CN103084704B - 消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法。在检测熔滴的缩颈而使焊接电流急剧减少的缩颈检测控制方法中，能够抑制在从缩颈检测到电弧再次发生为止的时间较长之时焊接状态变得不稳定。若检测到熔滴的缩颈，则使焊接电流(Iw)减少直到低电平电流值(Il)为止。在从缩颈检测时间点起经过的经过时间在电弧再次发生之前达到了基准时间时，使焊接电流(Iw)增加直到高电平电流值(Ih)为止。若电弧再次发生，则使焊接电流(Iw)变化到初始电弧电流值(Iai)。并且，使该初始电弧电流值(Iai)根据与补偿期间(Th)中的向焊丝的热输入量相关的值而发生变化。由此，能够使电弧再次发生后的电弧长度适当化，故能够使焊接状态稳定化。

Description

消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法

技术领域

本发明涉及用于检测短路期间中的熔滴的缩颈以减少焊接电流从而提高焊接品质的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法。

背景技术

图6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、电压波形以及熔滴过渡的图。图6(A)表示对消耗电极(以下称为焊丝1)进行通电的焊接电流Iw的时间变化，图6(B)表示在焊丝1与母材2之间施加的焊接电压Vw的时间变化，图6(C)～(E)表示熔滴1a的过渡样态。以下，参照该图来进行说明。

在时刻t1～t3的短路期间Ts中，处于焊丝1前端的熔滴1a与母材2短路的状态。焊接电流Iw如图6(A)所示那样，在时刻t1～t11的预先规定的初始期间中被维持在小电流值的初始电流值，在后续的时刻t11～t12的期间中以预先规定的倾斜度进行增加，在从后续的时刻t12至电弧再次发生的时刻t3为止的期间中被控制在预先规定的峰值。初始期间被设定在1ms左右，初始电流值被设定在50A左右，倾斜度被设定在100～300A/ms左右，峰值被设定在300～400A左右。这些值是根据焊丝的种类、保护气体的种类、进给速度等而被设定为适当值的。如图6(B)所示那样，焊接电压Vw由于处于短路状态，因而采用几V左右这样的低值。

如图6(C)所示，在时刻t1，熔滴1a与母材2相接触而进入短路状态。若进入短路状态则焊接电流减少成小电流值的初始电流，所以可以引导成更可靠的短路状态。然后，因为焊接电流Iw增加，所以如图6(D)所示那样，由于因对熔滴1a进行通电的焊接电流Iw而引起的电磁收缩力，会在熔滴1a上部发生缩颈1b。该电磁收缩力与焊接电流Iw的值成比例地增大。因此，通过使焊接电流Iw增加，从而增大电磁收缩力，促进缩颈1b的形成。之后，该缩颈1b急速地行进，在时刻t3如图6(E)所示那样，熔滴1a从焊丝1向熔池2a过渡而再次发生电弧3。

若熔滴1a发生缩颈1b，则在几百μs左右这样的短时间之后，短路被断开，再次发生电弧3。即、该缩颈现象成为短路断开的前兆现象。若发生缩颈1b，则由于焊接电流Iw的通电路径在缩颈部分变窄，因而缩颈部分的电阻值增大。随着缩颈的行进而缩颈部分进一步变窄，则该电阻值的增大越明显。因此，在短路期间Ts中，通过检测焊丝1与母材2之间的电阻值的变化，从而能够检测缩颈现象的发生以及行进。该电阻值的变化能够通过焊接电压Vw除以焊接电流Iw而算出。另外，与短路期间Ts中的焊接电流Iw的变化相比，缩颈形成后的电阻值的变化较大。为此，也可取代电阻值的变化而通过焊接电压Vw的变化来检测缩颈现象的发生。作为具体的缩颈检测方法，存在下述方法：算出短路期间Ts中的电阻值或焊接电压值Vw的变化率(微分值)，并通过该微分值达到了预先规定的缩颈检测基准值Vtn来进行缩颈检测。另外，作为其他方法，也存在下述方法：如图6(B)所示，算出相距短路期间Ts中的缩颈发生前(上述的初始期间中)的稳定的短路电压值Vs的电压上升值ΔV，并通过在时刻t2该电压上升值ΔV达到了预先规定的缩颈检测基准值Vtn来进行缩颈检测。在以下的说明中，缩颈检测方法是关于采用上述的电压上升值ΔV的情况进行的说明，但是也可以是以往所提出的各种各样的其他方法。通过判别焊接电压Vw变为短路/电弧判别值Vta以上，能够简单地进行时刻t3的电弧再次发生的检测。即、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，将从检测到时刻t2～t3的缩颈发生至电弧再次发生为止的时间称作缩颈检测时间Tn。

若在时刻t3再次发生电弧，则焊接电流Iw如图6(A)所示那样，在时刻t3～t31的预先规定的初始电弧期间Tai中，被恒流控制成预先规定的初始电弧电流值Iai。之后，时刻t31过渡，焊接电源被切换成恒压控制，所以根据电弧负载来决定焊接电流Iw的值，从而以斜坡状进行减少。如图6(B)所示，焊接电压Vw成为与电弧长度成比例的值。电弧期间中的焊接电压值Vw成为20～30V左右。因此，上述的短路/电弧判别值Vta被设定在10～15V左右。

在时刻t3～t31的初始电弧期间Tai中，因为在规定期间内通电较大值的初始电弧电流Iai，所以电弧长度急速变长，由于向焊丝1的大的热输入而促进熔融。时刻t31过渡，也使得焊丝1的前端部被熔融，逐渐形成熔滴1a。

