接系统1具备焊接机器人10、机器人控制器20、焊接电源30以及进给装置40。焊接电源30经由正的电缆(1)与电极侧连接，并经由负的电缆(2)与工件W连接。另外，图中的电缆(3)连接焊接电源30与焊丝的进给装置40，对焊丝的进给速度进行控制。并且，焊接系统1将呈T字型对接立板与下板而成的对接部周边的任意的位置作为焊接线，沿着焊接线进行水平角焊。需要说明的是，对接部周边例如是指从对接部起向下板侧30mm、向立板侧30mm的范围。
[0051] 焊接机器人10从电极发出电弧，借助该电弧的热量对作为焊接的对象的工件W(母材、即立板以及下板)进行焊接。此处，焊接机器人10具有保持电极的焊炬11。并且，焊接机器人10以焊接线为中心使设置于焊炬11的前端的电极摆动，沿着焊接线(沿着焊接行进方向)进行焊接。
[0052] 在焊炬11的前端，将作为电极的焊接材料(以下称作焊丝)从被称作导电嘴的圆筒形的导体的前端保持一定的突出长度。需要说明的是，在本实施方式中应用的焊接方法为以如下方式进行的消耗电极式，其中，导电嘴与焊丝接触，施加电弧电压进行通电，由此在工件W与焊丝前端之间产生电弧，使焊丝熔融。另外，焊接时的电极的突出长度优选上限为40mm，下限为15mm。若突出长度超过40mm，则无法充分获得焊接线上的熔深或者由于保护性劣化而产生焊接缺陷的可能性高。另外，若突出长度低于15mm，则焊接电流变大，在摆动端容易产生焊接缺陷。
[0053] 此外，焊炬11具备保护气体喷嘴(喷出保护气体的机构)。作为保护气体，例如只要使用100％CO2、100％Ar、向Ar混合CO2而成的气体等即可。尤其是在使用100％CO2的情况下，熔深效果更好。另外，从防止保护气体不良的观点出发，优选气体流量的上限为40升/min，下限为15升/min。
[0054] 机器人控制器20对焊接机器人10的动作进行控制。此处，机器人控制器20预先保持确定焊接机器人10的动作模式、焊接开始位置、焊接结束位置、焊接条件等而成的示教数据，向焊接机器人10指示上述示教数据，来控制焊接机器人10的动作。另外，机器人控制器20在焊接作业中根据示教数据向焊接电源30发出控制电源的指令。
[0055] 焊接电源30根据来自机器人控制器20的指令，向电极以及工件W供给电力，由此在电极与工件W之间产生电弧。另外，焊接电源30根据来自机器人控制器20的指令，向进给装置40供给电力。需要说明的是，焊接作业时的电流可以为直流或者交流，其波形并无特别限定，可以为矩形波、三角波等脉冲。
[0056] 进给装置40随着焊接作业的进展而向焊炬11输送焊丝。由进给装置40输送的焊丝并无特别限定，能够根据工件W的性质、焊接方式等进行选择，例如使用实心焊丝、药芯焊丝。另外，焊丝的材质是任意的，例如可以为软钢，也可以为不锈钢、铝、钛这样的材质。此外，焊丝的直径也并无特别限定，在本实施方式中优选上限为1.6mm、下限为1.0mm。
[0057] 图2是从焊接行进方向观察本实施方式所涉及的水平角焊的概要图。如图所示，将下板配置为水平，并且以立板的端面与下板的上表面相接的方式配置立板，对使立板与下板对接而成的对接部(在图2的例子中，对接部的接合角度a＝90度)进行角焊。此处，焊接沿着与纸面垂直的方向行进。另外，焊炬11沿着箭头所示的方向、即朝向下板的方向与朝向立板的方向的交替进行摆动。此外，以使下板与电极所成的角度(以下，称作焊炬倾斜角度θ)例如为45度的方式倾斜焊炬11进行焊接。另外，焊接线中心位置表示下板侧的摆动端与立板侧的摆动端之间的焊接线上的位置。
[0058] <摆动>
