消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法

专利名称：消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法
技术领域：
本发明涉及用于在消耗电极交流电弧焊接中检测短路期间中的熔滴的 縮颈现象，使焊接电流急剧减小，从而提高焊接质量的消耗电极交流电弧 焊接的缩颈检测控制方法。
背景技术：
图5是表示重复短路期间Ts和电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中的 电流、电压波形和熔滴过渡的图。图5 (A)表示对消耗电极(以下称作焊 条O通电的焊接电流Iw的时间变化，图5 (B)表示在焊条1与母材2之 间施加的焊接电压Vw的时间变化，图5 (C) (E)表示熔滴la的过渡 的状态。下面参照图5进行说明。在时刻tl t3的短路期间Ts中，焊条1顶端的熔滴la处于与母材2短 路的状态，如图5 (A)所示，焊接电流Iw渐渐增加，如图5 (B)所示， 因为焊接电压Vw处于短路状态，所以成为几V左右的低值。如图5 (C) 所示，在时刻tl,熔滴la与母材2接触，进入短路状态。然后，如图5(D) 所示，通过对烙滴la通电的焊接电流Iw引起的电磁收縮力，在熔滴la上 部产生縮颈lb。而且，该縮颈lb急速发展，在时刻t3，如图5 (E)所示， 熔滴la从焊条l向溶池2a过渡，再产生电弧3。若产生上述縮颈现象，则在几百us左右的极短时间后，短路开放，再 产生电弧3。即，该縮颈现象成为短路开放的前兆现象。若产生縮颈lb， 则焊接电流Iw的通电路线在縮颈部分变窄，所以縮颈部分的电阻值增大。 伴随着縮颈发展，縮颈部分变得越窄，该电阻值的增大变得越大。因此， 在短路期间Ts中，通过检测焊条1与母材2之间的电阻值的变化，能检测 缩颈现象的产生和发展。该电阻值的变化能通过(焊接电压Vw) / (焊接 电流Iw)计算。此外，如上所述，縮颈产生时间是极短的时间，所以如图5 (A)所示，该期间中焊接电流Iw的变化小。因此，也可代替电阻值的变 化，通过焊接电压Vw的变化，检测縮颈现象的产生。作为具体的縮颈检 测方法，有计算短路期间Ts中的电阻值或焊接电压值Vw的变化率(微分 值)，根据该变化率达到了预定的縮颈检测基准值这一情况来进行縮颈检测 的方法。此外，作为其他方法，如图5 (B)所示，有计算从短路期间Ts 中的縮颈产生前的稳定的短路电压值Vs的电压上升值AV，在时刻t2，根 据该电压上升值AV达到了预定的缩颈检测基准值Vto这一情况来进行缩 颈检测的方法。在以下的说明中，说明縮颈检测方法基于所述电压上升值 AV的情形，但是也可以是现有提出的各种其他方法。可判别焊接电压Vw 变为短路/电弧判别值Vta以上，从而简单地进行时刻t3的电弧再产生的检 测。顺便说一下，Vw<Vta的期间成为短路期间Ts， Vw^Vta的期间成为 电弧期间Ta。以下将从检测时刻t2 t3的电弧产生后到电弧再产生的时间称 作縮颈检测时间Tn。如果在时刻t3再产生电弧，则如图5 (A)所示，在 焊接电流Iw急剧上升后，平缓地减少，如图5 (B)所示，焊接电压Vw 变为几十V左右的电弧电压值。时刻t3 t4的电弧期间Ta中，焊条l顶端 熔化，形成熔滴la。以后，重复时刻tl t4期间的动作。在伴随着上述短路的焊接中，若在时刻t3，电弧3再产生时的电弧再 产生时电流值Ia是大电流值，则从电弧3向溶池2a的电弧力急剧增大，产 生大量的溅射。即，溅射产生量与电弧再产生时电流值Ia的值大致成比例 地增加。因此，为了抑制溅射的产生，需要减小该电弧再产生时电流值Ia。 作为用于减小电流值Ia的方法， 一直以来提出了各种附加了检测上述缩颈 现象的产生，使焊接电流Iw急速减少，从而减小电弧再产生时电流值Ia 的縮颈检测控制方法的焊接电源。下面说明该现有技术。图6是表示采用了现有技术的縮颈检测控制方法的焊接电源的框图。 焊接电源PS是普通的消耗电极电弧焊接用的焊接电源。晶体管TR串联插 入到输出中，与它并联电阻器R。电压检测电路VD检测焊接电压Vw并输 出电压检测信号Vd。縮颈检测电路ND将该电压检测信号Vd作为输入， 在短路期间TS中上述电压上升值AV达到了预定的縮颈检测基准值Vtn的 时刻，置位在高电平，在上述电压检测信号Vd的值达到了预定的短路/电 弧判别值Vta的时刻，输出复位到低电平的縮颈检测信号Nd。 g卩，该縮颈检测信号Nd在上述缩颈检测期间Tn之间成为高电平。驱动电路DR在该 缩颈检测信号Nd为低电平时(非缩颈检测时)，输出使所述晶体管TR为 导通状态的驱动信号Dr。因此，所述晶体管TR在所述缩颈检测信号Nd 为高电平时(缩颈检测时)变为断开状态。图7是所述焊接电源的各信号的时间图。