CN101264543B - 消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伴随着短路的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其能够提高缩颈检测精度。在消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值(Vtn)这一情况来检测从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈现象，如果检测到该缩颈现象，则进行输出控制以使通电于短路负载的焊接电流(Iw)急剧减小，从而在低电流值(Ia)的状态下再产生电弧，其中，将所述缩颈检测基准值(Vtn)在电极正极性(EP)中设定为第一缩颈检测基准值(Vtn1)，在电极负极性(EN)中设定为与所述第一缩颈检测基准值的绝对值不同的值的第二缩颈检测基准值(Vtn2)。

Description

消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法

技术领域

本发明涉及用于在消耗电极交流电弧焊接中检测短路期间中的熔滴的缩颈现象，使焊接电流急剧减小，从而提高焊接质量的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法。

背景技术

图5是表示重复短路期间Ts和电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中的电流、电压波形和熔滴过渡的图。图5(A)表示对消耗电极(以下称作焊条1)通电的焊接电流Iw的时间变化，图5(B)表示在焊条1与母材2之间施加的焊接电压Vw的时间变化，图5(C)～(E)表示熔滴1a的过渡的状态。下面参照图5进行说明。

在时刻t1～t3的短路期间Ts中，焊条1顶端的熔滴1a处于与母材2短路的状态，如图5(A)所示，焊接电流Iw渐渐增加，如图5(B)所示，因为焊接电压Vw处于短路状态，所以成为几V左右的低值。如图5(C)所示，在时刻t1，熔滴1a与母材2接触，进入短路状态。然后，如图5(D)所示，通过对熔滴1a通电的焊接电流Iw引起的电磁收缩力，在熔滴1a上部产生缩颈1b。而且，该缩颈1b急速发展，在时刻t3，如图5(E)所示，熔滴1a从焊条1向溶池2a过渡，再产生电弧3。

若产生上述缩颈现象，则在几百μs左右的极短时间后，短路开放，再产生电弧3。即，该缩颈现象成为短路开放的前兆现象。若产生缩颈1b，则焊接电流Iw的通电路线在缩颈部分变窄，所以缩颈部分的电阻值增大。伴随着缩颈发展，缩颈部分变得越窄，该电阻值的增大变得越大。因此，在短路期间Ts中，通过检测焊条1与母材2之间的电阻值的变化，能检测缩颈现象的产生和发展。该电阻值的变化能通过(焊接电压Vw)/(焊接电流Iw)计算。此外，如上所述，缩颈产生时间是极短的时间，所以如图5(A)所示，该期间中焊接电流Iw的变化小。因此，也可代替电阻值的变化，通过焊接电压Vw的变化，检测缩颈现象的产生。作为具体的缩颈检测方法，有计算短路期间Ts中的电阻值或焊接电压值Vw的变化率(微分值)，根据该变化率达到了预定的缩颈检测基准值这一情况来进行缩颈检测的方法。此外，作为其他方法，如图5(B)所示，有计算从短路期间Ts中的缩颈产生前的稳定的短路电压值Vs的电压上升值ΔV，在时刻t2，根据该电压上升值ΔV达到了预定的缩颈检测基准值Vtn这一情况来进行缩颈检测的方法。在以下的说明中，说明缩颈检测方法基于所述电压上升值ΔV的情形，但是也可以是现有提出的各种其他方法。可判别焊接电压Vw变为短路/电弧判别值Vta以上，从而简单地进行时刻t3的电弧再产生的检测。顺便说一下，Vw＜Vta的期间成为短路期间Ts，Vw≥Vta的期间成为电弧期间Ta。以下将从检测时刻t2～t3的电弧产生后到电弧再产生的时间称作缩颈检测时间Tn。如果在时刻t3再产生电弧，则如图5(A)所示，在焊接电流Iw急剧上升后，平缓地减少，如图5(B)所示，焊接电压Vw变为几十V左右的电弧电压值。时刻t3～t4的电弧期间Ta中，焊条1顶端熔化，形成熔滴1a。以后，重复时刻t1～t4期间的动作。

在伴随着上述短路的焊接中，若在时刻t3，电弧3再产生时的电弧再产生时电流值Ia是大电流值，则从电弧3向溶池2a的电弧力急剧增大，产生大量的溅射。即，溅射产生量与电弧再产生时电流值Ia的值大致成比例地增加。因此，为了抑制溅射的产生，需要减小该电弧再产生时电流值Ia。作为用于减小电流值Ia的方法，一直以来提出了各种附加了检测上述缩颈现象的产生，使焊接电流Iw急速减少，从而减小电弧再产生时电流值Ia的缩颈检测控制方法的焊接电源。下面说明该现有技术。

