CN105705285A - 电弧焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

在电弧焊接控制方法中，在进给速度设定信号(Fr)的进给速度模式下，周期性地反复焊丝(1)的正向传送和反向传送，由此产生短路期间和电弧期间来进行焊接，进给速度设定信号(Fr)包括与平均进给速度设定信号(Far)对应地存储的正向传送振幅(Ws)、反向传送振幅(Wr)、正向传送期间(Ts)以及反向传送期间(Tr)，在该电弧焊接中，检测焊接中的进给速度(Fw)的平均值，通过使正向传送振幅(Ws)、反向传送振幅(Wr)、正向传送期间(Ts)或者反向传送期间(Tr)中的至少一个发生变化来自动修正进给速度模式，以使平均进给速度设定信号(Far)与该进给速度(Fw)的平均值相等，从而即使进给路径的进给阻抗产生变动，也能始终使进给速度(Fw)的平均值维持恒定，因此可提高焊接状态的稳定性。

Description

电弧焊接控制方法

技术领域

本发明涉及在进给速度模式下周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送，由此产生短路期间和电弧期间来进行焊接的电弧焊接控制方法，进给速度模式包括与平均进给速度设定值对应地存储的正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间。

背景技术

在一般的熔化电极式电弧焊接中，以固定速度进给作为熔化电极的焊丝，在焊丝与母材之间产生电弧来进行焊接。在熔化电极式电弧焊接中，大多情况下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。

为了进一步提高焊接质量，提出了周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送来进行焊接的方法(例如，参照专利文献1)。以下，对该焊接方法进行说明。

图3为周期性地反复进给的正向传送和反向传送的焊接方法中的波形图。图3(A)表示进给速度设定信号Fr(实线)以及实际的进给速度Fw(虚线)的波形，图3(B)表示焊接电流Iw的波形，图3(C)表示焊接电压Vw的波形，图3(D)表示平均进给速度设定信号Far的波形。以下，参照该图进行说明。

如图3(A)所示，进给速度设定信号Fr以及进给速度Fw比0大的上侧是正向传送期间，下侧是反向传送期间。正向传送是指朝向靠近母材的方向进给焊丝，反向传送是指朝向远离母材的方向进给焊丝。进给速度设定信号Fr以正弦波状发生变化，变成了向正向传送侧偏移的波形。因此，进给速度设定信号Fr的平均值为正值，因此从平均来看是正向传送焊丝。

如图3(A)的实线所示，进给速度设定信号Fr在时刻t1的时间点是0，时刻t1～t2的期间是正向传送加速期间，在时刻t2出现正向传送的最大值，时刻t2～t3的期间是正向传送减速期间，在时刻t3是0，时刻t3～t4的期间是反向传送加速期间，在时刻t4出现反向传送的最大值，时刻t4～t5的期间是反向传送减速期间。然后，时刻t5～t6的期间是再次正向传送加速期间，时刻t6～t7的期间是再次正向传送减速期间。正向传送的最大值是正向传送振幅Ws，反向传送的最大值的绝对值是反向传送振幅Wr。时刻t1～t3的期间是正向传送期间Ts，时刻t3～t5的期间是反向传送期间Tr。因此，如图3(A)所示的进给速度设定信号Fr的进给速度模式是包括正向传送振幅Ws、反向传送振幅Wr、正向传送期间Ts以及反向传送期间Tr的各参数的正弦波。例如，Ws＝50m/min、Wr＝40m/min、Ts＝5.4ms、Tr＝4.6ms。在该情况下，1周期是10ms，以100Hz的频率反复短路期间和电弧期间。此时的进给速度的平均值约为4m/min(焊接电流平均值约为150A)。

