JP2006116561A - Arc welding control method and arc welding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接出力制御を行う消耗電極式アーク溶接装置のアークスタート時のアーク溶接制御方法及びアーク溶接装置に関するものである。 The present invention relates to an arc welding control method and arc at the time of arc start of a consumable electrode type arc welding apparatus that performs welding output control by generating an arc between a welding wire that is a consumable electrode and a base material that is a workpiece. The present invention relates to a welding apparatus.
近年、溶接業界では生産性向上のために溶接の高品位化に対する要求が高まってきており、中でもアークスタート時のスパッタ低減が挙げられる。アークスタート時は、溶融プールが形成されるまで時間がかかるため、アークが安定するまでに時間がかかり、スパッタの発生が増加してワ−クに付着する場合が多くなる。そして、付着スパッタを除去するための後処理が必要となり、溶接生産性を低下させてしまう。 In recent years, in the welding industry, there has been an increasing demand for high-quality welding in order to improve productivity. In particular, there is a reduction in spatter during arc start. At the time of arc start, since it takes time until the molten pool is formed, it takes time until the arc is stabilized, and the occurrence of spatter increases and often adheres to the workpiece. And the post-process for removing adhesion spatter is needed, and welding productivity will fall.
従来のアークスタート制御では、ワイヤが母材に接触した時に電流増加率の大きいアークスタート電流を供給しアーク発生性能を向上させていた(例えば特許文献1参照)。 In the conventional arc start control, an arc start current having a large current increase rate is supplied when the wire comes into contact with the base material to improve the arc generation performance (see, for example, Patent Document 1).
図3はアークスタート制御を行う従来のアーク溶接機の構成を示しており、1はアーク溶接機の入力端子、2a、2bはアーク溶接機の主電源の開閉スイッチ素子であり、スイッチ素子2bはスイッチ素子2aと開閉に関し逆動作を行う。3はトランス、4は2次整流部、5は溶接出力制御素子、6は回生用ダイオード、7はリアクタ(DCL)、8aはアーク溶接機の+側出力端子、8bはアーク溶接機の−側出力端子、9は被溶接物である母材、10は消耗電極である溶接用ワイヤ、11は通電用コンタクトチップである。溶接用ワイヤ10は自動送給され、溶接用ワイヤ10の母材への接触短絡と、非接触でのアーク発生とを繰返して溶接を行う。このアーク溶接機の制御回路において、12は分流器、13は溶接電流検出部で、溶接電流が流れている場合と流れていない場合とで状態を変える電流検出信号を出力する。14は溶接起動スイッチで、VTSは溶接起動信号、15は主制御部、16はゲート制御部、17はサイリスタ、18はダイオード、19は第1抵抗、20はコンデンサ、21は第2抵抗である。前記サイリスタ17とダイオード18は+側出力端子8aに接続され、サイリスタ17のゲート信号はゲート制御部16で制御される。ダイオード18のカソードには第1抵抗19の一端を接続し、他端はサイリスタ17のアノードとコンデンサ20の+端子に接続されている。コンデンサ20の−端子はアーク溶接機の−側出力端子に接続すると共にこのコンデンサ20と並列に第2抵抗21とスイッチ素子2bとを直列にして接続している。
FIG. 3 shows the configuration of a conventional arc welder that performs arc start control, wherein 1 is an input terminal of the arc welder, 2a and 2b are open / close switch elements of the main power source of the arc welder, and the
次に、第3図に示すアーク溶接機の動作を説明する。アーク溶接機の主電源が投入され、接点2aは閉路状態に、接点2bは開路状態となる。そして、溶接起動スイッチ14が投入され、ワイヤ送給開始(図示していない)と共に主制御部15の働きにより溶接出力制御素子5が導通状態となる。この結果、アーク溶接機の出力端子8aと8b間に無負荷電圧が出力され、この電圧はダイオード18、第1抵抗19を介してコンデンサ20を充電し、これによりコンデンサ20の両端電圧は上昇する。同時にゲート制御部16によりサイリスタ17にONを指令するゲート信号)が与えられる。この状態でワイヤ10が母材9に接触するので、コンデンサ20に充電されていた電荷は、サイリスタ17→+側出力端子8a→通電用コンタクトチップ11→ワイヤ10→母材9→−出力端子8bと流れ、ワイヤ10が母材9に接触した瞬間を示す図4の101で表す時点で溶接電流を増加でき、ワイヤ10の先端を急速加熱溶融して溶接アーク発生を行う。
しかし、従来のアーク溶接機における出力制御は、アーク発生性能が向上してその際のスパッタは低減するが、アーク発生後初回の短絡時には母材9に溶融プールが存在しないため、ワイヤ10の先端の溶滴が円滑に母材9に短絡移行することができず、溶滴の多くがスパッタとなって飛散する。図4に溶接電流の電流波形を示しているが、アーク発生後初回の短絡時には母材9に溶融プールが存在しないため、図4に示すように短絡期間105が長くなり、スパッタの発生量が増加する。
