CN103658934B - 焊接电源以及定位焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊接电源以及定位焊接方法，在定位焊接的点固位置的焊接停止时，即使将焊炬(4)从母材(2)提起来也能够使焊丝(1)的伸出长度变得适当。焊接电源(PS)的电源主电路(PM)对焊炬(4)和母材(2)之间供电，进给速度控制电路FC控制焊丝(1)的进给速度，电流下降基准值设定电路(ITN)设定在点固位置使焊接结束时将焊炬(4)从母材(2)提起来时的焊接电流的减少值即电流下降基准值(Itn)。焊接停止判别电路(ND)在电流平滑值(Iav)达到电流下降基准值(Itn)时判断焊炬(4)离开母材(2)且焊接已结束，向电源主电路(PM)输出输出停止指令，对进给速度控制电路(FC)输出进给停止指令。其结果不会产生焊接缺陷。

Description

焊接电源以及定位焊接方法

技术领域

本发明涉及用于进行熔化电极气体保护电弧焊接的改良后的结束控制方法的焊接电源以及定位焊接(tack welding)方法。

背景技术

图3是表示现有技术的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法的时序图，表示以较短的间隔反复焊接的开始和停止的定位焊接的情况。图3(A)表示焊炬前端部与母材之间的距离L1的时间变化，图3(B)表示焊接开始信号St的时间变化，图3(C)表示保护气体的电磁阀EV的开闭状态的时间变化，图3(D)表示对焊丝进给电动机WM的进给速度进行控制的进给速度控制信号Fc的时间变化，图3(E)表示焊丝进给电动机WM的转速Mv的时间变化，图3(F)表示焊接电压Vw的时间变化，图3(G)表示焊接电流Iw的时间变化。以下，参照该图进行说明。

在时刻t1，如图3(A)所示，焊接操作人员将焊炬靠近母材的最初的临时固定位置时，如图3(A)所示，焊炬前端部与母材之间的距离L1减少。然后，焊接操作人员按压焊炬开关时，如图3(B)所示，焊接开始信号St成为高电平(焊接开始)，如图3(C)所示，保护气体的电磁阀EV打开，开始向焊炬的前端部供给保护气体。

在从时刻t1经过了预先确定的提前送气期间后的时刻t2，如图3(D)所示那样，进给速度控制信号Fc成为非常缓慢的速度的慢速(slow down)速度设定值Fcbl，如图3(E)所示那样，焊丝以该慢速速度向母材开始进给。通常，该慢速速度为1m/min左右的非常缓慢的速度。此外，在时刻t2，如图3(E)所示那样，在焊丝的前端部与母材之间提供无负荷电压。

在时刻t3，如果焊丝与母材相接触，则电弧产生，如图3(G)所示，通入焊接电流Iw。同时，如图3(D)所示，进给速度设定信号Fr变化为稳定进给速度设定值Fcr，如图3(E)所示，焊丝以该稳定进给速度被进给。

在时刻t4，如图3(B)所示，焊接操作人员将焊炬开关关断而焊接开始信号St处于低电平(焊接停止)时，如图3(D)所示，进给速度设定信号Fr变化为零。但是，如图3(E)所示，焊丝由于进给电动机的惯性而在时刻t4以后也继续进给50～200ms左右，为了将所进给的焊丝进行熔融，如图3(F)所示，维持焊接电压Vw的输出，如图3(G)的实线所示那样，在该惯性期间中继续通入焊接电流Iw。

在时刻t5，如图3(F)所示，降低焊接电压Vw，为了使得在焊接停止时焊丝的前端不熔敷于母材，按照焊丝前端与母材之间的距离(焊丝燃起高度)成为3～5mm左右的方式，进行在上述惯性期间中通过电弧使焊丝前端部燃起的所谓防粘(anti stick)控制，焊丝的前端形状被调整。由此，焊接停止时的焊丝燃起高度大致成为固定值。时刻t5设定为例如距时刻t4为200ms。

在时刻t6，如图3(E)所示，焊丝进给电动机WM的旋转完全停止，如图3(F)所示，停止焊接电压Vw的输出，如图3(G)所示，停止通入焊接电流Iw。

在从时刻t4经过了预先确定的延时送气期间之后的时刻t7，如图3(C)所示，保护气体的电磁阀EV关闭，停止向焊炬的前端部供给保护气体。

时刻t7以后，如图3(A)的实线所示，焊接操作人员将焊炬从母材拉开，并移动到下一个临时固定位置。在时刻t8，焊接操作人员将焊炬靠近母材的下一个临时固定位置。而且，如图3(B)所示，焊接操作人员按压焊炬开关而焊接开始信号St成为高电平(焊接开始)时，如图3(C)所示那样，保护气体的电磁阀EV打开，开始向焊炬的前端部供给保护气体。

