CN101274385A - 熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,在熔化电极交流电弧焊接中,使用于得到期望的焊缝形状的参数设定简化。该熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,以预定的送给速度送给焊丝,且将施加于电弧的焊接电压(Vw)交替切换为电极正极性(EP)和电极负极性(EN)来进行焊接,设定焊接电流,根据电极正极性(EP)时的焊丝熔化特性,将上述电极正极性期间(Tep)中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值(Ir)对应的第一送给速度(Fr1),根据电极负极性(EN)时的焊丝熔化特性,将上述电极负极性期间(Ten)中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值(Ir)对应的第二送给速度(Fr2)。
Description
技术领域
本发明涉及用于得到期望的焊缝(bead)形状的熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法。
背景技术
图5是熔化电极交流电弧焊接的电流/电压波形图。该图(A)表示极性切换信号Spn,该图(B)表示焊接电流Iw,该图(C)表示焊接电压Vw,该图(D)表示焊丝的送给速度Fw(cm/分)。该图是短路过渡电弧焊接的情况,但是溶滴过渡焊接、喷射过渡焊接等情况也相同。在以下的说明中焊接电流Iw、焊接电压Vw及后述的输出电压E是绝对值的意思。因此,值大这样的记载是绝对值大的意思。以下参照该图进行说明。
如该图(A)所示,在熔化电极交流电弧焊接中,按照极性切换信号Spn交替切换预定的电极正极性期间Tep和预定的电极负极性期间Ten进行焊接。此时,如该图(D)所示,送给速度Fw与极性无关为规定值。
在时刻t1,如该图(A)所示,极性切换信号Spn为高电平,切换成电极正极性EP时,如该图(B)所示,通电电极正极性EP的焊接电流iw,如该图(C)所示,电极正极性EP的焊接电压Vw施加在焊丝与母材之间。在时刻t1~t2的短路期间Ts中,如该图(B)所示,焊接电流Iw逐渐增加,如该图(C)所示,焊接电压Vw为降低了数V左右的低短路电压值。在时刻t2~t3的电弧期间Ta中,如该图(B)所示,焊接电流Iw逐渐减少,如该图(C)所示,焊接电压Vw为数十V左右的电弧电压值。这以后,重复短路期间Ts和电弧期间Ta,直至时刻t4的电极正极性期间Tep结束为止。
在时刻t4,如该图(A)所示,极性切换信号Spn为低电平,焊接电源的输出切换为电极负极性EN时,如该图(B)所示,通过电极负极性EN的焊接电流Iw,如该图(C)所示,被施加了焊接电压Vw。与上述同样,重复时刻t4~t5的短路期间Ts和时刻t5~t6的电弧期间Ta,直至时刻t7的电极负极性期间Ten结束为止。
图6表示电极正极性EP时及电极负极性EN时的焊丝熔化特性的一例。该图的横轴表示各个极性中的焊接电流的平均值,纵轴表示送给速度Fw。该图,是使用直径1.2mm的钢铁焊丝的MAG焊接的情形。以下参照附图进行说明。
如该图所示,在电极正极性EP时和电极负极性EN时焊丝熔化特性有很大不同。如上所述,在熔化电极交流电弧焊接中送给速度Fw与极性无关为一定值,因此例如在设送给速度Fw=350cm/分时,电极正极性EP时的焊接电流平均值Iep=140A,电极负极性EN时的焊接电流平均值Ien=100A。因此,在上述图5中,电极正极性期间Tep的焊接电流平均值为电极正极性焊接电流平均值Iep,电极负极性期间Ten的焊接电流平均值为电极负极性焊接电流平均值Ien。在熔化电极交流电弧焊接中,改变上述电极正极性期间Tep和电极负极性期间Ten之间的时间比率即EN比率Ren[%]=100×(Ten/(Tep+Ten)),由此可以改变焊丝熔化特性,因此可以得到期望的焊缝形状(熔深深度、堆高高度等)(例如,参照专利文献1、2)。
专利文献1:日本特公昭62-55952号公报
