CN1962148B - 熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在根据焊接电压v控制焊接电源的输出的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法中，抑制因电弧阴极点的形成位置的游移所引起的焊接电压中叠加有异常电压从而导致焊接状态变得不稳定。本发明是一种熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，将焊接电流i的全部通电范围细分为多个电流区域CZ，在这些电流区域CZ的每一个中设定基准焊接电压值Vc，在每一个微小周期检测出焊接电流i与焊接电压v，通过该焊接电流检测值选择适合的上述电流区域CZ，以该所选择的电流区域CZ的上述基准焊接电压值Vc为中心值计算出变动范围Vc±ΔVc，将上述焊接电压检测值限制在该变动范围内，计算出焊接电压限制值vf，根据该焊接电压限制值vf控制焊接电源的输出。

Description

熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法

技术领域

本发明涉及一种用来去除叠加在焊接电压中的异常电压，根据该焊接电压对焊接电源进行输出控制，稳定焊接状态的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法。

背景技术

熔化电极电弧焊接中，维持熔化电极(以下称作焊丝)的顶端与母材之间的最短距离也即外观的电弧长(以下称作电弧长)为适当值，对于得到良好的焊接品质来说非常重要。因此对熔化电极电弧焊接电源进行恒压控制。这是由于，利用电弧长与焊接电压之间的比例关系，通过焊接电压检测出电弧长，进行输出控制使得该焊接电压检测值等于相当于适当电弧长的电压设定值，通过这样将电弧长维持为适当值的缘故。为了该电弧长控制的稳定化，需要通过焊接电压高精度检测出电弧长。

熔化电极电弧焊接通常以电极正极性EP进行，因此在焊丝顶端部形成阳极点，在母材表面形成阴极点，在阳极点与阴极点之间电弧进行起弧。阳极点在形成在焊丝顶端部附近的状态下几乎不会移动。与此相对，阴极点向着母材表面的有氧化膜的部分游移。进而，阴极点还因母材表面的污垢、熔池的运动状态、来自熔池的气体排出等而游移。阴极点的形成位置即使瞬间变化，外观的电弧长也不变。这是由于外观的电弧长因焊丝送丝速度与焊丝熔化速度的差而变化，因此在十数ms以下的瞬间非常微小，无法变化。但是，如果因上述各种原因导致阴极点游移，焊接电压中就会叠加异常电压。该异常电压是与外观的电弧长不成比例的电压。因此如果根据叠加有该异常电压的焊接电压进行输出控制，电弧长控制系统就会变得不稳定，焊接品质恶化。异常电压的发生，在保护气体中混合有惰性气体(氩气、氦气等)的MIG焊接以及MAG焊接中较多。因此，为了稳定 电弧长控制，需要从焊接电压中去除异常电压。以下，对用来在熔化电极脉冲电弧焊接中去除异常电压的现有技术进行说明(参照专利文献1、2)。

图15为熔化电极脉冲电弧焊接中的电压/电流波形图。图(A)表示焊接电压v的时间变化，图(B)表示焊接电流i的时间变化。下面对照附图进行说明。

时刻t1～t2的预定峰值上升期间Tup中，如图(B)所示，流通从基值电流向峰值电流上升的迁移电流，如图(A)所示，从基值电压向峰值电压上升的迁移电压加载在焊丝/母材之间。时刻t2～t3的预定峰值期间Tp中，如图(B)所示，流通预定的峰值电流，如图(A)所示，加载峰值电压。时刻t3～t4的预定峰值下降期间Tdw中，如图(B)所示，流通从峰值电流向基值电流下降的迁移电流，如图(A)所示，加载从峰值电压向基值电压下降的迁移电压。时刻t4～t5的基值期间Tb中，如图(B)所示，流通预定的基值电流，如图(A)所示，加载基值电压。

如图(A)所示，基值期间Tb中，基值电压中叠加有大于通常值的异常电压。脉冲电弧焊接中，对上述基值期间Tb的长度进行可变控制，使得焊接电压v的平均值等于电压设定值。因此如果焊接电压v中叠加有异常电压，根据焊接电压平均值的电弧长的检测中就会含有误差，电弧长控制变得不稳定。

图16为表示用来去除异常电压的基准电压波形的设定方法的图。首先，对应于焊丝的种类、送丝速度等焊接条件，通过实验等预先设定基准峰值电压值Vpc、基准基值电压值Vbc以及变动范围ΔVc。之后如图所示，通过将峰值上升期间Tup的开始时刻设为0[s]的经过时间t，如下式所示定义基准电压波形。

