CN105792974A - 电弧焊接电源 - Google Patents

Abstract

使焊丝(1)的进给速度(Fw)在正向进给加速期间(Tsu)中向正向进给方向加速，在正向进给减速期间(Tsd)中向正向进给方向减速，在反向进给加速期间(Tru)中向反向进给方向加速，在反向进给减速期间(Trd)中向反向进给方向减速，在正向进给加速期间(Tsu)与正向进给减速期间(Tsd)之间具备短路强制发生期间(Tsp)，在该短路强制发生期间(Tsp)中，以大于正向进给加速期间(Tsu)中的变化率使进给速度(Fw)加速，若进给速度(Fw)达到预先确定的正向进给峰值(Fsp)，则维持该值，由此能在短路强制发生期间(Tsp)中使短路强制发生，能使短路和电弧的周期稳定化。

Description

电弧焊接电源

技术领域

本发明涉及用于周期性重复焊丝的正向进给和反向进给来进行焊接的电弧焊接电源。

背景技术

在一般的消耗电极式电弧焊接中，将消耗电极即焊丝以恒定速度进给，使焊丝与母材之间产生电弧来进行焊接。在消耗电极式电弧焊接中，多数情况下焊丝和母材成为交替重复短路状态和电弧产生状态的焊接状态。在平均焊接电流值不足180A(进给速度4m/min)程度的小电流域，以大致恒定周期重复短路和电弧。为此，在小电流域，通过合适地控制焊接电流以及焊接电压，能进行溅射产生量少且焊缝外观也良好的焊接。

另一方面，在平均焊接电流值为180A程度以上的大电流域，短路和电弧的周期变得长于合适值，且周期也偏差变大。为此，在大电流域，即使精密控制焊接电流以及焊接电压，也有溅射产生量也变多、焊缝外观也变差的倾向。为了将其改善，提出周期性地重复焊丝的正向进给和反向进给来进行焊接的方法(例如参考专利文献1)。以下说明该焊接方法。

图8是周期性重复进给速度的正向进给和反向进给的焊接方法中的波形图。图8(A)表示进给速度Fw的波形，图8(B)表示焊接电流Iw的波形，图8(C)表示焊接电压Vw的波形。以下参考图8来进行说明。

如图8(A)所示那样，进给速度Fw的0的上侧成为正向进给期间，下侧成为反向进给期间。所谓正向进给，是指将焊丝向靠近母材的方向进给，所谓反向进给，是指向从母材背离的方向进给。进给速度Fw以正弦波状变化，成为在正向进给侧移位的波形。由此，进给速度Fw的平均值成为正的值，焊丝平均正向进给。

如图8(A)所示那样，进给速度Fw在时刻t1时间点为0，时刻t1～t2的期间成为正向进给加速期间，在时刻t2成为正向进给的最大值，时刻t2～t3的期间成为正向进给减速期间，在时刻t3成为0，时刻t3～t4的期间成为反向进给加速期间，在时刻t4成为反向进给的最大值，时刻t4～t5的期间成为反向进给减速期间。

焊丝与母材的短路多在时刻t2的正向进给最大值的前后发生。在图8中，有在正向进给最大值之后的正向进给减速期间中的时刻t21发生的情况。若在时刻t21发生短路，则如图8(C)所示那样，焊接电压Vw剧减到数V的短路电压值，如图8(B)所示那样，焊接电流Iw也减少到小电流值的初始电流值。之后，焊接电流Iw以给定的倾斜增加，若达到预先确定的峰值，则维持该值。

如图8(A)所示那样，由于进给速度Fw从时刻t3起成为反向进给期间，因此焊丝反向进给。通过该反向进给而解除短路，从而在时刻t31再度产生电弧。电弧的再产生多在时刻t4的反向进给最大值的前后发生。在图8中，有在反向进给峰值之前的反向进给加速期间中的时刻t31发生的情况。

若在时刻t31电弧再次产生，则如图8(C)所示那样，焊接电压Vw剧增到数十V的电弧电压值。如图8(B)所示那样，焊接电流Iw由检测电弧再产生的预兆的熔滴的缩颈检测控制，而从比时刻t31的稍靠前的时间点起剧减，在时刻t31的电弧再产生时间点成为小电流值。

如图8(A)所示那样，进给速度Fw从时刻t31到时刻t5反向进给。该期间中成为电弧长度变长的期间。在时刻t31～t5的期间中，如图8(B)所示那样，焊接电流Iw以给定的倾斜增加，若达到预先确定的高电弧电流值，则维持给定期间的该值，之后开始减少。

如图8(A)所示那样，进给速度Fw从时刻t5起成为正向进给期间，在时刻t6成为正向进给峰值。然后在时刻t61发生短路。在该时刻t5～t61的期间中，如图8(C)所示那样，焊接电压Vw逐渐减少，如图8(B)所示那样，焊接电流Iw也逐渐减少。