[0059] 其次，对本实施方式所采用的摆动动作进行说明。在现有的摆动动作中，如图16以及图17所示，电极以相对于焊接行进方向朝立板侧与下板侧交替移动的方式前进，始终朝向焊接行进方向的前方摆动。另一方面，在本实施方式中，电极以相对于焊接行进方向朝下板侧进行前方移动且朝立板侧进行后方移动的方式摆动。
[0060] 图3是用于对本实施方式的摆动动作的一例进行说明的图。如图所示，电极最初朝下板侧的摆动端向焊接行进方向的前方移动，当到达下板侧的摆动端时，朝立板侧的摆动端相对于焊接行进方向朝后方移动。即，在现有的摆动动作中，如图16以及图17所示，焊炬101始终朝向焊接行进方向的前方摆动，但在本实施方式中，电极以朝下板侧进行前方移动且朝立板侧进行后方移动的方式动作。这样，电极反复进行朝立板侧的摆动端、下板侧的摆动端移动的摆动动作。
[0061] 电极朝立板侧的摆动端相对于焊接行进方向朝后方移动，由此，电弧所产生的热量向立板侧与下板侧分散，提高熔池的冷却性能。另外，当进行后方移动时，在朝下板侧的移动时形成的焊道支承熔融金属。通过该冷却性能的提高，能够抑制熔融金属的粘性的降低，并且立板侧的熔融金属被在下板侧形成且随着冷却的进展而成为高粘性的熔融金属支承。因此，能够防止立板侧的熔融金属因重力而下垂，能够以大焊缝腰高确保适当的焊道外观，还可以抑制焊接缺陷。需要说明的是，摆动端的位置(或者从焊接线至摆动端的距离)根据焊接条件的摆动幅度的设定来決定。
[0062] 另外，图4是从图3的T方向观察摆动动作的图。此处，图3的T方向是从下板倾斜45度(接合角度a的1/2)且相对于焊接线方向(焊接行进方向)垂直的方向。此处，将电极相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端时的、电极的轨道与焊接线(此处为，与焊接行进方向相反的方向)所成的角度称作立板侧移动角度α。另外，将电极朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端时的、电极的轨道与焊接线(此处为，与焊接行进方向相反的方向)所成的角度(>180度)称作下板侧移动角度β。
[0063] 为了使焊接朝向焊接行进方向进展，立板侧移动角度α与下板侧移动角度β的关系需要为α＞(β-180度)。
[0064] 并且，在本实施方式中，优选以立板侧移动角度α的上限为85度、下限为5度的方式进行摆动动作。若立板侧移动角度α低于5度，则存在当电极到达立板侧的摆动端时，下板侧的熔融金属凝固，产生熔合不良、夹渣的情况。另外，若立板侧移动角度α超过85度，则存在立板侧的熔融金属容易因重力而下垂，因变动的熔池而致使电弧长度变化，因此在焊接中产生飞散的溅射物、或者产生熔合不良、焊道外观不良的情况。此外，为了抑制由重力引起的立板侧的熔融金属的下垂，使立板与下板的焊缝腰高变得均匀而获得更良好的焊道外观，更优选对于立板侧移动角度α，将上限设为45度、下限设为10度。
[0065] 另外，在本实施方式中，优选以下板侧移动角度β的上限为250度、下限为185度的方式进行摆动动作。若下板侧移动角度β低于185度，则存在每一周期的熔敷量的平衡被打破，产生焊道外观不良的情况。另外，若下板侧移动角度β超过250度，则存在不产生熔池的冷却性能的效果，因此立板侧的熔融金属容易因重力而下垂，因变动的熔池而致使电弧长度变化，因此产生溅射物或者产生熔合不良、焊道外观不良的情况。此外，为了抑制因重力引起的立板侧的熔融金属的下垂，使立板与下板的焊缝腰高变得均匀而获得更良好的焊道外观，更优选对于下板侧移动角度β，将上限设为215度、下限设为185度。
[0066] <焊炬倾斜角度>