(11)0≤t＜Tup

Vc＝((Vpc-Vbc)/Tup)·t+Vbc  (11)式

(12)Tup≤t＜Tup+Tp

Vc＝Vpc  (12)式

(13)Tup+Tp≤t＜Tup+Tp+Tdw

Vc＝((Vbc-Vpc)/Tdw)·(t-Tup-Tp)+Vpc  (13)式

(14)Tup+Tp+Tdw≤t＜Tup+Tp+Tdw+Tb

Vc＝Vbc    (14)式

例如，如图所示，设为经过时间ta中的焊接电压检测值vd1[V]。由于经过时间ta是Tup+Tp≤ta＜Tup+Tp+Tdw时，因此代入到上述式(13)中，基准电压波形的中心电压值Vc1[V]变为以下。

Vc1＝((Vbc-Vpc)/Tdw)·(ta-Tup-Tp)+Vpc

因此，经过时间ta时的焊接电压检测值vd1，限制在变动范围Vc1±ΔVc内。也即，在vd1≥Vc1+ΔVc时，限制为vd1＝Vc+ΔVc，在vd1≤Vc1-ΔVc时，限制为vd1＝Vc-ΔVc。根据这样所计算出来的焊接电压限制值vf，进行焊接电源的输出控制。

图17为表示使用了上述基准电压波形的异常电压的去除状态的波形图。图(A)为图15中所述的叠加有异常电压的焊接电压v的波形，图(B)为焊接电压限制值vf的波形。图中，除了时刻t1～t2的异常电压发生期间的期间中，由于焊接电压v处于距离基准电压波形的变动范围Vc±ΔVc内，因此焊接电压限制值变为vf＝v。另外，时刻t1～t2的期间中，超过了距离基准电压波形的变动范围的上限值Vc+ΔVc的焊接电压值v被限制为上限值，如图(B)所示，焊接电压限制值变为vf＝Vc+ΔV。这样，去除了叠加在焊接电压v中的异常电压，只抽出与电弧长具有成比例关系的电压，能够用于输出控制。

【专利文献1】特开2003-311409号公报

【专利文献2】特开2005-034853号公报

上述现有技术中，在脉冲电弧焊接中能够去除叠加在焊接电压v上的异常电压。但是，不但在脉冲电弧焊接中，在非脉冲的熔化电极电弧焊接中，焊接电压v中也叠加异常电压。下面对这种情况进行说明。

图18为熔化电极电弧焊接的电压/电流波形图。图(A)示出了焊接电压v的时间变化，图(B)示出了焊接电流i的时间变化。时刻t1～t2的短路期间Ts中，如图(A)所示，焊接电压v变为数V程度的短路电压值，如图(B)所示，焊接电流i逐渐增加。该短路期间Ts中不产生电弧，也不形成阴极点，因此不会产生异常电压。接下来，时刻t2～t3的电弧期间Ta中，焊接电压v变为电弧电压值，如图(B)所示，焊接电流i逐渐减少。该电弧期间Ta中，如时刻t4～t5所示，产生异常电压。如果 产生异常电压，电压急剧增加，则由于焊接电源被恒压控制，因此如图(B)所示，焊接电流i急剧减少。该电流变化成为电弧状态变得不稳定的起因。发生异常电压的原因，与上述脉冲电弧焊接的情况下相同。

上述熔化电极电弧焊接中的异常电压中，无法使用现有技术的脉冲电弧焊接中的异常电压去除方法。其理由如下所述。也即，脉冲电弧焊接中，能够将峰值期间与基值期间的焊接电压的通常值设定为基准峰值电压值Vpc与基准基值电压值Vbc。因此能够使用这两值定义基准电压波形。但是，熔化电极电弧焊接中，电弧期间Ta中的焊接电压v的时间变化因电弧负载而进行多种多样的变化。因此，无法像图16中所述的脉冲电弧焊接那样，设定伴随着时间经过的基准电压波形。因此，通过现有技术无法去除叠加在熔化电极电弧焊接的焊接电压中的异常电压。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够去除熔化电极电弧焊接的焊接电压中叠加的异常电压，进行稳定的电弧长控制的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法。

为了解决上述问题，第1发明是一种熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，根据预先设定的电压设定值与焊接电压间的误差放大值控制焊接电源的输出，其特征在于：将焊接电流的全部通电范围细分为多个电流区域，在这些电流区域的每一个中设定基准焊接电压值，在每一个微小时间的抽样周期检测出焊接电流与焊接电压，通过该焊接电流检测值选择适合的上述电流区域，以该所选择的电流区域的上述基准焊接电压值为中心值计算出变动范围，将上述焊接电压检测值限制在该变动范围内，计算出焊接电压限制值，通过上述电压设定值与上述焊接电压限制值计算出上述误差放大值。

另外，第2发明是一种根据第1发明所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，在每一个上述电流区域中将上述焊接电压限制值进行移动平均，计算出每一个上述电流区域的上述基准焊接电压值。

