专利名称：消耗电极电弧焊的起弧控制方法
技术领域：
本发明涉及能得到良好的起弧性的消耗电极电弧焊的起弧控制方法。
背景技术：
在专利分权I的发明中，在大致周期地重复电弧和短路来焊接的消耗电极电弧焊中，设定有以下的期间:恒流控制期间，电弧起动后的数十毫秒的期间通电规定的热起动(hot start)电流，形成可使在焊接焊丝的前端形成的溶滴进行短路过渡的大小；恒压控制高电压设定期间，在接下来的数百ms的期间，通电焊接电压比稳定焊接电压高几V的恒压控制所产生的焊接电流来扩大弧长；恒压控制低电压设定期间，进一步在接下来的数百ms的期间，通过通电焊接电压比稳定焊接电压低几V的恒压控制所产生的焊接电流，来缩短弧长，从而使其规则地进行电弧和短路的重复周期；以及恒压控制稳定电压设定期间，通电弧长不变得过短的稳定焊接电压所产生的恒压控制的焊接电流，使其规则地执行电弧和短路的周期。因为通过进行该消耗电极电弧焊的起弧控制方法，能够抑制起弧后的过渡期间中产生的短路和电弧的不规则的反复状态，所以能得到良好的起弧性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平7-204848号公报发明内容
在上述以往的现有技术中，上述的恒压控制高电压设定期间被设定为规定值。该恒压控制高电压设定期间的作用效果为将弧长拉长直到与比稳定焊接电压高的焊接电压对应的目标弧长为止。通过比稳定期间拉长弧长，焊接焊丝及母材在适当熔融了的状态下产生短路。如上那样，短路和电弧的周期提前处于稳态化，能得到良好的起弧性。
但是，弧长的过渡性的改变，因焊接开始前的焊接焊丝前端的熔融球的大小、熔池的状态、接头形状、供电焊嘴(tip)与母材间距离、稳定焊接电压的设定值等的变动因素的影响而变动。其结果，在规定的恒压控制高电压设定期间，产生弧长在未达到目标弧长的状态下期间终止的情况。反过来，因为弧长急速变化而提前达到了目标弧长，从而成为在该状态下持续较长直到恒压控制高电压设定期间终止为止。如果处于这样的状态，则对焊接焊丝及母材的热输入变得过小或过多，并且起弧性变坏。
因此，在本发明中提供如下的消耗电极电弧焊的起弧控制方法:不管上述的变动因素的影响，都可使在起弧时弧长暂时比稳定期间变长的期间适当化，并能得到其结果良好的起弧性。
为了解决上述课题，在本发明的第一方面中，一种消耗电极电弧焊的起弧控制方法，在焊接开始时，在焊接电流开始通电的情况下，在第一期间中将电压设定信号设定为值比稳定电压设定值大的起动电压设定值，在接下来的稳定期间中将所述电压设定信号设定为所述稳定电压设定值，并通过恒压控制来通电焊接电流，该消耗电极电弧焊的起弧控制方法的特征在于，在焊接电压检测值增加而成为与所述起动电压设定值相等的时间点终止所述第一期间。
在本发明的第二方面中，如本发明的第一方面所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于，在所述焊接电压检测值增加而与所述起动电压设定值变得相等、并且从该时间点经过了预先规定的延迟期间的时间点，终止所述第一期间。
在本发明的第三方面中，如本发明第一或第二方面所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于，在所述第一期间之前设置预先规定的热起动期间，在该热起动期间中通过恒流控制来通电预先规定的热起动电流。
在本发明的第四方面中，如本发明第一到第三任一个方面所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于，在所述第一期间之后设置第二期间，该第二期间设定为在所述第一期间乘以预先规定了的系数所得的时间长度，并且，在该第二期间中以从所述起动电压设定值向所述稳定电压设定值斜坡状地减少的方式设定所述电压设定信号。
