專利名稱：消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法
技術領域：
本發明涉及用于檢測短路期間中的熔滴的縮頸以減少焊接電流從而提高焊接品質的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法。
背景技術：
圖6是表示重復短路期間Ts和電弧期間Ta的消耗電極電弧焊接中的電流、電壓波形以及熔滴過渡的圖。圖6(A)表示對消耗電極(以下稱為焊絲I)進行通電的焊接電流Iw的時間變化，圖6(B)表示在焊絲I與母材2之間施加的焊接電壓Vw的時間變化，圖6(C) (E)表示熔滴Ia的過渡樣態。以下，參照該圖來進行說明。在時刻tl t3的短路期間Ts中，處于焊絲I前端的熔滴Ia與母材2短路的狀態。焊接電流Iw如圖6(A)所示那樣，在時刻tl til的預先規定的初始期間中被維持在小電流值的初始電流值，在后續的時刻til tl2的期間中以預先規定的傾斜度進行增加，在從后續的時刻tl2至電弧再次發生的時刻t3為止的期間中被控制在預先規定的峰值。初始期間被設定在Ims左右，初始電流值被設定在50A左右，傾斜度被設定在100 300A/ms左右，峰值被設定在300 400A左右。這些值是根據焊絲的種類、保護氣體的種類、進給速度等而被設定為適當值的。如圖6(B)所示那樣，焊接電壓Vw由于處于短路狀態，因而采用幾V左右這樣的低值。如圖6(C)所示，在時刻tl，熔滴Ia與母材2相接觸而進入短路狀態。若進入短路狀態則焊接電流減少成小電流值的初始電流，所以可以引導成更可靠的短路狀態。然后，因為焊接電流Iw增加，所以如圖6(D)所示那樣，由于因對熔滴Ia進行通電的焊接電流Iw而引起的電磁收縮力，會在熔滴Ia上部發生縮頸lb。該電磁收縮力與焊接電流Iw的值成比例地增大。因此，通過使焊接電流Iw增加，從而增大電磁收縮力，促進縮頸Ib的形成。之后，該縮頸Ib急速地行進，在時刻t3如圖6(E)所示那樣，熔滴Ia從焊絲I向熔池2a過渡而再次發生電弧3。若熔滴Ia發生縮頸lb，則在幾百μ s左右這樣的短時間之后，短路被斷開，再次發生電弧3。即、該縮頸現象成為短路斷開的前兆現象。若發生縮頸lb，則由于焊接電流Iw的通電路徑在縮頸部分變窄，因而縮頸部分的電阻值增大。隨著縮頸的行進而縮頸部分進一步變窄，則該電阻值的增大越明顯。因此，在短路期間Ts中，通過檢測焊絲I與母材2之間的電阻值的變化，從而能夠檢測縮頸現象的發生以及行進。該電阻值的變化能夠通過焊接電壓Vw除以焊接電流Iw而算出。另外，與短路期間Ts中的焊接電流Iw的變化相比,縮頸形成后的電阻值的變化較大。為此，也可取代電阻值的變化而通過焊接電壓Vw的變化來檢測縮頸現象的發生。作為具體的縮頸檢測方法，存在下述方法:算出短路期間Ts中的電阻值或焊接電壓值Vw的變化率(微分值)，并通過該微分值達到了預先規定的縮頸檢測基準值Vtn來進行縮頸檢測。另外，作為其他方法，也存在下述方法:如圖6(B)所示，算出相距短路期間Ts中的縮頸發生前(上述的初始期間中)的穩定的短路電壓值Vs的電壓上升值AV，并通過在時刻t2該電壓上升值AV達到了預先規定的縮頸檢測基準值Vtn來進行縮頸檢測。在以下的說明中，縮頸檢測方法是關于采用上述的電壓上升值AV的情況進行的說明，但是也可以是以往所提出的各種各樣的其他方法。通過判別焊接電壓Vw變為短路/電弧判別值Vta以上，能夠簡單地進行時刻t3的電弧再次發生的檢測。S卩、Vw < Vta的期間成為短路期間Ts，Vw ^ Vta的期間成為電弧期間Ta。以下，將從檢測到時刻t2 t3的縮頸發生至電弧再次發生為止的時間稱作縮頸檢測時間Τη。若在時刻t3再次發生電弧，則焊接電流Iw如圖6(A)所示那樣，在時刻t3 t31的預先規定的初始電弧期間Tai中，被恒流控制成預先規定的初始電弧電流值Iai。之后，時刻t31過渡，焊接電源被切換成恒壓控制，所以根據電弧負載來決定焊接電流Iw的值，從而以斜坡狀進行減少。如圖6(B)所示，焊接電壓Vw成為與電弧長度成比例的值。電弧期間中的焊接電壓值Vw成為20 30V左右。因此，上述的短路/電弧判別值Vta被設定在10 15V左右。在時刻t3 t31的初始電弧期間Tai中，因為在規定期間內通電較大值的初始電弧電流Iai，所以電弧長度急速變長，由于向焊絲I的大的熱輸入而促進熔融。時刻t31過渡，也使得焊絲I的前端部被熔融，逐漸形成熔滴la。在重復上述的短路期間Ts和電弧期間Ta的消耗電極電弧焊接中，存在二氧化碳電弧焊、MAG焊接、MIG焊接、伴有短路的脈沖電弧焊接等焊接。在為二氧化碳電弧焊、MAG焊接以及MIG焊接的情況下，關于熔滴過渡而言，在小于200A左右的電流區域中成為短路過渡形態，若電流值變大則成為粗滴過渡(globular transfer)形態或噴射過渡(spraytransfer)形態。另外，在為脈沖電弧焊接的情況下，熔滴過渡成為噴射過渡形態。即便在這些熔滴過渡形態以及噴射過渡形態下進行高速焊接等的情況下，也將電弧長度設定得較短，所以發生短路。因此，為了斷開該短路，會如上述那樣形成縮頸lb。在上述的伴有短路的焊接中，若在時刻t3再次發生了電弧3時的電弧再次發生時電流值Ia為大電流值,則從電弧3向 熔池2a的電弧力急劇變大,從而發生大量的濺射。即、濺射發生量與電弧再次發生時電流值Ia的值大致成比例地增加。因而，為了抑制濺射的發生，需要減小該電弧再次發生時電流值la。