CN101058124B - 熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，在电极正极性期间(Tep)中通电峰值电流(Ip)以及基值电流(Ib)，电极负极性期间(Ten)中通电电极负电流(In)，交替地切换上述电极正极性期间(Tep)和上述电极负极性期间(Ten)进行焊接，在极性切换之际，熔化电极和母材短路时，解除短路并再次引弧、经过预定的延迟期间(Td)之后，进行极性切换。从而在熔化电极交流脉冲电弧焊接中，在极性切换时产生短路时使电弧稳定性良好。

Description

熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法
技术领域
本发明涉及用于提高熔化电极交流脉冲电弧焊接中极性切换时的稳定性的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法。
背景技术
熔化电极交流脉冲电弧焊接(以下称作交流脉冲电弧焊接)以恒速送给焊丝，并且在电极正极性期间Tep中通电峰值电流Ip以及基值电流Ib，在电极负极性期间Ten中通电电极负电流In，交替地切换电极正极性期间Tep和电极负极性期间Ten进行焊接。在该交流脉冲电弧焊接中，为了进行高品质的焊接，在极性切换时不产生电弧切断而稳定地进行这点是很重要。因此，在极性切换时通过在焊丝/母材间施加高电压防止电弧切断。以下，对现有技术的交流脉冲电弧焊接进行说明。
图4为交流脉冲电弧焊接的波形图。该图(A)表示焊接电流Iw，图(B)表示焊接电压Vw，图(C)表示极性切换信号Cp。该极性切换信号Cp从高电平变为低电平时，过渡到从电极正极性期间Tep切换到电极负极性期间Ten的动作，如果从低电平变化为高电平，则过渡到从电极负极性期间Ten切换到电极正极性期间Tep的动作。以下，参照该图进行说明。
(1)时刻t1～t2期间
在时刻t1中，如图(C)所示，如果极性切换信号Cp变化为低电平，则如图(A)所示，电极正极性期间Tep的基值电流Ib朝向预定的极性切换电流值Ic减少。在时刻t2中，如图(A)所示，焊接电流Iw与极性切换电流值Ic相等时，施加高电压，并且如图(B)所示，在电极负极性期间Ten切换极性。
(2)时刻t2～t3期间
时刻t2～t3的规定期间中，如图(A)所示以电极负极性EN通电预定的电极负电流In，如图(B)所示，施加电极负电压Vn。
(3)时刻t3～t4的期间
在时刻t3中上述规定期间结束，如图(C)所示，极性切换信号Cp变为高电平时，如图(A)所示，电极负电流In朝向极性切换电流值Ic减少。在时刻t4中，如图(A)所示，焊接电流Iw与极性切换电流值Ic相等时，施加高电压，并且如图(B)所示，极性切换到电极正极性EP。
(4)时刻t4～t5期间
时刻t4～t5的预定峰值期间Tp中，如图(A)所示以电极正极性EP通电预定的峰值电流Ip，如图(B)所示，施加峰值电压Vp。
(5)时刻t5～t8期间
通过时刻t5～t8的反馈控制决定的基值期间Tb中，如图(A)所示，以电极正极性EP通电预定的基值电流Ib，如图(B)所示，施加基值电压Vb。
(6)时刻t8～t9期间
返回到上述(1)的动作。
(7)时刻t6～t7期间
基值期间Tb中的时刻t6～t7的期间中，如果焊丝和母材短路，则如图(B)所示，焊接电压Vw成为低的短路电压值，如图(A)所示，为了提前解除短路而再次引弧，通电增加的短路电流Is。其结果，在时刻t7中再次引弧。短路不仅在基值期间Tb中而且也在峰值期间Tp以及电极负极性期间Ten中产生，同样通电短路电流Is。
在该图中，时刻t2～t4期间处于电极负极性期间Ten，时刻t4～t9期间处于电极正极性期间Tep。如上所述，在极性切换时使焊接电流Iw减少到极性切换电流值Ic的原因在于抑制伴随极性切换时的电流变化产生的浪涌电压并保护极性切换用开关元件，这是惯用的方法。作为上述的现有技术参照例如专利文献1、2。
在上述现有技术的交流脉冲电弧焊接中，通过在极性切换时施加高电压，防止电弧切断，实现稳定的极性切换。但是，如后文所述，在极性切换时发生短路的情况下，产生长期短路，会提高产生电弧切断的可能性。以下，对该现有技术的问题点进行说明。
