CN109551083A - 交流非自耗电极电弧焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供交流非自耗电极电弧焊接控制方法。在交流非自耗电极电弧焊接中抑制电弧中断的发生。交流非自耗电极电弧焊接控制方法中，重复电极负极性期间和电极正极性期间，在向电极正极性期间的切换时施加再起弧电压来进行焊接，在平均焊接电流值为100A以上时，在电极正极性期间中检测到电弧中断的前兆状态时(时刻t8)，在电极正极性期间结束之前切换为电极负极性期间。根据是发生电弧且接通不足预先确定的基准电流值的焊接电流Iw来进行电弧中断的前兆状态的检测。

Description

交流非自耗电极电弧焊接控制方法

技术领域

本发明涉及交流非自耗电极电弧焊接控制方法，交替重复电极负极性期间和电极正极性期间，在向所述电极正极性期间的切换时施加再起弧电压来进行焊接。

背景技术

在交流非自耗电极电弧焊接中有交流TIG焊接、交流等离子电弧焊接等。在交流非自耗电极电弧焊接中，在电极中使用钨电极等非自耗电极，在通过氩气体等保护气体相对大气遮蔽的状态中，接通交流的焊接电流来使电弧产生，从而进行焊接。交流的焊接电流由电极负极性期间中的电极负极性电流和电极正极性期间中的电极正极性电流形成。交替重复电极负极性和电极正极性，以电极负极性和电极正极性成为1周期。

交流非自耗电极电弧焊接主要使用在铝的焊接中。在母材即铝材的表面有氧化覆膜，若不将其除去就不能进行良好的焊接。在交流非自耗电极电弧焊接中，在电极正极性期间中在母材表面形成阴极点。由形成该阴极点时的能量发挥除去氧化覆膜的作用(清除作用)。即，在交流非自耗电极电弧焊接中，通过设置电极正极性期间来使清除作用发挥作用，从而除去氧化覆膜。这时，由于非自耗电极的消耗块，因此电极正极性期间设定为能确保合适的清除宽度的最短期间。1周期中所占的电极负极性期间的时间比率为70％程度。在以下的说明中还有将非自耗电极仅记载为电极的情况。

在交流非自耗电极电弧焊接中，有在切换极性时发生电弧中断的情况。特别在从电极负极性切换到电极正极性时易于发生电弧中断。为此在从电极负极性向电极正极性切换时，将300V程度的再起弧电压重叠到焊接电压来抑制电弧中断。若发生电弧中断，焊接品质就会变差。

但有即使施加再起弧电压，根据焊接条件仍会发生电弧中断的情况。为此在专利文献1的发明中，若在电极正极性期间中检测到电弧中断，就通过在电极正极性期间结束之前切换到电极负极性期间来使电弧的再起弧平稳。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利第5429356号公报

在现有技术中，在检测到电弧中断的发生时，使电弧的再起弧平滑化。但在现有技术中，仍存在由于一旦发生电弧中断，焊接品质会变差的问题。

发明内容

为此在本发明中，目的在于，提供能抑制电弧中断的发生的非自耗电极电弧焊接控制方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明是一种交流非自耗电极电弧焊接控制方法，交替重复电极负极性期间和电极正极性期间，在向所述电极正极性期间的切换时施加再起弧电压来进行焊接，所述交流非自耗电极电弧焊接控制方法的特征在于，在平均焊接电流值为100A以上时，在所述电极正极性期间中检测到电弧中断的前兆状态时，在所述电极正极性期间结束之前切换为所述电极负极性期间。

技术方案2的发明是技术方案1基础上的交流非自耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，根据是产生了电弧的状态且接通不足预先确定的基准电流值的所述焊接电流(绝对值)来进行所述电弧中断的前兆状态的检测。

技术方案3的发明是技术方案1或2基础上的交流非自耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，在施加所述再起弧电压的期间中进行所述电弧中断的前兆状态的检测。