作為要減小該電弧再次發生時電流值Ia的方法，以往提出了各種各樣的附加了檢測上述的縮頸的發生以減少焊接電流Iw從而減小電弧再次發生時電流值Ia這一縮頸檢測控制方法的焊接電源。以下，對該現有技術(例如，參照專利文獻I)進行說明。圖7是搭載了現有技術的縮頸檢測控制方法的焊接裝置的框圖。焊接電源PS是一般的消耗電極電弧焊接用的焊接電源，輸出焊接電壓Vw以及焊接電流Iw，并且將用于對進給電動機WM的旋轉進行控制的進給控制信號Fe輸出至進給電動機WM。減流電阻器R被串聯地插入在焊接電源PS的輸出，與該減流電阻器R并聯地連接有晶體管TR。焊絲I通過與進給電動機WM耦合的進給輥5的旋轉而通過焊炬4內來進給，在焊絲I與母材2之間發生電弧3。電壓檢測電路VD檢測焊接電壓Vw并輸出電壓檢測信號Vd。電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw并輸出電流檢測信號Id?？s頸檢測基準值設定電路VTN輸出預先規定的縮頸檢測基準值信號Vtn?？s頸檢測電路ND以該縮頸檢測基準值信號Vtn、上述的電壓檢測信號Vd以及上述的電流檢測信號Id作為輸入，并輸出下述的縮頸檢測信號Nd，S卩:如上述那樣在短路期間中的電壓上升值AV達到了縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時間點變為High電平、且在電弧再次發生從而電壓檢測信號Vd的值處于短路/電弧判別值Vta以上的時間點變為低電平。因此，該縮頸檢測信號Nd為High電平的期間成為上述的縮頸檢測時間Τη。如上述那樣，也可在短路期間中的電壓檢測信號Vd的微分值達到了與之對應的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時間點，將縮頸檢測信號Nd變化為High電平。而且，也可以通過電壓檢測信號Vd的值除以電流檢測信號Id的值而算出熔滴的電阻值，并在該電阻值的微分值達到了與之對應的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時間點，將縮頸檢測信號Nd變化為High電平。驅動電路DR輸出下述驅動信號Dr，S卩:在該縮頸檢測信號Nd為低電平之時(非縮頸檢測時)將上述的晶體管TR變為導通狀態。因此，在上述的縮頸檢測信號Nd為High電平之時(縮頸檢測時)，上述的晶體管TR處于截止狀態。圖8是上述的焊接裝置的各信號的時序圖。圖8(A)表示焊接電流Iw的時間變化，圖8(B)表示焊接電壓Vw的時間變化，圖8(C)表示縮頸檢測信號Nd的時間變化，圖8(D)表示驅動信號Dr的時間變化。以下，參照該圖來進行說明。在圖8中，時刻t2 t3的縮頸檢測時間Tn以外的期間如圖8(C)所示那樣，縮頸檢測信號Nd為低電平，所以如圖8(D)所示那樣，驅動信號Dr成為High電平。其結果，晶體管TR處于導通狀態，減流電阻器R被短路，所以成為與通常的消耗電極電弧焊接用的焊接裝置相同的動作。在時刻t2，如圖8 (B)所示，如果在短路期間Ts中焊接電壓Vw上升、且檢測到電壓上升值AV與預先規定的縮頸檢測基準值信號Vtn的值相等，從而判別出熔滴發生了縮頸，則如圖8(C)所示那樣，縮頸檢測信號Nd變為High電平。與之相應地，如圖8(D)所示，驅動信號Dr變為低電平，所以晶體管TR處于截止狀態。其結果，減流電阻器R被插入至焊接電流Iw的通電路徑。該減流電阻器R的值被設定在短路負載(0.01 0.03 Ω左右)的10倍以上這樣的大的值(0.5 3Ω左右)。為此，在焊接電源內的直流電抗器以及電纜的電抗器中所蓄積的能量被急速放電，如圖8 (A)所示那樣，焊接電流Iw急劇減少而變為小電流值的低電平電流II。在這里，若設焊接電源PS的輸出電壓為50V，減流電阻器R為I Ω，則該低電平電流Il為50A。如圖8(B)所示，由于在時刻t2焊接電流Iw急劇減少，因而焊接電壓Vw在暫時減少之后急速上升。之后，在時刻t3，若短路被斷開從而再次發生電弧，則如圖8(B)所示，焊接電壓Vw處于預先規定的短路/電弧判別值Vta以上。若檢測到該情形，則如圖8 (C)所示，縮頸檢測信號Nd變為低電平，如圖8(D)所示，驅動信號Dr變為High電平。其結果，晶體管TR處于導通狀態，成為通常的消耗電極電弧焊接的控制。在時刻t3，若再次發生電弧從而晶體管TR處于導通狀態，則如圖8(A)所示，焊接電流Iw增加到預先規定的初始電弧電流值Iai，在時刻t3 t31的預先規定的初始電弧期間Tai期間維持該值，時刻t31過渡，以斜坡狀進行減少，收斂至由電弧負載和進給速度所決定的值。通過該動作能夠減小時刻t3的電弧再次發生時電流值Ia，所以能夠抑制濺射的發生。作為在檢測到縮頸之時使焊接電流Iw急速減少的手段，在上述中說明了將減流電阻器R插入至通電路徑的方法。作為除此之外的手段，也存在下述方法:在焊接裝置的輸出端子之間借助開關元件來并聯連接電容器，若檢測到縮頸則將開關元件設為接通狀態，由電容器通電放電電流，以使焊接電流Iw急速減少(例如，參照專利文獻2)。在上述的縮頸檢測控制方法中，為了增大濺射發生量的抑制效果，重要的是正確地檢測縮頸的發生?？s頸的發生及其行進狀態根據保護氣體的種類、焊絲的種類、焊接接頭、焊絲的進給速度、焊接姿勢等焊接條件而發生變化。為此，需要根據焊接條件來使對縮頸的發生進行檢測的靈敏度適當化。通過使上述的縮頸檢測基準值Vtn進行增減，能夠調整該縮頸檢測的靈敏度。即、若使縮頸檢測基準值Vtn增加則靈敏度變低，相反地，若使縮頸檢測基準值Vtn減少則靈敏度變高。