CN114378406A - 脉冲电弧焊接电源 - Google Patents

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CN114378406A CN202110754355.XA CN202110754355A CN114378406A CN 114378406 A CN114378406 A CN 114378406A CN 202110754355 A CN202110754355 A CN 202110754355A CN 114378406 A CN114378406 A CN 114378406A
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Abstract

本发明提供一种脉冲电弧焊接电源，在自耗电极式脉冲电弧焊接主视将焊接电流的脉冲参数自动控制成适当值时的过渡响应性以及稳态稳定性良好，具备电力控制部(PM)，在该脉冲电弧焊接电源中，具备：按每个脉冲周期检测焊丝(1)与母材(2)的短路的发生时期(Tsa)的短路发生时期检测部(TSA)；将与短路的发生时期(Tsa)对应地预先确定的修正量按每个给定脉冲周期进行累计来算出累计修正量(Sd)的累计修正量算出部(SD)；和基于累计修正量(Sd)来修正焊接电流(Iw)的波形的脉冲参数的脉冲参数修正部(PC)。

Description

脉冲电弧焊接电源
技术领域
本发明涉及能将脉冲参数自动适当化的脉冲电弧焊接电源。
背景技术
在自耗电极式脉冲电弧焊接中，进给焊丝，在上升期间中通电从基值电流向峰值电流上升的过渡电流，在峰值期间中通电峰值电流，在下降期间中通电从峰值电流向基值电流下降的过渡电流，在基值期间中通电基值电流，通电以这些通电为1脉冲周期的焊接电流来进行焊接。在脉冲电弧焊接中，通过设为每1脉冲周期让一个熔滴进行过渡的所谓1脉冲周期1熔滴过渡的状态，能进行溅射产生量少、焊道外观良好的高品质的焊接。为了形成1脉冲周期1熔滴过渡状态，需要将峰值期间、峰值电流等脉冲参数设定为适当值。
即使是JIS标准相同的焊丝，也会由于焊丝的品牌从而成分构成相异，因此脉冲参数的适当值成为不同的值。进一步地，根据供电嘴-母材间距离(焊炬高度)、进给速度、焊接速度等，适当值变化。为此，提出将脉冲参数自动调整为适当值的控制(参考专利文献1)。
在专利文献1的发明中，按每个脉冲周期检测所述焊丝与母材的短路的发生时期，算出表征每单位时间的所述短路发生时期的分布的指标，基于该指标来使所述焊接电流的波形中的脉冲参数变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2014-226677号公报
在脉冲电弧焊接中，在进行高速焊接的情况下，为了抑制咬边，优选使焊接电压的设定值比标准值小来缩短电弧长度。但电弧长度变短的结果，变得易于发生短路，溅射产生量大幅增加。
在上述中，若运用上述的现有技术，就能基于每单位时间的短路发生时期的分布将脉冲参数适当化，来削减溅射产生量。但在现有技术中，由于是基于分布，因此到收敛至适当值为止要花费时间，有过渡响应性差的问题。
发明内容
为此，在本发明中，目的在于，提供能在脉冲参数的自动修正控制中使过渡响应性以及稳态稳定性良好的脉冲电弧焊接电源。
为了解决上述的课题，技术方案1的发明是脉冲电弧焊接电源，进给焊丝，具备电力控制部，其在上升期间中输出从基值电流向峰值电流上升的过渡电流，在峰值期间中输出所述峰值电流，在下降期间中输出从所述峰值电流向所述基值电流下降的过渡电流，在基值期间中输出所述基值电流，输出以这些输出为1脉冲周期的焊接电流，所述脉冲电弧焊接电源的特征在于，具备：按每个所述脉冲周期检测所述焊丝与母材的短路的发生时期的短路发生时期检测部；将与所述短路的发生时期对应地预先确定的修正量按每个给定脉冲周期进行累计来算出累计修正量的累计修正量算出部；和基于所述累计修正量来修正所述焊接电流的波形的脉冲参数的脉冲参数修正部。
