專利名稱：熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于按照焊接條件將焊接電源的外部特性的斜率控制為 適當(dāng)值的熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方法。
背景技術(shù)：
圖4是表示熔化電極電弧焊接電源的外部特性的圖。該圖橫軸表示焊 接電源的輸出電流Iw，縱軸表示輸出端子電壓的焊接電壓Vw。外部特性 Ll、 L2表示輸出電流Iw與焊接電壓Vw之間的關(guān)系， 一般地，為向右側(cè) 下降接近直線。因此，外部特性可以用下式表示。Vw=KrX (Iw—Ir) +Vr (式l)其中，Kr[V/A]是外部特性斜率設(shè)定值，Ir[A]為輸出電流基準(zhǔn)值，Vr[V] 為焊接電壓基準(zhǔn)值。通過設(shè)定這些值來設(shè)定外部特性。例如，在外部特性L1為斜率設(shè)定值Kr二一0.03V/A的大致恒電壓特 性情況，外部特性L2為斜率設(shè)定值Kr二一0.1V/A的垂直朝下的情況。在 熔化電極電弧焊接中，得到即使發(fā)生各種干擾也可以將電弧長度控制在適 當(dāng)值的良好的焊接品質(zhì)是很重要的。將對于該干擾將電弧長度維持在適當(dāng) 值的控制稱為電弧長度控制。外部特性的斜率因?yàn)闆Q定電弧長度控制系統(tǒng) 的增益(gain)，所以與電弧長度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在密切的關(guān)系。因此，外部特性的斜率，按照焊接條件進(jìn)行設(shè)定，以使電弧長度控制 系統(tǒng)穩(wěn)定。以往，通過按照焊接方法、焊絲的直徑、材質(zhì)以及輸出電流(焊 絲送絲速度)，來改變外部特性的斜率，來調(diào)整電弧長度控制系統(tǒng)的增益， 謀求穩(wěn)定。例如，在CCVMAG焊接的情況下，如該圖所示的外部特性L1 那樣，設(shè)定為斜率設(shè)定值Kr二一0.03。另一方面，在脈沖電弧焊接的情況 下，如圖所示的外部特性L2那樣，設(shè)定為斜率設(shè)定值Kr-一O.l。這樣使 電弧長度控制系統(tǒng)穩(wěn)定，電弧狀態(tài)良好(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。圖5是熔化電極交流電弧焊接的電流/電壓波形圖。該圖(A)表示極性切換信號Spn，該圖(B)表示輸出電流Iw，該圖(C)表示焊接電壓 Vw。該圖是短路過渡電弧焊接的情況，但是溶滴過渡焊接、噴射過渡焊 接等情況也大致相同。在以下的說明中輸出電流Iw、焊接電壓Vw及后述 的輸出電壓E、外部特性斜率等的值表示絕對值。因此，值大這樣的記載 是絕對值大的意思。以下參照該圖進(jìn)行說明。如該圖(A)所示，在熔化電極交流電弧焊接中，按照極性切換信號 Spn交替切換預(yù)定的電極正極性期間Tep和預(yù)定的電極負(fù)極性期間Ten來 進(jìn)行焊接。在時(shí)刻tl，切換成電極正極性EP時(shí)，如該圖(B)所示，通 過電極正極性EP的輸出電流iw，如該圖(C)所示，電極正極性EP的焊 接電壓Vw施加在焊絲與母材之間。于是，在時(shí)刻tl t2的短路期間Ts 中，如該圖(B)所示，輸出電流Iw逐漸增加，如該圖(C)所示，焊接 電壓Vw為降低了數(shù)V左右的低短路電壓值。在時(shí)刻t2 t3的電弧期間 Ta中，如該圖(B)所示，輸出電流Iw逐漸減少，如該圖(C)所示，焊 接電壓Vw為數(shù)十V左右的電弧電壓值。這以后，重復(fù)短路期間Ts和電 弧期間Ta，直至?xí)r刻t4的電極正極性期間Tep結(jié)束為止。在時(shí)刻t4，如該圖(A)所示，極性切換信號Spn為低電平，焊接電 源的輸出切換為電極負(fù)極性EN時(shí)，如該圖(B)所示，通過電極負(fù)極性 EN的輸出電流Iw，如該圖(C)所示，施加焊接電壓Vw。與上述同樣， 重復(fù)時(shí)刻t4 t5的短路期間Ts和時(shí)刻t5 t6的電弧期間Ta，直至?xí)r刻t7 的電極負(fù)極性期間Ten結(jié)束為止。熔化電極交流電弧焊接電源中的外部特性，根據(jù)輸出電流Iw和焊接 電壓Vw的絕對值，與直流電源同樣地進(jìn)行控制。