However, the output control in the conventional arc welder improves the arc generation performance and reduces the spatter at that time, but since the molten pool does not exist in the base material 9 at the first short circuit after the arc generation, the tip of the
本発明は、アークが発生してアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減するアークスタート制御方法及びアーク溶接装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an arc start control method and an arc welding apparatus that reduce the amount of spatter generated until an arc is generated and the arc is stabilized.
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、母材と電極との間に溶接電流を制御しながら供給してアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法であって、アークスタート時にパルス制御により1以上のパルス波状の電流を供給して前記母材に最初に形成する溶融プールを離脱移行によって形成し、パルス波状の電流を供給した後にパルス制御から短絡制御に切り替えるものである。 In order to solve the above problems, an arc welding control method of the present invention is an arc welding control method for performing welding by generating an arc by supplying a welding current between a base material and an electrode while controlling the welding current, Supplying one or more pulse-wave currents by pulse control at the time of arc start to form a molten pool that is initially formed on the base material by detachment transition, and switching from pulse control to short-circuit control after supplying pulse-wave currents It is.
また、本発明のアーク溶接装置は、溶接出力電流を検出する溶接電流検出部と、溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、短絡制御用の電流パラメータ及び電圧パラメータとパルス制御用の電流パラメータ及び電圧パラメータとパルス制御から短絡制御に切り替えるタイミングを設定する設定部と、前記溶接電流検出部の出力と前記溶接電圧検出部の出力と前記設定部の出力を入力としアーク発生直後にパルス制御を行うパルス制御部と、前記設定部の出力を入力としパルス制御から短絡制御に切り替えるタイミングを出力する切り替え部と、前記溶接電流検出部の出力と前記溶接電圧検出部の出力と前記設定部の出力を入力とし短絡制御を行う短絡制御部と、前記パルス制御の出力と前記切り替え部の出力と前記短絡制御の出力を入力とし前記切り替え部の出力に応じてパルス制御と短絡制御を切り替えて制御する駆動部を備えたものである。 The arc welding apparatus according to the present invention includes a welding current detection unit that detects a welding output current, a welding voltage detection unit that detects a welding output voltage, a current parameter for short-circuit control, a voltage parameter, and a current parameter for pulse control. And a setting unit for setting the voltage parameter and timing for switching from pulse control to short-circuit control, the output of the welding current detection unit, the output of the welding voltage detection unit, and the output of the setting unit as inputs, and pulse control immediately after the occurrence of an arc. A pulse control unit to perform; a switching unit that outputs the timing of switching from pulse control to short-circuit control using the output of the setting unit as an input; the output of the welding current detection unit; the output of the welding voltage detection unit; and the output of the setting unit A short-circuit control unit that performs short-circuit control with the input, an output of the pulse control, an output of the switching unit, and an output of the short-circuit control Those with a drive for controlling by switching a short circuit control and pulse control in accordance with the output of the switching unit.
