CN108472758A - 脉冲电弧焊接控制方法以及脉冲电弧焊接装置 - Google Patents

Abstract

控制脉冲电弧焊接装置，以使得边交替重复焊接电流为峰值电流的峰值电流期间、和焊接电流为比峰值电流小的基准电流的基准电流期间地在焊接焊丝中流动焊接电流边以进给速度朝向被焊接物的方式进给焊接焊丝从而在焊接焊丝与被焊接物之间产生电弧来焊接被焊接物。在基准电流期间将进给速度设定为第1进给速度，在峰值电流期间将进给速度设定为比第1进给速度大且与第1进给速度相应的第2进给速度，以使得将电弧的电弧长度保持为固定。通过该方法，可获得降低溅射且抑制了咬边的良好焊接质量。

Description

脉冲电弧焊接控制方法以及脉冲电弧焊接装置

技术领域

本发明涉及边进给作为自耗电极的焊接焊丝边进行脉冲电弧焊接的脉冲电弧焊接控制方法以及脉冲电弧焊接装置。

背景技术

在以往的脉冲电弧焊接中，在进行基于软钢脉冲MAG焊接的高速焊接的情况下，被焊接物被挖，为了抑制相对于被挖的部分未以已熔融的金属充分充填从而成为沟槽所残留的咬边，降低焊接电压来缩短电弧长度，边使熔滴短路过渡边进行焊接的模式是一般的施工模式。但是，在短路时，使短路电流以给定的斜率从短路开始时起上升到短路断开为止。由此，在短路断开时短路电流也有时会达到200～300A这样的高值，在短路断开时存在产生溅射的情况。

已知如下的脉冲电弧焊接法，即，为了抑制产生溅射，在短路时使短路电流以给定的斜率从短路开始时起上升到短路断开为止的过程中，若在短路即将断开之前检测到缩颈(颈部)，则使短路电流急剧降低至低值(例如参照专利文献1)。

在图9中示出以往的脉冲电弧焊接中的短路产生时的焊接电流I的波形。在该方法中，实施缩颈(颈部)控制，使焊接电流I急剧降低。

在脉冲焊接中产生了短路的情况下，为使该短路断开而通电斜率比脉冲电流上升时的斜率小的电流，在由于该通电而产生的短路断开时探测缩颈并使焊接电流急剧降低。因此，能够降低短路断开时的溅射产生有关的焊接电流的影响，其结果能够降低短路断开时的溅射产生量。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-334601号公报

发明内容

控制脉冲电弧焊接装置，以使得交替重复焊接电流为峰值电流的峰值电流期间、和焊接电流为比峰值电流小的基准电流的基准电流期间地在焊接焊丝中流动焊接电流，并且以进给速度朝向被焊接物的方式进给焊接焊丝从而在焊接焊丝与被焊接物之间产生电弧来焊接被焊接物。在基准电流期间将进给速度设定为第1进给速度，在峰值电流期间将进给速度设定为比第1进给速度大且与第1进给速度相应的第2进给速度，以使得将电弧的电弧长度保持为固定。

根据该方法，可获得降低溅射且抑制了咬边的良好焊接质量。

附图说明

图1是实施方式1中的脉冲电弧焊接装置的概略结构图。

图2是表示实施方式1中的脉冲电弧焊接装置的动作下的焊接电流、焊接电压、焊接焊丝的进给速度和熔滴过渡的状态的图。

图3是表示比较例的脉冲电弧焊接装置的动作下的焊接电流、焊接电压、进给速度和熔滴过渡的状态的图。

图4是表示实施方式1中的其他脉冲电弧焊接装置的其他动作下的焊接电流、焊接电压、进给速度和熔滴过渡的状态的图。

图5是表示实施方式1中的脉冲电弧焊接装置的焊接焊丝的进给速度的图。

图6是表示实施方式2中的脉冲电弧焊接装置的概略结构的图。

图7A是表示实施方式2中的脉冲电弧焊接装置的动作下的焊接电流、焊接电压、焊接焊丝的进给速度和熔滴过渡的状态的图。

图7B是图7A所示的进给速度的放大图。

图8是表示实施方式2中的脉冲电弧焊接装置的焊接焊丝的进给速度的图。

图9是表示以往的脉冲电弧焊接中的焊接电流的图。

具体实施方式

(实施方式1)

图1是实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001的概略结构图。脉冲电弧焊接装置1001主要具备被称为焊接机的焊接电源装置18、和也被称为机械手的机器人21。

焊接电源装置18具备：输出包含焊接电流I和焊接电压V的焊接输出的焊接电源部18a、和对焊接电源部18a进行控制的焊接控制部1gb。焊接电源装置18具备：对输入电源1的输出进行整流的1次整流部2、通过对1次整流部2的输出进行控制来控制焊接输出的开关元件3、将来自开关元件3的电力绝缘并进行变换的变压器4、对变压器4的2次侧输出进行整流的2次整流部5、与2次整流部5串联连接的电抗器6(也称为DCL)、和用于驱动开关元件3的输出控制部7。焊接电源装置18还具备：对焊接电压V进行检测的焊接电压检测部8、对焊接电流I进行检测的焊接电流检测部9、基于焊接电压检测部8的输出以及/或者焊接电流检测部9的输出来判定焊接状态是短路状态还是电弧状态的短路/电弧检测部10、在短路期间中对输出控制部7进行控制的短路控制部11、和在电弧期间中对输出控制部7进行控制的电弧控制部12。焊接电源装置18还具备焊丝进给控制部17和输出端子29a以及输出端子29b。

电弧控制部12具备：脉冲波形控制部13，其具有脉冲上升控制部14、峰值电流控制部15和脉冲下降控制部16。

对机器人21的动作进行控制的机器人控制部19具备用于设定焊接条件的焊接条件设定部20。而且，机器人控制部19以与焊接电源装置18能通信的方式连接。另外，在机器人21安装有焊炬26。

