电弧焊接控制方法与流程

本发明涉及自耗电极式的电弧焊接控制方法。

背景技术：

近年来，以焊接中产生的溅射的减少为目的，焊丝的送给反复正送和反送，使电弧期间和短路期间交替产生来进行作为焊接对象物的母材的焊接的自耗电极式的电弧焊接正在被实用化。

例如，在专利文献1中，公开了一种电弧焊接控制方法，在焊丝的正送中，焊丝送给速度的减速中，焊丝送给速度成为规定的焊丝送给速度为止不产生短路的情况下，中止周期性的变化并将焊丝送给速度控制为一定的第1送给速度，若基于第1送给速度的正送中产生短路则从第1送给速度开始减速并再次开始周期性的变化来进行焊接。通过该方法，在产生芯片-母材间距离变化等干扰的情况下，也能够不增加溅射而得到均匀的焊道。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/146844号

技术实现要素：

-发明要解决的课题-

在专利文献1中公开的现有方法中，通过将焊丝的送给控制为一定速度来促进短路产生。

但是，若相对于母材以比通常大的送给速度使焊丝正送，则焊丝大力地与母材碰撞，短路产生时的溅射增加。此外，若焊丝的送给速度较大，则不经由焊丝前端的熔滴地焊丝与母材产生短路的频率提高，短路期间变长从而短路周期变得不稳定，电弧稳定性被损害。

本发明鉴于这些情况而作出，其目的在于，提供一种可实现短路时的溅射减少以及电弧稳定化的自耗电极式的电弧焊接控制方法。

-解决课题的手段-

为了实现上述目的，本发明所涉及的电弧焊接控制方法是一种自耗电极式的电弧焊接控制方法，交替进行将焊丝向焊接对象物的方向送给的正送和向与该正送相反方向送给的反送，并且以使其以规定的周期和规定的振幅周期性地变化的焊丝送给速度送给所述焊丝，反复电弧期间和短路期间来进行焊接，所述电弧焊接控制方法的特征在于，具备：第1焊丝送给停止步骤，在所述焊丝的正送时，从所述焊丝送给速度的变化经过了半周期的时间点到经过第1送给停止期间为止停止所述焊丝的送给；和第1焊丝正送步骤，从经过了所述第1送给停止期间的时间点到经过规定的期间为止使所述焊丝以第1送给速度正送，在所述规定的期间经过后使所述焊丝反送。

通过该方法，能够减少焊丝与焊接对象物碰撞时的冲击，减少短路时的溅射。此外，经由在焊丝的前端形成的熔滴来使焊丝与焊接对象物可靠地短路，从而能够抑制短路期间长期化，使短路周期稳定化并提高电弧稳定性。

-发明效果-

通过本发明所涉及的电弧焊接控制方法，能够减少短路时的溅射。此外，能够提高电弧稳定性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的电弧焊接装置的结构的概略图。

图2是表示电弧焊接时的各种输出波形的时序图。

图3是表示用于比较的各种输出波形的时序图。

图4是表示焊丝的基本送给速度与第1送给速度以及第2送给速度的关系的图。

图5是表示焊丝的焊丝直径与第1以及第2送给停止期间的关系的图。

图6是表示变形例所涉及的电弧焊接时的焊丝送给速度的输出波形的时序图。

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明本发明的实施方式。以下的优选的实施方式的说明本质上仅仅是示例，完全不是意图限制本发明、其应用物或者其用途。

(实施方式)

[电弧焊接装置的结构以及动作]

图1表示本实施方式所涉及的电弧焊接装置的结构的概略图。

电弧焊接装置17在作为焊接对象物的工件18与作为自耗电极的焊丝19之间，反复电弧状态和短路状态来进行焊接。另外，在本实施方式中，焊丝19包含铜合金，但并不特别局限于此，也可以是其他材质。此外，焊丝19的焊丝直径是1.0mm。此外，在电弧焊接时，作为辅助气体，使用氩气等的惰性气体。换句话说，本实施方式所示的电弧焊接是所谓的mig焊接(metalinertgaswelding)。但是，也可以使用其他气体，例如以二氧化碳为主成分的气体。另外，所谓以二氧化碳为主成分的气体，是指包含30％以上二氧化碳的气体，除此以外的成分例如是氩气等的惰性气体。后面对这些进行叙述。

