專(zhuān)利名稱(chēng)：脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耗電極式脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，尤其是涉及對(duì)伴隨焊絲和母材之間短路的焊絲熔融量的變化進(jìn)行補(bǔ)償，控制電弧長(zhǎng)度變化，用于確保良好的焊接品質(zhì)的焊接電流控制方法。
背景技術(shù)：
在耗電極式電弧焊接中，為了取得良好的焊接品質(zhì)，維持焊接中電弧長(zhǎng)度為合適值是重要的。電弧長(zhǎng)度由焊絲送進(jìn)速度Ws[mm/s](以下稱(chēng)為送進(jìn)速度)和焊絲熔融速度Ms[mm/s](以下稱(chēng)為熔融速度)之差決定。即電弧長(zhǎng)度在Ws＝Ms時(shí)不變化，處于一定的原樣狀態(tài)下，在Ws＞Ms時(shí)向變短方向變化，在Ws＜Ms時(shí)向變長(zhǎng)方向變化。因此，若設(shè)定送進(jìn)速度Ws，則電弧長(zhǎng)度的變化由熔融速度Ms決定。已知該熔融速度Ms由下式確定。
Ms＝α·Iaa+β·L·Iwa·Iwa…… (1)式這里，Iaa[A]是電弧電流(焊絲和母材之間產(chǎn)生電弧時(shí)，在焊絲和母材之間流過(guò)的電流)的平均值，Iwa[A]是包含電弧電流及短路電流(在焊絲和母材之間短路時(shí)，在焊絲和母材間流過(guò)的電流)的焊接電流Iw的平均值，L[mm]是焊絲突出長(zhǎng)度，α表示由電弧電流產(chǎn)生的電弧熱對(duì)焊絲熔融貢獻(xiàn)度的系數(shù)，β是表示由焊接電流產(chǎn)生的焦耳熱對(duì)焊絲熔融貢獻(xiàn)度的系數(shù)。
根據(jù)上述(1)式，由于因焊接電流Iw引起熔融速度Ms變化，所以通過(guò)控制焊接電流Iw來(lái)控制熔融速度Ms，據(jù)此，可以控制電弧長(zhǎng)度在合適值。因此，由于在耗電極式電弧焊接中，可以通過(guò)焊接電壓Vw(在焊絲和母材間的電壓)檢測(cè)電弧長(zhǎng)度，檢測(cè)焊接電壓Vw的平均值Vav，通過(guò)控制焊接電流Iw以便使該檢測(cè)值與預(yù)定的電壓設(shè)定值Vr(與電弧長(zhǎng)度的合適值相當(dāng))大體相等，可以控制電弧長(zhǎng)度為合適值。即使在作為電弧焊接之一的脈沖電弧焊接中，上述所示仍舊適用。以下，對(duì)作為現(xiàn)有技術(shù)1(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法加以說(shuō)明。
圖7是脈沖電弧焊接的電壓·電流波形圖，該圖(A)是焊接電壓Vw的波形，該圖(B)是焊接電流Iw的波形。以下參照該圖加以說(shuō)明。
①時(shí)刻t1～t2的期間Tp在期間Tp(以下，稱(chēng)為峰值期間)，如該圖(B)所示，為了通過(guò)噴射移位狀態(tài)使焊絲的熔滴移位到母材上，在焊絲中通入與預(yù)定為臨界電流值以上的峰值電流設(shè)定值Ipr相當(dāng)?shù)姆逯惦娏鱅p，如該圖(A)所示，與電弧長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的峰值電壓Vp加在焊絲和母材之間。該峰值期間Tp及峰值電流Ip之值根據(jù)焊絲種類(lèi)，保護(hù)氣體的種類(lèi)等設(shè)定為所謂1脈沖1熔滴移位的良好熔滴移位狀態(tài)的合適值。
②時(shí)刻t2～t3的期間Tb在期間Tb(以下稱(chēng)為基值期間Tb)，如圖(B)所示，在焊絲中通入與不足上述臨界電流值數(shù)十A左右的基值電流設(shè)定值Ibr相當(dāng)?shù)幕惦娏鱅b，如該圖(A)所示，在焊絲和母材之間施加與電弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的基值電壓Vb。該基值期間Tb通過(guò)反饋控制確定，以使焊接電壓Vw的平均值Vav大體與電壓設(shè)定值Vr相等。這樣，通過(guò)控制基值期間Tb，如上所述，使焊接電流Iw的平均值Iwa和電弧電流平均值Iaa變化，且使熔融速度Ms變化，將電弧長(zhǎng)度控制在合適值。
③時(shí)刻t21～t22的期間Ts若在上述基值期間Tb中的時(shí)刻t21～t22期間Ts(以下把該期間稱(chēng)為短路期間Ts)發(fā)生短路，則如該圖(A)所示，焊接電壓Vw成為數(shù)伏左右的低電壓(以下，把該電壓稱(chēng)為短路電壓)，如該圖(B)所示，為了盡早地解除短路，在焊絲中通入預(yù)先設(shè)定為比基值電流Ib還大的電流Is(以下稱(chēng)為短路電流)。