处于与焊接电源装置18连接的机器人控制部19的内部的焊接条件设定部20用于设定焊接电流、焊接电压等。焊接电源装置18的输出端子29a与对处于焊炬26内的焊接焊丝23进行保持的焊嘴27电连接，经由焊嘴27而向焊接焊丝23供给电力。焊接电源装置18的输出端子29b与被焊接物24电连接，向被焊接物24供给电力。在焊接焊丝23的前端部与被焊接物24之间产生电弧28。具备进给辊的焊丝进给部25从保存焊接焊丝23的焊接焊丝保存部22朝向焊嘴27，以进给速度WF朝被焊接物24进给焊接焊丝23。

另外，图1所示的构成脉冲电弧焊接装置1001的各构成部分可以分别单独构成，也可以将多个构成部分复合来构成。

图2表示脉冲电弧焊接装置1001的焊接电流I、焊接电压V、进给速度WF和熔滴过渡的状态。焊接电源装置18通过向焊接焊丝23供给焊接电压V和焊接电流I，由此在焊接焊丝23与被焊接物24之间产生电弧28，并且使焊接焊丝23熔融从而在焊接焊丝23的前端形成熔滴23d。熔滴23d从焊接焊丝23的前端移动并附着在被焊接物24上，对被焊接物24进行焊接。脉冲电弧焊接装置1001构成为在熔滴过渡(脱离)状态下将焊接焊丝23和被焊接物24不发生短路的程度的短的电弧28的电弧长度H确保为固定。在焊接焊丝23的前端形成熔滴23d从而与焊接焊丝23相连的情况下，电弧28在焊接焊丝23的前端所形成的熔滴23d与被焊接物24之间产生。因此，在焊接焊丝23的前端形成熔滴23d从而与焊接焊丝23相连的情况下，电弧28的电弧长度H实质上是焊接焊丝23的前端所形成的熔滴23d与被焊接物24之间的距离。在焊接焊丝23的前端未形成熔滴23d、或者在焊接焊丝23的前端未相连熔滴23d的情况下，电弧28在焊接焊丝23的前端与被焊接物24之间产生。即，在焊接焊丝23的前端未形成熔滴23d、或者在焊接焊丝23的前端未相连熔滴23d的情况下，电弧28的电弧长度H实质上是焊接焊丝23的前端与被焊接物24之间的距离。图2所示的焊接电流I交替重复：焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT、和焊接电流I为比峰值电流IP小的基准电流IB的基准电流期间IBT。

在图2所示的脉冲电弧焊接装置1001中的焊接电流I、焊接电压V、熔滴过渡的状态和进给速度WF下，在使熔滴23d生长的峰值电流期间IPT使进给速度WF增加，在基准电流期间IBT实现稳定的熔滴过渡(脱离)状态，由此来抑制电弧长度H的变化从而将电弧长度H确保为固定的值H1。

图3表示比较例的脉冲电弧焊接装置的焊接电流I、焊接电压V、熔滴过渡的状态和进给速度WF。在比较例的脉冲电弧焊接装置中，焊接焊丝23的进给速度WF为固定，且在基准电流期间IBT使熔滴过渡(脱离)。由此，电弧长度H在值H1至值H2的范围内变化。

图3所示的焊接电流I的脉冲波形是在稳定焊接期间实现周期性重复的稳定的熔滴过渡(脱离)的基准脉冲波形。焊接电流I的脉冲波形包括：焊接电流I从基准电流IB向峰值电流IP转变的脉冲上升期间IPRT、焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT、焊接电流I从峰值电流IP向基准电流IB转变的脉冲下降期间IPFT、和焊接电流I为基准电流IB的基准电流期间IBT。以脉冲频率PHz周期性地重复脉冲上升期间IPRT、峰值电流期间IPT、脉冲下降期间IPFT和基准电流期间IBT，从而可获得周期性的熔滴过渡状态。

在图2和图3所示的熔滴过渡中，焊接控制部18b调整峰值电流IP、基准电流IB、脉冲上升期间IPRT、峰值电流期间IPT、脉冲下降期间IPFT和基准电流期间IBT等的决定脉冲波形的脉冲波形参数，以使每一脉冲实现熔滴23d脱离一次的1脉冲1滴落。脉冲波形参数根据被焊接物24、使用的焊接焊丝23等的焊接条件而不同，例如能够通过实验等的施工确认来预先求出。

对图3所示的比较例的脉冲电弧焊接装置的焊接电流I、焊接电压V、熔滴过渡的状态和进给速度WF进行详细说明。比较例的脉冲电弧焊接装置的焊接控制部在脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1使焊接电流I开始从基准电流IB向峰值电流IP转变，在脉冲上升期间IPRT结束的时间点t2使焊接电流I达到峰值电流IP从而开始峰值电流期间IPT。焊接控制部在峰值电流期间IPT中实质上将焊接电流I维持在峰值电流IP。然后，焊接控制部在峰值电流期间IPT结束的时间点t3使焊接电流I开始从峰值电流IP减少从而开始脉冲下降期间IPFT，在脉冲下降期间IPFT结束的时间点t4使焊接电流I达到比峰值电流IP小的基准电流IB从而开始基准电流期间IBT。焊接控制部在基准电流期间IBT中实质上将焊接电流I维持在基准电流IB。焊接控制部在基准电流期间IBT结束且脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1使焊接电流I开始从基准电流IB向峰值电流IP转变。如此，焊接控制部以脉冲频率PHz(脉冲周期(1/PHz))重复脉冲上升期间IPRT、峰值电流期间IPT、脉冲下降期间IPFT和基准电流IB。在焊接电流I从基准电流IB向峰值电流IP转变的脉冲上升期间IPRT，熔滴23d开始生长(状态Sa)，在焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT，熔滴23d生长直至具有最佳的大小为止(状态Sb)。然后，在焊接电流I从峰值电流IP向基准电流IB转变的脉冲下降期间IPFT，在焊接焊丝23的前端处熔滴23d即将从焊接焊丝23脱离之前，变为形成缩颈的缩颈状态，该缩颈是形成在与焊接焊丝23相连的熔滴23d和焊接焊丝23之间且局部具有小径的部分(状态Sc)。然后，在焊接电流I为基准电流IB的基准电流期间IBT，熔滴23d从焊接焊丝23脱离(状态Sd)。在此，在基准电流期间IBT中，在熔滴23d脱离(状态Sd)之后，由于焊接焊丝23的前端的余热而熔滴23d稍微生长从而变大。