如上述那样，短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为大致一致。即，在该焊接方法中，能通过设定进给速度的正向进给和反向进给的周期来将短路和电弧的周期设定为所期望值。为此，特别在大电流域，若实施该焊接方法，则能抑制短路和电弧的周期的偏差而使它们大致恒定，能进行溅射产生量少、且焊缝外观良好的焊接。

但在重复进给速度的正向进给和反向进给的焊接方法中，由于供电嘴-母材间距离、熔池的不规则的运动、焊接姿态的变化等外扰而有短路未在上述的合适的定时发生的情况。如果这样，则短路和电弧的周期与正向进给和反向进给的周期不再同步，短路和电弧的周期出现偏差。用于将该同步错位状态恢复到原来的同步状态的方法在专利文献1公开。

在专利文献1的发明中，在焊丝的正向进给中的进给速度的减速中直到进给速度成为给定的进给速度为止都未发生短路的情况下，中止周期性的变化而将进给速度恒定控制在第1进给速度，若在第1进给速度的正向进给中发生短路，则从第1进给速度起开始减速，从而恢复周期性的变化来进行焊接。由此，要将同步错位状态恢复到同步状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4807474号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的发明中，在短路未在合适的定时发生时，将进给速度切换到正向进给的恒定速度，若发生短路，则将进给速度恢复到原来的周期性的变化。但在该控制中，是短路和电弧的周期陷入到与进给速度的正向进给和反向进给的周期的同步错位状态之后进行处置，有焊接状态易于变得不稳定这样的间题。进而，在大电流域，由于外扰所引起的同步错位状态频繁发生，因此焊接状态的不稳定化变得显著。

为此，在本发明中，目的在于，提供一种能够抑制短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为同步错位状态，并进行稳定的焊接的电弧焊接电源。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题，本发明的电弧焊接电源具备：输出控制部，其输出与短路期间以及电弧期间的各期间对应的焊接电压以及焊接电流；和进给控制部，其使焊丝的进给速度在正向进给加速期间中向正向进给方向加速，在正向进给减速期间中向正向进给方向减速，在反向进给加速期间中向反向进给方向加速，在反向进给减速期间中向反向进给方向减速，所述电弧焊接电源的特征在于，所述进给控制部在所述正向进给加速期间与所述正向进给减速期间之间具备短路强制发生期间，在该短路强制发生期间中，以大于所述正向进给加速期间中的变化率使所述进给速度加速，若所述进给速度达到预先确定的正向进给峰值，则维持该值。

本发明的特征在于，所述进给控制部在所述反向进给加速期间中以大于所述正向进给加速期间的变化率使所述进给速度加速，若所述进给速度达到预先确定的反向进给峰值，则维持该值。

本发明的特征在于，所述进给控制部在所述反向进给减速期间中使所述进给速度从所述反向进给峰值减速给定值，之后减小变化率进行减速。

本发明的特征在于，所述进给控制部在所述进给速度的平均值为预先确定的基准进给速度以上时具备所述短路强制发生期间。

本发明的特征在于，若所述进给速度进入到所述短路强制发生期间，则所述输出控制部使所述电弧期间中的所述焊接电流减少到不足预先确定的基准电流值。

发明的效果

根据本发明，特别即使在大电流域的焊接中发生外扰，也能使短路必定在短路强制发生期间中发生。为此在本发明中，由于能抑制短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为同步错位状态，因此能进行稳定的焊接。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的框图。

图2是图1的电弧焊接电源中的各信号的时序图。

图3是本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接电源中的各信号的时序图。

图4是本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接电源中的各信号的时序图。

图5是本发明的实施方式4所涉及的电弧焊接电源的框图。

图6是本发明的实施方式5所涉及的电弧焊接电源的框图。

图7是图6的电弧焊接电源中的各信号的时序图。

图8是在现有技术中周期性重复进给速度的正向进给和反向进给的焊接方法中的波形图。

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1是本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的框图。以下参考图1来说明各方块。

电源主电路PM将3相200V等商用电源(图示省略)作为输入，按照后述的误差放大信号Ea进行逆变器控制等输出控制，输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw。虽然图示省略，但该电源主电路PM具备：对商用电源进行整流的1次整流器；对经过整流的直流进行平滑的平滑电容器；将经过平滑的直流变换成高频交流的逆变器电路；将高频交流降压成适于焊接的电压值的高频变压器；将经过降压的高频交流整流成直流的2次整流器；对经过整流的直流进行平滑的电抗器；将上述的误差放大信号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的值设定为大到短路负载(0.01～0.03Ω程度)的10倍以上的值(0.5～3Ω程度)。由此，若因缩颈检测控制而将减流电阻器R插入到通电路径，则在焊接电源内的直流电抗器以及外部线缆的电抗器所积蓄的能量急剧放电。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进行接通或断开控制。

