专利名称：电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使电弧长度以低频率摆动来搅动熔融池，从而能够抑制气孔
的产生的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法。
背景技术：
以恒定速度送给焊丝，并且交替反复接通峰值期间中的峰值电流以及基础值期间 的基础电流，通过以切换频率使上述的峰值期间以及/或者峰值电流变化，从而使电弧长 度周期性在高低方向摆动来进行焊接的电弧长度摆动脉冲电弧焊接方法被广泛的使用。作 为该焊接方法，具有对于铝材料能在焊道(Bead)外观上形成漂亮的焊波花纹的特点。另 外，该焊接方法中，若将切换频率设定为低频率，则能够通过与电弧长度摆动相伴的电弧力 的变化来搅动熔融池，并减少气孔以及凹坑(下面合并称为气孔)的产生。下面，对该电弧 长度摆动脉冲电弧焊接方法进行说明。 图5是表示以往技术中电弧长度摆动脉冲焊接方法的波形图。该图(A)表示用于 使电弧长度周期性摆动的切换信号Stc，该图(B)表示焊接电流Iw，该图(C)表示焊接电压 Vw，该图(D)表示电弧长度La。下面，参照该图进行说明。 如该图(A)所示，切换信号Stc，在预先规定的高电弧长度期间HT中为高电平 (High level)，在预先规定的低电弧长度期间LT中为低电平(Low Level)。将该高电弧长 度期间HT和低电弧长度期间LT加在一起得到的期间，为切换周期Tc。因此，切换频率为 fc = 1/Tc。 如该图(B)所示，高电弧长度期间HT中，接通由高峰值期间HTp中的高峰值电流 Hip以及高基础值期间HTb中的高基础电流HIb组成的高脉冲电流群。将该高峰值期间HTp 与高基础值期间HTb加在一起成为高脉冲周期HTf。并且，如该图(C)所示，对应该高脉冲 电流群的接通，在高峰值期间HTp中高峰值电压HVp施加在焊丝、母材之间，在高基础值期 间HTb中施加高基础值电压HVb。 如该图(B)所示，低电弧长度期间LT中，接通由低峰值期间LTp中的低峰值电流 Lip以及低基础值期间LTb中的低基础值电流LIb组成的低脉冲电流群。将该低峰值期间 LTp和低基础值期间LTb加在一起成为低脉冲周期LTf。并且，如该图(C)所示，对应该低 脉冲电流群的接通，在低峰值期间LTp中低峰值电压LVp施加在焊丝、母材之间，在低基础 值期间LTb中施加低基础值电压LVb。 上述记载中，高峰值期间HTp、高峰值电流HIp、高基础值电流HIb、低峰值期间 LTp、低峰值电流LIp以及低基础值电流LIb，预先被设定为规定值。并且，以焊接电压Vw的 平均值与预先规定的电压设定值相等的方式，通过反馈控制确定上述的高脉冲周期HTf以 及低脉冲周期LTf。该控制被称为频率调制控制。该频率调制控制，是为了将焊接电源设定 为适合消耗电极式电弧焊接的恒定电压特性。 在此，通过设定高峰值期间HTp大于低峰值期间LTp、以及/或者高峰值电流Hip 大于低峰值电流LIp，能够使电弧长度La发生摆动。也就是说，如图(D)所示，在高电弧长度期间HT中为高电弧长度HLa，在低电弧长度期间LT中为低电弧长度LLa。这样，能够使 电弧长度以切换周期Tc(切换频率fc)周期性进行摆动。
[专利文献1]专利第2993174号公报。 焊接镀锌钢板的时候，存在的问题是，由于电弧热度锌成为蒸气进入熔融池内部
并凝固，产生很多气孔。在脉冲电弧焊接中也是同样。对该镀锌钢板应用电弧长度摆动脉
冲电弧焊接方法时，由于通过将切换频率fc设定为20 50Hz的范围的低频率从而搅动熔
融池，能将进入熔融池内部的锌蒸气排放到外部，因此能够减少气孔的产生。 如上所述，通过电弧长度摆动脉冲电弧焊接镀锌钢板，能够减少除焊接开始部分
以外的常规部分的焊道的气孔。但是，该以往技术的焊接方法中，有时不能减少焊接开始部
