CN102596475B - 电弧焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧焊接控制方法，是在焊丝与母材之间产生电弧来进行焊接的脉冲电弧焊接控制方法，在引弧期间内，自短路焊接控制起经过了规定时间(t1)时，过渡到输出使脉冲波形的上升沿的斜率和/或下降沿的斜率比稳定焊接的脉冲波形更平缓的脉冲波形的脉冲焊接，在充分形成溶池之后，控制为输出稳定焊接的脉冲波形，从而能够减少从产生电弧到电弧稳定为止的溅射物产生量。此外，作为短路焊接控制，进行以规定频率和振幅周期性地重复正向传送和反向传送的焊丝进给，在焊丝进给速度从反向传送朝向正向传送变化的期间内过渡到脉冲焊接。

Description

电弧焊接控制方法

技术领域

本发明涉及在进给作为消耗电极的焊丝的同时进行脉冲电弧焊接的脉冲电弧焊接控制方法，尤其涉及引弧(arc start)控制。

背景技术

近年来，在焊接工业中为了提高生产率，对焊接的高品位化的要求逐渐提高。其中，尤其要求引弧时的溅射的减少。在引弧时，由于直到在母材形成熔池为止需要时间，所以直到电弧稳定为止需要时间，溅射物的产生增加，母材上附着溅射物的情况较多。并且，由于需要进行用于去除所附着的溅射物的后处理，所以焊接生产率会降低。另外，在不实施后处理，而是以溅射物附着于母材的状态作为产品流出的情况下，也会显著地损坏产品价值。

关于以往的引弧控制公知下述控制方法，即：若在引弧时自短路焊接控制起经过了规定时间，则从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制(例如，参照专利文献1)。

图4示出现有的电弧焊接装置的示意结构。在图4中，一次侧整流元件103将输入电源101的输出进行整流之后输出。开关元件104通过将来自一次侧整流元件103的直流输出变换成交流，由此控制焊接输出。主变压器102对来自开关元件104的交流输出进行变换。主变压器102的输出经由将主变压器102的二次侧输出进行整流的二次侧整流元件106和电抗器105，被输出为焊接输出。

设定部135基于由未图示的输入单元等输入的设定电流、设定电压、焊丝进给量、保护气体的种类、焊丝的种类、焊丝直径、焊接法等的设定条件，设定例如脉冲电流的大小或脉冲时间等各种参数之后输出。其中，该设定部135具备用于存储求出所述参数用的表格或式子的未图示的存储部、和用于进行运算等的未图示的运算部，并且通过这些部件来设定参数。

焊接电压检测部109检测焊接电压，焊接电流检测部108检测焊接电流。短路焊接控制部136将焊接电流检测部108的输出、焊接电压检测部109的输出以及设定部135的输出作为输入，输出用于进行短路控制的指令。然后，如后述那样，在引弧之后，短路焊接控制部136进行在规定时间之内重复短路电弧的短路焊接控制。脉冲焊接控制部137以焊接电流检测部108的输出、焊接电压检测部109的输出以及设定部135的输出作为输入，输出用于进行脉冲焊接控制的指令。其中，作为一例，这些短路焊接控制部136及脉冲焊接控制部137按照成为从设定部135输入的参数值(指令值)的方式，比较焊接电流检测部108及焊接电压检测部109的输出信号和参数值。而且，在焊接电流检测部108及焊接电压检测部109的输出信号的值和参数值不一致的情况下，短路焊接控制部136及脉冲焊接控制部137具有按照输出信号的值与参数值(指令值)一致的方式控制焊接电流及焊接电压的功能。

切换部138是将设定部135的输出作为输入，将从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制的时刻输出至驱动部134的切换部。该切换部138具有计时功能，能够对从输入了设定部135的输出的时刻起经过规定时间的时间进行计时。驱动部134将短路焊接控制部136的输出、脉冲焊接控制部137的输出以及切换部138的输出作为输入。并且，驱动部134具有如下功能：根据切换部138的输出，切换向开关元件104输出短路焊接控制部136的输出、还是向开关元件104输出脉冲焊接控制部137的输出。

利用图4和图5，说明采用以上结构的电弧焊接装置中的引弧的控制方法。

图5示出消耗电极电弧焊接在焊接时的焊丝进给速度、焊接电压及焊接电流的时间波形的一例。图6示出母材的熔池小时在电弧焊接中产生的熔滴的举动。在图5中，在时刻T1指示焊接起动开始，在时刻T2流过电弧产生电流而产生电弧。示出了之后通过短路焊接控制进行短路焊接，而后在时刻T3切换到脉冲焊接控制的波形的例子。

