CN101804495A - 消耗电极式脉冲电弧焊接的控制装置及该弧长控制方法以及具备该焊接控制装置的焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊接控制装置。其具备作为式(1)的参数，根据焊接电源的外部特性Ks、第二脉冲期间焊接电流设定值Is2及焊接电压设定值Vs2各信息、和在第二脉冲期间所检测的焊接电流瞬时值Io2及焊接电压的瞬时值Vo2各信息，从脉冲周期中完成第一脉冲期间开始第二脉冲期间的时刻，开始运算用式(1)表示的电压误差积分值Sv2的积分器；比较运算的结果，即电压误差积分值Sv2的值是否等于0的比较器；每个脉冲周期在电压误差积分值Sv2的值等于0的时刻，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期的波形生成器。根据这种结构，在消耗电极式脉冲电弧焊接中准确地抑制干扰造成的弧长的变动。Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt …式(1)。

Description

消耗电极式脉冲电弧焊接的控制装置及该弧长控制方法以及具备该焊接控制装置的焊接系统

技术领域

本发明涉及使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体的消耗电极式脉冲电弧焊接的弧长控制技术。

背景技术

为了维持焊接质量，需要适当的维持弧长，公知的有一直以来控制焊接中的弧长变化的弧长控制技术(参照日本特开2002-361417号、日本特许第3147046号)。定性的说是，弧长取决于焊接焊丝的送给速度(焊丝送给速度)和焊丝的熔融速度的平衡。更严密地说是，例如，由于在焊丝送给通道中产生的送给阻力，焊接中焊丝送给速度变动时破坏了和熔融速度之间的平衡，弧长产生变动。另外，例如焊接操作者的手摆动等造成的片母材间距离的变动等，也导致弧长产生变动。因此，为了抑制这些干扰造成的弧长的变动，需要按照相当于弧长的焊接电压的变化，调节对应熔融速度的焊接电流。下面，对于日本特开2002-361417号记载的弧长控制进行说明。

在一般的消耗电极式脉冲电弧焊接中使用Ar-5～30％CO₂混合气体作为保护气体(磁脉冲焊接)。现有的技术如图15所示，使用脉冲电流波形及脉冲电压波形(总称为脉冲波形)控制焊接电流及焊接电压的波形。在图15中上侧所示的波形的纵轴表示焊接电流的检测值Io，下侧所示的波形的纵轴表示焊接电压的瞬时值Vo，横轴都表示时间t。

在图15示例的焊接控制中为了使熔滴在峰值期间Tp脱离，通过比平均焊接电流更高的焊接电流。随之，峰值期间Tp的焊接电压值为Vp。而且，为了在与峰值期间Tp相连的基值期间Tb不让熔滴过渡，通过比平均焊接电流更低的焊接电流。随之，基值期间Tb的焊接电压值为Vb。而且，将峰值期间Tp及基值期间Tb合并的期间作为脉冲周期Tpb(1个周期)进行返复，实施与脉冲波形同步的1个脉冲1个熔滴过渡。因此，和不使用这种的脉冲波形时进行比较，可以进行没有飞溅的焊接。

在图15的上段中第n次的脉冲开始时刻t(n)和第(n+1)次脉冲开始时刻t(n+1)之间的期间，即第n次脉冲周期Tpb(n)中用剖面线所示的波形面积的时间平均值是平均焊接电流值Iw(n)。同样在图15的下段，用剖面线所示波形面积的时间平均值是平均焊接电压值Vw(n)。

一般地，对于焊接电源的外部特性斜率来说，因弧长控制系统的稳定性大受影响，因此需要根据焊接条件(设定焊丝供给速度、焊接电压等)、焊丝的种类、保护气体组成等适当地设定外部特性斜率。图16中表示在某焊接条件、焊丝的种类、保护气体组成中设定的外部特性斜率Ks的一例。通过输出控制为在该焊接条件、焊丝的种类、保护气体组成中焊接时的焊接电流及焊接电压的动作点位于表示该外部特性斜率Ks的图16的直线上，可以实现弧长控制。这是和输出控制图15及图16所示的平均焊接电流值Iw(n)及平均焊接电压值Vw(n)变成式(101)的关系同义。在式(101)中，Is表示显示预先设定的设定条件的焊接电流设定值，同样Vs表示焊接电压设定值。

Vw(n)＝Ks{Is-Iw(n)}+Vs…式(101)

例如，在图16中设定设定条件的位置P1作为基准位置。在焊接中弧长增加时，焊接电压的检测值增加，如图16所示平均焊接电压值Vw(n)变得比焊接电压设定值Vs更高。这时，在表示外部特性斜率Ks的直线上，因使动作点从位置P1移动至位置P2，所以如图16所示，平均焊接电流值Iw(n)变得比焊接电流设定值Is更低。其结果是，焊丝熔融速度减少，由此弧长也变短，结果动作点向在P1的位置会聚的方向移动。

相反，焊接中弧长降低时，焊接电压的检测值减少，如图16所示，平均焊接电压值Vw(n)变得比焊接电压设定值Vs更低。这时，在表示外部特性斜率Ks的直线上，使动作点从位置P1移动至位置P3，所以如图16所示，平均焊接电流值Iw(n)变得比焊接电流设定值Is更高。其结果是，焊丝熔融速度增加，由此弧长也增加，结果动作点向在位置P1会聚的方向移动。

根据上述，设定具有适当的斜率Ks的外部特性变成根据焊接电压变化控制焊接电流变化量，其结果是能够抑制弧长的变化量。更详细地是在日本特开2002-361417号记载的焊接电源装置中如下所述进行弧长控制。在此，将某时刻检测的焊接电流的瞬时值设为Io、焊接电压的瞬时值设为Vo时，在脉冲周期内用式(102)定义相当于检测值和焊接电压设定值Vs及焊接电流设定值Is之间误差的电压误差积分值Svb。

Svb＝∫{Ks(Io-Is)+Vs-Vo}dt…式(102)

日本特开2002-361417号记载的焊接电源装置从第n次脉冲周期Tpb(n)开始的时刻t(n)开始运算式(102)的Svb。而且，第n次的预先设定的峰值期间Tp完成，在第n次基值期间Tb中Svb＝0时刻完成第n次的脉冲周期Tpb(n)，以这时为t(n+1)时刻，从这开始第(n+1)次脉冲周期。反复进行可以在所述的式(101)的外部特性斜率Ks上形成动作点，实现了以弧长调节单位为1个脉冲周期(1个熔滴)的弧长控制。

与之相对，日本特许第3147046号记载的技术涉及使用以碳酸气体为主成分的保护气体的消耗电极式电弧焊接，通过生成如图17所示的复杂的脉冲波形，进行弧长控制。该特许记载的脉冲波形发生装置为定电流控制和定电压控制并用的设备。在图17所示的脉冲波形中，交互设置有规定的峰值期间Tp和规定的基值期间Tb。脉冲波形发生装置在以峰值期间Tp的开始点为起点的初始峰值期间Tc之间输出相当于初始电压Vc的一定电压。其后的峰值期间(Tp-Tc)输出一定的峰值电压Vp。另外，脉冲波形发生装置在基值期间Tb以由规定的基值电流值Ib构成的脉冲波形进行定电流控制。

另外，在日本特许第3147046号记载的技术中熔滴脱离检测装置检测熔滴脱离后，脉冲波形发生装置以输出修正时间Tr输出规定的电流值Ir。在经过该输出修正时间Tr以后的峰值期间，脉冲波形发生装置不产生初始峰值期间的波形，在脉冲波形的整个区域内进行定电压控制以使检测电压为峰值电压Vp。初始峰值期间Tc及初始电压Vc是为了防止脉冲电流的过大上升而设置的，为了在峰值期间初始的熔滴脱离时最小限度地抑制熔滴的电弧力，设定在适当值。

另外，日本特许第3147046号记载的技术设定基值期间Tb作为固定参数。因此，由于干扰，在焊丝的送给速度和熔融速度的平衡破坏时，可以进行称为通过增减峰值期间(Tb-Tc)的脉冲峰值电流来补偿弧长，或通过增减输出修正时间Tr以后的峰值期间Tp的脉冲峰值电流来补偿弧长的弧长控制。因此，适于焊接中片母材间距离及焊接条件几乎没有变化的状况。