时刻t8以后，反复上述的时刻t1～时刻t7的动作后结束定位焊接(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004-276088号公报

发明内容

在上述的现有技术的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法中，在定位焊接的各个临时固定位置上的焊接结束时，通常焊接操作人员在不移动焊炬的情况下使焊炬开关关断。但是，意识到在各个临时固定位置上的焊接结束时，在同时期进行关断焊炬开关以及使焊炬移动到下一个临时固定位置，并且结束一个临时固定位置的焊接并将焊炬向下一个临时固定位置移动的时间缩短一点能提高生产率，从而将焊炬开关关断的情况有时产生延迟。即，在图3(A)的时刻t31如波状线所示那样，有时会有焊接操作人员一边使焊炬离开母材并提起来，一边在时刻t4，将焊炬开关关断的情况。

在这种情况下，在时刻t31，由于焊炬的供电头的前端部与母材之间的距离L1变长，因此如图3(G)所示，焊接电流Iw减少。此后在时刻t4，由于焊炬开关处于关断，因此焊丝从供电头的前端部伸出的长度即焊丝的伸出长度，与焊炬离开母材之前将焊炬开关关断时相比变长。因此，焊丝进给电动机完全停止时的焊丝的伸出长度也保持较长的状态。

若焊丝的伸出长度保持较长的状态地向下一个临时固定位置移动来开始焊接，则由于焊丝的伸出长度较长，因此直到恢复到正常的伸出长度为止焊接电流Iw较低，从而焊接开始部的熔深变浅，接头的强度降低。此外，由于焊丝的伸出长度较长，因此焊炬的喷嘴前端部与母材之间的距离也变长，保护气体的流动变乱，不能充分地保护电弧和熔融池使其不受大气影响，会产生焊接缺陷。

本发明的目的在于，提供一种在定位焊接的各个临时固定位置上的焊接结束时，即便在焊接操作人员使焊炬移动时将焊炬从母材提起，也能使焊丝的伸出长度适当的焊接电源以及定位焊接方法。

(用于解决课题的手段)

为了解决上述课题，技术方案1的发明的焊接电源，具备：电源主电路，其对焊炬与母材之间供电；进给速度控制电路，其控制焊丝的进给速度；电流检测器，其检测焊接电流并输出电流检测信号；电流平滑化电路，其对上述电流检测信号的绝对值进行平滑化，输出电流平滑值信号；电流下降相关值检测电路，其输入上述电流平滑值信号，检测与上述电流平滑值的下降值相关的电流下降相关值；电流下降基准值设定电路，其设定预先确定的电流下降基准值；和焊接停止判别电路，其在上述电流下降相关值达到上述电流下降基准值时，向上述电源主电路输出输出停止指令，并向上述进给速度控制电路输出焊丝的进给停止指令来停止焊接。

技术方案2的发明，根据技术方案1的焊接电源，上述电流下降相关值，是每隔预先确定的期间所采样的上述电流平滑值的采样值与前一个采样值之差。

技术方案3的发明，根据技术方案1的焊接电源，上述电流下降相关值是上述电流平滑值的微分值。

技术方案4的发明，根据技术方案1的焊接电源，上述电流下降相关值，是与从输出上述电流平滑值信号起经过预先确定的期间后的稳定焊接电流值相比的减少值。

技术方案5的发明，根据技术方案1～4中任一项所记载的焊接电源，在从向上述电源主电路输出了输出停止指令起经过预先确定的期间后被输入了焊接开始信号时，再次使上述电源主电路启动。

技术方案6的发明的定位焊接方法，使用了技术方案1～5中任一项所述的焊接电源。

(发明效果)

本发明的焊接电源，在使焊接结束时，即使焊接操作人员一边使焊炬离开母材并将其提起来一边将焊炬开关关断，也能检测出使焊炬离开母材时的焊接电流的减少值等，在该检测值达到预先设定的基准值时判断焊接已结束，进行电弧焊接的结束控制。因此，能够使焊丝的伸出长度适当，从而不会产生焊接缺陷。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的焊接电源的框图。

图2是表示本发明的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法的时序图。

图3是表示现有技术的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法的时序图。

具体实施方式

基于实施例并参照附图说明本发明的实施方式1～3。本发明的焊接电源，用于防止因焊接操作人员在焊接停止时一边使焊炬离开母材并将其提起来一边将焊炬开关关断，使得焊丝的伸出长度与在使焊炬离开母材之前关断焊炬开关时相比变长的情况。