分的焊道中产生的气孔，这种情况成为焊接质量状况问题。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种在镀锌钢板的焊接中，能够减少在焊接开始部分 的焊道中产生的气孔的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法。 为了解决上述的课题，第1发明的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法中，在送 给焊丝的同时，交替反复接通峰值期间中的峰值电流以及基础值期间中的基础值电流，来 以切换频率使所述峰值期间以及/或者峰值电流发生变化，从而使电弧长度周期性摆动进 行焊接，在从焊接开始时刻起在预先规定的初期期间中，将上述的切换频率设定为比其后 的常规期间的预先规定的常规频率更低的值。 第2发明，是在第1发明所述的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法中，在上述初 期期间中的上述切换频率，是预先设定为比所述常规频率更低的值的恒定值的初期频率。
第3发明，是在第1发明所述的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法中，在上述初 期期间中的所述切换频率，在焊接开始时刻为预先规定的初期频率，随着时间经过逐渐变 高，在上述初期期间经过(结束)的时刻成为所述常规频率。 根据本发明，以切换频率使电弧长度周期的摆动从而进行焊接的电弧长度摆动脉 冲电弧焊接方法中，从焊接开始时刻起预先规定的初期期间中，将切换频率设定为比其后 的常规期间的预先规定的常规频率更低的值。由此，能够减少焊接开始部分的焊道中产生 的气孔，能够从焊接开始部至焊接结束部形成健全的焊道。再有，根据上述的第3发明，能 够通过将初期期间中的切换频率，以从初期频率向常规频率连续的提高的方式设定，从而 减少切换频率的变化对焊道外观的变化带来的影响。
图1是表示本发明的是实施方式中的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法的焊 接开始时的焊接电流波形图。 图2是本发明的实施方式中的焊接电源的框图。 图3是表示在图2的切换频率设定电路FCR中内置的切换频率设定函数的一例的 图。 图4是表示与在图2的切换频率设定电路FCR中内置的切换频率设定函数的图3 不同的一例的图。
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图5是表示在以往技术中的电弧长度摆动脉冲焊接方法的电流 电压波形图。
图中1-焊丝，2-母材，3_电弧，4-焊矩，5-送给滚轴，DR-时间比率设定电路， Dr-时间比率设定信号，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-切换频率，FCR-切换频率设定电路，Fcr-切换频率设定 信号，fs-初期频率，ft-常规频率，HIb-高基础值电流(设定值)，HIp-高峰值电流(设定 值)，HLa-高电弧长度，HT-高电弧长度期间，HTb-高基础值期间，HTf-高脉冲期间，HTp-高 峰值期间(设定值)，HTs-(初期期间中的)高电弧长度期间，HTt-(常规期间中的)高电弧 长度期间，HVb-高基础值电压，HVp-高峰值电压，IBR-基础值电流设定电路，Ibr-基础值电 流设定信号，ICR-电流控制设定电路，Icr-电流控制设定信号，ID-电流检测电路，Id-电 流检测信号，IPR-峰值电流设定电路，Ipr-峰值电流设定信号，Iw-焊接电流，La-电弧长 度，Lb-初期期间的焊道长度，LIb-低基础值电流(设定值)，LIp-低峰值电流(设定值)， LLa-低电弧长度，LT-低电弧长度期间，LTb-低基础值期间，LTf-低脉冲周期，LTp-低峰值 期间(设定值)，LTs-(初期期间中的)低电弧长度期间，LTt-(常规期间中的)低电弧长度 期间，LVb-低基础值电压，LVp-低峰值电压，PM-电源主电路，ST-焊接开始电路，St-焊接 开始信号，STC-切换信号生成电路，Stc-切换信号，Tc-切换周期，Tf-脉冲周期(信号)， TP-峰值期间计时器电路，Tp-峰值期间信号，TPR-峰值期间设定电路，Tpr-峰值期间设定 信号，Ts-初期期间，TSR-初期期间设定电路，Tsr-初期期间设定信号，TW-经过时间测定 电路，Tw-经过时间(信号)，VAV-电压平均值计算电路，Vav-电压平均值信号，VD-电压检 测电路，Vd-电压检测信号，VF-电压 频率变换电路，VR-电压设定电路，Vr-电压设定信 号，VW-焊接电压，丽_送给电动机，Ws-送给速度。