CN1712169A - 交流脉冲电弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

在将通过电极负电流与通过峰值电流以及基值电流作为一个脉冲周期，重复通过焊接电流(Iw)的交流脉冲电弧焊接中，由电极负电流比率设定值设定作为1脉冲周期中的电极负电流的时间积分值在焊接电流值的时间积分值中所占的比率的电极负电流比率，由送丝速度设定值设定作为熔化电极的焊丝的送丝速度，而进行焊接的交流脉冲电弧焊接方法中，能迅速且正确地进行焊接电流的平均值以及电极负电流比率的条件设定。本发明是由焊接电流设定值(Is)设定焊接电流的平均值，将该焊接电流设定值(Is)以及上述的电极负电流比率设定值(Rs)作为输入，基于预定的变换函数电路FSC计算并自动设定送丝速度设定值(Fsc)的交流脉冲电弧焊接方法。

Description

交流脉冲电弧焊接方法
技术领域
本发明涉及用于迅速且正确地设定包括送丝速度的焊接条件的交流脉冲电弧焊接方法。
背景技术
图7是一般的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。送丝速度设定电路FS输出用于设定焊丝1的送丝速度的预定的送丝速度设定信号Fs。电极负电流比率设定电路RS，输出在图8中后述的用于设定电极负电流比率Ren的预定的电极负电流比率设定信号Rs。焊接电压设定电路VS输出用于设定施加在焊丝1与母材2之间的焊接电压Vw的平均值Vav的焊接电压设定信号Vs。焊接电源6是一般的交流脉冲电弧焊接用的焊接电源，在将上述的各设定信号作为输入、输出图8中后述的焊接电流Iw及焊接电压Vw的同时，输出用于控制焊丝送给电动机WM的送给控制信号Fc。焊丝1，经由与上述的焊丝送给电动机WM连接的送丝辊5的旋转，通过焊枪4被送给，在与母材2之间产生电弧3。
图8是交流脉冲电弧焊接中的焊接电流Iw以及焊接电压Vw的波形图。时刻t1～t2的电极负期间Ten中以电极负极性EN，如图(A)所示，通过小电流值的电极负电流In，如图(B)所示，电极负电压Vn施加在电极、母材间。时刻t2～t4的电极正期间Tep中以电极正极性Ep通过焊接电流Iw，可分为以下的两个期间。即，时刻t2～t3的峰值期间Tp中，如图(A)所示，通过用于使熔滴过渡的大电流值的峰值电流Ip，如图(B)所示，峰值电压Vp施加在电极、母材间。时刻t3～t4的基值期间Tb中，如图(A)所示，通过用于不使熔滴成长的小电流值的基值电流Ib，如图(B)所示，基值电压Vb施加在电极、母材间。将上述的时刻t1～t4作为1脉冲周期Tf重复，进行焊接。
如图(A)所示，将焊接电流Iw的绝对值的平均值定义为焊接电流平均值Iav，如图(B)所示，将焊接电压Vw的绝对值的平均值定义为焊接电压平均值Vav。此外，在以下的记载中，只将电极负电流In的绝对值记为In，同样只将电极负电压Vn的绝对值记为Vn。进一步，电极负电流比率Ren(％)的定义如下式。
Ren＝100·Ten·In/(Ten·In+Tp·Ip+Tb·Ib)
即电极负电流比率Ren是1脉冲周期Tf中的电极负电流In的时间积分值占焊接电流(绝对值)Iw的时间积分值的比率。
由上述的送丝速度设定信号Fs设定焊丝的送丝速度。直流脉冲电弧焊接中，由于送丝速度与焊接电流平均值Iav成比例关系，因此设定送丝速度相当于设定焊接电流平均值Iav。另一方面，关于交流脉冲电弧焊接的情况，在图9中后述。接着，由电极负电流比率设定信号Rs设定电极负电流比率Ren。由于电极负电流比率Ren按照上式那样定义，因此一般通过使负电极期间Ten的时间长度以及/或者电极负电流In的值变化，使电极负电流比率Ren变化。即通过电极负电流比率设定信号Rs，负电极期间Ten以及/或者电极负电流In变化，设定电极负电流比率Ren。进一步，根据上述的焊接电压设定信号Vs，通过反馈控制改变该图中所示的脉冲周期Tf、峰值期间Tp等，设定焊接电压平均值Vav。