如上所述，在焊接電弧焊接，重復(fù)由峰值期間Tp和基值期間Tb構(gòu)成的脈沖周期Tf并進(jìn)行焊接。若在脈沖周期Tf中發(fā)生短路，則為了使短路期間Ts中的焊接電壓Vw變化為短路電壓值，焊接電壓Vw的平均值Vav發(fā)生變化。如上所述，因?yàn)橥ㄟ^(guò)反饋控制焊接電壓Vw的平均值Vav來(lái)決定基值期間Tb，所以若焊接電壓Vw的平均值Vav變化，則基值期間Tb變化。可是，通常為了確保反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，計(jì)算出焊接電壓Vw平均值Vav的時(shí)間常數(shù)設(shè)定在數(shù)百ms(十幾～幾十脈沖周期)的大值。因此，使1次短路產(chǎn)生的焊接電壓Vw平均值Vav的變化為小值，此時(shí)的基值期間Tb的變化小。因此，脈沖周期Tf的變化也小。
根據(jù)上述(1)式，時(shí)刻t1～t3的脈沖周期Tf中的熔融量Ms1[mm]可以由以下式算出Ms1＝(α·Iaa1+β·L·Iwa1·Iwa1)·Tf ……(2)式其中，電弧電流平均值Iaa1及焊接電流平均值Iwa1為脈沖周期Tf中的平均值。
在這里，如果設(shè)定在脈沖周期Tf中不發(fā)生短路時(shí)，則在短路期間Ts中在焊絲中通入與基值電流設(shè)定值Ibr相當(dāng)?shù)幕惦娏鱅b。讓此時(shí)的電弧電流平均值為Iaa2，焊接電流平均值為Iwa2，如上所述，如果不論有無(wú)短路均使脈沖周期Tf大體相等，則熔融量Ms2可以通過(guò)下式算出。
Ms2＝(α·Iaa2+β·L·Iwa2·Iwa2)·Tf ……(3)式在設(shè)想不產(chǎn)生短路時(shí)，如果電弧長(zhǎng)度維持在合適值，則在脈沖周期Tf中的焊絲的送進(jìn)量Ws2[mm]和熔融量Ms2[mm]之間Ws2＝Ms2成立。因此，如果短路發(fā)生時(shí)的熔融量Ms1＝Ms2，則即使發(fā)生短路，電弧長(zhǎng)度也不變化，而可維持在合適值。在這里，取熔融量變化值ΔMs＝Ms1-Ms2。為了不使短路電路Is和基值電流Ib之差變大，由于可以把有短路時(shí)的焊接電流平均值Iwa1和無(wú)短路時(shí)的焊接電流平均值Iwa2看作Iwa1＝Iwa2，所以熔融量變化量ΔMs[mm]從上式(2)減去上式(3)，成為下式。
ΔMs＝α·Tf·(Iaa1-Iaa2)在這里，因?yàn)镮aa1＝(Tp·Ip+(Tb-Ts)·Ib)/TfIaa2＝(Tp·Ip+Tb·Ib)/Tf所以代入上述ΔMs式產(chǎn)生下式ΔMs＝-1·α·Ts·Ib＝-1·α·Sb…… (4)式可是，基值短路積分值Sb＝Ts·Ib。因此，若發(fā)生短路，則脈沖周期Tf中的焊絲的熔融量變化ΔMs，電弧長(zhǎng)度縮短ΔM[mm]。
圖8是與峰值期間Tp中發(fā)生短路時(shí)的上述圖7同樣的電壓、電流波形圖。時(shí)刻t11～t12的短路期間Ts中，如該圖(B)所示，在焊絲中通入短路電流Is。這時(shí)的熔融量變化值ΔMs與上式(4)同樣地算出，成為下式。
ΔMs＝-1·α·Ts·Ip＝-1·α·Sp……(5)式可是，峰值短路積分值Sp＝Ts·Ip。因此，若發(fā)生短路，脈沖周期Tf中的焊絲的熔融量變化為ΔMs，電弧長(zhǎng)度縮短ΔMs[mm]。
其次，在現(xiàn)有技術(shù)2中公開(kāi)了焊接電流控制方法，即在CO2電弧焊接中，在解除焊絲和母材之間的短路并再產(chǎn)生電弧的時(shí)刻，使焊接電流增大，保持在較高電平的電流值，接著，使焊接電流保持在較低電平的電流值，直到焊絲和母材之間短路為止。(參照例如專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
在現(xiàn)有技術(shù)2中，通過(guò)高電平的焊接電流(電弧電流)的通電，使焊絲熔融，伴隨1次短路移位形成熔滴。接著，低電平焊接電流(電弧電流)的通電減弱短路移位后發(fā)生的電弧力，用于導(dǎo)入下一次短路，由于對(duì)于焊絲的熔融幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)，所以設(shè)定為與其目的對(duì)應(yīng)的值。因此，高電平焊接電流通電期間由與緊臨其前的短路期間長(zhǎng)度無(wú)關(guān)的1次熔滴移位量決定。即，如果決定了送進(jìn)速度，則因?yàn)闆Q定了與其相應(yīng)的1次熔滴移位量(熔融量)，所以決定了高電平焊接電流值及通電期間。
專(zhuān)利文件1專(zhuān)利第2819607號(hào)公報(bào)，專(zhuān)利文獻(xiàn)2特公平4-4074號(hào)公報(bào)。