另外，第3发明是一种熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，根据预先设定的电压设定值与焊接电压间的误差放大值控制焊接电源的输出，其特征在于：设定表示电弧发生过程中的焊接电流与焊接电压之间的关系 的电弧特性曲线的基准特性，在每一个微小周期中检测出焊接电流与焊接电压，计算出对应该焊接电流检测值的上述基准特性上的基准焊接电压值，以该基准焊接电压值为中心值计算出变动范围，将上述焊接电压检测值限制在该变动范围内，计算出焊接电压限制值，通过上述电压设定值与上述焊接电压限制值计算出上述误差放大值。

另外，第4发明是一种根据第3发明所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，通过每一个上述微小周期的上述焊接电流检测值以及与其对应的上述焊接电压限制值所形成的动作点数据，在焊接过程中的每一个预定计算周期中计算出近似曲线，将该近似曲线设定为上述基准特性。

另外，第5发明是一种根据第1～第4发明中任一个所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，检测出输出电压，计算出上述焊接电压检测值与上述焊接电压限制值之间的偏差，将该偏差加上上述电压设定值，计算出电压控制设定值，通过上述电压控制设定值与上述输出电压检测值计算出上述误差放大值，其中，所述输出电压是在电抗器中通过之前的电压值，所述电抗器设置在焊接电源内的输出线路中。

另外，第6发明是一种根据第1或第2发明所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，在上述电压设定值发生了变化时，对应于该变化量修正所有电流区域的上述基准焊接电压值。

另外，第7发明是一种根据第3或第4发明所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，在上述电压设定值发生了变化时，对应于该变化量将上述基准特性向焊接电压轴方向修正。

另外，第8发明是一种根据第3、第4、第7发明中任一个所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，设定在多个焊接场所中各不相同的上述基准特性。

发明效果

根据上述第1发明，设置多个电流区域，在每一个电流区域中设定基准焊接电压值，定义变动范围，通过这样能够去除叠加在熔化电极电弧焊接的焊接电压中的异常电压。通过根据该去除了异常电压的焊接电压限制值进行焊接电源的输出控制，能够进行稳定的电弧长控制，得到良好的焊接品质。

另外，根据上述第2发明，通过在焊接过程中将焊接电压限制值进行移动平均，能够计算出并自动设定每一个电流区域的基准焊接电压值。因此，省略了预先通过实验等设定基准焊接电压值的操作。另外，由于能够总是计算出最适于焊接条件的基准焊接电压值，因此进一步提高了电弧长控制的稳定性。

根据上述第3发明，将电弧特性的基准特性设定为近似曲线，根据该近似曲线计算出基准焊接电压值，定义变动范围，通过这样能够去除叠加在熔化电极电弧焊接的焊接电压中的异常电压。通过根据该去除了异常电压的焊接电压限制值进行焊接电源的输出控制，能够进行稳定的电弧长控制，得到良好的焊接品质。

进而，根据上述第4发明，上述近似曲线，能够使用在焊接过程中每个计算周期中所检测出的多个动作点数据计算出来并自动设定。因此省略了预先通过实验等设定近似曲线的操作。另外，由于能够总是计算出最适于焊接条件的近似曲线，因此进一步提高了电弧长控制的稳定性。

根据上述第5发明，通过焊接电压与焊接电压限制值之间的偏差修正电压设定值，计算出电压控制设定值，通过在焊接电源内的电抗器中通过之前的电压值的输出电压与上述电压控制设定值之间的误差放大值，进行焊接电源的输出控制。因此，即使叠加有异常电压，也能够相应地对输出电压进行补偿控制，从而能够抑制焊接电流的剧变，保持焊接稳定性良好。

根据上述第6与第7发明，能够追踪电压设定值的变化，能够将基准焊接电压值或基准特性即时修正为适当值。因此对电压设定值的变化的响应性较好，能够去除异常电压。

根据上述第8发明，通过设定在多个焊接场所中各不相同的基准特性，能够进行适于各个焊接场所的焊接条件的基准特性。因此，能够在各个焊接场所的焊接中，根据准确去除了异常电压的焊接电压值，进行稳定的输出控制。

附图说明

图1为表示本发明的异常电压去除方法的原理的电流—电压关系图。

图2为表示根据本发明的实施方式1中的基准动作点轨迹x1-x2计 算出每一个电流区域的基准焊接电压值Vc(n)的方法的电流—电压关系图。

图3为表示本发明的实施方式1的相关熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法的电流/电压波形图。