发明的效果

根据本发明，能抑制电弧中断的发生。

附图说明

图1是用于实时本发明的实施方式1所涉及的交流非自耗电极电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。

图2是图1的焊接装置中的各信号的时序图。

附图标记的说明

1 电极

2 母材

3 电弧

4 焊炬

AD 电弧判别电路

Ad 电弧判别信号

CM 电流比较电路

Cm 电流比较信号

D2a～D2d 2次整流器

DV 2次侧驱动电路

EI 电流误差放大电路

Ei 电流误差放大信号

EN 电极负极性

EP 电极正极性

IAD 平均焊接电流检测电路

Iad 平均焊接电流检测信号

ID 电流检测电路

Id 电流检测信号

Ien 电极负极性电流

Iep 电极正极性电流

INR 电极负极性电流振幅设定电路

Inr 电极负极性电流振幅设定信号

INT 逆变变压器

INV 逆变电路

IPR 电极正极性电流振幅设定电路

Ipr 电极正极性电流振幅设定信号

Ir 电流设定信号

It 基准电流值

Iw 焊接电流

Nd 电极负极性驱动信号

NTR 电极负极性晶体管

Pd 电极正极性驱动信号

PTR 电极正极性晶体管

SD 再起弧电压施加电路

SW 切换电路

Ten 电极负极性期间

Tep 电极正极性期间

TM 定时器电路

Tm 定时器信号

TNR 电极负极性期间设定电路

Tnr 电极负极性期间设定信号

TPR 电极正极性期间设定电路

Tpr 电极正极性期间设定信号

Vw 焊接电压

WL 电抗器

ZD 电弧中断前兆检测电路

Zd 电弧中断前兆检测信号

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]

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的交流非自耗电极电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。以下参考该图来说明各方块。

逆变电路INV将3相200V等交流商用电源(图示省略)作为输入，对经过整流以及平滑得到的直流电压，通过基于后述的电流误差放大信号Ei的脉冲宽度调制控制进行逆变控制，输出高频交流。

逆变变压器INT将高频交流电压降压到适于电弧焊接的电压值。

2次整流器D2a～D2d将降压后的高频交流整流成直流。

电极正极性晶体管PTR通过后述的电极正极性驱动信号Pd成为接通状态，焊接电源的输出成为电极正极性EP。电极负极性晶体管NTR通过后述的电极负极性驱动信号Nd成为接通状态，焊接电源的输出成为电极负极性EN。

电抗器WL对有脉动的输出进行平滑。

在焊炬4的前端装备电极1，在电极1与母材2之间产生电弧3。在电弧3中接通交流的焊接电流Iw，对电极1与母材2之间施加交流的焊接电压Vw。焊接电流Iw将在母材2→电弧3→电极1的方向上通电时(电极负极性期间Ten时)根据惯例设为+侧。

电极负极性期间设定电路TNR输出预先确定的电极负极性期间设定信号Tnr。电极正极性期间设定电路TPR输出预先确定的电极正极性期间设定信号Tpr。Tnr＝10ms程度，Tpr＝3ms程度。

电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw的绝对值并输出电流检测信号Id。

电流比较电路CM将上述的电流检测信号Id作为输入，输出在电流检测信号Id的值为预先确定的极性切换电流值以下时成为高电平的电流比较信号Cm。极性切换电流值例如被设定为50A。

定时器电路TM将上述的电极负极性期间设定信号Tnr、上述的电极正极性期间设定信号Tpr、上述的电流比较信号Cm以及后述的电弧中断前兆检测信号Zd作为输入，进行以下的处理，输出定时器信号Tm。定时器信号Tm为1或2时成为电极负极性期间Ten，为3或4时成为电极正极性期间Tep。