电弧焊接装置17具有：主变压器(变压器)2、初级侧整流部3、开关部4、dcl(电抗器)5、次级侧整流部6、焊接电流检测部7、焊接电压检测部8、短路/电弧检测部9、输出控制部10、以及焊丝送给速度控制部14。

初级侧整流部3对从处于电弧焊接装置17的外部的输入电源1输入的输入电压进行整流。开关部4将初级侧整流部3的输出控制为适合于焊接的输出。主变压器2将开关部4的输出转换为适合于焊接的输出。次级侧整流部6对主变压器2的输出进行整流。dcl(电抗器)5将次级侧整流部6的输出平滑为适合于焊接的电流。

焊接电流检测部7检测焊接电流。焊接电压检测部8检测焊接电压。短路/电弧检测部9基于焊接电压检测部8的输出，判定焊接状态是工件18与焊丝19短路的短路状态，还是在工件18与焊丝19之间产生电弧20的电弧状态。

输出控制部10具有短路控制部11和电弧控制部12，向开关部4输出控制信号来控制焊接输出。短路控制部11在短路/电弧检测部9判定为短路状态的情况下，进行短路期间的焊接电流即短路电流的控制。电弧控制部12在短路/电弧检测部9判定为电弧状态的情况下，进行电弧期间的焊接电流即电弧电流的控制。此外，短路/电弧控制部9在判定为短路状态或者电弧状态的情况下，向焊丝送给速度控制部14发送检测信号，基于该检测信号，通过焊丝送给速度控制部14来决定焊丝19的正送以及反送的切换定时。

焊丝送给速度控制部14具有焊丝送给速度检测部15和运算部16，控制焊丝送给部22来控制焊丝19的送给速度。焊丝送给速度检测部15对后述的焊丝送给速度vf(参照图2)进行检测。运算部16基于来自焊丝送给速度检测部15的信号，运算焊丝19的送给量的累计量等。此外，向焊丝送给部22输出使焊丝19的送给停止的控制信号、将焊丝19的正送与反送切换的控制信号。

在电弧焊接装置17，连接焊接条件设定部13和焊丝送给部22。焊接条件设定部13被用于对电弧焊接装置17设定焊接条件。焊丝送给部22基于来自焊丝送给速度控制部14的信号，进行焊丝19的送给的控制。

电弧焊接装置17的焊接输出经由焊嘴21被提供至焊丝19。而且，通过电弧焊接装置17的焊接输出，使焊丝19与工件18之间产生电弧20来进行焊接。

接下来，使用图2来对如以上那样构成的电弧焊接装置17的动作进行说明。图2表示本实施方式所涉及的电弧焊接时的各种输出波形的时序图。具体而言，表示将短路期间ts与电弧期间ta交替反复的电弧焊接中的、焊丝送给速度vf、焊接电流aw和焊接电压vw的时间变化。此外，也一并表示焊丝19的前端的熔滴过渡状态ww的时间变化。

如图2所示，焊丝19的送给速度即焊丝送给速度vf以规定的周期以及规定的振幅周期性地变化。根据图2可知，焊丝送给速度vf的周期相当于短路期间ts与电弧期间ta之和。此外，在焊丝送给速度vf为正(图2中为比vf＝0的线靠上侧)的情况下，焊丝19被送给以使得向工件18接近，换句话说，进行正送动作。在焊丝送给速度vf为负(图2中为比vf＝0的线靠下侧)的情况下，焊丝19被送给以使得从工件18分离，换句话说，进行反送动作。另外，焊丝送给速度vf的波形、即周期、振幅、倾斜等的形状是按照对电弧焊接装置17设定的每个设定电流而预先决定的。

在电弧期间ta中，焊丝19被正送，并且焊接电流aw基于来自电弧控制部12的控制信号，增加到规定的峰值电流值。由此，提高焊丝19的前端的熔融速度来形成熔滴。然后，在短路期间ts使熔滴向未图示的熔融池过渡。通过这样反复电弧期间ta和短路期间ts来进行工件18的电弧焊接。另外，在短路期间ts，为了使短路状态断开，进行控制以使得随着时间的经过而增加焊接电流aw。以下，进一步对该动作详细进行说明。