在重复上述的短路期间Ts和电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中，存在二氧化碳电弧焊、MAG焊接、MIG焊接、伴有短路的脉冲电弧焊接等焊接。在为二氧化碳电弧焊、MAG焊接以及MIG焊接的情况下，关于熔滴过渡而言，在小于200A左右的电流区域中成为短路过渡形态，若电流值变大则成为粗滴过渡(globulartransfer)形态或喷射过渡(spraytransfer)形态。另外，在为脉冲电弧焊接的情况下，熔滴过渡成为喷射过渡形态。即便在这些熔滴过渡形态以及喷射过渡形态下进行高速焊接等的情况下，也将电弧长度设定得较短，所以发生短路。因此，为了断开该短路，会如上述那样形成缩颈1b。

在上述的伴有短路的焊接中，若在时刻t3再次发生了电弧3时的电弧再次发生时电流值Ia为大电流值，则从电弧3向熔池2a的电弧力急剧变大，从而发生大量的溅射。即、溅射发生量与电弧再次发生时电流值Ia的值大致成比例地增加。因而，为了抑制溅射的发生，需要减小该电弧再次发生时电流值Ia。作为要减小该电弧再次发生时电流值Ia的方法，以往提出了各种各样的附加了检测上述的缩颈的发生以减少焊接电流Iw从而减小电弧再次发生时电流值Ia这一缩颈检测控制方法的焊接电源。以下，对该现有技术(例如，参照专利文献1)进行说明。

图7是搭载了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。焊接电源PS是一般的消耗电极电弧焊接用的焊接电源，输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw，并且将用于对进给电动机WM的旋转进行控制的进给控制信号Fc输出至进给电动机WM。减流电阻器R被串联地插入在焊接电源PS的输出，与该减流电阻器R并联地连接有晶体管TR。焊丝1通过与进给电动机WM耦合的进给辊5的旋转而通过焊炬4内来进给，在焊丝1与母材2之间发生电弧3。

电压检测电路VD检测焊接电压Vw并输出电压检测信号Vd。电流检测电路ID检测焊接电流Iw并输出电流检测信号Id。缩颈检测基准值设定电路VTN输出预先规定的缩颈检测基准值信号Vtn。缩颈检测电路ND以该缩颈检测基准值信号Vtn、上述的电压检测信号Vd以及上述的电流检测信号Id作为输入，并输出下述的缩颈检测信号Nd，即：如上述那样在短路期间中的电压上升值ΔV达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点变为High电平、且在电弧再次发生从而电压检测信号Vd的值处于短路/电弧判别值Vta以上的时间点变为低电平。因此，该缩颈检测信号Nd为High电平的期间成为上述的缩颈检测时间Tn。如上述那样，也可在短路期间中的电压检测信号Vd的微分值达到了与之对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点，将缩颈检测信号Nd变化为High电平。而且，也可以通过电压检测信号Vd的值除以电流检测信号Id的值而算出熔滴的电阻值，并在该电阻值的微分值达到了与之对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点，将缩颈检测信号Nd变化为High电平。驱动电路DR输出下述驱动信号Dr，即：在该缩颈检测信号Nd为低电平之时(非缩颈检测时)将上述的晶体管TR变为导通状态。因此，在上述的缩颈检测信号Nd为High电平之时(缩颈检测时)，上述的晶体管TR处于截止状态。

图8是上述的焊接装置的各信号的时序图。图8(A)表示焊接电流Iw的时间变化，图8(B)表示焊接电压Vw的时间变化，图8(C)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图8(D)表示驱动信号Dr的时间变化。以下，参照该图来进行说明。

在图8中，时刻t2～t3的缩颈检测时间Tn以外的期间如图8(C)所示那样，缩颈检测信号Nd为低电平，所以如图8(D)所示那样，驱动信号Dr成为High电平。其结果，晶体管TR处于导通状态，减流电阻器R被短路，所以成为与通常的消耗电极电弧焊接用的焊接装置相同的动作。

在时刻t2，如图8(B)所示，如果在短路期间Ts中焊接电压Vw上升、且检测到电压上升值ΔV与预先规定的缩颈检测基准值信号Vtn的值相等，从而判别出熔滴发生了缩颈，则如图8(C)所示那样，缩颈检测信号Nd变为High电平。与之相应地，如图8(D)所示，驱动信号Dr变为低电平，所以晶体管TR处于截止状态。其结果，减流电阻器R被插入至焊接电流Iw的通电路径。该减流电阻器R的值被设定在短路负载(0.01～0.03Ω左右)的10倍以上这样的大的值(0.5～3Ω左右)。为此，在焊接电源内的直流电抗器以及电缆的电抗器中所蓄积的能量被急速放电，如图8(A)所示那样，焊接电流Iw急剧减少而变为小电流值的低电平电流Il。在这里，若设焊接电源PS的输出电压为50V，减流电阻器R为1Ω，则该低电平电流Il为50A。如图8(B)所示，由于在时刻t2焊接电流Iw急剧减少，因而焊接电压Vw在暂时减少之后急速上升。之后，在时刻t3，若短路被断开从而再次发生电弧，则如图8(B)所示，焊接电压Vw处于预先规定的短路/电弧判别值Vta以上。若检测到该情形，则如图8(C)所示，缩颈检测信号Nd变为低电平，如图8(D)所示，驱动信号Dr变为High电平。其结果，晶体管TR处于导通状态，成为通常的消耗电极电弧焊接的控制。在时刻t3，若再次发生电弧从而晶体管TR处于导通状态，则如图8(A)所示，焊接电流Iw增加到预先规定的初始电弧电流值Iai，在时刻t3～t31的预先规定的初始电弧期间Tai期间维持该值，时刻t31过渡，以斜坡状进行减少，收敛至由电弧负载和进给速度所决定的值。通过该动作能够减小时刻t3的电弧再次发生时电流值Ia，所以能够抑制溅射的发生。作为在检测到缩颈之时使焊接电流Iw急速减少的手段，在上述中说明了将减流电阻器R插入至通电路径的方法。作为除此之外的手段，也存在下述方法：在焊接装置的输出端子之间借助开关元件来并联连接电容器，若检测到缩颈则将开关元件设为接通状态，由电容器通电放电电流，以使焊接电流Iw急速减少(例如，参照专利文献2)。

