CN107617805A - 电弧焊接电源的输出控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电弧焊接电源的输出控制方法。在将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间、进行除去异常电压的控制的焊接方法中使电弧稳定性得到提升。进行异常电压除去控制，将焊接电压(Vw)的检测值限制在以与焊接电流(Iw)的检测值对应的基准电压值为中心值的预先确定的容许范围内，并算出电压限制值(Vf)；基于该电压限制值(Vf)来进行焊接电压(Vw)的输出控制。惰性气体在保护气体中所占的体积％越大，则将异常电压除去控制的容许范围设定为越大的值。若惰性气体比率变大，则电弧长度的变化变大，焊接电压(Vw)的变化也变大。根据本发明，由于能防止将该焊接电压(Vw)的大的变化误判别为是异常电压，因此能提升电弧稳定性。

Description

电弧焊接电源的输出控制方法

技术领域

本发明涉及电弧焊接电源的输出控制方法，将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间，重复短路期间和电弧期间来进行焊接，除去叠加在焊接电压的异常电压，并基于该焊接电压来进行输出控制。

背景技术

在一般的消耗电极式电弧焊接中，将作为消耗电极的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，焊丝和母材多成为交替重复短路期间和电弧期间的焊接状态。

为了进一步提升焊接品质，提出周期性重复焊丝的正向进给和反向进给来进行焊接的方法。在专利文献1的发明中，设定与焊接电流设定值相应的进给速度的平均值，将焊丝的正向进给和反向进给的频率以及振幅设为与焊接电流设定值相应的值。在重复焊丝的正向进给和反向进给的焊接方法中，与恒速进给的现有技术相比，能使短路和电弧的重复的周期稳定化。

在自耗电极式电弧焊接中，为了得到良好的焊接品质，将焊丝的前端与母材的最短距离即看到的电弧长度(以下仅称作电弧长度)维持在合适值十分重要。为此电弧焊接电源在电弧期间中进行恒电压控制。这是为了，利用电弧长度和焊接电压成正比关系这点，以焊接电压检测电弧长度，进行输出控制，使得该焊接电压检测值与相当于合适电弧长度的电压设定值相等，由此将电弧长度维持在合适值。因此，为了该电弧长度控制的稳定化，需要通过焊接电压高精度检测电弧长度。

自耗电极式电弧焊接由于通常在电极正极性EP下进行，因此在焊丝前端部形成阳极点，在母材表面形成阴极点，在阳极点与阴极点之间产生电弧。阳极点在形成于焊丝前端部附近的状态下几乎不移动。与此相对，阴极点摇摇晃晃地以母材表面的氧化覆膜的某部分为目标进行移动。进而，阴极点还会因母材表面的污渍、熔池的运动状态、从熔池的气体放出等而游移不定。即使短时间内阴极点的形成位置发生变化，看到的电弧长度也不会变化。这是因为，由于看到的电弧长度根据焊丝进给速度与焊丝熔融速度之差而变化，因此在十几ms以下的短时间内只能有微小的变化。但若由于上述的种种原因而阴极点游移不定，就会在焊接电压叠加异常电压。该异常电压是不与看到的电弧长度成任何比例的电压。由此，若基于叠加了该异常电压的焊接电压来进行输出控制，电弧长度控制系就会变得不稳定，焊接品质就会变差。在专利文献2中公开了从焊接电压检测值除去异常电压来生成与看到的电弧长度成正比关系的焊接电压检测值的方法。

在专利文献2的发明中，将焊接电源的电流容量分割成多个电流区域，对这些电流区域的每一个设定基准焊接电压值。检测焊接电流以及焊接电压，根据焊接电流的检测值选择适合的电流区域，以该选择的电流区域的基准焊接电压值为中心值在容许范围内限制焊接电压的检测值，来算出除去异常电压后的焊接电压限制值。然后基于该焊接电压限制值来对焊接电压进行输出控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利第5201266号公报

专利文献2：JP专利第5214859号公报

重复焊丝的正向进给和反向进给并基于除去异常电压后的焊接电压来进行输出控制的焊接方法，主要在母材是钢铁材时使用。若将该焊接方法运用到不锈钢材，则有电弧变得不稳定、焊渣量增加这样的问题。这是因为，首先，由于在电弧期间中进给速度连续且陡峭地变化，因此看到的电弧长度的变化会变大。其次，不锈钢的电弧焊接与钢铁的电弧焊接相比电弧稳定性要差，因此看到的电弧长度的变化变大。

