CN101204753A - 熔化电极电弧焊接的引弧控制方法 - Google Patents

熔化电极电弧焊接的引弧控制方法 Download PDF

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Abstract

一种熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在焊接开始时，自焊枪(4)送给的焊丝(1)与被焊接物(2)接触(时刻t2)并通入初期电流(Is)(时刻t3)，然后，通过将焊丝(1)与被焊接物(2)分离产生初期电弧(时刻t4)后，过渡到稳定电弧，其中，对所述初期电流(Is)的上升赋予斜率。从而，在焊接开始时，将焊丝(1)暂时与被焊接物(2)接触后分离，产生电弧而进行引弧的收缩引弧方法中，可以抑制焊丝(1)熔敷在被焊接物(2)而成为引弧不良。

Description

熔化电极电弧焊接的引弧控制方法
技术领域
本发明涉及用于焊丝暂时接触被焊接物之后再分离而引弧的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法。
背景技术
以往，惯用以下熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在熔化电极电弧焊接的焊接开始时，使自焊枪送给的焊丝与被焊接物接触，通电初期电流，然后通过使焊丝与被焊接物分离而产生初期电弧后过渡到稳定电弧(以下，称为收缩引弧方法)。该收缩引弧方法，与通常的引弧方法相比，具有引弧失败的概率低，且引弧时的飞溅发生少，向稳定电弧的过渡响应性优良，可以实现高品质的引弧性的效果。以下，对该现有技术的收缩引弧方法进行说明。
图4是用于实施现有技术的收缩引弧方法的焊接装置的构成图。以下，参照该图进行说明。
焊接电源PS，被从外部输入起动信号St时，开始输出用于引弧的焊接电压Vw和焊接电流Iw，且输出用于控制焊丝1的送给的送给控制信号Fc。在引弧中，判断焊丝1和被焊接物2接触时，焊接电源内的接触判断信号Sd变为高电平。
根据上述送给控制信号Fc对送给电动机WM进行旋转控制。焊丝1通过与上述送给电动机WM结合的送给辊5在焊枪4内被送给。送给电动机WM正向旋转，焊丝1在接近被焊接物2的方向被送给时为前进送给，送给电动机WM反向旋转，焊丝1在自被焊接物2远离的方向上被送给时为后退送给。焊丝1由安装在焊枪4的前端的供电芯41供电，在与被焊接物2之间产生电弧3。焊丝1前端和被焊接物2之间的距离为焊丝/被焊接物间距离Lw，该距离在引弧发生过程中为电弧长度。
图5是进行收缩引弧方法时的上述焊接装置中的各个信号的时序图。该图(A)表示起动信号St，该图(B)表示送给控制信号Fc，该图(C)表示接触判断信号Sd，该图(D)表示焊接电流Iw，该图(E)表示焊丝/被焊接物间距离Lw。以下，参照该图进行说明。
在时刻t1，如该图(A)所示，被输入起动信号St(高电平)时，如该图(B)所示，送给控制信号Fc为正值，因此焊丝1以低(slow down)送给速度被前进送给。这里，送给控制信号Fc的值为正的时候为前进送给，为负的时候为后退送给。通过该前进送给，如该图(E)所示，焊丝/被焊接物间距离Lw逐渐缩短。
在时刻t2，如该图(E)所示，焊丝/被焊接物间距离Lw为0mm，焊丝1前端与被焊接物2接触时，如该图(C)所示，接触判断信号Sd为高电平。在从该接触判断时刻开始经过预定的接通延迟期间Tn之后的时刻t3，如该图(B)所示，送给控制信号FC变为负值，因此焊丝1以后退送给速度进行后退送给。同时，如该图(D)所示，通过预定的初期电流Is。
如该图(E)所示，通过上述后退送给，焊丝1前端自被焊接物2分离，焊丝/被焊接物间距离Lw成为微小值时(时刻t4)，产生通过初期电流Is的初期电弧。另外，在时刻t4焊丝1与被焊接物2为非接触，因此接触判断信号Sd变为低电平。
从上述接触判断信号Sd在时刻t4变为低电平时开始，到经过预定的断开延迟期间Tf后的时刻t5的期间中，如该图(B)所示，因为送给控制信号Fc保持为负值，所以继续后退送给。因此，如该图(E)所示，初期电弧的长度(焊丝/被焊接物间距离Lw)逐渐变长。
