脉冲电弧焊接控制方法与流程

本发明涉及脉冲电弧焊接控制方法，其进给焊丝，接通焊接电流来进行焊接，该焊接电流在上升期间中从基值电流值向峰值电流值上升，在峰值期间中成为所述峰值电流值，在下降期间中从所述峰值电流值向所述基值电流值下降，在基值期间中成为所述基值电流值。

背景技术：

自耗电极式脉冲电弧焊接广泛使用在钢铁、不锈钢等的焊接中。在该脉冲电弧焊接中，在上升期间中从基值电流值向峰值电流值上升，在峰值期间中成为峰值电流值，在下降期间中从峰值电流值向基值电流值下降，在基值期间中成为基值电流值，接通这样的焊接电流，将这些通电作为1脉冲周期来重复，从而进行焊接。在脉冲电弧焊接中，由于1脉冲周期成为1熔滴过渡状态，因此熔滴过渡状态稳定，从而飞溅的产生少，能得到漂亮的焊道外观。

专利文献1的发明中记载了能通过使上升期间以及下降期间中的焊接电流的变化为曲线状来提升焊接性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2006-75890号公报

在脉冲电弧焊接中，在以150a程度以下的小电流值焊接薄板的情况下，与以中、大电流值进行焊接的情况相比，将电弧长度设定得短。若将电弧长度设定得短，就有易于产生焊丝与母材的短路、较多产生飞溅的问题。特别是，由于不锈钢的焊丝比钢铁的焊丝粘性更强，因此该倾向变得显著。

技术实现要素：

为此在本发明中，目的在于，提供能在小电流值的脉冲电弧焊接中减少飞溅产生量的脉冲电弧焊接控制方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明是一种脉冲电弧焊接控制方法，进给焊丝，接通焊接电流来进行焊接，该焊接电流在上升期间中从基值电流值向峰值电流值上升，在峰值期间中成为所述峰值电流值，在下降期间中从所述峰值电流值向所述基值电流值下降，在基值期间中成为所述基值电流值，所述脉冲电弧焊接控制方法的特征在于，所述上升期间中的所述焊接电流上升，让变化率随时间变小，所述下降期间由第1下降期间和第2下降期间构成，所述第1下降期间中的所述焊接电流直线状下降，所述第2下降期间中的所述焊接电流下降，让变化率的绝对值随时间变小，所述焊接电流的变化率的绝对值在所述第1下降期间中大于所述第2下降期间中。

技术方案2的发明在技术方案1记载的脉冲电弧焊接控制方法基础上特征在于，所述第1下降期间是从所述峰值电流值下降到预先确定的基准电流值的期间，所述第2下降期间是从所述基准电流值下降到所述基值电流值的期间。

技术方案3的发明在技术方案1～2中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法基础上特征在于，将所述峰值期间的时间长度设定为0.3ms以下。

技术方案4的发明在技术方案1～3中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法基础上特征在于，将所述第1下降期间中的所述焊接电流的变化率的绝对值设定为500a/ms以上。

技术方案5的发明在技术方案1～4中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法基础上特征在于，所述峰值电流值越大，将所述基准电流值设定得越小。

技术方案6的发明在技术方案1～5中任一项所述的脉冲电弧焊接控制方法基础上特征在于所述焊丝的粘性越大，将所述基准电流值设定得越小。

发明的效果

根据本发明，能在小电流值的脉冲电弧焊接中减少飞溅产生量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的电流-电压波形图。

图2是用于实施本发明的实施方式1所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。

图3是用于实施本发明的实施方式2所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。

图4是用于实施本发明的实施方式3所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。

附图标记的说明

1焊丝

2母材

3电弧

4焊炬

5进给辊

dv驱动电路

dv驱动信号

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

fc进给控制信号

fr进给速度设定电路

fr进给速度设定信号

ib基值电流值

ibr基值电流设定电路

ibr峰值电流设定信号

id电流检测电路

id电流检测信号

ip峰值电流值

ipr峰值电流设定电路

ipr峰值电流设定信号

ir电流设定电路

ir电流设定信号

it基准电流值

itr基准电流设定电路

itr基准电流设定信号

itr2第2基准电流设定电路

itr3第3基准电流设定电路

iw焊接电流

mc电源主电路

on启动信号

ps焊接电源

rc机器人控制装置

tb基值期间

td1第1下降期间

td1r第1下降期间设定电路

td1r第1下降期间设定信号

td2第2下降期间

td2r第2下降期间设定电路

td2r第2下降期间设定信号

tf脉冲周期(信号)