如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)1中，若發(fā)生短路，則如上述(4)式及(5)式所示進(jìn)行變化，使熔融量只變化ΔMs[mm]，電弧長(zhǎng)度只縮短ΔMs[mm]。若電弧長(zhǎng)度變化，超出合適值之外，則產(chǎn)生濺射量的增加，熔珠外觀變差，由于超過(guò)數(shù)十ms的長(zhǎng)期短路發(fā)生等產(chǎn)生電弧斷裂等，由此，使焊接質(zhì)量變差。該問(wèn)題在電弧長(zhǎng)度的合適值變短的高速焊接中顯著。另外，在焊絲的材質(zhì)為如鋁、鋁合金一類(lèi)焊絲電阻值低的材質(zhì)情況下，由于為了提高電弧熱對(duì)熔融的貢獻(xiàn)度，使相同的短路期間的熔融量變化值ΔMs變大，電弧長(zhǎng)度的變化幅度也變大，所以使上述問(wèn)題點(diǎn)變得顯著。
在現(xiàn)有技術(shù)2中，在短路解除后，通高電平的焊接電流，然而，如上所述，該通電期間的決定與短路期間長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，此外，通過(guò)該通電，僅1次熔滴移位量進(jìn)行焊絲的熔融。可是，在脈沖電弧焊接中，在圖7中，如上所述，在脈沖周期Tf的整個(gè)期間，僅1次的熔滴移位量進(jìn)行焊絲熔融。因此，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)2的焊接電流控制方法不能解決上述現(xiàn)有技術(shù)1的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，即使在脈沖電弧焊接中發(fā)生短路，也可以抑制由此引起的電弧長(zhǎng)度變化。
本發(fā)明的第一方面的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，在把焊絲向母材送進(jìn)的同時(shí)，在焊絲中通入在峰值期間中的峰值電流及基值期間中的基值電流，其特征在于，在前述基值期間發(fā)生前述焊絲和前述母材之間的短路時(shí)，在前述焊絲中通入預(yù)定的短路電流，同時(shí)，對(duì)該短路期間中的前述基值電流的設(shè)定值進(jìn)行積分并算出基值短路積分值，在解除前述短路后再產(chǎn)生電弧時(shí)，只在預(yù)定的補(bǔ)償期間向前述焊絲通前述基值電流值加上電流增加值的熔融補(bǔ)償電流，其后，使通電電流返回前述基值電流，前述電流增加值是將前述基值短路積分值乘上預(yù)定放大率的值再除以前述補(bǔ)償期間得到的值。
本發(fā)明的第二方面的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，其特征為，從再產(chǎn)生電弧經(jīng)過(guò)預(yù)定的延遲時(shí)間后開(kāi)始通入本發(fā)明的第一方面所述的熔融補(bǔ)償電流。
本發(fā)明的第三方面的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，在把焊絲向母材送進(jìn)的同時(shí)，在焊絲中通入在峰值期間中的峰值電流及基值期間中的基值電流，其特征在于在前述峰值期間中，在前述焊絲和前述母材之間發(fā)生短路時(shí)，向前述焊絲通預(yù)定的短路電流，同時(shí)，對(duì)該短路期間中的前述峰值電流的設(shè)定值進(jìn)行積分并算出峰值短路積分值，在解除前述短路后再產(chǎn)生電弧且前述峰值期間終止時(shí)，只在補(bǔ)償期間向前述焊絲通前述基值電流值加上預(yù)定的電流增加值的熔融補(bǔ)償電流，其后，使通電電流返回到前述基值電流，前述補(bǔ)償期間是將前述峰值短路積分值乘上預(yù)定的放大率的值再除以前述電流增加值得到的值。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的電壓、電流波形圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式2的電壓、電流波形圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式3的電壓、電流波形圖。
圖4是用于實(shí)施本發(fā)明的焊接電源裝置的方框圖。
圖5是把實(shí)施方式1用于交流脈沖電弧焊接時(shí)的電流波形圖。
圖6是表示本發(fā)明效果一例的濺射量的比較圖。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)中在基值期間中發(fā)生短路時(shí)的電壓、電流波形圖。