发明内容

为此在本发明中，目的在于，提供一种电弧焊接电源的输出控制方法，使得在将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间、基于除去异常电压的焊接电压来进行输出控制的焊接方法中，即使母材的材质是不锈钢，也能进行电弧稳定且焊渣产生量也少的焊接。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明是一种电弧焊接电源的输出控制方法，将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间，重复短路期间和电弧期间来进行焊接，检测焊接电流以及焊接电压，进行异常电压除去控制，在异常电压除去控制中，将所述焊接电压的检测值限制在以与所述焊接电流的检测值对应的基准电压值为中心值的预先确定的容许范围内，来算出电压限制值，基于该电压限制值来对所述焊接电压进行输出控制，所述电弧焊接电源的输出控制方法的特征在于，设定所述容许范围，使得在母材的材质是不锈钢时成为比钢铁时更大的值。

技术方案2的发明在技术方案1所述的电弧焊接电源的输出控制方法的基础上，特征在于，设定所述容许范围，使得惰性气体在保护气体中所占的体积％越大而成为越大的值。

技术方案3的发明在技术方案1或2所述的电弧焊接电源的输出控制方法的基础上，特征在于，在所述电弧期间中的包含所述焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中停止所述异常电压除去控制。

技术方案4的发明在技术方案1～3中任一项所述的电弧焊接电源的输出控制方法的基础上，特征在于，在包含所述进给速度成为反向进给减速值的期间的给定期间中停止所述异常电压除去控制。

发明的效果

根据本发明，在将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间、基于除去异常电压的焊接电压来进行输出控制的焊接方法中，即使母材的材质是不锈钢，也能进行电弧稳定且焊渣产生量也少的焊接。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图1的焊接电源中的各信号的时序图。

图3是用于实施本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。

图4是表示横轴所示的惰性气体比率设定信号Ar(％)与纵轴所示的容许范围设定信号Hr(V)的关系的图。

图5是用于实施本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图5的焊接电源中的各信号的时序图。

图7是用于实施本发明的实施方式4所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。

图8是表示本发明的实施方式4所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图7的焊接电源中的各信号的时序图。

标号的说明

1 焊丝

2 母材

3 电弧

4 焊炬

5 进给辊

AR 惰性气体比率设定电路

Ar 惰性气体比率设定信号

CM 电流比较电路

Cm 电流比较信号

DI 电流变化率判别电路

Di 电流变化率判别信号

DR 驱动电路

Dr 驱动信号

DT 反向进给减速期间判别电路

Dt 反向进给减速期间判别信号

E 输出电压

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

EP 电极正极性

EV 电压误差放大电路

Ev 电压误差放大信号

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

HR 容许范围设定电路

Hr 容许范围设定信号

HR2 第2容许范围设定电路

ICR 电流控制设定电路

Icr 电流控制设定信号

ID 电流检测电路

Id 电流检测信号

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

MS 材质选择电路

Ms 材质选择信号

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

STD 小电流期间电路

Std 小电流期间信号

SW 电源特性切换电路

TR 晶体管

Trd 反向进给减速期间

TRDR 反向进给减速期间设定电路

Trdr 反向进给减速期间设定信号

Trp 反向进给峰顶期间

Tru 反向进给加速期间

TRUR 反向进给加速期间设定电路

Trur 反向进给加速期间设定信号

Tsd 正向进给减速期间

TSDR 正向进给减速期间设定电路

Tsdr 正向进给减速期间设定信号

Tsp 正向进给峰顶期间

Tsu 正向进给加速期间

TSUR 正向进给加速期间设定电路

Tsur 正向进给加速期间设定信号

VC 基准电压设定电路

Vc 基准电压值信号

VD 电压检测电路

Vd 电压检测信号

VF 异常电压除去电路

Vf 电压限制值信号

VF2 第2异常电压除去电路

VF3 第3异常电压除去电路

VR 电压设定电路

Vw 焊接电压

WL 电抗器

WM 进给电动机

Wrp 反向进给峰值

WRR 反向进给峰值设定电路

Wrr 反向进给峰值设定信号

Wsp 正向进给峰值

WSR 正向进给峰值设定电路

Wsr 正向进给峰值设定信号

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]

实施方式1的发明设定异常电压除去控制的容许范围，在母材的材质为不锈钢时，将其设定成比钢铁时更大的值。

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。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，遵循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，将输出电压E输出。虽省略图示，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、对整流过的直流进行平滑的平滑电容器、将平滑过的直流变换成高频交流的由上述的误差放大信号Ea驱动的逆变器电路、将高频交流降压成适于焊接的电压值的高频变压器、将降压的高频交流整流成直流的2次整流器。

