CN113727800A - 电弧焊接控制方法和电弧焊接装置 - Google Patents

电弧焊接控制方法和电弧焊接装置 Download PDF

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Abstract

在一种电弧焊接控制方法中，在向母材(5)进给焊丝(3)并反复处于短路状态和电弧状态的短路电弧焊接中对焊接电流(Ia)进行控制。在所述短路状态下，执行第一增大步骤、第一减小步骤、第二增大步骤以及第二减小步骤，在所述第一增大步骤中，使焊接电流(Ia)以第一斜率(S1)增大；所述第一减小步骤，在执行第一增大步骤以后使焊接电流(Ia)减小至第一底值(B1)；所述第二增大步骤，在执行第一减小步骤以后使焊接电流(Ia)以第二斜率(S2)增大；所述第二减小步骤，在执行第二增大步骤以后使焊接电流(Ia)减小至比第一底值(B1)小的第二底值(B2)，以便使状态转变为电弧状态。

Description

电弧焊接控制方法和电弧焊接装置
技术领域
本公开涉及一种在短路电弧焊接中对焊接电流进行控制的电弧焊接控制方法和电弧焊接装置。
背景技术
专利文献1中公开了在反复处于短路状态和电弧状态的短路电弧焊接中对焊接电流进行控制的电弧焊接装置。该电弧焊接装置在短路状态下执行增大步骤和减小步骤，在所述增大步骤中，在短路状态下使焊接电流以规定斜率增大；所述减小步骤，在执行所述增大步骤以后，当检测到熔滴的缩颈现象时，则减小所述焊接电流。通过执行减小步骤，在短路断开时产生的电弧力就会减小，飞溅的产生就会得到抑制。
专利文献1：日本专利4760053号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
但是，在上述专利文献1中，如果在开始执行减小步骤时焊接电流较大，则不大能通过执行减小步骤而使短路断开时的焊接电流变小，而可能无法有效地抑制飞溅的产生。
本公开正是为解决上述问题而完成的，其目的在于，能够更加可靠有效地抑制飞溅的产生。
-用以解决技术问题的技术方案-
本公开的一个方面是一种电弧焊接控制方法，在一边以固定的进给速度向母材进给焊丝一边反复处于短路状态和电弧状态的短路电弧焊接中对焊接电流进行控制，其特征在于：在所述短路状态下执行第一增大步骤、第一减小步骤、第二增大步骤以及第二减小步骤，在所述第一增大步骤中，使所述焊接电流以第一斜率增大；所述第一减小步骤，在执行所述第一增大步骤以后，减小所述焊接电流；所述第二增大步骤，在执行所述第一减小步骤以后，使所述焊接电流以第二斜率增大；所述第二减小步骤，当在执行所述第二增大步骤以后检测到熔滴的缩颈现象时，则减小所述焊接电流。
根据该方面，与未设有第一减小步骤的情况相比，开始执行第二减小步骤时的焊接电流减小，因此能够通过执行第二减小步骤来减小短路断开时的焊接电流。因此能够更加可靠有效地抑制飞溅的产生。
-发明的效果-
采用本公开，能够更加可靠有效地抑制飞溅的产生。
附图说明
图1是示出本公开的实施方式的电弧焊接装置的概略结构的图；
图2是示出进行电弧焊接时的焊接电流、焊接电压和送丝速度的输出波形的图；
图3中的(a)是示出使焊接电流以第一斜率增大的第一增大步骤开始时(t2)的焊丝顶端周围的概略主视图，图3中的(b)是第一增大步骤结束时(t3)的与图3中的(a)相当的图，图3中的(c)是使焊接电流减小至第二底值的第二减小步骤开始时(t5)的与图3中的(a)相当的图，图3中的(d)是电弧状态(电弧期间)的与图3中的(a)相当的图；
图4是第二实施方式的与图2相当的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。以下优选的实施方式的说明本质上只不过是示例而已，完全没有对本发明，本发明的应用对象或本发明的用途加以限制的意图。
(第一实施方式)