圖8是現(xiàn)有技術(shù)中在峰值期間中發(fā)生短路時(shí)的電壓、電流波形圖。
符號(hào)說(shuō)明1焊絲；2母材；3電?。?焊炬；AD加法電路；EI電流誤差放大電路；Ei電流誤差放大信號(hào)；EV電壓誤差放大電路；Ev電壓誤差放大信號(hào)；Iaa電弧電流平均值；Ib基值電流；IBR基值電流設(shè)定電路；Ibr基值電流設(shè)定(值/信號(hào))；ID電流檢測(cè)電路；Id電流檢測(cè)信號(hào)；Ien負(fù)電極電流；Ih熔融補(bǔ)償電流；Ip峰值電流，IPR峰值電流設(shè)定電路；Ipr峰值電流設(shè)定(值/信號(hào))；Ipu峰值短路時(shí)的電流增加值；Irc電流控制設(shè)定信號(hào)；Is短路電流；Isw電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)；Iu電流增加(值/信號(hào))；Iw焊接電流；Iwa焊接電流平均值；K放大率；MH補(bǔ)償電路；Ms熔融速度；PMC電源主電路；Sb基值短路積分值；SD短路判別電路；Sd短路判別信號(hào)；Se負(fù)電極短路積分值；Sh補(bǔ)償積分值；Sp峰值短路積分值；SS短路積分值計(jì)算電路；Ss短路積分值信號(hào)；SW轉(zhuǎn)換電路；Tb基值期間；Tbh基值短路時(shí)的補(bǔ)償期間；Td延遲時(shí)間；Ten負(fù)電極期間；Tf脈沖周期；Th補(bǔ)償期間；Tp峰值期間；Ts短路期間；Ttf脈沖周期信號(hào)；TTP峰值期間定時(shí)電路；Ttp峰值期間信號(hào)；電壓平滑電路；Vav焊接電壓平均值/電壓平均值信號(hào)；Vb基值電壓；VD電壓檢測(cè)電路；Vd電壓檢測(cè)信號(hào)；VF V/F變換電路；Vp峰值電壓；VR電壓設(shè)定電路；Vr電壓設(shè)定(值/信號(hào))；Vw焊接電壓；Ws送進(jìn)速度；α系數(shù)；β系數(shù)；ΔMs熔融量變化值。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式加以說(shuō)明。
實(shí)施方式1圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1與上述圖7對(duì)應(yīng)的電壓、電流波形圖，該圖(A)是焊接電壓Vw的波形，該圖(B)是焊接電流Iw的波形。以下，參照該圖加以說(shuō)明。
如該圖所示，在基值期間Tb中的時(shí)刻t21發(fā)生短路時(shí)，在焊絲中通入短路電流Is，同時(shí)，算出短路期間Ts中的基值電流設(shè)定值Ibr的積分值Sb(以下，稱(chēng)為基值短路積分值Sb)。其后，在時(shí)刻t22解除短路并再產(chǎn)生電弧時(shí)，只在預(yù)定的補(bǔ)償期間Th向焊絲通基值電流Ib加電流增加值Iu的電流Ih(以下，稱(chēng)為熔融補(bǔ)償電流Ih)，從其后的時(shí)刻t23開(kāi)始使焊絲的通電電流返回基值電流Ib。上述的電流增加值Iu是將上述基值短路積分值Sb乘上預(yù)定的放大率K的值Sh(以下稱(chēng)為補(bǔ)償積分值Sb)再除以上述補(bǔ)償期間Th得到的值，每次解除短路后算出。
如上述(4)式所示，若在基值期間Tb中發(fā)生短路，則焊絲的熔融量只變化熔融量變化值ΔMs＝-1·α·Ts·Ib＝-1·α·Sb。其中，在短路時(shí)間Ts中，對(duì)設(shè)定基值電流Ib的基值電流設(shè)定值Ibr進(jìn)行積分，算出基值短路積分值Sb＝∫Ibr·dt＝Ts·Ibr。而且，在解除短路的時(shí)間點(diǎn)，將該基值短路積分值Sb乘以預(yù)定的放大率K，算出補(bǔ)償積分值Sh＝K·Sb，用預(yù)定的補(bǔ)償期間Th除該補(bǔ)償積分值Sh，算出電流增加值Iu＝Sh/Th，在基值電流設(shè)定值Ibr上加上該電流增加值Iu，算出熔融補(bǔ)償電流值Ih。接著，只在補(bǔ)償期間Th之間在焊絲中通入該熔融補(bǔ)償電流Iu。據(jù)此，因?yàn)樵诙搪方獬笱a(bǔ)償了熔融量變化值ΔMs，所以電弧長(zhǎng)度可以維持在不變化的合適值。
乘以上述放大率K的理由與調(diào)整反饋控制的放大率實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)安定化相同。該放大率K根據(jù)焊絲種類(lèi)、保護(hù)氣體種類(lèi)等來(lái)設(shè)定為合適值。例如，在鋁絲時(shí)的放大率K設(shè)定在0.6～1.5左右，鋼鐵絲時(shí)的放大率K設(shè)定在0.3～1.0左右。此外，上述的補(bǔ)償期間Th在0.2～2ms左右是合適范圍。如果該補(bǔ)償期間Th值太短，則電流增加值Iu往往變得過(guò)大，反之，如果該值太長(zhǎng)，則產(chǎn)生基值期間中的補(bǔ)償沒(méi)有終止的情況，總之兩種情況都不好。