电抗器WL对上述的输出电压E进行平滑。该电抗器WL的电感值例如是100μH。

进给电动机WM将后述的进给控制信号Fc作为输入，交替重复正向进给和反向进给来使焊丝1以进给速度Fw进给。在进给电动机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而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内被进给，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，通电焊接电流Iw。

若焊接作业人员选择与母材的材质对应的编号，则材质选择电路MS输出成为该编号的值的材质选择信号Ms。例如若选择钢铁则为Ms＝1，若选择不锈钢则为Ms＝2。

电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw，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，输出电压检测信号Vd。短路判别电路SD将上述的电压检测信号Vd作为输入，在该值不足预先确定的短路判别值(10V程度)时判别为处于短路期间，输出成为高电平的短路判别信号Sd，在该值为预先确定的短路判别值以上是判别为处于电弧期间，输出成为低电平的短路判别信号Sd。

基准电压值设定电路VC将上述的电流检测信号Id作为输入，输出与电流检测信号Id的值对应的预先确定的基准电压值信号Vc。例如在该电路中存储Vc＝a×Id+b的函数。a以及b是正的常数。

容许范围设定电路HR将上述的材质选择信号Ms作为输入，输出适于材质选择信号Ms的预先确定的容许范围设定信号Hr。

异常电压除去电路VF将上述的电压检测信号Vd、上述的基准电压值信号Vc以及上述的容许范围设定信号Hr作为输入，将电压检测信号Vd的值限制在以基准电压值信号Vc为中心值的容许范围Vc±Hr内来输出电压限制值信号vf。

电压设定电路VR输出预先确定的电压设定信号Vr。

电压误差放大电路EV将上述的电压设定信号Vr以及上述的电压限制值信号Vf作为输入，将电压设定信号Vr(+)与电压限制值信号Vf(-)的误差放大并输出电压误差放大信号Ev。

正向进给加速期间设定电路TSUR输出预先确定的正向进给加速期间设定信号Tsur。

正向进给减速期间设定电路TSDR输出预先确定的正向进给减速期间设定信号Tsdr。

反向进给加速期间设定电路TRUR输出预先确定的反向进给加速期间设定信号Trur。

反向进给减速期间设定电路TRDR输出预先确定的反向进给减速期间设定信号Trdr。

正向进给峰值设定电路WSR输出预先确定的正向进给峰值设定信号Wsr。

反向进给峰值设定电路WRR输出预先确定的反向进给峰值设定信号Wrr。

进给速度设定电路FR将上述的正向进给加速期间设定信号Tsur、上述的正向进给减速期间设定信号Tsdr、上述的反向进给加速期间设定信号Trur、上述的反向进给减速期间设定信号Trdr、上述的正向进给峰值设定信号Wsr、上述的反向进给峰值设定信号Wrr以及上述的短路判别信号Sd作为输入，输出通过以下的处理生成的进给速度图案，作为进给速度设定信号Fr。在该进给速度设定信号Fr成为0以上时成为正向进给期间，不足0时成为反向进给期间。

1)在由正向进给加速期间设定信号Tsur确定的正向进给加速期间Tsu中，输出从0直线状加速到由正向进给峰值设定信号Wsr确定的正的值的正向进给峰值Wsp的进给速度设定信号Fr。

2)接下来在正向进给峰顶期间Tsp中，输出维持上述的正向进给峰值Wsp的进给速度设定信号Fr。

3)若短路判别信号Sd从低电平(电弧期间)变化到高电平(短路期间)，则移转到通过正向进给减速期间设定信号Tsdr确定的正向进给减速期间Tsd，输出从上述的正向进给峰值Wsp直线状减速到0的进给速度设定信号Fr。

4)接下来，在由反向进给加速期间设定信号Trur确定的反向进给加速期间Tru中，输出从0直线状加速度由反向进给峰值设定信号Wrr确定的负的值的反向进给峰值Wrp的进给速度设定信号Fr。

5)接下来，在反向进给峰顶期间Trp中，输出维持上述的反向进给峰值Wrp的进给速度设定信号Fr。

6)若短路判别信号Sd从高电平(短路期间)变化到低电平(电弧期间)，则移转到通过反向进给减速期间设定信号Trdr确定的反向进给减速期间Trd，输出从上述的反向进给峰值Wrp直线状减速到0的进给速度设定信号Fr。