如图2所示，从时刻t1开始电弧期间ta，焊丝19加速并且被向工件18正送。此外，如前面所述，焊接电流aw开始增加，焊接电压vw迅速上升，达到规定的电压值之后，缓慢减少。此外，在刚刚时刻t1之后，如状态(a)所示，在工件18与焊丝19之间开始产生电弧20。在时刻t2，正弦波状地变化的焊丝送给速度vf达到最大值后，若焊丝19开始减速，则焊接电流aw也降低。此时，如状态(b)所示，在焊丝19的前端形成熔滴，电弧20生长，在工件18形成熔融池(未图示)。

在时刻t3、也就是正弦波状地变化的焊丝送给速度vf变化半周期的时间点，换句话说，在焊丝19正送，焊丝送给速度vf经过半周期，被减速的焊丝送给速度vf为零的附近的时间点、或者为基本送给速度vf0以下的时间点，焊丝送给速度vf为零，焊丝19的送给停止。此外，在从时刻t3到时刻t4的规定的期间，焊丝19的送给被维持停止的状态。以下，有时将该送给停止称为第1送给停止步骤。此外，在焊丝19的正送时，有时将该送给被停止的规定的期间称为第1送给停止期间tz1。此外，在时刻t3的时间点，焊丝19的前端隔着规定的间隔而位于工件18的上侧(参照状态(c))。经过时刻t3后，焊接电流aw进一步降低。

从时刻t4，焊丝19以一定的送给速度(以下，有时称为第1送给速度vf1。)开始正送。以下的说明中，有时将该再次开始的正送动作称为第1焊丝正送步骤。通过该正送动作，如状态(d)所示，焊丝19的前端与工件18碰撞，焊丝19与工件18短路。另外，第1送给速度vf1被设定为比根据被设定的焊接电流(以下，有时称为设定电流。)而决定的基本送给速度vf0小的值。另外，基本送给速度vf0是相当于正弦波状地变化的焊丝送给速度vf的移动平均的速度。

在时刻t5，如前面所述，短路/电弧检测部9检测该短路，检测信号被发送给焊丝送给速度控制部14，焊丝19的送给动作从正送切换为反送，短路期间ts开始。此外，从时刻t5起焊丝19加速并且在从工件18分离的方向上被反送。此外，与电弧期间ta同样地，焊接电流aw开始增加，达到规定的峰值电流值。焊接电压vw迅速上升，达到规定的电压值后，缓慢减少。

在正弦波状地变化的焊丝送给速度vf达到最小值后，若焊丝19反送的速度开始降低，则焊接电流aw也降低。此时，如状态(e)所示，焊丝19的前端保持与工件18接触。

在时刻t6、也就是正弦波状地变化的焊丝送给速度vf变化一周期的时间点，换言之，在焊丝19反送，焊丝送给速度vf经过半周期，被减速的焊丝送给速度vf为零的附近的时间点、或者成为反送停止速度vf0’以上的时间点，焊丝送给速度vf为零，焊丝19的送给停止。此外，在从时刻t6到时刻t7的规定的期间，焊丝19的送给维持被停止的状态。另外，反送停止速度vf0’是反送侧的焊丝送给停止的阈值，是相当于基本送给速度vf0的负值(-vf0)的值。作为正送侧的焊丝送给停止的阈值，使用基本送给速度vf0，作为反送侧的焊丝送给停止的阈值，为了设为简单的结构而将反送停止阈值vf0’用作为反送侧的规定的阈值。此外，以下，有时将该送给停止称为第2送给停止步骤。此外，在焊丝19的反送时，有时将该送给被停止的规定的期间称为第2送给停止期间tz2。此外，在第2送给停止期间tz2，焊丝19在前端附近产生缩颈，焊丝19的前端在变细的状态下与工件18接触(参照状态(f))。经过时刻t6之后，焊接电流aw进一步降低。

从时刻t7，焊丝19以一定的送给速度(以下，有时称为第2送给速度vf2。)开始反送。此外，在以下的说明中，有时将该再次开始的反送动作称为第1焊丝反送步骤。通过该反送动作，如状态(g)所示，焊丝19在前端的缩颈部分被切断并从工件18脱离。另外，第2送给速度vf2被设定为比所述基本送给速度vf0小的值。