[0067] 接下来，对本实施方式的焊炬倾斜角度θ进行说明。在本实施方式中，对焊炬倾斜角度θ的大小未作限定，但更优选焊炬倾斜角度θ的上限为60度、下限为30度。若焊炬倾斜角度θ处于30度以上60度以下的范围内，则能够充分确保熔深，获得更良好的焊道外观。另外，焊炬倾斜角度θ可以如图2所示那样在摆动期间中恒定，也可以在摆动期间中变化。
[0068] 图5是示出在摆动期间中使焊炬倾斜角度θ变化的情况下的一例的图。在图5所示的例子中，在从下板侧的摆动端朝焊接线中心位置、进而朝立板侧的摆动端移动的期间，使焊炬倾斜角度θ变化。具体而言，在下板侧的摆动端，与位于焊接线中心位置的情况相比，增大焊炬倾斜角度θ(在图5所示的例子中为角度θ1)而立起焊炬11。另一方面，在立板侧的摆动端，与位于焊接线中心位置的情况相比，减小焊炬倾斜角度θ(在图5所示的例子中为角度θ2)而放倒焊炬11。这样，在焊炬11位于焊接线中心位置与摆动端的情况下使焊炬倾斜角度θ变化，由此，摆动端的电弧稳定，溅射物减少，因此更为优选。
[0069] <前进角以及后退角>
[0070] 接下来，对本实施方式的前进角以及后退角进行说明。在本实施方式中，也可以设置焊炬倾斜角度θ，并且使焊炬11相对于焊接行进方向倾斜(即，使电极倾斜)而赋予前进角、后退角。图6A以及图6B是用于对前进角以及后退角的一例进行说明的图。在图6A所示的例子中，以使电极的前进角为γ1的方式使电极朝向焊接行进方向的相反侧倾斜。另外，在图6B所示的例子中，以使电极的后退角为γ2的方式使电极朝向焊接行进方向倾斜。即，若γ1为正的值则赋予前进角，若γ1为负的值、例如-10度，则γ2＝10度，赋予后退角。
[0071] 通过对电极赋予前进角，电弧先行，因此，焊道的熔合良好，焊道形状良好，但由于熔深方向朝向前方，因此熔深深度变浅。另一方面，通过对电极赋予后退角，焊道形状容易成为凸形状，但能够确保更深的熔深。
[0072] 并且，在本实施方式中，为了获得焊接线上的适当的熔深与良好的焊道形状，更优选将前进角的范围设为-15度以上40度以下，即前进角的上限为40度，后退角的上限为15度，在该范围内倾斜电极。
[0073] <电弧电压>
[0074] 接下来，对本实施方式的电弧电压进行说明。电弧电压的增减对电弧力造成影响，因此，对熔深深度、焊道形状造成影响。在角焊的情况下，优选在焊接线上设为能够确保熔深的电弧电压，在摆动的两端设为能够防止咬边、焊瘤的电弧电压。在立板侧的摆动端，熔池被电弧力朝后方挤出，并且熔池在重力的影响下朝下板侧下垂，因此容易产生咬边。另一方面，在下板侧的摆动端，立板侧的熔池下垂，不与母材熔合而是与母材重叠，由此容易产生焊瘤。
[0075] 为此，在本实施方式中，对于电极在立板侧的摆动端移动时的电弧电压(以下，称作立板侧电压)、电极在下板侧的摆动端移动时的电弧电压(以下，称作下板侧电压)，将至少任一方控制为与焊接线中心位置处的电弧电压相比增减。
[0076] 此处，若将立板侧的电弧电压设定得较低，则电弧的宽度变得更窄而使熔融的金属的范围变小，因此，立板侧的咬边得以抑制。另外，若将下板侧的电弧电压设定得较高，则与母材重叠的熔融金属被进一步扩展，因此，下板侧的焊瘤得以抑制。因此，在本实施方式中，以使立板侧电压低于下板侧电压的方式(即，以使下板侧电压高于立板侧电压的方式)进行电弧电压的控制。附带说明，立板侧电压被设定为抑制咬边的电压，下板侧电压被设定为抑制焊瘤的电压。
[0077] 这样，在本实施方式中，通过摆动的动作来抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生，并且对立板侧与下板侧的电弧电压设置高低差，由此进一步抑制咬边、焊瘤这样的焊接缺陷。