在时刻t5，经过了上述断开延迟期间Tf时，如该图(B)所示，送给控制信号Fc变为正值，因此焊丝1以稳定送给速度再次前进送给。与此对应，如该图(D)所示，从初期电流Is变为稳定焊接电流，如该图(E)所示，成为稳定的电弧长度，从初期电弧过渡到稳定电弧。如上所述，焊丝1暂时接触被焊接物2后分离，可靠地产生初期电弧，并过渡到稳定电弧，由此可以实现高品质的引弧性(例如参见专利文献1、2)
专利文献1：日本专利特开2002-248572号公报；
专利文献2：日本专利特许第3836872号公报。
在上述图5中，在时刻t2焊丝1接触之后经接通延迟期间Tn期间继续前进送给，等待初期电流Is的通电。这样是使焊丝1的接触状态成为更完全状态的缘故。接触状态为不完全的状态时，在时刻t3通电初期电流Is，瞬间生成电弧(以下成为瞬时电弧)会产生熔敷(溶着)而导致引弧失败。
初期电流Is的值考虑初期电弧的稳定性多设定在50～100A左右。从防止产生上述瞬时电弧而引起的熔敷的角度考虑要降低初期电流Is的值。但是，在初期电流Is的值变小时，容易使初期电弧不稳定而产生断弧。考虑这二者，来设定上述值。
图6是表示焊接结束时的焊丝的前端部的图。焊丝1前端部为球状，该球状的下面形成薄的绝缘层11。该薄绝缘层11由焊丝1的成分生成。因此，存在容易形成薄绝缘层11的焊丝1的种类。例如，在焊丝1的材质为不锈钢时，容易形成该薄绝缘层11。另外，薄绝缘层11的形成状态根据焊接条件而变化。该薄绝缘层11因为在球状的下面斑驳地存在，因此在与被焊接物2接触时很少完全被绝缘，大多为表现出大的接触电阻值。如上所述，以在焊丝前端部斑驳地形成薄绝缘层11的状态与被焊接物2接触，通电初期电流Is时，初期电流Is集中于没有薄绝缘层11的接触部而通电。其结果通电集中的接触部，因为急剧地加热而熔化，产生微小的间隙，往往在该间隙中产生瞬间电弧而发生熔敷。形成薄绝缘层11未必产生瞬间电弧而发生熔敷。这依赖于薄绝缘层11的形成状态、初期电流Is的值、接触状态等。
图7是测量使用不锈钢焊丝进行上述收缩引弧，初期电流Is变化时的瞬间电弧发生次数的图。按照各个初期电流值进行20次的引弧，纵轴表示瞬间电弧产生次数。根据该图可知，瞬间电弧产生次数在初期电流Is为20A以下为0次，但是在超过20A时，与该值成比例地增加。如上所述，初期电流Is为通常设定的50A～100A的范围内，至少以5/20＝25％的概率产生。瞬时电弧的产生并不是所有都会导致熔敷，但是一定是易发生熔敷的状态。在熔敷发生时成为引弧不良，因此需要抑制瞬时电弧的产生。
发明内容
因此，本发明提供一种在收缩引弧方法中，即使在焊丝前端部形成薄绝缘层时，也不产生熔敷，可以得到高品质的引弧性的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法。
为了解决上述问题，本发明方案一的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在焊接开始时，自焊枪送给的焊丝与被焊接物接触并通入初期电流，然后，通过将焊丝与被焊接物分离产生初期电弧后，过渡到稳定电弧，其中，对所述初期电流的上升赋予斜率。
本发明方案二的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在从所述接触发生时刻开始经过规定期间之后开始所述初期电流的通电。
本发明方案三的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，根据本发明方案一和方案二的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，所述初期电流的斜率为20A/ms以下。
发明效果
根据本发明，通过使初期电流的上升中具有斜率而进行通电，可以除去形成在焊丝前端的薄绝缘层，减小接触电阻值。因此，可以抑制初期电流通电时产生瞬时电弧、发生熔敷。其结果，可以实现高品质的引弧性。
附图说明
图1是用于实施本发明实施方式的相关熔化电极电弧焊接的引弧控制方法的焊接电源的方框图。
