电弧焊接控制方法
【专利摘要】提升周期性地重复进行焊丝(1)的正向进给和反向进给的电弧焊接的稳定性。在以给定的周期(Tf)以及给定的振幅(Wf)重复焊丝(1)的进给速度(Fw)的正向进给和反向进给、使短路期间和电弧期间产生来进行焊接的电弧焊接控制方法中，基于平均进给速度(Far)以及焊接速度(Wsr)、或每单位焊接长度的焊丝熔敷量(Md)来自动设定进给速度(Fw)的周期(Tf)以及/或者振幅(Wf)。进而，在振幅(Wf)发生变化的情况下，对正向进给侧移位量(Sf)进行反馈控制，以使进给速度(Fw)的平均值成为恒定。由此，由于将进给速度(Fw)的周期(Tf)以及振幅(Wf)总是设定在合适值，因此能保持稳定的焊接状态。
【专利说明】
电弧焊接控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及以给定的周期以及给定的振幅重复焊丝的进给速度的正向进给和反向进给来产生短路期间和电弧期间从而进行焊接的电弧焊接控制方法。
【背景技术】
[0002]在一般的消耗电极式电弧焊接中，将作为消耗电极的焊丝以恒定速度进给，使焊丝与母材之间产生电弧来进行焊接。在消耗电极式电弧焊接中，多成为焊丝和母材交替重复短路期间和电弧期间的焊接状态。
[0003]为了进一步提升焊接品质，提出周期性地重复焊丝的正向进给和反向进给来进行焊接的方法(例如参考专利文献I)。以下说明该焊接方法。
[0004]图4是周期性重复进给速度的正向进给和反向进给的焊接方法中的波形图。图4(A)表示进给速度Fw的波形，图4(B)表示焊接电流Iw的波形，图4(C)表示焊接电压Vw的波形。以下参考图4来进行说明。
[0005]如图4(A所示那样，进给速度Fw在O的上侧成为正向进给期间，下侧成为反向进给期间。所谓正向进给，是指使焊丝向接近母材的方向进给，所谓反向进给，是指向从母材背离的方向进给。进给速度Fw正弦波状变化，成为向正向进给侧移位的波形。为此，进给速度Fw的平均值成为正的值，焊丝平均被正向进给。
[0006]如图4(A)所示那样，进给速度Fw在时刻tl时间点为0，时刻tl?t2的期间成为正向进给加速期间，在时刻t2成为正向进给的最大值，时刻t2?t3的期间成为正向进给减速期间，在时刻t3成为0，时刻t3?t4的期间成为反向进给加速期间，在时刻t4成为反向进给的最大值，时刻t4?t5的期间成为反向进给减速期间。然后，时刻t5?t6的期间再度成为正向进给加速期间，时刻t6?t7的期间再度成为正向进给减速期间。因此，进给速度Fw以时刻11?t5的周期Tf (ms)、时刻t2的正向进给的最大值与时刻t4的反向进给的最大值之差即振幅Wf(mm/min)以及正向进给侧移位量Sf(mm/min)被设定为给定值的进给速度型式进行重复。
[0007]焊丝与母材的短路多在时刻t2的正向进给最大值的前后发生。在图4中，是正向进给最大值之后的正向进给减速期间中的时刻t21发生的情况。若在时刻t21发生短路，则如图4(C)所示那样，焊接电压Vw剧减到数V的短路电压值，如图4(B)所示那样，焊接电流Iw逐渐增加。
[0008]如图4(A)所示那样，由于进给速度Fw从时刻t3起成为反向进给期间，因此焊丝被反向进给。通过该反向进给短路被解除，从而在时刻t31再次产生电弧。电弧的再产生多在时刻t4的反向进给最大值的前后发生。在图4中，是在反向进给峰值之前的反向进给加速期间中的时刻t31发生的情况。因此，时刻t21?t31的期间成为短路期间。
[0009]若在时刻t31再产生电弧，则如图4(C)所示那样，焊接电压Vw剧增到数十V的电弧电压值。如图4(B)所示那样，焊接电流Iw从短路期间中的最大值的状态起开始变化。
[0010]在时刻t31?t5的期间中，由于如图4(A)所示那样，进给速度Fw是反向进给状态，因此焊丝被提升而电弧长度逐渐变长。若电弧长度变长，则焊接电压Vw变大，由于进行恒电压控制，因此焊接电流Iw变小。因此，时刻t31?t5的电弧期间反向进给期间Tar中，如图4(C)所示那样，焊接电压Vw逐渐变大，如图4(B)所示那样，焊接电流Iw逐渐变小。
[0011]然后，下一短路在时刻t6?t7的正向进给减速期间中的时刻t61发生。但在时刻t61发生的短路相比于在时刻t21发生的短路，从正向进给最大值起的时间(相位)出现滞后。如此发生短路的定时有某种程度的偏差。时刻t31?t61的期间成为电弧期间。在时刻t5?t61的期间中，由于如图4(A)所示那样，进给速度Fw是正向进给状态，因此焊丝被正向进给，电弧长度逐渐变短。若电弧长度变短，则焊接电压Vw变小，由于进行恒电压控制，因此焊接电流Iw变大。因此，在时刻t5?t61的电弧期间正向进给期间Tas中，如图4(C)所示那样，焊接电压Vw逐渐变小，如图4(B)所示那样，焊接电流Iw逐渐变大。