若縮頸檢測基準值Vtn過大則靈敏度會過低，從而上述的縮頸檢測時間Tn變短，在時間上也會產生無法檢測縮頸的時刻，直到電弧再次發生為止無法充分地減少焊接電流，所以濺射發生量的抑制效果變小。相反地，若縮頸檢測基準值Vtn過小則靈敏度會過高，從而上述的縮頸檢測時間Tn過長，由于不容易再次發生電弧，則焊接狀態變得不穩定。因此，可以說上述的縮頸檢測時間Tn處于50 500 μ s左右的范圍內之時是縮頸檢測基準值Vtn被設定成適當值之時。如上述那樣，縮頸檢測基準值Vtn根據焊接條件被設定成適當值。但是，由于進給速度的變動、熔池的不規則運動、熔滴形狀的偏差等變動要因，即便使縮頸檢測基準值Vtn適當化，縮頸檢測時間Tn也會產生偏差。該偏差的范圍如上述那樣，在為50 500μ s左右之時，幾乎不會對濺射的發生以及焊接狀態的穩定性產生那種程度的壞影響。另外，即便縮頸檢測時間Tn偶爾會小于50 μ s，也只是濺射略有增加的程度，并不是大的問題。相反地，若縮頸檢測時間Tn超過500 μ S、尤其是1000 μ s以上，則焊接狀態變得不穩定，以至于達到不再次發生電弧的狀態。為此，在從檢測到縮頸的時間點起經過的經過時間即便達到了基準時間也不會再次發生電弧之時，慣用下述的補償控制，即:使焊接電流Iw增加以增大向焊絲的伸出部的熱輸入，將伸出部變為高溫后通過熔斷來引導電弧的再次發生。以下，對該補償控制(例如，參照專利文獻3)進行說明。圖9是用于說明補償控制的上述的圖8所對應的各信號的時序圖。圖9(A)表示焊接電流Iw的時間變化，圖9 (B)表示焊接電壓Vw的時間變化，圖9 (C)表示縮頸檢測信號Nd的時間變化，圖9(D)表示驅動信號Dr的時間變化。在該圖9中，除了時刻t21 t3的補償期間Th的動作以外，其余均與圖8相同，因此省略它們的說明。以下，參照該圖來說明時刻t21 t3的補償期間Th的動作。從時刻t2的縮頸檢測時間點起經過的經過時間t，在時刻t21達到了預先規定的基準時間Tt之時，如圖9(B)所示，焊接電壓Vw小于短路/電弧判別值Vta，所以仍未再次發生電弧。在這種情況下，如圖9(D)所示，將驅動信號Dr變化為High電平。因為若驅動信號Dr變為High電平則圖7的晶體管TR處于導通狀態，所以如圖9 (A)所示，焊接電流Iw從低電平電流Il以急劇的傾斜度進行增加而成為規定值的高電平電流Ih。該急劇的傾斜度為焊接裝置能輸出的最快的傾斜度，為lOOOA/ms左右。高電平電流Ih為500A左右。因為若焊接電流Iw變大則電磁收縮力也變大，所以促使縮頸的行進，在時刻t3再次發生電弧。焊接電壓Vw如圖9(B)所示那樣，在時刻t2之后立刻暫時減少，然后緩慢上升到時刻t21。之后，若在時刻t21焊接電流Iw增加至高電平電流Ih，則焊接電壓Vw急速上升，若在時刻t3再次發生電弧，則成為短路/電弧判別值Vta以上的電弧電壓值。若在時刻t3再次發生電弧，則如圖9(A)所示,焊接電流Iw被控制在上述的初始電弧電流值Iai,在時刻t3 t31的上述初始電弧期間Tai期間維持該值，時刻t31過渡，以斜坡狀進行減少，而收斂至由電弧負載和進給速度所決定的值。如圖9(C)所示，從時刻t2的縮頸檢測時間點到時刻t3的電弧再次發生為止，縮頸檢測信號Nd變為High電平。如圖9(D)所示，驅動信號Dr從時刻t21起變為High電平。上述的基準時間Tt被設定在1000 μ s左右。該基準時間Tt根據焊絲的種類、保護氣體的種類、進給速度、焊接接頭、焊接姿勢等而被設定為適當值。專利文獻1:日本特開2006-281219號公報專利文獻2:日本特開2005-288540號公報專利文獻3:日本特開2006-116585號公告

發明內容
如上述，即便在從縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到了基準時間Tt也不會再次發生電弧之時，在從該時間點到電弧再次發生為止的補償期間Th中，通過通電大電流值的高電平電流Ih，來抑制焊接狀態變得不穩定。在該補償期間Th中，焊絲的伸出部由于焦耳熱而被加熱從而處于高溫狀態，在伸出部的中間位置處熔斷而再次發生電弧。在該情況下，再次發生了電弧的時間點時的電弧長度，長于在圖8中以沒有上述補償期間Th的通常狀態再次發生了電弧之時的電弧長度。而且，再次發生了電弧的時間點時的伸出部的溫度，與以沒有補償期間Th的通常狀態再次發生了電弧之時相比，成為高溫。這樣，在補償期間Th后再次發生了電弧之時，處于電弧長度較長的狀態，伸出部也成為高溫。若在該狀態下通電大電流值的初始電弧電流Iai，則促使焊絲的熔融從而電弧長度變得更長，焊接狀態變得不穩定。因此，在本發明中，其目的在于提供一種消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，能夠抑制在補償期間后再次發生了電弧之時電弧長度變得過長而焊接狀態變得不穩定。為了解決上述的問題，技術方案I的發明為消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，當處于焊絲與母材之間重復電弧發生狀態和短路狀態的消耗電極電弧焊接之際，若從短路狀態起檢測到電弧再次發生的前兆現象、即熔滴的縮頸，則使焊接電流Iw減少到低電平電流值，在從所述縮頸檢測時間點起經過的經過時間在電弧再次發生之前達到了預先規定的基準時間的時候，使所述焊接電流Iw增加到高電平電流值以使電弧再次發生，若電弧再次發生則使所述焊接電流Iw發生變化直到初始電弧電流值為止并進行通電，其特征在于，在從所述焊接電流Iw開始向所述高電平電流值增加的時間點到電弧再次發生為止的補償期間中，算出與被供給至焊絲的伸出部的熱輸入量相關的值，并使所述初始電弧電流值根據所述相關值而發生變化。