實(shí)施方式2圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式2與上述圖1對(duì)應(yīng)的電壓、電流波形圖，該圖(A)是焊接電壓Vw的波形，該圖(B)是焊接電流Iw的波形。以下，參照該圖加以說(shuō)明。
實(shí)施方式2的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，如圖2所示，是使熔融補(bǔ)償電流Ih的通電從時(shí)刻t22再產(chǎn)生電弧經(jīng)過(guò)預(yù)定延遲時(shí)間Td后的時(shí)刻t23開(kāi)始。補(bǔ)償期間Th及熔融補(bǔ)償電流Ih值的設(shè)定及算出與實(shí)施方式1相同。據(jù)此，可以補(bǔ)償伴隨短路的焊絲的熔融量的變化，可以抑制電弧長(zhǎng)度的變化。在上述中，設(shè)置延遲時(shí)間Td的理由是為了避免以下結(jié)果，即，如果在緊臨解除短路之后，通入為大電流的熔融補(bǔ)償電流Ih，往往產(chǎn)生大粒濺射的情形。該延遲時(shí)間Td的值為0.1～2ms左右。
實(shí)施方式3圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式3與上述圖8對(duì)應(yīng)的電壓、電流波形圖，該圖(A)是焊接電壓Vw的波形，該圖(B)是焊接電流Iw的波形。
以下參照該圖加以說(shuō)明。
實(shí)施方式2的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，如圖3所示，在峰值期間Tp中時(shí)刻t11發(fā)生焊絲和母材短路時(shí)，在焊絲中通入預(yù)定的短路電流Is，同時(shí)，算出短路期間Ts中的峰值電流Ip設(shè)定值Ipr的積分值Sp(以下稱(chēng)為峰值短路積分值Sp)。在時(shí)刻t12解除短路并再產(chǎn)生電弧，在時(shí)刻t12峰值期間Tp終止時(shí)只在補(bǔ)償期間Th在焊絲中通入基值電流值Ib加上預(yù)定的電流增加值Iu的熔融補(bǔ)償電流Ih，從其后的時(shí)刻t21開(kāi)始，使焊絲的通電電流返回到基值電流Ib。而且，上述的補(bǔ)償期間Th是通過(guò)將上述峰值短路積分值Sp乘上預(yù)定的放大率K的補(bǔ)償積分值Sh再除以上述的電流增加值得到的值，在每次解除短路后算出。
如上述(5)式所示，若在峰值期間Tp中發(fā)生短路，則焊絲的熔融量只變化熔融量變化值ΔMs＝-1·α·Ts·Ip＝-1·α·Sp。因此，在短路期間Ts中，對(duì)設(shè)定峰值電流Ip的峰值電流設(shè)定值Ipr進(jìn)行積分，算出峰值短路積分值Sp＝∫Ipr·dt＝Ts·Ipr。而且，在短路解除點(diǎn)將該峰值短路積分值Sp乘以預(yù)定的放大率K，算出補(bǔ)償積分值Sh＝K·Sp，以預(yù)定的電流增加值Iu除該補(bǔ)償積分值Sh，算出補(bǔ)償期間Th＝Sh/Iu。而且，解除短路并再產(chǎn)生電弧，在峰值期間Tp終止后，只在上述的補(bǔ)償期間Th在焊絲中通入基值電流設(shè)定值Ibr加上述電流增加值Iu的熔融補(bǔ)償電流Ih。據(jù)此，因?yàn)樵诙搪方獬笱a(bǔ)償熔融量變化值ΔMs，所以電弧長(zhǎng)度可以維持在不變化的合適值。
如上所述，如實(shí)施方式1～2所示，不在短路解除后的峰值期間Tp終止后向焊絲通熔融補(bǔ)償電流Ih的理由如下所述。即為了峰值期間Tp中的峰值電流值Ip達(dá)到350～600A的大值，在其上加上電流增加值Iu的熔融補(bǔ)償電流值Ih根據(jù)情況成為超過(guò)1000A的值。通常，由于這樣大的值超出焊接電源裝置最大輸出范圍之外，所以不可能輸出。此外，若向焊絲通超過(guò)700A的熔融補(bǔ)償電流Ih，則由于熔滴及熔融池的狀態(tài)成為不穩(wěn)定狀態(tài)增多，所以焊接質(zhì)量變差。而且，因?yàn)榉逯灯陂gTp通常為數(shù)ms左右，所以從短路解除直到峰值期間Tp終止為止的時(shí)間(時(shí)刻t12～t2)為數(shù)ms左右，其結(jié)果，在短路解除后成為大體與設(shè)置延遲時(shí)間的實(shí)施方式2同樣的動(dòng)作。