专利文献2:日本特开2004-114088号公报
在将各个极性期间合并后的整个期间(Tep+Ten)中的焊接电流平均值Iav,在将电极正极性焊接电流平均值Iep、电极负极性焊接电流平均值Ien和EN比率作为Ren作为参数可以用下式表示。
Iav=(Ien-Iep)×(Ren/100)+Iep (式1)
将图6中所述的数值例代入式(1)。即,Iep=140A,Ien=100A时,则得到下式。
Iav=-0.4×Ren+100
将该式绘制成曲线则如图7所示。该图的横轴表示EN比率Ren,纵轴表示焊接电流平均值Iav。由该图可知,在EN比率Ren变化时,焊接电流平均值Iav也在140~100A变化很大。
对于工件使焊缝形状形成为期望的形状时,往往将熔深深度和堆高部的面积设定在期望值。一般地,熔深深度根据上述焊接电流平均值Iav而变化,堆高部面积根据EN比率Ren而变化。但是,由图可知,在使EN比率Ren变化来设定堆高部面积时,同时焊接电流平均值Iav也变大,熔深深度也变化。即,熔深深度和堆高部面积不能独立地设定在期望值。因此,为了将焊缝形状设定成期望值往往需要很多的预备试验,需要很多作业时间。
发明内容
因此,本发明目的在于,提供一种可以预先设定成期望的焊缝形状的熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法。
为了解决上述问题,本发明技术方案一的熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,以预定的送给速度供给焊丝,且将施加于电弧的焊接电压交替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接,
设定焊接电流,根据电极正极性时的焊丝熔化特性,将上述电极正极性期间中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值对应的第一送给速度,
根据电极负极性时的焊丝熔化特性,将上述电极负极性期间中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值对应的第二送给速度。
本发明技术方案二,根据技术方案一所述的熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,在从上述第一送给速度切换到上述第二送给速度时和/或从上述第二送给速度切换到上述第一送给速度时对送给速度附加斜率。
发明效果
根据上述本发明的技术方案一,根据每个极性的焊丝熔化特性设定与预定的焊接电流设定值对应的各个极性的送给速度,由此可以独立地设定EN比率和焊接电流平均值。因此,可以将随EN比率变化的堆高部的面积及随焊接电流平均值变化的熔深深度设定成期望的形状。
进而,根据上述技术方案二,对极性切换时的送给速度附加斜率,由此可以防止送给速度的欠调、超调。因此,除了上述的效果还可以提高极性切换时的焊接状态的稳定性。
附图说明
图1是本发明的实施方式相关的熔化电极交流电弧焊接电源的方框图。
图2是本实施方式相关的焊接电流设定值Ir与各个极性的送给速度设定值Fr之间的关系图。
图3是图1的焊接电源的各个信号的时序图。
图4是表示本实施方式的效果的一例的EN比率Ren与焊接电流平均值Iav之间的关系图。
图5是现有技术中的熔化电极交流电弧焊接的电流/电压波形图。
图6是现有技术中的各个极性的焊丝熔化特性的图。
图7是用于表示现有技术中的问题的EN比率Ren与焊接电流平均值Iav之间的关系图。