[0078] 此外，优选将电弧电压控制为与电极的摆动动作同步地呈直线、阶梯或者曲线进行变化。图7是用于对摆动中的电极的振幅的一例进行说明的图。另外，图8A～图8C是用于对与摆动的轨迹相应地控制的电弧电压的一例进行说明的图。在图7所示的例子中，示出1周期的摆动动作，电极朝立板侧的摆动端以及下板侧的摆动端移动。此处，电极不朝立板侧进行后方移动，但图7所示的例子表示电极在1周期内朝摆动的两端移动，实际上如图3以及图4所示，电极朝立板侧后方移动。
[0079] 并且，在图8A所示的例子中，电弧电压与图7所示的摆动的轨迹相应地呈直线变化。此处，VH是高的一方的电压，VL是低的一方的电压，VLower表示下板侧电压，VUpper表示立板侧电压。并且，在电极相对于焊接线位于立板侧的情况下，电弧电压被设定为低于焊接线中心位置处的电弧电压(VO)。另一方面，在电极相对于焊接线位于下板侧的情况下，电弧电压被设定为高于焊接线中心位置处的电弧电压VO。
[0080] 另外，在图8B所示的例子中，电弧电压与图7所示的摆动的轨迹相应地阶梯变化。并且，在电极相对于焊接线位于立板侧的情况下，电弧电压被设定为低于VO，在电极相对于焊接线位于下板侧的情况下，电弧电压被设定为高于VO。此外，在图8C所示的例子中，电弧电压与图7所示的摆动的轨迹相应地呈曲线变化。并且，在电极相对于焊接线位于立板侧的情况下，电弧电压被设定为低于VO，在电极相对于焊接线位于下板侧的情况下，电弧电压被设定为高于VO。
[0081] 这样，通过与摆动的轨迹相应地呈直线、阶梯或者曲线地控制电弧电压，可以确保焊接线上的熔深，并且确保良好的焊道外观。
[0082] 此外，也可以通过组合直线、阶梯以及曲线这3个中的2个以上(例如直线以及阶梯、直线以及曲线等)进行变化的方式控制电弧电压。图9是用于对与摆动的轨迹相应地以直线且阶梯变化的方式控制电弧电压的情况下的一例进行说明的图。在图9所示的例子中，首先，当电极从焊接线中心位置朝立板侧的摆动端移动时，电弧电压呈直线变化，但从中途起阶梯地变化。另外，在电极到达立板侧的摆动端后，当从焊接线中心位置朝下板侧的摆动端移动时，电弧电压呈直线变化，但从中途起阶梯变化。
[0083] 另外，如上所述，优选立板侧电压低于下板侧电压，但更优选立板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值(焊接线上的电弧电压值)设定为85％(百分比)以上100％以下的范围、下板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值设定为100％以上125％以下的范围。
[0084] 若立板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值低于85％，则有可能在立板侧的摆动端处产生溅射物。另外，若立板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值超过100％，则难以呈现咬边的防止效果。
[0085] 另一方面，若下板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值低于100％，则难以呈现焊瘤的防止效果。另外，若下板侧电压相对于焊接线中心位置的电弧电压值超过125％，则存在电弧长度变得过大、产生熔深不足、电弧中断的可能性。
[0086] <实施例>
[0087] 接下来，与偏离本发明的范围的比较例进行对比而说明本发明的实施例。需要说明的是，该实施例以及比较例也给出上述的数值限定的根据。