图6是表示采用了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接电源的框图。焊接电源PS是普通的消耗电极电弧焊接用的焊接电源。晶体管TR串联插入到输出中，与它并联电阻器R。电压检测电路VD检测焊接电压Vw并输出电压检测信号Vd。缩颈检测电路ND将该电压检测信号Vd作为输入，在短路期间TS中上述电压上升值ΔV达到了预定的缩颈检测基准值Vtn的时刻，置位在高电平，在上述电压检测信号Vd的值达到了预定的短路/电弧判别值Vta的时刻，输出复位到低电平的缩颈检测信号Nd。即，该缩颈检测信号Nd在上述缩颈检测期间Tn之间成为高电平。驱动电路DR在该缩颈检测信号Nd为低电平时(非缩颈检测时)，输出使所述晶体管TR为导通状态的驱动信号Dr。因此，所述晶体管TR在所述缩颈检测信号Nd为高电平时(缩颈检测时)变为断开状态。

图7是所述焊接电源的各信号的时间图。图7(A)表示焊接电流Iw，图7(B)表示焊接电压Vw，图7(C)表示缩颈检测信号Nd，图7(D)表示驱动信号Dr。下面，参照图7进行说明。

在图7中，时刻t2～t3的缩颈检测时间Tn以外的期间如图7(C)所示，缩颈检测信号Nd为低电平，所以如图7(D)所示，驱动信号Dr变为高电平。其结果，晶体管TR变为导通状态，所以成为与通常的消耗电极电弧焊接用的焊接电源相同的动作。

在时刻t2，如图7(B)所示，如果在短路期间Ts中焊接电压Vw上升，检测到电压上升值ΔV变为预定的缩颈检测基准值Vtn以上，判别为熔滴中产生了缩颈，则如图7(C)所示，缩颈检测信号Nd变为高电平。与之随动，如图7(D)所示，驱动信号Dr变为低电平，所以晶体管TR变为断开状态。其结果，电阻器R插入焊接电流Iw的通电路线中。该电阻器R的值设定为短路负载(几十mΩ)的10倍以上的大值，所以如图7(A)所示，焊接电源内的直流电抗线圈和电缆的电抗线圈中存储的能量急剧放电，焊接电流Iw急剧减少。在时刻t3，如果短路开放，再产生电弧，则如图7(B)所示，焊接电压Vw变为预定的短路/电弧判别值Vta以上。对其进行检测，如图7(C)所示，缩颈检测信号Nd变为低电平，如图7(D)所示，驱动信号Dr变为高电平。其结果，晶体管TR变为导通状态，成为通常的消耗电极电弧焊接的控制。通过该动作，能减小电弧再产生时(时刻t3)的电弧再产生时电流值Ia，能抑制溅射的产生。

上述说明的是直流消耗电极电弧焊接的情况，而在伴随着短路的消耗电极交流电弧焊接中也同样。以下，关于消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法进行说明。

图8是表示消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的电流、电压波形图。图8(A)表示极性切换信号Spn，图8(B)表示焊接电流Iw，图8(C)表示焊接电压Vw。下面，参照图8进行说明。

极性切换信号Spn如图8(A)所示，预定的电极正极性期间Tep之间成为高电平，预定的电极负极性期间Ten之间成为低电平。焊接电源的输出极性随着该极性切换信号Spn进行切换。图8(B)及图8(C)中，从0A或0V向上表示电极正极性EP，向下表示电极负极性EN。另外，焊接电流Iw及焊接电压Vw的值只要没有特别叙述，则表示各极性的绝对值。

若在电极正极性期间Tep中的时刻t1产生短路，则如图8(B)所示，焊接电流Iw增加，如图8(C)所示，焊接电压Vw成为几V左右的低短路电压值Vs。若在短路期间Ts中熔滴产生缩颈，则如图8(C)所示，焊接电压Vw增加，在时刻t2电压上升值ΔV达到缩颈检测基准值Vtn。与之随动，如图8(B)所示，焊接电流Iw急剧减少。并且，在时刻t3再产生电弧。该电弧再产生时的电流值Ia为低的值，所以，溅射的产生非常少。电弧期间Ta中，如图8(B)所示，焊接电流Iw急剧上升后逐渐减少，如图8(C)所示，焊接电压Vw成为几十V的电弧电压值。电极正极性期间Tep间重复上述动作。电极正极性期间Tep大多设定为几百ms左右，所以1个期间中的短路次数为几次到几十次左右。

在时刻t5，如图8(A)所示，若极性切换信号Spn变化为低电平，则焊接电源的输出极性切换成电极负极性EN。在时刻t5产生短路，成为短路期间Ts。与上述同样，焊接电流Iw增加，焊接电压Vw成为低值的短路电压值Vs。在熔滴上产生缩颈，在时刻t6，如图8(C)所示，若电压上升值ΔV达到上述缩颈检测基准值Vtn，则如图8(B)所示，焊接电流Iw急剧减少。并且，若在时刻t7再产生电弧，则如图8(B)所示，焊接电流Iw急剧上升后逐渐减少，如图8(C)所示，焊接电压Vw成为几十V的电弧电压值。此时，时刻t7的电弧再产生时电流值Ia为低的值，所以溅射的产生非常少。电极负极性期间Ten中重复上述动作。该电极负极性期间Ten也设定为几百ms左右，所以1个期间中的短路次数为几次到几十次左右。