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图1是表示本发明的实施方式中的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法的焊接 开始时的焊接电流波形图。下面，参照该图进行说明。 在时刻tl，被送给的焊丝与母材接触后产生电弧并开始焊接。在本文中，所谓的焊 接开始时刻，是指产生电弧并开始接通焊接电流的时刻。从时刻tl的焊接开始时刻起到经 过规定期间的时刻t2为止，为初期期间Ts。初期期间Ts以后的期间为常规期间。初期期 间Ts中的切换周期为初期切换周期，常规期间中的切换周期为常规切换周期。由于频率是 周期的倒数，因此初期期间Ts的切换频率为初期频率fs，常规期间中的切换频率为常规切 换频率ft。在此，设定fs小于ft。如上所述，为了对于镀锌钢板起到气孔减少的效果，上 述的常规频率ft在20 50Hz的范围，根据焊丝送给速度、母材镀锌层的厚度、接缝形状等 的焊接条件设定为适当值。对此，上述的初期周期频率fs，在5 15Hz的范围根据焊接条 件设定为适当值。 如该图所示，初期期间Ts中，在高电弧长度期间HTs中，接通由高峰值期间HTp的 高峰值电流HIp以及高基础值期间HTb的高基础值电流HIb组成的高脉冲电流群，接下来 在低电弧长度期间LTs中，接通由低峰值期间LTp的低峰值电流LIp以及低基础值期间LTb 的低基础值电流Lib组成的低脉冲电流群，这些接通以上述的初期频率f s进行反复。同样， 常规期间中，在高电弧长度期间HTt中接通高脉冲电流群，接下来在低脉冲长度期间LTt中
5接通低脉冲电流群，这些接通以上述的常规频率ft进行反复。在此，在高电弧长度期间和低电弧长度期间的时间比率为50%的情况下，得出<formula>formula see original document page 6</formula>
通过将初期频率fs设定为比常规频率ft更低的频率，能够减少在焊接开始部分的焊道中产生的气孔的理由如下。也就是说，在焊接开始部的熔融池，由于还在形成过程中，因此其尺寸较小。因此，即使以与常规期间相同的常规频率ft搅动熔融池，也会因频率过高而不能顺利搅动熔融池。因此，若将频率设定得低，以比常规期间更低的初期频率搅动熔融池，熔融池就可以被顺利搅动。结果，能够将进入到熔融池内部的锌蒸气排出到外部，能够减少气孔的产生。上述的初期期间Ts，设定为从焊接开始部起到形成1 5cm左右的焊道所需的时间。因此，若将焊道长度设为Lb (cm)，将焊接速度设为Ws (cm/min)，则初期期间Ts = 60 *Lb/Ws。若举出数值例，则当设Lb = 2cm、Ws = 60cm/min时，初期期间Ts = 2秒。 以下，表示通过本发明焊接镀锌钢板的情况下的焊接条件的一例。 母材厚度为3mm的镀锌钢板，接缝形状重叠角焊缝，焊丝直径为1. 2mm的脉冲
电弧焊接用钢丝，保护气氩气80% +二氧化碳20%，焊接速度80cm/min，焊丝送给速度
7. 2m/min，平均焊接电流220A，平均焊接电压24V，初期频率fs :6Hz，常规频率ft :20Hz，
初期周期Ts :2秒，高峰值期间HTp :1. 6ms，高峰值电流HIp :500A，高基础值电流HIb :50A，
低峰值期间LTp :1. 4ms，低峰值电流LIp :480A，低基础值电流Lib :40A 通过根据上述的焊接条件进行焊接，能够将在焊接开始部分产生的气孔减少至质
量上没有问题的水平。当然，从常规部分到焊接结束部分，也都能够形成健全的焊道。 图2，是用于实施上述的实施方式中的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法的焊