7)通过重复上述的1)～6)来生成正负的梯形波状变化的进给图案的进给速度设定信号Fr。

进给控制电路FC将上述的进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以相当于进给速度设定信号Fr的值的进给速度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。

减流电阻器R插入在上述的电抗器WL与焊炬4之间。该减流电阻器R的值被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)。若该减流电阻器R插入到通电路，则积蓄于电抗器WL以及外部线缆的电抗器的能量急剧放电。

晶体管TR与上述的减流电阻器R并联连接，按照后述的驱动信号Dr被接通或断开控制。

缩颈检测电路ND将上述的短路判别信号Sd、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，输出缩颈检测信号Nd，其在短路判别信号Sd为高电平(短路期间)时的电压检测信号Vd的电压上升值到达基准值的时间点判别为缩颈的形成状态成为基准状态而成为高电平，在短路判别信号Sd变化为低电平(电弧期间)的时间点成为低电平。另外，也可以在短路期间中的电压检测信号Vd的微分值达到与其对应的基准值的时间点使缩颈检测信号Nd变化为高电平。进而，也可以将电压检测信号Vd的值除以电流检测信号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基准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以及上述的电流检测信号Id作为输入，输出电流比较信号Cm，其在Id＜Ilr时成为高电平，在Id≥Ilr时成为低电平。

驱动电路DR将上述的电流比较信号Cm以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，将驱动信号Dr输出给上述的晶体管TR的基极端子，该驱动信号Dr在缩颈检测信号Nd变化为高电平时变化为低电平，若之后电流比较信号Cm变化为高电平，则变化为高电平。因此，由于该驱动信号Dr在检测到缩颈时成为低电平，晶体管TR成为断开状态，在通电路插入减流电阻器R，因此在短路负载通电的焊接电流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)在短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时，输出成为低等级电流设定信号Ilr的电流控制设定信号Icr。

2)若短路判别信号Sd变化到高电平(短路期间)，则输出电流控制设定信号Icr，其使得在预先确定的初始期间中成为预先确定的初始电流设定值，之后以预先确定的短路时倾斜上升到预先确定的短路时峰顶设定值并维持该值。

3)之后若缩颈检测信号Nd变化为高电平，则输出成为低等级电流设定信号Ilr的值的电流控制设定信号Icr。

电流误差放大电路EI将上述的电流控制设定信号Icr以及上述的电流检测信号Id作为输入，放大电流控制设定信号Icr(+)与电流检测信号Id(-)的误差，并输出电流误差放大信号Ei。

小电流期间电路STD将上述的短路判别信号Sd作为输入，输出小电流期间信号Std，其在从短路判别信号Sd变化为低电平(电弧期间)的时间点起经过预先确定的电流降时间的时间点成为高电平，之后若短路判别信号Sd成为高电平(短路期间)则成为低电平。

电源特性切换电路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、上述的短路判别信号Sd以及上述的小电流期间信号Std作为输入，进行以下的处理，输出误差放大信号Ea。

1)在从短路判别信号Sd变化为高电平(短路期间)的时间点起到短路判别信号Sd变化为低电平(电弧期间)并经过预先确定的延迟期间的时间点为止的期间中，输出电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea。

2)在之后的电弧期间中，输出电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea。

3)在之后电弧期间中小电流期间信号Std成为高电平的期间中，输出电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea。

通过该电路，焊接电源的特性在短路期间、延迟期间以及小电流期间中成为恒电流特性，在这些以外的电弧期间中成为恒电压特性。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图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)表示短路判别信号Sd的时间变化，图2(E)表示小电流期间信号Std的时间变化，图2(F)表示电压限制值信号Vf的时间变化。以下参考图2来说明各信号的动作。

图2(A)所示的进给速度Fw被控制成从图1的进给速设定电路FR输出的进给速度设定信号Fr的值。进给速度Fw由通过图1的正向进给加速期间设定信号Tsur确定的正向进给加速期间Tsu、直到发生短路为止都持续的正向进给峰顶期间Tsp、通过图1的正向进给减速期间设定信号Tsdr确定的正向进给减速期间Tsd、通过图1的反向进给加速期间设定信号Trur确定的反向进给加速期间Tru、直到产生电弧为止都持续的反向进给峰顶期间Trp以及通过图1的反向进给减速期间设定信号Trdr确定的反向进给减速期间Trd形成。进而，正向进给峰值Wsp通过图1的正向进给峰值设定信号Wsr确定，反向进给峰值Wrp通过图1的反向进给峰值设定信号Wrr确定。其结果，进给速度设定信号Fr成为正负的大致梯形波波状地变化的进给图案。