另外，到此为止，本申请发明者们提出一种脉冲电弧焊接方法，在使用碳酸气体单体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体的、交替输出使每1个周期脉冲峰值电流级不同的二种脉冲波形的脉冲电弧焊接方法中，使每1个周期1熔滴过渡时，即使在接触片和母材的距离同时变化时，在不破坏每1个周期1熔滴过渡的范围内，通过调节一种以上对于起到对熔滴进行整形的作用的第二脉冲的峰值电流、基值电流、峰值期间、基值期间，对弧长进行一定的控制(参照日本特开2007-237270号)。

但是，日本特开2007-237270号的技术在抑制干扰造成的弧长变动的技术中具有进一步改良的余地。因此，例如研究日本特开2002-361417号的弧长控制。该弧长控制是以第n次的脉冲周期Tpb(n)的平均焊接电压值Vw(n)与第n次脉冲周期的弧长大致成正比作为前提条件的控制。该前提条件对于使用Ar-5～30％CO₂气体作为保护气体，如重复象图15所示的简单波形的脉冲电弧焊接方法成立。然而，该前提条件不能适用于特开2007-237270号的技术。即，该前提条件在使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，在1个脉冲周期内使用峰值电流不同的二种脉冲波形，使每1个周期1个熔滴过渡的消耗电极式脉冲电弧焊接中不成立。

另外，也假定在日本特开2007-237270号的技术中例如进行如在坡口内进行横向摆动片母材间距离时常产生变化的焊接。另一方面，日本特许第3147046号记载的弧长控制是设定基值期间Tb为固定参数，所以通过增减规定期间的脉冲峰值电流来补偿弧长的控制，所以在适用于如在坡口内进行横向摆片母材距离时常产生变化的焊接时，变成峰值电流急剧地增减。因此，进行这种焊接时频频发生在熔滴脱离后焊丝侧残留的融液及形成中途的熔滴在电弧反力的作用下飞溅而飞散。

另外，日本特许3147046号技术由于生成如图17所示的脉冲波形，所以形成熔滴期间即在峰值期间(Tp-Tc)或输出修正时间Tr之后的峰值期间Tp，电流值每次产生大的变动。因此，具有诱发熔滴尺寸的误差，损伤熔滴过渡的规律性这类问题。

另外，如日特开2007-237270号的技术，在脉冲电弧焊接时基值期间Tb的熔滴悬垂整形过程非常重要，基值期间Tb过于缩短时，具有在下次脉冲中不能使熔滴脱离这类问题。另外，基值期间Tb过于增长时，具有熔滴与熔融池接触短路造成的飞溅产生这类问题，因此希望这些得以改善。

发明内容

因此，在本发明中，其目的在于，提供一种弧长控制技术，解决所述问题，并在使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体的消耗电极式脉冲电弧焊接中能够准确地抑制干扰造成的弧长变动。

另外，本发明其他的目的在于，提供一种弧长控制技术，即使如在坡口内横向摆动片母材距离时常产生变化时，也不损伤熔滴过渡的规律性，也可以抑制飞溅发生。

为了实现所述目的，本申请发明者们在使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，为了在1个脉冲周期内进行1个熔滴过渡，在脉冲周期内生成起到使熔滴脱离的作用的第一脉冲波形和起到熔融熔滴脱离后的焊丝使熔滴成长并进行整形的作用的第二脉冲波形这二种不同的脉冲波形的消耗电极式脉冲电弧焊接中进行了各种研究。其结果发现，在整个脉冲周期内以同步检测的焊接电压的瞬时值和弧长相关性相对的低，在第二脉冲波形的期间即第二脉冲期间检测的焊接电压的瞬时值和弧长相关性相对的高。

因此，本发明提供一种焊接控制装置，是使用碳酸气体或以碳酸气体为主成为的混合气体作为保护气体的消耗电极式脉冲电弧焊接的焊接控制装置，其中，由下述装置构成：电流检测器，其检测焊接电源的焊接电流；电压检测器，其检测所述焊接电源的焊接电压；缩颈检测部，其根据所述检测的焊接电流及焊接电压的至少一项，检测所述熔滴的缩颈；波形生成器，其在由包括第一脉冲波形的峰值期间及基值期间的第一脉冲期间，和包括第二脉冲波形的峰值期间及基值期间的第二脉冲期间构成的脉冲周期的1个周期内，作为脉冲峰值电流及脉冲宽度的至少一项不同的二种脉冲波形，根据预先设定的波形参数，交替生成所述二种脉冲波形，并向所述焊接电源输出，以使通过按该顺序输出用于使来自焊丝前端的熔滴脱离的所述第一脉冲波形及用于对所述熔滴进行整形的所述第二脉冲波形，从而进行1个熔滴到下一个熔滴的过渡，所述波形生成器在检测有所述熔滴的缩颈时，立即将所述第一脉冲电流值转换为比检测时的电流值更低的规定值；积分器，作为所述式(1)所示的参数，接受预先设定的焊接电源的外部特性斜率Ks、所述第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2、及所述第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2各信息的输入，同时，接受在所述第二脉冲期间所检测的焊接电流的瞬时值Io2及在所述第二脉冲期间所检测的焊接电压的瞬时值Vo2各信息的输入，从所述脉冲周期中完成所述第一脉冲期间开始所述第二脉冲期间的时刻，开始运算用所述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在运算结果等于0时刻完成运算；以及比较器，比较所述运算结果即所述电压误差积分值Sv2是否等于0，在此，所述波形生成器每个所述脉冲周期，在所述电压误差积分值Sv2的值等于0时刻，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期。

Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt…式(1)

根据该结构，焊接控制装置每个脉冲周期使用在涉及用于对熔滴进行整形的第二脉冲波形的第2脉冲期间检测的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压的瞬时值Vo2，开始运算用所述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在电压误差积分值Sv2的值等于0的时刻，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期。因此，脉冲周期当中第2脉冲期间的基值期间的长度产生变化。即焊接控制装置能够实现脉冲频率变化进行的弧长控制。

在此，脉冲周期当中第一脉冲周期就是起到使熔滴脱离的作用的第一脉冲波形的期间，该期间的弧长受熔滴变形时的性能及熔滴脱离时的性能控制。因此，在第1脉冲期间检测的焊接电压的瞬时值难说正确地反映所述熔融和送给的平衡破坏造成的弧长变化，熔滴的性能的影响很大。另一方面，第2脉冲期间就是起到在其峰值期间熔融熔滴脱离后的焊丝使熔滴成长，在其基值期间对熔滴进行整形的作用的第2脉冲波形的期间，该期间的熔滴基本上不脱离，没有极端的变形。因此，弧长受焊丝熔融速度和送给速度的平衡控制。因此，在第2脉冲期间检测的焊接电压的瞬时值和第1脉冲期间相比，能正确地反映所述融和送给的平衡破坏造成的弧长的变化。因此，本发明的焊接控制装置通过使用和实际的弧长关联性高的第二脉冲期间的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压的瞬时值Vo2，在和现有使用在整个脉冲周期检测出的焊接电流值及焊接电压值的弧长控制比较时，能够更准确地抑制干扰造成的弧长的变动。

另外，在所述焊接控制装置中也可以设计为，所述波形生成器根据所述的式(2)运算使所述预先设定的波形参数当中所述第2脉冲期间的峰值期间的值相对设定值增减的增减值，生成所述第2脉冲波形，作为所述式(2)所示的参数，接受预先设定的所述第2脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref及所述第2脉冲期间的峰值期间的变化增益Kstp各信息输入，使用所述接受的各信息和表示前次的第(n-1)次的脉冲周期的所述第2脉冲期间的基值期间的实测值Tb2(n-1)，运算表示用所述的式(2)表示的本次的第n次的脉冲周期的所述第2脉冲期间的峰值期间的增减值ΔTp2(n)。

ΔTp2(n)＝Kstp{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(2)