在图3所示的比较例的脉冲电弧焊接装置中，焊接焊丝23的进给速度WF是与焊接电流I的设定电流相应的固定的进给速度WF1。

该熔滴过渡(脱离)状态以脉冲频率PHz反复进行，由此能够实现稳定的焊接状态，能够实现溅射少的漂亮外观的焊道。

在图3所示的比较例的脉冲电弧焊接装置中，在峰值电流期间IPT和基准电流期间IBT中，电弧长度H在不同的值H1与值H2之间变化。在峰值电流期间IPT中，大的峰值电流IP被施加于焊接焊丝23，焊接焊丝23熔融的熔融速度变得比进给速度WF1大，形成熔滴23d从而电弧长度H变长(值H2)。在基准电流期间IBT中，小的基准电流IB被施加于焊接焊丝23，焊接焊丝23的熔融速度变得比进给速度WF1小，电弧长度H变短(值H1)。

如此，在脉冲波形的1个周期中电弧长度H变化为值H1和值H2，该变化以脉冲频率PHz反复进行。直到熔滴23d移动并凝固到被焊接物24上为止在被焊接物24上形成熔池。熔池由包括被焊接物24已熔融的部分在内的熔融金属构成。在峰值电流期间IPT中电弧长度H暂时性地变长为值H2，由此熔池变大。通过熔池凝固从而在被焊接物24形成焊道。成为焊道的已熔融的金属，从温度低的焊道的边缘开始凝固，温度高的焊道的中心作为最终凝固点而最后凝固。使被焊接物24相对于焊炬26而相对地在移动方向上移动的情况下，焊道在移动方向形成得细长，最终凝固点成为与焊道的移动方向呈直角的宽度方向的中心。因此，形成焊道时的熔融金属不断凝固，以使得被拉至最终凝固点。由此，温度低的焊道的边缘和温度高的焊道的中心之间的距离越大，即，熔池越大，则焊道的边缘处的熔融金属的量越容易不足，越容易产生咬边。

在比较例的脉冲电弧焊接装置中，通过降低焊接电压V来缩短电弧长度H，减小熔池，从而能够抑制咬边。但是，由于焊接电压V的下降，熔滴23d从喷射过渡变为短路过渡，由此存在焊接焊丝23与被焊接物24的短路所引起的溅射增加的情况。

在实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001之中的图2所示的动作中，能够边将短的电弧长度H确保为固定边焊接被焊接物24，以使得即便在高速焊接时也会减小熔池且不会产生短路。以下说明该动作。另外，不发生短路的程度的短的电弧长度H例如为2mm～3mm程度。

在图2所示的焊接电流I的脉冲波形中，与图3所示的脉冲波形同样，在焊接电流I从基准电流IB向峰值电流IP转变的脉冲上升期间IPRT，熔滴23d开始生长(状态Sa点)。然后，在焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT，使熔滴23d生长直至具有最佳的大小为止(状态Sb)。然后，在焊接电流I从峰值电流IP向基准电流IB转变的脉冲下降期间IPFT，产生作为在焊接焊丝23的前端处熔滴23d即将从焊接焊丝23脱离之前的状态的形成缩颈的缩颈状态(状态Sc)。然后，在焊接电流I为基准电流IB的基准电流期间IBT，熔滴23d从焊接焊丝23脱离(状态Sd)。

图2所示的动作相对于图3所示的比较例的动作而进给焊接焊丝23的进给速度WF不同。焊接控制部18b将进给速度WF设定为进给速度WF1。焊接控制部18b在脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1使进给速度WF开始朝向比进给速度WF1大的进给速度WF2增加，从而达到进给速度WF2。在图2所示的动作中，焊接电流I在时间点t1刚开始从进给速度WF1增加之后便达到进给速度WF2。然后，焊接控制部18b在脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3使进给速度WF开始从峰值电流期间IPT中的进给速度WF2朝向基准电流期间IBT中的进给速度WF1减少，从而达到进给速度WF1。在图2所示的动作中，焊接电流I在时间点t3刚开始从进给速度WF2减少之后便达到进给速度WF1。

焊接控制部18b边与焊接电流I的脉冲波形相匹配地使进给速度WF以脉冲频率PHz周期性地变化为进给速度WF1、WF2边实现熔滴过渡(脱离)状态。由此，能够边将短的电弧长度H保持为固定边实现稳定的焊接状态，能够形成无咬边的溅射少的漂亮外观的焊道。

图4表示用于将电弧长度H设为固定的脉冲电弧焊接装置1001的其他动作下的焊接电流I、焊接电压V、进给速度WF和熔滴过渡的状态。在图4中，对于与图2所示的动作相同的部分赋予相同的参照编号。在图4所示的动作中，焊接控制部18b在脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1使焊接焊丝23的进给速度WF开始从进给速度WF1朝向进给速度WF2以给定的斜率增加，在时间点t1之后达到进给速度WF2，然后维持在进给速度WF2。之后，焊接控制部18b在峰值电流期间IPT结束且脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3使进给速度WF开始从进给速度WF2朝向进给速度WF1以给定的斜率减少，在时间点t3之后于时间点t4达到进给速度WF1，然后维持在进给速度WF1。