图5为在极性切换时产生短路时的与上述的图4对应的波形图。在该图中，到时刻t1～t6之前与图4相同，因此省略说明。以下，参照该图，对时刻t6以后进行说明。
在时刻t6中发生短路时，如图(B)所示，焊接电压Vw成为低短路电压值，如图(A)所示，焊接电流Iw变为短路电流Is并增加。在时刻t7中，如图(C)所示，极性切换信号Cp变为低电平时，过渡到向电极负极性EN的切换动作，因此如图(A)所示，焊接电流Iw(短路电流Is)朝向极性切换电流值Ic减少。但是，如图(B)所示，由于仍为短路状态，因此如图(A)所示，焊接电流Iw的减少速度比电弧发生状态缓慢得多。时刻t7～t8的期间中，无论是否为短路状态都使焊接电流Iw减少，因此处于短路状态更加难以解除的状态。
在时刻t8中，如图(A)所示，焊接电流Iw与极性切换电流值Ic相等时，切换为电极负极性EN。但是，如图(B)所示，即使切换极性仍维持短路状态。因此，如图(A)所示，时刻t8以后感应电极负极性EN的大电流值的短路电流Is，在时刻t9中焊丝突出部焊断，产生电弧切断。
由此，在极性切换时产生短路的情况下，为了极性切换而使焊接电流Iw减少，从而使短路状态变地更稳固，短路状态变长、接下来电弧状态变地不稳定，或者通过熔断产生电弧切断。产生这种现象的背景是脉冲电弧焊接不是短路过渡焊接。因此，在脉冲电弧焊接中，为了电弧稳定化，需要提前解除短路并再次引弧。在CO2焊接以及MAG焊接等的短路过渡焊接中，短路以一秒期间百次左右的周期产生，因此能够在该短路期间中进行极性切换。但是，在脉冲电弧焊接中，由于短路不规则地产生，因此设计为在电弧发生状态中进行极性切换。
专利文献1：特开昭58-38664号公报；
专利文献2：特开2005-349406号公报。
发明内容
在此，本发明的目的在于提供一种即使产生短路也能稳定地进行极性切换的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法。
为了解决上述课题，第一发明的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，在电极正极性期间中通电峰值电流以及基值电流，电极负极性期间中通电电极负电流，交替地切换上述电极正极性期间和上述电极负极性期间而进行焊接，
在极性切换之际，熔化电极和母材短路时，解除短路并再次引弧后，进行极性切换。
第二发明，根据发明一所述的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，其特征在于，在从上述引弧时刻经过预定的延迟期间后的时刻进行极性切换。
第三发明，根据发明二所述的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，其特征在于，上述延迟期间中维持上述再次引弧时刻的焊接电流。
发明效果
根据上述第一发明，在极性切换之际产生短路时，再次引弧后进行极性切换动作。因此，可使极性切换稳定，可防止长期短路以及电弧切断。尤其以对母材的输入热量降低或为了高速焊接而将焊接电压设定得较低的情况下，发生多次短路，因此可以产生更大效果。
根据上述第二发明，从再次引弧时刻经过延迟期间的时刻进行极性切换动作。因此，除了上述第一发明的效果外，能够防止在再次引弧之后再次短路，变为不稳定的情况。
根据上述第三发明，延迟期间中维持再次引弧时刻的大电流值的焊接电流，从而能够使电弧长度变长。因此，能够使作为上述第二效果的再次短路更可靠。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式相关的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法的时序图。
图2为本发明的实施方式相关的焊接电源的方框图。
图3为表示本发明的效果的一例的长期短路发生次数的比较图。
图4为现有技术的交流脉冲焊接的电流/电压波形图。
图5为表示问题的与图4对应的电流/电压波形图。