图中符号说明:1-焊丝;2-母材;3-电弧;4-焊枪;5-送给辊;D2-二次整流器组;E-输出电压;EA-误差放大电路;Ea-误差放大信号;ED-电压检测电路;Ed-输出电压检测信号;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;ER-输出电压设定电路;Er-输出电压设定信号;FC-送给控制电路;Fc-送给控制信号;Fr-送给速度设定信号;FR1-第一送给速度设定电路;Fr1-第一送给速度设定信号;FR2-第二送给速度设定电路;Fr2-第二送给速度设定信号;FW-送给速度;Iav-焊接电流平均值;Ien-电极负极性焊接电流平均值;Iep-电极正极性焊接电流平均值;INT-高频变压器;INV-逆变器电路;IR-焊接电流设定电路;Ir-焊接电流设定信号;iw-焊接电流;M-送给电动机;NTR-电极负极性开关元件;PTR-电极正极性开关元件;PWM-脉冲宽度调制电路;Pwm-脉冲宽度调制信号;Ren-EN比率;SPN-极性切换信号生成电路;Spn-极性切换信号;SW-切换电路;Ta-电弧期间;Ten-电极负极性期间;Tep-电极正极性期间;Ts-短路期间;Vw-焊接电压;WL-电抗器(reactor)。
具体实施形式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的实施方式相关的熔化电极交流电弧焊接电源的方框图。以下参照该图对各个功能框进行说明。
逆变器电路INV,输入3相200V等商用电源,按照后述的脉冲宽度调制信号Pwm对整流后的直流电压进行逆变控制,输出高频交流。高频变压器INT,将高频交流变换为适于焊接的电压值。二次整流器组D2对变换后的高频交流进行整流,输出正和负的直流电压。通过对电极正极性开关元件PTR和电极负极性开关元件NTR进行ON/OFF控制,来切换焊接电源的输出极性。在电极正极性开关元件PTR为ON状态时为电极正极性EP,在电极负极性开关元件NTR为ON状态时为电极负极性EN。电抗器WL用于对输出进行平滑。
焊丝1,通过与送给电动机M结合的送给辊5被供给到焊枪4内,在与母材2之间产生电弧3。
极性切换信号生成电路SPN输出极性切换信号Spn,该极性切换信号Spn在预定的电极正极性期间Tep中为高电平,在预定的电极负极性期间Ten中为低电平。电极正极性开关元件驱动电路EPD在该极性切换信号Spn为高电平时输出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在上述极性切换信号Spn为低电平时输出电极负极性开关元件驱动信号End。因此,在极性切换信号Spn为高电平时为电极正极性EP,在为低电平时为电极负极性EN。
输出电压设定电路ER,输出预定的输出电压设定信号Er。电压检测电路ED检测高频变压器INT的二次线圈的交流电压(输出电压E)并变换为决定值,并将输出电压检测信号Ed输出。误差放大电路EA,放大上述输出电压设定信号Er与输出电压检测信号Ed之间的误差,并输出误差放大信号Ea。脉冲宽度调制电路PWM,以该误差放大信号Ea为输入进行脉冲宽度调制,输出脉冲宽度调制信号Pwm。
焊接电流设定电路IR,输出用于设定上述焊接电流平均值Iav的焊接电流设定信号Ir。第一送给速度设定电路FR1,以上述焊接电流设定信号Ir为输入,根据图2中所述电极正极性EP时的焊丝熔化特性输出对应的第一送给速度的设定信号Fr1。第二送给速度设定电路FR2,以上述焊接电流设定信号Ir为输入,根据图2中所述电极负极性EN时的焊丝熔化特性输出对应的第二送给速度设定信号Fr2。图2表示各个极性的焊丝熔化特性。该图的横轴表示焊接电流设定值Ir,纵轴表示送给速度设定值Fr。该图与上述图6同样,例示了使用直径1.2mm的钢铁焊丝的MAG焊接的情形。标记为EP的特性表示电极正极性EP时的焊丝熔化特性,标记为EN的特性表示电极负极性EN时的焊丝熔化特性。例如,在焊接电流设定值Ir=100A时,第一送给速度设定值Fr1=250cm/分,第二送给速度设定值Fr2=350cm/分。在上述第一送给速度设定电路FR1和第二送给速度设定电路FR2中,对每个焊接条件(焊接方法、焊丝的直径、材质等)以函数、表格等形式内置有各个极性的焊丝熔化特性。
切换电路SW,在上述极性切换信号Spn为高电平(EP)时,将上述第一送给速度设定信号Fr1作为送给速度设定信号Fr输出,在为低电平(EN)时,将上述第二送给速度设定信号Fr2作为送给速度设定信号Fr输出。送给控制电路FC输出送给控制信号Fc,该送给控制信号Fc用于以相当于该送给速度设定信号Fr的值的送给速度来送给焊丝1。送给电动机M,根据该送给控制信号Fc被驱动,由上述送给辊5送给焊丝1。