如图4所示，优选焊接控制部18b在时间点t1使进给速度WF开始从进给速度WF1朝向进给速度WF2以给定的斜率增加，在时间点t2达到进给速度WF2，然后维持在进给速度WF2。即，优选调整进给速度WF从进给速度WF1增加到进给速度WF2的给定的斜率，以使得进给速度WF从进给速度WF1增加到进给速度WF2的期间与脉冲上升期间IPRT一致。进而，优选焊接控制部18b在时间点t3使进给速度WF开始从进给速度WF2朝向进给速度WF1以给定的斜率减少，在时间点t4达到进给速度WF1之后维持在进给速度WF1。即，优选调整进给速度WF从进给速度WF2减少到进给速度WF1的给定的斜率，以使得进给速度WF从进给速度WF2减少到进给速度WF1的期间与脉冲下降期间IPFT一致。

图5表示进给速度WF的进给速度WF2。详细而言，图5表示焊接焊丝23由具有的直径的软钢构成、利用了Ar气体和CO₂气体被混合后的保护气体24G(参照图1)的脉冲MAG焊接(Ar∶CO₂＝80∶20)中的、从进给速度WF2减去进给速度WF1得到的差即增加量WFU、与进给速度WF1的关系(WF2＝WF1+WFU)。

在图5中，横轴表示进给速度WF1，纵轴表示从进给速度WF1向进给速度WF2的增加量WFU。例如，在进给速度WF1为4m/min的情况下，增加量WFU成为1m/min。在进给速度WF1为8m/min的情况下，增加量WFU成为2m/min。在图5所示的关系中，进给速度WF2相对于进给速度WF1的增加率、即增加量WFU相对于进给速度WF1的比例为25％程度。进给速度WF越增加，则焊接电流I越大，因此熔滴23d也越大。因此，若进给速度WF1变大，则虽然进给速度WF2的增加率相同，但增加量WFU却变大。

根据焊接焊丝23的直径、材质、保护气体24G等的焊接条件而进给速度WF的适当的增加量WFU(增加率)不同，例如能够通过实验等的施工确认来预先求出。

例如，作为材质不同的例子，在焊接焊丝23的材质为不锈钢的情况下，由于不锈钢的粘性高，熔滴23d不易脱离，因此与软钢相比具有熔滴23d变大的趋势。因此，在焊接焊丝23的材质为不锈钢的情况下，从进给速度WF1向进给速度WF2的增加量WFU较之于图5所示的软钢的情况而变大。

此外，作为保护气体24G不同的例子，在利用了Ar气体比率多的保护气体24G的MAG焊接(Ar∶CO₂＝90∶10)的情况下，较之于MAG焊接(Ar∶CO₂＝80∶20)的情况，具有熔滴23d易于脱离、熔滴23d变小的趋势。因此，Ar气体比率多的MAG焊接(Ar∶CO₂＝90∶10)中的增加量WFU较之于图5所示的MAG焊接(Ar∶CO₂＝80∶20)的情况而变小。

此外，作为焊丝的直径不同的例子，若焊接焊丝23的直径变得比粗，则具有熔滴23d的大小也变得大于的直径的趋势。因此，焊接焊丝23的直径比粗的情况下的增加量WFU较之于图5所示的的直径的情况而变大。反之，若焊接焊丝23的直径比细，则具有熔滴23d较之于焊接焊丝23的直径为的情况而变小的趋势。因此，在焊接焊丝23的直径比细的情况下，增加量WFU较之于图5所示的焊接焊丝23的直径为的情况而变小。

即便电弧长度H短，尤其也不会在峰值电流期间IPT产生焊接焊丝23与被焊接物24的短路，为了将电弧长度H设为固定，增加量WFU相对于进给速度WF1的比例基本上优选为10％～30％。另外，进给速度WF1与增加量WFU的相关关系不仅仅是图5所示的1次函数，还可以是2次函数，可以通过对进给速度WF1与增加量WFU的离散性的值进行保存的数据库来决定增加量WFU。

通常的脉冲电弧焊接，在峰值电流期间中施加高的电流，由于焊丝熔融快，因此通过熔滴形成而电弧长度变长，在基准电流期间中，通过低的电流的施加，由于焊丝熔融慢，因此电弧长度变短。

因而，在脉冲的1个周期的期间，电弧长度重复长短。若电弧长度暂时性地长，则在高速焊接时易于产生咬边。为了抑制咬边，通过降低电压从而缩短电弧长度，短路过渡中的溅射增加也不会被避免。

为了抑制溅射，可以在短路时从短路开始时起直至使短路电流以给定的斜率上升到短路断开为止。然后，可以在短路即将断开之前对缩颈进行检测，从而使短路电流急剧地降低至低的值。但是，即便是该方法，也存在无法大幅降低溅射的情况。

因此，在以往的脉冲电弧焊接中，难以兼顾咬边的抑制和溅射的降低。

如前述，在实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001之中，将峰值电流期间IPT中的焊接焊丝23的进给速度WF设定为进给速度WF2，使进给速度WF与焊接电流I的峰值电流IP和基准电流IB的切换同步地变化为进给速度WF1、WF2，从而能够实现抑制了咬边的溅射少的脉冲电弧焊接。

在实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001之中，根据峰值电流期间IPT和基准电流期间IBT来改变焊接焊丝23的进给速度WF。尤其是，在基准电流期间IBT，将进给速度WF设定为进给速度WF1，在峰值电流期间IPT，将进给速度WF设定为比进给速度WF1大且与进给速度WF1相应的进给速度WF2。由此，能够缩短电弧长度H而变为固定，能够稳定地减小熔池。此外，焊道的边缘与焊道的宽度方向的中心的温度差变小，在作为最终凝固点的焊道的宽度方向的中心，熔融金属不易被拉伸。由此，焊道的边缘的熔融金属的量不易变得不足，从而能够抑制咬边。实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001尤其在高速焊接时也能够实现抑制了咬边的良好焊接质量。此外，实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001能够边抑制咬边边在峰值电流期间IPT中使熔滴23d变为喷射过渡的状态而非短路过渡的状态，因此还能够抑制溅射。