图中：1-焊丝；2-母材；3-电弧；4-焊枪；5-送丝辊；AC-商用电源；CC-主控制电路；CM-电流比较电路；Cm-电流比较信号；Cp-极性切换信号；D2a-D2d-二次侧整流器；Dc-驱动控制信号；DV-驱动电路；Dv-驱动信号；EI-电流误差放大电路；Ei-电流误差放大信号；EN-电极负极性；EP-电极正极性；EV-电压误差放大电路；Ib-基值电流；Ic-极性切换电流值；ID-电流检测电路；Id-电流检测信号；In-电极负电流；INT-高频变压器；INV-逆变电路；Ip-峰值电流；Ir-电流设定信号；Is-短路电流；Iw-焊接电流；PWM-脉冲宽度调制电路；Pwm-脉冲宽度调制信号；SD-短路判断电路；Sd-短路判断信号；St-起动停止信号；Tb-基值期间；Td-延迟期间；Ten-电极负极性期间；Tep-电极正极性期间；Tf-脉冲周期信号；Tp-峰值期间；TR1～TR4-晶体管；VAV-平均电压计算电路；Vav-平均电压信号；Vb-基值电压；VD-电压检测电路；Vd-电压检测信号；VF-V/F转换电路；Vn-电极负电压；Vp-峰值电压；VR-电压设定电路；Vr-电压设定信号；Vw-焊接电压；WL-电抗器；ΔV-电压误差放大信号。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图2是用于实施本发明的实施方式相关的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法的焊接电源的框图。以下，参照该图，对各模块进行说明。
逆变电路INV将3相200V等的商用电源AC作为输入，进行整流/平滑，按照后述的脉冲宽度调制信号Pwm进行逆变控制，输出高频交流电。高频变压器INT将该高频交流电降压为适于电弧焊接的电压值。二次侧整流器D2a～D2d对被降压的高频交流电进行整流。电抗器WL对被整流的直流输出进行平滑。晶体管TR1～TR4形成二次侧逆变电路，输出电极正极性EP或电极负极性EN的焊接电压Vw及焊接电流Iw。在晶体管TR1及TR2导通时，变为电极正极性EP，在晶体管TR3以及TR4导通时变为电极负极性EN。焊丝1由送丝装置的送丝辊5通过焊枪4内被送给，在与母材2之间产生电弧3。
电压检测电路VD检测焊接电压Vw，输出电压检测信号Vd。平均电压计算电路VAV对该电压检测信号Vd进行平均化，输出平均电压信号Vav。电压设定电路VR输出预定的电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV对上述的电压设定信号Vr和平均电压信号Vav之间的误差进行放大，输出电压误差放大信号ΔV。V/F变换电路VF输出具有与该电压误差放大信号ΔV成比例的频率的脉冲周期信号Tf。由此，按照焊接电压Vw的平均值与电压设定信号Vr的值相等的方式，反馈控制脉冲周期(基值期间)。
电流检测电路ID检测焊接电流Iw，算出其绝对值，输出电流检测信号Id。短路判断电路SD根据上述的电压检测信号Vd的值判断短路状态，输出短路判断信号Sd。在上述的电流检测信号Id的值处于预定的极性切换电流值Ic以下时，电流比较电路CM输出处于高电平的电流比较信号Cm。主控制电路CC将上述的脉冲周期信号Tf、短路判断信号Sd以及电流比较信号Cm作为输入，进行图1中详述的处理，输出起动停止信号St、电流设定信号Ir以及驱动控制信号Dc。
电流误差放大电路EI放大上述的电流设定信号Ir和电流检测信号Id之间的误差，输出电流误差放大信号Ei。在不输出上述的起动停止信号St时(低电平)，脉冲宽度调制电路PWM基于上述的电流误差放大信号Ei进行脉宽调制，输出脉宽调制信号Pwm。驱动电路DV基于上述的驱动控制信号Dc驱动晶体管TR1～TR4。
图1表示本发明的实施方式相关的熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，为上述的焊接电源的各信号的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw，图(B)表示焊接电压Vw，图(C)表示脉冲周期信号Tf，图(D)表示起动停止信号St，图(E)表示驱动控制信号Dc。图1表示极性切换时产生短路的情况。以下，参照该图进行说明。
(1)时刻t1～t2期间