图3是表示图1中上述的焊接电源的各个信号的时序图。该图(A)表示极性切换信号Spn,该图(B)表示焊接电流Iw,该图(C)表示焊接电压Vw,该图(D)表示电极正极性开关元件驱动信号Epd,该图(E)表示电极负极性开关元件驱动信号End,该图(F)表示送给速度设定信号Fr。以下,参照该图进行说明。
如该图(A)所示,极性切换信号Spn为高电平时,如该图(D)所示,输出电极正极性开关元件驱动信号Epd(高电平),因此电极正极性开关元件PTR为ON状态,焊接电源的输出为电极正极性EP。该电极正极性期间Tep中,如该图(B)所示,通过电极正极性EP的焊接电流Iw,如该图(C)所示,电极正极性EP的焊接电压Vw被施加在焊丝1和母材2之间。另外,如该图(F)所示,送给速度设定信号Fr的值,根据图2所述的电极正极性EP时的焊丝熔化特性,成为与焊接电流设定信号Ir对应的第一送给速度设定信号Fr1的值。
在时刻t2,如该图(A)所示,极性切换信号Spn为低电平时,如该图(E)所示,输出电极负极性开关元件驱动信号End(高电平),因此电极负极性开关元件NTR为ON状态,焊接电源的输出为电极负极性EN。该电极负极性期间Ten中,如该图(B)所示,通过电极负极性EN的焊接电流Iw,如该图(C)所示,施加电极负极性EN的焊接电压Vw。另外,如该图(F)所示,送给速度设定信号Fr的值,根据图2所述的电极负极性EN时的焊丝熔化特性,成为与焊接电流设定信号Ir对应的第二送给速度设定信号Fr2的值。
如该图(F)所示,在从电极正极性EP切换到电极负极性EN时和/或从电极负极性EN切换到电极正极性EP时,对送给速度设定信号Fr附加斜率。这样,在切换时送给速度不会欠调(undershoot)和超调(overshoot)。该斜率,按照需要附加即可。
图4是表示上述实施方式中EN比率Ren变化时的焊接电流平均值Iav变化的图。该图与上述图7对应。在本实施方式中,按照电极正极性焊接电流平均值Iep和电极负极性焊接电流平均值Ien均与焊接电流设定值Ir相等的方式设定各个极性的送给速度。因此,Iav=Ir,不依赖于EN比率Ren。该图与上述图7相同,为使用直径1.2mm的钢铁焊丝、以焊接电流设定值Ir=100A进行MAG焊接的情形。如该图所示,即使EN比率Ren变化,焊接电流平均值Iav=100A保持不变。因此,在本实施方式中,焊接电流平均值Iav和EN比率Ren可以独立地设定。
在本实施方式中,例示了短路过渡焊接的情形,但是也可以适用于溶滴过渡焊接、喷射过渡焊接、脉冲电弧焊接等情形。
根据上述实施方式,根据每个极性的焊丝熔化特性来设定与预定的焊接电流设定值对应的各个极性的送给速度,由此可以独立地设定EN比率和焊接电流平均值。因此,可以将随EN比率变化的堆高部面积及随焊接电流平均值变化的熔深深度设定成期望的形状。
进而,根据本实施方式,对极性切换时的送给速度附加斜率,由此可以防止送给速度的欠调、超调。因此,除了上述的效果还可以提高极性切换时的焊接状态的稳定性。
Claims (2)
1、一种熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,以预定的送给速度供给焊丝,且将施加于电弧的焊接电压交替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接,其特征在于,
设定焊接电流,根据电极正极性时的焊丝熔化特性,将上述电极正极性期间中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值对应的第一送给速度,
根据电极负极性时的焊丝熔化特性,将上述电极负极性期间中的上述送给速度设定为与上述焊接电流设定值对应的第二送给速度。
2、根据权利要求1所述的熔化电极交流电弧焊接的送给控制方法,其特征在于,
在从上述第一送给速度切换到上述第二送给速度时和/或从上述第二送给速度切换到上述第一送给速度时,对送给速度附加斜率。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20081001 |