在作为电弧产生时刻的时刻T1，基于来自切换部138的输入，驱动部134向开关元件104输出短路焊接控制部136的输出。另外，在切换部138中，对自检测出焊接电流的时刻T2起经过的经过时间进行计数。之后，在经过了预先设定的时间的时刻T3，为了从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制，驱动部134按照向开关元件104输出脉冲焊接控制部137的输出的方式进行控制。

通过该控制，在以产生电弧的时刻、即时刻T2为时间起点直到变为切换时刻、即时刻T3为止的期间内，基于短路焊接控制部136的输出进行短路控制。之后，在自电弧产生时刻、即时刻T2起经过了规定时间而变为切换时刻、即时刻T3之时，切换部138对驱动部134进行切换指示。由此，脉冲焊接控制部137的输出被输出至开关元件104，焊接输出控制从短路焊接控制被切换成脉冲焊接控制。之后，在切换时刻T3以后，通过脉冲焊接控制部137进行脉冲焊接控制。

如上所述，现有的引弧控制方法及电弧焊接装置，在流过引弧电流之后进行短路焊接控制。由此，减少了在流过引弧电流之后开始脉冲焊接控制时的、因电弧不稳定引起的电弧中断、溅射产生及溅射物的附着。

现有的电弧焊接机中的输出控制是在自进行短路焊接控制的引弧时起经过了规定时间之时，从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制，从而进行焊接。由此，减少了引弧时的溅射物的产生量。

但是，例如，如图6所示，与脉冲焊接相比，引弧初期的短路焊接中的熔池未形成充分的熔池。因此，产生下述状态：刚输出脉冲焊接后的熔滴未过渡至熔池，成为溅射物而飞散，并附着于母材，从而无法去除。即，在现有的控制方法中也减少了刚引弧之后的溅射物的产生量。然而，却残留着下述的课题：作为对刚从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制之后有可能产生的溅射的对策并不是很充分，有时产生较大的溅射物并附着于母材。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-297564号公报

发明内容

本发明提供一种减少从电弧产生到电弧稳定为止的溅射物产生量的引弧控制方法。

为了解决上述课题，本发明的一种电弧焊接控制方法，该方法是在作为消耗电极的焊丝和作为被焊接物的母材之间产生电弧来进行焊接的焊接方法，该电弧焊接控制方法自指示了焊接开始的时刻、或者指示焊接开始并检测到焊丝和母材的接触的时刻起进行短路焊接，在经过规定时间之后，将焊接法从所述短路焊接切换到脉冲焊接，其中，在进行所述脉冲焊接的期间内，具有第1脉冲焊接期间、和接着所述第1脉冲焊接期间的第2脉冲焊接期间，将所述第1脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一个控制成比所述第2脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一个更平缓。

根据该方法，若在引弧时自短路焊接控制起经过了规定时间，则输出不同于稳定焊接的脉冲波形，其结果，在充分地形成了熔池之后输出稳定焊接的脉冲波形。由此，刚切换成脉冲焊接之后产生的熔滴过渡至熔池，所以不会成为溅射物而分散，能够减少从产生电弧到电弧稳定为止的溅射物产生量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1及2中的电弧焊接装置的示意结构的图。

图2是表示本发明的实施方式1中的焊接电流、焊接电压及焊丝进给速度的时间波形的图。

图3是表示本发明的实施方式2中的焊接电流、焊接电压及焊丝进给速度的时间波形的图。

图4是表示现有的电弧焊接装置的示意结构的图。

图5是表示现有的电弧焊接中的焊丝进给速度、焊接电压及焊接电流的时间波形的图。

图6是表示母材的熔池小时的熔滴的举动的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。在以下的附图中，因为对相同的构成要素赋予相同的符号，所以有时会省略说明。

(实施方式1)

图1示出本实施方式1中的电弧焊接装置的示意结构。在图1中，焊接电源装置14具备：主变压器2、一次侧整流元件3、开关元件4、电抗器5(也称作DCL)、二次侧整流元件6、焊接电流检测部8、焊接电压检测部9、短路/电弧检测部10、输出控制部11、焊丝进给速度控制部13以及计时部20。