在时刻t1中，如图(c)所示，脉冲周期信号Tf短时间变为高电平时，如图(D)所示，驱动停止信号St变为高电平，焊接电源停止输出，如图(A)所示，焊接电流Iw减少。时刻t2中，焊接电流Iw减少到极性切换电流值Ic，图2所示的电流比较信号Cm变为高电平时，如图(D)所示，起动停止信号St返回到低电平，因此焊接电源开始输出。对此响应，图2所示的电流设定信号Ir变为相当于电极负电流In的值，如图(E)所示，驱动控制信号Dc变为低电平，因此晶体管TR3以及TR4变为导通，切换为电极负极性EN。
(2)时刻t2～t3期间
时刻t2～t3的规定期间中，如图(E)所示，驱动控制信号Dc仍为低电平，因此如图(A)所示，通电电极负电流In，如图(B)所示，施加点负电压。
(3)时刻t3～t4期间
在时刻t4中，经过规定期间后，如图(D)所示，起动停止信号St变为高电平，焊接电源停止输出，如图(A)所示，焊接电流Iw减少。在时刻t4中，焊接电流Iw减少为极性切换电流值Ic，图2所示的电流比较信号Cm变为高电平时，如图(D)所示，起动停止信号St返回到低电平，因此焊接电源开始输出。对此响应，图2所示的电流设定信号Ir变为相当于峰值电流Ip的值，如图(E)所示，驱动控制信号Dc变为高电平，因此晶体管TR1以及TR2变为导通，切换为电极正极性EP。
(4)时刻t4～t5期间
时刻t4～t5的预定峰值期间Tp中，如图(E)所示，驱动控制信号Dc仍为高电平，因此如图(A)所示，以电极正极性EP通电峰值电流Ip，如图(B)所示，施加峰值电压。
(5)时刻t5～t6期间
时刻t5～t6的基值期间Tb中，如图(A)所示，通电基值电流Ib，如图(B)所示，施加基值电压。
(6)时刻t6～t7期间
在时刻t6产生短路时，如图(B)所示，焊接电压Vw变为低短路电压值，如图(A)所示，焊接电流Iw变为短路电流Is，并增加。
(7)时刻t7～t8期间
在时刻t7中，如图(C)所示，脉冲周期信号Tf短时间变为高电平，但由于为短路发生中，因此不过渡为极性切换动作，从而如图(D)所示，起动停止信号St不变化。因此，如图(A)所示，继续短路电流Is的通电。
(8)时刻t8～t9期间
在时刻t8中，通过短路电流Is的通电再次引弧时，从该时刻到时刻t9的预定延迟期间Td中，维持再次引弧时的电流。此时，电流值也可返回到基值电流值Ib。设置延迟期间Td的理由是为了防止再次引弧之后的再次短路。延迟期间Td设定为在0～数ms的范围内的适当值。即使没有延迟期间Td也可以。
(9)时刻t9～t10期间
在时刻t9中，经过延迟期间Td后，如图(D)所示，起动停止信号St变为高电平，焊接电源停止输出，如图(A)所示，焊接电流Iw减少。在时刻t10中，焊接电流Iw减少到极性切换电流值Ic，图2所示的电流比较信号Cm变为高电平时，如图(D)所示，起动停止信号St返回到低电平，因此焊接电源开始输出。对此响应，图2所示的电流设定信号Ir变为相当于电极负电流In的值，如图(E)所示，驱动控制信号Dc变为低电平，因此晶体管TR3以及TR4变为导通，切换为电极负极性EN。
重复上述(1)～(9)的动作，进行焊接。根据上述的实施方式，在极性切换之际产生短路时，再次引弧后，进行极性切换动作。因此，使极性切换稳定，能够防止长期短路以及电弧切断。
(效果)
图3是表示本发明的效果的一例的长期短路发生次数的比较图。该图应用直径1.2mm铝合金焊丝，以100A-15.5V进行交流脉冲MIG焊接，计数在30秒期间发生了多少次10ms以上的长期短路的图。此外，该图未来明确效果，在适当范围内将焊接电压值设定为低值，变为容易产生电路的条件。
如该图所示，在现有技术中，短路达到长期短路的次数为83次，但与此相对本发明减少到零。由于两者产生大致相同次数的短路，因此在本发明中没有达到长期短路，可再次引弧。不产生长期短路也不产生电弧切断，电弧稳定性良好。

Claims (1)

1.一种熔化电极交流脉冲电弧焊接的极性切换控制方法，在电极正极性期间中通峰值电流以及基值电流，电极负极性期间中通电极负电流，交替地切换上述电极正极性期间和上述电极负极性期间，进行焊接，
在将要进行极性切换而未切换之时，熔化电极和母材短路时，解除短路而再引弧，从再引弧时刻经过了预定的延迟期间之后，使焊接电流减少到极性切换电流值后进行极性切换，
上述延迟期间中维持上述再引弧时刻的焊接电流。
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