CN105682844B - 电弧焊接控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电弧焊接控制方法能够提高周期地反复焊接焊丝的正送和反送来进行的电弧焊接的稳定性。在该电弧焊接控制方法中，周期地反复进给速度(Fw)的正送期间和反送期间，进行恒压控制以使焊接电源的输出与电压目标值(Ecr)相等，反复短路期间和电弧期间来进行焊接，该电弧焊接控制方法中，电弧期间中的正送期间(Tas)中，随着时间流逝而减少电压目标值(Ecr)。由此，电弧期间中的正送期间(Tas)中，即使电弧长度变短，焊接电压(Vw)减少，也能减少焊接电流(Iw)，因此能够使短路产生定时固定，能够提高焊接状态的稳定性。

Description

电弧焊接控制方法
技术领域
本发明涉及周期地反复进给速度的正送期间和反送期间，进行恒压控制以使焊接电源的输出与电压目标值的值相等，反复短路期间和电弧期间来进行焊接的电弧焊接控制方法。
背景技术
在一般的消耗电极式电弧焊接中，以固定速度进给作为消耗电极的焊接焊丝，使焊接焊丝和母材之间产生电弧来进行焊接。在消耗电极式电弧焊接中，焊接焊丝和母材处于交替地反复短路期间和电弧期间的焊接状态的情况较多。
为了进一步提高焊接质量，提出了周期地反复焊接焊丝的正送和反送地进行焊接的方法(参照例如专利文献1)。以下，对该焊接方法进行说明。
图3为周期地反复进给速度的正送和反送的焊接方法中的波形图。该图(A)表示进给速度Fw的波形，该图(B)表示焊接电流Iw的波形，该图(C)表示焊接电压Vw的波形，该图(D)表示作为恒压控制的电压目标值的输出电压设定信号Er的波形。以下，参照该图进行说明。
如该图(A)所示那样，进给速度Fw在0以上成为正送期间，小于0成为反送期间。正送为将焊接焊丝在靠近母材的方向上进给，反送为将焊接焊丝从远离母材的方向进给。进给速度Fw以正弦波状变化，成为在正送侧移位的波形。因此，进给速度Fw的平均值成为正值，焊接焊丝被平均地正送。
如该图(A)所示那样，进给速度Fw在时刻t1时间点为0，在时刻t1～t2的期间成为正送加速期间，在时刻t2成为正送的最大值，在时刻t2～t3的期间成为正送减速期间，时刻t3成为0，时刻t3～t4的期间成为反送加速期间，时刻t4成为反送的最大值，时刻t4～t5的期间成为反送减速期间。而且，时刻t5～t6的期间再次成为正送加速期间，时刻t6～t7的期间再次成为正送减速期间。
消耗电极式电弧焊接中使用恒压控制的焊接电源。该恒压控制通过反馈控制进行，以使焊接电源的输出电压与预定的输出电压设定信号Er相等。如该图(D)所示那样，由于输出电压设定信号Er在焊接中为固定值，因此通过恒压控制而输出固定的输出电压。
焊接焊丝和母材的短路在时刻t2的正送最大值的前后产生的情况较多。该图表示在正送的最大值后的正送减速期间中的时刻t21产生了短路的情况。如果在时刻t21产生短路，则如该图(C)所示，焊接电压Vw骤减至数V的短路电压值，如该图(B)所示，焊接电流Iw逐渐增加。
如该图(A)所示，进给速度Fw从时刻t3起处于反送期间，因此焊接焊丝被反送。通过该反送，短路被解除，在时刻t31电弧再次产生。电弧的再次产生，在时刻t4的反送的最大值的前后产生的情况较多。该图表示在反送的最大值前的反送加速期间中的时刻t31再次产生电弧的情况。因此，时刻t21～t31的期间成为短路期间。
如果在时刻t31再次产生电弧，则如该图(C)所示，焊接电压Vw骤增至数十V的电弧电压值。如该图(B)所示，焊接电流Iw从短路期间中的最大值的状态开始变化。
时刻t31～t5的期间中，如该图(A)所示，进给速度Fw处于反送状态，焊接焊丝被增长而电弧长度逐渐变长。如果电弧长度变长，则焊接电压Vw变大，被恒压控制，因而焊接电流Iw变小。因此，时刻t31～t5的电弧期间反送期间Tar中，如该图(C)所示，焊接电压Vw逐渐变大，如该图(B)所示，焊接电流Iw逐渐变小。
而且，接下来的短路在时刻t6～t7的正送减速期间中的时刻t61产生。但是，在时刻t61产生的短路与在时刻t21产生的短路相比距正送的最大值的时间(相位)延迟。时刻t31～t61的期间成为电弧期间。时刻t5～t61的期间中，如该图(A)所示，进给速度Fw处于正送状态，因此焊接焊丝被正送而电弧长度逐渐变短。如果电弧长度变短，则焊接电压Vw变小，被恒压控制，因而焊接电流Iw变大。因此，时刻t5～t61的电弧期间正送期间Tas中，如该图(C)所示，焊接电压Vw逐渐变小，如该图(B)所示，焊接电流Iw逐渐变大。