如图3(A)的虚线所示那样，进给速度Fw为实际的进给速度，与进给速度设定信号Fr的正弦波相比，上升有延迟，下降也有延迟。进给速度Fw在时刻t11时间点是0，时刻t11～t21的期间是正向传送加速期间，在时刻t21出现正向传送的最大值，时刻t21～t31的期间是正向传送减速期间，在时刻t31是0，时刻t31～t41的期间是反向传送加速期间，在时刻t41出现反向传送的最大值，时刻t41～t51的期间是反向传送减速期间。然后，时刻t51～t61的期间是再次正向传送加速期间，时刻t61～t71的期间是再次正向传送减速期间。这是因为，进给电机的过渡特性以及进给路径的进给阻抗。

图3(D)所示的平均进给速度设定信号Far为设定进给速度Fw的平均值的信号。将进给速度设定信号Fr的进给速度模式设定成进给速度Fw的平均值与平均进给速度设定信号Far相等。即，与平均进给速度设定信号Far对应地预先存储正向传送振幅Ws、反向传送振幅Wr、正向传送期间Ts以及反向传送期间Tr。

在熔化电极式电弧焊接中，使用恒压控制的焊接电源。大多情况下，在时刻t21的进给速度Fw的正向传送最大值的前后，发生焊丝与母材的短路。在图3中，在正向传送的最大值之后的正向传送减速期间内的时刻t22，发生了发生焊丝与母材的短路。如果在时刻t22产生短路，则如图3(C)所示，焊接电压Vw骤减至几伏的短路电压值，如图3(B)所示，焊接电流Iw逐渐增加。

如图3(A)所示，进给速度Fw从时刻t31开始变成反向传送期间，因此反向传送焊丝。通过该反向传送，短路被解除，在时刻t32再次产生电弧。大多情况下，在时刻t41的进给速度Fw的反向传送的最大值的前后，发生电弧的再次产生。在图3中，在反向传送的最大值之前的反向传送加速期间内的时刻t32，发生了电弧的再次产生。因此，时刻t22～t32的期间成为短路期间。

如果在时刻t32再次产生电弧，则如图3(C)所示，焊接电压Vw骤增至几十伏的电弧电压值。如图3(B)所示，焊接电流Iw从短路期间内的最大值的状态开始发生变化。

在时刻t32～t51的期间内，如图3(A)所示，进给速度Fw处于反向传送状态，因此焊丝被提起，电弧长度逐渐变长。若电弧长度变长，则焊接电压Vw变大，被进行恒压控制，因此焊接电流Iw变小。因此，在时刻t32～t51的电弧期间内的反向传送期间内，如图3(C)所示，焊接电压Vw逐渐变大，如图3(B)所示，焊接电流Iw逐渐变小。

然后，下一次短路在时刻t61～t71的进给速度Fw的正向传送减速期间内的时刻t62产生。时刻t32～t62的期间成为电弧期间。在时刻t51～t62的期间内，如图3(A)所示，进给速度Fw处于正向传送状态，因此焊丝被正向传送，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，因此焊接电流Iw变大。因此，在时刻t51～t62的电弧期间内的正向传送期间内，如图3(C)所示，焊接电压Vw逐渐变小，如图3(B)所示，焊接电流Iw逐渐变大。

如上所述，在反复焊丝的正向传送和反向传送的焊接方法中，能够将在匀速进给的现有技术中不可能实现的短路与电弧的反复周期设定为期望值，因此能够实现溅射产生量的削减、焊道(bead)外观的改善等焊接质量的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利第5201266号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在现有技术中，若设定平均进给速度设定信号Far，则与该平均进给速度设定信号Far的值相对应的进给速度模式的进给速度设定信号被设定。周期性变化的进给速度设定信号Fr的波形和进给速度Fw的波形因进给电机的过渡特性以及进给路径的进给阻抗的影响而发生偏离。如果所使用的进给电机的种类不同，则过渡特性也不同。此外，如果所使用的焊炬的种类不同，则进给路径的进给阻抗也不同。另外，如果反复进行焊接，则进给路径逐渐地磨损，进给阻抗会产生变化。伴随着这些进给阻抗的变化，进给速度设定信号Fr的波形和进给速度Fw的波形的偏离发生变化。即，即使平均进给速度设定信号Far的值相同，如果进给阻抗发生变化，则进给速度Fw的平均值发生变化，焊接电流Iw的平均值发生变化。其结果，焊接质量发生变动。