在上述的缩颈检测控制方法中，为了增大溅射发生量的抑制效果，重要的是正确地检测缩颈的发生。缩颈的发生及其行进状态根据保护气体的种类、焊丝的种类、焊接接头、焊丝的进给速度、焊接姿势等焊接条件而发生变化。为此，需要根据焊接条件来使对缩颈的发生进行检测的灵敏度适当化。通过使上述的缩颈检测基准值Vtn进行增减，能够调整该缩颈检测的灵敏度。即、若使缩颈检测基准值Vtn增加则灵敏度变低，相反地，若使缩颈检测基准值Vtn减少则灵敏度变高。若缩颈检测基准值Vtn过大则灵敏度会过低，从而上述的缩颈检测时间Tn变短，在时间上也会产生无法检测缩颈的时刻，直到电弧再次发生为止无法充分地减少焊接电流，所以溅射发生量的抑制效果变小。相反地，若缩颈检测基准值Vtn过小则灵敏度会过高，从而上述的缩颈检测时间Tn过长，由于不容易再次发生电弧，则焊接状态变得不稳定。因此，可以说上述的缩颈检测时间Tn处于50～500μs左右的范围内之时是缩颈检测基准值Vtn被设定成适当值之时。

如上述那样，缩颈检测基准值Vtn根据焊接条件被设定成适当值。但是，由于进给速度的变动、熔池的不规则运动、熔滴形状的偏差等变动要因，即便使缩颈检测基准值Vtn适当化，缩颈检测时间Tn也会产生偏差。该偏差的范围如上述那样，在为50～500μs左右之时，几乎不会对溅射的发生以及焊接状态的稳定性产生那种程度的坏影响。另外，即便缩颈检测时间Tn偶尔会小于50μs，也只是溅射略有增加的程度，并不是大的问题。相反地，若缩颈检测时间Tn超过500μs、尤其是1000μs以上，则焊接状态变得不稳定，以至于达到不再次发生电弧的状态。为此，在从检测到缩颈的时间点起经过的经过时间即便达到了基准时间也不会再次发生电弧之时，惯用下述的补偿控制，即：使焊接电流Iw增加以增大向焊丝的伸出部的热输入，将伸出部变为高温后通过熔断来引导电弧的再次发生。以下，对该补偿控制(例如，参照专利文献3)进行说明。

图9是用于说明补偿控制的上述的图8所对应的各信号的时序图。图9(A)表示焊接电流Iw的时间变化，图9(B)表示焊接电压Vw的时间变化，图9(C)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图9(D)表示驱动信号Dr的时间变化。在该图9中，除了时刻t21～t3的补偿期间Th的动作以外，其余均与图8相同，因此省略它们的说明。以下，参照该图来说明时刻t21～t3的补偿期间Th的动作。

从时刻t2的缩颈检测时间点起经过的经过时间t，在时刻t21达到了预先规定的基准时间Tt之时，如图9(B)所示，焊接电压Vw小于短路/电弧判别值Vta，所以仍未再次发生电弧。在这种情况下，如图9(D)所示，将驱动信号Dr变化为High电平。因为若驱动信号Dr变为High电平则图7的晶体管TR处于导通状态，所以如图9(A)所示，焊接电流Iw从低电平电流Il以急剧的倾斜度进行增加而成为规定值的高电平电流Ih。该急剧的倾斜度为焊接装置能输出的最快的倾斜度，为1000A/ms左右。高电平电流Ih为500A左右。因为若焊接电流Iw变大则电磁收缩力也变大，所以促使缩颈的行进，在时刻t3再次发生电弧。焊接电压Vw如图9(B)所示那样，在时刻t2之后立刻暂时减少，然后缓慢上升到时刻t21。之后，若在时刻t21焊接电流Iw增加至高电平电流Ih，则焊接电压Vw急速上升，若在时刻t3再次发生电弧，则成为短路/电弧判别值Vta以上的电弧电压值。若在时刻t3再次发生电弧，则如图9(A)所示，焊接电流Iw被控制在上述的初始电弧电流值Iai，在时刻t3～t31的上述初始电弧期间Tai期间维持该值，时刻t31过渡，以斜坡状进行减少，而收敛至由电弧负载和进给速度所决定的值。如图9(C)所示，从时刻t2的缩颈检测时间点到时刻t3的电弧再次发生为止，缩颈检测信号Nd变为High电平。如图9(D)所示，驱动信号Dr从时刻t21起变为High电平。上述的基准时间Tt被设定在1000μs左右。该基准时间Tt根据焊丝的种类、保护气体的种类、进给速度、焊接接头、焊接姿势等而被设定为适当值。