图4为表示本发明的实施方式1的异常电压去除状态的电压/电流波形图。

图5为本发明的实施方式1的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。

图6为表示通过移动平均计算出本发明的实施方式2的相关每一个电流区域的基准焊接电压值的方法的图。

图7为本发明的实施方式2的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。

图8为表示根据本发明的实施方式3中的基准动作点轨迹x1-x2的近似曲线La计算出基准焊接电压值Vc的方法的电流—电压关系图。

图9为表示本发明的实施方式3的相关熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法的电流/电压波形图。

图10为本发明的实施方式3的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。

图11为表示本发明的实施方式4中的计算出图8的近似曲线La的方法的电流—电压关系图。

图12为本发明的实施方式4的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。

图13为本发明的实施方式5的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。

图14为表示图13的焊接电源的动作的时序图。

图15为现有技术中脉冲电弧焊接的焊接电压中叠加有异常电压时的电压/电流波形图。

图16为表示现有技术中的脉冲电弧焊接的基准电压波形的设定方法的波形图。

图17为表示现有技术的从脉冲电弧焊接的焊接电压中去除异常电压的状态的电压波形图。

图18为表示用来说明问题的熔化电极电弧焊接的异常电压发生的电压/电流波形图。

图中：1-焊丝，2-母材，3-电弧，4-焊枪，5-供给辊，a-常数，AD-加法电路，b-常数，CZ-电流区域，e-输出电压，EA-输出电压 误差放大信号，ED-输出电压检测电路，ed-输出电压检测信号，EP-电极正极性，EV-电压误差放大电路，Ev-电压误差放大信号，FT-滤波电路，i-焊接电流，ID-电流检测电路，id-电流检测信号，L1-曲线，L2-曲线，L3-曲线，LA-近似曲线计算电路，La-近似曲线(设定信号)，PM-电源主电路，SB-偏差计算电路，Ta-电弧期间，Tb-基值期间，Tdw-峰值下降期间，Tp-峰值期间，Ts-短路期间，Tup-峰值上升期间，v-焊接电压，Vbc-基准基值电压值，Vc-基准焊接电压值(信号)，VC-基准焊接电压值设定电路，VC2-第2基准焊接电压值设定电路，VC3-第3基准焊接电压值设定电路，VC4-第4基准焊接电压值设定电路，VCA-基准焊接电压值计算电路，Vca-基准焊接电压值计算信号，Vcr-电压控制设定信号，VD-电压检测电路，vd-电压检测信号，vf-焊接电压限制值(信号)，Vpc-基准峰值电压值，VR-电压设定电路，Vr-电压设定信号，WL-电抗器，x1-x2-基准动作点轨迹，ΔVC-变动范围设定电路，ΔVc-变动范围(设定信号)，ΔVr-偏差信号。

具体实施方式

下面对照附图对本发明的实施方式进行说明。

[实施方式1]

图1为用来说明本发明中的异常电压的去除方法的原理的电流—电压关系图。图中的横轴表示焊接电流i，纵轴表示焊接电压v。图中，在每一个微小时间(数十μs～数百μs)对图18中所述的电压/电流波形进行抽样，并用圆圈表示各个动作点。下面对照附图进行说明。

短路期间Ts中的动作点的轨迹为曲线L1。动作点伴随着时间的经过，在该曲线上从左向右移动。一旦移动到电弧期间Ta，动作点的轨迹就变为曲线L2。电弧期间Ta中的动作点，伴随着时间经过从右向左移动。之后再次进入短路期间Ts，重复上述动作。如果电弧期间Ta中产生异常电压，该异常电压发生期间中的动作点的轨迹就变为曲线L3。由于没有产生异常电压时的通常电弧期间Ta为曲线L2，因此能够清楚地识别异常电压发生时的动作点。因此，将通常电弧期间Ta的动作点的轨迹设为x1-x2(以下称作基准动作点轨迹)，将从该基准动作点轨迹偏离预先设定的变动范 围以上的动作点限制为异常电压发生时，通过这样能够去除异常电压。该基准动作点轨迹能够在每一个焊接条件下通过实验等计算出来。

图2为表示根据上述基准动作点轨迹x1-x2计算出基准焊接电压值Vc的方法的电流—电压关系图。图中的横轴表示焊接电流i，纵轴表示焊接电压v。图中所示的基准动作点轨迹x1-x2，与图1中所述者相同。如图所示，将焊接电流i的全部通电范围细分为多个电流区域CZ(n)。例如，500A的电流容量的焊接电源中，细分为每25A，就产生了20个电流区域CZ(1)～CZ(20)。如图所示，在每一个电流区域CZ(n)中设定基准动作点轨迹x1-x2上的基准焊接电压值Vc(n)。也即，每微小时间对应于焊接电流值i(n)的检测值选择电流区域CZ(n)，决定该电流区域CZ(n)的基准焊接电压值Vc(n)。通过将焊接电压v(n)限制为距离该基准焊接电压值的变动范围Vc(n)±ΔVc内，能够去除异常电压。

