專利名稱：：脈沖電弧焊接控制方法和脈沖電弧焊接裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及自動送進消耗電極(以下稱為焊絲)，將峰值電流和基值電流交互地反復供給至焊絲和焊接母材(以下稱為母材)之間，進行焊接輸出控制的脈沖電弧焊接控制方法和脈沖電弧焊接裝置。
背景技術：
：近年來，在焊接業界中為了提高生產性，對提高焊接速度和減少濺射(spatter)的要求高。提高焊接速度可增加每小時的生產數量。此外，由于減少濺射，可以削減除去附著在工件上的濺射的后處理工序，因此可提高焊接生產力。目前，脈沖焊接的輸出控制，以脈沖電流的輸出開始時作為時間的起點。經過比作為基本脈沖周期的第一時限小的規定的第二時限后，產生不生成焊絲和母材短路的電弧，則可利用基本脈沖周期輸出下一個脈沖電流.另一方面，如果經過第二時限后，產生焊絲和母材的短路，則輸出小于脈沖電流上升速度的電流。如果焊絲和母材的從短路恢復，則在規定時間輸出比脈沖電流小，比基值電流大的值的電流。然后，開始下一個脈沖電流的輸出。在日本特開平1-266966號公報中介紹了這樣減少濺射的方法。以下，利用圖4，說明現有的脈沖電弧焊接裝置的脈沖焊接輸出控制。圖4表示利用現有的脈沖電弧焊接裝置的現有的輸出控制進行焊接時的電流波形。在圖4中，橫軸表示時間，縱軸表示焊接電流。此外，在橫軸上表示第一基本脈沖周期101-1和101-2，焊絲和母材短路的短路時間102和用于形成從短路恢復后，下一個熔滴移動的熔融塊的電弧的初期時間(期間)103。此外，在作為基本脈沖周期101-2的最終端的時間106上，焊接狀態置換為短路狀態。在包括時間106的設定的短路期間102期間，繼續短路控制。在從短路恢復后，為了形成下一個熔滴移動用的熔融塊，在電弧初期時間103輸出比峰值電流105小，而比基值電流104大的電弧電流104H和電弧電流105L。此外，在經過電弧初期時間103后，施加脈沖電流。由此可減少濺射的發生。即在現有的脈沖電弧焊接裝置中，當發生短路時，以由脈沖波形電路部進行的脈沖控制為待機狀態，利用未圖示的暫降波形電路部(dip-waveformcircuitsection)進行以短路控制優先的波形控制。由此可減少濺射。但是，利用現有的脈沖電弧焊接裝置的輸出控制，例如在250～350A的高的焊接電流下，確保焊接速度，再要提高速度(例如1.5m/min以上)時，由于產生底切(undercut)或隆起(humping)，必須將焊接電壓設定得低。然而當降低接電壓時，由于短路時間(從短路開始至從短路恢復的時間)長，同時，從短路恢復時的電流大，從短路恢復時的濺射會增加。此外，由于例如300A那樣地設定的焊接電流越高，則基值期間越短，因此在基本脈沖周期的高的電流區域中，短路時間長使得下一個脈沖開始時間延遲。因此，由于與設定的焊接電流對應送進的焊絲，不能充分熔融，會產生電弧的狀態不穩定的問題。
發明內容本發明的目的在于提供即使具有例如250～350A左右大的焊接電流，為了提高速度而降低焊接電壓時，可使電弧穩定，減少濺射的發生量的脈沖電弧焊接控制方法和脈沖電弧焊接裝置。為了克服上述缺點，本發明的一種脈沖電弧焊接控制方法，將峰值電流和基值電流，以脈沖狀反復供給至焊絲和焊接母材之間。檢測出焊絲和焊接母材的短路，同時輸出梯度小于脈沖電流的電流波形上升的梯度的電流，當檢測出從短路恢復前的縮頸部后，急劇減小焊接電流。此外，本發明的脈沖電弧焊接裝置，具有控制焊接輸出的開關元件；檢測焊接輸出電流的焊接電流值檢測部；檢測焊接輸出電壓的焊接電壓值檢測部。還具有根據焊接電壓值檢測部的輸出，判定焊接狀態為短路期間還是電弧期間的電弧短路判定部。