上述的放大率K與上述的實(shí)施方式1時(shí)同樣，設(shè)定在合適值。上述電流增加值Iu設(shè)定成使熔融補(bǔ)償電流值Ih處于不比峰值電流值Ip太大的值。
焊接電源裝置圖4是用于實(shí)施上述實(shí)施方式1～3的焊接電源裝置的方框圖。以下，參照該圖對(duì)各電路加以說(shuō)明。
焊接電源裝置包含電源主電路PMC、電壓檢測(cè)電路VD、電流檢測(cè)電路ID、電壓平滑電路VAV、電壓誤差放大電路EV、V/F變換電路VF、峰值期間定時(shí)電路TTP、峰值電流設(shè)定電路IPR、基值電流設(shè)定電路IBR、轉(zhuǎn)換電路ISW、短路判別電路SD、短路積分值計(jì)算電路SS、補(bǔ)償電路MH、加法電路AD及電流誤差放大電路EI。
在焊接電源裝置的輸出端連接有具有焊絲1、母材2、焊炬4及送進(jìn)滾筒5的電弧焊機(jī)。更具體講，在+輸出端上連接焊炬4，在一側(cè)輸出端上連接母材2。電弧焊機(jī)成為通過(guò)送進(jìn)滾筒5以一定速度連續(xù)地送進(jìn)在焊炬上的焊絲的結(jié)構(gòu)。在焊接時(shí)在焊炬4和母材2之間施加來(lái)自焊接電源裝置的直流電壓，通過(guò)該直流電壓在焊絲1的前端和母材2之間產(chǎn)生電弧。而且通過(guò)該電弧3的熱熔融焊絲1的前端部，成為熔滴，通過(guò)移位到母材2的熔融池進(jìn)行焊接。
電源主電路PMC根據(jù)從電流誤差放大電路E1輸出的電流誤差放大信號(hào)Ei對(duì)從圖中未示的商用電源(3相200V等)輸入的交流電源進(jìn)行換流控制，通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件相位控制等輸出控制，輸出適用于電弧負(fù)荷的焊接電流Iw及焊接電壓Vw。
電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)在焊炬4和母材2之間電壓(焊接電壓)，與焊接電源裝置的輸出端并聯(lián)。電壓檢測(cè)電路VD輸出作為焊接電壓Vw檢測(cè)信號(hào)的電壓檢測(cè)信號(hào)Vd。該電壓檢測(cè)信號(hào)Vd輸入到短路判別電路SD和電壓平滑電路VAV。
因?yàn)殡娐窓z測(cè)電路ID檢測(cè)從電源主電路PMC輸出的直流電流(焊接電流Iw)，所以串聯(lián)在電源主電路PMC一端的輸出端和焊接電源裝置一側(cè)的輸出端之間。電流檢測(cè)電路ID輸出作為焊接電流Iw的檢測(cè)信號(hào)的電流檢測(cè)信號(hào)Id。該電流檢測(cè)信號(hào)Id輸入到電流誤差放大電路E1。
短路判別電路SD根據(jù)從電壓檢測(cè)電路VD輸入的電壓檢測(cè)信號(hào)Vd判別焊絲1和母材2之間是否短路，輸出短路期間中成為高電平，此外的期間中成為低電平的短路判別信號(hào)Sd。該短路判別信號(hào)Sd輸入到短路積分值計(jì)算電路SS和補(bǔ)償電路MH。
電壓平滑電路VAV使從電壓檢測(cè)電路VD輸入的電壓檢測(cè)信號(hào)Vd平滑，并輸出電壓平均值信號(hào)Vav。該電壓平均值信號(hào)Vav輸入到電壓誤差放大電路EV。電壓誤差放大電路EV對(duì)放大從電壓設(shè)定電路VR輸入的所希望值的電壓設(shè)定信號(hào)Vr和從電壓平滑電路VAV輸入的電壓平均值信號(hào)Vav之間的誤差的電壓誤差放大信號(hào)Ev進(jìn)行輸出。該電壓誤差放大信號(hào)Ev輸入到V/F變換電路VF。
V/F變換電路VF根據(jù)從電壓誤差放大電路EV輸入的電壓誤差放大信號(hào)Ev值確定的每個(gè)頻率，短時(shí)間輸出成為高電平的脈沖周期信號(hào)Ttf。峰值期間定時(shí)電路TTP根據(jù)從V/F變換器電路VF輸入的脈沖周期信號(hào)Ttf，在該脈沖周期信號(hào)Ttf變化為高電平的時(shí)刻，變化為高電平，生成只在預(yù)定的峰值期間Tp繼續(xù)該高電平狀態(tài)的峰值期間信號(hào)Ttp。而且，該峰值期間信號(hào)Ttp輸入到轉(zhuǎn)換電路ISW和補(bǔ)償電路MH。
峰值電流設(shè)定電路IPR輸出希望值的峰值電流設(shè)定信號(hào)Ipr。基值電流設(shè)定電路IBR輸出希望值的基值電流設(shè)定信號(hào)Ibr。峰值電流設(shè)定信號(hào)Ipr及基值電流設(shè)定信號(hào)Ibr輸入到轉(zhuǎn)換電路ISW。轉(zhuǎn)換電路ISW，在從峰值期間定時(shí)電路TTP輸入的峰值期間信號(hào)Ttp為高電平(峰值期間)時(shí)，輸出從峰值電流設(shè)定電路IPR輸入的峰值電流設(shè)定信號(hào)Ipr作為電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw，在峰值期間信號(hào)Ttp為低電平(基值期間)時(shí)，輸出從基值電流設(shè)定電路IBR輸入的基值電流設(shè)定信號(hào)Ibr作為電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw。該電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw輸入到短路積分值計(jì)算電路SS和加法電路AD。