如上所述，在反复焊接焊丝的正送和反送的焊接方法中，能够将定速进给的现有技术中不可能的短路和电弧的反复的周期设定为期望值，因此能够谋求溅射产生量的削减、焊道外观的改善等的焊接质量的提高。
但是，如上述那样，时刻t5～t61的电弧期间正送期间Tas中，伴随着电弧长度变短而焊接电流Iw逐渐变大，因此作用于焊接焊丝前端的熔滴的抬举力逐渐变大。其结果，短路的产生定时发生偏差。如该短路产生定时的偏差变大，则短路和电弧的周期与正送和反送的周期变得同步，短路和电弧的周期产生偏差。用于将该失同步状态返回到原始的同步状态的方法在专利文献1中被公开。
在专利文献1的发明中，在焊接焊丝的正送中，进给速度的减速中，在进给速度处于规定的进给速度之前不发生短路的情况下，中止周期的变化而将进给速度恒定控制为第1进给速度，如果在第1进给速度所引起的正送中产生短路则自第1进给速度起开始减速，再次开始周期的变化并进行焊接。由此，将失同步状态返回到同步状态。
现有专利文献
专利文献
专利文献1：日本国专利第4807474号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1的发明中，在短路没有在适当的定时产生时，将进给速度切换为正送的固定速度，如果产生短路，则将进给速度返回到原始周期性变化。但是，在该控制中，在短路与电弧的周期落入和进给速度的正送与反送的周期间处于失同步状态后进行处置，存在焊接状态容易变得不稳定之类的问题。
因而，本发明的目的在于，提供一种抑制短路与电弧的周期和进给速度的正送与反送的周期处于失同步状态的情况，能够进行稳定的焊接的电弧焊接控制方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的电弧焊接控制方法，周期地反复电极针对母材的进给速度的正送期间和反送期间，进行恒压控制以使焊接电源的输出与电压目标值相等，反复短路期间和电弧期间，该电弧焊接控制方法的特征在于，上述电弧期间中的上述正送期间中，使上述电压目标值随着时间流逝而减少。
本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，从上述电弧期间中的上述正送期间的开始时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，从上述电弧期间中的上述正送期间的开始经过了规定期间的时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，从上述电弧期间中的上述正送期间的上述进给速度达到了预定的基准值的时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，使上述电压目标值的上述减少的变化率按照上述进给速度的特定的值发生变化。
发明效果
通过本发明，即使电弧期间中的正送期间中电弧长度逐渐变短，焊接电压逐渐变小，由于焊接电流也变小，因此能够防止熔滴被抬举。其结果，能够抑制短路产生的定时的偏差。因此，本发明中，抑制短路与电弧的周期和进给速度的正送和反送的周期处于失同步状态的情况，能够进行稳定的焊接。
附图说明
图1为用于实施本发明的实施方式1相关的电弧焊接控制方法的焊接电源的模块图。
图2为用于说明本发明的实施方式1相关的电弧焊接控制方法的图1的焊接电源中的各信号的时序图。
图3为在现有技术中，周期地反复进给速度的正送和反送的焊接方法中的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1为用于实施本发明的实施方式1相关的电弧焊接控制方法的焊接电源的模块图。以下，参照该图对各模块进行说明。
电源主电路PM以3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的误差放大信号Ea进行基于逆变器控制等的输出控制，输出输出电压E。该电源主电路PM省略图示，具备：对商用电源进行整流的1次整流器、对被整流的直流进行平滑的平滑电容器、将被平滑的直流变换为高频交流的逆变器电路、将高频交流降压为适于焊接的电压值的高频变压器、将被降压的高频交流整流为直流的2次整流器、将上述的误差放大信号Ea作为输入来进行脉宽调制控制的调制电路、将脉宽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。