若在焊接焊丝23与被焊接物24之间产生了短路，则焊接电流I成为短路电流IS。在图1所示的焊接电源装置18中，短路控制部11若从短路/电弧检测部10接收到表示产生短路的信号，则控制短路电流IS，以便能够使得短路断开。

电弧控制部12若从短路/电弧检测部10接收到表示产生了电弧28的信号，则基于受焊丝进给控制部17控制的进给速度WF来输出脉冲电流波形的信号的脉冲波形控制部13，将峰值电流IP和基准电流IB等的决定焊接电流I的脉冲波形的脉冲波形参数发送至输出控制部7。进给速度WF与电弧控制部12的被焊接条件设定部20设定的焊接电流I的设定电流或者设定电流具有相关关系。脉冲波形控制部13的脉冲上升控制部14在脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1输出使进给速度WF从进给速度WF1朝向进给速度WF2开始增加的定时信号。脉冲下降控制部16在脉冲下降IPFT开始的时间点t3输出使进给速度WF从进给速度WF2朝向进给速度WF1开始减少的定时信号。脉冲波形控制部13对峰值电流IP和基准电流IB进行控制。

焊接电源装置18的焊丝进给控制部17基于被设置于机器人控制部19内的焊接条件设定部20设定的焊接电流I的设定电流，来决定与设定电流对应的进给速度WF并输出进给速度WF。并且，电弧控制部12的脉冲波形控制部13接收从焊丝进给控制部17输出的进给速度WF，并输出与接收到的进给速度WF相应的峰值电流IP和基准电流IB、脉冲上升期间IPRT、峰值电流期间IPT和脉冲下降期间IPFT等的、决定焊接电流I的脉冲波形的脉冲波形参数。具备进给辊的焊丝进给部25基于焊丝进给控制部17的信号来进给焊接焊丝23。

如上述，脉冲电弧焊接装置1001构成为利用焊接焊丝23来焊接被焊接物24。控制脉冲电弧焊接装置，以使得边交替重复焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT、和焊接电流I为比峰值电流IP小的基准电流IB的基准电流期间IBT地在焊接焊丝23中流动焊接电流I边以进给速度WF朝向被焊接物24的方式进给焊接焊丝23从而在焊接焊丝23与被焊接物24之间产生电弧28来焊接被焊接物24。焊接控制部18b控制进给速度WF，以使得将电弧28的电弧长度H保持为固定。焊接控制部18b在基准电流期间IBT将进给速度WF设定为进给速度WF1，在峰值电流期间IPT将进给速度WF设定为比进给速度WF1大且与进给速度WF1相应的进给速度WF2。

进给速度WF2可以比进给速度WF1大与焊接焊丝23的直径和材质的至少一个相应的值。

焊接控制部18b可以控制脉冲电弧焊接装置1001，以使得利用保护气体24G来焊接被焊接物24。在该情况下，进给速度WF2可以比进给速度WF1大与焊接焊丝23的直径、材质以及保护气体24G的至少一个相应的值。

焊接控制部18b可以在从峰值电流期间IPT过渡至基准电流期间IBT之际，与焊接电流I从峰值电流IP向基准电流IB开始下降同时地使进给速度WF从进给速度WF2朝向进给速度WF1开始减少。

焊接控制部18b可以控制进给速度WF，以使得从进给速度WF1达到进给速度WF2为止的期间变得与焊接电流I从基准电流IB达到峰值电流IP的期间相同。另外，相同的期间是指不仅长度相同，而且它们的开始时间点和结束时间点也分别相同的期间。

焊接控制部18b可以控制进给速度WF，以使得进给速度WF从进给速度WF2达到进给速度WF1为止的期间变得与焊接电流I从峰值电流达到基准电流IB为止的期间相同。

进给速度WF2可以比进给速度WF1大进给速度WF1的10％～30％的范围的值。

如以上，在本实施方式中的脉冲电弧焊接控制方法以及脉冲电弧焊接装置1001之中，在电弧长度H变长的峰值电流期间IPT，使进给速度WF增加到比进给速度WF1大且与进给速度WF1相应的进给速度WF2。由此，能够使得峰值电流期间IPT的电弧长度H与基准电流期间IBT相同且缩短到不发生短路的程度。由此，不成为短路过渡状态地在喷射过渡状态下熔滴23d从焊接焊丝23脱离，不会产生与产生短路相伴的溅射，能够几乎不产生溅射。由此，即便在高速的焊接时也能够实现抑制了咬边的良好焊接质量。

(实施方式2)

图6是实施方式2中的脉冲电弧焊接装置1002的概略结构图。在图6中，对于与图1所示的实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001相同的部分赋予相同的参照编号。实施方式2中的脉冲电弧焊接装置1002的焊接控制部18b具备对熔滴23d从焊接焊丝23脱离的时间点进行检测的熔滴脱离检测部30。熔滴脱离检测部30通过检测形成在与焊接焊丝23相连的熔滴23d和焊接焊丝23之间且局部具有小径的缩颈23p，由此来检测熔滴23d脱离的时间点。

图7A表示脉冲电弧焊接装置1002的动作下的焊接电流I、焊接电压V、焊接焊丝23的进给速度WF和熔滴过渡的状态。在图7A中，对于与图4和图5所示的实施方式1中的脉冲电弧焊接装置1001的动作相同的部分赋予相同的参照编号。在实施方式2中的脉冲电弧焊接装置1002之中，焊接控制部18b在基准电流期间IBT将焊接焊丝23的进给速度WF设为进给速度WF1。焊接控制部18b在峰值电流期间IPT将焊接焊丝23的进给速度WF设为比进给速度WF1大的进给速度WF2。然后，焊接控制部18b在脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3使进给速度WF朝向比进给速度WF1小的进给速度WF3开始减少，从而达到进给速度WF3。然后，直至检测到熔滴23d从焊接焊丝23脱离为止，焊接控制部18b将进给速度WF维持在进给速度WF3从而将电弧长度H保持为固定。