在此，本发明的目的在于，提供一种在周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送的焊接中，即使进给阻抗发生变化也能稳定地维持进给速度的平均值，从而实现焊接质量的稳定化的电弧焊接控制方法。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，在进给速度模式下周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送，由此产生短路期间和电弧期间来进行焊接，该进给速度模式包括与平均进给速度设定值对应地存储的正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间，该电弧焊接控制方法检测上述焊丝的平均进给速度，使上述正向传送振幅、上述反向传送振幅、上述正向传送期间或上述反向传送期间内的至少一个发生变化，对上述进给速度模式进行自动修正，以使上述平均进给速度设定值与平均进给速度检测值相等。

本发明的特征在于，在焊接结束时，存储自动修正后的上述进给速度模式。

本发明的特征在于，对上述正向传送振幅、上述反向传送振幅、上述正向传送期间以及上述反向传送期间设置变化范围。

发明效果

根据本发明，即使进给阻抗发生变化，也能始终将进给速度的平均值维持为与平均进给速度设定值相等的状态。因此，在本发明中，在周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送的焊接中，即使进给阻抗发生变化，也能使进给速度的平均值维持恒定，能够实现焊接质量的稳定化。

附图说明

图1为用于实施本发明的实施方式1的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。

图2为用于说明本发明的实施方式1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性地反复进给速度的正向传送和反向传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的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。以下，参照图1，对各模块进行说明。

电源主电路MC输入3相200V等的商用电源(省略图示)，按照后述的驱动信号Dv，进行基于变换器控制等的输出控制，输出输出电压E。虽然省略了图示，但该电源主电路MC具备对商用电源进行整流的初级整流器、对整流后的直流进行平滑化的平滑电容器、通过将平滑化的直流变换为高频交流的上述驱动信号Dv进行驱动的变换器电路、将高频交流降压为适于焊接的电压值的高频变压器和将降压后的高频交流整流为直流的次级整流器。

电抗器WL对上述的输出电压E进行平滑化。该电抗器WL的电感值例如为200μH。

进给电机WM将后述的进给控制信号Fc作为输入，周期性地反复正向传送和反向传送，在进给速度Fw下进给焊丝1。进给电机WM具备编码器(省略图示)，从该编码器输出进给速度检测信号Fd。进给电机WM使用过渡响应性快的电机。为了加快焊丝1的进给速度Fw的变化率以及进给方向的反转，进给电机WM有时被设置在焊炬4的前端附近。此外，有时使用两个进给电机WM，成为推拉式(Push-Pull)的进给系统。

通过与上述的进给电机WM相结合的进给辊5的旋转，在进给焊炬4内进给焊丝1，在焊丝1与母材2之间产生电弧3。在焊炬4内的导电嘴(省略图示)与母材2之间施加焊接电压Vw，流过焊接电流Iw。

输出电压设定电路ER输出预先确定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED检测上述的输出电压E并将其平滑化，输出输出电压检测信号Ed。

电压误差放大电路EA将上述的输出电压设定信号Er以及上述的输出电压检测信号Ed作为输入，放大输出电压设定信号Er(+)和输出电压检测信号Ed(-)的误差，输出电压误差放大信号Ea。通过该电路，对焊接电源进行恒压控制。

焊接开始电路ST与焊炬开关的接通或者断开相对应地输出变成高电平或者低电平的焊接开始信号St。如果该焊接开始信号St变成高电平，则开始焊接，如果变成低电平，则停止焊接。