此外，還具有設定短路期間用和電弧期間用的焊接相關的參數的設定部。具有以焊接電流值檢測部的輸出、焊接電壓值檢測部的輸出，和設定部的輸出中的至少一個作為輸入，控制電弧期間的脈沖輸出的脈沖波形電路部。還具有以焊接電流值檢測部的輸出，焊接電壓值檢測部的輸出，和設定部分的輸出中的至少一個作為輸入，進行短路期間中的輸出控制的暫降波形電路部。還具有以焊接電流值檢測部的輸出，焊接電壓值檢測部的輸出，和設定部的輸出中的至少一個作為輸入，檢測出從短路恢復前焊絲前端部縮頸時刻，急劇地減小焊接電流的二次側控制部。還具有根據來自設定部分的信號和電弧短路判定部的輸出，選擇脈沖波形電路部的輸出、暫降波形電路部的輸出和二次側控制部的輸出，輸出至開關元件的驅動部。利用上述結構，可以在脈沖焊接的短路發生時，檢測出從短路恢復前的縮頸部分，急劇減小輸出，通過恢復短路，可以減小濺射的發生量。此外，本發明脈沖電弧焊接控制方法，檢出從短路恢復前的縮頸部，急劇減小焊接電流后，檢測出從短路恢復的同時增加焊接電流。此外，本發明的脈沖電弧焊接裝置的二次側控制部，在檢測出從短路恢復前焊絲前端部縮頸的時刻，急劇減小焊接電流后，當從短路恢復時，急劇增加焊接電流。由此可以防止電弧中斷。此外，本發明的脈沖電弧焊接控制方法檢測出焊絲和焊接母材的短路，在急劇減小焊接電流后，輸出梯度比脈沖電流的電流波形的上升梯度小的電流。此外，本發明的脈沖電弧焊接裝置的二次側控制部，在短路發生時，根據來自電弧短路判定部的信號，急劇減小焊接電流。根據上述結構，在發生短路的瞬間，可以急劇地減小焊接電流，減少濺射的發生量。此外，本發明的脈沖電弧焊接控制方法，根據從短路開始的經過時間或輸出電壓，改變短路中的電流波形的梯度。由此，從短路發生的經過時間越長，使得短路中的電流波形的梯度越大。此外，在本發明的脈沖電弧焊接裝置的設定部，還可根據從短路發生開始的經過時間或輸出電壓，改變短路中的電流波形的梯度。此外，從短路發生的經過時間越長，可使得短路中的電流波形的梯度越大。由此，可以減小短路時間，提高電弧的穩定性。此外，本發明的脈沖電弧焊接裝置，由設定部設定急劇減小焊接電流時的焊接電流的下限值。由此，可以防止急劇減小焊接電流時的電弧中斷。如上所述，根據本發明，在脈沖焊接時，發生短路的情況下，可以減小濺射的發生量，提高電弧的穩定性。圖1為本發明的實施方式1、2的脈沖電弧焊接裝置的大致結構圖。圖2為本發明的實施方式1、2的脈沖電弧焊接控制的焊接電流波形圖。圖3為本發明的實施方式3的脈沖電弧焊接控制的焊接電流波形圖。圖4為現有的脈沖電弧焊接控制的焊接電流波形圖。符號說明1輸入電源；2變換變壓器；3整流平滑電路部；4焊接輸出控制元件；5電抗線圈；6分流器；7輸出端子；8通電用的觸點片；9焊接用焊絲；10焊接電壓檢測部；11焊接電流檢測部；12母材；13電弧短路判定電路部；14暫降脈沖控制電路；15脈沖波形電路部；16暫降波形電路部；17切換元件18驅動電路部；20電阻；21設定部；22一次側開關元件；23一次側整流元件；24二次側整流元件；25二次側控制部；101-1，101-2基本脈沖周期；102短路期間；103電弧初期時間；104基值電流；104H，105L電弧電流；105峰值電流；106脈沖開始時刻；107頸部控制；108短路初期控制；109電流梯度；109a電流梯度a；110脈沖開始時刻；110a脈沖開始時刻a具體實施方式(實施方式1)以下，利用圖1和圖2，說明實施方式1。與說明
背景技術：