[时刻t1～t4的短路期间的动作]

若在正向进给峰顶期间Tsp中的时刻t1发生短路，则如图2(C)所示那样，由于焊接电压Vw急剧减少到数V的短路电压值，因此如图2(D)所示那样，短路判别信号Sd变化为高电平(短路期间)。对此做出响应而移转到时刻t1～t2的预先确定的正向进给减速期间Tsd，如图2(A)所示那样，进给速度Fw从上述的正向进给峰值Wsp减速到0。例如设定为正向进给减速期间Tsd＝1ms。

如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到时刻t2～t3的预先确定的反向进给加速期间Tru，从0加速度到上述的反向进给峰值Wrp。该期间中短路期间继续。例如设定为反向进给加速期间Tru＝1ms。

若在时刻t3结束反向进给加速期间Tru，则如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到反向进给峰顶期间Trp，成为上述的反向进给峰值Wrp。反向进给峰顶期间Trp直到在时刻t4产生电弧为止都继续。因此时刻t1～t4的期间成为短路期间。反向进给峰顶期间Trp不是给定值，为4ms程度。另外，例如设定为反向进给峰值Wrp＝-30m/min。

如图2(B)所示那样，时刻t1～t4的短路期间中的焊接电流Iw在预先确定的初始期间中成为预先确定的初始电流值。之后焊接电流Iw以预先确定的短路时倾斜上升，若达到预先确定的短路时峰值则维持该值。

如图2(C)所示那样，焊接电压Vw从焊接电流Iw成为短路时峰值前后起上升。这是因为，通过焊丝1的反向进给以及焊接电流Iw所引起的收缩力的作用而在焊丝1的前端的熔滴逐渐形成缩颈。

之后若焊接电压Vw的电压上升值达到基准值，则判别为缩颈的形成状态成为基准状态，图1的缩颈检测信号Nd变化为高电平。

由于响应于缩颈检测信号Nd成为高电平，图1的驱动信号Dr成为低电平，因此图1的晶体管TR成为断开状态，图1的减流电阻器R插入到通电路。同时图1的电流控制设定信号Icr变小到低等级电流设定信号Ilr的值。为此如图2(B)所示那样，焊接电流Iw从短路时峰值急剧减少到低等级电流值。然后由于若焊接电流Iw减少到低等级电流值，则驱动信号Dr回到高电平，因此晶体管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的状态，因此焊接电流Iw从电弧再产生到经过预先确定的延迟期间为止都维持低等级电流值。因此晶体管TR仅在从缩颈检测信号Nd变化为高电平的时间点到焊接电流Iw减少到低等级电流值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在一度减少后急剧上升。如图2(F)所示那样，电压限制值信号Vf由于在时刻t1～t4的短路期间中未进行异常电压除去控制，因此与成为图2(C)所示的焊接电压Vw相似形的波形。

上述的各参数例如被设定为以下的值。初始电流＝40A、初始期间＝0.5ms、短路时倾斜＝2ms、短路时峰值＝400A、低等级电流值＝50A、延迟期间＝1ms。

[时刻t4～t7的电弧期间的动作]

若在时刻t4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产生电弧，则如图2(C)所示那样，由于焊接电压Vw急增到数十V的电弧电压值，因此如图(D)所示那样，短路判别信号Sd变化为低电平(电弧期间)。对此做出响应，移转到时刻t4～t5的预先确定的反向进给减速期间Trd，如图2(A)所示那样，进给速度Fw从上述的反向进给峰值Wrp减速到0。例如设定为反向进给减速期间Trd＝1.5ms。

在时刻t5结束反向进给减速期间Trd后，移转到时刻t5～t6的预先确定的正向进给加速期间Tsu。在该正向进给加速期间Tsu中，如图2(A)所示那样，进给速度Fw从0加速到上述的正向进给峰值Wsp。在该期间中电弧期间持续。例如设定为正向进给加速期间Tsu＝1ms。

在时刻t6结束正向进给加速期间Tsu后，如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到正向进给峰顶期间Tsp，成为上述的正向进给峰值Wsp。该期间中电弧期间也持续。正向进给峰顶期间Tsp直到在时刻t7发生短路为止都持续。因此时刻t4～t7的期间成为电弧期间。然后若发生短路，就返回时刻t1的动作。正向进给峰顶期间Tsp不是给定值，为4ms程度。另外，例如设定为正向进给峰值Wsp＝35m/min。