接电源的框图。下面，参照该图对各部分进行说明。 电源主电路PM，将三相200V等的商用电源作为输入，根据后面叙述的电流误差放大信号Ei进行变换(inverter)控制等的输出控制，并输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw。该电源主电路PM，图示中随省略，但由以下几部分构成。分别是一次整流电路，对商用电源进行整流；电容，对整流后的直流电进行平滑；变换器电路，将平滑后的直流电转换为高频交流电；变压器，将高频率交流电降压为适合电弧焊接的电压值；二次整流电路，对降压后的高频交流电进行整流；电抗器，对整流后的直流电进行平滑；调制电路，将上述的电流误差放大信号Ei作为输入进行脉冲幅度调制控制；驱动电路，根据调制信号驱动上述的变换器电路。焊丝1，由送给电动机丽连接的送给滚轴5，通过焊矩4内而被送给，与母材2之间产生电弧3。省略其关于焊丝送给的框图。 电压检测电路VD，检测上述的焊接电压Vw，并输出电压检测信号Vd。电压平均值计算电路VAV，计算该电压检测信号Vd的平均值，并输出电压平均值信号Vav。电压设定电路VR，输出预先规定的电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV，放大上述的电压设定信号Vr与上述的电压平均值信号Vav的误差，并输出电压误差放大信号Ev。电压*频率变换电路VF，将该电压误差放大信号Ev作为输入，输出具有与该信号的值成比例的频率的脉冲周期信号Tf。也就是说，该脉冲周期信号Tf，是在每个脉冲周期短时间变为高电平的信号。
焊接开始电路ST，输出在焊接开始时变为高电平的焊接开始信号St。电流检测电路ID，检测上述的焊接电流Iw，并输出电流检测信号Id。经过时间测定电路TW，将上述的焊接开始信号St以及上述电流检测信号Id作为输入，计算从焊接开始信号St变为高电平，并且电流检测信号Id变为基准值以上的时刻起(焊接开始时刻)的经过时间，并输出经过时间信号Tw。电流检测信号Id的值变为基准值以上，意味着焊接电流Iw开始接通。
初期期间设定电路TSR，输出预先规定的初期期间设定信号Tsr。切换频率设定电路FCR，将上述的经过时间信号Tw以及上述的初期期间设定信号Tsr作为输入，输出根据预先规定的切换频率设定函数并随着经过时间而变化的切换频率设定信号Fcr。关于该初期期间设定函数，将在后面图3以及图4中叙述。时间比率设定电路DR，输出以"时间比率(% ) = 100 *高电弧长度期间/(高电弧长度期间+低电弧长度期间)"所定义的时间比率设定信号Dr。也就是说，时间比率设定信号Dr，是设定高电弧长度期间和低电弧长度期间的占空比的信号。切换信号生成电路STC，将上述的切换频率设定信号Fcr以及上述的时间比率设定信号Dr作为输入，计算出高电弧长度期间=Dr/100 Fcr，以及低电弧长度期间=(100-DR)/100 ，Fcr，输出在计算出的高电弧长度期间为高电平，接着在计算出的低电弧长度期间为低电平，之后反复交替它们的切换信号Stc。因此，该切换信号Stc是高电平时，为高电弧长度期间，低电平时为低电弧长度期间。并且，将高电弧长度期间和低电弧长度期间合在一起成为切换周期(1/切换频率)。 峰值期间设定电路TPR，将上述的切换信号Stc、预先规定的高峰值期间设定值HTp以及预先规定的低峰值期间设定值LTp作为输入，切换信号Str是高电平(高电弧长度期间)时，输出成为上述的高峰值期间设定值HTp的峰值期间设定信号TPr，低电平(低电弧长度期间)时输出成为上述的低峰值设定值LTp的峰值期间设定信号TPr。峰值期间计时器电路TP，将该峰值期间设定信号TPr以及上述的脉冲周期信号Tf作为输入，输出从脉冲周期信号Tf变化为短时间的高电平的时刻起，由峰值期间设定信号TPr所规定期间为高电平，除此之外的期间为低电平的峰值期间信号Tp。因此，该峰值期间信号Tp，是在峰值期间中为高电平，在基础值期间中为低电平的信号。 峰值电流设定信号IPR，将上述的切换信号Stc、预先规定的高峰值电流设定值HIp以及预先规定的低峰值电流设定值LIp作为输入，切换信号Stc是高电平(高电弧长度期间)时输出成为上述高峰值电路设定值HIp的峰值电流设定信号Ipr，低电平(低电弧长度期间)时输出成为上述的低峰值电流设定值LIp的峰值电流设定信号Ipr。基础值电流设定电路IBR，将上述的切换信号Stc、预先规定的高基础值电流设定值HIb以及预先规定的低基础值电流设定值Lib作为输入，切换信号Stc是高电平(高电弧长度期间)时输出成为上述的高基础值电流设定值HIb的基础值电流设定信号Ibr，低电平(低电弧长度期间)时输出成为上述的低基础值设定值Lib的基础值电流设定信号Ibr。