[0012]如上述那样，在重复焊丝的正向进给和反向进给的焊接方法中，由于能实现恒速进给的现有技术中不可能的将短路和电弧的重复的周期设定为所期望值，因此能谋求溅射产生量的削减、焊缝外观的改善等焊接品质的提升。
[0013]在专利文献I的发明中，设定与焊接电流设定值相应的进给速度的平均值，将焊丝的正向进给和反向进给的频率以及振幅设为与焊接电流设定值相应的值。由此即使焊接电流设定值发生变化也能进行稳定的焊接。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:日本专利第5201266号公报
【发明内容】
[0017]发明要解决的课题
[0018]但即使焊接电流设定值(进给速度平均值)相同，若在焊接速度为低速的情况和为高速的情况下焊丝的进给速度型式保持着相同，则焊接状态会变得不稳定。同样地，在每单位焊接长度的焊丝熔敷量小的情况和大的情况下焊丝的进给速度型式保持着相同时，焊接状态变得不稳定。
[0019]为此，在本发明中，目的在于，提供在重复焊丝的正向进给和反向进给的电弧焊接中即使焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化也能稳定地保持焊接状态的电弧焊接控制方法。
[0020]用于解决课题的手段
[0021]为了解决上述的课题，本发明的电弧焊接控制方法以给定的周期以及给定的振幅重复焊丝的进给速度的正向进给和反向进给，使短路期间和电弧期间产生来进行焊接，所述电弧焊接控制方法的特征在于，基于焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量来设定所述周期以及/或者所述振幅。
[0022]本发明的电弧焊接控制方法的特征在于，控制所述进给速度，使得即使所述振幅发生变化所述进给速度的平均值也成为恒定。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明，由于即使焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化，进给速度的周期以及/或者振幅也变化为合适值，因此能保持稳定的焊接状态。
【附图说明】
[0025]图1是用于实施本发明的实施方式I所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。
[0026]图2是用于实施本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。
[0027]图3是用于实施本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。
[0028]图4是在现有技术中周期性地重复进给速度的正向进给和反向进给的焊接方法中的波形图。
【具体实施方式】
[0029]以下参考图面来说明本发明的实施方式。
[0030][实施方式I]
[0031]实施方式I的发明基于焊接速度来设定进给速度的周期以及/或者振幅。
[0032]图1是用于实施本发明的实施方式I所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。以下参考图1来说明各方块。
[0033]电源主电路PM将3相200V等商用电源(图示省略)作为输入，按照后述的驱动信号Dv进行基于逆变器控制等的输出控制，输出输出电压E。虽然图示省略，但该电源主电路PM具备:对商用电源进行整流的I次整流器;将整流过的直流平滑的平滑电容器;通过将平滑过的直流变换成高频交流的上述的驱动信号Dv而驱动的逆变器电路;将高频交流降压到适于焊接的电压值的高频变压器;将降压的高频交流整流成直流的2次整流器。
[0034]电抗器WL将上述的输出电压E平滑。该电抗器WL的电感值例如为200μΗ。
[0035]进给电动机WM将后述的进给控制信号Fe作为输入，周期性地重复正向进给和反向进给，来以进给速度Fw进给焊丝I。在进给电动机WM中使用过渡响应性快的电动机。为了加快焊丝I的进给速度Fw的变化率以及进给方向的反转，有时进给电动机WM设置在焊炬4的前端的附近。另外，还有使用2个进给电动机WM来做出推挽方式的进给系统的情况。
[0036]焊丝I通过与上述的进给电动机WM结合的进给棍5的旋转而在焊炬4内被进给，在与母材2之间产生电弧3。对焊炬4内的供电嘴(图示省略)与母材2之间施加焊接电压Vw^电焊接电流Iw。
[0037]输出电压设定电路ER输出预先确定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED检测上述的输出电压E，将其平滑，来输出输出电压检测信号Ed。