根据本发明，在与弧长成比例的焊接电压检测值增加而成为与值比稳定电压设定值大的起动电压设定值相等的时间点，结束第一期间。因此，根据焊接开始前的焊接焊丝前端的熔融球的大小、熔池的状态、接头形状、供电焊嘴与母材间距离、稳定焊接电压的设定值等的变动因素的影响，即使弧长的变化速度产生变动，也必须在弧长(焊接电压检测值)达到目标弧长(起动电压设定值)之后终止第一期间。因此，产生电弧之后，对焊接焊丝及母材进行适当的热输入，能得到良好的起弧性。
图1是示出本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊的起弧控制方法的时序图。
图2是用于实施本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊的起弧控制方法的焊接电源的框图。
符号说明
I焊接焊丝
2 母材
3 电弧
4 焊炬
5进给辊
⑶通电判别电路
Cd通电判别信号
CS控制方式切换信号生成电路
Cs控制方式切换信号
DV驱动电路
Dv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
EV电压误差放大电路
Ev电压误差放大信号
FC进给控制电路
Fe进给控制信号
FR进给速度设定电路
Fr进给速度设定信号
Fw进给速度
ID焊接电流检测电路
Id焊接电流检测信号
Ih热起动电流
IHR热起动电流设定电路
Ihr热起动电流设定信号
Iw焊接电流
LD弧长到达判别电路
Ld弧长到达信号
MS期间设定电路
Ms期间设定信号
PM电源主电路
RC机器人控制装置
St焊接开始信号
SW控制切换电路
Tl第一期间
T2第二期间
Td延迟期间
TDR延迟期间设定电路
Tdr延迟期间设定信号
Th热起动期间
THR热起动期间设定电路
Thr热起动期间设定信号
VAV焊接电压滤波电路
Vav焊接电压滤波信号
VCR稳定电压设定电路
Vcr稳定电压设定(信号/值)
VD焊接电压检测电路
Vd焊接电压检测信号
VR电压设定电路
Vr电压设定信号
VSR起动电压设定电路
Vsr起动电压设定(信号/值)
Vw焊接电压
丽进给电动机具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊的起弧控制方法的时序图。该图(A)示出焊接开始信号St，该图(B)示出控制方式切换信号Cs，该图(C)示出焊接焊丝的进给速度Fw，该图(D)示出弧长到达信号Ld，该图(E)示出电压设定信号Vr，该图(F)示出焊接电流1 ，该图(G)示出焊接电压Vw。该图例示了使用了机器人的焊接的情况。以下，参照该图进行说明。
在时刻tl中，在机器人移动而使焊炬到达焊接初始位置时，从机器人控制装置对焊接电源输出焊接开始信号St。
(I)时刻tl t2的减速进给期间
如该图(A)所示，在时刻tl中，在来自机器人控制装置的焊接开始信号St成为高电平时，因为焊接电源开始输出，所以如该图(G)所示，无负载电压施加到焊接焊丝和母材之间。同时，如该图(C)所示，进给速度Fw成为I 2m/min左右的慢的减速进给速度,焊接焊丝与母材逐渐接近。如该图(B)所示，控制方式切换信号Cs成为低电平(恒流控制)直到时刻t3为止，此后成为高电平(恒压控制)。该控制方式切换信号Cs是将焊接电源的输出控制的方式切换为恒流控制或恒压控制的信号。如该图(D)所示，弧长到达信号Ld为以下的信号，即:成为低电平直到时刻t31为止，时刻t31 t4期间中成为高电平，此后成为低电平。该弧长到达信号Ld是在弧长达到目标弧长时，成为高电平的信号。如该图(E)所示，电压设定信号Vr在时刻t4之前成为起动电压设定值Vsr，在时刻t4 t5期间中从起动电压设定值Vsr到稳定电压设定值Vcr以斜坡(slope)状减少,此后成为稳定电压设定值Vcr。起动电压设定值Vsr被与稳定电压设定值Vcr连动地设定,被设定为比稳定电压设定值Vsr大2 5v左右的值。根据焊接焊丝的种类、进给速度等以使弧长成为适当值的方式设定稳定电压设定值Vcr。因此,起动电压设定值Vsr时的弧长比稳定电压设定值Vcr时的弧长变得长，该弧长成为目标弧长。