图7 (A)表示焊接电流Iw， 图7 (B)表示焊接电压Vw，图7 (C)表示缩颈检测信号Nd，图7 (D) 表示驱动信号Dr。下面，参照图7进行说明。在图7中，时刻t2 t3的縮颈检测时间Tn以外的期间如图7 (C)所示， 缩颈检测信号Nd为低电平，所以如图7(D)所示，驱动信号Dr变为高电 平。其结果，晶体管TR变为导通状态，所以成为与通常的消耗电极电弧焊 接用的焊接电源相同的动作。在时刻t2,如图7(B)所示，如果在短路期间Ts中焊接电压Vw上升， 检测到电压上升值AV变为预定的縮颈检测基准值Vtn以上，判别为熔滴 中产生了缩颈，则如图7 (C)所示，縮颈检测信号Nd变为高电平。与之随 动，如图7(D)所示，驱动信号Dr变为低电平，所以晶体管TR变为断开 状态。其结果，电阻器R插入焊接电流Iw的通电路线中。该电阻器R的值 设定为短路负载(几十mQ)的10倍以上的大值，所以如图7 (A)所示，焊接电源内的直流电抗线圈和电缆的电抗线圈中存储的能量急剧放电，焊 接电流Iw急剧减少。在时刻t3，如果短路开放，再产生电弧，则如图7(B) 所示，焊接电压Vw变为预定的短路/电弧判别值Vta以上。对其进行检测， 如图7 (C)所示，缩颈检测信号Nd变为低电平，如图7 (D)所示，驱动 信号Dr变为高电平。其结果，晶体管TR变为导通状态，成为通常的消耗 电极电弧焊接的控制。通过该动作，能减小电弧再产生时(时刻t3)的电 弧再产生时电流值Ia，能抑制溅射的产生。上述说明的是直流消耗电极电弧焊接的情况，而在伴随着短路的消耗 电极交流电弧焊接中也同样。以下，关于消耗电极交流电弧焊接的缩颈检 测控制方法进行说明。图8是表示消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的电流、电压 波形图。图8 (A)表示极性切换信号Spn，图8 (B)表示焊接电流Iw， 图8 (C)表示焊接电压Vw。下面，参照图8进行说明。极性切换信号Spn如图8 (A)所示，预定的电极正极性期间Tep之间 成为高电平，预定的电极负极性期间Ten之间成为低电平。焊接电源的输 出极性随着该极性切换信号Spn进行切换。图8 (B)及图8 (C)中，从 0A或0V向上表示电极正极性EP，向下表示电极负极性EN。另外，焊接 电流Iw及焊接电压Vw的值只要没有特别叙述，则表示各极性的绝对值。若在电极正极性期间Tep中的时刻tl产生短路，则如图8 (B)所示， 焊接电流Iw增加，如图8 (C)所示，焊接电压Vw成为几V左右的低短 路电压值Vs。若在短路期间Ts中熔滴产生縮颈，则如图8 (C)所示，焊 接电压Vw增加，在时刻t2电压上升值AV达到縮颈检测基准值Vtn。与 之随动，如图8 (B)所示，焊接电流Iw急剧减少。并且，在时刻t3再产 生电弧。该电弧再产生时的电流值Ia为低的值，所以，溅射的产生非常少。 电弧期间Ta中，如图8 (B)所示，焊接电流Iw急剧上升后逐渐减少，如 图8 (C)所示，焊接电压Vw成为几十V的电弧电压值。电极正极性期间 Tep间重复上述动作。电极正极性期间Tep大多设定为几百ms左右，所以 1个期间中的短路次数为几次到几十次左右。在时刻t5，如图8 (A)所示，若极性切换信号Spn变化为低电平，则 焊接电源的输出极性切换成电极负极性EN。在时刻t5产生短路，成为短路 期间Ts。与上述同样，焊接电流Iw增加，焊接电压Vw成为低值的短路电 压值Vs。在熔滴上产生缩颈，在时刻t6，如图8 (C)所示，若电压上升值 AV达到上述缩颈检测基准值Vtn，则如图8 (B)所示，焊接电流Iw急剧 减少。并且，若在时刻t7再产生电弧，则如图8 (B)所示，焊接电流Iw 急剧上升后逐渐减少，如图8 (C)所示，焊接电压Vw成为几十V的电弧 电压值。此时，时刻t7的电弧再产生时电流值Ia为低的值，所以溅射的产 生非常少。电极负极性期间Ten中重复上述动作。该电极负极性期间Ten 也设定为几百ms左右，所以1个期间中的短路次数为几次到几十次左右。如上所述，在消耗电极交流电弧焊接中也进行縮颈检测控制，由此能 够实现可大幅度削减溅射产生的高质量焊接。上述縮颈检测控制中，准确检测缩颈现象的产生是能够大幅度削减溅 射从而实现高质量焊接的要点。因此，需要按照各种焊接条件使缩颈检测 灵敏度(縮颈检测基准值Vtn的设定)适宜化。作为焊接条件，有被焊接物的材质、接头、焊接姿势、焊条突出长度、进给速度、焯接速度等多个条件。为了按照这些焊接条件使縮颈检测基准值Vtn适宜化，现有技术是 如图7所示，使用了对縮颈检测期间Tn或电弧再产生时电流Ia进行反馈控 制而自动调整縮颈检测基准值Vtn以使其成为目标值的方法。另外，还有 在焊接电源的面板上设置縮颈检测基准值Vtn的调整旋钮的方法。(作为现 有技术的例子，参照专利文献l、 2。)