根据该结构，焊接控制装置使用预先设定的各参数的值和第(n-1)次的脉冲周期的第2脉冲期间的基值期间的实测值，利用所述的式(2)运算第n次脉冲周期的第2脉冲期间的峰值期间的增减值ΔTp2(n)。因此，利用通过在本次脉冲周期使峰值期间增减，只在增减部分的峰值期间对峰值电流进行积分的积分值，能够补偿在前次脉冲周期使第2脉冲期间的基值期间产生变化时的影响。即本发明的焊接控制装置用主处理执行脉冲频率变化进行的弧长控制，并且作为辅助处理，通过使第2脉冲期间的峰值期间产生变化，能够抑制第2脉冲期间的基值期间的变化量。例如，在前次脉冲周期基值期间缩短时，通过使在本次脉冲周期使峰值期间增加，能够缓和作为第2脉冲期间或整个脉冲周期的频率变化的影响。因此，即使如在坡口内横向摆动且片母材间距离时常发生变化时，也不损伤熔滴过渡的规律性，能够抑制飞溅的发生。

另外，也可以制作为，所述波形生成器比较预先设定为所述第二脉冲期间的峰值期间的值为适当的值的增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值，和所述第二脉冲期间的峰值期间的增减值ΔTp2(n)的运算结果，在所述运算结果的绝对值超过所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值时，将使所述第二脉冲期间的峰值期间的值相对设定值增减的增减值作为所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值，生成所述第二脉冲波形。

根据该结构，焊接控制装置作为弧长控制的辅助的处理，在进行使第二脉冲期间的峰值期间产生变化的处理时，因预先设定有增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值，所以不会使第二脉冲期间的峰值期间产生过大的变化。因此，能够排除因使第二脉冲期间的峰值期间产生过大变化而破坏熔滴过渡的规律性这类不良影响。

或者，在所述焊接控制装置中也可以制作为，所述波形生成器根据所述式(3)运算使所述预先设定的波形参数当中所述第二脉冲期间的峰值电流的值相对设定值增减的增减值，生成所述第二脉冲波形，作为所述式(3)所示的参数，接受预先设定的所述第二脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref、及所述第二脉冲期间的峰值电流的变化增益Ksip各信息的输入，使用所述接受的各信息和表示前次的第(n-1)次的脉冲周期的所述第二脉冲期间的基值期间的实测值Tb2(n-1)，运算表示用所述式(3)表示的本次的第n次脉冲周期的所述第二脉冲期间的峰值电流的增减值ΔIp2(n)。

ΔIp2(n)＝Ksip{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(3)

根据该结构，焊接控制装置使用预先设定的各参数的值和第(n-1)次脉冲周期的第二脉冲期间的基值期间的实测值，利用所述式(3)运算第n次脉冲周期的第二脉冲期间的峰值电流的增减值ΔIp2(n)。因此，利用通过在本次脉冲周期使峰值电流增减，只在峰值期间对增减部分的峰值电流积分的积分值，可以补偿在前次脉冲周期使第二脉冲期间的基值期间产生变化时的影响。即，本发明的焊接控制装置利用主处理执行脉冲频率变化进行的弧长控制，并且作为辅助处理通过使第二脉冲期间的峰值电流产生变化，能够抑制使第二脉冲期间的基值期间的变化量。例如，在前次脉冲周期基值期间缩短时，通过在本次脉冲周期使峰值电流增加，能够缓和作为第二脉冲期间或整个脉冲周期的频率变化的影响。因此，即使如在坡口内横向摆动片母材间距离时常产生变化时，也不会损伤熔滴过渡的规律性，能够抑制飞溅的发生。

另外，也可以制作为，所述波形生成器比较预先设定为所述第二脉冲期间的峰值电流的值为适当值的增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值和所述第二脉冲期间的峰值电流的增减值ΔIp2(n)的运算结果，在所述运算结果的绝对值超过所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值时，将使所述第二脉冲期间的峰值电流的值相对设定值增减的增减值作为所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值，生成所述第二脉冲波形。

根据该结构，焊接控制装置作为弧长控制的辅助处理，在进行使第二脉冲期间的峰值电流产生变化的处理时，因预先设定有增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值，所以不会使第二脉冲期间的峰值电流产生过大的变化。因此，能够排除因使第二脉冲期间的峰值电流产生过大变化而破坏熔滴过渡的规律性这类不良影响。

另外，为了实现所述目的，本发明提供一种弧长控制方法，是在使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，在脉冲周期的1个周期内，作为脉冲峰值电流及/或脉冲宽度不同的二种脉冲波形，通过按该顺序输出用于使来自焊丝前端的熔滴脱离的第一脉冲波形及用于对所述熔滴进行整形的第二脉冲波形进行1个熔滴过渡的消耗电极式脉冲电弧焊接中，根据预先设定的波形参数，交替生成所述二种脉冲波形，并向焊接电源输出，同时，检测有所述熔滴的缩颈时，立即将所述第一脉冲电流值转换为比检测时的电流值更低的规定值的焊接控制装置进行的弧长控制方法，其中，所述脉冲周期由包括所述第一脉冲波形的峰值期间及基值期间的第一脉冲期间和包括所述第二脉冲波形的峰值期间及基值期间的第二脉冲期间构成，所述焊接控制方法包括下面的步骤：焊接中检测焊接电流的步骤；焊接中检测焊接电压的步骤；作为所述式(1)所示的参数，接受预先设定的：焊接电源的外部特性斜率Ks、所述第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2、及所述第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2各信息的输入的步骤；作为所述式(1)所示的参数，接受在所述第二脉冲期间所检测的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压瞬时值Vo2各信息的输入的步骤；从所述脉冲周期中完成所述第一脉冲期间开始所述第二脉冲期间的时刻，开始运算用所述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在运算结果为0时刻完成运算的步骤；比较所述运算结果即所述电压误差积分值Sv2的值是否等于0的步骤；及在交替生成所述二种脉冲波形时，每个所述脉冲周期，在所述电压误差积分值Sv2的值等于0时，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期的步骤。

Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt  …式(1)

根据该次序，焊接控制装置每个脉冲周期，使用在涉及和实际弧长关联性高的波形即用于对熔滴进行整形的第二脉冲波形的第二脉冲期间检测的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压的瞬时值Vo2，开始运算用所述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在电压误差积分值Sv2的值等于0的时刻，完成该脉冲周期开始下次脉冲周期。因此，焊接控制装置进一步准确地抑制干扰造成的弧长的变动，并且能够实现脉冲频率变化进行的弧长控制。

另外，为了实现所述目的，本发明提供一种焊接系统，其具备所述焊接控制装置；从焊丝收纳容器通过焊丝送给路径，将焊丝送到焊炬的焊丝送给装置；驱动所述焊丝送给装置2，同时根据所述焊接控制装置基于所述第一脉冲波形及第二脉冲波形输出的焊接指令信号，向从所述焊丝送给装置向所述焊炬送出的焊丝供给焊接电流的焊接电源；保持所述焊炬，使所述焊炬移动的电弧焊接机械手；具有输入显示焊接路径及焊接作业条件的指令的控制盘，根据所述输入的指令控制所述电弧焊接机械手的机械手控制装置。

根据本发明，因焊接控制装置不使用脉冲周期当中对熔滴的性能影响大的第一脉冲期间的检测值，而使用和实际弧长关联性高的第二脉冲期间的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压瞬时值Vo2，因此在比较现有使用在整个脉冲周期检测的焊接电流值及焊接电压值的弧长控制时，能够进一步准确地抑制干扰造成的弧长变动。

