CN101151118A - 电弧熔接的控制方法及熔接装置 - Google Patents

电弧熔接的控制方法及熔接装置 Download PDF

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Abstract

焊丝进给速度，在短路期间中设为低于基本焊丝进给速度的速度，在电弧期间中设为基本焊丝进给速度。在电弧期间中，从电弧发生时到第1规定时间为止，通过电流控制将熔接电流增加到规定的峰值电流；从第1规定时间到第2规定时间为止，通过恒压控制后的熔接电压输出熔接电流；从第2规定时间到电弧期间结束为止，通过电流控制将熔接电流减少到规定的基础电流。

Description

电弧熔接的控制方法及熔接装置
技术领域
本发明涉及一种进给焊丝的同时使短路期间和电弧期间交替地重复的电弧熔接的控制方法及熔接装置。
背景技术
图9表示现有的电弧熔接的控制。熔接电压Vw、熔接电流Iw、焊丝的进给速度设定信号Fr、焊丝前端的进给速度Fs，分别如图所示随时间变化。在时刻t1～t2的短路期间Ts中，Ts比预定的时间Tt短，因此信号Fr保持设定焊丝前进的Ffr的状态，而使焊丝以速度Ffs进给。而在接下来的时刻t2～t3的电弧期间Ta中，焊丝也以速度Ffs进给。
在从时刻t3开始的短路期间中，从时刻t3到经过时间Tt后的时刻t4为止，信号Fr保持Ffr而焊丝以速度Ffs进给。在时刻t4，信号Fr切换成设定焊丝后退的Frr，焊丝进给速度Fs因由惯性产生的缓降而减少。同时，熔接电流Iw减少为较低值。
焊丝进给速度Fs减少到小于0即为后退。在时刻t5，焊丝前端从母材脱离以解除短路而使电弧再次发生。同时，信号Fr切换成Ffr，焊丝进给速度Fs朝着Ffs增加。并且，熔接电流Iw成为对应于焊丝进给速度Ffs的值，该焊丝进给速度Ffs由熔接电压Vw的恒压特性和电弧负载决定。
上述现有的电弧熔接的控制中，由于存在时刻t1～t2的通常短路期间和时刻t3～时刻t5的比通常长得多的短路期间，因此在电弧稳定性上存在问题。关于上述现有的电弧熔接的控制，例如公布在日本专利申请特开2004-298924号公报中。
发明内容
本发明是进给焊丝的同时使短路期间和电弧期间交替地重复的电弧熔接的控制方法。短路期间中，将焊丝进给速度设为低于基本进给速度的速度；电弧期间中，将焊丝进给速度设为基本进给速度。在电弧期间中，从电弧发生时到第1规定时间为止，通过电流控制将熔接电流增加到规定的峰值电流；从第1规定时间到第2规定时间为止，通过恒压控制后的熔接电压输出熔接电流；从第2规定时间到电弧期间结束为止，通过电流控制将熔接电流减少到低于峰值电流的规定基础电流。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的电弧熔接控制方法的图。
图2是图1部分变更、变更焊丝进给速度WS波形的图。
图3是图1部分变更、变更焊丝进给速度WS波形的图。
图4是表示焊丝进给量的补偿的图。
图5是表示焊丝进给量的补偿的图。
图6是本发明的实施方式1～3的电弧熔接装置的构成图。
图7是表示本发明的实施方式2的电弧熔接控制方法的图。
图8是表示本发明的实施方式3的电弧熔接控制方法的图。
图9是表示现有的电弧熔接控制方法的图。
图中，I-熔接电流，V-熔接电压，WS-焊丝进给速度，IP-峰值电流，IB-基础电流，3-开关元件，7-驱动部，8-熔接电压检测器，9-熔接电流检测器，10-短路/电弧检测器，11-短路控制器，12-电弧控制器，13-第1计时器，14-电弧恒流控制器，15-电弧恒压控制器，16-焊丝进给电机控制器，17-焊丝进给速度控制器，18-第2计时器，19-电机ON/OFF控制器，20-电机极性控制器，21-焊丝进给电机，22-焊丝，24-电弧，25-被熔接物，26-运算部。
实施发明的最佳方式
以下，关于本发明的实施方式，利用图1～图8进行说明。
(实施方式1)