专利文献l:特开2004 — 14088号公报专利文献2:特开2006—28万1219号公报上述现有技术的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制方法中，检测 交流焊接电压Vw的绝对值而使用于焊接电源的定电压控制及縮颈检测控 制。这是因为，在控制电流中直流信号容易处理。因此，消耗电极交流电 弧焊接的縮颈检测控制方法中，每种焊接条件的縮颈检测基准值Vtn通常 设定为1个值。从而，设定为电极正极性期间Tep及电极负极性期间Ten 均相同的縮颈检测基准值Vtn。可是，在电极正极性EP和电极负极性EN中，熔滴的形成状态及缩颈 的产生状态有很大不同。其结果，形成一种若作为縮颈检测灵敏度的縮颈 检测基准值Vtn在电极正极性EP中适宜化则在电极负极性EN中不适宜的 状态，反之也同样。另外，即使使用上述的缩颈检测基准值Vtn的适宜化 方法，也是按照焊接条件进行适宜化，并不会按照极性适宜化。从而，在 消耗电极交流电弧焊接中有时溅射产生量的削减效果不充分。发明内容本发明的目的在于，提供一种在消耗电极交流电弧焊接中能够使縮颈 检测灵敏度适宜化、能够最大限度发挥溅射产生量的削减效果的消耗电极 交流电弧焊接的缩颈检测控制方法。为了解决上述的课题，发明1是一种消耗电极交流电弧焊接的縮颈检 测控制方法，其在焊接电源的输出交替切换为电极正极性和电极负极性并 且所述两极性中在消耗电极和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消 耗电极交流电弧焊接中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变 化达到了缩颈检测基准值这一情况来检测所述两极性中从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的縮颈现象，如果检测到该縮颈现象，则进行输出 控制以使通电于短路负载的焊接电流急剧减小，从而在低电流值的状态下 再产生电弧，所述消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的特征在于，将所述縮颈检测基准值在所述电极正极性中设定为第一缩颈检测基准 值，在所述电极负极性中设定为与所述第一縮颈检测基准值的绝对值不同 的值的第二^l颈检测基准值，这些第一及第二縮颈检测基准值设定为使分 别对应的极性中的焊接状态良好。发明2根据发明1所述的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制方法， 其特征在于，将所述第一缩颈检测基准值的绝对值设定为小于所述第二缩 颈检测基准值的绝对值的值。发明3根据发明1或2所述的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制 方法，其特征在于，所述第二缩颈检测基准值由将所述第一縮颈检测基准 值作为输入的预定函数设定。发明4根据发明1~3中任意一项所述的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制方法，其特征在于，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数 的期间中，将所述縮颈检测基准值的绝对值设定为所述第一縮颈检测基准 值的绝对值和所述第二縮颈检测基准值的绝对值的中间值。发明5根据发明1或4所述的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制 方法，其特征在于，将从所述縮颈检测时刻到再产生电弧的时刻的期间即 縮颈检测期间分成所述电极正极性中和所述电极负极性中而进行检测，所述第一縮颈检测基准值自动设定为使所述电极正极性中的縮颈检测 期间等于预定的第一縮颈检测期间设定值，所述第二縮颈检测基准值自动设定为使所述电极负极性中的縮颈检测 期间等于预定的第二縮颈检测期间设定值。根据本发明，按照各极性将縮颈检测基准值设定为适宜值，从而，使 消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制稳定化。从而，在消耗电极交流电 弧焊接中能够大幅度削减溅射产生量，能够进行高质量焊接。再有，根据发明3，由将第一缩颈检测基准值作为输入的预定的函数设 定第二縮颈检测基准值，从而除了上述效果以外，还容易设定每种焊接条 件下的第二缩颈检测基准值。再有，根据发明4，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间 中，将縮颈检测基准值的绝对值设定为第一縮颈检测基准值的绝对值和第 二缩颈检测基准值的绝对值的中间值，从而，即使在极性切换时的过渡状 态下也能够使縮颈检测控制稳定化。从而，能够进一步加大溅射削减效果。再有，根据发明5，利用缩颈检测期间自动设定第一缩颈检测基准值及 第二缩颈检测基准值，从而能够始终设定为适宜值，因此能够大幅度减少 设定的劳力和时间，且能够获得稳定的低溅射控制性能。