一次侧整流元件3将输入电源1的输出进行整流之后输出。开关元件4通过将来自一次侧整流元件3的直流输出变换成交流，从而控制焊接输出。主变压器2对来自开关元件4的交流输出进行变换。主变压器2的输出经由将主变压器2的二次侧输出进行整流的二次侧整流元件6和电抗器5，作为焊接输出被输出。焊接电压检测部9检测焊接电压，焊接电流检测部8检测焊接电流。

短路/电弧检测部10基于来自焊接电压检测部9的信号，判定焊接状态是焊丝和母材相接触而短路的短路状态、还是短路断开而产生电弧的电弧状态。输出控制部11控制开关元件4来控制焊接输出。焊丝进给速度控制部13控制焊丝进给部19来控制焊丝16的进给速度。计时部20从引弧开始计数规定时间t1。其中，引弧的开始时刻被设为下述时刻：由未图示的焊接开始指示部开始焊接之后向母材15进给焊丝16的时刻，或者在焊丝16与母材15之间施加电压之后焊丝16和母材15相接触而流动电流并检测到该电流的时刻。

此外，在本实施方式1的电弧焊接装置由焊接电源装置14、焊丝进给部19、和未图示的焊接用焊炬等构成的情况下，焊接开始指示部成为焊接用焊炬的焊炬开关等。

另外，在本实施方式1的电弧焊接装置由焊接电源装置14、焊丝进给部19、保持未图示的焊接用焊炬的未图示的工业用机器人、和用于对工业用机器人进行教示等的未图示的示教器等构成的情况下，焊接开始指示部成为设置于示教器中的开关等。

通过有线或无线方式与焊接电源装置14连接成可通信的状态的、例如遥控器等焊接条件设定部12用于设定焊接电流、焊接电压等。其中，焊接电源装置14的2个输出端子中的一个端子与焊嘴18连接，并经由焊嘴18向焊丝16供给电力。另外，焊接电源装置14的2个输出端子中的另一个端子与母材15连接，向母材15供给电力。并且，在焊丝16的前端部与母材15之间产生电弧17。

接着，利用图2，说明本实施方式1的电弧焊接装置中的焊丝进给速度Wf、焊接电压Vw以及焊接电流Aw。图2表示焊丝进给速度Wf、焊接电压Vw以及焊接电流Aw的时间波形，并表示伴随时间的经过而变化的例子。

在图2中，在时刻T1进行电弧焊接装置的起动(焊接开始指示)。之后，焊丝进给速度控制部13控制焊丝进给部19，如焊丝进给速度Wf所示那样，以预先设定的焊丝进给速度进给焊丝16。该预先设定的焊丝进给速度是根据由焊接条件设定部12设定的焊接电流来决定的。未图示的存储部存储了使平均焊丝进给速度和设定焊接电流对应起来的表格或式子。根据该存储部的内容和由焊接条件设定部12设定的焊接电流，决定焊丝进给速度。

时刻T2是引弧开始的时刻，当焊丝16和母材15相接触而流动焊接电流时，焊接电流检测部8检测该电流。由此，能够检测出该时刻为引弧开始的时刻。

之后，以时刻T2为时间起点直至经过了规定时间t1为止，焊丝进给速度控制部13控制焊丝进给部19，使得以预先设定的焊丝进给速度进给焊丝16。输出控制部11进行短路焊接控制，输出焊接输出。

对自时刻T2起的经过时间进行计时的计时部20向输出控制部11输出变成了自时刻T2起经过规定时间t1的时刻T3的情况。在经过了规定时间t1之后，输出控制部11将焊接输出的控制从短路焊接控制切换到脉冲焊接控制。将变为脉冲焊接的最初期间、即第1脉冲焊接期间的脉冲波形的上升沿的斜率设为PR1，将下降沿的斜率设为PF1，将稳定焊接时的脉冲波形的上升沿的斜率设为PR2，将下降沿的斜率设为PF2。按照如下方式进行脉冲焊接控制：输出PR1和PF1中的至少任意一个比PR2和PF2中的至少任意一个更平缓的脉冲波形。

即，本发明的电弧焊接控制方法是在作为消耗电极的焊丝与作为被焊接物的母材之间产生电弧来进行焊接的焊接方法。并且，本发明的电弧焊接控制方法是如下的电弧焊接控制方法：自指示了焊接开始的时刻、或者指示焊接开始并检测到焊丝与母材之间的接触的时刻起进行短路焊接，在经过了规定时间之后将焊接法从上述短路焊接切换到脉冲焊接。并且，本发明的电弧焊接控制方法是下述方法，即：在进行上述脉冲焊接的期间内，具有第1脉冲焊接期间、和接着上述第1脉冲焊接期间的第2脉冲焊接期间，将上述第1脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率之中的至少任意一个控制成比上述第2脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率之中的至少任意一个更平缓。