技術方案2的發明為技術方案I記載的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于，預先設定焊絲的伸出部的電阻值Rw,通過Qd = / Iw.Iw.Rw.dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。技術方案3的發明為技術方案I記載的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于，通過Qd = / Iw.dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。技術方案4為技術方案I記載的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于，通過Qd = / dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。發明效果根據本發明，根據相關值而使初始電弧電流值適當化，由此能夠抑制在補償期間后再次發生了電弧之時電弧長度變得過長、焊接狀態變得不穩定。


圖1是用于實施本發明的實施方式涉及的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法的焊接裝置的框圖。圖2是圖1的焊接裝置中的各信號的時序圖。圖3是表示內置于圖1的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第I例的圖。圖4是表示內置于圖1的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第2例的圖。圖5是表示內置于圖1的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第3例的圖。圖6是表示在現有技術中，重復短路期間Ts和電弧期間Ta的消耗電極電弧焊接中的電流、電壓波形以及熔滴過渡的圖。圖7是搭載了現有技術的縮頸檢測控制方法的焊接裝置的框圖。圖8是圖7的焊接裝置中的各信號的時序圖。圖9是用于對現有技術中的補償控制進行說明的上述的圖8所對應的各信號的時序圖。符號說明:I 焊絲Ia 熔滴
Ib 縮頸2 母材2a 熔池3 電弧4 焊炬5 進給輥CM 電流比較電路Cm 電流比較信號DR 驅動電路Dr 驅動信號Ea 誤差放大信號EI電流誤差放大電路Ei電流誤差放大信號EV 電壓誤差放大電路Ev電壓誤差放大信號Fe 進給控制信號Ia 電弧再次發生時電流值Iai 初始電弧電流IAIR 初始電弧電流設定電路Iair 初始電弧電流設定信號ID電流檢測電路
Id 電流檢測信號Ih 高電平電流IHR 高電平電流設定電路Ihr 高電平電流設定信號Il低電平電流ILR 低電平電流設定電路Ilr 低電平電流設定信號IR電流設定電路Ir電流設定信號Iw 焊接電流ND 縮頸檢測電路Nd 縮頸檢測信號PM電源主電路PS焊接電源

QD 熱輸入相關值算出電路Qd 熱輸入相關值信號/相關值R減流電阻器Rw 伸出部的電阻值S向上(立上>9 )傾斜度SD 短路/電弧判別電路Sd短路/電弧判別信號SR向上傾斜度設定電路Sr向上傾斜度設定信號Sff控制切換電路t經過時間Ta電弧期間Tai初始電弧期間TAID初始電弧期間判別電路Taid初始電弧期間判別信號TAIR初始電弧期間設定電路Tair初始電弧期間設定信號Th補償期間THD補償期間判別電路Thd補償期間判別信號Tn縮頸檢測時間TR晶體管Ts短路期間Tt基準時間TTR基準時間設定電路
Ttr基準時間設定信號VD電壓檢測電路Vd電壓檢測信號VR電壓設定電路Vr電壓設定信號Vs短路電壓值Vta短路/電弧判別值VTN 縮頸檢測基準值設定電路Vtn縮頸檢測基準值(信號)Vw焊接電壓麗進給電動機AV電壓上升值
具體實施例方式以下，參照附圖來說明本發明的實施方式。

圖1是用于實施本發明的實施方式涉及的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法的焊接裝置的框圖。以下，參照該圖，對各塊進行說明。電源主電路PM將3相200V等商用電源(省略圖示)作為輸入，按照后述的誤差放大信號Ea來進行逆變器控制等輸出控制，并輸出焊接電壓Vw以及焊接電流Iw。雖然省略了圖示，但是該電源主電路PM由下述部件構成:對商用電源進行整流的初級整流器、將被整流后的直流平滑化的平滑電容器、將被平滑后的直流變換成高頻交流的逆變器電路、將高頻交流降壓至適于焊接的電壓值的高頻變壓器、將被降壓后的高頻交流整流成直流的次級整流器、將被整流后的直流平滑化的電抗器、將誤差放大信號Ea作為輸入來進行脈沖寬度調制控制的調制電路、將脈沖寬度調制控制信號作為輸入來驅動逆變器電路的開關元件的逆變器驅動電路。減流電阻器R被插入在上述的電源主電路PM與焊炬4之間。該減流電阻器R的值與上述的現有技術同樣。晶體管TR與減流電阻器R并聯連接，按照后述的驅動信號Dr來進行接通或斷開控制。焊絲I通過與進給電動機(省略圖示)結合的進給輥5的旋轉而在焊炬4內被進給，在焊絲I與母材2之間發生電弧3。在焊絲I與母材2之間施加焊接電壓Vw，在電弧3中通電焊接電流Iw。在該圖1中，關于對焊絲的進給進行控制的電路，省略圖示。電流檢測電路ID檢測上述的焊接電流Iw，并輸出電流檢測信號Id。