图1是搭载了本发明实施方式的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控 制方法的焊接电源的框图。图2是图1的各信号的时间图。图3是表示电极正极性EP及电极负极性EN中的缩颈检测基准值的适 宜值的图。图4是为了自动设定本发明实施方式的第一縮颈检测基准值Vtnl及第 二缩颈检测基准值Vtn2而在图1中追加的电路的框图。图5是表示现有技术的消耗电极电弧焊接的电流、电压波形及熔滴过 渡状态的图。图6是搭载了现有技术的縮颈检测控制的焊接电源的框图。 图7是图6的各信号的时间图。图8是现有技术中消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制方法的电流、 电压波形图。图中l一焊条，la—熔滴，lb—縮颈，2 —母材，3 —电弧，4一焊炬， 5—进给辊，D2a D2d—二次整流器，DR—驱动电路，Dr—驱动信号，DV1 一第一开关元件驱动电路，Dvl—第一开关元件驱动信号，DV2 —第二开关 元件驱动电路，Dv2—第二开关元件驱动信号，Ea—误差放大信号，EI—电 流误差放大电路，Ei—电流误差放大信号，EN—电极负极性，END—电极 负极性开关元件驱动电路，End—电极负极性开关元件驱动信号，EP—电极 正极性，EPD—电极正极性开关元件驱动电路，Epd—电极正极性开关元件 驱动信号，ET1—第一期间误差放大电路，ET2 —第二期间误差放大电路，EV—电压误差放大电路，Ev—电压误差放大信号，Ia—电弧再产生时电流， ID—电流检测电路，Id—电流检测信号，INT—高频变压器，INV—变频电 路，IR—电流设定电路，Ir—电流设定信号，Iw—焊接电流，ND—縮颈检 测电路，Nd—縮颈检测信号，NTR—电极负极性开关元件，PS—焊接电源， PTR—电极正极性开关元件，PWM—脉冲幅度调制电路，Pwm—脉冲幅度 调制信号，R—电阻器，Rl—第一电阻器，R2 —第二电阻器，SC—外部特 性切换电路，SD—短路判别电路，Sd—短路判别信号，Spn—极性切换信号， Ta—电弧期间，Ten—电极负极性期间，Tep—电极正极性期间，Tn—縮颈 检测期间，Tnl —第一縮颈检测期间信号，Tn2 —第二縮颈检测期间信号， TND—縮颈检测期间检测电路，TNR1 —第一縮颈检测期间设定电路，Tnrl 一第一缩颈检测期间设定信号，TNR2 —第二缩颈检测期间设定电路，Tnr2 一第二缩颈检测期间设定信号，TR—晶体管，TR1—第一开关元件，TR2 一第二开关元件，Ts—短路期间，VD—电压检测电路，Vd—电压检测信号， VR—电压设定电路，Vr—电压设定信号，Vs —短路电压值，Vta—短路/电 弧判别值，VTN—缩颈检测基准值设定电路，Vtn—缩颈检测基准值(信号)， VTN1—第一縮颈检测基准值设定电路，Vtnl—第一缩颈检测基准值(信 号)，VTN2 —第二缩颈检测基准值设定电路，Vtn2—第二縮颈检测基准值 (信号)，Vtn3—第三縮颈检测基准值，Vw—焊接电压，WL—电抗线圈， AT1—第一期间误差放大信号，AT2—第二期间误差放大信号，AV—电 压上升值。
具体实施方式
以下，参照

本发明的实施方式。图1是搭载了本发明实施方式的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控 制方法的焊接电源的框图。以下，参照图l说明各电路。变频电路INV对3相200V等商用电源进行整流，按照后述的脉冲幅 度调制信号Pwm进行变频控制，从而输出高频交流。高频变压器INT将该 高频交流电压降压为适于焊接的电压。二次整流器D2a D2d对降压后的高 频交流进行整流，输出正及负的直流电压。电抗线圈WL使该直流电压平 滑。电极正极性开关元件PTR及电极负极性开关元件NTR将上述正负输出 切换为电极正极性EP或电极负极性EN。若电极正极性开关元件PTR成为 导通状态，则焊接电源的输出成为电极正极性EP，另一方面，若电极负极 性开关元件NTR成为导通状态，则焊接电源的输出成为电极负极性EN。将第一开关元件TR1和第一电阻器Rl串联的电路与上述电极正极性 开关元件PTR并联，进而，将第二开关元件TR2和第二电阻器R2串联的 电路与上述电极负极性开关元件NTR并联。焊条1利用焊条进给装置的进给辊5的旋转通过焊炬4而被进给，在 与母材2之间产生电弧3，电弧3被供给交流焊接电压Vw及焊接电流Iw。电压检测电路VD检测交流的焊接电压Vw并转换成绝对值，从而输 出电压检测信号Vd。短路判别电路SD以该电压检测信号Vd作为输入， 输出短路判别信号Sd。