专利文献1：日本特开2006-281219号公报

专利文献2：日本特开2005-288540号公报

专利文献3：日本特开2006-116585号公告

发明内容

如上述，即便在从缩颈检测时间点起经过的经过时间达到了基准时间Tt也不会再次发生电弧之时，在从该时间点到电弧再次发生为止的补偿期间Th中，通过通电大电流值的高电平电流Ih，来抑制焊接状态变得不稳定。在该补偿期间Th中，焊丝的伸出部由于焦耳热而被加热从而处于高温状态，在伸出部的中间位置处熔断而再次发生电弧。在该情况下，再次发生了电弧的时间点时的电弧长度，长于在图8中以没有上述补偿期间Th的通常状态再次发生了电弧之时的电弧长度。而且，再次发生了电弧的时间点时的伸出部的温度，与以没有补偿期间Th的通常状态再次发生了电弧之时相比，成为高温。

这样，在补偿期间Th后再次发生了电弧之时，处于电弧长度较长的状态，伸出部也成为高温。若在该状态下通电大电流值的初始电弧电流Iai，则促使焊丝的熔融从而电弧长度变得更长，焊接状态变得不稳定。

因此，在本发明中，其目的在于提供一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，能够抑制在补偿期间后再次发生了电弧之时电弧长度变得过长而焊接状态变得不稳定。

为了解决上述的问题，技术方案1的发明为消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，当处于焊丝与母材之间重复电弧发生状态和短路状态的消耗电极电弧焊接之际，若从短路状态起检测到电弧再次发生的前兆现象、即熔滴的缩颈，则使焊接电流Iw减少到低电平电流值，在从所述缩颈检测时间点起经过的经过时间在电弧再次发生之前达到了预先规定的基准时间的时候，使所述焊接电流Iw增加到高电平电流值以使电弧再次发生，若电弧再次发生则使所述焊接电流Iw发生变化直到初始电弧电流值为止并进行通电，其特征在于，在从所述焊接电流Iw开始向所述高电平电流值增加的时间点到电弧再次发生为止的补偿期间中，算出与被供给至焊丝的伸出部的热输入量相关的值，并使所述初始电弧电流值根据所述相关值而发生变化。

技术方案2的发明为技术方案1记载的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，预先设定焊丝的伸出部的电阻值Rw，通过Qd＝∫Iw·Iw·Rw·dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。

技术方案3的发明为技术方案1记载的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，通过Qd＝∫Iw·dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。

技术方案4为技术方案1记载的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，通过Qd＝∫dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。

发明效果

根据本发明，根据相关值而使初始电弧电流值适当化，由此能够抑制在补偿期间后再次发生了电弧之时电弧长度变得过长、焊接状态变得不稳定。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。

图2是图1的焊接装置中的各信号的时序图。

图3是表示内置于图1的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第1例的图。

图4是表示内置于图1的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第2例的图。

图5是表示内置于图1的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第3例的图。

图6是表示在现有技术中，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、电压波形以及熔滴过渡的图。

图7是搭载了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。

图8是图7的焊接装置中的各信号的时序图。

图9是用于对现有技术中的补偿控制进行说明的上述的图8所对应的各信号的时序图。

符号说明：

1焊丝

1a熔滴

1b缩颈

2母材

2a熔池

3电弧

4焊炬

5进给辊

CM电流比较电路

Cm电流比较信号

DR驱动电路

Dr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

EV电压误差放大电路

Ev电压误差放大信号

Fc进给控制信号

Ia电弧再次发生时电流值

Iai初始电弧电流

IAIR初始电弧电流设定电路

Iair初始电弧电流设定信号

ID电流检测电路

Id电流检测信号

Ih高电平电流

IHR高电平电流设定电路

Ihr高电平电流设定信号

Il低电平电流

ILR低电平电流设定电路

Ilr低电平电流设定信号

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

PM电源主电路

PS焊接电源

QD热输入相关值算出电路

Qd热输入相关值信号/相关值

R减流电阻器

Rw伸出部的电阻值

S向上(立上り)倾斜度

SD短路/电弧判别电路

Sd短路/电弧判别信号

SR向上倾斜度设定电路

Sr向上倾斜度设定信号

SW控制切换电路

t经过时间

Ta电弧期间

Tai初始电弧期间

TAID初始电弧期间判别电路

Taid初始电弧期间判别信号

TAIR初始电弧期间设定电路

Tair初始电弧期间设定信号

Th补偿期间

THD补偿期间判别电路

Thd补偿期间判别信号

Tn缩颈检测时间

TR晶体管

Ts短路期间

Tt基准时间

TTR基准时间设定电路

Ttr基准时间设定信号

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)

Vw焊接电压

WM进给电动机

ΔV电压上升值

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1是用于实施本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。以下，参照该图，对各块进行说明。

电源主电路PM将3相200V等商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的误差放大信号Ea来进行逆变器控制等输出控制，并输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw。虽然省略了图示，但是该电源主电路PM由下述部件构成：对商用电源进行整流的初级整流器、将被整流后的直流平滑化的平滑电容器、将被平滑后的直流变换成高频交流的逆变器电路、将高频交流降压至适于焊接的电压值的高频变压器、将被降压后的高频交流整流成直流的次级整流器、将被整流后的直流平滑化的电抗器、将误差放大信号Ea作为输入来进行脉冲宽度调制控制的调制电路、将脉冲宽度调制控制信号作为输入来驱动逆变器电路的开关元件的逆变器驱动电路。