短路積分值計(jì)算電路SS，在從短路判別電路SD輸入的短路判別信號(hào)Sd為高電平(短路)時(shí)，對(duì)從轉(zhuǎn)換電路ISW輸入的電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw的值進(jìn)行積分，輸出短路值信號(hào)Ss。該短路值積分信號(hào)Ss輸入補(bǔ)償電路MH。
這里，在基值期間發(fā)生短路時(shí)，因?yàn)樯鲜龇逯灯陂g信號(hào)Ttp為低電平(基值期間)，所以電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw＝Ibr。其結(jié)果，上述短路積分值信號(hào)Ss值為對(duì)上述(4)式進(jìn)行積分的值，所以為基值短路積分值。同樣地，峰值期間中發(fā)生短路時(shí)的短路積分值信號(hào)Ss值為上式(5)式計(jì)算值的峰值短路積分值Sp。
實(shí)施方式2的補(bǔ)償電路MH，在上述峰值期間信號(hào)Ttp在低電平(基值期間)時(shí)、從短路判別電路SD輸入的短路判別信號(hào)Sd變?yōu)楦唠娖?短路)時(shí)，用從短路積分值計(jì)算電路SS輸入的短路積分值信號(hào)Ss、預(yù)定的基值短路時(shí)的補(bǔ)償期間Tbh及預(yù)定的放大率K算出電流增加信號(hào)Iu＝Ss·K/Tbh，從上述短路判別信號(hào)Sd變化為低電平(電弧)的時(shí)刻開(kāi)始，在只延遲預(yù)定的延遲時(shí)間Td的時(shí)間，只在上述的補(bǔ)償期間Tbh輸出該電流增加信號(hào)Iu。該電流增加信號(hào)Iu輸入到加法電路另外，實(shí)施方式3的補(bǔ)償電路MH，在上述峰值期間信號(hào)Ttp為高電平(峰值期間)時(shí)，從短路判別電路SD輸入的短路判別信號(hào)Sd變?yōu)楦唠娖?短路)時(shí)，通過(guò)從短路積分值計(jì)算電路SS輸入的短路積分值信號(hào)Ss、預(yù)定的峰值短路時(shí)的電流增加值Ipu及預(yù)定的放大率K算出補(bǔ)償期間Th＝Ss·K/Ipu，從上述峰值期間信號(hào)Ttp變化為低電平(基值期間)的時(shí)刻開(kāi)始只在上述補(bǔ)償期間Th輸出該電流增加信號(hào)Iu。該電流增加信號(hào)Iu輸入到加法電路AD。在實(shí)施方式1的補(bǔ)償電路MH中，也可以取上述的延遲時(shí)間Td＝0。
加法電路AD將從轉(zhuǎn)換電路ISW輸入的電流轉(zhuǎn)換設(shè)定信號(hào)Isw和從補(bǔ)償電路MH輸入的電流增加信號(hào)Iu相加，產(chǎn)生電流控制設(shè)定信號(hào)Irc，把該電流控制設(shè)定信號(hào)Irc輸出到電流誤差放大電路EI。電流誤差放大電路EI將放大從加法電路AD輸入的電流控制設(shè)定信號(hào)Irc和從電流檢測(cè)電路ID輸入的電流檢測(cè)信號(hào)Id之間的誤差的電流誤差放大信號(hào)Ei輸出。該電流誤差放大信號(hào)Ei輸入到電源主電路PMC。
可是，通常在脈沖電弧焊接中也包含交流脈沖電弧焊接。圖5是把上述實(shí)施方式1適用于交流脈沖電弧焊接時(shí)的電流波形圖。在交流脈沖電弧焊接中，在基值期間Tb的一部分期間Ten使電極極性反轉(zhuǎn)，在焊絲中通入該期間Ten(以下，稱(chēng)為負(fù)電極期間)反向電流Ien(以下，稱(chēng)為負(fù)電極電流Ien)。
若在負(fù)電極期間Ten中的時(shí)刻t21～t22之間發(fā)生短路，則對(duì)短路期間Ts中的負(fù)電極電流Ien的設(shè)定值進(jìn)行積分，算出負(fù)電極短路積分值Se。若在時(shí)刻t22解除短路，則將該負(fù)電極短路積分值Se乘上預(yù)定放大率K，算出補(bǔ)償積分值Sh，通過(guò)預(yù)定的補(bǔ)償期間Th算出電流增加值Iu＝Sh/Th。而且，在焊絲中通入補(bǔ)償期間Th間熔融補(bǔ)償電流Ih＝Ien+Iu。由于據(jù)此可以補(bǔ)償伴隨短路產(chǎn)生的焊絲熔融量變化，所以電弧長(zhǎng)度可以維持在不變化的合適值。即使上述的脈沖電弧焊接的情況也包含在實(shí)施方式1或2內(nèi)。