[0088] 首先，对在实施例以及比较例中进行焊接时的焊接条件进行说明。但是，此处说明的焊接条件是一例，在本实施方式中，并不限定于以下的焊接条件。
[0089] 目标的焊缝腰高为6mm，焊接电流为400安培(电流的单位：A)，与电极的焊接电流对应的平均的电弧电压设定在33伏特(电压的单位：V)以上35V以下的范围。此处，电弧电压与电极的摆动的轨迹相应地呈直线状变化。另外，焊炬11动作时的速度即焊接速度被设定为50cm/min，摆动的频率被设定为2.5Hz。此外，摆动宽度(从下板侧的摆动端到立板侧的摆动端的距离)被设定为3mm。
[0091] 其次，对实施例以及比较例的试验结果进行说明。图10是示出实施例的各种条件的图，图11是示出比较例的各种条件的图。在图10所示的例子中，作为实施例而示出No.1～29，在图11所示的例子中，作为比较例而示出No.30～50。
[0092] “焊炬倾斜角度θ”表示例如图2的下板与电极所成的焊炬倾斜角度θ。在实施例中设为25度以上70度以下的范围、在比较例中设为45度来进行试验。
[0093] “前进后退角”表示图6A以及图6B的前进角γ1、后退角γ2。例如，在如“-15”那样呈负的值的情况下，作为后退角而设定15度。在实施例中，设为-30度以上45度以下的范围、即从后退角30度至前进角45度的范围。另外，在比较例中，设为0度。
[0094] “立板侧移动角度α”表示图4的立板侧移动角度α。在实施例中，设为5度以上85度以下的范围，在比较例中，设为85度以上180度以下的范围。
[0095] “下板侧移动角度β”表示图4的下板侧移动角度β。在实施例中，设为185度以上250度以下，在比较例中，设为250度以上355度以下的范围。
[0096] “电弧电压VO”表示焊接线中心位置处的电弧电压值。“电弧电压VLower”表示下板侧的摆动端处的电弧电压值(即，下板侧电压的值)。另外，用百分比表示相对于电弧电压VO的比例(电弧电压VLower/电弧电压VO)。“电弧电压VUpper”表示立板侧的摆动端处的电弧电压值(即，立板侧电压的值)。另外，用百分比表示相对于电弧电压VO的比例(电弧电压VUpper/电弧电压VO)。在实施例、比较例中，对于这些平均电弧电压，如上述那样设为33V以上35V以下的范围来进行试验。
[0097] 另外，图12是示出实施例的评价结果的图，图13是示出比较例的评价结果的图。在图12所示的例子中，与图10所示的No.1～29的各试验No对应地示出试验结果。另外，在图13所示的例子中，与图11所示的No.30～50的各试验No对应地示出试验结果。另外，作为评价结果，对于焊接后的状态，示出以“焊缝腰高”、“侧面角度”、“焊道外观”、“焊接缺陷”这四个项目评价的结果。
[0098] “焊缝腰高”表示基于立板侧的焊缝腰高与下板侧的焊缝腰高之比(立板侧的焊缝腰高/下板侧的焊缝腰高，以下，称作焊缝腰高比)进行评价的结果。此处，焊缝腰高从微观剖面实际测量，焊缝腰高比越接近1，则越成为相对于立板以及下板均等的焊道形状。因此，在焊缝腰高比为0.85以上1.15以下的情况下评价为“○”，在除此以外的情况下评价为“×”。此外，在焊缝腰高比为0.95以上1.05以下的情况下作为更良好的结果而评价为“◎”。
[0099] “侧面角度”表示基于作为评价焊趾部(母材的面与焊接焊道的表面相交的部分)的形状的指标之一的侧面角度评价的结果。图14是用于对侧面角度进行说明的图。如图所示，侧面角度是指焊道从焊趾部立起的角度。在本实施例中测定下板侧的侧面角度并进行评价。一般侧面角度越大则越成为平滑且良好的焊道形状。因此，在侧面角度低于90度的情况下产生焊瘤，在侧面角度超过150度的情况下成为焊缝厚度(熔融金属的剖面的厚度)的不足，因此评价为“×”，在侧面角度为90度以上150度以下的情况下评价为“○”。此外，在侧面角度为110度以上135度以下的情况下，作为更良好的焊趾形状而评价为“◎”。