(2)时刻t2 t3的热起动期间Th
在时刻t2中，在焊接焊丝和母材接触而导通时，如该图(G)所示，焊接电压Vw急剧减少为几V左右的短路电 压值。同时，如该图(F)所示，焊接电流Iw的通电开始，时刻t2 t3的预先规定的热起动期间Th中，预先规定的热起动电流Ih通电。在该热起动期间Th中，如该图(B)所示，因为控制方式切换信号Cs是低电平，所以成为恒流控制。热起动期间Th被设定为5 15ms左右，热起动电流Ih被设定为450 600A左右。两值根据焊接焊丝的种类、稳定进给速度等都被设定为适当值。在时刻t2中，在焊接电流Iw的通电开始时，如该图(C)所示，进给速度Fw被切换为预先规定了的稳定进给速度。该热起动电流Ih为了提前熔融焊接焊丝的前端并产生电弧而通电。因此，在从时刻t2经过Ims左右的短时间后的时刻t21，产生电弧。在电弧产生时，如该图(G)所示，焊接电压Vw急剧增加到数十V的电弧电压值。在时刻t21 t3期间中，因为热起动电流Ih使焊接焊丝前端被熔融，因此弧长逐渐变长。与此对应，如该图(G)所示，焊接电压Vw在时刻t21 t3期间其值逐渐变大。该热起动期间Th，不是绝对必需设置的必须的期间。即使在从焊接焊丝与母材接触了时采用以下项进行说明的第一期间Tl短路期间中，因为大电流值的焊接电流Iw通电，所以根据焊接条件在电弧产生时不产生那样的问题。
(3)时刻t3 t4的第一期间Tl
在时刻t3中，在热起动期间Th终止时，如该图(B)所示，控制方式切换信号Cs变化为高电平，切换为恒压控制。如该图(E)所示，因为在时刻t3时间点的电压设定信号Vr的值是起动电压设定值Vsr，所以根据该设定值进行恒压控制。如该图(G)所示，焊接电压Vw因为是比在时刻t3时间点与起动电压设定值Vsr对应的值小的值，所以通过恒压控制而该值逐渐增加。伴随着这种情况，弧长也逐渐地变长。并且，在时刻t31中，如该图(G)所示，焊接电压Vw的值与对应于起动电压设定值Vsr的值相等。与此对应，如该图(D)所示，弧长到达信号Ld变化为高电平，并持续直到时刻t4为止。S卩，在时刻t31中，弧长达到目标弧长。从该时刻t31到经过预先规定了的延迟期间Td的时刻t4，如该图(E)所示，电压设定信号Vr保持起动电压设定值Vsr不变，如该图(G)所示，焊接电压Vw的值保持与起动电压设定值Vsr对应的值不变，弧长被维持在目标弧长不变。如该图(F)所示，焊接电流Iw成为在时刻t3中从热起动电流Ih急剧减少了的值。延迟期间Td在O IOms的范围被设定为适当值。在Td = O时是不设置延迟期间的情况。该延迟期间Td根据焊接焊丝的种类、焊接法、接头形状、以及焊接速度等被设定为适当值。时刻t3 t4的第一期间Tl如上所述不是规定期间，而成为在从热起动期间Th终止的时刻到弧长到达目标弧长之前的期间加上了延迟期间Td的期间。该第一期间Tl成为10 50ms左右。由此，即使因上述的变动因素的影响而弧长的变化速度变动，必须在弧长到达目标弧长之后维持固定期间而准备进入接下来的第二期间T2。因此，对焊接焊丝及母材进行适当的供热，而实现良好的起弧性。
(4)时刻t4 t5的第二期间T2
在时刻t4延迟期间Td(第一期间Tl)结束时，如该图(E)所示，电压设定信号Vr从在时刻t4时间点下的起动电压设定值Vsr到在时刻t5时间点下的稳定电压设定值Vcr斜坡状地减少。时刻t4 t5的期间成为第二期间T2，成为在时刻t3 t4的第一期间Tl乘以预先决定的系数的值。系数被设定在0.5 1.5左右的范围。在系数=1.0时，是Tl=T2的情况。该图示出这种情况。系数根据起动电压设定值Vsr和稳定电压设定值Vcr的差、焊接焊丝的种类、稳定进给速度等而被设定为适当值。根据该电压设定信号Vr的变化，如该图(G)所示，焊接电压Vw斜坡状地减少。伴随着该情况，弧长也逐渐也变短。如该图(F)所示，焊接电流Iw也从第一期间Tl中的值逐渐地减少。为了使弧长更顺利地导向稳定弧长而设置该第二期间Τ2。因此，未必需要设置第二期间Τ2。