进给电动机WM将后述的进给控制信号Fc作为输入，周期性重复正向进给和反向进给，将焊丝1以进给速度Fw进给。在该进给电动机WM中使用过渡响应性快的电动机。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，有时进给电动机WM设置在焊炬4的前端的附近。另外，还有使用2个进给电动机WM来做出推挽方式的进给系统的情况。

焊丝1通过与上述的进给电动机WM结合的进给辊5的旋转而在焊炬4内进给，在与母材2之间产生电弧3。在焊炬4内的供电嘴(图示省略)与母材2之间施加焊接电压Vw，焊接电流Iw通电。

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

短路判别电路SD将上述的焊接电压检测信号Vd作为输入，输出短路判别信号Sd，其在焊接电压检测信号Vd的值不足预先确定的短路/电弧判别值(设定为10V程度)时，判别为处于短路期间而成为高电平，在为预先确定的短路/电弧判别值以上时，则判别为处于电弧期间而成为低电平。

缩颈检测基准值设定电路VTN，输出预先确定的缩颈检测基准值信号Vtn。对应于焊接法、平均焊接电流值、焊丝1的材质、直径等焊接条件，该缩颈检测基准值信号Vtn的值被设定为合适值。缩颈检测电路ND将该缩颈检测基准值信号Vtn、上述的短路判别信号Sd、上述的焊接电压检测信号Vd以及上述的焊接电流检测信号Id作为输入，在短路判别信号Sd为高电平(短路期间)时的焊接电压检测信号Vd的电压上升值达到缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点判别为形成了缩颈，而成为高电平，在短路判别信号Sd变化为低电平(电弧期间)的时间点输出成为低电平的缩颈检测信号Nd。另外，也可以在短路期间中的焊接电压检测信号Vd的微分值达到与其对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点使缩颈检测信号Nd变化为高电平。进而，也可以用焊接电压检测信号Vd的值除以焊接电流检测信号Id的值来算出熔滴的电阻值，在该电阻值的微分值达到与其对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点使缩颈检测信号Nd变化为高电平。

低等级电流设定电路ILR输出预先确定的低等级电流设定信号Ilr。电流比较电路CM将该低等级电流设定信号Ilr以及上述的焊接电流检测信号Id作为输入，在Id＜Ilr时，输出成为高电平的电流比较信号Cm，在Id≥Ilr时，输出成为低电平的电流比较信号Cm。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，若缩颈检测信号Nd变化为高电平，则将变化为低电平的驱动信号Dr输出到上述的晶体管TR的基极端子，若之后电流比较信号Cm变化为高电平，则将变化为高电平的驱动信号Dr输出到上述的晶体管TR的基极端子。因此，由于该驱动信号Dr若检测到缩颈就成为低电平，晶体管TR成为断开状态，在通电路径插入减流电阻器R，因此在短路负载中通电的焊接电流Iw剧减。然后，若剧减的焊接电流Iw的值减少到低等级电流设定信号Ilr的值，则驱动信号Dr成为高电平，晶体管TR成为接通状态，因此减流电阻器R被短路而返回到通常的状态。

电流控制设定电路ICR将上述的短路判别信号Sd、上述的低等级电流设定信号Ilr以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，进行以下的处理，输出电流控制设定信号Icr。

1)从短路判别信号Sd变化为高电平(短路)的时间点起在预先确定的初始期间中，输出预先确定的初始电流设定值作为电流控制设定信号Icr。

2)之后，使电流控制设定信号Icr的值从上述的初始电流设定值以预先确定的短路时倾斜上升到预先确定的巅峰设定值，维持该值。

3)若缩颈检测信号Nd变化为高电平(缩颈检测)，则将电流控制设定信号Icr的值切换到低等级电流设定信号Ilr的值，并维持。

4)若短路判别信号Sd变化为低电平(电弧)，则使电流控制设定信号Icr以预先确定的电弧时倾斜上升到预先确定的高等级电流设定值，维持该值。

断开延迟电路TDS将上述的短路判别信号Sd作为输入，使该信号从高电平变化为低电平的时间点断开延迟预先确定的延迟时间，并输出延迟信号Tds。因此，该延迟信号Tds是若成为短路期间则成为高电平、从电弧再产生起断开延迟了延迟时间而成为低电平的信号。

电流误差放大电路EI将上述的电流控制设定信号Icr(+)与上述的焊接电流检测信号Id(-)的误差放大，并输出电流误差放大信号Ei。

电压设定电路VR输出用于设定电弧期间中的焊接电压的预先确定的电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV将该电压设定信号Vr(+)与上述的焊接电压检测信号Vd(-)的误差放大，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以及上述的延迟信号Tds作为输入，在延迟信号Tds为高电平(从短路开始起到电弧再产生而经过延迟时间为止的期间)时，输出电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea，在为低电平(电弧)时，输出电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea。通过该电路，在短路期间+延迟期间中成为恒电流控制，在这以外的电弧期间中成为恒电压控制。