驱动电路DV将该焊接开始信号St以及上述的电压误差放大信号Ea作为输入，在焊接开始信号St变成高电平时，基于电压误差放大信号Ea进行PWM调制控制，输出用于驱动上述的变换器电路的驱动信号Dv。

平均进给速度设定电路FAR输出预先确定的平均进给速度设定信号Far。平均进给速度检测电路FAD将上述的进给速度检测信号Fd作为输入，计算出该信号的平均值，输出平均进给速度检测信号Fad。进给误差放大电路EF将上述的平均进给速度设定信号Far以及上述的平均进给速度检测信号Fad作为输入，放大平均进给速度设定信号Far(+)和平均进给速度检测信号Fad(-)的误差，输出进给误差放大信号Ef。

正向传送振幅设定电路WSR将上述的平均进给速度设定信号Far、后述的正向传送振幅修正信号Wss以及上述的焊接开始信号St作为输入，进行以下的处理，输出正向传送振幅设定信号Wsr。

1)输出与平均进给速度设定信号Far相对应地存储的正向传送振幅设定信号Wsr。

2)在焊接开始信号St从高电平(开始)变化成低电平(停止)时，用该时间点的正向传送振幅修正信号Wss的值改写正向传送振幅设定信号Wsr来进行存储。

正向传送振幅修正电路WSS将该正向传送振幅设定信号Wsr以及上述的进给误差放大信号Ef作为输入，焊接中，通过Wss＝Wsr+∫Ef·dt的运算来进行修正，并作为正向传送振幅修正信号Wss来进行输出。在进给误差放大信号Ef为正值时，是平均进给速度检测信号Fad的值小于平均进给速度设定信号Far的值的情况，因此进行修正，使得正向传送振幅修正信号Wss增加。反过来，在进给误差放大信号Ef为负值时，进行修正，使得正向传送振幅修正信号Wss减少。在根据下限值和上限值设定的变化范围内进行修正。

反向传送振幅设定电路WRR将上述的平均进给速度设定信号Far、后述的反向传送振幅修正信号Wrs以及上述的焊接开始信号St作为输入，进行以下的处理，输出反向传送振幅设定信号Wrr。

1)输出与平均进给速度设定信号Far对应地存储的反向传送振幅设定信号Wrr。

2)在焊接开始信号St从高电平(开始)变化为低电平(停止)时，用该时间点的反向传送振幅修正信号Wrs的值改写反向传送振幅设定信号Wrr来进行存储。

反向传送振幅修正电路WRS将该反向传送振幅设定信号Wrr以及上述的进给误差放大信号Ef作为输入，在焊接中，通过Wrs＝Wrr-∫Ef·dt的运算来进行修正，并作为反向传送振幅修正信号Wrs来进行输出。在进给误差放大信号Ef为正值时，是平均进给速度检测信号Fad的值小于平均进给速度设定信号Far的值情况，因此进行修正，使得反向传送振幅修正信号Wrs减少。反过来，进给误差放大信号Ef为负值时，进行修正，使得反向传送振幅修正信号Wrs增加。在根据下限值和上限值设定的变化范围内进行修正。

正向传送期间设定电路TSR将上述的平均进给速度设定信号Far、后述的正向传送期间修正信号Tss以及上述的焊接开始信号St作为输入，进行以下的处理，输出正向传送期间设定信号Tsr。

1)输出与平均进给速度设定信号Far对应地存储的正向传送期间设定信号Tsr。

2)在焊接开始信号St从高电平(开始)变化为低电平(停止)时，用该时间点的正向传送期间修正信号Tss的值改写正向传送期间设定信号Tsr来进行存储。

正向传送期间修正电路TSS将该正向传送期间设定信号Tsr以及上述的进给误差放大信号Ef作为输入，在焊接中，通过Tss＝Tsr+∫Ef·dt的运算拉力进行修正，并作为正向传送期间修正信号Tss来进行输出。在进给误差放大信号Ef为正值时，是平均进给速度检测信号Fad的值小于平均进给速度设定信号Far的值的情况，因此进行修正，使得正向传送期间修正信号Tss增加。反过来，进给误差放大信号Ef为负值时，进行修正，使得正向传送期间修正信号Tss减少。在根据下限值和上限值设定的变化范围内进行修正。