如上所述，在消耗电极交流电弧焊接中也进行缩颈检测控制，由此能够实现可大幅度削减溅射产生的高质量焊接。

上述缩颈检测控制中，准确检测缩颈现象的产生是能够大幅度削减溅射从而实现高质量焊接的要点。因此，需要按照各种焊接条件使缩颈检测灵敏度(缩颈检测基准值Vtn的设定)适宜化。作为焊接条件，有被焊接物的材质、接头、焊接姿势、焊条突出长度、进给速度、焊接速度等多个条件。为了按照这些焊接条件使缩颈检测基准值Vtn适宜化，现有技术是如图7所示，使用了对缩颈检测期间Tn或电弧再产生时电流Ia进行反馈控制而自动调整缩颈检测基准值Vtn以使其成为目标值的方法。另外，还有在焊接电源的面板上设置缩颈检测基准值Vtn的调整旋钮的方法。(作为现有技术的例子，参照专利文献1、2。)

专利文献1：特开2004-114088号公报

专利文献2：特开2006-28万1219号公报

上述现有技术的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法中，检测交流焊接电压Vw的绝对值而使用于焊接电源的定电压控制及缩颈检测控制。这是因为，在控制电流中直流信号容易处理。因此，消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法中，每种焊接条件的缩颈检测基准值Vtn通常设定为1个值。从而，设定为电极正极性期间Tep及电极负极性期间Ten均相同的缩颈检测基准值Vtn。

可是，在电极正极性EP和电极负极性EN中，熔滴的形成状态及缩颈的产生状态有很大不同。其结果，形成一种若作为缩颈检测灵敏度的缩颈检测基准值Vtn在电极正极性EP中适宜化则在电极负极性EN中不适宜的状态，反之也同样。另外，即使使用上述的缩颈检测基准值Vtn的适宜化方法，也是按照焊接条件进行适宜化，并不会按照极性适宜化。从而，在消耗电极交流电弧焊接中有时溅射产生量的削减效果不充分。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在消耗电极交流电弧焊接中能够使缩颈检测灵敏度适宜化、能够最大限度发挥溅射产生量的削减效果的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法。

为了解决上述的课题，发明1是一种消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其在焊接电源的输出交替切换为电极正极性和电极负极性并且所述两极性中在消耗电极和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消耗电极交流电弧焊接中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值这一情况来检测所述两极性中从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈现象，如果检测到该缩颈现象，则进行输出控制以使通电于短路负载的焊接电流急剧减小，从而在低电流值的状态下再产生电弧，所述消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的特征在于，

将所述缩颈检测基准值在所述电极正极性中设定为第一缩颈检测基准值，在所述电极负极性中设定为与所述第一缩颈检测基准值的绝对值不同的值的第二缩颈检测基准值，这些第一及第二缩颈检测基准值设定为使分别对应的极性中的焊接状态良好。

发明2根据发明1所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，将所述第一缩颈检测基准值的绝对值设定为小于所述第二缩颈检测基准值的绝对值的值。

发明3根据发明1或2所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，所述第二缩颈检测基准值由将所述第一缩颈检测基准值作为输入的预定函数设定。

发明4根据发明1～3中任意一项所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将所述缩颈检测基准值的绝对值设定为所述第一缩颈检测基准值的绝对值和所述第二缩颈检测基准值的绝对值的中间值。

发明5根据发明1或4所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，将从所述缩颈检测时刻到再产生电弧的时刻的期间即缩颈检测期间分成所述电极正极性中和所述电极负极性中而进行检测，

所述第一缩颈检测基准值自动设定为使所述电极正极性中的缩颈检测期间等于预定的第一缩颈检测期间设定值，

所述第二缩颈检测基准值自动设定为使所述电极负极性中的缩颈检测期间等于预定的第二缩颈检测期间设定值。

根据本发明，按照各极性将缩颈检测基准值设定为适宜值，从而，使消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制稳定化。从而，在消耗电极交流电弧焊接中能够大幅度削减溅射产生量，能够进行高质量焊接。

再有，根据发明3，由将第一缩颈检测基准值作为输入的预定的函数设定第二缩颈检测基准值，从而除了上述效果以外，还容易设定每种焊接条件下的第二缩颈检测基准值。

再有，根据发明4，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将缩颈检测基准值的绝对值设定为第一缩颈检测基准值的绝对值和第二缩颈检测基准值的绝对值的中间值，从而，即使在极性切换时的过渡状态下也能够使缩颈检测控制稳定化。从而，能够进一步加大溅射削减效果。