图1示出本公开的第一实施方式的电弧焊接装置1。该电弧焊接装置1进行短路电弧焊接，在该短路电弧焊接下，以固定的进给速度向母材5进给被固定在焊炬2上的焊丝3并反复处于短路状态和电弧状态。短路状态是使焊丝3与母材5短路了的状态，电弧状态是使焊丝3与母材5之间产生了电弧A(参见图3中的(d))的状态。焊炬2由作业者握住。作为焊丝3，使用由软钢、不锈钢(SUS：stainless steel)制成的焊丝。焊丝3的焊丝直径设定为0.8～1.4mm，优选设定为1.2mm。作为母材5，使用由软钢制成的薄板(板材)。母材5的板厚设定为1.6～4.5mm，例如设定为2.3mm。作为向母材5喷射的保护气体，使用二氧化碳。在焊炬2上设置有用于向焊丝3供电的芯片6。
电弧焊接装置1包括交流电源7、第一整流元件9、第一开关元件11、主变压器13、第二整流元件15、第二开关元件17、电阻19、电抗器21、电流检测器23、电压检测器25、送丝部27、焊接输出控制部29以及送丝速度控制部31。第一整流元件9、第一开关元件11、主变压器13、第二整流元件15、第二开关元件17、电阻19以及电抗器21构成向焊丝3与母材5之间供给焊接电流的电流供给部33。
第一整流元件9对交流电源7的输出进行整流。
第一开关元件11通过焊接输出控制部29的控制，将第一整流元件9的输出调整为适合焊接的输出。
主变压器13将第一开关元件11的输出转换为适合焊接的输出。
第二整流元件15对主变压器13的输出进行整流。
第二开关元件17通过焊接输出控制部29的控制，将第二整流元件15的输出调整为适合焊接的输出。
电阻19与第二开关元件17并联。
电抗器21与第二开关元件17串联，并通过对第二开关元件17的输出进行整流，稳定焊接电流。
电流检测器23对向焊丝3与母材5之间供给的焊接电流进行检测。
电压检测器25对向焊丝3与母材5之间供给的焊接电压进行检测。
送丝部27以基于送丝速度控制部31的输出决定的进给速度进给焊丝3。
焊接输出控制部29包括缩颈现象检测部29a、状态判断部29b以及焊接电流控制部29c。
缩颈现象检测部29a对由电压检测器25检测出的焊接电压Va的每单位时间的变化量dVa/dt与预先设定的阈值变化量进行比较。而且，在焊接电压Va的每单位时间的变化量dVa/dt比阈值变化量大的情况下，输出表示检测到熔滴D(参见图3中的(a)～图3中的(c))的缩颈现象的缩颈判断信号Sn，另一方面，在变化量dVa/dt为阈值变化量以下的情况下，示出表示未检测到熔滴D的缩颈现象的缩颈判断信号Sn。缩颈现象是指在熔滴D产生缩颈的现象。如图3中的(c)所示，在检测到有缩颈现象时，缩颈直径(缩颈了的部分的直径)为da2。缩颈现象在后述的时刻t5(参见图2)进行检测。
状态判断部29b对由电压检测器25检测到的焊接电压Va与预先设定的阈值电压Vth进行比较。而且，在焊接电压Va为阈值电压Vth以下的情况下，输出表示处于短路状态的状态信号St，另一方面，在焊接电压Va大于阈值电压Vth的情况下，输出表示处于电弧状态的状态信号St。
焊接电流控制部29c基于由电流检测器23检测到的焊接电流Ia、由缩颈现象检测部29a输出的缩颈判断信号Sn以及由状态判断部29b输出的状态信号St，控制焊接电流Ia。需要说明的是，设定电流(焊接电流Ia的各固定区间的平均值)被设定为100～250A。
如图2所示，送丝速度控制部31输出表示固定的送丝速度Wf的信号。
以下，详细说明焊接电流控制部29c是如何控制焊接电流Ia的。需要说明的是，在图2中，将处于短路状态的期间表示为短路期间，将处于电弧状态的期间表示为电弧期间。
如图2所示，当在时刻t1由状态判断部29c输出表示处于短路状态的状态信号St时，焊接电流控制部29c便通过切断第二开关元件17，而使焊接电流Ia减小至初始电流Is。