縮颈检测基准值设定电路VTN将该短路判别信号 Sd及来自外部的极性切换信号Spn作为输入，如图2中后述，极性切换信 号Spn为高电平(电极正极性EP)时，以预定的第一縮颈检测基准值Vtnl 作为縮颈检测基准值信号Vtn输出，为低电平(电极负极性EN)时，以预 定的第二缩颈检测基准值Vtn2作为縮颈检测基准值信号Vtn输出。再有， 从极性切换的时刻到基于上述短路判别信号Sd对短路的产生进行计数且其 值达到规定次数的期间，将第三縮颈检测基准值Vtn3作为上述缩颈检测基 准值信号Vtn输出。该第三縮颈检测基准值Vtn3作为第一縮颈检测基准值 Vtnl和第二縮颈检测基准值Vtn2的中间值设定，例如，设定为Vtn3 = (Vtnl 十Vtn2) /2。縮颈检测电路ND通过上述电压上升值AV达到了该縮颈检测 基准值信号Vtn的值这一情况来检测焊条1和母材2之间从短路状态向电 弧状态过渡的前兆即焊滴的縮颈产生，输出縮颈检测信号Nd。电极正极性 开关元件驱动电路EPD只在来自电源外部的极性切换信号Spn为与电极正 极性对应的设定信号(高电平)、且不输出上述缩颈检测信号Nd的期间(低 电平的期间)，输出使上述电极正极性开关元件PTR成为导通状态的电极正 极性开关元件驱动信号Epd。电极负极性开关元件驱动电路END只在上述 极性切换信号Spn为与电极负极性对应的设定信号(低电平)、且不输出上 述縮颈检测信号Nd的期间(低电平的期间)，输出使上述电极负极性开关 元件NTR成为导通状态的电极负极性开关元件驱动信号End。第一开关元件驱动电路DV1只在上述极性切换信号Spn为与电极正极 性对应的设定信号(高电平)、且输出上述縮颈检测信号Nd的期间(高电 平的期间)，输出使上述第一开关元件TR1成为导通状态的第一开关元件驱 动信号Dvl。第二开关元件驱动电路DV2只在上述极性切换信号Spn为与 电极负极性对应的设定信号(低电平)、且输出上述缩颈检测信号Nd的期 间(高电平的期间)，输出使上述第二开关元件TR2成为导通状态的第二开 关元件驱动信号Dv2。因此，极性切换信号Spn为高电平(电极正极性)时，上述电极正极 性开关元件PTR成为导通状态，焊接电流Iw经由PTR—焊条1—母材2— 电抗线圈WL的路径通电。在该状态下，若输出缩颈检测信号Nd(高电平)， 则停止上述的变频电路INV的动作，并且，使上述电极正极性开关元件PTR 成为断开状态，另一方面，使第一开关元件TR1成为导通状态。从而，储 存在电抗线圈WL中的能量经由R1—TR—焊条1—母材2—电抗线圈WL 的路径放电。该放电的速度基于电抗线圈WL的电感值L [H]及第一电阻 器R1的电阻值R [Q]而与(L/R)的值大致呈比例。通常，不插入第一电 阻器R1时的电源内部电阻值为0.01 0.05Q左右，另一方面，若选择第一 电阻器R1的电阻值R二0.5Q左右，则放电速度(电流急剧减小速度)变快 约10倍以上。极性切换信号Spn为低电平(电极负极性)时也与上述同样 地使电流急剧减小。电流检测电路ID检测交流的焊接电流Iw并转换成绝对值，从而输出 电流检测信号Id。电压设定电路VR输出希望值的电压设定信号Vr。电流 设定电路IR以上述縮颈检测信号Nd作为输入，输出用以设定短路期间的 焊接电流Iw的电流设定信号Ir。该电流设定信号Ir在上述縮颈检测信号 Nd为高电平(縮颈检测期间Th)中成为几十A的低电流值。电压误差放 大电路EV放大上述电压设定信号Vr和上述电压检测信号Vd之间的误差， 输出电压误差放大信号Ev。电流误差放大电路EI放大上述电流设定信号Ir 和上述电流检测信号Id之间的误差，输出电流误差放大信号Ei。外部特性 切换电路SC在上述短路判别信号Sd为低电平(电弧期间)时切换到a侧， 将上述电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea输出，在上述短路判别 信号Sd为高电平(短路期间)时切换到b侧，将上述电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea输出。从而，电弧期间中成为定电压特性，短路期 间中成为定电流特性。脉冲幅度调制电路PWM将上述误差放大信号Ea作 为输入，输出用以对上述变频电路INV进行脉冲幅度调制控制的脉冲幅度 调制信号Pwm。图2是上述图1的焊接电源装置中各信号的时间图。图2 (A)表示极 性切换信号Spn，图2 (B)表示焊接电流Iw，图2 (C)表示焊接电压Vw， 图2 (D)表示短路判别信号Sd，图2 (E)表示缩颈检测信号Nd，图2 (F) 表示缩颈检测基准值信号Vtn，图2 (G)表示电极正极性开关元件驱动信 号Epd，图2 (H)表示第一开关元件驱动信号Dvl，图2 (I)表示电极负 极性开关元件驱动信号End，图2 (J)表示第二开关元件驱动信号Dv2。 图2 (F)所示波形上的数字1 3简略标记第一縮颈检测基准值Vtnl、第二 缩颈检测基准值Vtn2及第三縮颈检测基准值Vtn3。