对图7A所示的脉冲电弧焊接装置1002的焊接电流I、焊接电压V、熔滴过渡的状态和进给速度WF进行详细说明。在焊接电流I从基准电流IB向峰值电流IP转变的脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1，熔滴23d开始生长(状态Sa)。然后，在焊接电流I为峰值电流IP的峰值电流期间IPT，使熔滴23d生长直至具有最佳的大小为止(状态Sb)。然后，在焊接电流I从峰值电流IP向基准电流IB转变的脉冲下降期间IPFT，在熔滴23d即将从焊接焊丝23的前端脱离之前的状态下，实现形成有缩颈23p的缩颈状态(状态Sc)。然后，在焊接电流I为基准电流IB的基准电流期间IBT，使熔滴23d从焊接焊丝23脱离(状态Sd)。

进给焊接焊丝23的进给速度WF的控制是图7A所示的动作和图4所示的实施方式1中的动作的主要不同。在图7A所示的动作中，焊接控制部18b在基准电流期间IBT结束且脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1使进给速度WF从基准电流期间IBT中的进给速度WF1朝向进给速度WF2以给定的斜率增加，从而达到进给速度WF2。在实施方式2的动作中，与实施方式1的动作同样，进给速度WF在脉冲上升期间IPRT结束且峰值电流期间IPT开始的时间点t2达到进给速度WF2。然后，焊接控制部18b在峰值电流期间IPT结束且脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3使进给速度WF从峰值电流期间IPT的进给速度WF2朝向比基准电流期间IBT的进给速度WF1小的进给速度WF3以给定的斜率开始减少，达到进给速度WF3之后维持在进给速度WF3。然后，焊接控制部18b在熔滴脱离检测部30检测到熔滴23d从焊接焊丝23脱离的脱离时间点td，使进给速度WF从进给速度WF3向进给速度WF1开始增加，达到进给速度WF1之后维持在进给速度WF1。

关于实施方式2中的脉冲电弧焊接装置1002的尤其是从峰值电流期间IPT转变至基准电流期间IBT时的动作，以下进行详细说明。图7B是图7A所示的部分MA的进给速度WF的放大图，表示检测到熔滴23d脱离的脱离时间点td前后的进给速度WF。焊接控制部18b如图7A所示那样在时间点t3使进给速度WF从峰值电流期间IPT的进给速度WF2朝向进给速度WF3以给定的斜率开始减少，如图7B所示那样达到进给速度WF3之后维持在进给速度WF3。在实施方式2中的动作之中，在进给速度WF从进给速度WF2向进给速度WF3减少的中途，与图4所示的实施方式1中的动作同样地，在时间点t4进给速度WF成为进给速度WF1。然后，焊接控制部18b使进给速度WF以相同的给定的斜率朝向进给速度WF3进一步持续减少，从而在时间点t41达到进给速度WF3，然后维持在进给速度WF3。然后，在熔滴脱离检测部30检测到熔滴23d从焊接焊丝23脱离的脱离时间点td，焊接控制部18b使进给速度WF从进给速度WF3向进给速度WF1开始增加，达到进给速度WF1之后维持在进给速度WF1。然后，焊接控制部18b如图7A所示那样直到基准电流期间IBT结束的时间点t1为止将进给速度WF维持在进给速度WF1。

如此，在实施方式2中的脉冲电弧焊接控制方法之中，除了上述的实施方式1之外，还使从比进给速度WF1大的进给速度WF2减少到比进给速度WF1小的进给速度WF3的进给速度WF，在检测到熔滴23d脱离的脱离时间点td开始增加到比进给速度WF2小的进给速度WF1。在熔滴23d即将从焊接焊丝23的前端脱离之前，在与焊接焊丝23相连的熔滴23d和焊接焊丝之间形成缩颈23p。实施方式2中的焊接控制部18b的熔滴脱离检测部30对焊接电压V进行监视，基于检测到形成了缩颈23p的时间点来判定熔滴23d脱离的脱离时间点td。

图7A所示的该熔滴过渡(脱离)状态以脉冲频率PHz重复，从而能够边将短的电弧长度H保持为固定边实现稳定的焊接状态，可获得无咬边的溅射少的漂亮外观的焊道。

进给速度WF3比进给速度WF1小与焊接焊丝23的材质以及保护气体24G所构成的焊接条件的至少一个相应的值。

图8表示进给速度WF1、WF3的关系。详细而言，图8表示焊接焊丝23由具有的直径的软钢构成、利用了Ar气体和CO₂气体被混合后的保护气体24G的脉冲MAG焊接(Ar∶CO₂＝80∶20)中的、从进给速度WF3减去进给速度WF1得到的差即减少量WFD、与进给速度WF1的关系(WF1+WFD＝WF3)。

在图8中，横轴表示进给速度WF1，纵轴表示减少量WFD。例如，在进给速度WF1为4m/min的情况下，减少量WFD成为-0.5m/min。在进给速度WF1为8m/min的情况下，减少量WFD成为-0.75m/min。

在熔滴过渡(脱离)时，由于焊接焊丝23的材质而存在缩颈23p变大、熔滴23d伸长的情况。基于图8所示的关系，根据熔滴23d的伸长而使进给速度WF小于进给速度WF1，从而将电弧长度H确保为固定。由于进给速度WF越大则焊接电流I变得越大，因此具有熔滴23d、缩颈23p变长的趋势。因此，从进给速度WF1向进给速度WF3的减少量WFD也变大。