之后，焊接电流控制部29c将导通第二开关元件17接通，并且控制第一开关元件11，以便在时刻t1焊接电流Ia从初始电流Is开始增大、在时刻t2至时刻t3的那段时间内焊接电流Ia以第一斜率S1增大。第一斜率S1预先根据送丝速度Wf而设定好，例如设定为400A/ms。在时刻t2至时刻t3的那段时间内，焊丝3顶端的熔滴D从图3中的(a)所示的未缩颈的状态转变为图3中的(b)所示的略微缩颈了的状态。在图3中的(a)中，da是相当于在熔滴D未产生缩颈即熔滴D未缩颈时的焊丝3的线径的直径，图3中的(b)中的da1表示在焊丝3顶端的熔滴D产生缩颈时的缩颈直径。在时刻t3，由电压检测器25检测到的焊接电压Va的每单位时间的变化量dVa/dt未超过阈值变化量，但如图3中的(b)所示，熔滴D处于略微缩颈了的状态。
而且，在时刻t3，焊接电流控制部29c根据焊接电流Ia增大至预先设定的第一峰值P1，切断第二开关元件17，由此减小焊接电流Ia。此处，焊接电流控制部29c根据焊接电流Ia达到第一峰值P1而进行了切断第二开关元件17的控制，但也可以根据从成为基准的规定时刻起经过了预先设定的时间来进行切断第二开关元件17的控制。此处，成为基准的规定时刻，能够设定为例如短路电弧焊接的开始时刻或时刻t1、t2。第一峰值P1被根据送丝速度Wf在250～450A的范围内预先设定好。
接下来，在时刻t4，焊接电流控制部29c根据焊接电流Ia达到了预先设定的第一底值B1，将第二开关元件17接通并且控制第一开关元件11，以便使焊接电流Ia从第一底值B1以第二斜率S2增大。此处，焊接电流控制部29c根据焊接电流Ia达到第一底值B1而进行了使焊接电流Ia从第一底值B1以第二斜率S2增大的控制，但也可以根据从成为基准的规定时刻起经过了预先设定的时间来进行使焊接电流Ia从第一底值S1以第二斜率S2增大的控制。此处，成为基准的规定时刻能够设定为短路电弧焊接的开始时刻或时刻t1～t3。第一底值B1被设定为200～350A，第二斜率S2被设定为20～70A/ms。
此处，将第一底值B1设定为200A以上，是因为如果将第一底值B1设定得小于200A，则会因所进给的焊丝3的热量输入不足而导致焊丝3的熔融速度变慢焊丝3插向母材5而弯曲等，从时刻t4到短路断开为止的时间可能变得过长之故。
将第一底值B1设定为350A以下，是因为如果将第一底值B1设定得比350A大，则不大能使短路断开时的焊接电流Ia变小，从而无法相对地减小飞溅之故。
接下来，在时刻t5，如图3中的(c)所示，焊丝3顶端的熔滴D变为比时刻t3的熔滴D更加缩颈了的状态。焊接电流控制部29c根据由缩颈现象检测部29a输出表示已检测到缩颈现象的缩颈判断信号Sn将第二开关元件17切断。图3中的(c)中的da2表示在时刻t5的焊丝3顶端的熔滴D产生缩颈时的缩颈直径。此处，da、da1、da2的值为使da＞da1＞da2成立的值。这样一来，焊接电流Ia减小至比第一底值B1小的第二底值B2，如图3中的(d)所示，状态由于短路断开而转变为电弧状态。第二底值B2为50～150A。时刻t5下的焊接电流Ia即检测到有缩颈现象时的焊接电流Ia变为比第一峰值P1小的第二峰值P2。
就这样，本第一实施方式中，焊接电流控制部29c在短路状态下执行第一增大步骤、第一减小步骤、第二增大步骤以及第二减小步骤，在所述第一增大步骤中，使焊接电流Ia以第一斜率S1增大；所述第一减小步骤，在执行所述第一增大步骤以后，使所述焊接电流Ia减小到第一底值B1；所述第二增大步骤，在执行所述第一减小步骤以后，使所述焊接电流Ia以第二斜率S2增大；所述第二减小步骤，在执行所述第二增大步骤以后，使所述焊接电流Ia减小至比所述第一底值B1小的第二底值B2，以便使状态转变为所述电弧状态。
因此，根据本第一实施方式，由于在从电弧状态转变为短路状态后至检测到缩颈现象的那段时间内设置有减小焊接电流Ia的第一减小步骤，因此与未设有该第一减小步骤的情况相比，检测到缩颈现象时的焊接电流减小。因此，能够减小短路断开时的焊接电流Ia，从而能够抑制飞溅的产生。
由于使第一斜率S1大于第二斜率S2，因此能够缩短从短路状态开始至转变为电弧状态为止的时间，并且能够防止短路断开时的焊接电流Ia因第二斜率S2过大而增大。在短路状态开始后，增大给予焊丝3的热量直至达到第一峰值P1，由此能够减小第二峰值P2即短路断开时的焊接电流Ia。