1)在通过电极负极性期间设定信号Tnr确定的期间中输出定时器信号Tm＝l。

2)接下来，在经过由电极负极性期间设定信号Tnr确定的期间起到电流比较信号Cm变化为高电平为止的过渡期间中，输出定时器信号Tm＝2。

3)接下来，从电流比较信号Cm变化为高电平起，在由电极正极性期间设定信号Tpr确定的期间中，输出定时器信号Tm＝3。但在该期间中，在电弧中断前兆检测信号Zd成为短时间高电平时，在该时间点强制移转到1)的动作。

4)接下来，在从经过由电极正极性期间设定信号Tpr确定的期间起到电流比较信号Cm变化为高电平为止的过渡期间中，输出定时器信号Tm＝4。

5)重复上述的1)～4)。

2次侧驱动电路DV将上述的定时器信号Tm作为输入，在定时器信号Tm为1或2时输出上述的电极负极性驱动信号Nd，在定时器信号Tm为3或4时输出上述的电极正极性驱动信号Pd。由此，在定时器信号Tm为1或2时电极负极性晶体管NTR成为接通状态，成为电极负极性期间Ten。在定时器信号Tm为3或4时电极正极性晶体管PTR成为接通状态，成为电极正极性期间Tep。

再起弧电压施加电路SD将上述的定时器信号Tm作为输入，从定时器信号Tm切换为3(电极正极性期间)的时间点起短时间(0.3ms程度)将300V程度的再起弧电压施加到电极1(+)与母材2(-)之间。

电极负极性电流振幅设定电路INR输出预先确定的电极负极性电流振幅设定信号Inr。电极正极性电流振幅设定电路IPR输出预先确定的电极正极性电流振幅设定信号Ipr。Inr以及Ipr是正的值。

平均焊接电流检测电路IAD将上述的电流检测信号Id作为输入，算出平均值，并输出平均焊接电流检测信号Iad。平均值的算出例如使电流检测信号Id通过1～5Hz程度的截止频率的低通滤波器来进行。另外，平均值的算出中，可以每0.1ms程度对电流检测信号Id进行采样，每焊接电流波形的给定周期算出平均值。

电弧判别电路AD将上述的电流检测信号Id作为输入，在该值为预先确定的电流接通判别值(1A程度)以上时判定为是电弧产生状态，并输出成为高电平的电弧判别信号Ad。

电弧中断前兆检测电路ZD，将上述的平均焊接电流检测信号Iad、上述的定时器信号Tm、上述的电弧判别信号Ad以及上述的电流检测信号Id作为输入，在平均焊接电流检测信号Iad为100A以上、且定时器信号Tm为3(电极正极性期间Tep)、且电弧判别信号Ad为高电平(电弧产生状态)、且Id不足预先确定的基准电流值It(15A程度)给定期间(0.2ms程度)时，输出仅短时间成为高电平的电弧中断前兆检测信号Zd。

切换电路SW将上述的定时器信号Tm、上述的电极负极性电流振幅设定信号Inr以及上述的电极正极性电流振幅设定信号Ipr作为输入，进行以下的处理，输出电流设定信号Ir。

1)在定时器信号Tm＝l时，输出电极负极性电流振幅设定信号Inr作为电流设定信号Ir。

2)在定时器信号Tm＝2时，输出电流设定信号Ir＝0。

3)在定时器信号Tm＝3时，输出电极正极性电流振幅设定信号Ipr作为电流设定信号Ir。

4)在定时器信号Tm＝4时，输出电流设定信号Ir＝0。

电流误差放大电路EI将上述的电流设定信号Ir与上述的电流检测信号Id的误差放大，并输出电流误差放大信号Ei。由此焊接电源成为恒电流特性，接通交流的焊接电流Iw。

图2是图1的焊接装置中的各信号的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw的时间变化，该图(B)表示电流比较信号Cm的时间变化，该图(C)表示电极负极性驱动信号Nd的时间变化，该图(D)表示电极正极性驱动信号Pd的时间变化，该图(E)表示电流设定信号Ir的时间变化，该图(F)表示电弧中断前兆检测信号Zd的时间变化。该图(A)所示的焊接电流Iw的从0起上侧是电极负极性电流Ien，从0起下侧是电极正极性电流Iep。该图是焊接电流Iw的电极正极性EP的振幅大于电极负极性EN的振幅的非平衡波形的情况。另外，该图是平均焊接电流值为100A以上时。以下参考该图来说明各信号的动作。