的現有的脈沖電弧焊接裝置的控制方法的圖4相同的地方，使用相同的符號表示，省略詳細的說明。圖1中表示實施方式1的電弧焊接裝置的大致結構。在本發明的電弧焊接裝置中，輸入電源1與整流輸入電源的輸出的一次側整流元件23連接。一次側開關元件22，以一次側整流元件23的輸出作為輸入，控制焊接輸出。變換變壓器2以一次側開關元件22的輸出作為輸入變換電力。二次側整流元件24使變壓器的二次側輸出整流。二次側開關元件19，與二次側整流元件24串聯連接，使電阻20與二次側開關元件19并聯連接。電抗線圈5與二次側開關元件19串聯連接。本發明的脈沖電弧焊接裝置還具有檢測焊接電壓的焊接電壓值檢測部10和分流器6。焊接電流檢測部11，利用分流器6的輸出檢測焊接電流，分流器6和焊接電流檢測部11也可以不分別設置，形成一體化結構。設定部21根據設定電流，設定電壓，焊絲送進速度，保護氣體種類，焊絲種類，焊絲直徑和焊接方法等設定條件，設定和輸出各種參數。電弧短路判定部13根據焊接電壓值檢測部10的輸出，判定焊接狀態為短路期間還是電弧期間，并輸出電弧短路信號。脈沖波形電路部15根據焊接電壓值檢測部10或焊接電流值檢測部11或設定部21的輸出中的至少一個，控制脈沖波形。暫降波形電路部16根據焊接電壓值檢測部10或焊接電流值檢測部11或設定部21的輸出中的至少一個，在短路期間中和從短路恢復開始的規定時間中，控制一次側開關元件22，進行短路處理。二次側控制部25根據焊接電壓值檢測部10或焊接電流值部檢測部11或設定部21的輸出中的至少一個，輸出在從短路恢復前的縮頸(稱為頸部neck)時，急劇降低焊接輸出的信號。驅動部18根據脈沖波形電路部15或暫降波形電路部16或二次側控制部25或電弧短路判定部13或設定部21的輸出，驅動一次側開關元件22或二次側開關元件19。對于以上構成的脈動電弧焊接裝置，說明其動作。其中，圖2表示實施方式1的短路發生時的焊接電流波形。詳細情況以后說明，在圖2中表示利用頸部控制107，實行縮頸(頸部)控制，急劇減少焊接電流的例子。在實施方式1中，在圖2所示的第二個基本脈沖周期101-2中的短路初期控制108的時刻，發生短路，進行短路控制。在作為基本脈沖周期101的脈沖時刻106的時刻，也在短路中。由此，繼續與圖4中所示相同短路控制。二次側控制部25根據焊接電壓值檢測部10的輸出等，檢測出從短路恢復前的縮頸部時，二側控制部25將進行檢測縮頸情況的控制意思的信號輸出到驅動部18。被輸入該信號的驅動部18將信號輸出至二次側開關元件19，斷開開關元件19(非導通)。當開關元件19非導通時，由電阻20消耗焊接通電路徑中的能量。由此，如圖2所示的頸部控制107時刻的所示那樣，焊接電流急劇減少。其中，即使縮頸時減小焊接電流，由于熔融的焊絲利用固定力移動至母材，因此對從短路恢復幾乎沒有不利的影響。如上所述，在脈沖焊接中，產生短路的情況下，為了從該短路恢復，使梯度小于脈沖電流的電流波形上升時的梯度的電流通過，利用該電流通過，檢測產生從短路恢復時的縮頸，急劇減小焊接電流值。由此，可以減小從短路恢復時的濺射發生對焊接電流的影響，可以減小從短路恢復時的濺射發生量。此外，在從上述短路恢復后，與現有的脈沖電弧焊接裝置的控制同樣，在圖2所示的電弧初期時間103中，通過實行電弧初期控制，在焊絲前端形成下一個焊滴移動用熔融塊。在經過電弧初期時間103后，施加脈沖電流，焊滴成噴霧狀脫離，進行脈沖電弧焊接。其中，作為急劇減小電流的裝置，也可以使用電容器等其他電氣部件。此外，實施方式1的脈沖電弧焊接裝置，在檢測出從短路恢復時的縮頸，急劇地減小焊接電流后，當檢測出從短路恢復時，可急劇地增加電流。由此，可以防止伴隨急劇減小焊接電流的電弧中斷。此外，作為急劇增加電流的時刻，也可以從檢測出縮頸時刻開始，經過規定時間201后，急劇增加電流。其中，在這種情況下的經過時間，由焊絲的送進速度等參數決定。