由于使第一斜率S1为350A/ms以上，因此与使第一斜率S1小于350A/ms的情况相比，能够缩短从短路状态开始至转变为电弧状态为止的时间。还能够防止无法从短路状态转变为电弧状态。
由于使第二峰值P2小于第一峰值P1，因此能够缩短从短路状态开始至转变为电弧状态的时间，并且能够减小短路断开时的焊接电流Ia，抑制飞溅的产生。
由于使第二底值B2小于第一底值B1，因此能够缩短从短路状态开始至转变为电弧状态为止的时间，并且能够减小短路断开时的焊接电流Ia，抑制飞溅的产生。
(第二实施方式)
图4是本公开的第二实施方式的与图2相当的图。在本第二实施方式中，在将焊炬2固定在未图示的机器人上的状态下进行短路电弧焊接。送丝部27除了以基于送丝速度控制部31的输出决定的进给速度向母材5进给焊丝3的功能(正向进给功能)外，还具有以基于送丝速度控制部31的输出决定的拉拽速度将焊丝3向与母材5相反的一侧拉拽的功能(逆向进给功能)。
送丝速度控制部31输出表示正(正向进给)和负(逆向进给)的送丝速度Wf的信号。在状态信号St表示处于电弧状态时，送丝速度控制部31使送丝速度Wf为正的规定值，另一方面，在状态信号St表示处于短路状态时，送丝速度控制部31使送丝速度Wf为负的规定值。
在本第二实施方式中，如图4所示，当在时刻t1由状态判断部29b输出表示处于短路状态的状态信号St时，送丝速度Wf便从正切换为负，送丝部27开始以固定的速度向与母材5相反的一侧拉拽焊丝3。而且，在短路期间中，送丝部27持续以固定的速度拉拽焊丝3。
第一峰值P1预先设定在在100～200A的范围内。就这样，在本第二实施方式中，将第一峰值P1设定得比第一实施方式小，在时刻t3，虽然焊丝3顶端的熔滴D的缩颈的程度比第一实施方式的时刻t3(图2)小，但是开始产生缩颈，处于熔滴D稍微缩颈的状态。
另外，在时刻t4，焊接电流控制部29c根据从成为基准的规定时刻起经过预先设定的规定时间，将第二开关元件17接通，并且控制第一开关元件11，以便使焊接电流Ia从第一底值B1以第二斜率S2增大。此处，成为基准的规定时刻能够设定为短路电弧焊接的开始时刻或时刻t1～t3。第一底值B1为50～150A。
在时刻t5，焊接电流控制部29c根据从成为基准的规定时刻起经过预先设定的规定时间，切断第二开关元件17。需要说明的是，成为基准的规定时刻能够设定为短路电弧焊接的开始时刻或焊接时刻t1～t4。还可以周期性地切断第二开关元件17。在图4的时刻t5，虽然焊丝3顶端的熔滴D产生缩颈，但是缩颈的程度比第一实施方式的时刻t5(图2)略小。转变为电弧状态时的焊接电流Ia的值即第二底值B2比第一实施方式的第二底值B2小。就这样，尽管因焊丝3的逆向进给操作而减小了焊接电流Ia和焊接电压Va对焊丝3的热量输入，也能够让焊丝3顶端的熔滴D产生缩颈，因此与恒定进给焊丝3时相比，能够减小短路断开时的焊接电流。因此，能够更有效地减小飞溅。
其他构成和操作都与第一实施方式相同，因此省略其详细说明。
因此，根据本第二实施方式，在短路状态下，将焊丝3向与母材5相反的一侧拉拽(逆向进给)，因此焊丝3容易短路断开，为让短路断开而需要的焊接电流Ia减小。因此，能够缩短短路期间并且能够更加有效地抑制飞溅的产生。在电弧状态下向母材5进给焊丝3(正向进给)，因此能够确保焊道宽度和熔深的精度。
需要说明的是，在上述第一实施方式中，在时刻t5，焊接电流控制部29e在检测到熔滴D的缩颈现象时进行了减小焊接电流Ia的控制，但也可以根据从成为基准的规定时刻起经过预先设定的规定时间来进行减小焊接电流Ia的控制。成为基准的规定时刻能够设定为短路电弧焊接的开始时刻或时刻t1～t4。
在上述第二实施方式中，在时刻t5，焊接电流控制部29c根据从成为基准的规定时刻起经过预先设定的规定时间而进行了减小焊接电流Ia的控制，但也可以与第一实施方式相同，在检测到熔滴D的缩颈现象时进行减小焊接电流Ia的控制。