根据焊接焊丝23的焊丝材质、保护气体等的焊接条件而适当的减少量WFD改变，例如能够通过实验等的施工确认来预先求出。

例如，作为材质不同的例子，在焊接焊丝23的材质为不锈钢的情况下，由于不锈钢的粘性高，熔滴23d不易脱离，因此具有熔滴23d、缩颈23p变长的趋势。因此，对进给速度WF3相对于进给速度WF1的减少量WFD具有较之于图8所示的焊接焊丝23由软钢构成的情况下的减少量WFD而变大的趋势。

此外，作为保护气体24G不同的例子，在利用了Ar气体的比率多的保护气体24G的MAG焊接(Ar∶CO₂＝90∶10)的情况下，熔滴23d易于脱离，具有较之于图8所示的利用了保护气体24G(Ar∶CO₂＝80∶20)的MAG焊接中的减少量WFD而熔滴23d和缩颈23p变短的趋势。因此，对进给速度WF3相对于进给速度WF1的减少量WFD具有较之于图8所示的MAG焊接(Ar∶CO₂＝80∶20)的情况而变小的趋势。

另外，进给速度WF1和减少量WFD的关系不仅仅是2次函数，还可以是1次函数，可以通过对进给速度WF1与减少量WFD的离散性的值进行保存的数据库来决定减少量WFD。

在图6所示的脉冲电弧焊接装置1001中，熔滴脱离检测部30实时地对由焊接电压检测部8检测到的焊接电压V进行监视，获得以时间对焊接电压V进行了微分得到的时间微分值。熔滴脱离检测部30在焊接电压V的时间微分值超过了给定的值的时间点，向焊丝进给控制部17发送熔滴脱离信号Cd，在时间微分值为给定的值以下时，不向焊丝进给控制部17发送熔滴脱离信号Cd。将焊接电压V的时间微分值超过了给定的值的时间点判定为熔滴23d从焊接焊丝23脱离的脱离时间点td。焊接控制部18b若自使进给速度WF从脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3朝向进给速度WF3减少的状态，检测到表示熔滴23d的形成有缩颈23p的状态的给定的值超过了焊接电压V的时间微分值，则使进给速度WF从进给速度WF3朝向进给速度WF1开始增加。

脉冲电弧焊接装置1002的脉冲波形控制部13基于被焊接条件设定部20设定的设定电流或者被焊丝进给控制部17控制的进给速度WF来输出焊接电流I的脉冲波形。脉冲波形控制部13的脉冲上升控制部14在从基准电流期间IBT向峰值电流期间IPT转变的脉冲上升期间IPRT开始的时间点t1，发送使焊接焊丝23的进给速度WF朝向比基准电流期间IBT的进给速度WF1大的进给速度WF2开始增加的信号。脉冲下降控制部16在从峰值电流期间IPT向基准电流期间IBT转变的脉冲下降期间IPFT开始的时间点t3，发送使进给速度WF从进给速度WF2朝向比进给速度WF1小的进给速度WF3开始减少的信号。

如上述，控制脉冲电弧焊接装置1002，以使得：通过在焊接焊丝23中流动焊接电流I来使焊接焊丝23熔融从而形成熔滴23d，并且在熔滴23d与焊接焊丝23相连的状态下在焊接焊丝23与熔滴23d之间产生缩颈23p。焊接控制部18b在从峰值电流期间IPT过渡至基准电流期间IBT之际，使进给速度WF从进给速度WF2减少到比进给速度WF1小且与进给速度WF1相应的进给速度WF3。焊接控制部18b在检测到产生了缩颈23p时，使进给速度WF从进给速度WF3增加到进给速度WF1。

可以在使进给速度WF从进给速度WF3增加到进给速度WF1的步骤中，使进给速度WF从增加到进给速度WF1起至基准期间结束为止维持在进给速度WF1。

进给速度WF3可以比进给速度WF1小与焊接焊丝23的材质以及保护气体24G的至少一个相应的值。

如以上，根据实施方式2中的脉冲电弧焊接控制方法以及脉冲电弧焊接装置1002，在电弧长度H变长的峰值电流期间IPT，使焊接焊丝23的进给速度WF增加到比基准电流期间IBT中的进给速度WF1大的进给速度。除此之外，根据焊接焊丝23的材质，熔滴过渡(脱离)时缩颈23p大且熔滴23d伸长的情况下，使进给速度WF减少到比进给速度WF1小与其伸长量相应的值的进给速度WF3，在检测到熔滴过渡(脱离检测)的脱离时间点td，使进给速度WF增加到进给速度WF1。如此，焊接控制部18b根据焊接焊丝23的材质、保护气体24G等的焊接条件来调整焊接焊丝23的进给速度WF。由此，也包含峰值电流期间IPT在内，与基准电流期间IBT同样地能够将电弧长度H维持在不发生短路的较小程度，能够在喷射过渡状态下而非短路过渡状态下进行焊接。因此，能够几乎不产生与产生短路相伴的溅射。如此，在实施方式2中的脉冲电弧焊接装置1002之中，能够缩短峰值电流期间IPT的电弧长度H，缩短峰值电流期间IPT与基准电流期间IBT的电弧长度H且变为固定，即便在大幅的溅射降低和高速焊接时也能够实现抑制了咬边的良好焊接质量。

产业上的可利用性

根据本发明中的脉冲电弧焊接控制方法，能够降低溅射的产生，保持短的电弧长度，即便在高速焊接下也能够实现抑制了咬边的具有良好外观的焊道，在边连续地进给作为自耗电极的焊接焊丝边进行电弧焊接的脉冲电弧焊接装置中是有用的。