电流控制设定电路ICR，将上述的峰值期间信号Tp、上述的峰值电流设定信号Ipr以及上述的基础值电流设定信号Ibr作为输入，峰值期间信号Tp是高电平(峰值期间)时，将上述的峰值电路设定信号Ipr作为电路控制设定信号Icr输出，低电平(基础值期间)时将上述的基础值电流设定信号Ibr作为电流控制设定信号Icr输出。电流误差放大电路EI，放大上述的电流控制设定信号Icr与上述的电流检测信号Id的误差，并输出电流误差放大信号Ei。通过这些电路结构，接通在图1中所述的焊接电流波形。 图3是表示在上述的切换频率设定电路FCR中内置的切换频率设定函数的一例的图。该图的横轴表示经过时间Tw(秒)，纵轴表示切换频率设定信号Fcr(Hz)。在该图中，Tw = 0的时刻是焊接开始时刻。另外，Tsr表示初期期间设定信号(秒)。函数为如下的形式。 0《Tw < Tsr Fcr = f s
Tsr《Tw Fcr = ft 其中，fs是预先规定的初期频率，ft是预先规定的常规频率，fs < ft。该图是Tsr=2秒、fs = 5Hz以及ft = 30Hz的情况。 图4是表示与在上述的切换频率设定电路FCR中内置的切换频率设定函数的图3不同的一例的图。该图的横轴表示经过的时间Tw(秒)，纵轴表示切换频率设定信号Fcr(Hz)。在该图中，Tw二O的时刻是焊接开始时刻。另外，Tsr表示初期期间设定信号(秒)。函数为如下的形式。 0《Tw < Tsr Fcr = ((f t_f s) /Tsr) +f s
Tsr《TwFcr = ft 其中，fs是预先规定的初期频率，ft是预先规定的常规频率，fs < ft。该图是Tsr=2秒、fs = 5Hz以及ft = 30Hz的情况。该图中虽然呈直线状增加，但也可以曲线状增加。 根据上述的实施方式，在以切换频率使电弧长度周期的摆动从而进行焊接的电弧长度摆动脉冲电弧焊接方法中，从焊接开始时刻起在预先规定的初期期间中，将切换频率设定为比其后的常规期间的预先规定的常规频率更低的值。由此，能够减少在焊接开始部分的焊道中产生的气孔，能够从焊接开始部起直至焊接结束部形成健全的焊道。再有，如图4中所述，能够通过将初期期间中的切换频率，以从切换频率向常规频率连续的提高的方式设定，从而减少切换频率的变化对焊道外观带来的影响。 虽然在上述的实施方式中，以对直流脉冲电弧焊接方法中应用本发明的情况为例进行了说明，但也可以应用于交流脉冲电弧焊接方法。
权利要求
一种电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法，通过送给焊丝，并且交替反复接通峰值期间中的峰值电流以及基础值期间中的基础值电流，来以切换频率使所述峰值期间以及/或者峰值电流发生变化，从而使电弧长度周期性摆动来进行焊接，其特征在于，从焊接开始时刻起预先规定的初期期间中，将所述切换频率的值设定为比其后的常规期间的预先规定的常规频率更低。
2. 根据权利要求1所述的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法，其特征在于， 所述初期期间中的所述切换频率，是预先设定为比所述常规频率更低的恒定值的初期频率。
3. 根据权利要求1所述的电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法，其特征在于， 所述初期期间中的所述切换频率，在焊接开始时刻为预先规定的初期频率，随着时间经过逐渐变高，在经过所述初期期间的时刻为所述常规频率。
全文摘要
本发明提供一种电弧长度摆动脉冲电弧焊接控制方法，以低频率的切换频率使电弧长度周期摆动，来进行焊接。该方法中，在送给焊丝的同时，交替反复接通峰值期间HTp、LTp中的峰值电流HIp、LIp，以及基础值期间HTb、LTb中的基础值电流HIb、LIb，并以切换频率使所述峰值期间以及/或者峰值电流发生变化，从而使电弧长度周期的摆动来进行焊接，从焊接开始时刻起，在预先规定的初期期间Ts中，将所述的切换频率(初期频率fs)的值设定为比其后的常规期间的预先规定的常规频率ft更低。由此，能够充分搅动焊接开始时的熔融池，能够减少气孔的产生。因此，能够减少在焊接开始部分的焊道中产生的气孔。
文档编号B23K9/00GK101745716SQ20091022453
公开日2010年6月23日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年12月17日
发明者藤井督士 申请人:株式会社大亨