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。进给速度设定电路FR将该平均进给速度设定信号Far作为输入，输出根据与平均进给速度设定信号Far对应而存储的正向进给加速期间、短路强制发生期间、正向进给减速期间、反向进给加速期间以及反向进给减速期间形成的图2(A)～图4(A)中后述的进给型式的进给速度设定信号Fr。因此，与平均进给速度设定信号Far对应而存储的进给型式的平均值等于平均进给速度设定信号Far的值。

进给控制电路FC将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进给焊丝1的进给控制信号Fc输出到上述的进给电动机WM。

在图1中，电弧焊接电源具备输出控制部以及进给控制部。进给控制部具备进给速度设定电路FR以及进给控制电路FC。输出控制部具备这以外的电路。

图2是上述的电弧焊接电源中的各信号的时序图。图2(A)表示焊丝1的进给速度Fw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)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图2(E)表示驱动信号Dr的时间变化，图2(F)表示延迟信号Tds的时间变化，图2(G)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。以下参考图2来进行说明。

如图2(A所示那样，进给速度Fw为0的上侧的正的值时，表示焊丝正向进给，进给速度Fw为0的下侧的负的值时，表示焊丝反向进给。在本说明书中，所谓变化率这样的记载是指变化率的绝对值。

时刻t1～t2的预先确定的正向进给加速期间Tsu中的进给速度Fw从0起伴随时间经过而加速，在时刻t2成为预先确定的第1正向进给值Fs1。在图2中，例示了加速为直线状的情况，但也可以是曲线状。正向进给加速期间Tsu例如为5ms。在进给速度Fw为仅正向进给的恒定值的一般的焊接的情况下，进给速度Fw的最大值为15m/min程度。与此相对，第1正向进给值Fs1是2倍以上的值，例如为50m/min。

时刻t2～t3的预先确定的短路强制发生期间Tsp中的进给速度Fw从上述的第1正向进给值Fs1起以比上述的正向进给加速期间Tsu中大5倍以上的变化率加速，若达到预先确定的正向进给峰值Fsp，则维持该值。短路强制发生期间Tsp例如为1.5ms。正向进给峰值Fsp是大于上述的第1正向进给值Fs1的值，例如为100m/min。增大变化率的理由是为了迅速加速到正向进给峰值Fsp。通过维持在大的值的正向进给峰值Fsp，来使焊丝迅速与熔池短路。即，使短路强制发生。

时刻t3～t4的预先确定的正向进给减速期间Tsd中的进给速度Fw从上述的正向进给峰值Fsp起以比上述的正向进给加速期间Tsu中大的变化率减速，在时刻t4成为0。加大变化率是为了使短路期间成为所期望值，从而使焊接状态稳定化。正向进给减速期间Tsd例如为1ms。

时刻t4～t5的预先确定的反向进给加速期间Tru中的进给速度Fw，从0起正弦波状加速，在时刻t5成为预先确定的反向进给峰值Frp。在图2中，例示了正弦波状进行加速的情况，但也可以是直线状或正弦波以外的曲线状。反向进给加速期间Tru例如是3ms。反向进给峰值Frp例如是-50m/min。

时刻t5～t6的预先确定的反向进给减速期间Trd中的进给速度Fw从上述的反向进给峰值Frp起正弦波状减速，在时刻t6成为0。在图2中例示了正弦波状进行加速的情况，但也可以是直线状或正弦波以外的曲线状。反向进给减速期间Trd例如是3ms。

时刻t6～t7再度成为正向进给加速期间Tsu，时刻t7～t8再度成为短路强制发生期间Tsp。因此，进给速度Fw以时刻t1～t6的期间为1周期而重复。图2(A)所示的进给速度Fw的平均值相当于进行恒速进给的一般的焊接中的进给速度Fw。进给速度Fw的平均值必定成为正的值。在上述的数值例的情况下，进给速度Fw的平均值成为约10m/min(平均焊接电流300A)。

由于时刻t1～t2的期间为正向进给加速期间Tsu，因此如图2(A)所示那样，进给速度Fw向正向进给方向加速。由于该期间是发生电弧的期间，因此如图2(B)所示那样，焊接电流Iw通电，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw成为数十V的电弧电压值。

由于在时刻t2开始短路强制发生期间Tsp，因此如图2(A)所示那样，进给速度Fw向正向进给方向急加速而成为大的值的正向进给峰值Fsp。由此，在短路强制发生期间Tsp中的时刻t21，焊丝与母材接触而成为短路状态。成为短路状态后，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw剧减到数V的短路电压值。判别为该焊接电压Vw不足短路/电弧判别值Vta，从而如图2(F)所示那样，延迟信号Tds从低电平变化为高电平。与此相应，如图2(G)所示那样，电流控制设定信号Icr在时刻t21从预先确定的高等级电流设定值变化为小的值的预先确定的初始电流设定值。