(5)时刻t5转移的稳定期间
在时刻t5第二期间T2结束时，如该图(E)所示，电压设定信号Vr成为稳定电压设定值Vcr。与此对应，如该图(G)所示，焊接电压Vw也收敛为固定值。伴随该情况，弧长也收敛在稳定弧长。同样，如该图(F)所示，焊接电流Iw也收敛在稳定焊接电流值。在进入稳定期间时，重复时刻t51 t52的短路期间、时刻t52 t53的电弧期间、时刻t53 t54的短路期间、时刻t54 t55的电弧期间这样的周期的短路期间和电弧期间。如该图(G)所示，焊接电压Vw在短路期间中成为几V的短路电压值，在电弧期间中成为几十V的电弧电压值。另外，如该图(F)所示，焊接电流Iw成为在短路期间中逐渐增加，在电弧期间中逐渐减少的波形。
图2是用于实施上述的本发明的实施方式涉及的消耗电极电弧焊的起弧控制方法的焊接电源的框图。以下，参照该图对各模块进行说明。
电源主电路PM将3相200v等的商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的驱动信号Dv进行逆变器控制等的输出控制，输出焊接电流Iw及焊接电压Vw。该电源主电路PM虽然省略图示，但具有整流商用电源的一次整流器、平滑被整流的直流电的电容器、按照上述驱动信号Dv将被平滑的直流电变换为高频交流电的逆变器电路、将高频交流电降压为适合电弧焊的电压值的高频变压器、对被降压了的高频交流电进行整流的二次整流器、以及平滑被整流的直流电的电抗器。通过与进给电动机WM耦合的进给辊5的转动，焊接焊丝I被进给到焊炬4内，在与母材2之间产生电弧3来进行焊接。焊炬4被搭载在机器人(省略图示)中。
焊接电压检测电路VD检测上述的焊接电压Vw，并输出焊接电压检测信号Vd。焊接电压滤波电路VAV将该焊接电压检测信号Vd作为输入，通过低通滤波器除去高频成分，输出焊接电压滤波信号Vav。低通滤波器的截止频率被设定在0.1 IkHz左右。因为该焊接电压滤波信号Vav的值和弧长存在大致的比例关系，所以通过该焊接电压滤波信号Vav可检测弧长。为了避免误检测弧长，通过该电路除去来自逆变器电路的高频噪声。进而，为了除去因来自熔池的气体的喷出等所致的暂时的变动，来更正确地检测弧长的变化，设置有该电路。焊接电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw，并输出焊接电流检测信号Id。通电判别电路CD将该焊接 电流检测信号Id作为输入，在该值是阈值以上时，输出成为高电平的通电判别信号Cd。该通电判别信号Cd在焊接电流Iw通电时成为高电平的信号。因此，阈值被设定在5A左右。
机器人控制装置RC存储预先被示教的作业程序，按照该作业程序控制机器人(省略图示)的动作，并且对焊接电源输出焊接开始信号St。
热起动期间设定电路THR输出预先规定了的热起动期间设定信号Thr。稳定电压设定电路VCR输出预先规定了的稳定电压设定信号Vcr。起动电压设定电路VSR将该稳定电压设定信号Vcr作为输入，输出由预先规定了的函数所计算的起动电压设定信号Vsr。该函数例如是Vsr = Vcr+(正的规定值)。必须设定为Vsr > Vcr0弧长到达判别电路LD将上述的焊接电压滤波信号Vav及上述的起动电压设定信号Vsr作为输入，在成为Vav ^ Vsr时输出成为高电平的弧长到达信号Ld。延迟期间设定电路TDR输出预先规定了的延迟期间设定信号Tdr。
期间设定电路MS将上述的焊接开始信号St、上述的通电判别信号Cd、上述的热起动期间设定信号Thr、上述的弧长到达信号Ld以及上述的延迟期间设定信号Tdr作为输入，进行以下的处理并输出期间设定信号Ms。