電壓檢測電路VD檢測上述的焊接電壓Vw，并輸出電壓檢測信號Vd。 短路/電弧判別電路SD將上述的電壓檢測信號Vd作為輸入，并輸出下述短路/電弧判別信號Sd，即:該輸入值小于預先規定的短路/電弧判別值Vta之時判別處于短路狀態而變為High電平，在為以上之時判別處于電弧發生狀態而變為低電平?？s頸檢測電路ND與現有技術同樣地，將上述的電壓檢測信號Vd以及上述的電流檢測信號Id作為輸入，并輸出下述的縮頸檢測信號Nd，即:如上述那樣在短路期間中的電壓上升值AV達到了預先規定的縮頸檢測基準值Vtn的值的時間點變為High電平，在電弧再次發生從而電壓檢測信號Vd的值處于短路/電弧判別值Vta以上的時間點變為低電平。如上述，也可在短路期間中的電壓檢測信號Vd的微分值達到了與之對應的縮頸檢測基準值Vtn的時間點，將縮頸檢測信號Nd變化為High電平。而且，也可通過電壓檢測信號Vd的值除以電流檢測信號Id的值而算出熔滴的電阻值，并在該電阻值的微分值達到了與之對應的縮頸檢測基準值Vtn的時間點，將縮頸檢測信號Nd變化為High電平。低電平電流設定電路ILR輸出預先規定的低電平電流設定信號Ilr。該低電平電流設定信號Ilr的值被設定在50A左右。電流比較電路CM將該低電平電流設定信號Ilr以及上述的電流檢測信號Id作為輸入，并輸出下述的電流比較信號Cm，S卩:在Id < Ilr之時變為High電平，在Id ^ Ilr之時變為低電平。驅動電路DR將該電流比較信號Cm以及上述的縮頸檢測信號Nd作為輸入，并向上述的晶體管TR的基極端子輸出下述的驅動信號Dr,即:若縮頸檢測信號Nd變化為High電平則變為低電平，若之后電流比較信號Cm變化為High電平則變化為High電平。因此，若檢測到縮頸，則該驅動信號Dr變為低電平，晶體管TR處于截止狀態，通電路徑中插入減流電阻器R，所以對短路負載進行通電的焊接電流Iw急劇減少。然后，若急劇減少后的焊接電流Iw的值減少到低電平電流設定信號Ilr的值，則驅動信號Dr變為High電平，晶體管TR處于導通狀態，所以減流電阻器R被短路，而返回到通常的狀態?；鶞蕰r間設定電路TTR輸出預先規定的基準時間設定信號Ttr。該基準時間設定信號Ttr的值被設定在600 1000 μ s左右。補償期間判別電路THD將該基準時間設定信號Ttr以及上述的縮頸檢測信號Nd作為輸入，并輸出下述的補償期間判別信號Thd，即:在縮頸檢測信號Nd處于High電平的時間達到了基準時間設定信號Ttr的值的時間點被置位為High電平，在縮頸檢測信號Nd變化為低電平的時間點被復位為低電平。因此，該補償期間判別信號Thd是在補償期間中處于High電平的信號。高電平電流設定電路IHR輸出預先規定的高電平電流設定信號Ihr。該高電平電流設定信號Ihr的值為400 600A左右。向上傾斜度設定電路SR輸出預先規定的向上傾斜度設定信號Sr。該向上傾斜度 設定信號Sr的值為300 600A/ms左右。熱輸入相關值算出電路QD將上述的電流檢測信號Id以及上述的補償期間判別信號Thd作為輸入，在補償期間判別信號Thd為High電平的期間中，進行由下式定義的積分，并輸出熱輸入相關值信號Qd。I)式 Qd = / Id.Id.Rw.dt其中，Rw為焊絲的伸出部的電阻值，如果供電焊嘴(千” 7°, tip)與母材之間的距離、以及焊絲的種類確定，則為確定的常數。例如，在供電焊嘴與母材之間的距離為20mm、且焊絲的直徑為1.2mm的鋼鐵絲的情況下，則有伸出部的電阻值Rw = 0.01 Ω。通過該積分來算出在補償期間中被供給至伸出部的熱輸入量。與下式的情況相比，根據該式能夠更正確地算出熱輸入量。2)式 Qd = / Id.dt雖然在上述I)式中需要進行乘法運算，但因為乘法運算負擔大，所以在此進行省略。該Qd成為與補償期間中的向伸出部的熱輸入量相關(成比例)的值。3)式 Qd = / dt若假定補償期間中的焊接電流為固定值，則上述I)式中的Id*Id*RW為常數。因此，該Qd成為與補償期間中的向伸出部的熱輸入量相關(成比例)的值。該Qd測量了補償期間的時間長度。有:Qd = Th。如果使用該式，則運算負擔最小。初始電弧期間設定電路TAIR輸出預先規定的初始電弧期間設定信號Tair。該初始電弧期間設定信號Tair的值為I 3ms左右，根據焊絲的種類、保護氣體的種類、進給速度等而被設定為適當值。初始電弧電流設定電路IAIR將上述的熱輸入相關值信號Qd作為輸入，根據預先規定的電流設定函數來算出初始電弧電流設定信號lair。該初始電弧電流設定信號Iair的值被自動設定在100 400A左右。該電流設定函數是熱輸入相關值信號Qd的值越大則初始電弧電流設定信號Iair的值越小的函數。關于該函數，用圖3 圖5在后面敘述。初始電弧期間判別電路TAID將上述的短路/電弧判別信號Sd以及上述的初始電弧期間設定信號Tair作為輸入，并輸出下述的初始電弧期間判別信號Taid，即:自短路/電弧判別信號Sd從High電平(短路)變化為低電平(電弧)的時間點起，僅在由初始電弧期間設定信號Tair所決定的期間內變為High電平。電流設定電路IR將上述的短路/電弧判別信號Sd、上述的低電平電流設定信號Ilr、上述的縮頸檢測信號Nd、上述的補償期間判別信號Thd、上述的高電平電流設定信號Ihr、上述的向上傾斜度設定信號Sr、上述的初始電弧期間判別信號Taid以及上述的初始電弧電流設定信號Iair作為輸入，進行以下的處理，并輸出電流設定信號Ir。關于該電路的動作，還在圖2中進行詳細敘述。