由于从时刻t3起成为正向进给减速期间Tsd，因此如图2(A)所示那样，进给速度Fw急速减速。然后，由于从时刻t4起成为反向进给加速期间Tru，因此进给速度Fw切换到反向进给方向。如图2(G)所示那样，电流控制设定信号Icr在时刻t21～t31的预先确定的初始期间中成为上述的初始电流设定值，在时刻t31～t41的期间中以预先确定的短路时倾斜上升，在时刻t41～t42的期间中成为预先确定的巅峰设定值。由于短路期间中如上述那样进行恒电流控制，因此焊接电流Iw被控制成相当于电流控制设定信号Icr的值。由此，如图2(B)所示那样，焊接电流Iw在时刻t21从电弧期间的焊接电流起剧减，在时刻t21～t31的初始期间中成为初始电流值，在时刻t31～t41的期间中以短路时倾斜上升，在时刻t41～t42的期间中成为峰值。例如初始期间设定为1ms，初始电流设定为50A，短路时倾斜设定为400A/ms，峰值设定为450A。如图2(D)所示那样，缩颈检测信号Nd在后述的时刻t42～t44的期间成为高电平，在这以外的期间成为低电平。如图2(E)所示那样，驱动信号Dr在后述的时刻t42～t43的期间成为低电平，在这以外的期间成为高电平。因此，在图2中，由于在时刻t42以前的期间中，驱动信号Dr成为高电平，图1的晶体管TR成为接通状态，因此减流电阻器R被短路而成为与通常的消耗电极电弧焊接电源相同的状态。

如图2(C)所示那样，焊接电压Vw从焊接电流Iw成为峰值的时刻t41附近起上升。这是因为，由于焊丝的反向进给以及焊接电流Iw所带来的收缩力的作用，在熔滴逐渐形成缩颈。

在时刻t42，如图2(C)所示那样，若焊接电压Vw急上升而从初始期间中的电压值起的电压上升值ΔV等于预先确定的缩颈检测基准值Vtn、由此检测到缩颈，则如图2(D)所示那样，缩颈检测信号Nd变化为高电平。与此相应，如图2(E)所示那样，由于驱动信号Dr成为低电平，因此图1的晶体管TR成为断开状态，减流电阻器R插入到通电路径。同时如图2(G)所示那样，电流控制设定信号Icr变小到低等级电流设定信号Ilr的值。由此，如图2(B)所示那样，焊接电流Iw从峰值向低等级电流值Il剧减。然后，由于若在时刻t43焊接电流Iw减少到低等级电流值Il，则如图2(E)所示那样，驱动信号Dr返回到高电平，因此图1的晶体管TR成为接通状态，减流电阻器R被短路。如图2(B)所示那样，由于电流控制设定信号Icr保持低等级电流设定信号Ilr不变，因此焊接电流Iw直到时刻t44的电弧再产生为止都维持低等级电流值Il。因此，晶体管TR仅从在时刻t42检测到缩颈起到在时刻t43焊接电流Iw减少到低等级电流值Il为止的期间成为断开状态。如图2(C)所示那样，由于焊接电流Iw变小，因此焊接电压Vw在从时刻t42起暂时减少后急上升。低等级电流值Il例如设定为50A。

在时刻t44，若因焊丝的反向进给以及焊接电流Iw的通电所引起的收缩力而缩颈进展，从而电弧再产生，则如图2(C)所示那样，焊接电压Vw的值成为短路/电弧判别值Vta以上。

由于从电弧刚再产生后的时刻t5起成为反向进给减速期间Trd，因此如图2(A)所示那样，进给速度Fw维持反向进给状态并减速。若在时刻t44电弧再产生，则如图2(G)所示那样，电流控制设定信号Icr的值从低等级电流设定信号Ilr的值起以预先确定的电弧时倾斜上升，达到上述的高等级电流设定值后，维持该值。如图2(F)所示那样，延迟信号Tds从在时刻t44电弧再产生起到经过预先确定的延迟期间Td的时刻t51为止，保持高电平不变。因此，由于焊接电源直到时刻t51为止都进行恒电流控制，因此如图2(B)所示那样，焊接电流Iw从时刻t44起以电弧时倾斜上升，达到高等级电流值后维持该值，直到时刻t51为止。如图2(C)所示那样，焊接电压Vw在时刻t44～t51的延迟期间Td中处于高等级电压值的状态。如图2(D)所示那样，由于在时刻t44电弧再次产生，因此缩颈检测信号Nd变化为低电平。例如，电弧时倾斜设定为400A/ms，高等级电流值设定为450A，延迟期间Td设定为2ms。

在时刻t51，如图2(F)所示那样，延迟信号Tds变化为低电平。其结果，焊接电源从恒电流控制切换到恒电压控制。从在时刻t44电弧再次产生起到时刻t6为止，由于焊丝反向进给，因此电弧长度逐渐变长。由于从时刻t6起成为正向进给加速期间Tsu，因此如图2(A)所示那样，进给速度Fw切换为正向进给。若在时刻t51切换为恒电压控制，则如图2(B)所示那样，焊接电流Iw从高等级电流值起逐渐减少。同样地，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw从高等级电压值起逐渐减少。