图2是用于实施本发明实施方式的相关的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法时的图1的焊接电源中的各个信号的时序图。
图3是表示本发明实施方式中初期电流的斜率Su的适当范围的图。
图4是用于实施现有技术中的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法的焊接装置的构成图。
图5是表示现有技术中的熔化电极的引弧控制方法的时序图。
图6是表示为了说明现有技术的问题，形成在焊接结束时的焊丝前端部的薄绝缘层11的图。
图7是表示为了说明现有技术的问题，初期电流Is的值和瞬时电弧发生次数之间的关系的图。
图中符号说明：
1-焊丝，2-被焊接物，3-电弧，4-焊枪，5-送给辊，11-薄绝缘层，41-供电芯，DY-延迟电路，Dy-延迟信号，FC-送给控制电路，Fc-送给控制信号，IS-初期电流设定电路，Is-初期电流，Isr-初期电流设定信号，Iw-焊接电流，Lw-焊丝/被焊接物间距离，PM-电源主电路，PS-焊接电源，SD-接触判断电路，Sd-接触判断信号，St-起动信号，Su-初期电流的斜率，Tf-断开延迟期间(设定值)，Tn-接通延迟期间(设定值)，VD-电压检测电路，Vd-电压检测信号，VR-电压设定电路，Vr-电压设定信号，Vw-焊接电压，WM-送给电动机。
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1是用于实施本发明实施方式的相关熔化电极电弧焊接的引弧控制方法的焊接电源PS的方框图。作为焊接装置与上述图4相同，但是焊接电源PS置换为该图的焊接电源。以下，参照该图对各个功能框进行说明。
电压设定电路VR，输出预定的电压设定信号Vr。初期电流设定电路IS输出预定的初期电流设定信号Isr。电源主电路PM以三相200V等的商用电源作为输入，在起动信号St为高电平时，根据上述电压设定信号Vr进行逆变控制等输出控制，输出焊接电压Vw和焊接电流Iw。因此，该电源主电路PM的输出，与通常的熔化电极电弧焊接用的焊接电源同样，为恒电压特性。但是，在图2中如后面所述，后述的延迟信号Dy从高电平变为低电平为止的进行引弧的一定期间之间(图2的时刻t1～t5期间)，输出根据上述初期电流设定信号Isr为恒电流特性。
焊丝1通过与送给电动机WM结合的送给辊5在焊枪4内被送给，在与被焊接物2之间产生电弧3。
电压检测电路VD检测上述焊接电压Vw，输出电压检测信号Vd。接触判断电路SD，根据该电压检测信号Vd的值判断焊丝1与被焊接物2之间的接触，输出接触判断信号Sd。延迟电路DY以该接触判断信号Sd为输入，输出接通延迟了接通延迟期间设定值Tn、且断开延迟了断开延迟期间设定值Tf后的延迟信号Dy。送给控制电路FC以上述起动信号St和延迟信号Dy作为输入，输出图2中后述的送给控制信号Fc。送给电动机WM，按照该送给控制信号Fc被旋转控制。
图2是用于进行本发明的收缩引弧方法时的上述焊接电源中的各个信号的时序图。该图(A)表示起动信号St，该图(B)表示送给控制信号Fc，该图(C)表示接触判断信号Sd，该图(C2)表示延迟信号Dy，该图(D)表示焊接电流Iw，该图(E)表示焊丝/被焊接物间距离Lw。该图与上述的图5对应，追加了该图(C2)所示的延迟信号Dy。以下，参照该图进行说明。
在时刻t1，如该图(A)所示，被输入起动信号St(高电平)时，如该图(B)所示，因为送给控制信号Fc为正值，所以焊丝1以低送给速度被前进送给。这里，送给控制信号Fc的值为正时是前进送给，为负时是后退送给。根据该前进送给，如图(E)所示，焊丝/被焊接物间距离Lw逐渐缩短。
在时刻t2，如该图(E)所示，焊丝/被焊接物间距离Lw为0mm，焊丝1前端与被焊接物2接触时，如该图(C)所示，接触判断信号Sd为高电平。从该接触判断时刻开始经过了预定的接通延迟期间Tn后的时刻t3，如该图(C2)所示，延迟信号Dy变为高电平。对此进行响应，如该图(B)所示，送给控制信号Fc变为负值，因此焊丝1以后退送给速度被后退送给。同时，如该图(D)所示，通电具有斜率而上升后的成为规定值(50～100A左右)的初期电流Is。此时，在图6中，如上所述，即使在焊丝前端部斑驳地形成薄绝缘层11时，初期电流Is不是突然通电规定值而是具有斜率，因此焊丝的前端部，不会被急剧地加热熔化出现间隙，而产生电弧。即因为初期电流Is具有斜率，所以焊丝的前端部逐渐被加热，薄绝缘层11由于该加热而逐渐除去。其结果，降低了焊丝前端和被焊接物2之间的接触电阻。因此，不会产生瞬时电弧，不会发生熔敷。除此之外，上升后维持原来的规定值，因此对初期电弧的稳定性不会带来任何影响。对于斜率的适当值由图3进行后述。