减流电阻器R被插入在上述的电源主电路PM与焊炬4之间。该减流电阻器R的值与上述的现有技术同样。晶体管TR与减流电阻器R并联连接，按照后述的驱动信号Dr来进行接通或断开控制。

焊丝1通过与进给电动机(省略图示)结合的进给辊5的旋转而在焊炬4内被进给，在焊丝1与母材2之间发生电弧3。在焊丝1与母材2之间施加焊接电压Vw，在电弧3中通电焊接电流Iw。在该图1中，关于对焊丝的进给进行控制的电路，省略图示。

电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw，并输出电流检测信号Id。电压检测电路VD检测上述的焊接电压Vw，并输出电压检测信号Vd。

短路/电弧判别电路SD将上述的电压检测信号Vd作为输入，并输出下述短路/电弧判别信号Sd，即：该输入值小于预先规定的短路/电弧判别值Vta之时判别处于短路状态而变为High电平，在为以上之时判别处于电弧发生状态而变为低电平。缩颈检测电路ND与现有技术同样地，将上述的电压检测信号Vd以及上述的电流检测信号Id作为输入，并输出下述的缩颈检测信号Nd，即：如上述那样在短路期间中的电压上升值ΔV达到了预先规定的缩颈检测基准值Vtn的值的时间点变为High电平，在电弧再次发生从而电压检测信号Vd的值处于短路/电弧判别值Vta以上的时间点变为低电平。如上述，也可在短路期间中的电压检测信号Vd的微分值达到了与之对应的缩颈检测基准值Vtn的时间点，将缩颈检测信号Nd变化为High电平。而且，也可通过电压检测信号Vd的值除以电流检测信号Id的值而算出熔滴的电阻值，并在该电阻值的微分值达到了与之对应的缩颈检测基准值Vtn的时间点，将缩颈检测信号Nd变化为High电平。

低电平电流设定电路ILR输出预先规定的低电平电流设定信号Ilr。该低电平电流设定信号Ilr的值被设定在50A左右。电流比较电路CM将该低电平电流设定信号Ilr以及上述的电流检测信号Id作为输入，并输出下述的电流比较信号Cm，即：在Id＜Ilr之时变为High电平，在Id≥Ilr之时变为低电平。驱动电路DR将该电流比较信号Cm以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，并向上述的晶体管TR的基极端子输出下述的驱动信号Dr，即：若缩颈检测信号Nd变化为High电平则变为低电平，若之后电流比较信号Cm变化为High电平则变化为High电平。因此，若检测到缩颈，则该驱动信号Dr变为低电平，晶体管TR处于截止状态，通电路径中插入减流电阻器R，所以对短路负载进行通电的焊接电流Iw急剧减少。然后，若急剧减少后的焊接电流Iw的值减少到低电平电流设定信号Ilr的值，则驱动信号Dr变为High电平，晶体管TR处于导通状态，所以减流电阻器R被短路，而返回到通常的状态。

基准时间设定电路TTR输出预先规定的基准时间设定信号Ttr。该基准时间设定信号Ttr的值被设定在600～1000μs左右。补偿期间判别电路THD将该基准时间设定信号Ttr以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，并输出下述的补偿期间判别信号Thd，即：在缩颈检测信号Nd处于High电平的时间达到了基准时间设定信号Ttr的值的时间点被置位为High电平，在缩颈检测信号Nd变化为低电平的时间点被复位为低电平。因此，该补偿期间判别信号Thd是在补偿期间中处于High电平的信号。

高电平电流设定电路IHR输出预先规定的高电平电流设定信号Ihr。该高电平电流设定信号Ihr的值为400～600A左右。向上倾斜度设定电路SR输出预先规定的向上倾斜度设定信号Sr。该向上倾斜度设定信号Sr的值为300～600A/ms左右。

热输入相关值算出电路QD将上述的电流检测信号Id以及上述的补偿期间判别信号Thd作为输入，在补偿期间判别信号Thd为High电平的期间中，进行由下式定义的积分，并输出热输入相关值信号Qd。

1)式Qd＝∫Id·Id·Rw·dt

其中，Rw为焊丝的伸出部的电阻值，如果供电焊嘴(チツプ，tip)与母材之间的距离、以及焊丝的种类确定，则为确定的常数。例如，在供电焊嘴与母材之间的距离为20mm、且焊丝的直径为1.2mm的钢铁丝的情况下，则有伸出部的电阻值Rw＝0.01Ω。通过该积分来算出在补偿期间中被供给至伸出部的热输入量。与下式的情况相比，根据该式能够更正确地算出热输入量。

2)式Qd＝∫Id·dt

虽然在上述1)式中需要进行乘法运算，但因为乘法运算负担大，所以在此进行省略。该Qd成为与补偿期间中的向伸出部的热输入量相关(成比例)的值。

3)式Qd＝∫dt

若假定补偿期间中的焊接电流为固定值，则上述1)式中的Id·Id·Rw为常数。因此，该Qd成为与补偿期间中的向伸出部的热输入量相关(成比例)的值。该Qd测量了补偿期间的时间长度。有：Qd＝Th。如果使用该式，则运算负担最小。