附图说明

图1是利用本发明的焊接控制装置的控制所测定的焊接电压及焊接电流的时间图；

图2是表示本发明的焊接控制装置生成的脉冲波形的一例的图；

图3是示意地表示本发明的焊接控制装置生成的脉冲波形产生的焊接焊丝前端部的时间系列变化的说明图；

图4是碳酸气体脉冲焊接的焊接电压和弧长的测定的说明图，(a)表示测定例的图表，(b)表示弧长的定义；

图5是现有的磁脉冲焊接的焊接电压和弧长的测定例的图表；

图6是表示现有的磁脉冲焊接的焊接电压和弧长之间关系的图表；

图7是表示现有的碳酸气体脉冲焊接的焊接电压和弧长之间关系的图表；

图8是示意地表示包括本发明的焊接控制装置的焊接系统的一例的结构图；

图9是表示本发明的焊接控制装置的结构的方框图；

图10是表示图9所示的缩颈检测部的构成例的方框图；

图11是表示现有的碳酸气体脉冲焊接的焊接电压的图表；

图12是表示使用了本发明的弧长控制方法的碳酸气体脉冲焊接的焊接电压的图表；

图13是表示本发明的碳酸气体脉冲焊接的焊接电压和弧长之间关系的图表；

图14是在本发明中表示焊接中使片母材间距离产生变化时的频率变化的图表；

图15是表示在现有的磁脉冲焊接中所使用的脉冲波形的一例的图；

图16是表示在现有的磁脉冲焊接中用于实现弧长控制的焊接电流及焊接电压的动作点和所设定的外部特性斜率的关系的图表；

图17是表示在现有的消耗电极式脉冲电弧焊接机中所使用的脉冲波形的一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的焊接控制装置、弧长控制方法及具备焊接控制装置的焊接系统的方式(下面称为“实施方式”)进行说明。首先，和脉冲电弧焊接方法一起说明本实施方式的弧长控制方法的概要，其次，对弧长控制方法的原理、焊接系统、实现弧长控制方法的焊接控制装置的第一～第三实施方式，及弧长控制方法的具体效果按顺序进行说明。

[弧长控制方法概要]

参照图1～图3对本实施方式的弧长控制方法的概要进行说明。图1是利用本发明的焊接控制装置的控制所测定的焊接电压及焊接电流的时间图。图2是表示本发明的焊接控制装置生成的脉冲波形的一例的图，图3是示意地表示本发明的焊接控制装置生成的脉冲波形产生的焊接焊丝前端部的时间系列变化的说明图。

本实施方式的弧长控制方法的前提在于，本实施方式的焊接控制装置使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，根据预先设定的波形参数，通过在脉冲周期的1个周期内交替生成如图2所示的不同的二种脉冲波形并向焊接电源输出，进行1熔滴过渡的消耗电极式脉冲电弧焊接。

图2所示的第一脉冲201是用于使来自焊丝前端的熔滴脱离的第一脉冲波形。将包括第一脉冲201的峰值期间Tp1及基值期间Tb1的期间称为第一脉冲期间。在此，对于第一脉冲201设定有峰值电流值Ip1及基值电流值Ib1。另外，峰值电流值Ip1比第二脉冲202的峰值电流Ip2更大。

图2所示的第二脉冲202是用于对熔滴进行整形的第二脉冲波形。将包括第二脉冲202的峰值期间Tp2及基值期间Tb2的期间称为第二脉冲期间。在此，对于第二脉冲202设定有峰值电流值Ip2及基值电流值Ib2。

脉冲周期的1个周期由第一脉冲期间和第二脉冲期间构成。脉冲周期的1个周期是按该顺序输出第一脉冲201和第二脉冲202的期间。图2中将表示前次的第(n-1)次的脉冲周期设为Tpb(n-1)表示。另外，将表示本次的第n次脉冲周期设为Tpb(n)表示。另外，在图2中用矩形表示第一脉冲201及第二脉冲202的形状，更详细是包括有从基值电流至峰值电流的上升坡度期间(第一脉冲上升坡度期间、第二脉冲上升坡度期间)及从峰值电流至基值电流的下降坡度期间。

本实施方式的焊接控制装置在焊接中检测焊接电压及焊接电流，且根据至少一项，在检测出如图3所示的熔滴缩颈306时，直接将第一脉冲201的电流值转换为比检测时的电流值更低的规定值。另外，在图3中表示转换为基值电流的例子。熔滴过渡的详细如下面所述。

在图3中用符号311所示的焊丝前端305是在前次脉冲周期Tpb(n-1)熔滴脱离后的第二脉冲峰值期间(Tp2)熔滴成长的前端。因在第二基值期间(Tb2)电流急剧地减少，因此，作用在熔滴上的向上方的推力减弱，熔滴在焊丝前端305被悬垂整形。

接着，进入第一脉冲峰值期间(Tp1)时，利用峰值电流产生的电磁收缩力如符号312所示，熔滴变形，缩颈306快速地生成。由于在熔滴脱离前检测缩颈306，所以即使在第一脉冲峰值期间中或第一脉冲下降坡度期间中，立即转换为第一基值电流或比检测时的电流低的规定电流，在脱离后的焊丝侧电弧移动的瞬间，如用符号313所示为电流下降的状态。由此，能够大幅度地降低焊丝缩颈306的部分的飞散及脱离后的残留融液的飞散造成的小粒飞溅。

接着，如用符号314所示，在第二脉冲峰值期间预先将第二脉冲峰值电流值(Ip2)设定为残留在熔滴脱离后的焊丝上的融液不脱离或不飞散的水平后，使熔滴成长。而且，如符号315所示，因在第二基值期间(Tb2)进行熔滴整形并再返回用符号311所示的状态，所以可以极有规则地实现每1个周期1个熔滴过渡。

在图1的上段表示用这种本实施方式的焊接控制装置检测的焊接电压的瞬时值Vo的一例，在图1的中段表示焊接电流的瞬时值Io的一例。另外，焊接控制装置进行用下述的式(1)表示的电压误差积分值Sv2的运算。在图1的下段表示电压误差积分值Sv2的运算的运算结果的一例。

Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt…式(1)

式(1)所示的参数中，Ks是焊接电源的外部特性斜率，其根据预先设定的焊丝送给速度Wfs、焊接电压的设定、保护气体组成及焊丝的种类来确定。Is2是第二脉冲期间的焊接电流设定值，其根据预先设定的焊接电流设定值Is来确定。Vs2是第二脉冲期间的焊接电压设定值，其根据预先设定的焊接电压设定值Vs来确定。Io2是第二脉冲期间所检测的焊接电流的瞬时值。Vo2是第二脉冲期间所检测的焊接电压的瞬时值。

焊接控制装置开始运算用式(1)表示的电压误差积分值Sv2的时间是在脉冲周期中完成第一脉冲期间开始第二脉冲期间的时刻。可知，例如在图1中，在第n脉冲的脉冲周期中在第一脉冲期间的期间，电压误差积分值Sv2的值是0，从开始第二脉冲期间的时刻Sv2的值从0开始下降。接着，可知第二脉冲峰值期间(Tp2)结束时，Sv2的值开始上升，在为0时刻，第n脉冲的脉冲周期结束，第(n+1)脉冲的脉冲周期开始。

[弧长控制方法的原理]

上述式(1)仅选用第二脉冲期间的各信息的点和在现有技术中说明的式(102)相差甚远。在上述式(1)中作为使用第二脉冲期间的各信息的理由是由于脉冲电弧焊接法的弧长和焊接电压的关联性研究产生的。下面，说明其详细。

为了调查研究在现有技术中使用上述式(102)的脉冲电弧焊接法的弧长和焊接电压的关联性，利用高速度摄像机以每秒6000帧对使用碳酸气体作为保护气体，使用图2所示的脉冲波形时的焊接电弧进行摄像，根据所得的图像测定了每时的弧长。而且，将图示每时的弧长的图表作为弧长的测定结果在图4(a)中表示。另外，在图4(a)中也表示了同时测定的焊接电压的波形。

弧长如图4(b)所示，是相对被焊接材料W从由焊炬9供给的焊丝的焊丝前端305的熔滴下端到被焊接材料W表面的距离。在使用碳酸气体单体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体时，由于热收缩效果而电弧紧缩，因此，如图4(b)所示电弧从熔滴下端发生。因此，和使用Ar-5～30％CO₂混合气体作为保护气体时(磁脉冲焊接)相比，熔滴超过焊丝直径粗大化。因此，在各脉冲周期随着熔滴脱离至少熔滴直径部分的弧长变化产生。但是，该现象不是破坏焊丝送给速度和熔融速度的平衡的现象。即，随着熔滴脱离而生成的弧长变化没有反映送给速度和熔融速度的平衡破坏的结果。