图9是表示在交流脉冲电弧焊接中将送丝速度设为一定值时的电极负电流比率Ren与焊接电流平均值Iav之间的关系的图。该图是将送丝速度设定为F1、F2以及F3(F1＞F2＞F3)，测定使电极负电流比率Ren变化时的焊接电流平均值Iav的变化的图。从图中可知，在交流脉冲电弧焊接中，即使送丝速度为一定值，如果电极负电流比率Ren不同，则焊接电流平均值Iav也变化。一般地焊接电流平均值Iav与母材热量输入成比例，送丝速度与焊接量成比例。在由直流脉冲电弧焊接焊接薄板的情况下，由板厚决定适当的焊接电流平均值Iav。并且也必然决定送丝速度。但是，由于是薄板焊接，因此焊接电流平均值Iav变为小值，送丝速度也相应变为小值。由该小送丝速度的焊接量不能充分形成良好的焊缝，在母材间存在缝隙(间隙)的情况下，焊接量明显不足。在这种情况下，在交流脉冲电弧焊接中，可与焊接电流平均值Iav存在某种程度独立，设定送丝速度，因此可解决上述问题。从而，交流脉冲电弧焊接在薄板焊接中可更加发挥其特长。此外，交流脉冲电弧焊接，虽然多使用于铝材的焊接的情况下，但是也可适用于铁钢材。(作为上述的现有技术，例如参照专利文献1)
专利文献1：特开平5-92269号公报。
如上所述，在交流脉冲电弧焊接中，如果电极负电流比率Ren变化，则送丝速度与焊接电流平均值Iav之间的关系变化。利用该特点可进行良好的薄板焊接。作为薄板焊接中的重要的焊接品质项目可举出熔深与间隙裕度。适当的熔深由对母材的适当的热量输入而形成的。间隙裕度要求焊接量的调整范围大。即可设定焊接电流平均值Iav将向母材热量输入适当化，且设定电极负电流比率Ren并使送丝速度变化，适当化焊接量。
图10是表示焊接电流平均值为一定值时的电极负电流比率Ren与母材热量输入之间的关系的图。该图是焊丝使用直径1.2mm的铝合金A5356，母材使用板厚4mm的铝合金A5052，测定进行30秒间交流脉冲电弧焊接时的母材热量输入的图。该图是将焊接速度作为60cm/min，以焊接电流平均值Iav＝100A成为一定值的情况。如图所示，如果即使电极负电流比率Ren变化，焊接电流平均值Iav也为一定值，则母材热量输入大致恒定。因此，熔深也大致恒定。在图中，为了使电极负电流比率Ren变化，也将焊接电流平均值Iav变为一定值，而调整送丝速度。
图11是表示焊接电流平均值为一定值时的电极负电流比率Ren与母材的间隙裕度之间的关系的图。该图是焊丝使用直径1.2mm的铝合金A5356，母材使用板厚1.0mm的铝合金A5052，进行搭接焊接的情况。此外，该图是焊接速度60cm/min、焊接电流平均值Iav＝60A恒定，求得可进行良好焊接的搭接部的间隙长度的最大值的图。如图所示，在焊接电流平均值Iav为一定值的条件下，随着电极负电流比率Ren变大，间隙裕度也变大。这是由于如果电极负电流比率Ren变大，则送丝速度变快，焊接量增大、在宽的间隙部中可填充焊接金属的原因。因此，在间隙宽的情况下，也可增大电极负电流比率Ren。
根据上述的图10以及图11说明了以下的结论。母材的板厚，根据搭接等决定适当的母材热量输入，如果决定了母材热量输入，则决定适当的焊接电流平均值Iav。同时，由搭接部的间隙等决定适当的送丝速度，如果决定了送丝速度，则决定适当的电极负电流比率Ren。即如果决定了母材的板厚、搭接、间隙等，则决定焊接电流平均值Iav以及电极负电流比率Ren的适当值。但是，如图7上述那样，在现有技术中，设定送丝速度以及电极负电流比率Ren。其结果，如果为了设定焊接电流平均值Iav，而调整送丝速度设定信号，则同时电极负电流比率Ren也变化。反过来，如果调整电极负电流比率设定信号Rs，则不仅电极负电流比率Ren，同时焊接电流平均值Iav也变化。由此，由于欲设定的项目的焊接电流平均值Iav以及电极负电流比率Ren与现有技术中的实际设定项目的送丝速度以及电极负电流比率Ren不1对1对应，因此如上所述那样，产生设定变复杂等的问题。因此，在现有技术的交流脉冲电弧焊接中，存在条件设定复杂、花费时间等的问题。进一步，在条件设定时需要在理解上述特性的基础上进行，因此在条件设定中需要熟练。
发明内容
在此，本发明提供一种可迅速且正确地设定焊接电流平均值以及电极负电流比率地交流脉冲电弧焊接方法。
为了解决上述课题，本发明之一的交流脉冲电弧焊接方法，在将通过电极负极性的电极负电流与通过电极正极性的峰值电流以及基值电流作为一个脉冲周期，重复进行焊接电流的通电的交流脉冲电弧焊接中，由电极负电流比率设定值设定作为所述一个脉冲周期中的所述电极负电流的时间积分值在所述焊接电流值的时间积分值中所占的比率的电极负电流比率，由送丝速度设定值设定作为熔化电极的焊丝的送给速度，进行焊接的交流脉冲电弧焊接的方法中，其特征在于，由焊接电流设定值设定所述焊接电流的平均值，将该焊接电流设定值以及所述电极负电流比率设定值作为输入，基于预定的变换函数计算并自动设定所述送丝速度设定值。