I)自短路/電弧判別信號Sd變化為High電平(短路)的時間點起，在預先規定的初始期間中，將預先規定的初始電流設定值作為電流設定信號Ir來輸出。2)然后，使電流設定信號Ir的值從上述的初始電流設定值以由預先規定的傾斜度設定值所決定的傾斜度而上升到預先規定的峰值設定值，并維持該值。3)若縮頸檢測信號Nd變化為High電平(縮頸檢測)，則將電流設定信號Ir的值切換為低電平電流設定信號Ilr的值。4)若補償期間判別信號Thd變化為High電平(縮頸檢測時間達到了基準時間的時間點)，則使電流設定信號Ir的值從低電平電流設定信號Ilr的值以由向上傾斜度設定信號Sr所決定的傾斜度而上升到高電平電流設定信號Ihr的值，并維持該值。5)若初始電弧期間判別信號Taid變為High電平，則將電流設定信號Ir的值切換為初始電弧電流設定信號Iair的值。電壓設定電路VR輸出用于對除了初始電弧期間之外的電弧期間中的焊接電壓進行設定的預先規定的電壓設定信號Vr。電流誤差放大電路EI放大上述的電流設定信號Ir(+)與上述的電流檢測信號Id(-)的誤差，并輸出電流誤差放大信號Ei。電壓誤差放大電路EV放大上述的電壓設定信號Vr(+)與電壓檢測信號Vd (-)的誤差，并輸出電壓誤差放大信號Εν?？刂魄袚Q電路SW將上述的電流誤差放大信號E1、上述的電壓誤差放大信號Εν、上述的短路/電弧判別信號Sd以及上述的初始電弧期間判別信號Taid作為輸入，在短路/電弧判別信號Sd為High電平(短路)之時或初始電弧期間判別信號Taid為High電平之時，將電流誤差放大信號Ei作為誤差放大信號Ea來輸出，在除此之外的期間中，將電壓誤差放大信號Ev作為誤差放大信號Ea來輸出。通過該電路，在短路期間以及初始電弧期間中成為恒流控制，在除了初始電弧期間之外的電弧期間中成為恒壓控制。圖2是圖1中敘述的焊接裝置中的各信號的時序圖。圖2(A)表示焊接電流Iw的時間變化，圖2⑶表示焊接電壓Vw的時間變化，圖2 (C)表示縮頸檢測信號Nd的時間變化，圖2 (D)表示驅動信號Dr的時間變化，圖2 (E)表示短路/電弧判別信號Sd的時間變化，圖2 (F)表示補償期間判別信號Thd的時間變化，圖2 (G)表示電流設定信號Ir的時間變化，圖2(H)表示初始電弧期間判別信號Taid的時間變化。該圖2是從縮頸檢測時間點起經過的經過時間在電弧再次發生之前達到了基準時間Tt的情況(存在補償期間的情況)，對應于上述的圖9。處于從縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到基準時間Tt之前電弧再次發生的正常狀態的情況下的時序圖，基本上為與上述的圖8相同的動作，所以省略該情況下的動作說明。以下，參照該圖2來進行說明。(I)從時刻tl的短路發生到時刻t2的縮頸檢測時間點為止的動作該期間中的動作與上述的圖8同樣。若在時刻tl焊絲與母材相接觸，則處于短路狀態，如圖2(B)所示，焊接電壓Vw急劇減少到幾V左右的短路電壓值。若判別該焊接電壓Vw變為小于短路/電弧判別值Vta的值，則如圖2 (E)所示，短路/電弧判別信號Sd從低電平變化為High電平。與之相應地，如圖2 (G)所示，電流設定信號Ir在時刻tl從初始電弧電流設定信號Iair的值變化為小值、即預先規定的初始電流設定值。電流設定信號Ir如圖2(G)所示那樣，在時刻tl til的預先規定的初始期間中成為預先規定的初始電流設定值，在時刻til tl2的期間中以由預先規定的傾斜度設定值所決定的傾斜度進行上升，在時刻tl2 t2的期間中成為預先規定的峰值設定值。在短路期間中如上述那樣被進行恒流控制，所以焊接電流Iw被控制在相當于電流設定信號Ir的值。為此，如圖2(A)所示，焊接電流Iw在時刻tl從電弧期間的焊接電流起急劇減少,在時刻tl til的初始期間中成為初始電流值，在時刻til tl2的期間中以規定傾斜度進行上升，在時刻tl2 t2的期間中成為峰值。如圖2(B)所示，焊接電壓Vw從焊接電流Iw成為峰值的時刻tl2附近起急速上升。這是因為，熔滴發生了縮頸。如圖2(C)所示，縮頸檢測信號Nd在后述的時刻t2 t3的期間以外的期間中變為低電平。如圖2(D)所示，驅動信號Dr在后述的時刻t2 t21的期間中變為低電平，在除此之外的期間中變為High電平。因此，在該圖2中，在時刻t2以前的期間中，驅動信號Dr為High電平，圖1的晶體管TR處于導通狀態，所以減流電阻器R被短路，成為與通常的消耗電極電弧焊接裝置相同的狀態。如圖2(F)所示，補償期間判別信號Thd，在后述的時刻t22 t3的期間中變為High電平，在除此之外的期間中變為低電平。如圖2(H)所示，初始電弧期間判別信號Taid，在后述的時刻t3 t31的期間中變為High電平，在除此之外的期間中變為低電平。(2)從時刻t2的縮頸檢測時間點開始至到達時刻t22的基準時間Tt為止的動作在時刻t2，如圖2(B)所示，焊接電壓Vw急速上升，若相距初始期間中的電壓值的電壓上升值Λ V變得等于預先規定的縮頸檢測基準值Vtn而檢測到縮頸，則如圖2 (C)所示，縮頸檢測信號Nd變化為High電平。與之相應地,如圖2(D)所示,驅動信號Dr變為低電平，所以圖1的晶體管TR處于截止狀態，減流電阻器R被插入至通電路徑。同時，如圖2(G)所示，電流設定信號Ir減小為低電平電流設定信號Ilr的值。為此，如圖2(A)所示，焊接電流Iw從峰值向低電平電流值Il急劇減少。之后，若在時刻t21焊接電流Iw減少到低電平電流值II，則如圖2(D)所示，驅動信號Dr返回到High電平，圖1的晶體管TR處于導通狀態，減流電阻器R被短路。