技术方案2的发明在技术方案1记载的脉冲电弧焊接电源的基础上，特征在于，将所述短路的发生时期分类成所述上升期间、所述峰值期间、所述下降期间以及所述基值期间这4个期间。
技术方案3的发明在技术方案1或2记载的脉冲电弧焊接电源基础上，特征在于，所述脉冲参数是所述峰值期间以及/或者所述峰值电流。
发明的效果
根据本发明，能在脉冲参数的自动修正控制中使过渡响应性以及稳态稳定性良好。特别在高速焊接时，能使脉冲参数迅速收敛至适当值，稳态稳定性也良好，因此能进行溅射产生量少的高品质的焊接。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的脉冲电弧焊接电源的框图。
图2是图1的焊接电源中的各信号的时序图。
附图标记的说明
1 焊丝
1a 焊丝盘
2 母材
3 电弧
4 焊炬
5 进给辊
DV 驱动电路
Dv 驱动信号
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
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
Ib 基值电流
IBR 基值电流设定电路
Ibr 基值电流设定信号
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
Ip 峰值电流
Ip0 峰值电流的初始值
Ipr 峰值电流设定信号
IR 焊接电流平均值设定电路
Ir 焊接电流平均值设定信号
Iw 焊接电流
Kt、Ki 系数
PC 脉冲参数修正电路
PM 电力控制电路
SA 短路判别电路
Sa 短路判别信号
SD 累计修正量算出电路
Sd 累计修正量信号
Tb 基值期间
Td 下降期间
TDR 下降期间设定电路
Tdr 下降期间设定信号
Tf 脉冲周期(信号)
TM 计时器电路
Tm 计时器信号
Tp 峰值期间
Tp0 峰值期间的初始值
Tpr 峰值期间设定信号
TSA 短路发生时期检测电路
Tsa 短路发生时期检测信号
Tu 上升期间
TUR 上升期间设定电路
Tur 上升期间设定信号
VAV 焊接电压平均值算出电路
Vav 焊接电压平均值信号
VD 焊接电压检测电路
Vd 焊接电压检测信号
VF 电压·频率变换电路
VR 焊接电压设定电路
Vr 焊接电压设定信号
Vw 焊接电压
WM 焊丝进给电动机
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的实施方式。
图1是本发明的实施方式所涉及的脉冲电弧焊接电源的框图。以下参考该图来说明各方块。
电力控制电路PM将3相200V等商用电源(图示省略)作为输入，按照后述的驱动信号Dv进行基于逆变控制的输出控制，输出焊接电流Iw以及焊接电压Vw。虽省略图示，但该电力控制电路PM具备：对商用电源进行整流的1次整流器；将整流过的直流平滑的电容器；将经过平滑的直流按照上述的驱动信号Dv变换成高频交流的逆变电路；将高频交流降压成适于电弧焊接的电压值的高频变压器；对降压的高频交流进行整流的2次整流器；将经过整流的直流平滑的电抗器。
焊丝1缠绕在焊丝盘1a。焊丝1通过与焊丝进给电动机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来进行焊接。在电弧3中通电焊接电流Iw，对焊丝1与母材2之间施加焊接电压Vw。
焊接电压检测电路VD检测焊接电压Vw，并输出焊接电压检测信号Vd。焊接电压平均值算出电路VAV将该焊接电压检测信号Vd作为输入，通过经过低通滤波器来将进行平均化，并输出焊接电压平均值信号Vav。焊接电压设定电路VR输出预先确定的焊接电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV，将该焊接电压设定信号Vr与上述的焊接电压平均值信号Vav的误差放大，并输出电压误差放大信号Ev。
电压/频率变换电路VF，将上述的电压误差放大信号Ev作为输入，输出具有与与该电压误差放大信号Ev的值相应的频率的脉冲周期信号Tf。该脉冲周期信号Tf是按每个脉冲周期成为短时间高电平的信号。