在时刻t8，短路/电弧检测部9检测焊丝19与工件18的短路断开，判定为电弧状态。此外，短路断开的检测信号被发送给焊丝送给速度控制部14，焊丝19的送给动作从反送切换为正送，再次开始短路期间ts。

[效果等]

如以上说明那样，本实施方式所涉及的电弧焊接控制方法是一种自耗电极式的电弧焊接控制方法，交替进行将焊丝19向作为焊接对象物的工件18的方向送给的正送、和在与正送相反方向送给的反送，以规定的周期和规定的振幅周期性地变化的焊丝送给速度vf送给焊丝19，反复电弧期间ta和短路期间ts来进行焊接。

具备：第1焊丝送给停止步骤，焊丝19的正送时，从焊丝送给速度vf的变化经过半周期的时间点到经过第1送给停止期间tz1为止的以基本送给速度vf0以下停止焊丝19的送给；以及第1焊丝正送步骤，从经过第1送给停止期间tz1的时间点到经过规定的期间使焊丝19以第1送给速度vf1正送，在该规定的期间经过后使焊丝19反送。另外，焊丝19的正送时，该规定的期间相当于从经过第1送给停止期间tz1的时间点(时刻t4)到短路/电弧控制部9检测工件18与焊丝19的短路的时刻t5为止的期间。

通过本实施方式，在焊丝19与工件18的碰撞前，停止焊丝19的送给，在送给停止后，以比基本送给速度vf0低的第1提供速度vf1再次送给焊丝19并使其与工件19碰撞并短路。由此，能够减少焊丝19与工件18碰撞时的冲击，减少短路时的溅射。此外，经由形成于焊丝19的前端的熔滴来使焊丝19与工件18可靠地短路，从而能够抑制短路期间ts长期化，使短路周期稳定化并提高电弧稳定性。

此外，本实施方式的电弧焊接控制方法具备：第2焊丝送给停止步骤，在焊丝19的反送时，从焊丝送给速度vf的变化经过半周期的时间点到经过第2送给停止期间tz2为止停止焊丝19的送给；以及第1焊丝反送步骤，从经过第2送给停止期间tz2的时间点到经过规定的期间为止使焊丝19以第2送给速度vf2反送，在该规定的期间经过后使焊丝19正送。另外，焊丝19的反送时，该规定的期间相当于从经过第2送给停止期间tz2的时间点(时刻t7)到短路/电弧控制部9检测工件18与焊丝19的短路断开的时刻t8为止的期间。

通过本实施方式，在焊丝19从工件18被切断并脱离之前，停止焊丝19的送给，在送给停止后以比基本送给速度vf0的绝对值小的绝对值的第2提供速度vf2再次送给焊丝19并使其从工件19脱离。由此，焊丝19在适度地缩颈的状态下，前端的熔滴通过自重而向工件18下落，因此能够使焊丝19可靠地从工件18切断并脱离。此外，通过防止焊丝19过度地缩颈，能够防止由于焊丝19的材质、焊丝直径等导致焊丝19从工件18切断并脱离的定时出现偏差。由此，能够抑制短路期间ts的偏差，使短路周期稳定化并提高电弧稳定性。此外，能够抑制短路断开时的溅射。

此外，优选焊丝19包含熔融时低粘性的铝、铝合金、铜或者铜合金的任意。以下，对这些进一步进行说明。

图3表示用于比较的各种输出波形的时序图，与图2所示同样地，表示焊丝送给速度vf、焊接电流aw和焊接电压vw的时间变化。此外，也一并表示焊丝19的前端的熔滴过渡状态ww的时间变化。

在图2所示的时序图和图3所示的时序图中，周期性地变化的焊丝送给速度vf的波形不同。图3所示的焊丝送给速度vf在时刻t11为基本送给速度vf0，之后速度增加，在达到最大值(相当于1/4周期)之后减速，在时刻t12维持为规定的速度，该情况下以第3送给速度vf3被维持。如图3所示，第3送给速度vf3是比基本送给速度vf0大的值。