在时刻t1～t4的电极正极性期间Tep以及时刻t4～t7的电极负极性期间Ten中，不会成为电弧中断的前兆状态，而是成为稳定的电弧产生状态。然后该图是在从时刻t7起的电极正极性期间Tep中成为电弧中断的前兆状态的情况。

在时刻t1，由于若如该图(B)所示那样电流比较信号Cm成为短时间高电平，则定时器信号Tm成为3，因此如该图(D)所示那样，电极正极性驱动信号Pd成为高电平，电极正极性晶体管PTR成为接通状态，向电极正极性EP切换。同时如该图(C)所示那样，电极负极性驱动信号Nd成为低电平，电极负极性晶体管NTR成为断开状态。在时刻t1，如该图(E)所示那样，电流设定信号Ir从0切换到正的值的电极正极性电流振幅设定信号Ipr。如该图(A)所示那样，焊接电流Iw瞬时从正的值的极性切换电流值变化为负的值的极性切换电流值。同时，再起弧电压施加在电极1与母材2之间。在时刻t1～t4的电极正极性期间Tep中，焊接电流Iw的绝对值成为基准电流值It以上。

在时刻t1～t2的期间中，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw有倾斜地从极性切换电流值增加到电极正极性电流振幅设定信号Ipr的值。该倾斜由电抗器WL以及焊接线缆所引起的电感值决定。在时刻t2～t3的期间中，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw成为电极正极性电流振幅设定信号Ipr的值。

若在时刻t3，从时刻t1起的经过时间达到电极正极性期间设定信号Tpr的值，则定时器信号Tm成为4，如该图(E)所示那样，电流设定信号Ir变化为0。对此做出响应，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw有倾斜地减少。该倾斜也由电抗器WL以及焊接线缆所引起的电感值决定。然后，若在时刻t4，焊接电流Iw的值成为极性切换电流值以下，则如该图(B)所示那样，电流比较信号Cm成为短时间高电平。

在时刻t4，由于如该图(A)所示那样，焊接电流Iw的绝对值成为预先确定的极性切换电流值以下，因此如该图(B)所示那样，电流比较信号Cm成为短时间高电平，定时器信号Tm成为1。对此做出响应，如该图(C)所示那样，电极负极性驱动信号Nd成为高电平，电极负极性晶体管NTR成为接通状态，向电极负极性EN切换。同时如该图(D)所示那样，电极正极性驱动信号Pd成为低电平，电极正极性晶体管PTR成为断开状态。在时刻t4，如该图(E)所示那样，电流设定信号Ir从0切换到电极负极性电流振幅设定信号Inr。如该图(A)所示那样，焊接电流Iw瞬时从负的值的极性切换电流值变化为正的值的极性切换电流值。在向电极负极性EN的切换时不施加再起弧电压。这是因为电极负极性期间Ten中几乎不发生电弧中断。

在时刻t4～t5的期间中，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw有倾斜地从极性切换电流值增加到电极负极性电流振幅设定信号Inr的值。该倾斜也由电抗器WL以及焊接线缆所引起的电感值决定。在时刻t5～t6的期间中，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw成为电极负极性电流振幅设定信号Inr的值。

在时刻t6，若从时刻t4起的经过时间达到电极负极性期间设定信号Tnr的值，则定时器信号Tm成为2，如该图(E)所示那样，电流设定信号Ir变化为0。对此做出响应，如该图(A)所示那样，焊接电流Iw有倾斜地减少。该倾斜也由电抗器WL以及焊接线缆所引起的电感值决定。然后若在时刻t7，焊接电流Iw的值成为极性切换电流值以下，则如该图(B)所示那样，电流比较信号Cm成为短时间高电平。