再有，根据发明5，利用缩颈检测期间自动设定第一缩颈检测基准值及第二缩颈检测基准值，从而能够始终设定为适宜值，因此能够大幅度减少设定的劳力和时间，且能够获得稳定的低溅射控制性能。

附图说明

图1是搭载了本发明实施方式的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接电源的框图。

图2是图1的各信号的时间图。

图3是表示电极正极性EP及电极负极性EN中的缩颈检测基准值的适宜值的图。

图4是为了自动设定本发明实施方式的第一缩颈检测基准值Vtn1及第二缩颈检测基准值Vtn2而在图1中追加的电路的框图。

图5是表示现有技术的消耗电极电弧焊接的电流、电压波形及熔滴过渡状态的图。

图6是搭载了现有技术的缩颈检测控制的焊接电源的框图。

图7是图6的各信号的时间图。

图8是现有技术中消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的电流、电压波形图。

图中：1-焊条，1a-熔滴，1b-缩颈，2-母材，3-电弧，4-焊炬，5-进给辊，D2a～D2d-二次整流器，DR-驱动电路，Dr-驱动信号，DV1-第一开关元件驱动电路，Dv1-第一开关元件驱动信号，DV2-第二开关元件驱动电路，Dv2-第二开关元件驱动信号，Ea-误差放大信号，EI-电流误差放大电路，Ei-电流误差放大信号，EN-电极负极性，END-电极负极性开关元件驱动电路，End-电极负极性开关元件驱动信号，EP-电极正极性，EPD-电极正极性开关元件驱动电路，Epd-电极正极性开关元件驱动信号，ET1-第一期间误差放大电路，ET2-第二期间误差放大电路，EV-电压误差放大电路，Ev-电压误差放大信号，Ia-电弧再产生时电流，ID-电流检测电路，Id-电流检测信号，INT-高频变压器，INV-变频电路，IR-电流设定电路，Ir-电流设定信号，Iw-焊接电流，ND-缩颈检测电路，Nd-缩颈检测信号，NTR-电极负极性开关元件，PS-焊接电源，PTR-电极正极性开关元件，PWM-脉冲幅度调制电路，Pwm-脉冲幅度调制信号，R-电阻器，R1-第一电阻器，R2-第二电阻器，SC-外部特性切换电路，SD-短路判别电路，Sd-短路判别信号，Spn-极性切换信号，Ta-电弧期间，Ten-电极负极性期间，Tep-电极正极性期间，Tn-缩颈检测期间，Tn1-第一缩颈检测期间信号，Tn2-第二缩颈检测期间信号，TND-缩颈检测期间检测电路，TNR1-第一缩颈检测期间设定电路，Tnr1-第一缩颈检测期间设定信号，TNR2-第二缩颈检测期间设定电路，Tnr2-第二缩颈检测期间设定信号，TR-晶体管，TR1-第一开关元件，TR2-第二开关元件，Ts-短路期间，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，Vs-短路电压值，Vta-短路/电弧判别值，VTN-缩颈检测基准值设定电路，Vtn-缩颈检测基准值(信号)，VTN1-第一缩颈检测基准值设定电路，Vtn1-第一缩颈检测基准值(信号)，VTN2-第二缩颈检测基准值设定电路，Vtn2-第二缩颈检测基准值(信号)，Vtn3-第三缩颈检测基准值，Vw-焊接电压，WL-电抗线圈，ΔT1-第一期间误差放大信号，ΔT2-第二期间误差放大信号，ΔV-电压上升值。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是搭载了本发明实施方式的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接电源的框图。以下，参照图1说明各电路。

变频电路INV对3相200V等商用电源进行整流，按照后述的脉冲幅度调制信号Pwm进行变频控制，从而输出高频交流。高频变压器INT将该高频交流电压降压为适于焊接的电压。二次整流器D2a～D2d对降压后的高频交流进行整流，输出正及负的直流电压。电抗线圈WL使该直流电压平滑。

电极正极性开关元件PTR及电极负极性开关元件NTR将上述正负输出切换为电极正极性EP或电极负极性EN。若电极正极性开关元件PTR成为导通状态，则焊接电源的输出成为电极正极性EP，另一方面，若电极负极性开关元件NTR成为导通状态，则焊接电源的输出成为电极负极性EN。

将第一开关元件TR1和第一电阻器R1串联的电路与上述电极正极性开关元件PTR并联，进而，将第二开关元件TR2和第二电阻器R2串联的电路与上述电极负极性开关元件NTR并联。