在此，第三缩颈检测基 准值Vtn3的值为第一縮颈检测基准值Vtnl和第二縮颈检测基准值Vtn2的 中间值，极性切换后第一次短路期间Ts的缩颈检测基准值信号Vtn的值变 为该第三缩颈检测基准值Vtn3。第二次以后的短路期间Ts的縮颈检测基准 值信号Vto的值变为与各个极性对应的第一缩颈检测基准值Vtnl或第二缩 颈检测基准值Vtn2。以下，参照该图进行说明。 (1 )电极正极性期间Tep中的动作在时刻tl，如图2 (A)所示，极性切换信号Spn变化成高电平时，与 之随动，如图2 (G)所示，输出(高电平)电极正极性开关元件驱动信号 Epd，因此，电极正极性开关元件PTR成为导通状态，焊接电源的输出变 为电极正极性EP。此时，如图2 (H)所示，第一开关元件驱动信号Dvl 变为低电平，因此，第一开关元件TR1成为断开状态。另外，如图2 (D) 所示，极性切换后第一次短路判别信号Sd为高电平，因此，如图2 (F)所 示，縮颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第三縮颈检测基准值Vto3。在时刻t2，如图2 (C)所示，焊接电压Vw的电压上升值AV达到缩 颈检测基准值信号Vtn的值(在当前时刻为第三縮颈检测基准值Vtn3)时， 如图2 (E)所示，縮颈检测信号Nd变为高电平。与之随动，如图2 (G) 所示，电极正极性开关元件驱动信号Epd为低电平，因此，电极正极性开 关元件PTR成为断开状态。同时，如图2 (H)所示，输出(高电平)第一开关元件驱动信号Dvl，因此，第一开关元件TR1成为导通状态。从而，如图1中上述，在电极正极性电流的通电路线中插入第一电阻器R1，因此， 电极正极性电流急剧减小，成为低电流值。在此状态下，在时刻t3再产生电弧，因此，溅射产生量得以削减。若在时刻t3再产生电弧，则如图2 (D)所示，短路判别信号Sd变为 低电平(电弧期间Ta)。与之随动，如图2 (G)所示，输出(高电平)电 极正极性开关元件驱动信号Epd，因此，电极正极性开关元件PTR成为导 通状态。同时，如图2 (H)所示，第一开关元件驱动信号Dvl变为低电平， 因此，第一开关元件TR1成为断开状态。如图2(B)所示，若再产生电弧， 则焊接电流Iw急剧上升，其后缓慢减少。另外，在时刻t3，第一次短路结 束，因此，如图2 (F)所示，縮颈检测基准值信号Vtn的值变为上述第一 縮颈检测基准值Vtnl ，直到时刻t5的电极正极性期间Tep结束之前维持该 值。上述短路期间Ts (时刻tl t3)中，焊接电源成为定电流控制，因此由 图1中上述的电流设定信号Ir设定的电流进行通电。并且，在时刻t2 t3的 縮颈检测期间Tn中，该电流设定信号Ir的值变为低的值，因此，焊接电流 Iw也变为低的值。另一方面，电弧期间Ta (时刻t3 t4)中，焊接电源成为 定电压控制。时刻t4 t5期间重复上述动作。其中，该期间中的縮颈检测基准值信号 Vtn的值如图2 (F)所示，变为第一縮颈检测基准值Vtnl。 (2)电极负极性期间Ten的动作在时刻t5，如图2 (A)所示，若极性切换信号Spn变化成低电平，则 如图2(G)所示，电极正极性开关元件驱动信号Epd成为低电平，因此， 电极正极性开关元件PTR成为断开状态，如图2 (I)所示，输出(高电平) 电极负极性开关元件驱动信号End，因此，电极负极性开关元件NTR成为 导通状态，焊接电源的输出切换为电极负极性EN。并且，第一次短路期间 Ts (时刻t5 t7)的縮颈检测基准值信号Vtn如图2 (F)所示变为上述第三 縮颈检测基准值Vtn3。在时刻t6，如图2 (C)所示，若焊接电压Vw的上 升值AV达到上述第三縮颈检测基准值Vtn3，则如图2 (F)所示，縮颈检 测信号Nd变为高电平。与之随动，如图2 (I)所示，电极负极性开关元件 驱动信号End变为低电平，因此，电极负极性开关元件NTR成为断开状态。同时，如图2 (J)所示，输出(高电平)第二开关元件驱动信号Dv2，因此，第二开关元件TR2成为导通状态。从而，在电极负极性电流的通电路 线中插入第二电阻器R2，因此，电流急剧减小，成为低的值。在此状态下， 若在时刻t7再产生电弧，则如图2 (D)所示，短路判别信号Sd变为低电 平。与之随动，如图2 (I)所示，输出电极负极性开关元件驱动信号End， 因此，电极负极性开关元件NTR成为导通状态。同时，如图2 (J)所示， 第二开关元件驱动信号Dv2变为低电平，因此，第二开关元件TR2成为断 开状态。若在时刻t7，第一次短路期间Ts结束，则如图2 (F)所示，縮颈检测 基准值信号Vtn的值变为上述第二縮颈检测基准值Vtn2，在时刻t9的电极 负极性期间Ten中维持该值。因而，第二次以后的短路期间Ts的縮颈检测 基准值信号Vtn的值变为上述第二縮颈检测基准值Vto2。