符号说明

I：焊接电流；

V：焊接电压；

WF：进给速度；

H：电弧长度；

IP：峰值电流；

IB：基准电流；

IBT：基准电流期间；

IPRT：脉冲上升期间；

IPT：峰值电流期间；

IPFT：脉冲下降期间；

PHz：脉冲频率；

WF1：进给速度(第1进给速度)；

WF2：进给速度(第2进给速度)；

WF3：进给速度(第3进给速度)；

1：输入电源；

2：1次整流部；

3：开关元件；

4：变压器；

5：2次整流部；

6：电抗器；

7：输出控制部；

8：焊接电压检测部；

9：焊接电流检测部；

10：短路/电弧检测部；

11：短路控制部；

12：电弧控制部；

13：脉冲波形控制部；

14：脉冲上升控制部；

15：峰值电流控制部；

16：脉冲下降控制部；

17：焊丝进给控制部；

18：焊接电源装置；

19：机器人控制部；

20：焊接条件设定部；

21：机器人；

22：焊接焊丝保存部；

23：焊接焊丝；

24：被焊接物；

25：焊丝进给部；

26：焊炬；

27：焊嘴；

28：电弧；

29a：输出端子；

29b：输出端子；

30：熔滴脱离检测部。

Claims (12)

1.一种脉冲电弧焊接控制方法，包括：

准备利用焊接焊丝来焊接被焊接物的脉冲电弧焊接装置的步骤；

控制所述脉冲电弧焊接装置，以使得交替重复焊接电流为峰值电流的峰值电流期间、和所述焊接电流为比所述峰值电流小的基准电流的基准电流期间地在所述焊接焊丝中流动所述焊接电流，并且以进给速度朝向被焊接物的方式进给所述焊接焊丝从而在所述焊接焊丝与所述被焊接物之间产生电弧来焊接所述被焊接物的步骤；和

控制所述进给速度，以使得将所述电弧的电弧长度保持为固定的步骤，

控制所述进给速度的所述步骤包括：在所述基准电流期间将所述进给速度设定为第1进给速度，在所述峰值电流期间将所述进给速度设定为比所述第1进给速度大且与所述第1进给速度相应的第2进给速度的步骤。

2.根据权利要求1所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

所述第2进给速度比所述第1进给速度大与所述焊接焊丝的直径和材质的至少一个相应的值。

3.根据权利要求1所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述脉冲电弧焊接装置的所述步骤包括：控制所述脉冲电弧焊接装置，以使得交替重复所述峰值电流期间和所述基准电流期间地在所述焊接焊丝中流动所述焊接电流，并且以所述进给速度朝向所述被焊接物的方式进给所述焊接焊丝从而在所述焊接焊丝与所述被焊接物之间产生电弧且利用保护气体来焊接所述被焊接物的步骤，

所述第2进给速度比所述第1进给速度大与所述焊接焊丝的直径、材质以及所述保护气体的至少一个相应的值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述进给速度的步骤还包括：

在从所述基准电流期间过渡至所述峰值电流期间之际，与所述焊接电流从所述基准电流向所述峰值电流开始上升同时地使所述进给速度从所述第1进给速度朝向所述第2进给速度开始增加的步骤；和

在从所述峰值电流期间过渡至所述基准电流期间之际，与所述焊接电流从所述峰值电流向所述基准电流开始下降同时地使所述进给速度从所述第2进给速度朝向所述第1进给速度开始减少的步骤。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述进给速度的步骤还包括：控制所述进给速度，以使得从所述第1进给速度达到所述第2进给速度为止的期间变得与所述焊接电流从所述基准电流达到所述峰值电流为止的期间相同的步骤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述进给速度的步骤还包括：控制所述进给速度，以使得所述进给速度从所述第2进给速度达到所述第1进给速度的期间变得与所述焊接电流从所述峰值电流达到所述基准电流的期间相同的步骤。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述脉冲电弧焊接装置的步骤包括：控制所述脉冲电弧焊接装置，以使得通过在所述焊接焊丝中流动所述焊接电流来使所述焊接焊丝熔融从而产生熔滴，并且在所述熔滴与所述焊接焊丝相连的状态下在所述焊接焊丝与所述熔滴之间产生缩颈的步骤，

控制所述进给速度的步骤包括：

在从所述峰值电流期间过渡至所述基准电流期间之际，使所述进给速度从所述第2进给速度减少到比所述第1进给速度小且与所述第1进给速度相应的第3进给速度的步骤；和

在检测到产生了所述缩颈时，使所述进给速度从所述第3进给速度增加到所述第1进给速度的步骤。

8.根据权利要求7所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

控制所述进给速度的步骤还包括：在使所述进给速度从所述第3进给速度增加到所述第1进给速度的所述步骤中使所述进给速度从增加到所述第1进给速度起直至所述基准期间结束为止维持在所述第1进给速度的步骤。

9.根据权利要求7或8所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

所述第3进给速度比所述第1进给速度小与所述焊接焊丝的材质以及保护气体的至少一个相应的值。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法，其中，

所述第2进给速度比所述第1进给速度大所述第1进给速度的10％～30％的范围的值。

11.一种脉冲电弧焊接装置，利用焊接焊丝来焊接被焊接物，其中，

所述脉冲电弧焊接装置具备：

焊丝进给部，进给所述焊接焊丝；

焊接电源部，输出焊接电流；和

焊接控制部，控制所述焊接电源部和所述焊丝进给部，

所述焊接控制部构成为：

交替重复所述焊接电流为峰值电流的峰值电流期间、和所述焊接电流为比所述峰值电流小的基准电流的基准电流期间地在所述焊接焊丝中流动所述焊接电流，并且以进给速度朝向被焊接物的方式进给所述焊接焊丝从而在所述焊接焊丝与所述被焊接物之间产生电弧来焊接所述被焊接物，

在所述峰值电流期间和所述基准电流期间改变所述进给速度，以使得将所述电弧的电弧长度保持为固定。

12.根据权利要求11所述的脉冲电弧焊接装置，其中，

所述焊接控制部构成为：

在所述基准电流期间将所述进给速度设定为第1进给速度，在所述峰值电流期间将所述进给速度设定为比所述第1进给速度大且与所述第1进给速度相应的第2进给速度，以使得将所述电弧长度保持为固定。