图1表示本发明的实施方式1的电弧熔接控制方法。熔接电流I、熔接电压V、焊丝进给速度WS、指示焊丝进给电机接通/断开(ON/OFF)的电机ON/OFF信号N、指示焊丝进给电机的旋转方向的电机极性信号K，分别如图所示随时间变化。
在时刻t1～t2的短路期间中，通过电流控制使熔接电流I以规定的斜率上升。另外，焊丝进给速度WS从基本进给速度WS1减速到WS2。在刚要到达短路期间的终端之前，检测出熔融焊丝的缩颈(tapering)而使熔接电流I急剧降低。
在时刻t2～t3的电弧期间中，通过电流控制，使熔接电流I以规定的斜率上升到达另行设定值的峰值电流IP为止。熔接电流I到达峰值电流IP后维持峰值电流IP直到时刻r3为止。另外，焊丝进给速度WS从WS2返回到WS1。
峰值电流IP的值为200A以上，但是优选实验确定适宜于熔接对象的值。峰值电流IP的值当太低时容易发生导致飞溅原因的微小短路而当太高时加深熔池，因此必须准确地对熔接电流I进行电流控制。
时刻t2即电弧刚发生后，由于焊丝进给速度WS还处于接近WS2的低速，因此即使电流IP没有升得过高，电弧也能够燃起，以抑制微短路。
在时刻t3～t4的电弧期间中，熔接电压V被恒压控制为基本熔接电压VP，通过该恒压使图示的熔接电流I输出。通过进行恒压控制可稳定且维持适宜的电弧长度，因此微短路几乎不发生。
在时刻t4～t5的电弧期间中，通过电流控制，使熔接电流I以规定的斜率减少到达另行设定值的基础电流IB为止。如果基础电流IB为100A以下，则即使微短路也几乎不发生大粒飞溅。通过使熔接电流I以规定的斜率减少，从而能够缓和电弧状态的急剧变化。基础电流IB的值，优选实验确定适宜于熔接对象的值。
在时刻t5～t6的电弧期间中，通过恒流控制，熔接电流I维持基础电流IB直到时刻t6为止，以确保易于发生下一个短路期间的状态。
本实施方式的电弧熔接接控制方法，交替地重复上述的短路期间和电弧期间。
在此，对焊丝进给速度WS变化时的坡度和延迟时间进行说明。
如图2所示，可以把焊丝进给速度WS以规定的斜率从基本进给速度WS1减速到WS2。这样，能够缓和焊丝进给速度WS的急剧变化。
另外，如图3所示，可以把焊丝进给速度WS以规定的斜率从WS2提速到WS1。这样，不仅能够缓和电弧状态的急剧变化，而且能够减少电弧刚发生后的微短路。
进一步，当焊丝进给速度WS从WS2提速到WS1时，如图2所示，可以从距t2延迟了规定时间的时刻t7开始提速。在延迟时间期间，焊丝进给速度WS保持为低速的WS2，因此即使峰值电流IP没有升得过高，电弧也能够燃起，从而抑制微短路。
接下来，说明焊丝进给量的补偿。如图4、图5所示，在时刻t1～t2的短路期间中，使焊丝进给速度WS减速到低于基本进给速度WS1的WS2，在时刻t2～t6的电弧期间中，使焊丝进给速度WS提速到高于WS1的WS4或WS5。虽然短路期间焊丝进给速度WS较低而使焊丝进给量减少，但是电弧期间焊丝进给速度WS较高而使焊丝进给量增加。补偿焊丝进给量的减少量与增加量以获得与短路次数的变化无关的稳定的焊丝进给量，对于获得良好的熔接品质很重要。
图4表示第1补偿方法，首先算出时刻t1～t2的短路期间的焊丝进给的减少量。在时刻t2～t6的电弧期间中，以速度WS4进给焊丝的同时实时计算出焊丝进给的增加量，在焊丝进给的减少量和增加量为相同值的时刻t8，使焊丝进给速度WS减速到WS1。焊丝进给速度WS4的值优选以实验适宜的方式确定。
图5表示第2补偿方法，根据前一个电弧期间的时间或在先的多次电弧期间的平均时间等在先的电弧期间的时间数据、和时刻t1～t2的短路期间的焊丝进给的减少量，确定能够补偿焊丝进给的减少量和增加量的焊丝进给速度WS5。
图6表示本实施方式的电弧熔接装置。AC电压1由整流器2整流。整流电压，介由开关元件3、变压器4、整流器5、DC电抗器6，作为熔接电压施加在焊丝22和被熔接物25间以熔接两者。电流检测器9检测出熔接电流。