另外，在每个脉冲周期比较由碳酸气体脉冲电弧焊接形成的熔滴的大小时，几乎每次都相等。但是，在各脉冲周期熔滴的详细形状自然不同，因此，按照各熔滴的缩颈方面及至熔滴脱离为止的变形的方式等，在各脉冲周期的各自的第一脉冲期间所测定的弧长如图4(a)所示各不同。但是，对于图4(a)所示的第一脉冲期间的焊接电压，没有看出与弧长相当的变化。这和如粗大化的熔滴脱离的复杂的过程中，弧长和焊接电压未必成正比，焊丝侧的电弧发生区域“阳极区域”及电弧柱的扩展也同时的发生变化相关联。

根据以上的研究，得出的结论为第一脉冲期间的弧长和焊接电压关联性低。

在此，为了比较要谈及保护气体不同的磁脉冲焊接。在磁脉冲焊接中，电弧从熔滴表面产生后，因熔滴小，熔滴脱离产生的弧长变化小。另外，在磁脉冲焊接中，图5中表示图示同样地摄像的每时的弧长的图表(弧长的测定结果)和此时的焊接电压的波形。如图5所示明确地了解，在使用简单的脉冲波形的磁脉冲焊接中，弧长和焊接电压密切相关的情况。

图6表示在XY面重新图示在图5所示的磁脉冲焊接中所测定的弧长和焊接电压的每时的关系。图6的图表的横轴表示弧长，纵轴表示焊接电压。根据图示的点(变形的小点)，可以明白地看到在磁脉冲焊接中随着弧长的增加焊接电压增加的趋势。

同样，图7表示在XY面重新图示图4(a)所示的碳酸气体脉冲电弧焊接法的弧长和焊接电压的每时的关系。根据图示的点(变形的小点)依然可以明白地看到随着弧长的增加，焊接电压增加的趋势，其误差极大。因此，根据这些观察，第一脉冲期间的弧长因受熔滴变形及脱离性能控制，所以在弧长控制时利用包括这些的电压信息在调节熔融焊丝的送给速度和熔融速度的平衡方面导致精度下降。另一方面，第二脉冲期间的焊接电压因可以看出和弧长关联性高，所以在前述的式(1)中使用第二脉冲期间的各信息。

[焊接系统的结构]

图8是示意地表示具备本发明的焊接控制装置的焊接系统的一例的结构图。本发明的实施方式的焊接系统1如图8所示，主要具备焊丝送给装置2、焊接电源3、焊接控制装置4、电弧焊接机械手5、机械手控制装置6。

焊丝送给装置2经由焊接控制装置4和焊接电源3连接。焊接电源3驱动由送出焊丝7的辊等构成的焊丝送给装置2。焊接控制装置4向焊接电源3输出焊接指令信号时，利用焊接电源3驱动焊丝送给装置2，从焊丝收纳容器8通过焊丝送给路径8a向焊炬9输送焊丝7。本发明的实施方式的焊接控制装置4的详细后述。

电弧焊接机械手5是例如6轴结构的多关节型焊接机械手，在手头部分安装有焊炬9。电弧焊接机械手5根据来自机械手控制装置6的指令，利用内部的未图示的电机的工作，通过使各关节转动，可以使焊炬9移动。焊炬9向被焊接材料W送出焊丝。在该送出的焊丝和被焊接材料W之间通过形成电弧10来进行焊接。

机械控制装置6与电弧焊接机械手5连接，具有输入显示焊接通路及焊接作业条件的指令的控制盘6a，根据所输入的指令，控制电弧焊接机械手5。另外，在本实施方式中，构成为，利用控制盘6a也可以输入对焊接控制装置3的指令。也可以在向该机械手控制装置6输入指令时，代替控制盘6a，从用电缆等与机械手控制装置6连接的未图示的示教悬架输入指令。另外，在机械手控制装置6中存储用预先规定的示教程序指示的焊接路径及焊接作业条件，根据这些也能够控制电弧焊接机械手5等。

另外，焊接控制装置4和机械手控制装置6具备例如CPU(CentralProcessing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random AccessMemory)、HDD(Hard Disk Drive)、输入输出接口等。

[焊接控制装置]

(第一实施方式)

图9是表示本发明的焊接控制装置的结构的方框图。在图9中图示了焊接控制装置4、根据由该焊接控制装置4输出的信号向焊炬9送出焊丝7的焊接电源3。

输出控制元件21与三相200V等商用电源连接，供给该输出元件21的电流经由省略图示的变压器、整流部(二级管)及直流电抗器，通过检测焊接电流的电流检测器22，供给接触片23。另外，接触片23如虚线所示，被收纳在焊炬9内。

电流检测器22检测焊接电流的瞬时值Io，向输出控制器25输出电流检测信号。电流检测器22也检测第二脉冲期间的焊接电流瞬时值Io2，向积分器36输出该检测信号。

在经由未图示的二级管的输出控制元件21的低位电源侧连接有被焊接材料W，在插通接触片23内被通电的焊丝7和被焊接材料W之间生成电弧10。

电压检测器24检测接触片23和被焊接材料W间的焊接电压瞬时值Vo，向输出控制器25输出电压检测信号。电压检测器24也检测第二脉冲期间的焊接电压瞬时值Vo2，向积分器36输出该检测信号。

输出控制器25根据由电流检测器22输入的焊接电流的检测信号(Io)、由电压检测器24输入的焊接电压的检测信号(Vo)、表示由波形生成器31输入的第一脉冲201及第二脉冲202的波形形状的信号，确定向焊丝7通电的焊接电流及焊接电压的指令值，通过输出焊接指令信号控制输出控制元件21，来控制焊接输出。

波形生成器31交替生成用于使熔滴脱离第一脉冲201和用于对熔滴进行整形的第二脉冲202作为脉冲波形不同的二种脉冲信号，并经由输出控制元件21向焊接电源3输出。因此，向波形生成器31输入由波形设定器32设定的各种波形参数。

另外，波形生成器31在检测出熔滴的缩颈时，直接将第一脉冲201的电流值转换为比检测时的电流值更低的规定值。在本实施方式中，从缩颈检测器33向波形生成器31输入有表示熔滴脱离前的第一脉冲期间完成信号(Tp1f)。波形生成器31输入第一脉冲期间完成信号(Tp1f)时，进行向第一脉冲基值期间进行的过渡。在第一脉冲基值期间，根据由波形设定部32设定的设定值，向输出控制器25输出用于修正输出控制器25的输出的信号(输出修正信号)，以达到第一脉冲基值电流。另外，第一脉冲基值期间结束的情况下，波形生成器31输出第二脉冲的波形信号，接着再重复第一脉冲、第二脉冲下的交替输出，以达到由波形设定器32设定的脉冲形状。另外，第一脉冲基值期间的长度Tb1形成对应于焊接电流设定值Is的一定值。

另外，从Sv2比较器37向波形生成器31输入表示前述式(1)的运算结果等于0的第二基值期间结束信号(Tb2f)。波形生成器31每个脉冲周期，在输入第二基值期间结束信号(Tb2f)时，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期。

波形设定器32是对波形生成器31设定第一脉冲201及第二脉冲202的波形参数(峰值电流、脉冲峰值期间、基值电流、脉冲基值期间、上升坡度期间、下降坡度期间等)的装置，在本实施方式中波形设定器32将由未图示的存储装置预先存储的波形参数的各值作为波形参数设定信号，向波形生成器31输入。

缩颈检测器33是根据由电流检测器22检测出的焊接电流及由电压检测器24检测的焊接电压的至少一项，作为熔滴脱离前的状态检测熔滴的缩颈306的装置。缩颈检测器33通过对焊接电压或电弧阻抗等使用1阶或2阶时间微分信号，可以检测熔滴的缩颈。在本实施方式中缩颈检测器33基于由电压检测器24检测的焊接电压的瞬时值Vo的时间二阶微分值检测熔滴的缩颈。

在本实施方式中，缩颈检测器33如图10所示，具备焊接电压微分器41、2阶微分器42、二阶微分值设定器43、比较器44，由波形生成器31输入熔滴脱离检测许可信号时，进行各自的处理。

焊接电压微分器41对由电压检测器24检测出的焊接电压瞬时值Vo进行时间微分。该时间微分电压值dV/dt利用二阶微分器42再进行时间微分，其算出结果即时间二阶微分值d²V/dt²被输入比较器44。二阶微分值设定器43是设定相当于和熔滴从焊丝前端脱离之后的缩颈相当的焊接电压的时间二阶微分值的临界值作为二阶微分值的装置。