tp峰值期间

tpr峰值期间设定电路

tpr峰值期间设定信号

tu上升期间

tur上升期间设定电路

tur上升期间设定信号

vav电压平均化电路

vav电压平均信号

vd电压检测电路

vd电压检测信号

vfv/f转换器

vr电压设定电路

vr电压设定信号

vw焊接电压

wl电抗器

wm进给电动机

ws焊丝种类选择电路

ws焊丝种类选择信号

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的电流-电压波形图。该图的(a)表示焊接电流iw的时间变化，该图的(b)表示焊接电压vw的时间变化。以下参考该图来说明动作。

在该图中，时刻t1～t2的期间成为上升期间tu，时刻t2～t3的期间成为峰值期间tp，时刻t3～t4的期间成为下降期间td，时刻t4～t5的期间成为基值期间tb。时刻t1～t5的期间成为1脉冲周期tf。上升期间tu、峰值期间tp以及下降期间td被设定成给定值。基值期间tb通过后述的电弧长度控制而时刻变化。其结果，脉冲周期tf也时刻发生变化。在本说明书中，焊接电流iw的变化率的大小是指变化率的绝对值的大小。

在时刻t1～t2的上升期间tu中，如该图的(a)所示那样，焊接电流iw从基值电流值ib上升到峰值电流值ip，让变化率随时间变小。基值电流值ib以及峰值电流值ip是给定值。如该图的(b)所示那样，焊接电压vw成为与电流波形相似形的波形，成为与电弧长度成正比的电压值。

在时刻t2～t3的峰值期间tp中，如该图的(a)所示那样，焊接电流iw成为峰值电流值ip。如该图的(b)所示那样，焊接电压vw成为与电弧长度成正比的峰值电压值。

时刻t3～t4的下降期间td由从峰值电流值ip下降到预先确定的基准电流值it的第1下降期间td1和从基准电流值it下降到基值电流值ib的第2下降期间td2构成。ib＜it＜ip。焊接电流iw的变化率在第1下降期间td1中大于第2下降期间td2中。第1下降期间td1中的焊接电流iw直线状下降。第2下降期间td2中的焊接电流iw下降，让变化率随时间变小。如该图的(b)所示那样，焊接电压vw成为与电流波形相似形的波形，成为与电弧长度成正比的电压值。

在时刻t4～t5的基值期间tb中，如该图的(a)所示那样，焊接电流iw成为基值电流值ib。如该图的(b)所示那样，焊接电压vw成为与电弧长度成正比的基值电压值。

对基值期间tb(脉冲周期tf)进行反馈控制，以使焊接电压vw的平均值与预先确定的电压设定值相等。由于焊接电压vw的平均值与平均电弧长度成正比，因此该反馈控制将电弧长度控制成为给定值。为此将该控制称作电弧长度控制。

将上升期间tu、峰值期间tp、下降期间td以及峰值电流值ip设定为给定值，以使熔滴过渡状态成为良好。

以下说明本实施方式的作用效果。通过以下说明的作用效果，在本实施方式中，能在在小电流值的脉冲电弧焊接中进行飞溅产生量少、高品质的薄板焊接。

(作用效果1)通过使上升期间tu中的焊接电流iw的变化率随时间减小，不会对母材急剧给予过度的热输入和过度的电弧压力。其结果，能抑制薄板的烧穿。

(作用效果2)通过加大第1下降期间td1中的焊接电流iw的变化率，电弧的产生位置移转到焊丝的前端，从电弧向焊丝的热输入变小，抑制了焊丝软化。由此不会成为溶滴细长延伸的形状，成为接近球体的形状。其结果，能抑制短路的产生。

(作用效果3)通过使第2下降期间td2中的焊接电流iw的变化率随时间减小，能保持电弧的指向性而抑制电弧偏向。若使第2下降期间td2中的焊接电流iw的变化率与第1下降期间td1同样大，就会急剧失去电弧的指向性从而电弧易于偏向。由此能抑制电弧产生状态变得不稳定。