短路判别电路SA，将上述的焊接电压检测信号Vd作为输入，根据其值来判别短路状态，输出成为高电平的短路判别信号Sa。
短路发生时期检测电路TSA，将上述的短路判别信号Sa以及后述的计时器信号Tm作为输入，进行以下的处理，输出短路发生时期检测信号Tsa。
1)在计时器信号Tm＝1(上升期间Tu)时短路判别信号Sa变化为高电平时，输出短路发生时期检测信号Tsa＝1。
2)在计时器信号Tm＝2(峰值期间Tp)时短路判别信号Sa变化为高电平时，输出短路发生时期检测信号Tsa＝2。
3)在计时器信号Tm＝3(下降期间Td)时短路判别信号Sa变化为高电平时，输出短路发生时期检测信号Tsa＝3。
4)在计时器信号Tm＝4(基值期间Tb)时短路判别信号Sa变化为高电平时，输出短路发生时期检测信号Tsa＝4。
累计修正量算出电路SD将上述的短路发生时期检测信号Tsa作为输入，按每个脉冲周期，在短路发生时期检测信号Tsa＝1时输出成为预先确定的第1修正量Sd1的修正量，在短路发生时期检测信号Tsa＝2时输出成为预先确定的第2修正量Sd2的修正量，在短路发生时期检测信号Tsa＝3时输出成为预先确定的第3修正量Sd3的修正量，在短路发生时期检测信号Tsa＝4时输出成为预先确定的第4修正量Sd4的修正量，按每个给定脉冲周期将上述的修正量累计，并输出累计修正量信号Sd。关于该电路的详细的动作，在图2中后述。
上升期间设定电路TUR，输出预先确定的上升期间设定信号Tur。下降期间设定电路TDR，输出预先确定的下降期间设定信号Tdr。
脉冲参数修正电路PC将上述的累计修正量信号Sd作为输入，按每个给定脉冲周期算出Tpr＝Tp0+∑(Sd×Kt)，算出Ipr＝Ip0+∑(Sd×Ki)，输出峰值期间设定信号Tpr以及峰值电流设定信号Ipr。Tp0以及Ip0是预先确定的初始值，Kt以及Ki是预先确定的系数。关于该电路的详细的动作，在图2中后述。
计时器电路TM将上述的脉冲周期信号Tf、上述的上升期间设定信号Tur、上述的峰值期间设定信号Tpr以及上述的下降期间设定信号Tdr作为输入，若脉冲周期信号Tf变化为短时间高电平，就输出如下的计时器信号Tm，在由上升期间设定信号Tur确定的上升期间Tu中计时器信号Tm的值成为1，在之后的由峰值期间设定信号Tpr确定的峰值期间Tp中计时器信号Tm的值成为2，在之后的由下降期间设定信号Tdr确定的下降期间Td中计时器信号Tm的值成为3，在之后的到脉冲周期信号Tf成为短时间高电平为止的基值期间Tb中，计时器信号Tm的值成为4。
基值电流设定电路IBR输出预先确定的基值电流设定信号Ibr。
电流控制设定电路ICR将上述的计时器信号Tm、上述的峰值电流设定信号Ipr以及上述的基值电流设定信号Ibr作为输入，进行以下的处理，输出电流控制设定信号Icr。
1)在计时器信号Tm＝1(上升期间Tu)时，输出从基值电流设定信号Ibr的值向峰值电流设定信号Ipr的值上升的电流控制设定信号Icr。
2)在计时器信号Tm＝2(峰值期间Tp)时，输出成为峰值电流设定信号Ipr的值的电流控制设定信号Icr。
3)在计时器信号Tm＝3(下降期间Td)时，输出从峰值电流设定信号Ipr的值向基值电流设定信号Ibr的值下降的电流控制设定信号Icr。
4)在计时器信号Tm＝4(基值期间Tb)时，输出成为基值电流设定信号Ibr的值的电流控制设定信号Icr。
焊接电流检测电路ID，检测焊接电流Iw并输出焊接电流检测信号Id。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。驱动电路DV将该电流误差放大信号Ei作为输入，进行PWM控制，输出用于驱动上述的电力控制电路PM的逆变电路的驱动信号Dv。