从通过短路/电弧检测部9检测到焊丝19与工件18的短路的时间点(时刻t13)，焊丝送给速度vf开始降低，在时刻t14切换为反送动作。在焊丝送给速度vf达到最小值之后，焊丝19反送的速度开始降低，在时刻t15维持规定的速度，该情况下以第4送给速度vf4被维持。如图3所示，第4送给速度vf4是比基本送给速度vf0大的值。从通过短路/电弧检测部9检测到焊丝19与工件18的短路断开的时间点(时刻t16)，焊丝送给速度vf的绝对值开始降低，在规定的期间经过后切换为正送动作。

如图3所示，虽稍微被减速，但在将焊丝19以绝对值比基本送给速度vf0大的速度(第3送给速度vf3)送给的状态下，与工件18碰撞的情况下，担心形成于焊丝19的前端的熔滴由于惯性而产生移动延迟。特别地，若焊丝19是熔融时低粘性的材质、例如铝、铝合金、铜或者铜合金的任意材质，则该趋势增强。该情况下，焊丝19不经由熔滴而与工件18短路，因此短路时产生大量的溅射。此外，短路周期的偏差变大。

此外，在将焊丝19以绝对值比基本送给速度vf0大的速度(第4送给速度vf4)送给的状态下，从工件18切断的情况下，焊丝19的脱离定时也出现偏差。例如，若在未充分产生缩颈的状态下，焊丝19被从工件18切断，则产生大量的溅射。此外，由于焊丝19的熔融状态下的粘性的不同，焊丝19从工件18切断并脱离的定时出现偏差，与此对应地，短路周期出现偏差。由此，电弧的稳定性降低。

通过本实施方式，如前所述，能够抑制这些不良产生，抑制短路时以及/或者短路断开时的溅射的产生，此外，提高电弧的稳定性。

此外，若由于短路周期的偏差导致焊接点间距离出现偏差，则在工件18为薄板(例如，板厚1.6mm以下)的情况下，焊道不桥接，或产生熔穿。通过本实施方式所示的电弧焊接控制方法，能够抑制这些问题产生。此外，通过抑制短路周期的偏差，例如，能够使得火焰焊接(blazewelding)中形成的焊道的外观美化，提高焊道的外观设计性。

此外，在图3所示的电弧焊接控制方法中，在工件18比上述薄板厚的厚板的情况下，短路时产生大量的溅射，但通过本实施方式所示的电弧焊接控制方法，能够防止这样的溅射的产生，提高焊接品质。

此外，在作为辅助气体而使用以二氧化碳(co2气体)为主成分的气体的情况下，特别是在焊丝19的正送时，能够抑制产生短路时的溅射、或短路周期偏差。如已经了解那样，在使用以二氧化碳为主成分的气体的电弧焊接中，施加于焊丝19的电弧反作用力较大，相比于使用其他辅助气体的情况，焊丝19的正送时，熔滴与工件18难以碰撞。因此，焊丝19不经由熔滴而与工件18碰撞的可能性变高。

通过本实施方式，在焊丝19与工件18的碰撞前，停止焊丝19的送给，在送给停止后以低速(第1提供速度vf1)使焊丝19与工件19碰撞，因此能够减少电弧反作用力的影响，可靠地使焊丝19的熔滴与工件18接触，抑制上述的问题产生。此外，能够提高熔滴的过渡稳定性并进行稳定的高品质的电弧焊接。

此外，虽然可以将第1以及第2送给速度vf1、vf2设为固定的值，但也可以如图4所示，根据焊丝19的基本送给速度vf0来单调地增加第1送给速度vf1，此外，也可以根据焊丝19的基本送给速度vf0来单调地减少第2送给速度vf2。焊接电流aw越大，基本送给速度vf0越大。另一方面，焊接电流aw越大，形成于工件18的熔融池也越大，因此即使根据基本送给速度vf0来使第1以及第2送给速度vf1、vf2单调变化，也不会产生不良。