上記のように、アーク発生後1以上のパルス電流を印加して所定時間経過後あるいは所定パルス印加後に短絡制御に切り替えることで、スパッタを低減することができる。 As described above, sputtering can be reduced by applying one or more pulse currents after the occurrence of an arc and switching to short-circuit control after a predetermined time has elapsed or after a predetermined pulse has been applied.
また、本発明のアーク溶接制御方法は、アーク溶接ロボットのアーム先端に電極を搭載し、アークスタート時に前記アーム先端を引き上げるリフトアップスタートを行う際に前記制御を組み合わせて行うものである。 Moreover, the arc welding control method of the present invention is performed by combining the above-described control when a lift-up start is performed in which an electrode is mounted on the arm tip of an arc welding robot and the arm tip is pulled up at the time of arc start.
また、本発明のアーク溶接装置において、前記設定部が設定する前記パルス制御部の電流パラメータ及び電圧パラメータ及び前記切り替え部の切り替えタイミングは、設定電流値、設定電圧値、ワイヤ送給量、シールドガス種類、ワイヤ材質、ワイヤ径、溶接法の少なくとも1つ以上に基づいて設定されるものである。 In the arc welding apparatus of the present invention, the current parameter and voltage parameter of the pulse control unit set by the setting unit and the switching timing of the switching unit are set current value, set voltage value, wire feed amount, shield gas It is set based on at least one of the type, wire material, wire diameter, and welding method.
以上のように、本発明によれば、アーク発生後に溶接電流のパルス制御により母材にワイヤ先端の溶滴を離脱移行させて溶融プールを形成させ、その後短絡制御に切り替えて短絡移行させるため、溶滴が溶融プールに短絡すると溶滴が円滑に溶融プールに移行してスパッタの発生を低減できる。 As described above, according to the present invention, after the arc occurrence, the molten metal at the tip of the wire is transferred to the base metal by pulse control of the welding current to form a molten pool, and then the short-circuit control is performed to switch to the short-circuit. When the droplet is short-circuited to the molten pool, the droplet smoothly moves to the molten pool, and the occurrence of spatter can be reduced.
(実施の形態1)
図1に、本実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成を示す。図1において、40は入力電源、31は入力電源40の出力を整流する1次整流部、32は溶接出力を制御するスイッチング素子、3は電力を絶縁して変換するトランス、4はトランス3の2次側出力を整流する2次整流部、7はリアクタ(DCL)である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an arc welding apparatus in the present embodiment. In FIG. 1, 40 is an input power source, 31 is a primary rectifier for rectifying the output of the
35は図示しない入力手段等により入力される設定電流、設定電圧、ワイヤ送給量、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、溶接法等の設定条件に基づいて、例えばパルス電流の大きさやパルス時間等の種々のパラメータを設定して出力する設定部である。なお、この設定部35は、前記パラメータを求めるためのテーブルや式を記憶するための図示しない記憶部と、演算等を行うための図示しない演算部とを備えており、これらによりパラメータを設定するものである。
39は溶接電圧を検出する溶接電圧検出部、33は溶接電流を検出する溶接電流検出部であり、37は溶接電流検出部33の出力と溶接電圧検出部39の出力と設定部35の出力を入力として溶接電流のパルス制御を行うための指令を出力するパルス制御部であり、後述するように、アークを発生させるためのアークスタート電流が流れた後に、所定時間の間パルス状の電流を流すための制御を行うものである。36は溶接電流検出部33の出力と溶接電圧検出部39の出力と設定部35の出力を入力として溶接電流の短絡制御を行うための指令を出力する短絡制御部である。なお、これらパルス制御部37や短絡制御部36は、一例として、設定部35から入力されたパラメータとしての電流値と、溶接電流検出部33から入力された電流値とを比較し、溶接電流検出部33で検出される電流値がパラメータとしての電流値になるように補正を行う機能を有する。
39 is a welding voltage detector for detecting the welding voltage, 33 is a welding current detector for detecting a welding current, and 37 is an output of the
38は設定部35の出力を入力として、電流波形の制御をパルス制御から短絡制御に切り替えるタイミングを、後述する駆動部34に出力する切り替え部である。この切り替え部38は、計時機能を有しており、設定部35の出力を入力した時点から所定の時間が経過するまでの時間の計時を行うことができる。
Reference numeral 38 denotes a switching unit that takes the output of the
34は短絡制御部36の出力とパルス制御部37の出力と切り替え部38の出力とを入力とし、切り替え部38の出力に応じてパルス制御と短絡制御の切り替えを制御する駆動部であり、切り替え部38の出力に応じて短絡制御部36の出力をスイッチング素子32に出力するかパルス制御部37の出力をスイッチング素子32に出力するかを切り替える機能を有している。
以上のように構成されたアーク溶接装置におけるアークスタートの制御方法について説明する。 The arc start control method in the arc welding apparatus configured as described above will be described.