电抗器WL对上述的输出电压E进行平滑。该电抗器WL的电感值为例如200μH。
进给电动机WM以后述的进给控制信号Fc作为输入，周期地反复正送和反送来以进给速度Fw进给焊接焊丝1。该进给电动机WM中使用过渡响应性快的电动机。为了加速焊接焊丝1的进给速度Fw的变化率以及进给方向的反转，有时进给电动机WM设置在焊接焊炬4的前端的附近。此外，有时也使用两个进给电动机WM，成为推挽方式的进给系统。
焊接焊丝1通过与上述的进给电动机WM相耦合的进给辊5的旋转而被在焊接焊炬4内进给，在焊接焊丝1与母材2之间产生电弧3。在焊接焊炬4内的供电焊嘴(省略图示)与母材2之间施加焊接电压Vw，通以焊接电流Iw。
电压检测电路VD检测上述的焊接电压Vw，输出电压检测信号vd。短路判别电路SD以该电压检测信号vd作为输入，在该值小于预定的短路判别值时判别为短路期间并处于高电平，在电压检测信号vd成为预定的短路判别值以上时判别为电弧期间并输出成为低电平的短路判别信号Sd。该短路判别值被设定为15V程度。
如图2(A)所详述那样，进给速度设定电路FR输出正送和反送被周期地反复的预定的模式的进给速度设定信号Fr。在该进给速度设定信号Fr为0以上时成为正送期间，在小于0时成为反送期间。
进给控制电路FC以该进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以相当于该设定值的进给速度Fw进给焊接焊丝1的进给控制信号Fc输出到上述的进给电动机WM。
输出电压设定电路ER输出预定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED对上述的输出电压E进行检测并进行平滑，输出输出电压检测信号Ed。
输出电压控制设定电路ECR将上述的输出电压设定信号Er、上述的短路判别信号Sd以及上述的进给速度设定信号Fr作为输入，在短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时，在从进给速度设定信号Fr为0以上(正送期间)的时间点到短路判别信号Sd处于高电平(短路期间)为止的第一期间中，输出以输出电压设定信号Er的值为基点随着时间流逝减少的输出电压控制设定信号Ecr。输出电压控制设定电路ECR在电弧期间的第一期间以外的期间中，将输出电压设定信号Er的值直接作为输出电压控制设定信号Ecr输出。本实施方式中，该输出电压控制设定信号Ecr成为恒压控制的电压目标值。
误差放大电路EA将上述的输出电压控制设定信号Ecr以及上述的输出电压检测信号Ed作为输入，放大输出电压控制设定信号Ecr(+)与输出电压检测信号Ed(-)的误差，并输出误差放大信号Ea。通过该电路，焊接电源被恒压控制。
图2为用于说明本发明的实施方式1相关的电弧焊接控制方法的图1的焊接电源中的各信号的时序图。该图(A)表示进给速度Fw的时间变化，该图(B)表示焊接电流Iw的时间变化，该图(C)表示焊接电压Vw的时间变化，该图(D)表示作为恒压控制的电压目标值的输出电压控制设定信号Ecr的时间变化。该图与上述的图3相对应，时刻t5～t61的电弧期间正送期间Tas中的动作不同。以下，参照该图进行说明。
如该图(A)所示，进给速度Fw在0以上为正送期间，小于0为反送期间。进给速度Fw以正弦波状变化，成为在正送侧移位的波形。因此，进给速度Fw的平均值成为正值，焊接焊丝被平均地正送。进给速度Fw的变化图案也可为三角波状或者梯形波状。
如该图(A)所示，进给速度Fw在时刻t1时间点为0，在时刻t1～t2的期间成为正送加速期间，在时刻t2成为正送的最大值，在时刻t2～t3的期间成为正送减速期间，在时刻t3成为0，在时刻t3～t4的期间成为反送加速期间，在时刻t4成为反送的最大值，在时刻t4～t5的期间成为反送减速期间。而且，时刻t5～t6的期间再次成为正送加速期间，时刻t6～t7的期间再次成为正送减速期间。该正送和反送的反复周期被设定为规定值。例如，时刻t1～t2的正送加速期间为2.7ms，时刻t2～t3的正送减速期间为2.7ms，时刻t3～t4的反送加速期间为2.3ms，时刻t4～t5的反送减速期间为2.3ms。此外，正送的最大值为50m/min，反送的最大值为-50m/min。此时，正送和反送的反复周期为10ms，进给速度Fw的平均值为约4m/min(平均焊接电流为约150A)。