图3为表示本发明的实施方式1的相关异常电压的去除方法的电流/电压波形图。图(A)为电弧期间Ta中的焊接电流i的波形，图(B)为通过虚线所示的焊接电压v以及通过实线所示的焊接电压限制值vf的波形图。为了让说明容易理解，采用将图(A)所示的电流区域细分为CZ(1)～CZ(4)这4个的情况。另外，各个电流区域的基准焊接电压值，通过图1与2所示的上述方法设定为Vc(1)～Vc(4)。变动范围也可以在每一个电流区域中取不同的值，但这里固定为±ΔVc。如图(B)所示，各个电流区域中的虚线表示基准焊接电压值，单点划线表示变动范围的上限值与下限值。每个微小时间中检测出焊接电流i与焊接电压v。

如图所示，检测出焊接电流i(n)与焊接电压v(n)之后，根据焊接电流i(n)的值选择电流区域CZ(3)。选择了电流区域CZ(3)之后，决定基准焊接电压值Vc(3)，决定变动范围Vc(3)±ΔVc。这种情况下，由于焊接电压v(n)处于变动范围内，因此变为焊接电压限制值vf(n)＝v(n)。

接下来如图所示，检测出焊接电流i(m)与焊接电压v(m)之后，根据该焊接电流i(m)的值选择电流区域CZ(2)。对应于该电流区域CZ(m)，决定基准焊接电压值Vc(2)，决定变动范围Vc(2)±ΔVc。这种情况下，叠加有异常电压，变为焊接电压v(m)＞Vc(2)+ΔVc， 因此将焊接电压限制值限制为vf(m)＝Vc(2)+ΔVc。例如在异常电压发生期间为5ms，微小时间的抽样周期为0.1ms的情况下，从50点的抽样数据中去除异常电压。

图4为将上述异常电压去除方法适用于图18的电压/电流波形时的波形图。如图(A)所示，时刻t4-t5的期间中产生了异常电压。虽然图中未显示，但通过上述方法去除异常电压，产生焊接电压限制值vf。焊接电源根据该焊接电压限制值vf进行输出控制，因此如图(B)所示，焊接电流i与通常大致同样变化。其结果是，能够稳定地进行电弧长控制，得到良好的焊接品质。

图5为实施方式1的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。下面对照该图对各个模块进行说明。

电源主电路PM以3相200V等商用电源作为输入，按照后述的电压误差放大信号Ev进行变换器(inverter)控制、闸流晶体管相位控制等输出控制，输出焊接电流i与焊接电压v。焊丝1通过焊丝供给装置的供给辊5的旋转供给到焊矩4内，与母材2之间产生电弧3进行焊接。

电流检测电路ID，每微小时间对焊接电流i进行抽样，输出电流检测信号id。基准焊接电压值设定电路VC，存储有如图1以及2所述细分为多个的电流区域每一个的基准焊接电压值，选择对应上述电流检测信号id的电流区域的基准焊接电压值，输出基准焊接电压值信号Vc。电压检测电路VD与上述焊接电流i同时对焊接电压v进行抽样，输出电压检测信号vd。变动范围设定电路ΔVC，输出预先设定的变动范围设定信号ΔVc。滤波电路FT如图3中所示，将上述电压检测信号vd的值限制在距离基准焊接电压值的变动范围Vc±ΔVc内，输出焊接电压限制值信号vf。

电压设定电路VR输出所期望的电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV对上述电压设定信号Vr与焊接电压限制值信号vf之间的误差进行放大，输出电压误差放大信号Ev。这样，在根据电压误差放大电路EV的反馈控制(电弧长控制)中，通过使用去除了异常电压的焊接电压限制值信号vf，能够进行稳定的电弧长控制。

[实施方式2]

图6为表示在焊接中通过移动平均计算出本发明的实施方式2的相关 每一个电流区域的基准焊接电压值的方法的图。图中，采用将电流区域细分为CZ(1)～CZ(4)这4个的情况。每个微小时间中检测出焊接电流i(n)以及焊接电压v(n)，对应于焊接电流i(n)的电流区域选择CZ(p)，焊接电压限制值变为vf(n)。该关系通过vf(p，n)来表示。vf(p，n)表示第n次焊接电压限制值Vf(n)属于电流区域CZ(p)。

如图所示，假定夹持短路期间的3个连续的电弧期间Ta(m-2)～Ta(m)中的焊接电压限制值为vf(4，1)～vf(2，27)。计算出vf(4，20)的时刻的电流区域CZ(4)的基准焊接电压值Vc(4)，对过去的数据进行移动平均，通过下式计算出来。