[0038]电压误差放大电路EA将上述的输出电压设定信号Er以及上述的输出电压检测信号Ed作为输入，放大输出电压设定信号Er ( + )与输出电压检测信号Ed(-)的误差，从而输出电压误差放大信号Ea ο通过该电路，焊接电源被恒电压控制。
[0039]驱动电路DV将上述的电压误差放大信号Ea作为输入，基于电压误差放大信号Ea进行PffM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。
[0040]平均进给速度设定电路FAR输出预先确定的平均进给速度设定信号Far。焊接速度设定电路WSR输出预先确定的焊接速度设定信号Wsr。
[0041]周期设定电路TFR将上述的平均进给速度设定信号Far以及上述的焊接速度设定信号Wsr作为输入，通过预先确定的周期设定函数来算出周期，输出周期设定信号Tfr。该周期设定函数预先通过实验算出。处于随着平均进给速度设定信号Far变大而周期设定信号Tf r变大的正比的关系。另一方面，处于随着焊接速度设定信号Wsr变大而周期设定信号Tfr变小的反比的关系。
[0042]振幅设定电路WFR将上述的平均进给速度设定信号Far以及上述的焊接速度设定信号Wsr作为输入，通过预先确定的振幅设定函数算出振幅，输出振幅设定信号Wfr。该振幅设定函数预先通过实验算出。处于随着平均进给速度设定信号Far变大而振幅设定信号Wfr变大的正比的关系。另一方面，处于随着焊接速度设定信号Wsr变大而振幅设定信号Wfr变小的反比的关系。
[0043]正向进给侧移位量设定电路SFR输出预先确定的正向进给侧移位量设定信号Sfr。
[0044]进给速度设定电路FR将上述的周期设定信号Tfr、上述的振幅设定信号Wfr以及上述的正向进给侧移位量设定信号Sfr作为输入，输出使根据由周期设定信号Tfr确定的周期以及由振幅设定信号Wfr确定的振幅而形成的正弦波移位了由正向进给侧移位量设定信号Sfr确定的正向进给侧移位量的进给速度型式，作为进给速度设定信号Fr。该进给速度设定信号Fr为O以上时成为正向进给期间，不足O时成为反向进给期间。
[0045]进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以相当于进给速度设定信号Fr的值的进给速度Fw进给焊丝I的进给控制信号Fe输出给上述的进给电动机WM。
[0046]图1中的进给速度Fw、焊接电流Iw以及焊接电压Vw的波形图由于与上述的图4相同，因此不再重复说明。在图1中，若从焊接速度设定电路WSR输出的焊接速度设定信号Wsr发生变化，则通过周期设定电路TFR而周期设定信号Tfr被设定为合适值，通过振幅设定电路WFR而振幅设定信号Wfr被设定为合适值。其结果，在图4(A)中，若焊接速度发生变化，则周期Tf以及振幅Wf自动变化为合适值。由此能保持稳定的焊接状态。在图1中，例示了基于焊接速度设定信号Wsr而让周期设定信号Tfr以及振幅设定信号Wfr都发生变化的情况，但也可以仅任意一方发生变化。另外，说明了进给速度型式为正弦波的情况，但也可以是三角波、梯形波等。
[0047]根据上述的实施方式I，基于焊接速度来设定进给速度的周期以及/或者振幅。由此，由于即使焊接速度发生变化，进给速度的周期以及/或者振幅也变化为合适值，因此能保持稳定的焊接状态。
[0048][实施方式2]
[0049]实施方式2的发明基于每单位焊接长度的焊丝熔敷量来设定进给速度的周期以及/或者振幅。
[0050]将焊丝的半径设为d(mm)，将平均进给速度设定信号Far(mm/min)以及焊接速度设定信号Wsr (mm/min)作为输入，能通过下式来算出每单位焊接长度的焊丝恪敷量Md (mm3/mm) ο
[0051]Md = JT.d2.Far/Wsr...(I)式
[0052]图2是用于实施本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。图2与上述的图1对应，对同一方块附加同一标号，并不再重复它们的说明。图2在图1的基础上追加了焊丝半径设定电路DR以及每单位焊接长度的焊丝熔敷量算出电路MD，将图1的周期设定电路TFR置换为第2周期设定电路TFR2，将图1的振幅设定电路WFR置换为第2振幅设定电路WFR2 ο以下参考图2来说明这些方块。
[0053]焊丝半径设定电路DR设定所使用的焊丝的半径，并输出焊丝半径设定信号dr。
[0054]每单位焊接长度的焊丝熔敷量算出电路MD，将上述的焊丝半径设定信号dr、平均进给速度设定信号Far以及焊接速度设定信号Wsr作为输入，通过上述的(I)式算出每单位焊接长度的焊丝熔敷量，并输出每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md。