此外，本发明之二的交流脉冲电弧焊接方法，其特征在于，本发明之一中所述的变换函数由预先定义多个所述电极负电流比率设定值的每个的所述焊接电流设定值与所述送丝速度设定值之间的关系的多个函数组构成。
本发明之三的交流脉冲电弧焊接方法，是根据本发明之一或之二中所记载的交流脉冲电弧焊接方法，其特征在于，设定焊丝·母材间的平均电压的焊接电压设定值，将所述焊接电流设定值作为输入，基于预定的电压一元函数进行计算并被自动设定。
(发明效果)
根据本发明，通过焊接电流设定值Is设定焊接电流平均值Iav、由电极负电流比率设定值Rs设定电极负电流比率Ren、由变换函数计算并自动设定送丝速度设定值Fsc，可独立并直接设定焊接电流平均值Iav与电极负电流比率Ren。因此，由焊接电流设定值Is可容易地进行用于适当化熔深的母材热量输入的设定。进一步，为了根据母材间的间隙适当化焊接量，可由电极负电流比率设定值Rs容易地进行电极负电流比率Ren的设定。由此，根据本发明，可迅速且正确地进行焊接条件的设定。进一步，由于可独立设定焊接电流平均值Iav与电极负电流比率Ren，因此对这些设定不需要熟练。
根据上述的本发明之三，除了上述的效果外，可基于将焊接电流设定值Is作为输入的电压一元函数，通过运算将焊接电压的平均值Vav的设定自动设定为适当值。因此，进一步可迅速且正确地进行焊接条件的设定。
附图说明
图1是有关本发明的实施方式1的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。
图2是表示图1中的变换函数的一例的图。
图3是表示定义图2中的变量a的函数f1的一例的图。
图4是表示定义图2中的变量b的函数f2的一例的图。
图5是有关本发明的实施方式2的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。
图6是表示图5中的电压一元函数的一例的图。
图7是现有技术的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。
图8是现有技术的交流脉冲电弧焊接中的电流、电压波形图。
图9是表示现有技术中电极负电流比率Ren与焊接电流平均值Iav之间的关系的图。
图10是用于说明课题的焊接电流平均值Iav一定条件下的电极负电流比率Ren与母材热量输入之间的关系的图。
图11是用于说明课题的焊接电流平均值Iav一定条件下的电极负电流比率Ren与间隙裕度之间的关系的图。
图中：1-焊丝；2-母材；3-电弧；4-焊枪；5-送丝辊；6-焊接电源；a、b-变量；EN-电极负极性；Ep-电极正极性；f1、f2-函数；Fc-送丝控制信号；FS-送丝速度设定电路；Fs-送丝速度设定信号；FSC-送丝速度变换函数电路；Fsc-送丝速度设定运算(值/信号)；Iav-焊接电流平均值；Ib-基值电流；In-电极负电流；Ip-峰值电流；IS-焊接电流设定电路；Is-焊接电流设定(值/信号)；IW-焊接电流；Ren-电极负电流比率；RS-电极负电流比率设定电路；Rs-电极负电流比率设定(值/信号)；Tb-基值期间；Ten-电极负期间；Tep-电极正期间；Tf-脉冲周期；Tp-峰值期间；Vav-焊接电压平均值；Vb-基值电压；Vn-电极负电压；Vp-峰值电压；VS-焊接电压设定电路；Vs-焊接电压设定信号；VSC-电压一元函数电路；Vsc-焊接电压设定运算(值/信号)；Vw-焊接电压；WM-焊丝送给电动机。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是有关本发明实施方式1的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。在图中，与上述的图7相同的构成物中付与相同的符号，省略其说明。以下，对用点线表示的与图7不同的构成物进行说明。
焊接电流设定电路IS，输出用于设定焊接电流平均值的预定的焊接电流设定信号Is。送丝速度变换函数电路FSC，将上述的焊接电流设定信号Is以及电极负电流比率设定信号Rs作为输入，基于预定的变换函数进行运算，输出送丝速度设定运算信号Fsc。对该变换函数的详细内容后面讲述。在此，由于送丝速度设定信号Fs只替换为送丝速度设定运算信号Fsc，对焊接电源6的输入信号实质上相同，因此焊接电源6可使用现有的技术。但是，也存在将焊接电流设定电路IS、电极负电流比率设定电路RS、焊接电压设定电路VS以及送丝速度变换函数电路FSC内置于电源内的情况。由此，可以独立设定焊接电流平均值以及电极负电流比率，因此可非常迅速且正确地进行条件设定。