焊接焊丝与母材的短路，在时刻t2的正送的最大值的前后发生的情况较多。在该图中，表示在正送的最大值后的正送减速期间中的时刻t21发生了短路的情况。如果在时刻t21发生短路，则如该图(C)所示，焊接电压Vw骤减至数V的短路压值，如该图(B)所示，焊接电流Iw逐渐增加。
如该图(A)所示，进给速度Fw从时刻t3起处于反送期间，因此焊接焊丝被反送。通过该反送，短路被解除，在时刻t31再次产生电弧。电弧的再次产生在时刻t4的反送的最大值的前后产生的情况较多。在该图中，表示在反送的最大值前的反送加速期间中的时刻t31产生了电弧的情况。因此，时刻t21～t31的期间成为短路期间。该短路期间中，如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr成为预定的固定的值。这一点与现有技术相同。
如果在时刻t31中电弧再次产生，则如该图(C)所示那样，焊接电压Vw骤增至数十V的电弧电压值。如该图(B)所示那样，焊接电流Iw从短路期间中的最大值的状态开始变化。
时刻t31～t5的期间中，如该图(A)所示，进给速度Fw处于反送状态，因此焊接焊丝被增长而电弧长度逐渐变长。如果电弧长度变长，则焊接电压Vw变大，被恒压控制，因此焊接电流Iw变小。因此，时刻t31～t5的电弧期间反送期间Tar中，如该图(C)所示那样，焊接电压Vw逐渐变大，如该图(B)所示那样，焊接电流Iw逐渐变小。该电弧期间反送期间Tar中，如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr保持固定的值不变。该期间的动作与现有技术相同。
而且，接下来的短路在时刻t6～t7的正送减速期间中的时刻t61产生。但是，与图3不同，在时刻t61产生的短路和在时刻t21产生的短路距正送的最大值的时间(相位)大致一致。时刻t31～t61的期间成为电弧期间。时刻t5～t61的期间中，如该图(A)所示那样，进给速度Fw成为正送状态，因此焊接焊丝被正送而电弧长度逐渐变短。该电弧期间正送期间Tas中，如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr伴随着时间流逝而逐渐减少。如该电弧长度变短，则如该图(C)所示那样，焊接电压Vw变小。在此，如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr减少，因此焊接电压Vw的减少率与图3的现有技术时相比变大。其结果，如该图(B)所示，焊接电流Iw与现有技术不同，逐渐变小。因此，时刻t5～t61的电弧期间正送期间Tas中，如该图(C)所示那样，焊接电压Vw以较大的减少率逐渐变小，如该图(B)所示，焊接电流Iw也逐渐变小。
如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr在电弧期间正送期间Tas以外的期间中为固定值，电弧期间正送期间Tas中伴随着时间流逝而减少。该减少的方法如下那样进行。
1)如该图(D)所示那样，输出电压控制设定信号Ecr从时刻t5的电弧期间正送期间Tas的开始时间点起开始减少，持续直到时刻t61的短路期间为止。此时的输出电压控制设定电路ECR如图1那样。
2)输出电压控制设定信号Ecr从时刻t5的电弧期间正送期间Tas的开始起经过了规定期间后的时间点开始减少，也可持续直到时刻t61的短路期间为止。此时的输出电压控制设定电路ECR将输出电压设定信号Er、短路判别信号Sd以及进给速度设定信号Fr作为输入，在短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时，在自进给速度设定信号Fr成为0以上(正送期间)起经过了规定期间的时间点开始至短路判别信号Sd成为高电平(短路期间)为止的第二期间中，输出以输出电压设定信号Er的值为基点而伴随着时间流逝而减少的输出电压控制设定信号Ecr。输出电压控制设定电路ECR在电弧期间的第二期间以外的期间中，将输出电压设定信号Er的值直接作为输出电压控制设定信号Ecr输出。