如圖2(A)所示，因為電流設定信號Ir為低電平電流設定信號Ilr保持不變，所以焊接電流Iw維持低電平電流值II。因此，晶體管TR僅處于從在時刻t2檢測到縮頸起到在時刻t21焊接電流Iw減少到低電平電流值Il為止的期間中，處于截止狀態。如圖2(B)所示，焊接電壓Vw從時刻t2起暫時減少之后緩慢上升。但是，該圖2是在從時刻t2的縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到基準時間Tt的時刻t22之前并沒有再次發生電弧的情況，所以焊接電壓Vw并不會急速上升到時刻t22而變為短路/電弧判別值Vta以上。(3)從達到了時刻t22的基準時間Tt的時間點到時刻t3的電弧再次發生為止的動作在時刻t22，若從在時刻t2縮頸檢測信號Nd變為High電平的時間點起經過的經過時間達到了由基準時間設定信號Ttr所決定的基準時間Tt，則如圖2 (F)所示，補償期間判別信號Thd變化為High電平。與之對應地，如圖2 (G)所示，電流設定信號Ir從低電平電流設定信號Ilr的值起以由向上傾斜度設定信號Sr所決定的傾斜度而上升到高電平電流設定信號Ihr的值，并維持該值。為此，如圖2(A)所示，焊接電流Iw從低電平電流值Il起以規定的向上傾斜度S而上升到高電平電流值Ih，并維持該值。在該圖2中，高電平電流值Ih為固定值，但是也可隨著時間經過而以比上述的向上傾斜度S還小的傾斜度進行增力口。由于焊接電流Iw增加，促使焊絲的伸出部的焦耳加熱而在伸出部發生熔斷，在時刻t3再次發生電弧。另外，在圖2(F)所示的補償期間判別信號Thd為High電平的本期間中，如上述那樣算出圖1的熱輸入相關值信號Qd。(4)時刻t3 t31的初始電弧期間Tai中的動作若在時刻t3再次發生電弧，則如圖2(B)所示，焊接電壓Vw從焊接電流Iw成為高電平電流值Ih的附近起急劇上升，在時刻t3變為短路/電弧判別值Vta以上。與之相應地，如圖2(E)所示，短路/電弧判別信號Sd變化為低電平。與之相應地，如圖2(H)所示，初始電弧期間判別信號Taid變化為High電平，維持High電平直到由初始電弧期間設定信號Tair所決定的時刻t31為止。在該期間中，焊接裝置持續恒流控制的狀態不變。如圖2(G)所示，電流設定信號Ir在時刻t3變化為初始電弧電流設定信號Iair的值。其結果，如圖2㈧所示，焊接電流Iw從高電平電流值Ih向初始電弧電流值Iai變化。該初始電弧電流設定信號Iair的值，如上述是通過以由前項算出的熱輸入相關值信號Qd為輸入的預先規定的電流設定函數而自動設定的。如圖2(B)所示，焊接電壓Vw成為幾十V的電弧電壓值，成為與電弧長度對應的值。另外，如圖2(C)所示，因為焊接電壓Vw變為短路/電弧判別值Vtn以上，所以縮頸檢測信號Nd變化為低電平。同樣地，如圖2(F)所示，補償期間判別信號Thd也變化為低電平。如圖2(G)所示，雖然電流設定信號Ir在時刻t31以后沒有被使用于控制中，但是卻維持該值不變。(5)時刻t31 t4的初始電弧期間Tai以后的電弧期間的動作在時刻t31，如圖2⑶所示，若初始電弧期間判別信號Taid變化為低電平，則焊接裝置從恒流控制切換成恒壓控制。為此，如圖2(A)所示，焊接電流Iw以斜坡狀進行減少，而收斂至由電弧負載和進給速度所決定的值。圖3是表示在內置于圖1中敘述的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第I例的圖。該圖3是由上述的I)式而算出熱輸入相關值信號Qd的情況。圖3的橫軸表不熱輸入相關值信號Qd(J),成為O 50的范圍?？v軸表不初始電弧電流設定信號Iair(A)，成為O 400的范圍。圖3是焊絲的直徑為1.2mm的鋼鐵絲的情況，是保護氣體100%為二氧化碳氣體的情況,是進給速度為8.5m/min(焊接電流平均值為250A)的情況，是伸出部電阻值Rw為0.01 Ω的情況。以下，參照該圖3來進行說明。電流設定函數，在Qd = O時Iair = 300，伴隨著Qd的值增大而Iair的值以向右下方傾斜的直線狀進行減少，在Qd = 25時Iair = 200,此外即便隨著Qd的進一步增大，Iair仍然維持該值。在Qd = O時,是從縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到基準時間之前再次發生了電弧的情況(沒有補償期間的情況)，是上述的圖8的情況。圖4是表示內置于圖1中敘述的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第2例的圖。該圖4是由上述的2)式而算出熱輸入相關值信號Qd的情況。該圖4的橫軸表不熱輸入相關值信號Qd(A *s),成為O 10的范圍。縱軸表不初始電弧電流設定信號Iair(A)，成為O 400的范圍。該圖4是焊絲的直徑為1.2mm的鋼鐵絲的情況，是保護氣體100%為二氧化碳氣體的情況,進給速度為8.5m/min(焊接電流平均值為250A)的情況。以下，參照該圖4來進行說明。電流設定函數,在Qd = O時Iair = 300,伴隨著Qd的值的增大而Iair的值以向右下方傾斜的直線狀進行減少，在Qd = 5時Iair = 200,然后即便Qd進一步增大，Iair仍然維持該值。在Qd = O時，是從縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到基準時間之前再次發生了電弧的情況(沒有補償期間的情況)，是上述的圖8的情況。