根据该方法，在引弧时，若自短路焊接控制起经过了规定时间，则输出不同于稳定焊接的脉冲波形，其结果，在充分地形成熔池之后，输出稳定焊接的脉冲波形。由此，刚切换成脉冲焊接之后产生的熔滴过渡至熔池，所以不会成为溅射物而分散，能够减少从产生电弧到电弧稳定为止的溅射物产生量。

另外，也可采用第1脉冲焊接期间是输出规定脉冲数的期间的方法。根据该方法，可通过脉冲数明确从产生电弧到电弧稳定为止的期间，能够减少溅射物产生量。

另外，也可采用规定脉冲数是1个以上且8个以下的方法。根据该方法，能够进一步明确从产生电弧到电弧稳定为止的期间，能够减少溅射物产生量。

之后，如图2所示，第1脉冲焊接期间结束后变为第2脉冲焊接期间。该第2脉冲焊接期间是进行稳定焊接的稳定焊接期间，按照输出脉冲波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的至少任意一个、即稳定焊接时的脉冲波形的方式进行脉冲焊接控制。

由此，可以削减第1脉冲焊接期间的电磁收缩力，即便从短路焊接控制下的小的熔池的状态切换到脉冲焊接控制，熔滴也向熔池过渡。这样，通过在充分地形成熔池之后进行稳定焊接的脉冲焊接控制，能够抑制溅射物的飞散。

即，在本发明的电弧焊接控制方法中，也可以是下述方法：第2脉冲焊接期间是稳定焊接期间，第2脉冲焊接期间内的脉冲波形是稳定焊接时的脉冲波形。

通过该方法，能够在充分形成熔池之后进行稳定焊接的脉冲焊接控制，能够抑制溅射物的飞散。

(实施方式2)

在本发明的实施方式2的电弧焊接控制方法中，与实施方式1的主要不同点在于，以预先设定的周期和振幅，对规定时间t1的短路焊接中的焊丝进给进行正向传送和反向传送。

利用图1所示的电弧焊接装置的示意结构和图3，说明本实施方式2。图3是表示本发明的实施方式2中的焊接电流、焊接电压以及焊丝进给速度的时间波形的图。

以时刻T2为时间起点直至经过规定时间t1为止，焊丝进给速度控制部13按照以预先设定的周期和预先设定的振幅进给焊丝16的方式控制焊丝进给部19。之后，对自时刻T2起经过的经过时间进行计时的计时部20，向焊丝进给速度控制部13输出变为自时刻T2起经过了规定时间t1的时刻、即时刻T3的情况。焊丝进给速度控制部13在经过了规定时间t1之后，将焊丝进给速度从周期性的值切换成恒定值来控制焊丝进给。具体而言，在经过了规定时间t1之后，焊丝进给速度从反向传送变为正向传送。之后，自变为对应于由焊接条件设定部12设定的焊接电流而决定的恒定的焊丝进给速度的时刻以后，焊丝进给速度控制部13以恒定的焊丝进给速度进给焊丝16。

其中，在从时刻T2到时刻T3为止的规定期间t1内，作为焊丝进给，周期性地改变正向传送和反向传送。因此，通过焊丝16的正向传送而强制性地产生焊丝16与母材15的短路，并且通过焊丝16的反向传送而强制性地断开短路来再次产生电弧。

接着，说明焊接输出的切换。

如图3所示，若焊丝进给状态到达时刻T4的正向传送开始点，则输出控制部11将焊接输出从短路焊接控制切换成脉冲焊接控制，以后进行脉冲焊接控制。在第1脉冲焊接期间内，按照脉冲波形的上升沿的斜率PR1和下降沿的斜率PF1中的任意一个比稳定焊接时的脉冲波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的任意一个平缓的方式进行脉冲焊接控制。之后，第1脉冲焊接期间结束后立即变为第2脉冲焊接期间。该第2脉冲焊接期间是稳定焊接期间，按照输出脉冲波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的至少任意一个、即稳定焊接时的脉冲波形的方式进行脉冲焊接控制。