Vc(4)＝(vf(4，20)+…+vf(4，1))/8

这里采用对过去8个数据进行移动平均的例子。移动平均只通过同一电流区域的焊接电压限制值来进行。通过该所计算出的基准焊接电压值Vc(4)对接下来的v(21)进行限制，计算出vf(4，21)。

同样，计算出vf(3，23)时的电流区域CZ(3)的基准焊接电压值Vc(3)通过下式计算出来。

Vc(3)＝(vf(3，23)+…+vf(3，4))/8

进而，计算出vf(2，26)时的电流区域CZ(2)的基准焊接电压值Vc(2)通过下式计算出来。

Vc(2)＝(vf(2，26)+…+vf(2，6))/8

如上所述，通过在每一个电流区域中移动平均焊接电压限制值vf，能够自动计算出各个电流区域中的基准焊接电压值Vc。进行移动平均的期间，为过去数十ms～数百ms程度。

图7为实施方式2的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。图中给与上述图5相同的模块标注相同符号，省略其说明。下面对与图5不同的通过虚线所表示的模块进行说明。

基准焊接电压值计算电路VCA，将电流检测信号id与焊接电压限制值信号作为输入，如图6中所示，对应于与焊接电压限制值信号vf同时检测出的电流检测信号id的值，分类成每一个电流区域，计算出每一个电流区域的移动平均值，输出每一个电流区域的基准焊接电压值计算信号Vca。第2基准焊接电压值设定电路VC2将每一个电流区域的上述基准焊接电 压值计算信号Vca作为输入存储起来，选择对应于电流检测信号id的电流区域的基准焊接电压值，输出基准焊接电压值信号Vc。

[实施方式3]

图8为表示在本发明的实施方式3中，根据图1中所述的基准动作点轨迹x1-x2计算出基准焊接电压值Vc的方法的电流—电压关系图。图中的横轴表示焊接电流i，纵轴表示焊接电压v以及基准焊接电压值Vc。图中所示的基准动作点轨迹x1-x2与图1中所述的相同。如图所示，基准动作点轨迹x1-x2是表示电弧发生中的焊接电流i与焊接电压v之间的关系的电弧特性曲线。通过近似曲线La将该基准动作点轨迹x1-x2设为基准特性。该图为1次近似(直线近似)的情况，近似曲线La为Vc＝a×i+b。这里a与b是常数。因此，如果决定了焊接电流i，与其对应的基准焊接电压值Vc便固定下来。例如，焊接电流i＝i1时的基准焊接电压值为Vc1＝a×i1+b。近似曲线La也可以是基准动作点轨迹x1-x2的2次以上的近似。

图9为表示本发明的实施方式3的相关异常电压的去除方法的电流/电压波形图。图(A)为电弧期间Ta中的焊接电流i的波形，图(B)为通过虚线所示的焊接电压v与通过实线所示的焊接电压限制值vf的波形。另外，图(B)中，单点划线表示图8中所述的近似曲线La(Vc＝a×i+b)，其上下单点划线表示变动范围Vc±ΔVc。

如图所示，检测出焊接电流i(n)与焊接电压v(n)之后，根据焊接电流i(n)的值计算出基准焊接电压值Vc(n)＝a×i(n)+b，决定变动范围Vc(n)±ΔVc。这种情况下，由于焊接电压v(n)处于变动范围内，因此变为焊接电压限制值vf(n)＝v(n)。

接下来，如图所示，检测出焊接电流i(m)与焊接电压v(m)之后，根据该焊接电流i(m)的值计算出基准焊接电压值Vc(m)＝a×i(m)+b，决定变动范围Vc(m)±ΔVc。这种情况下，叠加有异常电压，变为焊接电压v(m)＞Vc(m)+ΔVc，因此将焊接电压限制值限制为vf(m)＝Vc(m)+ΔVc。例如在异常电压发生期间为5ms，微小时间的抽样周期为0.1ms的情况下，从50点的抽样数据中去除异常电压。

图10为实施方式3的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。图中给 与上述图5相同的模块标注相同符号，省略其说明。下面对与图5不同的通过虚线所表示的模块进行说明。

第3基准焊接电压值设定电路VC3，存储有图8中所述的基准动作点轨迹的近似曲线La，将电流检测信号id作为输入，计算出该近似曲线La上的基准焊接电压值，输出基准焊接电压值信号Vc。

上述实施方式3中，设定基准动作点轨迹的近似曲线La，计算出基准焊接电压值的变动范围Vc±ΔVc，通过将焊接电压检测值vd限制在该变动范围内，能够去除异常电压。

[实施方式4]