圖5是表示內置于圖1中敘述的初始電弧電流設定電路IAIR中的電流設定函數的第3例的圖。該圖5是由上述的3)式而算出熱輸入相關值信號Qd的情況。該圖5的橫軸表不熱輸入相關值信號Qd(ms),成為O 20的范圍?？v軸表不初始電弧電流設定信號Iair(A)，成為O 400的范圍。該圖5是焊絲的直徑為1.2mm的鋼鐵絲的情況，是保護氣體100%為二氧化碳氣體的情況，是進給速度為8.5m/min (焊接電流平均值為250A)的情況。以下，參照該圖5來進行說明。電流設定函數,在Qd = O時Iair = 300,伴隨著Qd的值的增大而Iair的值以向右下方傾斜的直線狀進行減少，在Qd = 10時Iair = 200,然后即便Qd進一步增大，Iair仍然維持該值。在Qd = O時，是從縮頸檢測時間點起經過的經過時間達到基準時間之前再次發生了電弧的情況(沒有補償期間的情況)，是上述的圖8的情況。在圖3 圖5中如上述那樣，電流設定函數基本上是若熱輸入相關值信號Qd的值變大則初始電弧電流設定信號Iair的值變小這樣的函數。并且，若熱輸入相關值信號Qd的值變為規定值以上，則初始電弧電流設定信號Iair的值變為固定值。這是因為，將下限值設定成初始電弧電流設定信號Iair的值。設置下限值是因為，若初始電弧電流設定信號Iair的值變得過小，則焊接狀態會變得不穩定。在這些圖中，也可取代向右下方傾斜的直線，而以曲線狀或階梯狀進行變化。電流設定函數根據焊絲的種類、保護氣體的種類、進給速度等，通過實驗被設定成適當模式。其次，對本實施方式的作用效果進行說明。在補償期間Th中，通電大電流，伸出部被進行焦耳加熱而變為高溫，發生熔斷，再次發生電弧。為此，在補償期間Th后再次發生了電弧之時，電弧再次發生時間點的電弧長度以及伸出部的溫度根據在補償期間Th中被供給至伸出部的熱輸入而發生變化。在本實施方式中，算出與補償期間Th中的向伸出部的熱輸入相關的值(熱輸入相關值信號Qd)，并根據該相關值而使初始電弧期間Tai中的初始電弧電流值Iai發生變化。即、伴隨著相關值的變大，初始電弧電流值Iai變小。由此，能夠使初始電弧期間Tai結束了的時間點的電弧長度以及伸出部的溫度適當化。其結果，能夠使焊接狀態穩定化。因此，根據本實施方式，通過根據相關值使初始電弧電流值適當化，從而能夠抑制在補償期間后再次發生了電弧之時電弧長度變得過長、焊接狀態變得不穩定。
權利要求
1.種消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法， 當處于在焊絲與母材之間重復電弧發生狀態和短路狀態的消耗電極電弧焊接之際，若從短路狀態起檢測到電弧再次發生的前兆現象、即熔滴的縮頸，則使焊接電流Iw減少直到低電平電流值為止，在從所述縮頸檢測時間點起經過的經過時間在電弧再次發生之前達到了預先規定的基準時間時，使所述焊接電流Iw增加直到高電平電流值為止以使電弧再次發生，若電弧再次發生則使所述焊接電流Iw產生變化直到初始電弧電流值為止并進行通電，該消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法的特征在于， 在從所述焊接電流Iw開始向所述高電平電流值增加的時間點到電弧再次發生為止的補償期間中，算出與被供給至焊絲的伸出部的熱輸入量相關的值，并使所述初始電弧電流值根據所述相關值而發生變化。
2.據權利要求1所述的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于， 預先設定焊絲的伸出部的電阻值Rw,通過Qd = / Iw.Iw.Rw.dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。
3.據權利要求1所述的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于， 通過Qd = / Iw.dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。
4.據權利要求1所述的消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，其特征在于， 通過Qd = / dt這一所述補償期間中的積分來算出所述相關值Qd。
全文摘要
本發明提供一種消耗電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法。在檢測熔滴的縮頸而使焊接電流急劇減少的縮頸檢測控制方法中，能夠抑制在從縮頸檢測到電弧再次發生為止的時間較長之時焊接狀態變得不穩定。若檢測到熔滴的縮頸，則使焊接電流(Iw)減少直到低電平電流值(Il)為止。在從縮頸檢測時間點起經過的經過時間在電弧再次發生之前達到了基準時間時，使焊接電流(Iw)增加直到高電平電流值(Ih)為止。若電弧再次發生，則使焊接電流(Iw)變化到初始電弧電流值(Iai)。并且，使該初始電弧電流值(Iai)根據與補償期間(Th)中的向焊絲的熱輸入量相關的值而發生變化。由此，能夠使電弧再次發生后的電弧長度適當化，故能夠使焊接狀態穩定化。
文檔編號B23K9/073GK103084704SQ201210406010
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月23日 優先權日2011年11月4日
發明者井手章博 申請人:株式會社大亨