在时刻t7，若如该图(B)所示那样，电流比较信号Cm成为短时间高电平，则定时器信号Tm成为3，因此如该图(D)所示那样，电极正极性驱动信号Pd成为高电平，电极正极性晶体管PTR成为接通状态，向电极正极性EP切换。同时如该图(C)所示那样，电极负极性驱动信号Nd成为低电平，电极负极性晶体管NTR成为断开状态。在时刻t7，如该图(E)所示那样，电流设定信号Ir从0切换为正的值的电极正极性电流振幅设定信号Ipr。如该图(A)所示那样，焊接电流Iw瞬时从正的值的极性切换电流值变化为负的值的极性切换电流值。同时，再起弧电压施加在电极1与母材2之间。

但从刚切换为电极正极性期间Tep后起，电弧产生状态成为电弧中断的前兆状态。为此如该图(A)所示那样，焊接电流Iw的绝对值变得不足基准电流值It。然后在时刻t8，由于平均焊接电流值为100A以上，且是电极正极性期间Tep中，且是电弧产生状态，且在给定期间中接通不足基准电流值It的焊接电流Iw，因此如该图(F)所示那样，电弧中断前兆检测信号Zd变化为短时间高电平。由于对此做出响应，定时器信号Tm从3强制变化为1，因此切换为电极负极性期间Ten。这以后的动作与时刻t4起的动作同样。即使在电极正极性期间Tep中成为电弧中断的前兆状态，也能通过切换为电极负极性期间Ten来过渡到稳定的电弧产生状态。其结果能抑制电弧中断的发生。

所谓电弧中断的前兆状态，是电弧的阴极点不是形成在母材表面的有氧化被膜的部分、而是形成在没有氧化被膜的焊道部的状态。这样的状态在平均焊接电流值成为100A以上、焊道宽度成为给定值以上的情况下易于发生。若成为这样的状态，由于为了维持阴极点需要大的能量，因此不能接通设定的值的焊接电流Iw，成为不足基准电流值It的值。

成为电弧中断的前兆状态的几乎都是再起弧电压的施加中的情况。几乎没有在再起弧电压的施加结束后的电极正极性期间Tep中成为电弧中断的前兆状态。因此可以将电弧中断的前兆状态的检测限定在再起弧电压的施加中。这样能防止电弧中断的前兆状态的误检测。

在图2中例示了电流波形是非平衡波形的情况，但在成为Inr＝Ipr的平衡波形的情况下也同样。另外，电流波形也可以是正弦波。

根据上述的实施方式1的发明，在平均焊接电流值为100A以上时，在电极正极性期间中检测到电弧中断的前兆状态时，在电极正极性期间结束之前切换为电极负极性期间。为此能抑制电弧中断的发生。根据是发生电弧的状态且接通不足预先确定的基准电流值的所述焊接电流(绝对值)来检测电弧中断的前兆状态。

进而可以在施加再起弧电压的期间中进行电弧中断的前兆状态的检测。如此，除了上述的效果以外，还能防止电弧中断的前兆状态的误检测。

Claims (3)

1.一种交流非自耗电极电弧焊接控制方法，交替重复电极负极性期间和电极正极性期间，在向所述电极正极性期间的切换时施加再起弧电压来进行焊接，所述交流非自耗电极电弧焊接控制方法的特征在于，

在平均焊接电流值为100A以上时，在所述电极正极性期间中检测到电弧中断的前兆状态时，在所述电极正极性期间结束之前切换为所述电极负极性期间。

2.根据权利要求1所述的交流非自耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

根据是产生了电弧的状态且接通不足预先确定的基准电流值的所述焊接电流的绝对值来进行所述电弧中断的前兆状态的检测。

3.根据权利要求1或2所述的交流非自耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

在施加所述再起弧电压的期间中，进行所述电弧中断的前兆状态的检测。