在熔化电极气体保护电弧焊接方法中，焊接电源的外部特性一般为恒定电压特性。如果焊接操作人员使焊炬离开母材并将其提起来，则电弧长度伸长，进而焊丝的伸出长度也伸长，从而电弧长度以及焊丝的伸出长度的电阻值增加，焊接电流减少。因此，本发明的焊接电源，在定位焊接的各个临时固定位置上的焊接结束时，检测在焊接操作人员关断焊炬开关之前使焊炬离开母材所产生的焊接电流的减少值，在该检测值达到预先设定的基准值时判断焊接已结束，进行电弧焊接的结束控制。

[实施方式1]

图1是本发明的实施方式1所涉及的焊接电源的框图。在该图中，焊接电源PS的电源主电路PM以3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的驱动信号Dv进行基于逆变控制的输出控制，输出适于电弧焊接的焊接电流Iw以及焊接电压Vw。焊丝1通过与焊丝进给电动机WM直接连结的进给辊5的旋转而通过焊炬4被进给，并在与母材2之间产生电弧3。

虽然省略了图示，但电源主电路PM构成为例如包括：对商用电源进行整流的1次整流器；使整流后的直流平滑的电容器；将平滑后的直流变换为高频交流的逆变器电路；将高频交流降压到适于电弧焊接的电压值的高频变压器；和对降压后的高频交流进行整流的2次整流器。

焊接开始信号产生电路ST输出焊接开始信号St。该焊接开始信号产生电路ST，在半自动焊接的情况下与焊炬4的焊炬开关相对应。电压设定电路VR输出期望值的电压设定信号Vr。电压检测电路VD检测焊接电压Vw，输出电压检测信号Vd。误差放大电路EA放大上述电压设定信号Vr与上述电压检测信号Vd之间的误差，输出误差放大信号Ea。驱动电路DV在被输入了上述焊接开始信号St时(高电平)，按照上述误差放大信号Ea输出驱动信号Dv。由此，焊接电压Vw被控制为电压设定信号Vr的值。

进给速度设定电路FR输出预先设定的进给速度设定信号Fr。进给速度控制电路FC将该进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以与该值相对应的进给速度进给焊丝1的进给速度控制信号Fc输出到上述焊丝进给电动机WM。电流检测电路ID检测焊接电流Iw，输出电流检测信号Id。电流平滑化电路IAV为截止频率是例如20～100Hz的低通滤波器，对该电流检测信号Id的绝对值进行平滑化并输出电流平滑值信号Iav。该电流平滑化电路IAV为了消除因焊接电流Iw的波形控制、短路控制或电弧的变动所引起的误动作而设置。

电流下降相关值检测电路IRE将电流平滑值信号Iav作为输入，设定与电流平滑值Iav的下降值相关的电流下降相关值Ire。电流下降基准值设定电路ITN设定预先确定的电流下降基准值Itn，并输出电流下降基准值信号Itn。该电流下降基准值Itn是在焊丝的材质或直径、焊接电流、焊接电压等各种焊接条件下通过实验所求得的数值，例如电流平滑值Iav的减少值被设定为50A。

焊接停止判别电路ND以电流下降相关值信号Ire和电流下降基准值信号Itn作为输入，例如每隔20ms对电流平滑值Iav进行采样，在电流平滑值信号Iav的减少值与前一个采样的电流平滑值Iav相比的减少值达到了电流下降基准值Itn例如50A时判断为焊接已停止，输出焊接停止判别信号Nd。进给速度控制电路FC在被输入焊接停止判别信号Nd时停止进给速度控制信号Fc的输出。驱动电路DV在被输入焊接停止判别信号Nd时停止驱动信号Dv的输出。

输出停止期间设定电路TM对定位焊接中的各个点固焊接结束后的输出停止期间Tm进行设定，例如设定成从停止对电源主电路PM输入驱动信号Dv起为lsec。驱动电路DV将该输出停止期间信号Tm和焊接开始信号St作为输入，在停止了驱动信号Dv的输出之后，如果在该输出停止期间Tm中焊接开始信号St不是低电平而维持高电平，则再次输出驱动信号Dv。