效果圖6是表示本發(fā)明效果一例的濺射產(chǎn)生量的比較圖。該圖使用直徑1.2mm的鋁合金絲，在焊接電流平均值100A，焊接電壓平均值16V下進(jìn)行MIG脈沖電弧焊接，對(duì)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的濺射產(chǎn)生量加以比較。如該圖所示，現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生0.85g/min的濺射量。與此相反，在本發(fā)明中，大幅度降低到1/4以下的0.2g/min的濺射產(chǎn)生量。這是由于即使1秒產(chǎn)生數(shù)次～數(shù)十次短路，電弧長(zhǎng)度也幾乎沒(méi)有變化。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明第一方面或第三方面的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)在焊絲中通入熔融補(bǔ)償電流來(lái)補(bǔ)償伴隨短路產(chǎn)生的熔融量變動(dòng)，抑制電弧長(zhǎng)度的變化，可以得到良好的焊接質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，除了上述效果之外，通過(guò)延遲緊臨基值期間的短路解除后的熔融補(bǔ)償電流的通電開(kāi)始，可以抑制緊臨短路解除后產(chǎn)生濺射。
權(quán)利要求
1.一種脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，在將焊絲向母材送進(jìn)的同時(shí)，在焊絲中通入峰值期間中的峰值電流及基值期間中的基值電流，其特征在于，在所述基值期間中，在所述焊絲和所述母材發(fā)生短路時(shí)，在所述焊絲內(nèi)通入預(yù)定的短路電流，同時(shí)，對(duì)該短路期間中的所述基值電流的設(shè)定值進(jìn)行積分并算出基值短路積分值，解除所述短路后再產(chǎn)生電弧時(shí)只在預(yù)定的補(bǔ)償期間在所述焊絲中通入所述基值電流值加上電流增加值的熔融補(bǔ)償電流，其后，使通電電流回至所述基值電流，所述電流增加值是所述基值短路積分值乘上預(yù)定的放大率的值再除以所述補(bǔ)償期間而得到的值。
2.一種脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，其特征在于，從再產(chǎn)生電弧開(kāi)始經(jīng)過(guò)預(yù)定的延遲時(shí)間之后開(kāi)始權(quán)利要求1所述的熔融補(bǔ)償電流的通電。
3.一種脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法，在將焊絲向母材送進(jìn)的同時(shí)，在焊絲中通入峰值期間中的峰值電流及基值期間中的基值電流，其特征在于，在所述峰值期間中，在所述焊絲和所述母材發(fā)生短路時(shí)，在所述焊絲中通入預(yù)定的短路電流，同時(shí)，對(duì)該短路期間中的所述峰值電流的設(shè)定值進(jìn)行積分并算出峰值短路積分值，解除所述短路后再產(chǎn)生電弧且所述峰值期間終止時(shí)，只在補(bǔ)償期間在所述焊絲中通入所述基值電流值加上預(yù)定的電流增加值的熔融補(bǔ)償電流，其后，使通電電流回至所述基值電流，所述補(bǔ)償期間是將所述峰值短路積分值乘以預(yù)定放大率的值再除以所述電流增加值而得到的值。
全文摘要
本發(fā)明的脈沖電弧焊接的焊接電流控制方法是在基值期間Tb中發(fā)生短路時(shí)在焊絲中通入短路電流Is的同時(shí)，對(duì)該短路期間Ts中的基值電流的設(shè)定值Ibr進(jìn)行積分，算出基值短路積分值Sb，在時(shí)刻t22解除短路時(shí)，只在預(yù)定的補(bǔ)償期間Th在焊絲中通入基值電流值Ib加上電流增加值Iu的熔融補(bǔ)償電流Ih，其后使通電電流返回基值電流Ib，電流增加值Iu為將基值短路積分值Sb乘上預(yù)定的放大率的值Sh，再除以上述補(bǔ)償期間Th得到的值。
文檔編號(hào)B23K9/09GK1500586SQ20031011361
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者仝紅軍 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