焊条1利用焊条进给装置的进给辊5的旋转通过焊炬4而被进给，在与母材2之间产生电弧3，电弧3被供给交流焊接电压Vw及焊接电流Iw。

电压检测电路VD检测交流的焊接电压Vw并转换成绝对值，从而输出电压检测信号Vd。短路判别电路SD以该电压检测信号Vd作为输入，输出短路判别信号Sd。缩颈检测基准值设定电路VTN将该短路判别信号Sd及来自外部的极性切换信号Spn作为输入，如图2中后述，极性切换信号Spn为高电平(电极正极性EP)时，以预定的第一缩颈检测基准值Vtn1作为缩颈检测基准值信号Vtn输出，为低电平(电极负极性EN)时，以预定的第二缩颈检测基准值Vtn2作为缩颈检测基准值信号Vtn输出。再有，从极性切换的时刻到基于上述短路判别信号Sd对短路的产生进行计数且其值达到规定次数的期间，将第三缩颈检测基准值Vtn3作为上述缩颈检测基准值信号Vtn输出。该第三缩颈检测基准值Vtn3作为第一缩颈检测基准值Vtn1和第二缩颈检测基准值Vtn2的中间值设定，例如，设定为Vtn3＝(Vtn1+Vtn2)/2。缩颈检测电路ND通过上述电压上升值ΔV达到了该缩颈检测基准值信号Vtn的值这一情况来检测焊条1和母材2之间从短路状态向电弧状态过渡的前兆即焊滴的缩颈产生，输出缩颈检测信号Nd。电极正极性开关元件驱动电路EPD只在来自电源外部的极性切换信号Spn为与电极正极性对应的设定信号(高电平)、且不输出上述缩颈检测信号Nd的期间(低电平的期间)，输出使上述电极正极性开关元件PTR成为导通状态的电极正极性开关元件驱动信号Epd。电极负极性开关元件驱动电路END只在上述极性切换信号Spn为与电极负极性对应的设定信号(低电平)、且不输出上述缩颈检测信号Nd的期间(低电平的期间)，输出使上述电极负极性开关元件NTR成为导通状态的电极负极性开关元件驱动信号End。

第一开关元件驱动电路DV1只在上述极性切换信号Spn为与电极正极性对应的设定信号(高电平)、且输出上述缩颈检测信号Nd的期间(高电平的期间)，输出使上述第一开关元件TR1成为导通状态的第一开关元件驱动信号Dv1。第二开关元件驱动电路DV2只在上述极性切换信号Spn为与电极负极性对应的设定信号(低电平)、且输出上述缩颈检测信号Nd的期间(高电平的期间)，输出使上述第二开关元件TR2成为导通状态的第二开关元件驱动信号Dv2。

因此，极性切换信号Spn为高电平(电极正极性)时，上述电极正极性开关元件PTR成为导通状态，焊接电流Iw经由PTR→焊条1→母材2→电抗线圈WL的路径通电。在该状态下，若输出缩颈检测信号Nd(高电平)，则停止上述的变频电路INV的动作，并且，使上述电极正极性开关元件PTR成为断开状态，另一方面，使第一开关元件TR1成为导通状态。从而，储存在电抗线圈WL中的能量经由R1→TR1→焊条1→母材2→电抗线圈WL的路径放电。该放电的速度基于电抗线圈WL的电感值L[H]及第一电阻器R1的电阻值R[Ω]而与(L/R)的值大致呈比例。通常，不插入第一电阻器R1时的电源内部电阻值为0.01～0.05Ω左右，另一方面，若选择第一电阻器R1的电阻值R＝0.5Ω左右，则放电速度(电流急剧减小速度)变快约10倍以上。极性切换信号Spn为低电平(电极负极性)时也与上述同样地使电流急剧减小。

电流检测电路ID检测交流的焊接电流Iw并转换成绝对值，从而输出电流检测信号Id。电压设定电路VR输出希望值的电压设定信号Vr。电流设定电路IR以上述缩颈检测信号Nd作为输入，输出用以设定短路期间的焊接电流Iw的电流设定信号Ir。该电流设定信号Ir在上述缩颈检测信号Nd为高电平(缩颈检测期间Th)中成为几十A的低电流值。电压误差放大电路EV放大上述电压设定信号Vr和上述电压检测信号Vd之间的误差，输出电压误差放大信号Ev。电流误差放大电路EI放大上述电流设定信号Ir和上述电流检测信号Id之间的误差，输出电流误差放大信号Ei。外部特性切换电路SC在上述短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时切换到a侧，将上述电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea输出，在上述短路判别信号Sd为高电平(短路期间)时切换到b侧，将上述电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea输出。从而，电弧期间中成为定电压特性，短路期间中成为定电流特性。脉冲幅度调制电路PWM将上述误差放大信号Ea作为输入，输出用以对上述变频电路INV进行脉冲幅度调制控制的脉冲幅度调制信号Pwm。