I)焊接开始信号St变为高电平(开始)时，输出该值从O变为I的期间设定信号Ms0在Ms = I的期间，成为图1的减速进给期间。
2)此后，通电判别信号Cd变为高电平(通电)时，输出其值成为2的期间设定信号Ms。在Ms = 2的期间，成为图1的热起动期间Th。
3)此后，在经过由热起动期间设定信号Thr规定的期间时，输出该值成为3的期间设定信号Ms。在Ms = 3的期间成为图1的第一期间Tl。
4)此后，在弧长到达信号Ld成为高电平(到达)之后经过由延迟期间设定信号Tdr规定的期间时，输出该值成为4的期间设定信号Ms。在Ms = 4的期间，成为图1的第二期间T2。
5)此后，在经过由在Ms = 3的期间的长度(第一期间Tl)乘以预先规定的系数而得的值所规定的期间时，输出该值成为5的期间设定信号Ms。在Ms = 5的期间，成为图1的稳定期间。
电压设定电路VR将上述的稳定电压设定信号Vcr、上述的起动电压设定信号Vsr以及上述的期间设定信号Ms作为输入，在Ms ( 3时，将起动电压设定信号Vsr作为电压设定信号Vr输出，在Ms = 4时，输出从起动电压设定信号Vsr的值到稳定电压设定信号Vcr的值为止斜坡状地减少的电压设定信号Vr，在Ms = 5时将稳定电压设定信号Vcr作为电压设定信号Vr输出。电压误差放大电路EV对该电压设定信号Vr和上述的焊接电压滤波信号Vav的误差进行放大，输出电压误差放大信号Εν。
热起动电流设定电路IHR输出预先规定了的热起动电流设定信号Ihr。电流误差放大电路EI，放大该热起动电流设定信号Ihr和上述的焊接电流检测信号Id的误差，并输出电流误差放大信号Ei。`
控制方式切换信号生成电路CS，将上述的期间设定信号Ms作为输入，输出如下的控制方式切换信号Cs:在Ms = 3 5时，成为高电平(恒压控制)，在此外的期间成为低电平(恒流控制)。控制切换电路SW将上述的电压误差放大信号Εν、上述的电流误差放大信号Ei以及上述的控制方式切换信号Cs作为输入，在Cs =低电平(恒流控制)时将电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea输出，在Cs=高电平(恒压控制)时将电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea输出。驱动电路DV将该误差放大信号Ea以及上述的焊接开始信号St作为输入，焊接开始信号St为高电平时基于误差放大信号Ea进行PWM调制控制，输出用于驱动上述的电源主电路PM内的逆变器电路的驱动信号Dv，在焊接开始信号St为低电平时停止驱动信号Dv的输出。
进给速度设定电路FR将上述的期间设定信号Ms作为输入，在Ms = I时，将预先规定的减速进给速度作为进给速度设定信号Fr输出，在Ms ^ 2时，将预先规定的稳定进给速度作为进给速度设定信号Fr输出。进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr及上述的焊接开始信号St作为输入，在焊接开始信号St是高电平时，将用于以由进给速度设定信号Fr规定的速度进给焊接焊丝I的进给控制信号Fe输出到上述的进给电动机WM，在焊接开始信号St是低电平时将用于停止进给的进给控制信号Fe输出到上述的进给电动机WM。
在图1以及图2中，在上述的本发明的实施方式中，第一期间Tl成为必须的构成要件。此时，延迟期间Td作为0，不一定必需设置。未必必须设置热起动期间Th以及第二期间T2。在未设置延迟期间Td时，设定为延迟期间设定信号Tdr = O即可。此外，在未设置热起动期间Th时，设定为热起动期间设定信号Thr = O即可。另外，在未设置第二期间T2时，设定系数=O即可。