比较器44是比较从二阶微分器42输入的焊接中的焊接电压的瞬时值Vo的时间二阶微分值(二阶微分检测值)和由二阶微分值设定器43设定的时间二阶微分值(二阶微分设定值)的装置。比较器44在二阶微分检测值超过二阶微分设定值时，判定熔滴是从焊丝前端脱离前，向波形生成器31输出第一脉冲期间结束信号(Tp1f)。这判断出在焊丝前端存在的熔滴根部收缩，该缩颈发展的结果是，焊接电压及阻抗上升。使用这种时间二阶微分值等，检测出焊接电压及阻抗上升时，不会对焊接中的焊接条件的变化产生影响，能够精确地检测出熔滴的缩颈。

返回图9，继续说明焊接控制装置4。

参数设定器34是在运算部35设定焊丝送给速度Wfs、焊接电流设定值Is、焊接电压设定值Vs等的装置。在本实施方式中，参数设定器34向运算部35输入由未图示的存储装置预先存储的焊接参数的各值作为设定参数信号(设定焊接电流值信号、设定焊接电压值信号等)。

运算部35是基于预先设定的各设定值算出各种参数，向积分器36输入算出的各种参数的装置。具体地说，运算部35根据所输入的各设定值，一意义地确定焊接电源3的外部特性斜率Ks。外部特性斜率Ks根据焊接电流设定值Is(或焊接电压设定值Vs)、焊丝送给速度Wfs、焊丝种类、保护气体组成等，适当地设定。运算部35例如使用变换用的表格及函数确定外部特性斜率Ks。

另外，运算部35例如使用变换用表格及函数，根据所输入的设定焊接电流值信号的值Is，一意地确定第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2。运算部35例如使用变换用表格及函数，确定第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2。

另外，运算部35根据所输入的设定焊接电压值信号的值Vs及设定焊接电流值信号的值Is，一意地确定第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2。在本实施方式中，运算部35进行式(4)的运算，确定第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2。

Vs2＝Vs2_ini-Vs2_chg(Vs-Vs_ini)…(4)

在式(4)中，Vs_ini是根据焊接电流设定值Is确定的一元中央电压、Vs2_ini是根据第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2确定的第二脉冲期间的一元中央电压、Vs2_chg是使设定焊接电压值信号的值(Vs)1[V]变化时的第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2的变化量。另外，所谓一元中央电压即对应所设定的Is的、标准的突出长度条件的最适当电弧电压，设定利用预先实验求出的值。

积分器36使用由运算部35分别输入的外部特性斜率Ks、第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2及焊接电压设定值Vs2、由电流检测器22输入的焊接电流的检测信号(Io)、由电压检测器24输入的焊接电压的检测信号(Vo)，运算前述的式(1)，向Sv2比较器37输出表示电压误差积分值的运算结果的积分值信号(Sv2)。积分器36开始前述的式(1)的运算时刻是脉冲周期的第二脉冲期间的开始时刻。积分器36在用式(1)表示的电压误差积分值Sv2的运算结果为0的时刻完成运算。

Sv2比较器37是比较所输入的积分值信号(Sv2)是否等于0的装置，在Sv2＝0时刻，向波形生成器31输入第二基值期间结束信号(Tb2f)。波形生成器31在输入第二基值期间结束信号(Tb2f)时，完成该脉冲周期开始下个脉冲周期。通过在每个脉冲周期反复这些，能够在外部特性斜率Ks上形成动作点，可以实现将弧长调节单位作为1个周期(1个熔滴)的弧长控制。

根据第一实施方式，由于使用和实际弧长关联性高的第二脉冲期间的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压瞬时值Vo2，所以和现有的使用在整个脉冲周期所检测的焊接电流值及焊接电压值的弧长控制相比时，能够准确地抑制干扰造成的弧长的变动。

(第二实施方式)

第二实施方式的焊接控制装置利用主处理执行至此说明的脉冲频率变化(第二脉冲期间的基值期间Tb2的变化)进行的弧长控制，并且作为辅助处理，通过使第二脉冲期间的峰值期间Tp2产生变化，附加抑制第二脉冲期间的基值期间Tb2的变化量的处理。因此，对于和第一实施方式的焊接控制装置4同样的结构附加相同的符号并省略说明，参照图9进行说明。

波形生成器31根据下述式(2)运算使预先设定的波形参数中第二脉冲期间的峰值期间的值相对其设定值Tp2增减的增减值ΔTp2(n)，生成第二脉冲波形。

ΔTp2(n)＝Kstp{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(2)

该式(2)所示的参数中Tb2(n-1)表示显示前次的第(n-1)次的脉冲周期的第二脉冲期间的基值期间的实测值。另外，Tb2ref表示第二脉冲期间的基值期间的基准值，Kstp表示第二脉冲期间的峰值期间的变化增益。

波形设定器32不仅设定波形参数，而且在波形生成器31设定第二脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref及第二脉冲期间的峰值期间的变化增益Kstp。这些参数取决于焊丝送给速度、片母材间距离、焊丝种类、气体组成等。

波形生成器31运算式(2)，在第n次脉冲周期的第二脉冲期间的峰值期间，和其设定值Tp2比较仅增减ΔTp2(n)并进行修正，向输出控制器25输出该修正后的波形参数。

根据第二实施方式，对在前次脉冲周期使第二脉冲期间的基值期间Tb2产生变化时的影响，能够通过在本次脉冲周期使峰值期间Tp2增减，利用仅在增减部分的峰值期间ΔTp2(n)对峰值电流值Ip2积分的积分值进行补偿。例如，在前次脉冲周期使基值期间Tb2缩短时，通过在本次脉冲周期使峰值期间Tp2增加，能够缓和作为第二脉冲期间或整个脉冲周期的频率变化的影响。因此，即使在如坡口内横向摆动使片母材间距离时常产生变化时，也不会损伤熔滴过渡的规律性，也能够抑制飞溅的发生。

(第二实施方式的变形例)

第二实施方式的变形例是相对由波形生成器31进行的前述的式(2)的运算算出的增减值ΔTp2(n)，预先设定上限值及下限值。即波形设定器32也在波形生成器31设定增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值。增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值是预先设定为第二脉冲期间的峰值期间的值为适当值的。在此，第二脉冲期间的峰值期间的适当值用实验等求出不破坏熔滴过渡的规律性时的峰值期间的值的范围，在该范围设定即可。

波形生成器31比较增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值和增减值ΔTp2(n)的运算结果，运算结果的绝对值超过增加幅度的最大值或减少幅度的最大值时，将使第二脉冲期间的峰值期间的值相对其设定值Tp2增减的增减值ΔTp2(n)作为增加幅度的最大值或减少幅度的最大值，生成第二脉冲波形。

相对这种增减值ΔTp2(n)预先设定上限值或下限值，所以不会使第二脉冲期间的峰值期间Tp2产生过大的变化。因此，能够排除因使第二脉冲期间的峰值期间的Tp2产生过大的变化，而导致破坏熔滴过渡的规律性这类不良影响。

(第三实施方式)

第三实施方式的焊接控制装置在通过使第二脉冲期间的峰值电流值Ip2产生变化实现抑制弧长控制的主处理产生的第二脉冲期间的基值期间Tb2的变化量的辅助处理的点和第二实施方式的焊接控制装置有所不同。因此，和第一实施方式的焊接控制装置4相同的结构附加相同的符号并省略说明，参照图9进行说明。

波形生成器31根据下述的式(3)运算使预先设定的波形参数当中第二脉冲期间的峰值电流的值相对该设定值Ip2增减的增减值ΔIp2(n)，生成第二脉冲波形。

ΔIp2(n)＝Ksip{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(3)

该式(3)所示的参数中Tb2(n-1)表示显示前次的第(n-1)次的脉冲周期的第二脉冲期间的基值期间的实测值。另外，Tb2ref表示第二脉冲期间的基值期间的基准值，Ksip表示第二脉冲期间的峰值电流的变化增益。

波形设定器32不仅设定波形参数，而且在波形生成器31设定第二脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref及第二脉冲期间的峰值电流的变化增益Ksip。这些参数取决于焊丝送给速度、片母材间距离、焊丝种类、气体组成等。