图2是上述图1的焊接电源装置中各信号的时间图。图2(A)表示极性切换信号Spn，图2(B)表示焊接电流Iw，图2(C)表示焊接电压Vw，图2(D)表示短路判别信号Sd，图2(E)表示缩颈检测信号Nd，图2(F)表示缩颈检测基准值信号Vtn，图2(G)表示电极正极性开关元件驱动信号Epd，图2(H)表示第一开关元件驱动信号Dv1，图2(I)表示电极负极性开关元件驱动信号End，图2(J)表示第二开关元件驱动信号Dv2。图2(F)所示波形上的数字1～3简略标记第一缩颈检测基准值Vtn1、第二缩颈检测基准值Vtn2及第三缩颈检测基准值Vtn3。在此，第三缩颈检测基准值Vtn3的值为第一缩颈检测基准值Vtn1和第二缩颈检测基准值Vtn2的中间值，极性切换后第一次短路期间Ts的缩颈检测基准值信号Vtn的值变为该第三缩颈检测基准值Vtn3。第二次以后的短路期间Ts的缩颈检测基准值信号Vtn的值变为与各个极性对应的第一缩颈检测基准值Vtn1或第二缩颈检测基准值Vtn2。以下，参照该图进行说明。

(1)电极正极性期间Tep中的动作

在时刻t1，如图2(A)所示，极性切换信号Spn变化成高电平时，与之随动，如图2(G)所示，输出(高电平)电极正极性开关元件驱动信号Epd，因此，电极正极性开关元件PTR成为导通状态，焊接电源的输出变为电极正极性EP。此时，如图2(H)所示，第一开关元件驱动信号Dv1变为低电平，因此，第一开关元件TR1成为断开状态。另外，如图2(D)所示，极性切换后第一次短路判别信号Sd为高电平，因此，如图2(F)所示，缩颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第三缩颈检测基准值Vtn3。

在时刻t2，如图2(C)所示，焊接电压Vw的电压上升值ΔV达到缩颈检测基准值信号Vtn的值(在当前时刻为第三缩颈检测基准值Vtn3)时，如图2(E)所示，缩颈检测信号Nd变为高电平。与之随动，如图2(G)所示，电极正极性开关元件驱动信号Epd为低电平，因此，电极正极性开关元件PTR成为断开状态。同时，如图2(H)所示，输出(高电平)第一开关元件驱动信号Dv1，因此，第一开关元件TR1成为导通状态。从而，如图1中上述，在电极正极性电流的通电路线中插入第一电阻器R1，因此，电极正极性电流急剧减小，成为低电流值。在此状态下，在时刻t3再产生电弧，因此，溅射产生量得以削减。

若在时刻t3再产生电弧，则如图2(D)所示，短路判别信号Sd变为低电平(电弧期间Ta)。与之随动，如图2(G)所示，输出(高电平)电极正极性开关元件驱动信号Epd，因此，电极正极性开关元件PTR成为导通状态。同时，如图2(H)所示，第一开关元件驱动信号Dv1变为低电平，因此，第一开关元件TR1成为断开状态。如图2(B)所示，若再产生电弧，则焊接电流Iw急剧上升，其后缓慢减少。另外，在时刻t3，第一次短路结束，因此，如图2(F)所示，缩颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第一缩颈检测基准值Vtn1，直到时刻t5的电极正极性期间Tep结束之前维持该值。上述短路期间Ts(时刻t1～t3)中，焊接电源成为定电流控制，因此由图1中上述的电流设定信号Ir设定的电流进行通电。并且，在时刻t2～t3的缩颈检测期间Tn中，该电流设定信号Ir的值变为低的值，因此，焊接电流Iw也变为低的值。另一方面，电弧期间Ta(时刻t3～t4)中，焊接电源成为定电压控制。

时刻t4～t5期间重复上述动作。其中，该期间中的缩颈检测基准值信号Vtn的值如图2(F)所示，变为第一缩颈检测基准值Vtn1。

(2)电极负极性期间Ten的动作

在时刻t5，如图2(A)所示，若极性切换信号Spn变化成低电平，则如图2(G)所示，电极正极性开关元件驱动信号Epd成为低电平，因此，电极正极性开关元件PTR成为断开状态，如图2(I)所示，输出(高电平)电极负极性开关元件驱动信号End，因此，电极负极性开关元件NTR成为导通状态，焊接电源的输出切换为电极负极性EN。并且，第一次短路期间Ts(时刻t5～t7)的缩颈检测基准值信号Vtn如图2(F)所示变为上述第三缩颈检测基准值Vtn3。在时刻t6，如图2(C)所示，若焊接电压Vw的上升值ΔV达到上述第三缩颈检测基准值Vtn3，则如图2(F)所示，缩颈检测信号Nd变为高电平。与之随动，如图2(I)所示，电极负极性开关元件驱动信号End变为低电平，因此，电极负极性开关元件NTR成为断开状态。同时，如图2(J)所示，输出(高电平)第二开关元件驱动信号Dv2，因此，第二开关元件TR2成为导通状态。从而，在电极负极性电流的通电路线中插入第二电阻器R2，因此，电流急剧减小，成为低的值。在此状态下，若在时刻t7再产生电弧，则如图2(D)所示，短路判别信号Sd变为低电平。与之随动，如图2(I)所示，输出电极负极性开关元件驱动信号End，因此，电极负极性开关元件NTR成为导通状态。同时，如图2(J)所示，第二开关元件驱动信号Dv2变为低电平，因此，第二开关元件TR2成为断开状态。