由此，能够不依赖于焊接电流的电磁收缩力而断开短路焊接控制中的短路。其结果，能够减少溅射物的产生，能够在从刚引弧之后的短路焊接控制到稳定焊接的脉冲焊接控制为止的整个区域内抑制溅射物的飞散。

即，本发明的电弧焊接控制方法采用下述方法：在自指示了焊接开始的时刻、或者指示焊接开始并检测到焊丝和母材的接触的时刻起进行的短路焊接的期间内，在以规定频率和规定振幅周期性地重复正向传送和反向传送的焊丝进给速度下，进行焊丝的进给。

根据该方法，能够减少溅射物的产生，能够在从刚引弧之后的短路焊接控制到稳定焊接的脉冲焊接控制为止的整个区域内抑制溅射物的飞散。

另外，也可采用下述方法：在焊丝进给速度从反向传送朝向正向传送变化的期间内，开始第1脉冲焊接期间来进行脉冲焊接。

根据该方法，能够减少溅射的产生，能够在从刚引弧之后的短路焊接控制到稳定焊接的脉冲焊接控制为止的整个区域内抑制溅射物的飞散。

另外，也可采用下述方法：在规定时间内进行了以规定频率和规定振幅周期性地重复正向传送和反向传送的焊丝进给之后，进行使焊丝进给速度恒定的焊丝进给控制，在焊丝进给速度向正向传送变化并达到恒定速度为止的期间内，开始第1脉冲焊接期间，从而进行脉冲焊接。

根据该方法，能够减少溅射的产生，能够在从刚引弧之后的短路焊接控制到稳定焊接的脉冲焊接控制为止的整个区域内抑制溅射物的飞散。

(工业上的可利用性)

本发明的引弧控制方法能够减少引弧时的溅射物的产生和溅射物附着，来提高焊接作业的生产率，因此尤其在工业上作为采用了消耗电极的焊接方法是有用的。

符号说明

1 输入电源

2 主变压器

3 一次侧整流元件

4 开关元件

5 电抗器

6 二次侧整流元件

8 焊接电流检测部

9 焊接电压检测部

10 短路/电弧检测部

11 输出控制部

12 焊接条件设定部

13 焊丝进给速度控制部

14 焊接电源装置

15 母材

16 焊丝

17 电弧

18 焊嘴

19 焊丝进给部

20 计时部

Claims (7)

1.一种电弧焊接控制方法，该电弧焊接控制方法是在作为消耗电极的焊丝和作为被焊接物的母材之间产生电弧来进行焊接的焊接方法，该电弧焊接控制方法自指示了焊接开始的时刻或者指示焊接开始并检测到焊丝和母材的接触的时刻起进行短路焊接，在经过规定时间之后，将焊接法从所述短路焊接切换到脉冲焊接，其中，

在进行所述脉冲焊接的期间内，具有第1脉冲焊接期间和接着所述第1脉冲焊接期间的第2脉冲焊接期间，将所述第1脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一个控制成比所述第2脉冲焊接期间内的脉冲波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一个更平缓。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其中，

所述第1脉冲焊接期间是输出规定脉冲数的期间。

3.根据权利要求2所述的电弧焊接控制方法，其中，

所述规定脉冲数是1以上且8以下。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的电弧焊接控制方法，其中，

所述第2脉冲焊接期间是稳定焊接期间，所述第2脉冲焊接期间内的脉冲波形是稳定焊接时的脉冲波形。

5.根据权利要求1至3的任一项所述的电弧焊接控制方法，其中，

在自指示了所述焊接开始的时刻或者指示所述焊接的开始并检测到焊丝和母材的接触的时刻起进行的所述短路焊接的期间内，在以规定频率和规定振幅周期性地重复正向传送和反向传送的焊丝进给速度下，进行焊丝的进给。

6.根据权利要求5所述的电弧焊接控制方法，其中，

在所述焊丝进给速度从反向传送朝向正向传送变化的期间内，开始所述第1脉冲焊接期间来进行脉冲焊接。

7.根据权利要求5所述的电弧焊接控制方法，其中，

在规定时间内进行了以所述规定频率和所述规定振幅周期性地重复正向传送和反向传送的焊丝进给之后，进行使焊丝进给速度恒定的焊丝进 给控制，在所述焊丝进给速度朝向正向传送变化并达到恒定速度为止的期间内，开始所述第1脉冲焊接期间来进行脉冲焊接。