反向传送期间设定电路TRR将上述的平均进给速度设定信号Far、后述的反向传送期间修正信号Trs以及上述的焊接开始信号St作为输入，进行以下的处理，输出反向传送期间设定信号Trr。

1)输出与平均进给速度设定信号Far相对应地存储的反向传送期间设定信号Trr。

2)在焊接开始信号St从高电平(开始)变化为低电平(停止)时，用该时间点的反向传送期间修正信号Trs的值改写反向传送期间设定信号Trr来进行存储。

反向传送期间修正电路TRS将该反向传送期间设定信号Trr以及上述的进给误差放大信号Ef作为输入，在焊接中，通过Trs＝Trr-∫Ef·dt的运算来进行修正，并作为反向传送期间修正信号Trs来进行输出。在进给误差放大信号Ef为正值时，是平均进给速度检测信号Fad的值小于平均进给速度设定信号Far的值的情况，因此进行修正，使得反向传送期间修正信号Trs减少。反过来，在进给误差放大信号Ef为负值时，进行修正，使得反向传送期间修正信号Trs增加。在根据下限值和上限值设定的变化范围内进行修正。

进给速度设定电路FR将上述的正向传送振幅修正信号Wss、上述的反向传送振幅修正信号Wrs、上述的正向传送期间修正信号Tss以及上述的反向传送期间修正信号Trs作为输入，输出作为由这些参数形成的正弦波状的进给速度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，是正向传送期间，在小于0时，是反向传送期间。

进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr以及上述的焊接开始信号St作为输入，焊接开始信号St为高电平(开始)时，将用于在与进给速度设定信号Fr的值相当的进给速度Fw下进给焊丝1的进给控制信号Fc输出到上述的进给电机WM，在焊接开始信号St为低电平(停止)时，输出成为进给停止指令的进给控制信号Fc。

图2为用于说明本发明的实施方式1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2(A)表示进给速度设定信号Fr的时间变化，图2(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图2(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图2(D)表示平均进给速度设定信号Far的时间变化。图2与上述的图3相对应，关于相同动作的说明不再重复。以下，参照该图来进行说明。

如图2(A)的实线所示，进给速度设定信号Fr在时刻t1～t5的周期内，正向传送振幅为Ws1，反向传送振幅为Wr1，正向传送期间为Ts1，反向传送期间为Tr1。在此，在时刻t5，处于平均进给速度检测信号Fad的值小于平均进给速度设定信号Far的值的情况。由于Fad＜Far，因此通过图1的正向传送振幅修正电路WSS，下一个周期(时刻t5～t9)内的正向传送振幅被修正为Ws2，Ws2＞Ws1。

同样地，通过图1的反向传送振幅修正电路WRS，下一个周期(时刻t5～t9)内的反向传送振幅被修正为Wr2，Wr2＜Wr1。

同样地，通过图1的正向传送期间修正电路TSS，下一个周期(时刻t5～t9)内的正向传送期间被修正为Ts2，Ts2＞Ts1。

同样地，通过图1的反向传送期间修正电路TRS，下一个周期(时刻t5～t9)内的反向传送期间被修正为Tr2，Tr2＜Tr1。

如上所述，由于时刻t5～t9的进给速度设定信号Fr的进给速度模式被修正，因此进给速度Fw的平均值变成与图2(D)所示的平均进给速度设定信号Far的值相等。

此外，在时刻t5，在Fad＞Far的情况下，分别被修正为Ws2＜Ws1、Wr2＞Wr1、Ts2＜Ts1、Tr2＞Tr1。

在上述中，说明了对正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间全部进行修正的情况，但也可以对这些参数中的至少一个参数进行修正。此外，也可以每隔进给速度设定信号Fr的规定周期而进行修正。此外，也可以对每个参数，将各参数的修正增益设为不同的值。上述中，例示了进给速度设定信号Fr以正弦波状发生变化的情况，但也可以是以梯形波状、三角波状等发生变化。