如上述那样，在缩颈检测控制中，若在时刻t42检测缩颈，则由于在通电路径插入减流电阻器而使焊接电流Iw剧减，能将在时刻t44电弧再次产生的时间点的电流值控制在小的值。由此能大幅减低溅射产生量。

如上述那样，在实施方式1中，短路必定在短路强制发生期间Tsp中发生。另外，在图2中，例示了电弧在比时刻t5稍靠前的反向进给加速期间Tru中发生的情况，但也有在时刻t5之后的反向进给减速期间Trd中发生的情况。

根据上述的实施方式1，在正向进给加速期间与正向进给减速期间之间具备短路强制发生期间，在该短路强制发生期间中以大于正向进给加速期间中的变化率使进给速度加速，若进给速度达到预先确定的正向进给峰值，则维持该值。由此，特别在大电流域的焊接中，即使发生外扰，也能使短路必定在短路强制发生期间中发生。由此，在本实施方式中，由于能抑制短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为同步错位(失步)状态，因此能进行稳定的焊接。

[实施方式2]

在实施方式2的发明中，在反向进给加速期间中，以大于正向进给加速期间的变化率使进给速度加速，若进给速度达到预先确定的反向进给峰值，则维持该值。

实施方式2所涉及的电弧焊接电源的框图和图1相同。其中，在对进给速度设定电路FR预先设定的进给速度的进给型式成为图3(A)的点上不同。

图3是本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接电源中的各信号的时序图。图3(A)表示焊丝1的进给速度Fw的时间变化，图3(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图3(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图3(D)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图3(E)表示驱动信号Dr的时间变化，图3(F)表示延迟信号Tds的时间变化，图3(G)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。图3与上述的图2对应，不再重复对同一动作的说明。以下参考图3来说明不同的动作。

图3(A)所示的进给速度Fw的进给型式，仅时刻t4～t5的反向进给加速期间Tru中的变化与图2不同。时刻t4～t5的预先确定的反向进给加速期间Tru中的的进给速度Fw，从0起以大于上述的正向进给加速期间Tsu中的变化率向反向进给方向加速，达到预先确定的反向进给峰值Frp后，维持该值。在图3中例示了直线状进行加速的情况，但也可以是曲线状。反向进给加速期间Tru例如是2.5ms。反向进给峰值Frp例如是-50m/min。通过加大变化率而迅速达到反向进给峰值Frp。如此，能使电弧再产生的定时集中在维持反向进给峰值Frp的期间中。

如图3(A)所示那样，由于从时刻t4起成为反向进给加速期间Tru，因此进给速度Fw切换到反向进给状态，以大于正向进给加速期间Tsu中的变化率急速加速，达到反向进给峰值Frp后，则维持该值。如图3(B)所示那样，焊接电流Iw在时刻t21从电弧期间的焊接电流起剧减，在时刻t21～t31的初始期间中成为初始电流值，在时刻t31～t41的期间中以短路时倾斜上升，在时刻t41～t42的期间中成为峰值。该焊接电流Iw为峰值的期间和进给速度Fw为反向进给峰值Frp的期间重合。由此，焊丝的高速的反向进给所带来的缩颈的促进效果、和大电流值的焊接电流Iw通电所带来的缩颈的促进效果重叠。其结果，电弧再产生的定时(时刻t44)集中在进给速度Fw成为反向进给峰值Frp的期间。

根据上述的实施方式2，在反向进给加速期间中，以大于正向进给加速期间的变化率使进给速度加速，若进给速度达到预先确定的反向进给峰值，则维持该值。由此，除了实施方式1的效果以外，还起到以下的效果。即，在实施方式2中，通过在反向进给加速期间的上升时加大进给速度的变化率而迅速达到反向进给峰值。如此，能使电弧再产生的定时集中在维持反向进给峰值的期间中。由此在实施方式2中，能使短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期的同步状态进一步稳定化。

[实施方式3]

在实施方式3的发明中，在反向进给减速期间中，使进给速度从反向进给峰值减速给定值，之后减小变化率来减速。

实施方式3所涉及的电弧焊接电源的框图和图1相同。其中，在对进给速度设定电路FR预先设定的进给速度的进给型式成为图4(A)这点上不同。

图4是本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接电源中的各信号的时序图。图4(A)表示焊丝1的进给速度Fw的时间变化，图4(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图4(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图4(D)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图4(E)表示驱动信号Dr的时间变化，图4(F)表示延迟信号Tds的时间变化，图4(G)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。图4与上述的图3对应，不再重复对同一动作的说明。以下参考图4来说明不同的动作。