若在时刻t7，第一次短路期间Ts结束，则如图2(F)所示，缩颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第二缩颈检测基准值Vtn2，在时刻t9的电极负极性期间Ten中维持该值。因而，第二次以后的短路期间Ts的缩颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第二缩颈检测基准值Vtn2。时刻t8～t9期间的动作与时刻t5～t8期间的动作相同。

图3是例示各个极性EP、EN中的缩颈检测基准值Vtn的适宜值的图。该图的横轴表示进给速度(cm/min)，纵轴表示缩颈检测基准值Vtn的适宜值(V)。该图是使用钢铁材料的焊条并使进给速度变化时的各极性的缩颈检测基准值Vtn适宜值。

由该图可知，在相同焊接条件下，缩颈检测基准值Vtn的适宜值成为电极正极性EP时比电极负极性EN时小的值。缩颈检测基准值Vtn的值越小，检测灵敏度越高。因而，缩颈检测的灵敏度在电极正极性EP中设定得高。其理由是，如果进给速度相同，那么电极负极性EN中平均电流变大，熔滴大小也变大。再有，电极负极性EN时的熔滴过渡与电极正极性EP时相比稳定性变差。由于这些要因，电极负极性EN时检测灵敏度设定得低为好。

如上所述，在电极正极性EP时和电极负极性EN时缩颈的形成状态不同，因此，缩颈检测基准值Vtn需要设定为适于各个极性的不同值。此时，缩颈检测基准值Vtn在电极正极性EP时设定得小(灵敏度低)。再有，从极性切换时刻短路的产生在规定次数内时，将缩颈检测基准值Vtn设定为上述电极正极性EP时的缩颈检测基准值和电极负极性EN时的缩颈检测基准值的中间值。这是因为，从极性切换时刻到规定短路次数中缩颈的形成状态处于过渡状态。即，是因为从电极正极性EP切换成电极负极性EN的时刻到规定短路次数中，缩颈的形成状态从电极正极性EP时的形成状态向电极负极性EN时的形成状态过渡变化。

上述实施方式中，关于只在极性切换后第一次短路期间使用第三缩颈检测基准值Vtn3的情况进行了说明，不过，在1～十几次的范围内规定次数的短路期间中也可以使用。另外，上述图3中，也可以在输入了第一缩颈检测基准值Vtn1时利用预定的函数自动设定第二缩颈检测基准值Vtn2。再有，也可以按照各极性自动调整缩颈检测基准值Vtn1、Vtn2以使缩颈检测期间Tn或电弧再产生时电流值Ia成为目标值。再有，在从电极正极性EP切换成电极负极性EN时和反之从电极负极性EN切换成电极正极性EP时，也可以将第三缩颈检测基准值Vtn3的值设定为不同的值。再有，也可以取代极性切换后的规定短路次数而采用规定期间。本实施方式中，作为消耗电极交流电弧焊接，例示了短路过渡焊接的情况，不过，也能够适用于伴随着短路的熔滴过渡焊接、伴随着短路的脉冲电弧焊接、伴随着短路的喷射过渡焊接等。

以下，关于利用缩颈检测期间Tn将第一缩颈检测基准值Vtn1及第二缩颈检测基准值Vtn2自动设定成适宜值的情况进行说明。图4是用于在图1的上述焊接电源中追加该自动设定功能的电路的框图。该图是为了自动设定图1所示的第一缩颈检测基准值Vtn1及第二缩颈检测基准值Vtn2而追加的电路。以下，参照该图进行说明。

该图所示的电路是将图1中上述的极性切换信号Spn及缩颈检测信号Nd作为输入，输出第一缩颈检测基准值信号Vtn1及第二缩颈检测基准值信号Vtn2。缩颈检测期间检测电路TND将上述的极性切换信号Spn及缩颈检测信号Nd作为输入，计算电极正极性EP中的缩颈检测期间的时间长度的移动平均值，作为第一缩颈检测期间信号Tn1输出，再有，计算电极负极性EN中的缩颈检测期间的时间长度的移动平均值，作为第二缩颈检测期间信号Tn2输出。在此，上述的缩颈检测信号Nd是缩颈检测期间中变为高电平的信号，因此能够通过测量该高电平的期间来检测缩颈检测期间。