初始电弧期间设定电路TAIR输出预先规定的初始电弧期间设定信号Tair。该初始电弧期间设定信号Tair的值为1～3ms左右，根据焊丝的种类、保护气体的种类、进给速度等而被设定为适当值。初始电弧电流设定电路IAIR将上述的热输入相关值信号Qd作为输入，根据预先规定的电流设定函数来算出初始电弧电流设定信号Iair。该初始电弧电流设定信号Iair的值被自动设定在100～400A左右。该电流设定函数是热输入相关值信号Qd的值越大则初始电弧电流设定信号Iair的值越小的函数。关于该函数，用图3～图5在后面叙述。初始电弧期间判别电路TAID将上述的短路/电弧判别信号Sd以及上述的初始电弧期间设定信号Tair作为输入，并输出下述的初始电弧期间判别信号Taid，即：自短路/电弧判别信号Sd从High电平(短路)变化为低电平(电弧)的时间点起，仅在由初始电弧期间设定信号Tair所决定的期间内变为High电平。

电流设定电路IR将上述的短路/电弧判别信号Sd、上述的低电平电流设定信号Ilr、上述的缩颈检测信号Nd、上述的补偿期间判别信号Thd、上述的高电平电流设定信号Ihr、上述的向上倾斜度设定信号Sr、上述的初始电弧期间判别信号Taid以及上述的初始电弧电流设定信号Iair作为输入，进行以下的处理，并输出电流设定信号Ir。关于该电路的动作，还在图2中进行详细叙述。

1)自短路/电弧判别信号Sd变化为High电平(短路)的时间点起，在预先规定的初始期间中，将预先规定的初始电流设定值作为电流设定信号Ir来输出。

2)然后，使电流设定信号Ir的值从上述的初始电流设定值以由预先规定的倾斜度设定值所决定的倾斜度而上升到预先规定的峰值设定值，并维持该值。

3)若缩颈检测信号Nd变化为High电平(缩颈检测)，则将电流设定信号Ir的值切换为低电平电流设定信号Ilr的值。

4)若补偿期间判别信号Thd变化为High电平(缩颈检测时间达到了基准时间的时间点)，则使电流设定信号Ir的值从低电平电流设定信号Ilr的值以由向上倾斜度设定信号Sr所决定的倾斜度而上升到高电平电流设定信号Ihr的值，并维持该值。

5)若初始电弧期间判别信号Taid变为High电平，则将电流设定信号Ir的值切换为初始电弧电流设定信号Iair的值。

电压设定电路VR输出用于对除了初始电弧期间之外的电弧期间中的焊接电压进行设定的预先规定的电压设定信号Vr。电流误差放大电路EI放大上述的电流设定信号Ir(+)与上述的电流检测信号Id(-)的误差，并输出电流误差放大信号Ei。电压误差放大电路EV放大上述的电压设定信号Vr(+)与电压检测信号Vd(-)的误差，并输出电压误差放大信号Ev。控制切换电路SW将上述的电流误差放大信号Ei、上述的电压误差放大信号Ev、上述的短路/电弧判别信号Sd以及上述的初始电弧期间判别信号Taid作为输入，在短路/电弧判别信号Sd为High电平(短路)之时或初始电弧期间判别信号Taid为High电平之时，将电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea来输出，在除此之外的期间中，将电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea来输出。通过该电路，在短路期间以及初始电弧期间中成为恒流控制，在除了初始电弧期间之外的电弧期间中成为恒压控制。

图2是图1中叙述的焊接装置中的各信号的时序图。图2(A)表示焊接电流Iw的时间变化，图2(B)表示焊接电压Vw的时间变化，图2(C)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图2(D)表示驱动信号Dr的时间变化，图2(E)表示短路/电弧判别信号Sd的时间变化，图2(F)表示补偿期间判别信号Thd的时间变化，图2(G)表示电流设定信号Ir的时间变化，图2(H)表示初始电弧期间判别信号Taid的时间变化。该图2是从缩颈检测时间点起经过的经过时间在电弧再次发生之前达到了基准时间Tt的情况(存在补偿期间的情况)，对应于上述的图9。处于从缩颈检测时间点起经过的经过时间达到基准时间Tt之前电弧再次发生的正常状态的情况下的时序图，基本上为与上述的图8相同的动作，所以省略该情况下的动作说明。以下，参照该图2来进行说明。

(1)从时刻t1的短路发生到时刻t2的缩颈检测时间点为止的动作

该期间中的动作与上述的图8同样。若在时刻t1焊丝与母材相接触，则处于短路状态，如图2(B)所示，焊接电压Vw急剧减少到几V左右的短路电压值。若判别该焊接电压Vw变为小于短路/电弧判别值Vta的值，则如图2(E)所示，短路/电弧判别信号Sd从低电平变化为High电平。与之相应地，如图2(G)所示，电流设定信号Ir在时刻t1从初始电弧电流设定信号Iair的值变化为小值、即预先规定的初始电流设定值。电流设定信号Ir如图2(G)所示那样，在时刻t1～t11的预先规定的初始期间中成为预先规定的初始电流设定值，在时刻t11～t12的期间中以由预先规定的倾斜度设定值所决定的倾斜度进行上升，在时刻t12～t2的期间中成为预先规定的峰值设定值。在短路期间中如上述那样被进行恒流控制，所以焊接电流Iw被控制在相当于电流设定信号Ir的值。为此，如图2(A)所示，焊接电流Iw在时刻t1从电弧期间的焊接电流起急剧减少，在时刻t1～t11的初始期间中成为初始电流值，在时刻t11～t12的期间中以规定倾斜度进行上升，在时刻t12～t2的期间中成为峰值。如图2(B)所示，焊接电压Vw从焊接电流Iw成为峰值的时刻t12附近起急速上升。这是因为，熔滴发生了缩颈。如图2(C)所示，缩颈检测信号Nd在后述的时刻t2～t3的期间以外的期间中变为低电平。如图2(D)所示，驱动信号Dr在后述的时刻t2～t21的期间中变为低电平，在除此之外的期间中变为High电平。因此，在该图2中，在时刻t2以前的期间中，驱动信号Dr为High电平，图1的晶体管TR处于导通状态，所以减流电阻器R被短路，成为与通常的消耗电极电弧焊接装置相同的状态。如图2(F)所示，补偿期间判别信号Thd，在后述的时刻t22～t3的期间中变为High电平，在除此之外的期间中变为低电平。如图2(H)所示，初始电弧期间判别信号Taid，在后述的时刻t3～t31的期间中变为High电平，在除此之外的期间中变为低电平。