图2是表示本发明的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法的时序图，表示以短的间隔反复焊接的开始和停止的定位焊接的情况。图2(A)表示焊炬前端部与母材的距离L1的时间变化，图2(B)表示焊接开始信号St的时间变化，图2(C)表示保护气体的电磁阀EV的开闭状态的时间变化，图2(D)表示对焊丝进给电动机WM的进给速度进行控制的进给速度控制信号Fc的时间变化，图2(E)表示焊丝进给电动机WM的转速Mv的时间变化，图2(F)表示焊接电压Vw的时间变化，图2(G)表示焊接电流Iw的时间变化，图2(H)表示焊接停止判别信号Nd的时间变化。以下，参照该图进行说明。

在时刻t1～t3，与采用上述图3所示的表示现有技术的焊接电源所进行的熔化电极气体保护电弧焊接的控制方法的时序图所说明过的时刻t1～t3相同，因此省略说明。

在时刻t4，为了缩短最初的临时固定位置的焊接结束之后使焊炬向下一个临时固定位置移动的时间来提高生产率，焊接操作人员使焊炬离开母材并将其提起来。在这种情况下，由于焊炬前端部与母材之间的距离变长，因此电弧长度以及焊丝的伸出长度的电阻值增加，如图2(G)所示，焊接电流Iw减少。

在时刻t5，如图2(H)所示，焊接停止判别电路ND在判断为焊接已停止时输出焊接停止判别信号Nd。如图2(D)所示，进给速度控制电路FC输入焊接停止判别信号Nd并停止进给速度控制信号Fc的输出。此外，驱动电路DV输入焊接停止判别信号Nd并停止驱动信号Dv的输出。但是，如图2(E)所示，焊丝由于进给电动机的惯性而在时刻t5以后继续进给50～200ms左右，为了熔融被进给的焊丝，如图2(F)所示，维持焊接电压Vw的输出，如图2(G)所示，在该惯性期间中也继续通入焊接电流Iw。

在时刻t6，为了在焊接停止时使焊丝的前端不熔敷到母材，如图2(F)所示，降低焊接电压Vw，按照焊丝前端与母材之间的距离(焊丝燃起高度)成为3～5mm左右的方式，进行在上述惯性期间中通过电弧使焊丝前端部燃起的所谓防粘控制。其结果，焊丝的前端形状被调整，焊接停止时的焊丝燃起高度大致成为固定值。

在时刻t7，如图2(E)所示，焊丝进给电动机WM的旋转完全停止，如图2(F)所示，停止焊接电压Vw的输出，如图2(G)所示，停止通入焊接电流Iw。

时刻t7以后也如图2(C)所示那样，保护气体的电磁阀EV保持打开而继续供给保护气体的延时送气期间。

在从时刻t5开始由输出停止期间设定电路TM所设定的输出停止期间Tm中，如图2(B)所示，如果焊炬开关没有关断且焊接开始信号St维持高电平，则在经过输出停止期间Tm的时刻t8，驱动电路DV再次开始输出驱动信号Dv。电源主电路PM被输入驱动信号Dv，如图2(F)所示，供给无负荷电压即焊接电压Vw。输出停止期间Tm被预先设定为下述期间：如果在该期间焊接操作人员没有关断焊炬开关，则定位焊接继续，如果在该期间焊接操作人员关断焊炬开关，则结束一系列的定位焊接。

在时刻t9，如图2(A)所示，焊接操作人员将焊炬靠近母材的下一个临时固定位置，如果焊丝与母材相接触，则电弧产生，如图2(G)所示，通入焊接电流Iw。同时，如图2(D)所示，进给速度控制信号Fc变化为稳定进给速度设定值Fcr，如图2(E)所示，焊丝以该稳定进给速度被进给。

在上述的时刻t9，上一次的焊接停止时的焊丝伸出长度处于适当范围内，此外由于距上一次的焊接停止时几乎没有流逝时间，因此焊丝的前端部的温度较高，因此电弧容易发生。从而，如在上述的时刻t2所进行那样，不需要以慢速速度向母材进给焊丝。因此，在时刻t9，能够缩短以慢速速度将该焊丝向母材进行进给的时间。

时刻t10～t13，与上述的时刻t4～时刻t7的动作相同，因此省略说明。之后反复上述的时刻t7～时刻t13的动作来进行一系列的定位焊接。

结束一系列的定位焊接后，在与输出停止期间Tm相当的期间内的时刻t14，如图2(B)所示，焊接操作人员将焊炬开关关断，焊接开始信号St变为低电平(焊接停止)。

在从时刻t14经过预先设定的延时送气期间后的时刻t15，如图2(C)所示，保护气体的电磁阀EV变为关闭而停止供给保护气体。

其结果，本发明的焊接电源，在使定位焊接中的各个点固焊接结束时，即便焊接操作人员使焊炬4离开母材并将其提起来，也能使焊丝1的伸出长度适当，因此不会产生焊接缺陷。此外，在结束一个临时固定位置的焊接而使焊炬4向下一个临时固定位置移动时，焊接操作人员能够在不将焊炬开关关断的情况下，只通过使焊炬4离开母材来停止焊接电源的输出，因此能够缩短定位焊接的时间而提高生产率。进而，焊接操作人员仅持续按压焊炬4的焊炬开关即可，不需要多次使焊炬时而接通时而关断，因此能够大幅度降低负荷。