图4(A)所示的进给速度Fw的进给型式仅时刻t5～t6的反向进给减速期间Trd中的变化与图3不同。时刻t5～t6的预先确定的反向进给减速期间Trd中的进给速度Fw从反向进给峰值Frp减速给定值ΔF，之后减小变化率来进行减速。在图4中例示了折线状进行减速的情况，但也可以是曲线状。反向进给加速期间Tru例如是3ms。

如图4(A)所示那样，由于从时刻t5起成为反向进给减速期间Trd，因此进给速度Fw从反向进给峰值Frp减速给定值ΔF，之后减小变化率来进行减速。如图4(B)所示那样，焊接电流Iw从电弧再次产生的时刻t44起以电弧时倾斜上升，达到高等级电流值后，则维持该值，直到时刻t51为止。因此，在反向进给减速期间Trd中，由于在电弧发生的状态下将焊丝反向进给，因此拉长了电弧长度。同时，焊丝的前端熔融而熔滴逐渐变大。这时，若反向进给减速期间Trd刚开始后的进给速度Fw为高速，则对熔滴作用反向进给方向的较强的力，熔滴成为在反向进给方向上被抬起的状态。若成为这样的状态，则熔滴过渡状态易于变得不稳定。为此，通过在反向进给减速期间Trd的刚开始后使进给速度Fw急速减速给定值ΔF，能防止熔滴成为被抬起的状态。

根据上述的实施方式3，在反向进给减速期间中，使进给速度从反向进给峰值减速给定值，之后减小变化率来进行减速。由此，除了实施方式1以及2的效果以外，还起到以下的效果。即，在实施方式3中，通过在反向进给减速期间中拉长电弧长度时抑制熔滴成为在反向进给方向上被抬起的状态，使熔滴过渡状态进一步稳定化。

[实施方式4]

实施方式4的发明在进给速度的平均值为预先确定的基准进给速度以上时具备短路强制发生期间。即，短路强制发生期间不在进给速度的平均值不足基准进给速度时设置，仅在进给速度的平均值为基准进给速度以上时设置。

图5是本发明的实施方式4所涉及的电弧焊接电源的框图。图5与上述的图1对应，对同一方块标注同一标号，不再重复它们的说明。图5将图1的进给速度设定电路FR置换为第2进给速度设定电路FR2。以下参考图5来说明该方块。

第2进给速度设定电路FR2将平均进给速度设定信号Far作为输入，进行以下的处理，输出进给速度设定信号Fr。

1)在平均进给速度设定信号Far的值不足预先确定的基准进给速度时，以根据与平均进给速度设定信号Far对应而存储的正向进给加速期间、正向进给减速期间、反向进给加速期间以及反向进给减速期间形成的图8(A)输出上述的进给型式的进给速度设定信号Fr。

2)在平均进给速度设定信号Far的值为上述的基准进给速度以上时，以根据与平均进给速度设定信号Far对应而存储的正向进给加速期间、短路强制发生期间、正向进给减速期间、反向进给加速期间以及反向进给减速期间形成的图2(A)～图4(A)输出上述的进给型式的进给速度设定信号Fr。

上述的基准进给速度设定为区分短路期间和电弧期间的周期的偏差小的小电流域、和周期偏差的大电流域的值。例如在焊丝为钢铁丝、其直径为1.2mm时，设定为4m/min。

由于图5中的上述的实施方式4所涉及的焊接电源中的各信号的时序图和图1以及图2～图4同样，因此不再重复说明。即，平均进给速度设定信号Far的值不足基准进给速度时的时序图成为和图1同样，基准进给速度以上时成为和图2～图4同样。

根据上述的实施方式4，在进给速度的平均值为预先确定的基准进给速度以上时具备短路强制发生期间。由此，在实施方式4的发明中，除了实施方式1～3的效果以外，还起到以下的效果。在进给速度的平均值不足基准进给速度的小电流域的焊接中，若设置短路强制发生期间，根据工件不同会有溅射增加的情况。在小电流域的焊接中，由于短路和电弧的周期与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为同步错位状态的情况较少，因此多数情况下可以不设短路强制发生期间。

[实施方式5]

实施方式5的发明中，若进给速度进入到短路强制发生期间，则使电弧期间中的焊接电流减少到不足预先确定的基准电流值。

图6是本发明的实施方式5所涉及的电弧焊接电源的框图。图6与上述的图1对应，对同一方块标注同一标号，不再重复它们的说明。图6将图1的电压设定电路VR置换为第2电压设定电路VR2。以下参考图6来说明该方块。

第2电压设定电路VR2将进给速度设定信号Fr作为输入，根据进给速度设定信号Fr的值来判别是否处于短路强制发生期间，在不是短路强制发生期间时，输出预先确定的电压设定值的电压设定信号Vr，在是短路强制发生期间时，输出预先确定为小于上述的电压设定值的值的低电压设定值的电压设定信号Vr。该低电压设定值设定为电弧期间中的焊接电流不足预先确定的基准电流值。基准电流值例如设定为100A。