时刻t8 t9期间的 动作与时刻t5 t8期间的动作相同。图3是例示各个极性EP、 EN中的縮颈检测基准值Vtn的适宜值的图。 该图的横轴表示进给速度(cm/min)，纵轴表示縮颈检测基准值Vtn的适宜 值(V)。该图是使用钢铁材料的焊条并使进给速度变化时的各极性的缩颈 检测基准值Vtn适宜值。由该图可知，在相同焊接条件下，縮颈检测基准值Vtn的适宜值成为 电极正极性EP时比电极负极性EN时小的值。縮颈检测基准值Vtn的值越 小，检测灵敏度越高。因而，縮颈检测的灵敏度在电极正极性EP中设定得 高。其理由是，如果进给速度相同，那么电极负极性EN中平均电流变大， 熔滴大小也变大。再有，电极负极性EN时的熔滴过渡与电极正极性EP时 相比稳定性变差。由于这些要因，电极负极性EN时检测灵敏度设定得低为 好。如上所述，在电极正极性EP时和电极负极性EN时缩颈的形成状态不 同，因此，縮颈检测基准值Vtn需要设定为适于各个极性的不同值。此时， 縮颈检测基准值Vtn在电极正极性EP时设定得小(灵敏度低)。再有，从 极性切换时刻短路的产生在规定次数内时，将縮颈检测基准值Vtn设定为 上述电极正极性EP时的縮颈检测基准值和电极负极性EN时的缩颈检测基 准值的中间值。这是因为，从极性切换时刻到规定短路次数中縮颈的形成状态处于过渡状态。即，是因为从电极正极性EP切换成电极负极性EN的 时刻到规定短路次数中，縮颈的形成状态从电极正极性EP时的形成状态向 电极负极性EN时的形成状态过渡变化。上述实施方式中，关于只在极性切换后第一次短路期间使用第三缩颈 检测基准值Vtn3的情况进行了说明，不过，在1 十几次的范围内规定次数 的短路期间中也可以使用。另外，上述图3中，也可以在输入了第一縮颈 检测基准值Vtnl时利用预定的函数自动设定第二缩颈检测基准值Vtn2。再 有，也可以按照各极性自动调整縮颈检测基准值Vtnl、 Vtn2以使缩颈检测 期间Tn或电弧再产生时电流值Ia成为目标值。再有，在从电极正极性EP 切换成电极负极性EN时和反之从电极负极性EN切换成电极正极性EP时， 也可以将第三缩颈检测基准值Vtn3的值设定为不同的值。再有，也可以取 代极性切换后的规定短路次数而采用规定期间。本实施方式中，作为消耗 电极交流电弧焊接，例示了短路过渡焊接的情况，不过，也能够适用于伴 随着短路的熔滴过渡焊接、伴随着短路的脉冲电弧焊接、伴随着短路的喷 射过渡焊接等。以下，关于利用縮颈检测期间Tn将第一缩颈检测基准值Vtnl及第二 缩颈检测基准值Vtn2自动设定成适宜值的情况进行说明。图4是用于在图 1的上述焊接电源中追加该自动设定功能的电路的框图。该图是为了自动设 定图1所示的第一縮颈检测基准值Vtnl及第二縮颈检测基准值Vtn2而追 加的电路。以下，参照该图进行说明。该图所示的电路是将图1中上述的极性切换信号Spn及縮颈检测信号 Nd作为输入，输出第一縮颈检测基准值信号Vtnl及第二縮颈检测基准值 信号Vtn2。縮颈检测期间检测电路TND将上述的极性切换信号Spn及縮颈 检测信号Nd作为输入，计算电极正极性EP中的縮颈检测期间的时间长度 的移动平均值，作为第一縮颈检测期间信号Tnl输出，再有，计算电极负 极性EN中的縮颈检测期间的时间长度的移动平均值，作为第二縮颈检测期 间信号Tn2输出。在此，上述的缩颈检测信号Nd是缩颈检测期间中变为高 电平的信号，因此能够通过测量该高电平的期间来检测缩颈检测期间。第一缩颈检测期间设定电路TNR1输出预定的第一縮颈检测期间设定 信号Tnrl。第一期间误差放大电路ET1放大上述第一缩颈检测期间设定信号Tnrl和第一縮颈检测期间信号Tnl的误差，输出第一期间误差放大信号 AT1。第一縮颈检测基准值设定电路VTN1对该第一期间误差放大信号A Tl进行积分，输出第一縮颈检测基准值信号Vtol。第二縮颈检测期间设定电路TNR2输出预定的第二縮颈检测期间设定 信号Tnr2。第二期间误差放大电路ET2放大上述第二縮颈检测期间设定信 号Tnr2和第二縮颈检测期间信号Tn2的误差，输出第二期间误差放大信号 AT2。第二縮颈检测基准值设定电路VTN2对该第二期间误差放大信号A T2进行积分，输出第二缩颈检测基准值信号Vtn2。上述中，设定了縮颈检测基准值为适宜值时，縮颈检测期间也大致收 敛为规定值。该缩颈检测期间的收敛值随着极性的不同而不同。设定电极 正极性EP时的缩颈检测期间的目标值(第一缩颈检测期间设定信号Tnrl )， 按照电极正极性EP中的缩颈检测期间(第一缩颈检测期间信号Tnl)等于 该目标值的方式自动设定第一縮颈检测基准值信号Vtnl。同样地，设定电 极负极性EN时的缩颈检测期间的目标值(第二縮颈检测期间设定信号 Tnr2)，按照电极负极性EN中的縮颈检测期间(第二縮颈检测期间信号Tn2) 等于该目标值的方式自动设定第二縮颈检测基准值信号Vtn2。