图2是表示上述的变换函数的一例的焊接电流设定值Is与送丝速度设定运算值Fsc之间的关系图。该图是焊丝为直径1.2mm的铝合金A5356的情况。电极负电流比率设定值Rs为0％、20％以及40％的情况。各特性可由下式表示。
Fsc＝a·Is+b     (1)式
a＝f1(Rs)        (2)式
b＝f2(Rs)        (3)式图3表示上述(2)式的函数f1的一例。该图表示电极负电流比率设定值Rs与上述(1)式的变量a之间的关系。此外，图4表示上述(3)式的函数f2的一例。该图表示电极负电流比率设定值Rs与上述(1)式的变量b之间的关系。
以下表示与上述不同的变化函数的定义方法。在上述的图2中，由下式表示各特性。
Rs＝0％时Fsc＝a0·Is+b0
Rs＝1％时Fsc＝a1·Is+b1
Rs＝40％时Fsc＝a40·Is+b40
a0、a1…a40以及b0、b1…b40是常数。如上所述是根据电极负电流比率设定值Rs预先定义多个变换函数组的方法。a0、b0等由预先试验算出。电极负电流比率设定值Rs的范围在实用上0～40％的范围是足够的。也可不象上述例那样每1％定义变换函数，也可例如以每5％进行定义。在这种情况下，在输入每5％之间的Rs时，也可由根据与其前后的Rs对应的变换函数的运算值进行插补，计算Fsc。如果举一例，则Rs＝2％时，根据Rs＝0％时的变换函数计算Fsc(0％)，根据Rs＝5％时的变换函数计算Fsc(5％)。并且，由Fsc(2％)＝0.6·Fsc(0％)+0.4·Fsc(5％)的运算进行插补。
(实施方式2)
图5是有关本发明的实施方式2的交流脉冲电弧焊接装置的构成图。在图中，与上述的图1相同的构成物付与相同的符号，省略其说明。以下，对虚线所示的与图1不同的构成物进行说明。
电压一元函数电路VSC将焊接电流设定信号Is作为输入，基于预定的电压一元函数进行运算，输出焊接电压设定运算信号Vsc。关于该电压一元函数的详细内容后面讲述。在此，由于焊接电压设定信号Vs只替换为焊接电压设定运算信号Vsc，对焊接电源6的输入信号实质上相同，因此焊接电源6可使用现有的技术。但是，也存在将焊接电流设定电路IS、电极负电流比率设定电路RS、送丝速度变换函数电路FSC以及电压一元函数电路VSC内置于电源内的情况。一般如果选择焊丝的直径以及材质，则决定对焊接电流平均值Iav(焊接电流设定值Is)的适当的焊接电压平均值Vav(焊接电压设定运算值Vsc)。上述电压一元函数定义该Is-Vsc之间的关系。
图6是表示上述的电压一元函数的一例的焊接电流设定值Is与焊接电压设定运算值Vsc之间的关系图。该图是焊丝为直径1.2mm的铝合金A5356的情况。也可将电压一元函数作为图中所示的直线式定义。
根据实施方式2，如果设定焊接电流设定信号Is，则由于自动设定适当的焊接电压设定运算信号Vsc，因此可进一步迅速且正确的进行条件设定。

Claims (3)

1、一种交流脉冲电弧焊接方法，在将通过电极负极性的电极负电流与通过电极正极性的峰值电流以及基值电流作为一个脉冲周期，重复通过进行焊接电流的交流脉冲电弧焊接中，由电极负电流比率设定值设定作为所述一个脉冲周期中的所述电极负电流的时间积分值在所述焊接电流值的时间积分值中所占的比率的电极负电流比率，由送丝速度设定值设定作为熔化电极的焊丝的送给速度，进行焊接的交流脉冲电弧焊接的方法中，其特征在于，
由焊接电流设定值设定所述焊接电流的平均值，将该焊接电流设定值以及所述电极负电流比率设定值作为输入，基于预定的变换函数计算并自动设定所述送丝速度设定值。
2、根据权利要求1所述的交流脉冲电弧焊接方法，其特征在于，
所述变换函数，由预先定义多个所述电极负电流比率设定值的每个的所述焊接电流设定值与所述送丝速度设定值之间的关系的多个函数组构成。
3、根据权利要求1或2所述的交流脉冲电弧焊接方法，其特征在于，
设定焊丝·母材间的平均电压的焊接电压设定值，将所述焊接电流设定值作为输入，基于预定的电压一元函数进行计算并自动设定。
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