図2に、消耗電極アーク溶接の溶接時における溶接電流波形の一例を示す。図2では、101の時点でアークを発生させるためのアーク発生電流が流れてアークが発生し、その後パルス制御によりパルス状の電流が2回流れ、さらにその後短絡制御により短絡電流が流れた場合の溶接電流波形の例を示している。
FIG. 2 shows an example of a welding current waveform at the time of consumable electrode arc welding. In FIG. 2, an arc generation current for generating an arc flows at
アーク発生時点101の時点では、切り替え部38からの入力に基づいて、駆動部34はパルス制御部37の出力をスイッチング素子32に出力するようになっている。また、設定部35で設定されたパスル制御から短絡制御に切り替える条件となるアーク発生からの所定の経過時間に関する情報が、設定部35から切り替え部38に出力され、切り替え部38に記憶されている。なお、本実施の形態では、図2に示す101の時点から102の時点までの時間が所定の経過時間となる。
At the time of
アーク発生の情報が設定部35から切り替え部38に出力され、切り替え部38において時間の計時が開始される。アーク発生時点101を時間起点として、切り替え時点102となるまでの間はパルス制御部37の出力に基づいて溶接電流のパルス制御を実施し、溶接用ワイヤ(図示せず)の先端の溶滴を母材(図示せず)に離脱移行させる。そして、アーク発生時点101から所定の時間が経過して切り替え時点102となった時点で、切り替え部38は駆動部34に対して切り替え指示を行うことで短絡制御部36の出力がスイッチング素子32に出力されることとなり、溶接電流の制御はパルス制御から短絡制御に切り替えられる。そして、切り替え時点102以降は短絡制御部36により短絡制御を行う。
Information on the occurrence of arc is output from the
なお、上記では、アーク発生時点101から所定の時間が経過した切り替え時点102となった時点で溶接電流の制御をパルス制御から短絡制御に切り替える例を示したが、アーク発生時点101からの所定の時間の経過ではなく、予め設定したパルス数が印加された時点を切り替え時点102としてパルス制御から短絡制御に切り替えるようにしても良い。この場合、切り替え部38はパルス数をカウントする機能を有しており、設定部35から入力されるパルスの数をカウントすることで、電流波形の制御をパルス制御から短絡制御に切り替える指示を駆動部34に対して出力するものである。
In the above description, an example in which the control of the welding current is switched from the pulse control to the short-circuit control when the predetermined time has elapsed from the
以上のように、本実施の形態のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置は、アークスタート電流が流れた後にパルス制御により1以上のパルス波状の電流を供給して母材に最初に形成する溶融プールを離脱移行によって形成し、前記パルス波状の電流を供給した後にパルス制御から短絡制御に切り替えるものである。 As described above, the arc start control method and the arc welding apparatus according to the present embodiment provide the molten pool first formed on the base material by supplying one or more pulse wave currents by pulse control after the arc start current flows. Is formed by detachment transition, and after the pulse wave current is supplied, the control is switched from the pulse control to the short-circuit control.