在时刻t4产生电弧后，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw急增到数十V的电弧电压值。另一方面，如图2(B)所示那样，焊接电流Iw在从时刻t4到反向进给减速期间Trd中的时刻t41的延迟期间之间持续低等级电流值。延迟期间中持续恒电流控制。从延迟期间结束的时刻t41起切换到恒电压控制。为此如图2(B)所示那样，焊接电流Iw从时刻t41到正向进给加速期间Tsu中的时刻t51陡峭地增加。在从时刻t51到正向进给峰顶期间Tsp中的时刻t61的期间中，焊接电流Iw逐渐减少。

在从时刻t4产生电弧起经过预先确定的电流降时间的时刻t61，如图2(E)所示那样，小电流期间信号Std变化为高电平。对此做出响应，焊接电源从恒电压特性切换到恒电流特性。由此如图2(B)所示那样，焊接电流Iw降低到低等级电流值，直到发生短路的时刻t7为止都维持该值。

如图2(C)所示那样，若在时刻t4产生电弧则焊接电压Vw急增到电弧电压值，到时刻t41为止，因反向进给而电弧长度变长，因此焊接电压Vw增加。在时刻t41～t51的期间中，由于焊接电流Iw增加，因此促进了焊丝前端的熔融，焊接电压Vw持续增加。在时刻t51～t61的期间中，由于焊丝被正向进给且焊接电流Iw也减少，因此焊接电压Vw基本逐渐减少。但在该期间中的一部分期间叠加了异常电压。异常电压叠加期间中的焊接电压Vw成为大于其前后的期间的值。在时刻t61成为小电流期间后，焊接电压Vw急减。在时刻t7发生短路后，小电流期间信号Std回到低电平。由于电流降时间被设定为5ms程度，因此时刻t61的定时为正向进给峰顶期间Tsp中。

如图2(F)所示那样，时刻t4～t7的电弧期间中的电压限制值信号Vf，除了时刻t51～t61中的异常电压叠加期间中，为与焊接电压Vw相似形的波形。这是因为，这些期间中的焊接电压Vw的值是容许范围Vc±Hr内。异常电压叠加期间中的电压限制值信号Vf成为被截取高电压部分而受到限制的波形。这是因为，由于异常电压叠加期间中的焊接电压Vw的值超过容许范围的上限值Vc+Hr，因此该部分被限制在Vc+Hr。

异常电压除去控制如以下那样进行。

1)检测焊接电流Iw以及焊接电压Vw并输出电流检测信号Id以及电压检测信号Vd。

2)将电流检测信号Id作为输入，根据预先确定的函数来算出对应的基准电压值信号Vc。

3)根据材质选择信号Ms的值来设定适于钢铁或不锈钢的容许范围设定信号Hr的值。容许范围设定信号Hr的值被设定为：与钢铁时相比，不锈钢时成为更大的值。这是因为，电弧长度的变化是不锈钢的电弧焊接的情况大于钢铁的电弧焊接的情况。在不锈钢的电弧焊接的情况下，若将容许范围设定信号Hr的值设定成与钢铁的电弧焊接的情况相同的值，会将与电弧长度的变化相伴的电压检测信号Vd的值误判别成是异常电压而除去。其结果，电弧长度控制变得不稳定。

4)设定与电流检测信号Id对应的容许范围Vc±Hr。

5)电压检测信号Vd的值如以下那样限制在容许范围内。

Vd＜Vc-Hr时Vf＝Vc-Hr

Vc-Hr≤Vd≤Vc+Hr时Vf＝Vd

Vc+Hr≤Vd时Vf＝Vc+Hr

根据上述的实施方式1，在重复焊丝的正向进给和反向进给的电弧焊接中，设定异常电压除去控制的容许范围，使得在母材的材质为不锈钢时为比钢铁时更大的值。不锈钢的电弧焊接与钢铁的电弧焊接相比电弧长度的变化更大。进而，由于焊丝的进给速度不是低速而是变化的，因此进一步加大电弧长度的变化。为此，通过加大异常电压除去控制的容许范围，来使得不会除去与电弧长度的变化相伴的焊接电压的变化。其结果，在本实施方式中，在将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间，基于除去了异常电压的焊接电压来进行输出控制的焊接方法中，即使母材的材质是不锈钢，也能进行电弧稳定且焊渣产生量也少的焊接。

[实施方式2]

实施方式2的发明设定异常电压除去控制的容许范围，使得惰性气体在保护气体中所占的体积％越大则为越大的值。

图3是用于实施本发明的实施方式2所涉及的焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。图3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3将图1的材质选择电路MS置换为惰性气体比率设定电路AR，将图1的容许范围设定电路HR置换为第2容许范围设定电路HR2。以下参考图3来说明这些方块。