(I)根据上述的实施方式，在与弧长成比例的焊接电压检测值增加而成为与比稳定电压设定值大的值的起动电压设定值相等的时刻，结束第一期间。因此，根据焊接开始前的焊接焊丝前端的熔融球的大小、熔池的状态、接头形状、供电焊嘴与母材间距离、稳定焊接电压的设定值等的变动因素的影响，即使弧长的变化速度产生变动，也必须在弧长(焊接电压检测值)达到目标弧长(起动电压设定值)之后终止第一期间。因此，产生电弧之后，对焊接焊丝及母材进行适当的热输入，能得良好的起弧性。
(2)另外，使焊接电压检测值增加而与起动电压设定值相等，并且，也可以在从该时间点经过了预先规定的延迟期间的时间点终止第一期间。这样，弧长到达目标弧长之后在延迟期间维持该状态。因此，因为根据延迟期间的设定值，能调整对电弧发生之后不久的焊接焊丝以及母材的热输入量，所以根据焊接焊丝的种类、焊接法、接头形状、焊接速度等能够使起弧性更加良好。
(3)另外，在第一期间前设置预先规定了的热起动期间，在该热起动期间中也可以通过恒流控制来通电预先规定了的热起动电流。这样，被减速进给的焊接焊丝与母材接触时，能够经过短的短路而立刻产生电弧。因此，可进一步提高起弧性。
(4)另外，在第一期间之后设置第二期间，该第二期间设定为在第一期间乘以系数所得的时间长度，并且，在该第二期间中也可以按照从起动电压设定值向稳定电压设定值斜坡状地减少的方式来设定电压设定信号。这样，能够从第一期间中长的弧长向比稳定期间中的比第一期间中长的弧长短的适当的弧长顺利地转移。因此，可进一步提高起弧性。
权利要求
1.一种消耗电极电弧焊的起弧控制方法，在焊接开始时，在焊接电流开始通电的情况下，在第一期间中将电压设定信号设定为值比稳定电压设定值大的起动电压设定值，在接下来的稳定期间中将所述电压设定信号设定为所述稳定电压设定值，并通过恒压控制来通电焊接电流，该消耗电极电弧焊的起弧控制方法的特征在于， 在焊接电压检测值增加而成为与所述起动电压设定值相等的时间点终止所述第一期间。
2.如权利要求1所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于， 在所述焊接电压检测值增加而与所述起动电压设定值变得相等、并且从该时间点经过了预先规定的延迟期间的时间点，终止所述第一期间。
3.如权利要求1或2所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于， 在所述第一期间之前设置预先规定的热起动期间，在该热起动期间中通过恒流控制来通电预先规定的热起动电流。
4.如权利要求1 3任意一项所述的消耗电极电弧焊的起弧控制方法，其特征在于， 在所述第一期间之后设置第二期间，该第二期间设定为对所述第一期间乘以预先规定的系数所得的时间长度，并且，在该第二期间中以从所述起动电压设定值向所述稳定电压设定值斜坡状地减少的方式设定所述电压设定信号。
全文摘要
本发明提供一种消耗电极电弧焊的起弧控制方法。在消耗电极电弧焊的焊接开始时，在电弧发生后使其快速且顺利地向稳定状态转移。该消耗电极电弧焊的起弧控制方法中，在焊接开始时，在焊接电流(Iw)开始通电(时刻t2)的情况下，在第一期间(T1)中将电压设定信号(Vr)设定为值比稳定电压设定值(Vcr)大的起动电压设定值(Vsr)，在继续的稳定期间(时刻t5以后)中将电压设定信号(Vr)设定为稳定电压设定值(Vcr)，通过恒压控制使焊接电流(Iw)通电，在焊接电压检测值(Vw)增加而成为与起动电压设定值(Vsr)相等的时间点终止第一期间(T1)。因此，因为必须在弧长到达目标弧长之后终止该第一期间，所以可向焊接焊丝以及母材进行适当的热输入，并顺利地转移到稳定状态。
文档编号B23K9/067GK103182584SQ20121056774
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2011年12月27日
发明者井手章博 申请人:株式会社大亨