焊接电流平均值设定电路IR输出预先确定的焊接电流平均值设定信号Ir。进给速度设定电路FR将该焊接电流平均值设定信号Ir作为输入，通过预先内置的焊接电流平均值与进给速度的关系式来算出与焊接电流平均值设定信号Ir的值对应的进给速度设定信号Fr，并输出。进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以由该值确定的进给速度进给焊丝1的进给控制信号Fc输出到上述的焊丝进给电动机WM。
图2是图1的焊接电源中的各信号的时序图。该图的(A)表示焊接电流Iw时间变化，该图的(B)表示焊接电压Vw的时间变化，该图的(C)表示短路判别信号Sa的时间变化。以下参考该图来说明各信号的动作。
在时刻t1～t2的上升期间Tu中，如该图的(A)所示那样，焊接电流Iw从基值电流Ib向峰值电流Ip上升，如该图的(B)所示那样，焊接电压Vw从基值电压向峰值电压上升。在时刻t2～t3的峰值期间Tp中，如该图的(A)所示那样，焊接电流Iw成为峰值电流Ip，如该图的(B)所示那样，焊接电压Vw成为峰值电压。在时刻t3～t4的下降期间Td中，如该图的(A)所示那样，焊接电流Iw从峰值电流Ip向基值电流Ib下降，如该图的(B)所示那样，焊接电压Vw从峰值电压向基值电压下降。在时刻t4～t5的基值期间Tb中，如该图的(A)所示那样，焊接电流Iw成为基值电流Ib，如该图的(B)所示那样，焊接电压Vw成为基值电压。时刻t1～t5的期间成为1脉冲周期Tf。设定峰值电流Ip以及峰值期间Tp，使得在每1脉冲周期Tf，熔滴进行过渡。将基值电流Ib设定成小电流值，以使得不会形成熔滴。峰值电流Ip通过图1的峰值电流设定信号Ipr来设定，基值电流Ib通过图1的基值电流设定信号Ibr来设定。上升期间Tu通过图1的上升期间设定信号Tur来设定，峰值期间Tp通过图1的峰值期间设定信号Tpr来设定，下降期间Td通过图1的下降期间设定信号Tdr来设定。
脉冲周期Tf被调制控制，以使得焊接电压Vw的平均值(图1的焊接电压平均值信号Vav)变得与图1的焊接电压设定信号Vr相等。由此电弧长度被控制成适当值。
在该图中，在下降期间Td中的时刻t31，短时间发生焊丝与母材的短路，如该图的(B)所示那样，焊接电压Vw成为数V的短路电压值。为此，在时刻t31，如该图的(C)所示那样，短路判别信号Sa成为短时间高电平(High)。如该图的(A)所示那样，焊接电流Iw在短路期间中上升。为此，图1的短路发生时期检测电路TSA输出短路发生时期检测信号Tsa＝3。接受到这一输出，图1的累计修正量算出电路SD与短路发生时期检测信号Tsa＝3对应地输出预先确定的第3修正量Sd3，按每个给定脉冲周期进行累计，并输出累计修正量信号Sd。
在此，将给定周期例如设为5。在第n次脉冲周期中，若在上升期间Tu中发生短路，则成为Tsa＝1，修正量成为第1修正量Sd1。在第n+1次脉冲周期中，若在峰值期间Tp中发生短路，则成为Tsa＝2，修正量成为第2修正量Sd2。在第n+2次脉冲周期中，若在下降期间Td中发生短路，则成为Tsa＝3，修正量成为第3修正量Sd3。在第n+3次脉冲周期，若在基值期间Tb中发生短路，则成为Tsa＝4，修正量成为第4修正量Sd4。在第n+4次脉冲周期中，若在峰值期间Tp中发生短路，则成为Tsa＝2，修正量成为第2修正量Sd2。其结果，成为累计修正量信号Sd＝Sd1+Sd2+Sd3+Sd4+Sd2。在此，例如若设为Sd1＝1、Sd2＝-1、Sd3＝-0.6、Sd4＝0，则成为Sd＝-1.6。
接下来，图1的脉冲参数修正电路PC将上述的累计修正量信号Sd作为输入，按每个给定脉冲周期算出Tpr＝Tp0+∑(Sd×Kt)，算出Ipr＝IpO+∑(Sd×Ki)。在此，若设为系数Kt＝10μs，设为Ki＝5A，则成为Sd×Kt＝-1.6×10＝-16μs，成为Sd×Ki＝-1.6×5＝-8A。因此，在第n+4次脉冲周期结束的时间点，进行将峰值期间Tp缩短了16μs、将峰值电流Ip减小了8A的修正。
将短路发生时期分类成上升期间Tu、峰值期间Tp、下降期间Td以及基值期间Tb这4个期间是因为，根据短路发生时期，如以下那样焊接状态不同。通过修正脉冲参数来使短路发生时期收敛至基值期间，能谋求脉冲参数的适当化。