第一缩颈检测期间设定电路TNR1输出预定的第一缩颈检测期间设定信号Tnr1。第一期间误差放大电路ET1放大上述第一缩颈检测期间设定信号Tnr1和第一缩颈检测期间信号Tn1的误差，输出第一期间误差放大信号ΔT1。第一缩颈检测基准值设定电路VTN1对该第一期间误差放大信号ΔT1进行积分，输出第一缩颈检测基准值信号Vtn1。

第二缩颈检测期间设定电路TNR2输出预定的第二缩颈检测期间设定信号Tnr2。第二期间误差放大电路ET2放大上述第二缩颈检测期间设定信号Tnr2和第二缩颈检测期间信号Tn2的误差，输出第二期间误差放大信号ΔT2。第二缩颈检测基准值设定电路VTN2对该第二期间误差放大信号ΔT2进行积分，输出第二缩颈检测基准值信号Vtn2。

上述中，设定了缩颈检测基准值为适宜值时，缩颈检测期间也大致收敛为规定值。该缩颈检测期间的收敛值随着极性的不同而不同。设定电极正极性EP时的缩颈检测期间的目标值(第一缩颈检测期间设定信号Tnr1)，按照电极正极性EP中的缩颈检测期间(第一缩颈检测期间信号Tn1)等于该目标值的方式自动设定第一缩颈检测基准值信号Vtn1。同样地，设定电极负极性EN时的缩颈检测期间的目标值(第二缩颈检测期间设定信号Tnr2)，按照电极负极性EN中的缩颈检测期间(第二缩颈检测期间信号Tn2)等于该目标值的方式自动设定第二缩颈检测基准值信号Vtn2。

根据上述实施方式，按照各极性将缩颈检测基准值设定为适宜值，从而，能够使消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制稳定化。从而，在消耗电极交流电弧焊接中能够大幅度削减溅射产生量，能够进行高质量焊接。

再有，由将第一缩颈检测基准值作为输入的预定的函数设定第二缩颈检测基准值，从而除了上述效果以外，还容易设定各焊接条件下的第二缩颈检测基准值。

再有，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将缩颈检测基准值的绝对值设定为第一缩颈检测基准值的绝对值和第二缩颈检测基准值的绝对值的中间值，从而，即使在极性切换时的过渡状态下也能够使缩颈检测控制稳定化。从而，能够进一步增大溅射削减效果。

再有，利用缩颈检测期间自动设定第一缩颈检测基准值及第二缩颈检测基准值，从而能够始终设定为适宜值，因此能够大幅度减少设定的劳力和时间，且能够获得稳定的低溅射控制性能。

Claims (7)

1.一种消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其在焊接电源的输出交替切换为电极正极性和电极负极性并且所述两极性中在消耗电极和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消耗电极交流电弧焊接中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值这一情况来检测所述两极性中从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈现象，如果检测到该缩颈现象，则进行输出控制以使通电于短路负载的焊接电流急剧减小，从而在低电流值的状态下再产生电弧，所述消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的特征在于，

将所述缩颈检测基准值在所述电极正极性中设定为第一缩颈检测基准值，在所述电极负极性中设定为与所述第一缩颈检测基准值的绝对值不同的值的第二缩颈检测基准值，这些第一及第二缩颈检测基准值设定为使分别对应的极性中的焊接状态良好。

2.根据权利要求1所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

将所述第一缩颈检测基准值的绝对值设定为小于所述第二缩颈检测基准值的绝对值的值。

3.根据权利要求1所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

所述第二缩颈检测基准值由将所述第一缩颈检测基准值作为输入的预定函数设定。

4.根据权利要求2所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

所述第二缩颈检测基准值由将所述第一缩颈检测基准值作为输入的预定函数设定。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将所述缩颈检测基准值的绝对值设定为所述第一缩颈检测基准值的绝对值和所述第二缩颈检测基准值的绝对值的中间值。

6.根据权利要求1所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

将从所述缩颈检测时刻到再产生电弧的时刻的期间即缩颈检测期间分成所述电极正极性中和所述电极负极性中而进行检测，

所述第一缩颈检测基准值自动设定为使所述电极正极性中的缩颈检测期间等于预定的第一缩颈检测期间设定值，

所述第二缩颈检测基准值自动设定为使所述电极负极性中的缩颈检测期间等于预定的第二缩颈检测期间设定值。

7.根据权利要求5所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

将从所述缩颈检测时刻到再产生电弧的时刻的期间即缩颈检测期间分成所述电极正极性中和所述电极负极性中而进行检测，

所述第一缩颈检测基准值自动设定为使所述电极正极性中的缩颈检测期间等于预定的第一缩颈检测期间设定值，

所述第二缩颈检测基准值自动设定为使所述电极负极性中的缩颈检测期间等于预定的第二缩颈检测期间设定值。

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