波形生成器31运算前述的式(3)，对第n次脉冲周期的第二脉冲期间的峰值电流，和其设定值Tp2比较仅增减ΔTp2(n)并进行修正，向输出控制器25输出该修正后的波形参数。

根据第三实施方式，对在前次脉冲周期使第二脉冲期间的基值期间Tb2产生变化时的影响，能够通过在本次脉冲周期使峰值电流Ip2增减，利用仅在峰值期间Tp2对增减部分的峰值电流ΔIp2(n)积分的积分值进行补偿。例如，在前次脉冲周期使基值期间Tb2缩短时，通过在本次脉冲周期使峰值电流Ip2增加，能够缓和作为第二脉冲期间或整个脉冲周期的频率变化的影响。因此，即使在如坡口内横向摆动使片母材间距离时常产生变化时，也不会损伤熔滴过渡的规律性，也能够抑制飞溅的发生。

(第三实施方式的变形例)

第三实施方式的变形例是相对由波形生成器31进行的前述的式(3)的运算算出的增减值ΔIp2(n)，预先设定上限值及下限值。即波形设定器32也在波形生成器31设定增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值。增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值是预先设定为第二脉冲期间的峰值电流的值为适当值的。在此，第二脉冲期间的峰值电流的适当值用实验等求出不破坏熔滴过渡的规律性时的峰值电流的值的范围，在该范围设定即可。

波形生成器31比较增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值和增减值ΔIp2(n)的运算结果，运算结果的绝对值超过增加幅度的最大值或减少幅度的最大值时，将使第二脉冲期间的峰值电流的值相对其设定值Ip2增减的增减值ΔIp2(n)作为增加幅度的最大值或减少幅度的最大值，生成第二脉冲波形。

相对这种增减值ΔIp2(n)预先设定上限值或下限值，由此，不会使第二脉冲期间的峰值电流值Ip2产生过大的变化。因此，能够排除因使第二脉冲期间的峰值电流值Ip2产生过大的变化，而导致破坏熔滴过渡的规律性这类不良影响。

[弧长控制方法的具体的效果]

<具体效果1>

比较和现有技术即使用前述的式(102)的脉冲电弧焊接法，参照图11及图12说明各实施方式的弧长控制方法的具体效果。图11是表示在现有技术中焊接电流及焊接电压的检测值的时间图的图表，图12是表示第一实施方式的弧长控制方法产生的焊接电流及焊接电压的检测值的时间图的图表。另外，各自表示了约60个脉冲周期部分的波形。

如用弧长控制方法的原理说明得到的结论是，在碳酸气体脉冲电弧焊接法中弧长和脉冲周期内的全范围的焊接电压的关联性很低。

因此，在使用前述的式(102)所示的电压误差积分值Svb的现有的弧长控制中无法得到足够的精度。使用其实施弧长控制时，例如即使将焊丝的送给速度和熔融速度维持得几乎相等，有时也会诱发弧长的振动。根据图11的图表，指示有这种现象产生的情况。

比较图11和图12时，焊接电流的波形是相同的，但对于焊接电压波形具有很大的不同点。在图11中用椭圆虚线所示的时间区域内包括有焊接电压的值急剧地减少的周期。这种现象包括也在图11图表的其他时间区域及图12图表中。这些表示了在第一脉冲期间的熔滴脱离过程中熔滴和熔池短路。在图11中用椭圆虚线所示的时间区域以后，焊接电压没有在一定的范围内会聚而发散。即弧长振动焊接不稳定。因此，使用不同的二种类波形产生的飞溅降低效果被破坏。

与之相对，在使用前述式(1)所示的电压误差积分值Sv2的第一实施方式的弧长控制中，如图12所示，即使短路产生，焊接电压也不会发散而会聚在一定的范围内。这是因为前述的式(1)和前述的式(102)不同，不使用熔滴性能的影响大的第一脉冲期间的焊接电流及焊接电压的瞬时值，而使用和实际的弧长关联性高的第二脉冲期间的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压的瞬时值Vo2。因此，第一实施方式的弧长控制和现有的使用脉冲周期内的整个范围的弧长控制比较，能够实现更高精度的弧长控制。

<具体效果2>

图13表示在XY面内重新图示由第一实施方式的弧长控制所测定的弧长和焊接电压的每时的关系。图13的图表横轴表示弧长，纵轴表示焊接电压。比较图13的图表和使用前述的式(102)的现有技术即图7的图表时，根据图示的点(变形的小点)图13的图表方面可以明白地看到，随着弧长的增加，焊接电压增加的趋势。即，认为和现有技术比较误差小，第二脉冲期间的弧长和焊接电压关联性高。因此，根据第一实施方式的弧长控制，不会受到导致第一脉冲期间的熔滴性能的弧长变化的影响，能够高精度地抽出焊丝送给速度和熔融速度的平衡破坏。

<具体效果3>

图14是表示使用各实施方式的弧长控制方法，在焊接中使片母材间距离产生变化时测定的频率变化的图。图14的图表的横轴表示时间[s]，纵轴表示频率[Hz]。

实施例1是使用第一实施方式的弧长控制方法时的测定结果，用菱形表示。

实施例2是使用第二实施方式的弧长控制方法的变形例时的测定结果，用三角形表示。

实施例3是使用第三实施方式的弧长控制方法的变形例时的测定结果，用正方形表示。

这时的焊接条件是下述的焊接条件1。

(焊接条件1)

焊丝送给速度：14[m/min]

熔融速度：30[cm/min]

保护气体：100％CO₂

Ks：-3.0V/100A(＝-0.030[V/A]

另外，在实施例2中，前述的式(2)所示的第二脉冲期间的峰值期间的变化增益Kstp和其上限值及下限值如下所述。

Kstp：-0.5(-2.5[ms]≤ΔTp2(n)≤2.5[ms])

另外，在实施例3中，前述的式(3)所示的第二脉冲期间的峰值电流的变化增益Ksip和其上限值及下限值如下所述。

Ksip：-15[A/ms](-50[A]≤ΔIp2(n)≤50[A])

图14中表示将某初始状态的时间设为1[s]，至39[s]的焊接中使片母材间距离(接触片23和被焊接材料W的距离)按照25mm→30mm→25mm→20mm→25mm的顺序产生变化时的图表。

实施例1～3的测定结果如图14所示，例如使片母材间距离以25mm→30mm产生变化时，利用弧长控制使第二脉冲期间的基值期间Tb2增长，其结果是频率下降。另一方面，使片母材间距离以25mm→20mm产生变化时，利用弧长控制使第二脉冲期间的基值期间Tb2缩短，其结果是频率提高。

另外，使实施例1～3的测定结果中片母材间距离产生变化时，和实施例1相比，实施例2及实施例3方面频率变化小，可以得到特别优良的结果。这是因为在实施例2及实施例3中，作为第二脉冲期间的基值期间Tb2，确保最低限需要的期间之后，在不损伤熔滴过渡的规律性的范围内，使第二脉冲期间的峰值期间Tp2及峰值电流值Ip2产生变化。因此，实施例2及实施例3也能够大幅度地抑制飞溅的发生。

以上对本发明理想的实施方式进行了说明，但没有将本发明的焊接控制装置及弧长控制方法限定在前述的各实施方式。例如，在各实施方式中作为外部特性斜率Ks利用一个固定值，但关于外部特性斜率Ks可以列举出下面的变形例。

(Ks的变形例)

本发明的焊接控制装置及弧长控制方法在脉冲周期或第二脉冲期间，还检测焊接中的焊接电流平均值及焊接电压平均值，算出这些平均值和焊接电流设定值Is及焊接电压设定值Vs的偏差，在该偏差超过预先设定的基准值时，也可以进行将外部特性斜率设为比所设定的外部特性斜率Ks更大之后，运算前述的式(1)。

另外，本发明的实施方式的焊接系统1制作为包括电弧焊接机械手5的系统，焊接系统例如使用本发明的实施方式的焊接控制装置4及焊接电源3，利用通过人手的半自动焊炬也能够实现。