此外，如图5所示，第1送给停止期间tz1以及第2送给停止期间tz2优选设定为根据焊丝19的焊丝直径而单调减少。若焊丝提供速度vf相同，则焊丝19的焊丝直径越小，熔滴越难以生长，熔滴下落到工件18越慢。此外，焊丝直径越小，则焊嘴21与工件18之间的距离即焊丝突出长度也越短。另一方面，若焊丝直径较大，则焊接的生长较快，熔滴下落到工件18较快，焊丝突出长度也变长。因此，在焊丝直径较小的情况下，分别增长第1以及第2送给停止时间tz1、tz2，在焊丝19的正送时使熔滴充分生长来促进下落，并且在焊丝19的反送时缩短焊丝19的前端的引线，使短路周期稳定。此外，在焊丝直径较大的情况下，分别缩短第1以及第2送给停止时间tz1、tz2，从而对焊丝19的正送时熔滴变得过大而短路定时出现偏差进行抑制。此外，在焊丝19的反送时，抑制熔融量，减少短路断开时的溅射量。

<变形例>

图6表示变形例所涉及的电弧焊接时的焊丝送给速度的输出波形。

在图2所示的时序图中，焊丝送给速度vf正弦波状地周期性地变化，与此相对地，在图6所示的时序图中，在焊丝送给速度vf梯形波状地周期性地变化这方面不同。

如图2所示，通过焊丝送给速度vf正弦波状周期性地变化，没有输出波形的弯曲点，能够抑制焊丝送给速度vf的急剧的变化。由此，能够减小电弧20的电弧长变动。

另一方面，如图6所示，通过焊丝送给速度vf梯形波状周期性地变化，能够增大输出波形的面积。换句话说，能够提高焊丝19的送给动作的响应性。

另外，若焊丝送给速度vf的输出波形是周期性地变化的形状，则也可以是除此以外的形状。

另外，在使焊丝19正送的情况下，在从焊丝送给速度vf的变化经过了半周期的时间点(时间点t3)到经过送给停止期间为止的时间点(时间点t4)，停止焊丝19的送给，换句话说，在所述第1送给停止步骤将焊丝19的送给停止，但在时间点t3，焊丝19的前端与母材的距离为2mm以下的情况下，在第1送给停止步骤中将焊丝19的送给停止时，焊丝送给速度vf也可以不完全变为零，焊丝送给速度vf的值也可以取代零而为有限的值。例如，也可以包含设为2m/min以下的极低速的送给速度。

由此，能够充分减少焊丝19的正送时向熔融池的碰撞力，抑制溅射的产生。

此外，在使焊丝19反送的、焊丝送给速度vf的变化经过了半周期的时间点(时间点t6)到经过送给停止期间为止的时间点(时间点t7)，将焊丝19的送给停止，换句话说，在所述第2焊丝送给停止步骤将焊丝19的送给停止，但在时间点t6，相对于焊丝19的送给从反送切换为正送的反送时的焊丝送给的规定的反转位置，其距离为2mm以下的情况下，在第2送给停止步骤中将焊丝19的送给停止时，焊丝送给速度vf也可以不完全为零，焊丝送给速度vf的值也可以取代零而为有限的值。例如，也可以包含2m/min以下的极低速的送给速度。

由此，能够使焊丝19的前端的熔滴相对于熔融池接触从而熔滴过渡的短路过渡稳定，在从焊丝19的熔滴的正送向反送的焊丝19的送给的反转时，从焊丝19向熔融池熔滴过渡不充分的状态下，能够减少向短路过渡中途的熔滴施加不必要的负载、冲击，能够抑制溅射的产生。另外，短路过渡时的溅射产生处于如下趋势：在焊丝19的送给动作中，相比于从反送时的反送向正送的反转时，正送时的焊丝19的熔滴向熔融池接触的碰撞时更多产生。

产业上的可利用性

本发明的电弧焊接控制方法通过将短路周期稳定化，能够实现焊接品质的提高，此外减少微小短路所导致的溅射产生量，在应用于交替反复进行自耗电极即焊丝的正送动作和反送动作的电弧焊接上有用。

-符号说明-

1输入电源

2主变压器(变压器)

3初级侧整流部

4开关部

5dcl(电抗器)

6次级侧整流部

7焊接电流检测部

8焊接电压检测部

9短路检测部

10短路时间检测部

11短路/电弧检测部

12输出控制部

13短路控制部

14电弧控制部

15焊接条件设定部

16焊丝送给速度控制部

17焊丝送给速度检测部

18运算部

19正送/反送切换定时控制部

20电弧焊接装置

21被焊接物

22焊丝

23电弧

24焊嘴

25焊丝送给部。