[0055]第2周期设定电路TFR2将上述的每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md作为输入，通过预先确定的第2周期设定函数算出周期，输出周期设定信号Tfr。该第2周期设定函数预先通过实验算出。处于随着每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md变大，周期设定信号Tfr变大的正比的关系。
[0056]第2振幅设定电路WFR2将上述的每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md作为输入，通过预先确定的第2振幅设定函数算出振幅，并输出振幅设定信号Wfr。该第2振幅设定函数预先通过实验算出。处于随着每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md变大，振幅设定信号Wfr变大的正比的关系。
[0057]图2中的进给速度Fw、焊接电流Iw以及焊接电压Vw的波形图，由于与上述的图4相同，因此不再重复说明。在图2中，若从每单位焊接长度的焊丝熔敷量算出电路MD输出的每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md发生变化，则通过第2周期设定电路TFR2让周期设定信号Tfr被设定为合适值，通过第2振幅设定电路WFR2让振幅设定信号Wfr被设定为合适值。其结果，在图4(A)中，若每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化，则周期Tf以及振幅Wf自动变化为合适值。由此能保持稳定的焊接状态。在图2中，例示了基于每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md让周期设定信号Tfr以及振幅设定信号Wfr都发生变化的情况，但也可以仅任意一方变化。另外，说明了进给速度型式为正弦波的情况，但也可以是三角波、梯形波等。
[0058]根据上述的实施方式2，基于每单位焊接长度的焊丝熔敷量来设定进给速度的周期以及/或者振幅。由此，由于即使每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化，进给速度的周期以及/或者振幅也变化为合适值，因此能保持稳定的焊接状态。
[0059][实施方式3]
[0060]实施方式3的发明是在实施方式I或2的基础上控制进给速度，使得即使振幅(振幅设定信号Wfr)发生变化，进给速度的平均值也成为恒定。
[0061]图3是用于实施本发明的实施方式3所涉及的电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。图3与上述的图1对应，对同一方块附加同一标号，不再重复它们的说明。图3在图1的基础上追加平均进给速度算出电路FAD以及进给误差放大电路EF，将图1的正向进给侧移位量设定电路SFR置换为第2正向进给侧移位量设定电路SFR2。以下参考图3对这些方块进行说明。
[0062]平均进给速度算出电路FAD将进给速度设定信号Fr作为输入，算出每I周期的平均进给速度，并输出平均进给速度算出信号Fad。
[0063]进给误差放大电路EF将平均进给速度设定信号Far以及该平均进给速度算出信号Fad作为输入，将平均进给速度设定信号Far( + )与平均进给速度算出信号Fad(-)的误差放大，并输出进给误差放大信号Ef。
[0064]第2正向进给侧移位量设定电路SFR2将该进给误差放大信号Ef作为输入，对进给误差放大信号Ef进行积分，并输出正向进给侧移位量设定信号Sfr。通过该电路，正向进给侧移位量设定信号Sfr的值受到反馈控制，使得平均进给速度算出信号Fad的值变得与平均进给速度设定信号Far的值相等。
[0065]在图3中，若从焊接速度设定电路WSR输出的焊接速度设定信号Wsr发生变化，则通过周期设定电路TFR让周期设定信号Tfr被设定为合适值，通过振幅设定电路WFR让振幅设定信号Wfr被设定为合适值。然后，若振幅设定信号Wfr发生变化，通过第2正向进给侧移位量设定电路SFR2让正向进给侧移位量设定信号Sfr受到反馈控制，使得平均进给速度算出信号Fad变得与平均进给速度设定信号Far相等。其结果，在图4(A)中，若焊接速度发生变化，则周期Tf以及振幅Wf自动变化为合适值，正向进给侧移位量Sf自动变化以使进给速度Fw的平均值成为恒定。由于进给速度的平均值成为恒定，因此能进一步保持稳定的焊接状