短路/电弧检测器10，根据熔接电压检测器8检测出的熔接电压，判断熔接过程现在处于短路期间和电弧期间的哪一个。
焊丝进给电机控制器16，具有焊丝进给速度控制器17、第2计时器18、电机ON/OFF控制器19、电机极性控制器20、和运算部26。
短路/电弧检测器10判断为短路期间时，焊丝进给速度控制器17指示焊丝进给速度WS2。若WS2＞0，则电机ON/OFF控制器19指示ON，并且电机极性控制器20指示前进。若WS2＝0，则电机ON/OFF控制器19指示OFF，并且电机极性控制器20指示前进。若WS2＜0，则电机ON/OFF控制器19指示ON，并且电机极性控制器20指示后退。
短路/电弧检测器10判断为电弧期间时，焊丝进给速度控制器17指示焊丝进给速度WS1，电机ON/OFF控制器19指示ON，电机极性控制器20指示前进。
关于上述焊丝进给的减少量和增加量的补偿(参照图4、5)，在图4的情况下，运算部26运算短路期间的焊丝进给减少量。进一步，运算部26，在电弧期间中实时运算焊丝进给增加量，在不足量和增加量为相同值的时刻，指示将焊丝进给速度设为WS1。
在图5的情况下，运算部26运算短路期间的焊丝进给减少量。并且，运算部26，根据过去的电弧期间的时间数据和上述焊丝进给减少量，运算并指示焊丝进给速度WS5。
焊丝进给电机21，按照来自焊丝进给电机控制器16的指示进给焊丝。计时器18对延迟焊丝进给速度提速时的延迟时间进行计时。
短路期间中，短路控制器11控制熔接电流I。电弧期间中，电弧控制器12控制熔接电流I或熔接电压V。电弧控制器12包括第1计时器13、电流控制器14、电压控制器15。计时器13计时图1所示的各时刻。电流控制器14控制时刻t2～t3之间及时刻t4～t6之间的熔接电流I。电压控制器15控制时刻t3～t4之间的熔接电压V。驱动部7根据来自短路控制器11或电弧控制器12的信号控制开关元件3。
(实施方式2)
图7表示本发明的实施方式2的电弧熔接控制方法。熔接电流I、熔接电压V、焊丝进给速度WS、指示焊丝进给电机接通/断开(ON/OFF)的电机ON/OFF信号N、指示焊丝进给电机的旋转方向的电机极性信号K，分别如图所示随时间变化。
与实施方式1的不同点在于，在时刻t1～t2的短路期间中焊丝进给速度WS为0即停止焊丝进给。其他点与实施方式1相同(参照图1)。
焊丝进给速度WS，与实施方式1同样地能够以规定的斜率变化(参照图2、3)。并且，也可以使焊丝进给速度WS的变化延迟(参照图2)。
另外，焊丝进给的减少量和增加量的补偿，能够与实施方式1同样地进行(参照图4、5)。
本实施方式中使用的电弧熔接装置，与实施方式1中说明的电弧熔接装置相同。
本实施方式的熔接控制方法，由于将短路期间的焊丝进给速度WS设为0，因此与实施方式1相比能够减少电弧发生时的微短路。另外，能够在更短的短路期间充分熔化焊丝，发生电弧。
(实施方式3)
图8表示本发明的实施方式3的电弧熔接控制方法。熔接电流I、熔接电压V、焊丝进给速度WS、指示焊丝进给电机接通/断开(ON/OFF)的电机ON/OFF信号N、指示焊丝进给电机的旋转方向的电机极性信号K，分别如图所示随时间变化。
与实施方式1的不同点在于，在时刻t1～t2的短路期间中将焊丝进给速度WS设为后退方向。其他点与实施方式1相同(参照图1)。
焊丝进给速度WS，与实施方式1同样地能够以规定的斜率变化(参照图2、3)。并且，也可以使焊丝进给速度WS的变化延迟(参照图2)。另外，焊丝进给的减少量和增加量的补偿，能够与实施方式1同样地进行(参照图4、5)。
本实施方式中使用的电弧熔接装置，与实施方式1中说明的电弧熔接装置相同。
本实施方式的熔接控制方法，由于将短路期间的焊丝进给速度WS设为后退，因此与实施方式1或2相比能够更加减少电弧发生时的微短路。另外，能够在更短的短路期间充分熔化焊丝，发生电弧。
产业上的可利用性
本发明的电弧熔接控制方法，能够降低飞溅，因此作为电弧熔接装置及其控制方法在产业上有用。