图7是图6中上述的电弧焊接电源中的各信号的时序图。图7(A)表示焊丝1的进给速度Fw的时间变化，图7(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图7(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图7(D)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，图7(E)表示驱动信号Dr的时间变化，图7(F)表示延迟信号Tds的时间变化，图7(G)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。图7与上述的图2对应，由于时刻t2～t21以外的期间的动作相同，因此不再重复它们的说明。以下参考图7来说明不同的动作。

若在时刻t2，如图7(A)所示那样进给速度Fw进入到短路强制发生期间Tsp，则通过图6的第2电压设定电路VR2让电压设定信号Vr被切换到预先确定的低电压设定值。为此如图7(C)所示那样，在从时刻t2到短路发生的时刻t21为止的电弧期间中，焊接电压Vw急剧减少而成为小的值。与此相应，如图7(B)所示那样，焊接电流Iw也急剧减少而成为不足预先确定的基准电流值的小的值。若如此使焊接电流Iw为小的值，则短路更易于发生、且能减少发生短路时的溅射。

在上述中，以实施方式1为基础说明了实施方式5，但由于以实施方式2～4为基础的情况也同样，因此不再重复说明。

根据上述的实施方式5，若进给速度进入到短路强制发生期间，则使电弧期间中的焊接电流减少到不足预先确定的基准电流值。由此在实施方式5中，除了实施方式1～4的效果以外，还起到以下的效果。在实施方式5中，通过使短路强制发生期间的电弧期间中的焊接电流成为小的值，从而短路变得更易于发生且能减少短路发生时的溅射。若在电弧期间中将焊接电流维持在小的值的期间变得过长，则焊缝外观变差。在实施方式5，由于在进入到短路强制发生期间后使焊接电流减少，因此减少期间不会长到给焊缝外观带来影响的程度。

产业上的利用可能性

根据本发明，特别在大电流域的焊接中，即使发生外扰，也使短路必定在短路强制发生期间中发生。为此，在本发明中，由于能抑制短路和电弧的周期、与进给速度的正向进给和反向进给的周期成为同步错位状态，因此能进行稳定的焊接。

以上用特定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式，能在不脱离公开的发明的技术思想的范围进行各种变更。

本申请基于2014年2月18日申请的日本专利申请(特愿2014-028675)，将其内容引入于此。

标号的说明

1焊丝

2母材

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

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

FR进给速度设定电路

Fr进给速度设定信号

FR2第2进给速度设定电路

Frp反向进给峰值

Fs1第1正向进给值

Fsp正向进给峰值

Fw进给速度

ICR电流控制设定电路

Icr电流控制设定信号

ID焊接电流检测电路

Id焊接电流检测信号

Il低等级电流值

ILR低等级电流设定电路

Ilr低等级电流设定信号

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

R减流电阻器

SD短路判别电路

Sd短路判别信号

SW控制切换电路

Td延迟期间

TDS断开延迟电路

Tds延迟信号

TR晶体管

Trd反向进给减速期间

Tru反向进给加速期间

Tsd正向进给减速期间

Tsp短路强制发生期间

Tsu正向进给加速期间

VD焊接电压检测电路

Vd焊接电压检测信号

VR电压设定电路

Vr电压设定信号

VR2第2电压设定电路

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

ΔF给定值

ΔV电压上升值

Claims (5)

1.一种电弧焊接电源，具备：

输出控制部，其输出与短路期间以及电弧期间的各期间对应的焊接电压以及焊接电流；和

进给控制部，其使焊丝的进给速度在正向进给加速期间中向正向进给方向加速，在正向进给减速期间中向正向进给方向减速，在反向进给加速期间中向反向进给方向加速，在反向进给减速期间中向反向进给方向减速，

所述电弧焊接电源的特征在于，

所述进给控制部在所述正向进给加速期间与所述正向进给减速期间之间具备短路强制发生期间，在该短路强制发生期间中，以比所述正向进给加速期间中的变化率还大的变化率使所述进给速度加速，若所述进给速度达到预先确定的正向进给峰值，则维持该值。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接电源，其特征在于，

所述进给控制部在所述反向进给加速期间中以比所述正向进给加速期间的变化率还大的变化率使所述进给速度加速，若所述进给速度达到预先确定的反向进给峰值，则维持该值。

3.根据权利要求2所述的电弧焊接电源，其特征在于，

所述进给控制部在所述反向进给减速期间中使所述进给速度从所述反向进给峰值起减速给定值，之后减小变化率来进行减速。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电弧焊接电源，其特征在于，

所述进给控制部在所述进给速度的平均值达到预先确定的基准进给速度以上时具备所述短路强制发生期间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电弧焊接电源，其特征在于，

若所述进给速度进入到所述短路强制发生期间，则所述输出控制部使所述电弧期间中的所述焊接电流减少到不足预先确定的基准电流值。