进而能通过以下那样使焊接性能提升。

(作用效果4)通过将峰值期间tp的时间长度设为0.3ms以下，能使上述的作用效果1更确实。即，能使向母材的热输入和电弧压力更小，能更确实地抑制薄板的烧穿。

(作用效果5)通过将第1下降期间td1中的焊接电流iw的变化率设定为500a/ms以上，能使上述的作用效果2更加确实。即，确实地抑制了成为溶滴细长延伸的形状，从而能更加抑制短路的产生。

以下示出上述的各参数的数值例。tu＝2ms、tp＝0.2ms、td＝2.3ms、ip＝400a、ib＝40a、it＝100a。

图2是用于实时本发明的实施方式1所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。焊接装置主要由被虚线包围的焊接电源ps、机器人控制装置rc、机器人(图示省略)等构成。以下参考该图来说明各方块。

焊接电源ps由以下的各方块构成。电源主电路mc将3相200v等交流商用电源(图示省略)作为输入，按照后述的驱动信号dv进行逆变器控制等输出控制，输出适于焊接的焊接电压vw以及焊接电流iw。虽省略图示，但该电源主电路mc具备：对交流商用电源进行整流的1次整流电路；将整流过的直流平滑的电容器；将平滑过的直流按照驱动信号dv变换成高频交流的逆变电路；将高频交流降压到适于焊接的电压值的逆变变压器；对降压的高频交流进行整流的2次整流电路。电抗wl被插入上述的电源主电路mc的+侧输出与焊炬4之间，将电源主电路mc的输出平滑。

焊丝1通过与进给电动机wm耦合的进给辊5的旋转在焊炬4内被进给，并在与母材2之间产生电弧3。进给电动机wm以及焊炬4搭载于机器人。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，接通焊接电流iw。

电压检测电路vd检测上述的焊接电压vw，输出电压检测信号vd。电压平均化电路vav将该电压检测信号vd平均化(通过低通滤波器)并输出电压平均信号vav。电压设定电路vr输出所期望值的电压设定信号vr。电压误差放大电路ev将上述的电压设定信号vr(+)与上述的电压平均信号vav(-)的误差放大，并输出电压误差放大信号ev。

v/f转换器vf以与上述的电压误差放大信号ev相应的频率输出成为短时间高电平的触发信号即脉冲周期信号tf。该脉冲周期信号tf成为短时间高电平的周期成为1脉冲周期。

上升期间设定电路tur输出预先确定的上升期间设定信号tur。峰值期间设定电路tpr输出预先确定的峰值期间设定信号tpr。第1下降期间设定电路td1r输出预先确定的第1下降期间设定信号tdlr。第2下降期间设定电路td2r输出预先确定的第2下降期间设定信号td2r。

峰值电流设定电路ipr输出预先确定的峰值电流设定信号ipr。基值电流设定电路ibr输出预先确定的基值电流设定信号ibr。基准电流设定电路itr输出预先确定的基准电流设定信号itr。

电流设定电路ir将上述的脉冲周期信号tf、上述的上升期间设定信号tur、上述的峰值期间设定信号tpr、上述的第1下降期间设定信号td1r、上述的第2下降期间设定信号td2r、上述的峰值电流设定信号ipr、上述的基值电流设定信号ibr以及上述的基准电流设定信号itr作为输入，每当脉冲周期信号tf变化成短时间高电平，就进行以下的处理，输出电流设定信号ir。

1)若脉冲周期信号tf变化为高电平，则在由上升期间设定信号tur确定的上升期间tu中输出电流设定信号ir，该电流设定信号ir从基值电流设定信号ibr的值上升到峰值电流设定信号ipr的值，让变化率随时间变小。

2)接下来，在由峰值期间设定信号tpr确定的峰值期间tp中，输出峰值电流设定信号ipr作为电流设定信号ir。

3)接下来，在由第1下降期间设定信号td1r确定的第1下降期间td1中输出电流设定信号ir，该电流设定信号ir从峰值电流设定信号ipr的值直线状下降到基准电流设定信号itr的值。

4)接下来，在由第2下降期间设定信号td2r确定的第2下降期间td2中输出电流设定信号ir，使电流从基准电流设定信号itr的值下降到基值电流设定信号ibr的值，让变化率随时间变小。

5)接下来，在直到脉冲周期信号tf再度成为短时间高电平为止的基值期间tb中，输出基值电流设定信号ibr作为电流设定信号ir。

电流检测电路id检测上述的焊接电流iw，输出电流检测信号id。电流误差放大电路ei将上述的电流设定信号ir(+)与上述的电流检测信号id(-)的误差放大，并输出电流误差放大信号ei。