根据上述实施方式，按照各极性将縮颈检测基准值设定为适宜值，从 而，能够使消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制稳定化。从而，在消耗 电极交流电弧焊接中能够大幅度削减溅射产生量，能够进行高质量焊接。再有，由将第一缩颈检测基准值作为输入的预定的函数设定第二缩颈 检测基准值，从而除了上述效果以外，还容易设定各焊接条件下的第二縮 颈检测基准值。再有，从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将縮颈 检测基准值的绝对值设定为第一縮颈检测基准值的绝对值和第二縮颈检测 基准值的绝对值的中间值，从而，即使在极性切换时的过渡状态下也能够 使縮颈检测控制稳定化。从而，能够进一步增大溅射削减效果。再有，利用縮颈检测期间自动设定第一縮颈检测基准值及第二縮颈检 测基准值，从而能够始终设定为适宜值，因此能够大幅度减少设定的劳力 和时间，且能够获得稳定的低溅射控制性能。
权利要求
1.一种消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其在焊接电源的输出交替切换为电极正极性和电极负极性并且所述两极性中在消耗电极和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消耗电极交流电弧焊接中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值这一情况来检测所述两极性中从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈现象，如果检测到该缩颈现象，则进行输出控制以使通电于短路负载的焊接电流急剧减小，从而在低电流值的状态下再产生电弧，所述消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法的特征在于，将所述缩颈检测基准值在所述电极正极性中设定为第一缩颈检测基准值，在所述电极负极性中设定为与所述第一缩颈检测基准值的绝对值不同的值的第二缩颈检测基准值，这些第一及第二缩颈检测基准值设定为使分别对应的极性中的焊接状态良好。
2. 根据权利要求1所述的消耗电极交流电弧焊接的縮颈检测控制方法，其特征在于，将所述第一縮颈检测基准值的绝对值设定为小于所述第二縮颈检测 基准值的绝对值的值。
3. 根据权利要求1或2所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控 制方法，其特征在于，所述第二縮颈检测基准值由将所述第一縮颈检测基准值作为输入的 预定函数设定。
4. 根据权利要求1 3中任意一项所述的消耗电极交流电弧焊接的縮 颈检测控制方法，其特征在于， 从极性切换的时刻到短路产生达到规定次数的期间中，将所述縮颈检 测基准值的绝对值设定为所述第一縮颈检测基准值的绝对值和所述第二 縮颈检测基准值的绝对值的中间值。
5. 根据权利要求1或4所述的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控 制方法，其特征在于，将从所述縮颈检测时刻到再产生电弧的时刻的期间即縮颈检测期间 分成所述电极正极性中和所述电极负极性中而进行检测，所述第一縮颈检测基准值自动设定为使所述电极正极性中的縮颈检 测期间等于预定的第一縮颈检测期间设定值，所述第二縮颈检测基准值自动设定为使所述电极负极性中的縮颈检 测期间等于预定的第二縮颈检测期间设定值。
全文摘要
本发明提供一种伴随着短路的消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法，其能够提高缩颈检测精度。在消耗电极交流电弧焊接的缩颈检测控制方法中，根据消耗电极和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值(Vtn)这一情况来检测从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈现象，如果检测到该缩颈现象，则进行输出控制以使通电于短路负载的焊接电流(Iw)急剧减小，从而在低电流值(Ia)的状态下再产生电弧，其中，将所述缩颈检测基准值(Vtn)在电极正极性(EP)中设定为第一缩颈检测基准值(Vtn1)，在电极负极性(EN)中设定为与所述第一缩颈检测基准值的绝对值不同的值的第二缩颈检测基准值(Vtn2)。
文档编号B23K9/095GK101264543SQ20081008153
公开日2008年9月17日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年3月12日
发明者井手章博, 惠良哲生, 水取裕康, 西坂太志 申请人:株式会社大亨