3)输出电压控制设定信号Ecr自电弧期间正送期间Tas中的进给速度Fw达到了预定的基准值的时间点起开始减少，也可持续直到时刻t61的短路期间为止。此时的输出电压控制设定电路ECR将输出电压设定信号Er、短路判别信号Sd以及进给速度设定信号Fr作为输入，在短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时，在进给速度设定信号Fr达到了预定的正值的基准值的时间点起至短路判别信号Sd处于高电平(短路期间)为止的第三期间中，输出以输出电压设定信号Er的值作为基点而伴随着时间流逝减少的输出电压控制设定信号Ecr。输出电压控制设定电路ECR在电弧期间的第三期间以外的期间中，将输出电压设定信号Er的值直接作为输出电压控制设定信号Ecr输出。
4)上述的1)～3)中，也可按照进给速度Fw的特定的值使输出电压控制设定信号Ecr的减少的变化率产生变化。所谓进给速度Fw的特定的值是指进给速度Fw的平均值、正送的最大值或者电弧期间正送期间Tas中的进给速度Fw的变化率。
5)上述的1)～4)中，如果减少中的输出电压控制设定信号Ecr达到了预定的下限值，则也可停止减少。
6)上述的1)～5)中，输出电压控制设定信号Ecr的减少也可为直线状或者曲线状。
通过上述的实施方式1，电弧期间中的正送期间(电弧期间正送期间Tas)中，使电压目标值(输出电压控制设定信号Ecr)伴随着时间流逝而减少。由此，在实施方式1中，即使在电弧期间中的正送期间中电弧长度逐渐变短，焊接电压逐渐变小，由于焊接电流也变小，因此能够防止溶滴被抬举。其结果，能够抑制短路产生的定时的偏差。因此，在本实施方式中，能够抑制短路与电弧的周期和进给速度的正送和反送的周期处于失同步状态，进行稳定的焊接。
产业上的利用可能性
根据本发明，能够提供一种周期地反复进给速度的正送期间和反送期间，进行恒压控制以使焊接电源的输出与电压目标值的值相等，反复短路期间和电弧期间来进行焊接的电弧焊接控制方法。
以上，通过特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限于该实施方式，在不脱离所公开的发明的技术思想的范围内能有各种变更。
本申请基于2013年12月25日申请的日本专利申请(特愿2013-266768)而作出，其内容被引入到这里。
符号说明
1 焊接焊丝
2 母材
3 电弧
4 焊接焊炬
5 进给辊
EA 误差放大电路
Ea 误差放大信号
ECR 输出电压控制设定电路
Ecr 输出电压控制设定信号
ED 输出电压检测电路
Ed 输出电压检测信号
ER 输出电压设定电路
Er 输出电压设定信号
FC 进给控制电路
Fc 进给控制信号
FR 进给速度设定电路
Fr 进给速度设定信号
Fw 进给速度
Iw 焊接电流
PM 电源主电路
SD 短路判别电路
Sd 短路判别信号
Tar 电弧期间反送期间
Tas 电弧期间正送期间
VD 电压检测电路
vd 电压检测信号
Vw 焊接电压
WL 电抗器
WM 进给电动机

Claims (5)

1.一种电弧焊接控制方法，周期地反复电极针对母材的进给速度的正送期间和反送期间，进行恒压控制以使焊接电源的输出与电压目标值相等，反复短路期间和电弧期间，该电弧焊接控制方法的特征在于，
上述电弧期间中的上述正送期间以外的期间中上述电压目标值为固定值，上述电弧期间中的上述正送期间中，以焊接电流变小的方式使上述电压目标值随着时间流逝而减少。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，
从上述电弧期间中的上述正送期间的开始时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
3.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，
从上述电弧期间中的上述正送期间的开始经过了规定期间的时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
4.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，
从上述电弧期间中的上述正送期间的上述进给速度达到了预定的基准值的时间点起进行上述电压目标值的上述减少。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，
使上述电压目标值的上述减少的变化率按照上述进给速度的特定的值发生变化。
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