驱动电路dv将上述的电流误差放大信号ei以及来自后述的机器人控制装置rc的启动信号on作为输入，在启动信号on为高电平(焊接开始)时，基于电流误差放大信号ei进行pwm调制控制，输出用于驱动上述的电源主电路mc内的逆变电路的驱动信号dv，在启动信号on为低电平(焊接停止)时不输出驱动信号dv。

进给速度设定电路fr输出预先确定的进给速度设定信号fr。进给控制电路fc将上述的进给速度设定信号fr以及来自后述的机器人控制装置rc的启动信号on作为输入，在启动信号on为高电干(焊接开始)时，将用于以由进给速度没定信号fr确定的进给速度进给焊丝1的进给控制信号fc输出给上述的进给电动机wm，在启动信号on为低电平(焊接停止)时，输出用于停止进给的进给控制信号fc。

机器人控制装置rc按照预先示教的作业程序使机器人(图示省略)移动，并输出指令焊接开始或焊接停止的启动信号on。

[实施方式2]

实施方式2的发明中，峰值电流值越大，将基准电流值设定得越小。

图3是用于实时本发明的实施方式2所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。该图与图2对应，对同一方块标注同一附图标记，不再重复它们的说明。该图中，将图2的基准电流设定电路itr置换成第2基准电流设定电路itr2。以下参考该图的来说明该方块。

第2基准电流设定电路itr2输出通过以上述的峰值电流设定信号ipr为输入的预先确定的基准电流值算出函数算出的基准电流设定信号itr。该基准电流值算出函数预先通过实验来定义，峰值电流设定信号ipr的值越大，则基准电流设定信号itr的值越小。例如itr＝230-ipr×0.3。

表示本发明的实施方式2所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的图3中的电流-电压波形图与上述的图1同样。但基准电流值it对应于峰值电流值ip变化这点不同。

通过使基准电流值it对应于峰值电流值ip变化，除了实施方式1的效果以外，还起到以下那样的效果。在上述的实施方式1的作用效果2中，若峰值电流值ip变大，则溶滴细长地延伸的倾向就会变强。为此，通过峰值电流值ip越大使基准电流值it越小，更强地抑制了溶滴成为细长延伸的形状，能使其成为接近于球体的形状。其结果，能更确实地抑制短路的产生。

[实施方式3]

实施方式3的发明中，焊丝的粘性越大，将基准电流值设定得越小。

图4是用于实施本发明的实施方式3所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的焊接装置的框图。该图与图3对应，对同一方块标注同一附图标记，不再重复它们的说明。该图在图2基础上追加了焊丝种类选择电路ws，将图3的第2基准电流设定电路itr2置换成第3基准电流设定电路itr3。以下参考该图来说明这些方块。

焊丝种类选择电路ws是由焊接作业者按照焊丝的种类选择的开关，输出焊丝种类选择信号ws，若选择钢铁则该信号成为1，若选择不锈钢则该信号成为2。

第3基准电流设定电路itr3，将上述的峰值电流设定信号ipr以及上述的焊丝种类选择信号ws作为输入，在焊丝种类选择信号ws＝2(不锈钢)时，输出通过上述的基准电流值算出函数算出的基准电流设定信号itr，在焊丝种类选择信号ws＝1(钢铁)时，输出对通过上述的基准电流值算出函数算出的值加上给定值而得到的值，作为基准电流设定信号itr。例如给定值是50a。在焊丝的材质是不锈钢时，与材质是钢铁时相比，焊丝的粘性更大。因此，焊丝的粘性越大，将基准电流值it设定得越小。

表示本发明的实施方式3所涉及的脉冲电弧焊接控制方法的图3中的电流-电压波形图，与上述的图1同样。但基准电流值it对应于峰值电流值ip以及焊丝的粘性而变化这点不同。

通过使基准电流值it对应于峰值电流值ip以及焊丝的粘性变化，除了实施方式2的效果以外，还起到以下那样的效果。在上述的实施方式1的作用效果2中，若焊丝的粘性变大，则溶滴细长地延伸的倾向变强。为此，通过焊丝的粘性越大使基准电流值it越小，更强地抑制了溶滴成为细长延伸的形状，能使其接近于球体。其结果，能更确实地抑制短路的产生。在焊丝的粘性小时，通过加大基准电流值it来较强地保持电弧的指向性，能抑制电弧产生状态变得不稳定。