另外，在上述时刻t6进行了防粘控制，但在使焊炬离开母材并将其提起来的速度较快的情况下，焊丝的前端部不会熔敷，因此也可省略防粘控制来进一步缩短定位焊接的时间。

[实施方式2]

在本发明的实施方式2所涉及的焊接电源中，图1所示的实施方式1的焊接电源的框图的电流下降相关值检测电路IRE所检测的电流下降相关值是电流平滑值Iav的微分值。此外，电流下降基准值Itn是在电流平滑值Iav的微分值，为焊丝的材质或直径、焊接电流、焊接电压等各种焊接条件下通过实验所求得的数值，例如设定为在20ms的期间减少40A的40A/20ms。其他的功能以及动作与图1所示的实施方式1的焊接电源的框图的功能相同，因此省略说明。

[实施方式3]

在本发明的实施方式3所涉及的焊接电源中，图1所示的实施方式1的焊接电源的框图的电流下降相关值检测电路IRE所检测的电流下降相关值Ire，是与从输出电流平滑值信号Iav起经过预先确定的期间后的焊接电流Iw即稳定焊接电流值相比的减少值。此外，电流下降基准值Itn是与稳定电流检测值相比的减少值，是在焊丝的材质、直径、焊接电流、焊接电压等各种焊接条件下通过实验所求得的数值，例如作为与稳定电流检测值相比的减少值设定为20A。其他的功能以及动作与图1所示的实施方式1的焊接电源的框图的功能相同，因此省略说明。

符号说明

1 焊丝

2 母材

3 电弧

4 焊炬

5 进给辊

DV 驱动电路

Dv 驱动信号

EA 误差放大电路

Ea 误差放大信号

EV 电磁阀

FC 进给速度控制电路

Fc 进给速度控制信号

Fcbl 慢速速度设定值

Fcr 稳定进给速度设定值

FR 进给速度设定电路

Fr 进给速度设定信号

IAV 电流平滑化电路

Iav 电流平滑值(信号)

ID 电流检测电路

Id 电流检测值(信号)

Ire 电流下降相关值(信号)

IRE 电流下降相关值检测电路

Itn 电流下降基准值(信号)

ITN 电流下降基准值设定电路

Iw 焊接电流

L1 焊炬前端部与母材之间的距离

Mv 转速

ND 焊接停止判别电路

Nd 焊接停止判别信号

PM 电源主电路

PS 焊接电源

St 焊接开始信号

ST 焊接开始信号产生电路

Tm 输出停止期间(信号)

TM 输出停止期间设定电路

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

Vw 焊接电压

WM 焊丝进给电动机

Claims (6)

1.一种焊接电源，其特征在于，具备：

电源主电路，其对焊炬与母材之间供电；

进给速度控制电路，其控制焊丝的进给速度；

电流检测器，其检测焊接电流并输出电流检测信号；

电流平滑化电路，其对上述电流检测信号的绝对值进行平滑化，输出电流平滑值信号；

电流下降相关值检测电路，其输入上述电流平滑值信号，检测与上述电流平滑值的下降值相关的电流下降相关值；

电流下降基准值设定电路，其设定预先确定的电流下降基准值；和

焊接停止判别电路，其在上述电流下降相关值达到上述电流下降基准值时，将输出停止指令向上述电源主电路输出，并向上述进给速度控制电路输出焊丝的进给停止指令来停止焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，

上述电流下降相关值，是每隔预先确定的期间所采样的上述电流平滑值的采样值与前一个采样值之差。

3.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，

上述电流下降相关值是上述电流平滑值的微分值。

4.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，

上述电流下降相关值，是与从输出上述电流平滑值信号起经过预先确定的期间后的稳定焊接电流值相比的减少值。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的焊接电源，其特征在于，

在从向上述电源主电路输出了输出停止指令起经过预先确定的期间后被输入了焊接开始信号时，再次使上述电源主电路启动。

6.一种定位焊接方法，其特征在于，使用了权利要求1～5中任一项所述的焊接电源。