图11为表示本发明的实施方式4中，在焊接过程中时时刻刻计算出图8中所示的基准动作点轨迹x1-x2的近似曲线La并更新的方法的电流—电压关系图。图中的横轴表示焊接电流i，纵轴表示焊接电压限制值vf以及基准焊接电压值Vc。图中所示的圆圈，是在每预先设定的计算周期中，绘制出该计算周期中的电弧期间中的焊接电流i与焊接电压限制值vf的动作点者。该动作点在每个微小周期中作为焊接电流i与焊接电压限制值vf的组合计算出来。计算周期例如在数十ms～数s的范围内设定。在每一个该计算周期中，将所检测出的多个动作点数据作为输入，计算出近似曲线La。在近似曲线La为1次近似，通过Vc＝a×i+b表示的情况下，每计算周期重新计算出a与b进行更新。

图12为实施方式4的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。图中给与上述图5相同的模块标注相同符号，省略其说明。下面对与图5不同的通过虚线所表示的模块进行说明。

近似曲线计算电路LA，将电流检测信号id与焊接电压限制值信号vf作为输入，每预先设定的计算周期中，根据该计算周期中的电弧期间的动作点计算出近似曲线，输出近似曲线设定信号La。该近似曲线设定信号La在1次近似的情况下，是由常数a与b形成的信号。第4基准焊接电压值设定电路VC4，将该近似曲线设定信号La作为输入，计算出对应于电流检测信号id的值的近似曲线上的基准焊接电压值，输出基准焊接电压值信号Vc。

上述实施方式4中，能够在焊接过程中时时刻刻计算出实施方式3中 的近似曲线La并更新。因此不需要在每一个焊接条件下通过预先实验等设定近似曲线，能够削减设定时间。进而，由于能够对应于焊接过程中的焊接状态的变化，让近似曲线最佳化，因此能够准确去除异常电压，进行良好的焊接。

[实施方式5]

图13为本发明的实施方式5的相关熔化电极电弧焊接电源的方框图。图中给与上述图5相同的模块标注相同符号，省略其说明。上述实施方式1～4的相关焊接电源，为了进行输出控制，而被反馈了作为从电源主电路PM中含有的未图示的电抗器(reactor)中通过的电压值的焊接电压v。也即，焊接电压v为焊接电源的输出端子间电压，也是焊丝/母材间电压。因此，实施方式1～4中，被反馈了从焊接电压v中去除了异常电压的焊接电压限制值vf，提高了焊接稳定性。与此相对，实施方式5是在反馈控制作为通过电抗器之前的电压值的输出电压e的类型的焊接电源中，使用本发明的情况。下面参照附图对与图5不同的通过虚线所示的模块进行说明。

第2电源主电路PM2，只是将图5的电源主电路PM中含有的电抗器WL设置在模块外，动作是相同的。也即，按照电压误差放大信号Ev进行电抗器控制等输出控制，输出输出电压e。电抗器WL将该输出电压e平滑化，输出到焊丝1/母材2之间。如果第2电源主电路PM2的逆变器控制频率为高频，平滑用电抗器WL的电感值就可以较小。因此，有时焊接电源内的输出线路的布线所产生的电感值也足够用于平滑，这种情况下，等价于布线成为电抗器WL。权利要求中所述的电抗器这一描述中，有时不表示在铁心中缠绕有电缆的电抗器，而只表示基于输出线路的布线的电抗器。

偏差计算电路SB，计算出电压检测信号vd(焊接电压v)与焊接电压限制值信号vf之间的偏差，输出偏差信号ΔVr＝K·(vd-vf)。这里，K为预先设定的系数。加法电路AD给预先设定的电压设定信号Vr加上该偏差信号ΔVr，输出电压控制设定信号Vcr＝Vr+ΔVr。输出电压检测电路ED，检测出上述输出电压e，输出输出电压检测信号ed。输出电压误差放大电路EA，对上述电压控制设定信号Vcr与上述输出电压检测信号ed之间的误差进行放大，输出电压误差放大信号Ev。图中去除叠加在 焊接电压v中的异常电压并生成焊接电压限制值信号vf的方法，与图5相同。

图14为表示上述焊接电源的动作的时序图。图(A)中示出了焊接电压v，图(B)中示出了焊接电流i，图(C)中示出了电压控制设定信号Vcr。该图对应上述图4。下面参照该图进行说明。

由于时刻t4～t5以外的期间中不产生异常电压，因此焊接电压v与焊接电压限制值vf相等。因此如图(C)所示，电压控制设定信号Vcr与电压设定信号Vr相等。因此，该期间中输出电压e被恒压控制为电压设定信号Vr的值。