(2)从时刻t2的缩颈检测时间点开始至到达时刻t22的基准时间Tt为止的动作

在时刻t2，如图2(B)所示，焊接电压Vw急速上升，若相距初始期间中的电压值的电压上升值ΔV变得等于预先规定的缩颈检测基准值Vtn而检测到缩颈，则如图2(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为High电平。与之相应地，如图2(D)所示，驱动信号Dr变为低电平，所以图1的晶体管TR处于截止状态，减流电阻器R被插入至通电路径。同时，如图2(G)所示，电流设定信号Ir减小为低电平电流设定信号Ilr的值。为此，如图2(A)所示，焊接电流Iw从峰值向低电平电流值Il急剧减少。之后，若在时刻t21焊接电流Iw减少到低电平电流值Il，则如图2(D)所示，驱动信号Dr返回到High电平，图1的晶体管TR处于导通状态，减流电阻器R被短路。如图2(A)所示，因为电流设定信号Ir为低电平电流设定信号Ilr保持不变，所以焊接电流Iw维持低电平电流值Il。因此，晶体管TR仅处于从在时刻t2检测到缩颈起到在时刻t21焊接电流Iw减少到低电平电流值Il为止的期间中，处于截止状态。如图2(B)所示，焊接电压Vw从时刻t2起暂时减少之后缓慢上升。但是，该图2是在从时刻t2的缩颈检测时间点起经过的经过时间达到基准时间Tt的时刻t22之前并没有再次发生电弧的情况，所以焊接电压Vw并不会急速上升到时刻t22而变为短路/电弧判别值Vta以上。

(3)从达到了时刻t22的基准时间Tt的时间点到时刻t3的电弧再次发生为止的动作

在时刻t22，若从在时刻t2缩颈检测信号Nd变为High电平的时间点起经过的经过时间达到了由基准时间设定信号Ttr所决定的基准时间Tt，则如图2(F)所示，补偿期间判别信号Thd变化为High电平。与之对应地，如图2(G)所示，电流设定信号Ir从低电平电流设定信号Ilr的值起以由向上倾斜度设定信号Sr所决定的倾斜度而上升到高电平电流设定信号Ihr的值，并维持该值。为此，如图2(A)所示，焊接电流Iw从低电平电流值Il起以规定的向上倾斜度S而上升到高电平电流值Ih，并维持该值。在该图2中，高电平电流值Ih为固定值，但是也可随着时间经过而以比上述的向上倾斜度S还小的倾斜度进行增加。由于焊接电流Iw增加，促使焊丝的伸出部的焦耳加热而在伸出部发生熔断，在时刻t3再次发生电弧。另外，在图2(F)所示的补偿期间判别信号Thd为High电平的本期间中，如上述那样算出图1的热输入相关值信号Qd。

(4)时刻t3～t31的初始电弧期间Tai中的动作

若在时刻t3再次发生电弧，则如图2(B)所示，焊接电压Vw从焊接电流Iw成为高电平电流值Ih的附近起急剧上升，在时刻t3变为短路/电弧判别值Vta以上。与之相应地，如图2(E)所示，短路/电弧判别信号Sd变化为低电平。与之相应地，如图2(H)所示，初始电弧期间判别信号Taid变化为High电平，维持High电平直到由初始电弧期间设定信号Tair所决定的时刻t31为止。在该期间中，焊接装置持续恒流控制的状态不变。如图2(G)所示，电流设定信号Ir在时刻t3变化为初始电弧电流设定信号Iair的值。其结果，如图2(A)所示，焊接电流Iw从高电平电流值Ih向初始电弧电流值Iai变化。该初始电弧电流设定信号Iair的值，如上述是通过以由前项算出的热输入相关值信号Qd为输入的预先规定的电流设定函数而自动设定的。如图2(B)所示，焊接电压Vw成为几十V的电弧电压值，成为与电弧长度对应的值。另外，如图2(C)所示，因为焊接电压Vw变为短路/电弧判别值Vtn以上，所以缩颈检测信号Nd变化为低电平。同样地，如图2(F)所示，补偿期间判别信号Thd也变化为低电平。如图2(G)所示，虽然电流设定信号Ir在时刻t31以后没有被使用于控制中，但是却维持该值不变。

(5)时刻t31～t4的初始电弧期间Tai以后的电弧期间的动作

在时刻t31，如图2(H)所示，若初始电弧期间判别信号Taid变化为低电平，则焊接装置从恒流控制切换成恒压控制。为此，如图2(A)所示，焊接电流Iw以斜坡状进行减少，而收敛至由电弧负载和进给速度所决定的值。