根据上述的实施方式1，检测平均进给速度，使正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间或者反向传送期间内的至少一个发生变化并自动修正进给速度模式，使得平均进给速度设定值与该平均进给速度检测值相等。由此，即使进给阻抗发生变化，也能够始终将进给速度的平均值维持为与平均进给速度设定值相等的状态。因此，在本实施方式中，在周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送的焊接中，即使进给阻抗发生变化，也能使进给速度的平均值维持恒定，能够实现焊接质量的稳定化。

另外，根据实施方式1，在焊接结束时，能够存储被自动修正的进给速度模式。即，能够存储焊接结束的时间点的被最终修正的正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间。由此，在接下来的焊接中，能够在完成了修正的适当的进给速度模式下开始焊接，因此能够进一步实现焊接质量的稳定化。

此外，根据实施方式1，对正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间的修正值设置变化范围。即，对各参数的修正值设定上限值和下限值，并限制变化范围。该变化范围被设定为焊接状态变得稳定的范围。由此，通过参数的修正，能够抑制焊接状态变成不稳定状态的情况。

工业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种在周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送的焊接中，即使进给阻抗发生变化，也能使进给速度的平均值维持恒定，实现焊接质量的稳定化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，可进行各种变更。

本申请基于2014年1月15日申请的日本专利申请(特愿2014-004700)而提出，在此援引其内容。

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

E输出电压

EA电压误差放大电路

Ea电压误差放大信号

ED输出电压检测电路

Ed输出电压检测信号

EF进给误差放大电路

Ef进给误差放大信号

ER输出电压设定电路

Er输出电压设定信号

FAD平均进给速度检测电路

Fad平均进给速度检测信号

FAR平均进给速度设定电路

Far平均进给速度设定信号

FC进给控制电路

Fc进给控制信号

Fd进给速度检测信号

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

ST焊接开始电路

St焊接开始信号

Tr反向传送期间

TRR反向传送期间设定电路

Trr反向传送期间设定信号

TRS反向传送期间修正电路

Trs反向传送期间修正信号

Ts正向传送期间

TSR正向传送期间设定电路

Tsr正向传送期间设定信号

TSS正向传送期间修正电路

Tss正向传送期间修正信号

Vw焊接电压

WL电抗器

WM进给电机

Wr反向传送振幅

WRR反向传送振幅设定电路

Wrr反向传送振幅设定信号

WRS反向传送振幅修正电路

Wrs反向传送振幅修正信号

Ws正向传送振幅

WSR正向传送振幅设定电路

Wsr正向传送振幅设定信号

WSS正向传送振幅修正电路

Wss正向传送振幅修正信号

Claims (3)

1.一种电弧焊接控制方法，在进给速度模式下周期性地反复焊丝的正向传送和反向传送，由此产生短路期间和电弧期间来进行焊接，该进给速度模式包括与平均进给速度设定值对应地存储的正向传送振幅、反向传送振幅、正向传送期间以及反向传送期间，该电弧焊接控制方法的特征在于，

检测上述焊丝的平均进给速度，使上述正向传送振幅、上述反向传送振幅、上述正向传送期间或上述反向传送期间内的至少一个发生变化，对上述进给速度模式进行自动修正，以使上述平均进给速度设定值与平均进给速度检测值相等。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，

在焊接结束时，存储自动修正后的上述进给速度模式。

3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接控制方法，其特征在于，

对上述正向传送振幅、上述反向传送振幅、上述正向传送期间以及上述反向传送期间设置变化范围。