接下来，时刻t4～t5的期间中，如图(A)所示，叠加有异常电压。因此变为偏差信号ΔVr＝K·(vd-vf)＞0，如图(C)所示，电压控制设定信号Vcr＝Vr+ΔVr增加异常电压部分。其结果是，该期间中输出电压e增大，因此如图(B)所示，即使产生了异常电压，焊接电流i也不会像现有技术那样急剧变化，而是平滑地变化，焊接稳定性良好。

以上，例示了实施方式1(图5)的情况作为生成焊接电压限制值信号vf的方法，但也可以采用实施方式2～4的方法。

根据上述实施方式5，通过焊接电压与焊接电压限制值的偏差修正电压设定值，计算出电压控制设定值，通过作为从焊接电源内的电抗器中通过前的电压值的输出电压与上述电压控制设定值间的误差放大值，进行输出控制。因此，即使叠加有异常电压，也能够相应地控制输出电压，因此能够抑制焊接电流的剧变，保持焊接稳定性良好。

[实施方式6]

上述实施方式1、2中，电压设定值Vr＝Vr1时的各个电流区域中的基准焊接电压值如下所示。

Vc(0)、Vc(2)、…Vc(n)…、Vc(20)

在电压设定值Vr从Vr1开始ΔVr变化到Vr2时，对上述基准焊接电压值进行如下修正。

Vc(0)+K·ΔVr、Vc(2)+K·ΔVr、…Vc(n)+K·ΔVr…、Vc(20)+K·ΔVr

其中系数K是0.1～3.0程度的常数。

如上所述，通过实施方式6，根据电压设定值Vr的变化修正基准焊接电压值Vc，通过这样能够将基准焊接电压值Vc设定在适当值的附近，准确去除异常电压。

[实施方式7]

上述实施方式3、4中，电压设定值Vr＝Vr1时的基准特性如下所示。

Vc＝a×i+b

在电压设定值Vr从Vr1开始ΔVr变化到Vr2时，对上述基准特性进行如下修正。

Vc＝a×i+b+K·ΔVr

其中系数K是0.1～3.0程度的常数。

如上所述，通过实施方式7，根据电压设定值Vr的变化修正基准特性，通过这样能够将基准特性设定在适当值的附近，准确去除异常电压。

[实施方式8]

焊接多个焊接场所的情况下，各个焊接场所的焊接条件不同时，可以将上述实施方式3、4、7中的基准特性设定为在每一个焊接场所中不同的特性。例如，将焊接场所1的基准特性设为Vc＝a10×i+b10，将焊接场所2的基准特性设为Vc＝a20×i+b20，将焊接场所3的基准特性设为Vc＝a3×i+b3。实施方式4中如上所述，在焊接过程中通过近似曲线更新基准特性的情况下，更新每一个焊接场所的基准特性。例如，在第1次的焊接场所1的焊接过程中将基准特性更新为Vc＝a11×i+b11，在第1次的焊接场所2的焊接过程中将基准特性更新为Vc＝a21×i+b21的情况下，第2次的焊接场所1的焊接开始时的基准特性继续更新值，变为Vc＝a11×i+b11，第2次的焊接场所2的焊接开始时的基准特性继续更新值，变为Vc＝a21×i+b21。

上述实施方式1～8中，例示了电路电弧焊接的情况，但还能够适用于溶滴过渡电弧焊接、喷射移行电弧焊接、熔化电极交流电弧焊接等。进而，本发明还能够应用于熔化电极脉冲电弧焊接。

Claims (4)

1.一种熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，根据预先设定的电压设定值与焊接电压间的误差放大值控制焊接电源的输出，其特征在于，

将焊接电流的全部通电范围细分为多个电流区域，在这些电流区域的每一个中设定基准焊接电压值，在每一个微小时间的抽样周期检测出焊接电流及焊接电压，通过该焊接电流检测值选择适合的上述电流区域，以该所选择的电流区域的上述基准焊接电压值为中心值计算出变动范围，将上述焊接电压检测值限制在该变动范围内，计算出焊接电压限制值，通过上述电压设定值与上述焊接电压限制值计算出上述误差放大值。

2.如权利要求1所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

在每一个上述电流区域中将上述焊接电压限制值进行移动平均，计算出每一个上述电流区域的上述基准焊接电压值。

3.如权利要求1或2所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

检测出输出电压，计算出上述焊接电压检测值与上述焊接电压限制值之间的偏差，将该偏差加上上述电压设定值，计算出电压控制设定值，通过上述电压控制设定值与上述输出电压的检测值计算出上述误差放大值，其中，所述输出电压是在电抗器中通过之前的电压值，所述电抗器设置在焊接电源内的输出线路中。

4.如权利要求1或2所述的熔化电极电弧焊接电源的输出控制方法，其特征在于，

在上述电压设定值发生了变化时，对应于该变化量修正所有电流区域的上述基准焊接电压值。

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