此外，由于脈沖電弧焊接裝置在脈沖上升時或下降時必須急劇的電流變化，因此，與在短路焊接用的焊接機中使用的電抗線圈比較，可以使用電感非常小的電抗線圈。由此，當在脈沖電弧焊接裝置中，發生縮頸，進行急劇地減小電流的控制時，由于電感小，電流值會過分降低。當電流值低于約100A時，容易產生電弧中斷。因此，目前，沒有提出將進行脈沖焊接和縮頸時急劇減小電流的控制組合控制的技術思想。此外，兼容脈沖焊接和縮頸時急劇減小電流的控制非常困難。與此相對，利用實施方式1的脈沖電弧焊接裝置進行的控制，具有可相對于上述電弧中斷，設定縮頸時急劇減小電流情況下的下限值(例如100A)，控制不達到該下限值以下的裝置。通過采用急劇減小電流后，在電弧發生后急劇升高電流的控制，可以兼容脈沖焊接和縮頸時急劇減小電流的控制。作為不達到下限值以下的方法，可進行定電流控制，利用在下限值進行定電流控制的方法。(實施方式2)利用圖1和圖2，說明實施方式2的脈沖電弧焊接裝置的控制。在實施方式2中，在與實施方式1相同的地方用相同的符號表示，省略詳細的說明。與實施方式1不同的是，二次側控制部25不但在從短路恢復時，而且在短路發生時，控制開關元件19，急劇減小焊接電流。一般，在電弧焊接時，短路發生時的電流值越高，則濺射的發生量越多。當利用電弧短路判定部13檢測出短路發生時，將該信號(信息)的意思傳遞至設定部21。然后，立即將電流減小用參數從設定部21輸出至二次側控制部25。控制信號從控制部25送至驅動部18，驅動部18斷開(非導通)二次側開關元件19。這樣，如圖2所示，可在短路初期控制108時刻，在發生短路的情況下，急劇減小焊接電流。這樣，可以減小短路發生時的濺射發生量。此外，在實施方式2中，可以設定急劇減小焊接電流時的下限值，利用不低于該值的電流，在規定時間202期間，進行定電流控制。在經過規定時間202后，進行控制，使得以如圖2所示的梯度增加電流。此外，也可以根據設定電流，決定上述規定時間202。當在脈沖焊接的峰值電流期間，或脈沖下降時發生短路時的焊接電流值高，最大可達500A左右，會產生大量的濺射。但是，如實施方式2，通過在短路發生時急劇減小焊接電流，可以減小短路時的焊接電流，減小濺射，特別是在大電流時發生短路的情況下，更有效。其中，作為急劇減小能量的減小裝置，也可以使用電容器等其他電氣部件，減小焊接電流。在實施方式2中顯示了在短路發生時和從短路恢復時兩個時刻，急劇地減小焊接電流，并減小濺射的例子，但是，也可以只急劇地減小短路發生時的焊接電流，減小濺射。(實施方式3)利用圖3，說明實施方式3的脈沖電弧焊接裝置的控制。在與實施方式1相同的地方，用相同符號表示，省略詳細的說明，后述的與實施方式1的不同點為，如圖3所示，在短路中，為了從短路恢復，設定部21根據短路的狀態等，改變所加的電流波形的梯度。其中，在圖3所示的焊接電流波形中，虛線所示的部分表示為了增大從短路恢復用的所加的電流波形的梯度時的例子。以下，利用圖3說明實施方式3的脈沖電弧焊接裝置的控制。首先說明短路的發生使脈沖開始時刻延遲的例子。然后，說明為了減小該延遲，實施方式3的控制方法。在圖3中示有第一個，第二個基本脈沖周期101-1，101-2。關于第三個基本脈沖周期，示有其開始時間106。此外，在短路初期控制108的時刻，發生短路(短路期間102在短路繼續中)，脈沖開始時間106時刻，也在短路中。由此，可利用電流梯度109，繼續短路控制。在短路期間102的終端，從短路恢復，然后，在結束與實施方式1所示相同的電弧初期控制(未圖示)后，在脈沖開始時刻110，開始施加脈沖。結果，脈沖開始時刻106延遲至脈沖開始時刻110的時刻。