图3是表示在内置于图1中叙述的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第1例的图。该图3是由上述的1)式而算出热输入相关值信号Qd的情况。图3的横轴表示热输入相关值信号Qd(J)，成为0～50的范围。纵轴表示初始电弧电流设定信号Iair(A)，成为0～400的范围。图3是焊丝的直径为1.2mm的钢铁丝的情况，是保护气体100％为二氧化碳气体的情况，是进给速度为8.5m/min(焊接电流平均值为250A)的情况，是伸出部电阻值Rw为0.01Ω的情况。以下，参照该图3来进行说明。

电流设定函数，在Qd＝0时Iair＝300，伴随着Qd的值增大而Iair的值以向右下方倾斜的直线状进行减少，在Qd＝25时Iair＝200，此外即便随着Qd的进一步增大，Iair仍然维持该值。在Qd＝0时，是从缩颈检测时间点起经过的经过时间达到基准时间之前再次发生了电弧的情况(没有补偿期间的情况)，是上述的图8的情况。

图4是表示内置于图1中叙述的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第2例的图。该图4是由上述的2)式而算出热输入相关值信号Qd的情况。该图4的横轴表示热输入相关值信号Qd(A·s)，成为0～10的范围。纵轴表示初始电弧电流设定信号Iair(A)，成为0～400的范围。该图4是焊丝的直径为1.2mm的钢铁丝的情况，是保护气体100％为二氧化碳气体的情况，进给速度为8.5m/min(焊接电流平均值为250A)的情况。以下，参照该图4来进行说明。

电流设定函数，在Qd＝0时Iair＝300，伴随着Qd的值的增大而Iair的值以向右下方倾斜的直线状进行减少，在Qd＝5时Iair＝200，然后即便Qd进一步增大，Iair仍然维持该值。在Qd＝0时，是从缩颈检测时间点起经过的经过时间达到基准时间之前再次发生了电弧的情况(没有补偿期间的情况)，是上述的图8的情况。

图5是表示内置于图1中叙述的初始电弧电流设定电路IAIR中的电流设定函数的第3例的图。该图5是由上述的3)式而算出热输入相关值信号Qd的情况。该图5的横轴表示热输入相关值信号Qd(ms)，成为0～20的范围。纵轴表示初始电弧电流设定信号Iair(A)，成为0～400的范围。该图5是焊丝的直径为1.2mm的钢铁丝的情况，是保护气体100％为二氧化碳气体的情况，是进给速度为8.5m/min(焊接电流平均值为250A)的情况。以下，参照该图5来进行说明。

电流设定函数，在Qd＝0时Iair＝300，伴随着Qd的值的增大而Iair的值以向右下方倾斜的直线状进行减少，在Qd＝10时Iair＝200，然后即便Qd进一步增大，Iair仍然维持该值。在Qd＝0时，是从缩颈检测时间点起经过的经过时间达到基准时间之前再次发生了电弧的情况(没有补偿期间的情况)，是上述的图8的情况。

在图3～图5中如上述那样，电流设定函数基本上是若热输入相关值信号Qd的值变大则初始电弧电流设定信号Iair的值变小这样的函数。并且，若热输入相关值信号Qd的值变为规定值以上，则初始电弧电流设定信号Iair的值变为固定值。这是因为，将下限值设定成初始电弧电流设定信号Iair的值。设置下限值是因为，若初始电弧电流设定信号Iair的值变得过小，则焊接状态会变得不稳定。在这些图中，也可取代向右下方倾斜的直线，而以曲线状或阶梯状进行变化。电流设定函数根据焊丝的种类、保护气体的种类、进给速度等，通过实验被设定成适当模式。

其次，对本实施方式的作用效果进行说明。在补偿期间Th中，通电大电流，伸出部被进行焦耳加热而变为高温，发生熔断，再次发生电弧。为此，在补偿期间Th后再次发生了电弧之时，电弧再次发生时间点的电弧长度以及伸出部的温度根据在补偿期间Th中被供给至伸出部的热输入而发生变化。在本实施方式中，算出与补偿期间Th中的向伸出部的热输入相关的值(热输入相关值信号Qd)，并根据该相关值而使初始电弧期间Tai中的初始电弧电流值Iai发生变化。即、伴随着相关值的变大，初始电弧电流值Iai变小。由此，能够使初始电弧期间Tai结束了的时间点的电弧长度以及伸出部的温度适当化。其结果，能够使焊接状态稳定化。因此，根据本实施方式，通过根据相关值使初始电弧电流值适当化，从而能够抑制在补偿期间后再次发生了电弧之时电弧长度变得过长、焊接状态变得不稳定。

Claims (4)

1.一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，

当处于在焊丝与母材之间重复电弧发生状态和短路状态的消耗电极电弧焊接之际，若从短路状态起检测到电弧再次发生的前兆现象、即熔滴的缩颈，则使焊接电流Iw减少直到低电平电流值为止，在自检测所述缩颈的时间点起的经过时间在再次发生电弧之前达到了预先规定的基准时间时，使所述焊接电流Iw增加直到高电平电流值为止以使电弧再次发生，若电弧再次发生则使所述焊接电流Iw产生变化直到初始电弧电流值为止并进行通电，该消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的特征在于，

在从所述焊接电流Iw开始向所述高电平电流值增加的时间点到电弧再次发生为止的补偿期间中，算出与被供给至焊丝的伸出部的热输入量相关的相关值Qd，并使所述初始电弧电流值根据所述相关值而发生变化。

2.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

预先设定焊丝的伸出部的电阻值Rw，通过Qd＝∫Iw·Iw·Rw·dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。

3.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

通过Qd＝∫Iw·dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。

4.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

通过Qd＝∫dt这一所述补偿期间中的积分来算出所述相关值Qd。