惰性气体比率设定电路AR输出用于设定惰性气体在保护气体中所占的体积％的惰性气体比率设定信号Ar。保护气体在二氧化碳100％的情况下为Ar＝0，在二氧化碳80％+氩气体20％的MAG气体的情况下为Ar＝20，在二氧化碳2％+氩气体98％的M2气体的情况下为Ar＝98，在氩气体100％的情况下为Ar＝100。

第2容许范围设定电路HR2将上述的惰性气体比率设定信号Ar作为输入，基于以惰性气体比率设定信号Ar为输入的预先确定的容许范围算出函数来算出容许范围，输出容许范围设定信号Hr。关于容许范围算出函数，在图4中后述。

图4是表示横轴所示的惰性气体比率设定信号Ar(％)与纵轴所示的容许范围设定信号Hr(V)的关系的图。如图4所示那样，Ar＝0％时成为Hr＝2V，Ar＝100％时成为Hr＝4V。在母材的材质为钢铁的情况下，使用Ar＝0～20％的范围的保护气体。在不锈钢的情况下，使用Ar＝98～100％的保护气体。如从图4获知的那样，惰性气体比率越大则容许范围越大。这是因为，惰性气体比率越大则电弧长度的变化越大。即，由于若惰性气体比率变大则电弧长度的变化变大，若不加大容许范围，就会将与电弧长度成正比的焊接电压误判别成是异常电压而除去。

根据上述的实施方式2的发明，惰性气体比率越大则容许范围越大。为此，由于能按照使用的保护气体的惰性气体比率设定合适的容许范围，因此能进一步提升电弧的稳定性。

[实施方式3]

实施方式3的发明在电弧期间中的包含焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中，停止异常电压除去控制。

图5是用于实施本发明的实施方式3所涉及的焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。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在图1基础上追加了电流变化率判别电路DI，将图1的异常电压除去电路VF置换为第2异常电压除去电路VF2。以下参考图5来说明这些方块。

电流变化率判别电路DI将上述的电流检测信号Id以及上述的短路判别信号Sd作为输入，算出短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时的电流检测信号Id的变化率(微分值)的绝对值，输出电流变化率判别信号Di，其在将该绝对值是预先确定的基准变化率以上的期间关闭延时(offdelay)给定期间得到的期间中成为高电平。即，该电路判别电弧期间中的焊接电流Iw的变化基准值异常地陡峭的期间。

第2异常电压除去电路VF2将上述的电压检测信号Vd、上述的基准电压值信号Vc、上述的容许范围设定信号Hr以及上述的电流变化率判别信号Di作为输入，在电流变化率判别信号Di为低电平时将电压检测信号vd的值限制在以基准电压值信号Vc为中心值的容许范围Vc±Hr内，并输出电压限制值信号vf。由该电路，在电弧期间中的包含焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中停止(禁止)异常电压除去控制。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图5的焊接电源中的各信号的时序图。图6(A)表示进给速度Fw的时间变化，图6(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图6(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图6(D)表示短路判别信号Sd的时间变化，图6(E)表示小电流期间信号Std的时间变化，图6(F)表示电压限制值信号Vf的时间变化，对图2进行追加，图6(G)表示电流变化率判别信号Di的时间变化。图6与上述的图2对应，对相同的动作不再重复说明。图6仅在图6(G)所示的电流变化率判别信号Di的动作上不同于图2。以下参考图6来说明电流变化率判别信号Di的动作。

在图6中，时刻t4～t7的期间成为电弧期间。在该电弧期间中，如图6(B)所示那样，焊接电流Iw的变化率成为基准变化率以上的期间是时刻t41～t51以及紧接时刻t61之后的期间。为此如图6(G)所示那样，电流变化率判别信号Di在时刻t41～t51+关闭延时期间以及紧接时刻t61之后的期间+关闭延时期间成为高电平。在电流变化率判别信号Di为高电平的期间中停止异常电压除去控制。如此的理由如以下那样。由于Di＝高电平的期间中是焊接电流Iw陡峭地变化的期间，因此电弧长度陡峭地变化。与此相伴，焊接电压Vw也大幅变化。有可能将该焊接电压Vw的大的变化误判别为异常电压。因此通过在Di＝高电平的期间中停止异常电压除去控制来防止误判别。其结果能进一步提升电弧的稳定性。