另外，在焊接电源3上组装本发明的焊接控制装置，也可以构成本发明的焊接系统。

另外，本发明中，用于脉冲电弧焊接的保护气体不限于100％CO₂，也可以是碳酸气体是主成分(50％以上)的混合气体。另外，在该混合气体中也可以包括Ar等惰性气体。

另外，在本发明的各实施方式中，第一脉冲201及第二脉冲202作为其峰值电流不同的脉冲进行了说明，但也可以作为其脉冲宽度不同的脉冲。另外，也可以是峰值电流和脉冲宽度两方面都不同。即，这些二种类脉冲根据起到使熔滴脱离的作用和起到对熔滴进行整形的作用，脉冲波形不同即可。

另外，本发明的焊接控制装置利用使一般的计算机作为前述的运算部35、积分部36、Sv2比较器37、波形生成器31及缩颈检测部33发挥功能的焊接程序工作，由此也能够实现。该控制程序经由通信电路也可以提供，也可以写入CD-ROM及闪存器等记录媒体也可以配置。

Claims (7)

1.一种消耗电极式脉冲电弧焊接的焊接控制装置，其特征在于，使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，由如下的装置构成：

电流检测器，其检测焊接电源的焊接电流；

电压检测器，其检测所述焊接电源的焊接电压；

缩颈检测部，其根据所述检测到的焊接电流及焊接电压的至少一个，检测所述熔滴的缩颈；

波形生成器，其在由包括第一脉冲波形的峰值期间及基值期间的第一脉冲期间、和包括第二脉冲波形的峰值期间及基值期间的第二脉冲期间构成的脉冲周期的1个周期内，作为脉冲峰值电流及脉冲宽度的至少一个不同的二种脉冲波形，根据预先设定的波形参数，交替生成所述二种脉冲波形，并向所述焊接电源输出，以通过按顺序输出用于使来自焊丝前端的熔滴脱离的所述第一脉冲波形及用于对所述熔滴进行整形的所述第二脉冲波形，从而进行1个熔滴到下一个熔滴的过渡，所述波形生成器在检测到所述熔滴的缩颈时，立即将所述第一脉冲的电流值转换为比检测时的电流值低的规定值；

积分器，作为下述式(1)所示的参数，接受预先设定的焊接电源的外部特性斜率Ks、所述第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2、及所述第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2各信息的输入，并且，接受在所述第二脉冲期间检测到的焊接电流的瞬时值Io2及在所述第二脉冲期间检测到的焊接电压的瞬时值Vo2各信息的输入，从所述脉冲周期中所述第一脉冲期间结束而所述第二脉冲期间开始的时刻起，开始运算用下述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在运算结果等于0的时刻完成运算；及

比较器，其比较所述运算结果即所述电压误差积分值Sv2的值是否等于0，

在此，所述波形生成器在每个所述脉冲周期，在所述电压误差积分值Sv2的值等于0的时刻，完成该脉冲周期而开始下个脉冲周期，

Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt  …式(1)。

2.如权利要求1所述的焊接控制装置，其特征在于，

所述波形生成器根据下述式(2)运算所述预先设定的波形参数当中使所述第二脉冲期间的峰值期间的值相对设定值增减的增减值，生成所述第二脉冲波形，

作为下述式(2)所示的参数，接受预先设定的所述第二脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref、及所述第二脉冲期间的峰值期间的变化增益Kstp各信息的输入，使用所述接受的各信息和表示前次的第(n-1)次脉冲周期的所述第二脉冲期间的基值期间的实测值Tb2(n-1)，运算用下述式(2)表示的表示本次的第n次脉冲周期的所述第二脉冲期间的峰值期间的增减值ΔTp2(n)，

ΔTp2(n)＝Kstp{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(2)。

3.如权利要求2所述的焊接控制装置，其特征在于，

所述波形生成器比较预先设定的使得所述第二脉冲期间的峰值期间的值成为适当值的增减值ΔTp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值和所述第二脉冲期间的峰值期间的增减值ΔTp2(n)的运算结果，在所述运算结果的绝对值超过所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值时，将使所述第二脉冲期间的峰值期间的值相对设定值增减的增减值作为所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值，生成所述第二脉冲波形。

4.如权利要求1所述的焊接控制装置，其特征在于，

所述波形生成器根据下述式(3)运算所述预先设定的波形参数当中使所述第二脉冲期间的峰值电流的值相对设定值增减的增减值，生成所述第二脉冲波形，

作为下述式(3)所示的参数，接受预先设定的所述第二脉冲期间的基值期间的基准值Tb2ref、及所述第二脉冲期间的峰值电流的变化增益Ksip各信息的输入，使用所述接受的各信息和表示前次的第(n-1)次脉冲周期的所述第二脉冲期间的基值期间的实测值Tb2(n-1)，运算用下述式(3)表示的表示本次的第n次脉冲周期的所述第二脉冲期间的峰值电流的增减值ΔIp2(n)，

ΔIp2(n)＝Ksip{Tb2ref-Tb2(n-1)}…式(3)。

5.如权利要求4所述的焊接控制装置，其特征在于，

所述波形生成器比较预先设定的使得所述第二脉冲期间的峰值电流的值成为适当值的增减值ΔIp2(n)的增加幅度的最大值及减少幅度的最大值和所述第二脉冲期间的峰值电流的增减值ΔIp2(n)的运算结果，在所述运算结果的绝对值超过所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值时，将使所述第二脉冲期间的峰值电流值相对设定值增减的增减值作为所述增加幅度的最大值或所述减少幅度的最大值，生成所述第二脉冲波形。

6.一种焊接控制装置控制下的弧长控制方法，其特征在于，

在消耗电极式脉冲电弧焊接中，使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体，在脉冲周期的1个周期内，作为脉冲峰值电流和脉冲宽度的至少一个不同的二种脉冲波形，按顺序输出用于使来自焊丝前端的熔滴脱离的第一脉冲波形及用于对所述熔滴进行整形的第二脉冲波形来进行1个熔滴到下一个熔滴的过渡，其中，根据预先设定的波形参数，交替生成所述二种脉冲波形，并向焊接电源输出，并且，在检测到所述熔滴的缩颈时，立即将所述第一脉冲电流值转换为比检测时的电流值低的规定值，

所述脉冲周期由包括所述第一脉冲波形的峰值期间及基值期间的第一脉冲期间、和包括所述第二脉冲波形的峰值期间及基值期间的第二脉冲期间构成，

所述焊接控制方法包括如下的步骤：

焊接中检测焊接电流的步骤；

焊接中检测焊接电压的步骤；

作为下述式(1)所示的参数，接受预先设定的焊接电源的外部特性斜率Ks、所述第二脉冲期间的焊接电流设定值Is2、及所述第二脉冲期间的焊接电压设定值Vs2各信息的输入的步骤；

作为下述式(1)所示的参数，接受所述第二脉冲期间检测到的焊接电流的瞬时值Io2及焊接电压瞬时值Vo2各信息的输入的步骤；

从所述脉冲周期中所述第一脉冲期间结束而所述第二脉冲期间开始的时刻起，开始运算用下述式(1)表示的电压误差积分值Sv2，在运算结果为0的时刻完成运算的步骤；

比较所述运算结果即所述电压误差积分值Sv2的值是否等于0的步骤；

在交替生成所述二种脉冲波形时，在每个所述脉冲周期，在所述电压误差积分值Sv2的值等于0的时刻，完成该脉冲周期而开始下个脉冲周期的步骤，

Sv2＝∫{Ks(Io2-Is2)+Vs2-Vo2}dt…式(1)。

7.一种焊接系统，其特征在于，由如下的装置构成：

权利要求1所述的焊接控制装置；

从焊丝收纳容器通过焊丝送给路径将焊丝送到焊炬的焊丝送给装置；

驱动所述焊丝送给装置，并且根据所述焊接控制装置基于所述第一脉冲波形及第二脉冲波形输出的焊接指令信号，向从所述焊丝送给装置送到所述焊炬的焊丝供给焊接电流的焊接电源；

保持所述焊炬，使所述焊炬移动的电弧焊接机械手；及

具有输入显示焊接路径及焊接作业条件的指令的控制盘，根据所述输入的指令控制所述电弧焊接机械手的机械手控制装置。

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