[0100] “焊道外观”表示试验实施者通过目视确认焊接结束后的焊道的结果。此处，在正常的外观的情况下评价为“○”。另一方面，在产生焊道曲折的焊道曲折、驼峰焊道(连续的瘤子状的不整齐的焊道)或者在周边存在过大的溅射物附着的情况等，作为在焊道形状存在不良而评价为“×”。
[0101] “焊接缺陷”表示试验实施者通过目视确认焊接结束后的焊道并且观察微观剖面的结果。通过焊道外观的确认、微观剖面观察，例如在产生咬边、焊瘤、熔合不良等焊接缺陷的情况下评价为“×”，在未产生焊接缺陷而正常的情况下评价为“○”。
[0102] 并且，在实施例的No.1～29中，“立板侧移动角度α”与“下板侧移动角度β”处于适当范围内，是良好的焊缝腰高比、侧面角度，成为不存在焊接缺陷的良好的焊道形状。即，在No.1～29中，对于四个评价项目的“焊缝腰高”、“侧面角度”、“焊道外观”、“焊接缺陷”的项目而全部成为“○”或者“◎”，表示良好的结果。
[0103] 尤其是在No.6、7、10～13、16～19中，电弧电压VLower＞电弧电压VUpper，电弧电压VLower/电弧电压VO处于100％以上125％以下的范围，电弧电压VUpper/电弧电压VO处于85％以上100％以下的范围。其结果是，侧面角度处于更适当的范围而被评价为“◎”，表示更良好的结果。
[0104] 另外，在No.2、10～15中，“立板侧移动角度α”处于10度以上45度以下的更优选的范围，“下板侧移动角度β”处于185度以上215度以下的更优选的范围。其结果是，焊缝腰高比为更优选的值而被评价为“◎”，表示更良好的结果。
[0105] 在No.22、23中，“焊炬倾斜角度θ”分别为30度、60度，处于30度以上60度以下的更优选的范围。另一方面，在No.24、25中，焊炬倾斜角度θ分别为25度、70度，偏离30度以上60度以下的更优选的范围。其结果是，在No.22、23中，“焊缝腰高”被评价为“◎”，而在No.24、25中，“焊缝腰高”被评价为“○”。
[0106] 在No.26、28中，“前进角后退角”分别为-15度、30度，处于-15度以上40度以下的更优选的范围。另一方面，在No.27、29中，“前进角后退角”分别为-30度、45度，偏离-15度以上40度以下的更优选的范围。其结果是，在No.26、28中，“侧面角度”被评价为“◎”，而在No.27、29中，“侧面角度”被评价为“○”。
[0107] 另外，在比较例的No.30～50中，“立板侧移动角度α”、“下板侧移动角度β”从适当范围偏离，对于四个评价项目的“焊缝腰高”、“侧面角度”、“焊道外观”、“焊接缺陷”的项目，至少任一者为“×”(在焊道外观的情况下产生焊道外观不良，在焊接缺陷的情况下存在焊接缺陷)，表示不良好的结果。
[0108] No.30表示进行通常的摆动动作的情况下的结果。此处，通常的摆动动作是指图16以及图17所示的现有的摆动动作，在该情况下，立板侧移动角度α例如处于90度以上180度以下的范围，下板侧移动角度β例如处于180度以上270度以下的范围。作为No.30的结果，立板侧的熔融金属下垂，产生了焊缝腰高的不均匀、焊瘤。
[0109] No.31～34表示朝立板侧先行的摆动动作、即、使电极朝向焊接行进方向的前方移动至立板侧的摆动端而相对于焊接行进方向朝向后方移动至下板侧的摆动端的情况下的结果。作为这些结果，以立板侧的熔池下垂而熔池形状变动为原因，引起电弧不稳定，产生了溅射物的过多以及熔合不良。