(1)上升期间Tu，是用于使焊丝前端的熔滴生长的准备期间。在该期间发生短路是因为，由于用于形成1脉冲周期1熔滴过渡状态的热输入量不足，成为多脉冲周期1熔滴过渡状态。在该情况下，需要使峰值期间Tp以及/或者峰值电流Ip增加。
(2)峰值期间Tp是使熔滴较大生长的期间。在该期间发生短路是因为，由于用于熔滴过渡的热输入量过剩，成为1脉冲周期多熔滴过渡状态。在该情况下，需要使峰值期间Tp以及/或者峰值电流Ip减少。
(3)下降期间Td是在熔滴形成缩颈来促进过渡的期间。在该期间发生短路是因为，热输入量稍微过剩。在该情况下，需要使峰值期间Tp以及/或者峰值电流Ip稍微减少。
(4)基值期间Tb是使熔滴的生长停止来使过渡的期间。在该期间发生短路是因为，成为稳定的1脉冲周期1熔滴过渡状态。在该情况下，峰值期间Tp以及/或者峰值电流Ip是适当值，不需要进行修正。进而，也可以通过将基值期间分类为前期基值期间和后期基值期间，让短路发生时期成为前期基值期间，来谋求脉冲参数的适当化。在该情况下，由于在短路发生时期成为后期基值期间时热输入量不足，因此使峰值期间Tp以及/或者峰值电流Ip增加。
以下示出上述的脉冲参数的数值例。
峰值期间的初始值Tp0＝1.5ms、峰值电流的初始值Ip0＝500A
上升期间Tu＝1ms、下降期间Td＝1ms、基值电流Ib＝50A
脉冲周期Tf(调制幅度)＝4～10ms、给定脉冲周期＝3～10
在上述中，也可以在峰值期间Tp以及峰值电流Ip的修正中，设置上限值以及下限值。据此，能抑制修正控制变得不稳定。进而，在1脉冲周期中发生多次短路的情况下，优选将最初的短路的发生时期作为修正控制的对象。这是因为，为了判别热输入量的适当度，最初的短路发生时期是重要的。进而，也可以存储脉冲参数的收敛值，在接下来的焊接时从收敛值开始焊接。据此，从焊接刚开始后就能形成稳定的1脉冲周期1熔滴过渡状态。
根据上述的实施方式所涉及的脉冲电弧焊接电源，具备：按每个脉冲周期检测焊丝与母材的短路的发生时期的短路发生时期检测部；将与短路的发生时期对应地预先确定的修正量按每个给定脉冲周期进行累计来算出累计修正量的累计修正量算出部；和基于累计修正量来修正焊接电流的波形的脉冲参数的脉冲参数修正部。进而，将短路的发生时期分类成上升期间、峰值期间、下降期间以及基值期间这4个期间。进而，脉冲参数是峰值期间以及/或者峰值电流。在本实施方式中，通过与短路发生时期对应地设定修正量来使过渡响应性良好。此外，通过将每个脉冲周期的修正量按每个给定脉冲周期进行累计来修正脉冲参数，来使稳态稳定性良好。其结果，在本实施方式中，能在脉冲参数的自动修正控制中，使过渡响应性以及稳态稳定性良好。

Claims (3)

1.一种脉冲电弧焊接电源，进给焊丝，具备电力控制部，其在上升期间中输出从基值电流向峰值电流上升的过渡电流，在峰值期间中输出所述峰值电流，在下降期间中输出从所述峰值电流向所述基值电流下降的过渡电流，在基值期间中输出所述基值电流，输出以这些输出为1脉冲周期的焊接电流，
所述脉冲电弧焊接电源的特征在于，具备：
按每个所述脉冲周期检测所述焊丝与母材的短路的发生时期的短路发生时期检测部；
将与所述短路的发生时期对应地预先确定的修正量按每个给定脉冲周期进行累计来算出累计修正量的累计修正量算出部；和
基于所述累计修正量来修正所述焊接电流的波形的脉冲参数的脉冲参数修正部。
2.根据权利要求1所述的脉冲电弧焊接电源，其特征在于，
将所述短路的发生时期分类为所述上升期间、所述峰值期间、所述下降期间以及所述基值期间这4个期间。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲电弧焊接电源，其特征在于，
所述脉冲参数是所述峰值期间以及/或者所述峰值电流。
CN202110754355.XA 2020-10-21 2021-07-02 脉冲电弧焊接电源 Pending CN114378406A (zh)

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