另外，在上述第二实施方式中，根据状态信号St切换了送丝速度Wf的正负，但也可以预先通过实验等确定短路期间和电弧期间，再基于确定出的短路期间和电弧期间周期性地切换送丝速度Wf的正负。
另外，在上述第一、第二实施方式中，将本发明应用于二氧化碳电弧焊接，但本发明也能够应用于使用不活泼气体和二氧化碳的混合气体作为保护气体的熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas Welding)。
在上述第一、第二实施方式中，使母材5的材质为软钢，但也可以采用不锈钢、铝、铜等其他材质。
在上述第一实施方式中，在让作业者握住焊炬2的状态下进行了焊接，但也可以在让机器人握住焊炬2的状态下，以0.3～1.5m/min的焊接速度进行焊接。
一产业实用性一
本公开的电弧焊接控制方法和电弧焊接装置能够更加可靠有效地抑制飞溅的产生，作为在电弧焊接中对焊接电流进行控制的电弧焊接控制方法和电弧焊接装置是有用的。
-符号说明-
1 电弧焊接装置
3 焊丝
5 母材
29a 缩颈现象检测部
29c 焊接电流控制部
B1 第一底值
B2 第二底值
D 熔滴
Ia 焊接电流
P1 第一峰值
P2 第二峰值
S1 第一斜率
S2 第二斜率

Claims (8)

1.一种电弧焊接控制方法，在向母材进给焊丝并反复处于短路状态和电弧状态的短路电弧焊接中对焊接电流进行控制，其特征在于：
在所述短路状态下，执行第一增大步骤、第一减小步骤、第二增大步骤以及第二减小步骤，
在所述第一增大步骤中，使所述焊接电流以第一斜率增大；
所述第一减小步骤，在执行所述第一增大步骤以后使所述焊接电流减小至第一底值；
所述第二增大步骤，在执行所述第一减小步骤以后使所述焊接电流以第二斜率增大；
所述第二减小步骤，在执行所述第二增大步骤以后使所述焊接电流减小至比所述第一底值小的第二底值，以便使状态转变为所述电弧状态。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于：
在所述第二减小步骤中，当检测到熔滴的缩颈现象时，则减小所述焊接电流。
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：
在所述电弧状态下将所述焊丝向所述母材进给，另一方面，在所述短路状态下将所述焊丝向与所述母材相反的一侧拉拽。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的电弧焊接控制方法，其特征在于：
所述第一斜率比所述第二斜率大。
5.根据权利要4所述的电弧焊接控制方法，其特征在于：
所述第一斜率为350A/ms以上。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的电弧焊接控制方法，其特征在于：
在所述第一增大步骤中，使所述焊接电流增大至第一峰值，
在所述第二增大步骤中，使所述焊接电流增大至比所述第一峰值小的第二峰值。
7.根据权利要求1到6中任一项权利要求所述的电弧焊接控制方法，其特征在于：
所述短路电弧焊接使用二氧化碳作为保护气体，
所述母材是由软钢制成的板材，
所述母材的板厚设定为2.3～4.5mm。
8.一种电弧焊接装置，利用该电弧焊接装置进行向母材进给焊丝并反复处于短路状态和电弧状态的短路电弧焊接，其特征在于：
该电弧焊接装置包括在所述短路状态下执行第一增大步骤、第一减小步骤、第二增大步骤以及第二减小步骤的焊接电流控制部，
在所述第一增大步骤中，使焊接电流以第一斜率增大；
所述第一减小步骤，在执行所述第一增大步骤以后使所述焊接电流减小至第一底值；
所述第二增大步骤，在执行所述第一减小步骤以后使所述焊接电流以第二斜率增大；
所述第二减小步骤，在执行所述第二增大步骤以后使所述焊接电流减小至比所述第一底值小的第二底值，以便使状态转变为所述电弧状态。
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