這樣，當這種延遲狀態高頻度地發生時，脈沖開始時間延遲。由于不能將焊接電壓提高至設定的電壓值。因此輸入熱量不足，結果造成電弧不穩定。此外，在實施方式3中，在通過短路控制，使脈沖開始時間延遲規定時間的情況下，即，輸出電壓相對于焊接設定電壓規定量低的情況下，設定部21(圖1)將提高短路控制的電流梯度的設定值(109a)輸出至暫降波形電路部16。通過根據梯度波形電路16的輸出，增大短路時的焊接電流波形的梯度，與電流梯度109的情況的短路時間102比較，可縮短至短路時間102a。如上所述，根據脈沖開始時間的延遲時間或輸出電壓的降低，調整短路中的焊接電流波形的梯度，可以從短路時間102縮短至短路時間102a。即可以從脈沖開始時間110縮短至脈沖開始時間110a(116時刻)。由此，由于可以減小脈沖周期的開始時間的延遲，可以提高電弧的穩定性。其中，可以利用設定部分21，監視判斷脈沖開始時間的延遲或輸出電壓的降低。此外，還可以根據上次短路時刻的脈沖開始時間的延遲或焊接設定電壓的降低，控制下一個短路時刻的焊接電流波形的梯度。此外，作為調整焊接電流波形的梯度的另一個例子，在發生短路，即使在脈沖開始時間106時刻還在短路中的情況下，控制達到比此前的梯度大的梯度。在這種情況下，不但在下一個短路時，而且可在短路中，改變電流的梯度，縮短短路時間。再者，作為調整焊接電流梯度的另一種方法，設定部21可根據從電弧短路判定部13輸出的電弧短路信號，對從短路開始的經過時間進行計時，在從短路開始時間經過規定時間的情況下，進行增大梯度的控制。此外，在這種情況下，也可以在每一個經過時間中，增大電流的梯度。短路時間越長，通過提高電流梯度值(增大梯度)，可縮短短路時間。由此，可以拓展焊接電壓下限值的余量，為了提高焊接速度，可以設定更低的電壓。特別是，在電流域高的情況下，脈沖周期高，在從脈沖結束至下一個脈沖開始的時間短的情況下有效。其中，在從設定部21輸出至暫降波形電路部16的電流梯度中，將脈沖時間延遲和電流梯度值的關系與輸出電壓和電流梯度值的關系以及從短路開始的經過時間和電流梯度值的關系中至少任一個以模擬運算表(table)存儲在設定部21中。根據脈沖時間的延遲和輸出電壓以及從短路開始經過時間中至少任何一個，在設定部21內選定、輸出。此外，模擬運算表可存儲在可以置換的存儲裝置中。此外，也可以根據焊接的種類或條件等變更。此外，該存儲裝置不限于設定部21的內部，也可以設置在外部。此外，電流梯度值也可以不利用模擬運算表，根據上述各要素作為函數求得。此外，為了進行短路控制，提高電流梯度是一種方法。不是直線狀的電流梯度，折線狀的電流梯度也可以。此外，不是直線狀，作成曲線狀也可以。此外，也可以調整從短路發生的早期時刻，提高電流的積分值。工業實用性本發明的電弧焊接控制方法和電弧焊接裝置，由于可減少濺射的發生量，特別是作為進行高速焊接的焊接方法和電弧焊接裝置非常有用，因此產業上的利用可能性高。權利要求1.一種脈沖電弧焊接控制方法，將峰值電流和基值電流以脈沖狀反復供給至焊絲和焊接母材之間，其特征在于，檢測出所述焊絲和所述焊接母材的短路，輸出梯度小于脈沖電流的電流波形上升的梯度的電流，當檢測出從短路恢復前的縮頸部時，減小焊接電流。2.如權利要求1所述的脈沖電弧焊接控制方法，其特征在于，檢測出從短路恢復前的縮頸部，急劇減小焊接電流后，檢測出從短路恢復，增加焊接電流。3.如權利要求1或2所述的脈沖電弧焊接控制方法，其特征在于，檢測出焊絲和焊接母材的短路、減小焊接電流后，輸出梯度小于脈沖電流的電流波形的上升的梯度的電流。4.如權利要求1或2所述的脈沖電弧焊接控制方法，其特征在于，對從短路開始的經過時間進行計時，根據所述經過時間，調整短路中的電流波形的梯度。