[0110] No.35～42表示以通常的摆动动作进行摆动中的电压控制的情况下的结果。在No.35、36中，下板侧电压低于立板侧电压，产生焊瘤。在No.37中，下板侧电压高于立板侧电压，但立板侧的熔融金属下垂，焊缝腰高变为不等腰，在No.38中，下板侧电压也高于立板侧电压，但产生咬边。在No.39、40中，下板侧电压高于立板侧电压，但立板侧的熔融金属下垂，焊缝腰高变为不等腰，且产生焊瘤。在No.41、42中，立板侧电压高于下板侧电压，立板侧的熔融金属下垂，引起焊缝腰高的不均匀，并产生咬边。
[0111] No.43～50成为在朝立板侧先行的摆动动作的情况下进行摆动中的电压控制的情况下的结果。在任一情况下均为，以立板侧的熔池下垂、熔池形状变动为原因而引起电弧不稳定，产生了溅射物的过多以及熔合不良。
[0112] 这样，通过调整立板侧移动角度α、下板侧移动角度β、焊炬倾斜角度θ、前进角γ1(后退角γ2)、电弧电压，能够获得良好的焊缝腰高比、良好的侧面角度、不存在焊接缺陷的良好的焊道形状，成为良好的结果，进而成为更良好的结果。
[0113] <机器人控制器的硬件结构>
[0114] 最后，对机器人控制器20的硬件结构进行说明。图15是示出机器人控制器20的硬件结构例的图。
[0115] 如图15所示，机器人控制器20具备作为运算单元的CPU21、作为存储区域的易失性存储器22以及非易失性存储器23。此处，CPU21执行OS(Operating System)、应用程序软件等各种程序，实现机器人控制器20的各功能。另外，易失性存储器22是存储各种程序、各种程序的执行所使用的数据等的存储区域，非易失性存储器23是存储相对于各种程序的输入数据、从各种程序输出的输出数据等的存储区域。
[0117] 然后，例如CPU21执行OS、应用程序软件等各种程序，由此实现机器人控制器20的功能，进行上述的电极的摆动动作、电弧电压的控制等。
[0118] 但是，图15仅是硬件的结构例，机器人控制器20并不限定于图示的结构。需要说明的是，实现本发明的实施方式的程序能够通过收纳分布在磁盘、光盘、半导体存储器、其他的存储介质，或者经由网络发送来提供。
[0119] 如以上说明的那样，本实施方式所涉及的焊接系统1中，当使设置于焊炬11的前端的电极摆动时，使之朝向焊接行进方向的前方移动至下板侧的摆动端，相对于焊接行进方向朝向后方移动至立板侧的摆动端。通过形成为这样的结构，例如与采用电极始终朝向焊接行进方向的前方摆动的现有的摆动动作的情况相比，能够抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生。
[0120] 需要说明的是，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式。本领域技术人员应当明确的是，只要不脱离本发明的主旨以及范围，可以进行各种变更或者采用替代方式。
[0121] 本申请基于2015年4月30日提出的日本专利申请(特愿2015-093671)，并将其内容作为参照而援引于此。
[0122] 附图标记说明：
[0123] 1：焊接系统；10：焊接机器人；11：焊炬；20：机器人控制器；30：焊接电源；40：进给装置；α：立板侧移动角度；β：下板侧移动角度；θ：焊炬倾斜角度；γ1：电极的前进角；γ2：电极的后退角。
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