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[0066]在图3中，是以实施方式I为基础追加了正向进给侧移位量自动修正功能的情况，但由于以实施方式2为基础进行追加的情况下也同样，因此省略附图以及其说明。在该情况下，若从图2的每单位焊接长度的焊丝熔敷量算出电路MD输出的每单位焊接长度的焊丝熔敷量信号Md发生变化，则通过第2周期设定电路TFR2让周期设定信号Tfr被设定为合适值，通过第2振幅设定电路WFR2让振幅设定信号Wfr被设定为合适值。然后，若振幅设定信号Wfr发生变化，则通过追加的第2正向进给侧移位量设定电路SFR2让正向进给侧移位量设定信号Sfr受到反馈控制，使平均进给速度算出信号Fad变得与平均进给速度设定信号Far相等。其结果，在图4(A)中，若每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化，则周期Tf以及振幅Wf自动变化为合适值，正向进给侧移位量Sf自动进行变化以使进给速度Fw的平均值成为恒定。由于进给速度的平均值成为恒定，因此能进一步保持稳定的焊接状态。
[0067]根据上述的实施方式3，即使振幅发生变化，也控制进给速度使进给速度的平均值成为恒定。由此，由于除了实施方式I以及2的效果以外，即使焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化而进给速度的振幅发生变化，进给速度的平均值也成为恒定，因此能进一步保持稳定的焊接状态。
[0068]产业上的利用可能性
[0069]根据本发明，能提供在重复焊丝的正向进给和反向进给的电弧焊接中即使焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量发生变化也能稳定地保持焊接状态的电弧焊接控制方法。
[0070]以上用特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于该实施方式，能在不脱离公开的发明的技术思想的范围内进行各种变更。
[0071]本申请基于2014年3月17日申请的日本专利申请(特愿2014-053152)，将其内容引入于此。
[0072]标号的说明
[0073]I 焊丝
[0074]2 母材
[0075]3 电弧
[0076]4 焊炬
[0077]5进给辊
[0078]DR焊丝半径设定电路
[0079]dr焊丝半径设定信号
[0080]DV驱动电路[0081 ]Dv驱动信号
[0082]E输出电压
[0083]EA电压误差放大电路
[0084]Ea电压误差放大信号
[0085]ED输出电压检测电路
[0086]Ed输出电压检测信号
[0087]EF进给误差放大电路
[0088]Ef进给误差放大信号
[0089]ER输出电压设定电路
[0090]Er输出电压设定信号
[0091]FAD平均进给速度算出电路
[0092]Fad平均进给速度算出信号
[0093]FAR平均进给速度设定电路
[0094]Far平均进给速度设定信号
[0095]FC进给控制电路
[0096]Fe进给控制信号
[0097]FR进给速度设定电路
[0098]Fr进给速度设定信号
[0099]Fw进给速度
[0100]Iw焊接电流
[0101]MD每单位焊接长度的焊丝熔敷量算出电路
[0102]Md每单位焊接长度的焊丝熔敷量(信号)
[0103]PM电源主电路
[0104]Sf正向进给侧移位量
[0105]SFR正向进给侧移位量设定电路
[0106]Sfr正向进给侧移位量设定信号
[0107]SFR2第2正向进给侧移位量设定电路
[0108]Tar电弧期间反向进给期间
[0109]Tas电弧期间正向进给期间
[0110]Tf 周期
[0111]TFR周期设定电路
[0112]Tfr周期设定信号
[0113]TFR2第2周期设定电路
[0114]Vw焊接电压
[0115]Wf 振幅
[0116]WFR振幅设定电路
[0117]Wfr振幅设定信号
[0118]WFR2第2振幅设定电路
[0119]WL电抗器
[0120]丽进给电动机
[0121]WSR焊接速度设定电路
[0122]Wsr焊接速度设定信号
【主权项】
1.一种电弧焊接控制方法， 通过给定的周期以及给定的振幅重复焊丝的进给速度的正向进给和反向进给来产生短路期间和电弧期间产生以进行焊接， 所述电弧焊接控制方法的特征在于， 基于焊接速度或每单位焊接长度的焊丝熔敷量来设定所述周期以及/或者所述振幅。2.根据权利要求1所述的电弧焊接控制方法，其特征在于， 对所述进给速度进行控制，使得即使所述振幅发生变化，所述进给速度的平均值也保持恒定。
【文档编号】B23K9/12GK105829006SQ201580003081
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年3月17日
【发明人】井手章博
【申请人】株式会社达谊恒