そして、本実施の形態のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置によれば、アーク発生時点からパルス制御による1以上のパルス波状の電流を供給することによる離脱移行により溶融プールを形成できるので、短絡移行を伴わずに溶融プールを形成でき、これにより、パルス制御から短絡制御に切り替わってもワイヤ先端の溶滴は円滑に短絡移行するので、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタの発生及びスパッタの付着を低減できる。 According to the arc start control method and the arc welding apparatus of the present embodiment, since the molten pool can be formed by the separation transition by supplying one or more pulse wave currents by the pulse control from the time of the arc generation, the short circuit transition A molten pool can be formed without causing a short circuit, so that even when switching from pulse control to short circuit control, the droplet at the tip of the wire smoothly transitions to short circuit, so that spatter is generated from when the arc occurs until the arc stabilizes. In addition, spatter adhesion can be reduced.
なお、本実施の形態では、101の時点におけるアークスタート電流が流れた後に、2回のパルス状の電流が流れる例を示しているが、2回に限定するものではなく、1回以上であればよい。
In the present embodiment, an example in which a pulsed current flows twice after the arc start current at the
また、上記アーク溶接機とアーク溶接ロボットを組み合わせ、アーク溶接ロボットのアーム先端に電極である溶接ワイヤを搭載し、アークスタート時に前記アーム先端を引き上げるリフトアップスタート実行時に、上記で示したアークスタート制御を行うようにしてもよい。アーク発生時点101でリフトアップすることで、短絡状態で溶接ワイヤが溶融してスパッタとなることを防いでアーク発生時点101でのスパッタを低減すると共に、リフトアップすることでワイヤ先端と母材との間の距離を瞬時に得ることができる、すなわちパルス制御時の溶滴の大きさよりも広い距離を瞬時に得ることができるので、短絡移行とならず、離脱移行を円滑に実施することができ、よりスパッタの発生及び付着を低減することができる。
In addition, the arc start control described above is performed when a lift-up start is performed by combining the arc welder and the arc welding robot, mounting a welding wire as an electrode on the arm tip of the arc welding robot, and pulling up the arm tip at the time of arc start. May be performed. By lifting up at the arc
ここで、リフトアップするタイミングとしては、アーク発生時点101以前に、100A以下の小電流を流して溶接ワイヤと母材の接触を確実にし、その時点でリフトアップするようにしても良い。
Here, as a timing for lifting up, it is possible to flow a small current of 100 A or less before the
また、設定部35で設定され短絡制御部36やパルス制御部37に出力されるパラメータとしての設定電流値や設定電圧値と、設定部35で設定され切り替え部38に出力される切り替えタイミングは、設定部35に入力される設定電流値、設定電圧値、ワイヤ送給量、シ−ルドガス種類、ワイヤ材質、ワイヤ径、溶接法のうち少なくとも1つ以上の要素に基づいて設定部35で設定されるものである。このようにすることで、種々の設定条件毎にパラメータを設定でき、様々な溶接への適応が広がる。
The set current value and the set voltage value as parameters set by the setting
また、上記した溶接電流の制御は、離脱移行を生じるMAG(metal active gas)溶接やMIG(metal inert gas)溶接に適用することができる。 Moreover, the above-described control of the welding current can be applied to MAG (metal active gas) welding and MIG (metal inert gas) welding which cause separation transition.
本発明のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置は、アークスタート時のスパッタ発生及びスパッタ付着を低減して溶接作業の生産性を向上することができるので、溶接分野等に有用である。 The arc start control method and arc welding apparatus of the present invention are useful in the field of welding and the like because they can reduce spatter generation and spatter adhesion at the time of arc start and improve the productivity of welding work.
3 トランス
4 2次整流部
7 リアクタ
31 1次整流部
32 スイッチング素子
33 溶接電流検出部
34 駆動部
35 設定部
36 短絡制御部
37 パルス制御部
38 切り替え部
39 溶接電圧検出部
40 入力電源
101 アーク発生時点
102 切り替え時点
103 パルス制御期間
104 短絡制御期間
105 短絡期間
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