如该图(E)所示，通过上述后退送给焊丝1的前端自被焊接物2分离，焊丝/被焊接物间距离Lw成为微小值(时刻t4)，产生初期电流Is通电的初期电弧。另外，在时刻t4焊丝1与被焊接物2为非接触，因此接触判断信号Sd变为低电平。
在上述接触判断信号Sd在时刻t4从变为低电平的时刻开始经过预定的断开延迟期间Tf后的时刻t5，如该图(C2)所示，延迟信号Dy变为低电平。在该时刻t4～t5期间中，如该图(B)所示，送给控制信号Fc保持负值，因此继续后退送给。因而，如该图(E)所示，初期电弧的电弧长度(焊丝/被焊接物间距离Lw)逐渐变长。
在时刻t5中，如该图(C2)所示，延迟信号Dy变为低电平时，如该图(B)所示，因为送给控制信号Fc变为正值，所以焊丝1以稳定送给速度再次前进送给。对应于此，如该图(D)所示，从初期电流Is变为稳定焊接电流，如该图(E)所示，成为稳定电弧长度，从初期电弧过渡到稳定电弧。
在该图中，设接通延迟期间Tn＝0，也可以不设接通延迟。此时，在时刻t2，开始焊丝1的后退送给和初期电流Is的通电。即使与接触判断同时停止前进送给，这与由于惯性继续前进送给的状态等价。
图3是表示上述初期电流的斜率Su(A/ms)的适当值的图。该图的横轴表示初期电流的斜率Su，纵轴表示瞬时电弧发生次数。该图是使用不锈钢焊丝以初期电流Is为规定值70A进行本发明的收缩引弧的情况。按各个斜率Su进行50次的引弧，测定其中瞬时电弧发生的次数。
根据该图可知，在斜率Su≤20A/ms，瞬时电弧发生次数大幅度减少，进而，在斜率Su≤10A/ms为0次。在上述图2中，接触时初期电流Is通电期间(时刻t3～t4的期间)至少为数十ms，因此即使在斜率Su＝20A/ms、初期电流Is设定为规定值50A的时候，以3.5ms斜率结束，并达到规定值。因此，在初期电弧发生时刻(时刻t4)，通电规定值为50A的初期电流Is。另一方面，斜率Su的最小值在设时刻t3～t4期间＝25ms、规定值＝100A时为4A/ms。该图表示了因为是容易形成薄绝缘层的不锈钢焊丝的情况，所以斜率Su设定在20A/ms以下即可，进一步优选设定在10A/ms以下。
在上述图2中，时刻t1～t2期间，通过前进送给焊丝1使焊丝1与被焊接物2接触。作为这之外的方法，可以使焊枪4前进移动使焊丝1与被焊接物2接触。此时，焊丝1前进送给、不前进送给均可以。另外，时刻t3～t5期间，通过将焊丝1后退送给，使焊丝1从被焊接物2离开，但是也可以使焊枪4后退移动。此时，焊丝1为前进送给的状态、停止状态或后退送给状态中的任一项均可以。另外，初期电流Is的斜率不必为直线，也可以是曲线状、阶跃状等。
根据上述实施方式，通过通电上升具有斜率的初期电流，可以除去形成在焊丝前端的薄绝缘层而降低接触电阻值。因此，在初期电流通电时可以抑制瞬时电弧的产生而发生熔敷。其结果，可以实现高品质的引弧性。

Claims (3)

1.一种熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，在焊接开始时，自焊枪送给的焊丝与被焊接物接触并通入初期电流，然后，通过将焊丝与被焊接物分离产生初期电弧后，过渡到稳定电弧，其特征在于，
对所述初期电流的上升赋予斜率。
2.根据权利要求1所述的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，其特征在于，
在从所述接触发生时刻开始经过规定期间之后开始所述初期电流的通电。
3.根据权利要求1或2所述的熔化电极电弧焊接的引弧控制方法，其特征在于，
所述初期电流的斜率为20A/ms以下。
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