Claims (11)

1.一种电弧熔接控制方法，进给焊丝的同时使短路期间和电弧期间交替地重复，
在上述短路期间中，将焊丝进给速度减速到低于基本进给速度的速度；
在上述电弧期间中，将上述焊丝进给速度提速到上述基本进给速度；
在上述电弧期间中，从电弧发生时到第1规定时间为止，通过电流控制将熔接电流增加到规定峰值电流；
从上述第1规定时间到第2规定时间为止，对熔接电压进行恒压控制并且通过该恒压输出熔接电流；
从上述第2规定时间到电弧期间结束为止，通过电流控制将熔接电流减少到低于上述峰值电流的规定基础电流。
2.根据权利要求1所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述短路期间中，将上述焊丝进给速度设置为0。
3.根据权利要求1所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述短路期间中，将上述焊丝进给速度设为后退方向。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述短路期间中，上述焊丝进给速度以规定斜率减速。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述电弧期间中，从电弧发生时起使上述焊丝进给速度以规定斜率提速。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述电弧期间中，从电弧发生时到规定延迟时间后起开始上述焊丝进给速度的提速。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
在上述电弧期间中，从电弧发生时到规定时间后起开始将上述熔接电流以规定斜率减少到规定基础电流。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
设定上述电弧期间的上述焊丝进给速度以使焊丝进给减少量和焊丝进给增加量相等，该焊丝进给减少量是通过从上述基本进给速度将上述短路期间的上述焊丝进给速度减速所产生；该焊丝进给增加量是通过在上述电弧期间中将上述焊丝进给速度提速所产生。
9.根据权利要求8所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
将上述短路期间的上述焊丝进给速度设为上述基本进给速度，将上述电弧期间的上述焊丝进给速度设为比上述基本进给速度高规定速度的速度，在上述焊丝进给增加量和上述焊丝进给减少量相等的时刻，将上述电弧期间的上述焊丝进给速度减速到上述基本进给速度。
10.根据权利要求8所述的电弧熔接控制方法，其特征在于，
根据上述短路期间的上述焊丝进给减少量和在先的电弧期间的时间数据，确定用以获得与上述焊丝进给减少量相等的上述焊丝进给增加量的、上述电弧期间中的上述焊丝进给速度。
11.一种电弧熔接接装置，包括：
进给焊丝的焊丝进给电机、
控制熔接输出的开关元件、
检测熔接电压的熔接电压检测器、
根据上述熔接电压检测熔接过程是短路期间还是电弧期间的短路/电弧检测器、
控制上述短路期间中的熔接的短路控制器、
控制上述电弧期间中的熔接的电弧控制器、
根据来自上述短路控制器或上述电弧控制器的信号控制上述开关元件的驱动部、和
根据来自上述短路/电弧检测器的信号控制上述焊丝进给电机的焊丝进给电机控制器，
上述电弧控制器包括：对时间进行计时的第1计时器、根据来自上述第1计时器的信号分别控制熔接电流和熔接电压的电流控制器和电压控制器；
上述焊丝进给电机控制器包括：焊丝进给速度控制器、对时间进行计时的第2计时器、指示上述焊丝进给电机ON/OFF的电机ON/OFF控制器、指示上述焊丝进给电机的旋转方向的电机极性控制器。
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