根据上述的实施方式3的发明，在电弧期间中的包含焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中停止异常电压除去控制。由此能防止在电弧期间中将与焊接电流陡峭变化相伴的焊接电压的变化误判别为是异常电压。如此能进一步提升电弧的稳定性。本实施方式是以实施方式1为基础的情况，但以实施方式2为基础的情况也同样。

[实施方式4]

实施方式4的发明，在包含进给速度成为反向进给减速值的期间的给定期间中，停止异常电压除去控制。

图7是用于实施本发明的实施方式4所涉及的焊接电源的输出控制方法的焊接电源的框图。图7与上述的图5对应，对同一方块标注同一标号，不再重复它们的说明。图7对图5追加反向进给减速期间判别电路DT，将图1的第2异常电压除去电路VF2置换为第3异常电压除去电路VF3。以下参考图7来说明这些方块。

反向进给减速期间判别电路DT将上述的进给速度设定信号Fr作为输入，根据进给速度设定信号Fr的变化来判别反向进给减速期间，输出反向进给减速期间判别信号Dt，其在将该反向进给减速期间关闭延时给定期间后的期间中成为高电平。

第3异常电压除去电路VF3将上述的电压检测信号Vd、上述的基准电压值信号Vc、上述的容许范围设定信号Hr、上述的电流变化率判别信号Di以及上述的反向进给减速期间判别信号Dt作为输入，在电流变化率判别信号Di为低电平且反向进给减速期间判别信号Dt为低电平时，将电压检测信号vd的值限制在以基准电压值信号Vc为中心值的容许范围Vc±Hr内，并输出电压限制值信号vf。由该电路在电弧期间中的包含焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中或在包含反向进给减速期间的给定期间中，停止(禁止)异常电压除去控制。

图8是表示本发明的实施方式4所涉及的电弧焊接电源的输出控制方法的图7的焊接电源中的各信号的时序图。图8(A)表示进给速度Fw的时间变化，图8(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图8(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图8(D)表示短路判别信号Sd的时间变化，图8(E)表示小电流期间信号Std的时间变化，图8(F)表示电压限制值信号Vf的时间变化，图8(G)表示电流变化率判别信号Di的时间变化，对图6追加，图8(H)表示反向进给减速期间判别信号Dt的时间变化。图8与上述的图6对应，对相同的动作不再重复说明。图8仅在图8(H)所示的反向进给减速期间判别信号Dt的动作上不同于图6。以下参考图8来说明反向进给减速期间判别信号Dt的动作。

在图8中，由于时刻t4～t5的期间成为反向进给减速期间Trd，因此如图8(H)所示那样，反向进给减速期间判别信号Dt在反向进给减速期间Trd+关闭延时期间中成为高电平。在反向进给减速期间判别信号Dt为高电平的期间中停止异常电压除去控制。如此的理由如以下那样。由于Dt＝高电平的期间中，是电弧期间中、且是反向进给焊丝的期间，因此电弧长度陡峭地变化。与此相伴，焊接电压Vw也大幅变化。有可能将该焊接电压Vw的大的变化误判别为异常电压。因此，通过在Dt＝高电平的期间中停止异常电压除去控制来防止误判别。其结果能进一步提升电弧的稳定性。

根据上述的实施方式4的发明，在包含进给速度成为反向进给减速值的期间的给定期间中停止异常电压除去控制。由此能防止在电弧期间中将与焊丝被反向进给相伴的焊接电压的变化误判别为是异常电压。如此能进一步提升电弧的稳定性。本实施方式以实施方式3为基础，但以实施方式1或2为基础也同样。

Claims (4)

1.一种电弧焊接电源的输出控制方法，

将焊丝的进给速度交替切换为正向进给期间和反向进给期间，重复短路期间和电弧期间来进行焊接，

检测焊接电流以及焊接电压，进行异常电压除去控制，在所述异常电压除去控制中，将所述焊接电压的检测值限制在以与所述焊接电流的检测值对应的基准电压值为中心值的预先确定的容许范围内，来算出电压限制值，

基于该电压限制值来对所述焊接电压进行输出控制，

所述电弧焊接电源的输出控制方法的特征在于，

在母材的材质为不锈钢时，设定所述容许范围成为比母材的材质为钢铁时更大的值。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

惰性气体在保护气体中所占的体积％越大，设定所述容许范围成为越大的值。

3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

在所述电弧期间中的包含所述焊接电流的变化率成为基准变化率以上的期间的给定期间中，停止所述异常电压除去控制。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

在包含所述进给速度成为反向进给减速值的期间的给定期间中，停止所述异常电压除去控制。