5.如權利要求4所述的脈沖電弧焊接控制方法，其特征在于，從短路發生開始的經過時間越長，使得短路中的電流波形的梯度越大。6.如權利要求1或2所述的脈沖電弧焊接控制方法，其特征在于，檢測出輸出電壓，根據所述輸出電壓，調整短路中的電流波形的梯度。7.一種脈沖電弧焊接裝置，具有控制焊接輸出的開關元件；檢測焊接輸出電流的焊接電流值檢測部；檢測焊接輸出電壓的焊接電壓值檢測部；根據所述焊接電壓值檢測部的輸出，判定焊接狀態為短路期間還是電弧期間的電弧短路判定部；設定短路期間用和電弧期間用的焊接的參數的設定部；以所述焊接電流值檢測部的輸出、所述焊接電壓值檢測部的輸出，和所述設定部的輸出中的至少一個作為輸入，進行電弧期間中的脈沖輸出控制的脈沖波形電路部；以所述焊接電流值檢測部的輸出，所述焊接電壓值檢測部的輸出，和所述設定部的輸出中的至少一個作為輸入，進行短路期間中的輸出控制的暫降波形電路部；以所述焊接電流值檢測部的輸出、所述焊接電壓值檢測部的輸出，和所述設定部的輸出中的至少一個作為輸入，檢測出從短路恢復前焊絲前端部縮頸的時刻，急劇減小焊接電流的二次側控制部；根據來自所述設定部的信號和所述電弧短路判定部的輸出，選擇所述脈沖波形電路部的輸出、所述暫降波形電路部的輸出和所述二次側控制部的輸出，并輸出至所述開關元件的驅動部。8.如權利要求7所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，所述二次側控制部，檢測出在從短路恢復前焊絲前端部縮頸的時刻，減小焊接電流后，當從短路恢復時，增加焊接電流。9.如權利要求7或8所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，短路發生時，所述二次側控制部，根據來自電弧短路判定部的信號，急劇減小焊接電流。10.如權利要求7或8所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，所述設定部，根據電弧短路判定部的信號，對從短路發生開始的經過時間進行計時，根據所述經過時間，調整短路中的電流波形的梯度。11.如權利要求10所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，從短路發生開始的經過時間越長，所述設定部使得短路中的電流波形的梯度越大。12.如權利要求7或8所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，所述設定部根據焊接電壓值檢測部檢測出的焊接輸出電壓，改變短路中的電流波形的梯度。13.如權利要求7或8所述的脈沖電弧焊接裝置，其特征在于，由所述設定部設定急劇減小焊接電流時的焊接電流的下限值。全文摘要本發明提供可使電弧穩定，減小濺射發生量的脈沖焊接控制方法和脈沖電弧焊接裝置。具有判定焊接狀態的電弧短路判定部(13)和設定短路期間用和電弧期間用的焊接的參數的設定部(21)。此外，還具有以所述焊接電流值檢測部的輸出，所述焊接電壓值檢測部的輸出，和所述設定部的輸出中的至少一個作為輸入，檢測從短路恢復前，電焊線前端部縮頸的時間，急劇減小焊接電流的二次側控制部(25)。還具有根據來自所述設定部的信號和所述電弧短路判定部的輸出，選擇所述脈沖波形電路部的輸出，所述暫降波形電路部的輸出和所述二次側控制部的輸出，輸出至所述開關元件的驅動部(18)。文檔編號B23K9/173GK1984742SQ200580001848公開日2007年6月20日申請日期2005年11月14日優先權日2005年5月31日發明者川本篤寬,向井康士,古和將申請人:松下電器產業株式會社