因此，即使在熔化電極 交流電弧焊接中，外部特性斜率按照焊接條件被設(shè)定為適當(dāng)值來進(jìn)行焊接 (例如參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)l:日本特開2002 — 254172號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2004—1M088號公報(bào)如上所述，在熔化電極電弧焊接中，為了得到良好的焊接狀態(tài)，電弧 長度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定是很重要的。因此，通過按照焊接條件將外部特性斜 率設(shè)定為適當(dāng)值來使電弧長度控制系統(tǒng)的增益(gain)適當(dāng)化。即通過將 外部特性斜率設(shè)定為適合電弧的溶滴過渡方式的外部特性斜率，可以得到良好的焊接狀態(tài)。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于C02焊接和脈沖電弧焊接中 焊接過渡方式不同，所以外部特性斜率設(shè)定為適于各種焊接方法的值。在熔化電極交流電弧焊接中也同樣地，按照母材材質(zhì)、送絲速度、保 護(hù)氣體的種類等焊接條件使外部特性斜率適當(dāng)化。由此可以得到良好的電極正極性EP時(shí)的焊接狀態(tài)，但是，保持電極正極性EP時(shí)的外部特性斜率 不變來進(jìn)行電極負(fù)極性焊接時(shí)，電弧長度控制系統(tǒng)由于增益(gain)過大， 則難以保持穩(wěn)定。其結(jié)果，與直流的熔化電極電弧焊接相比，在熔化電極 交流電弧焊接中，焊接狀態(tài)容易成為不穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以使熔化電極交流電弧焊接的 焊接狀態(tài)穩(wěn)定的熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方法。為了解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案一的熔化電極交流電弧焊接電源 的輸出控制方法，按照焊接條件控制用于交替切換電極正極性和電極負(fù)極 性來進(jìn)行焊接的熔化電極交流電弧焊接的焊接電源的外部特性斜率，上述外部特性斜率，在上述電極正極性時(shí)，設(shè)定成第一外部特性斜率， 在上述電極負(fù)極性時(shí)設(shè)定成絕對值比上述第一外部特性斜率的絕對值大 的第二外部特性斜率，這些第一及第二外部特性斜率按照使分別對應(yīng)的極 性下的焊接狀態(tài)穩(wěn)定化的方式被設(shè)定。本發(fā)明技術(shù)方案二，根據(jù)技術(shù)方案一所述的熔化電極交流電弧焊接電 源的輸出控制方法，按照母材的材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類設(shè)定上述第一外部 特性斜率。發(fā)明效果根據(jù)上述本發(fā)明，在熔化電極交流電弧焊接電源中，電極正極性EP 時(shí)和電極負(fù)極性EN時(shí)的外部特性斜率，按照在各個(gè)極性下得到良好的焊 接狀態(tài)的方式進(jìn)行設(shè)定，由此可以使各個(gè)極性下的電弧長度控制系統(tǒng)穩(wěn) 定。因此可以提高熔化電極交流電弧焊接的穩(wěn)定性，進(jìn)行高品質(zhì)的焊接。根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案二，除了上述效果之外，還可以按照母材 材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類改變電極正極性EP時(shí)的外部特性斜率，由此即使 母材材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類變化也可以維持焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式相關(guān)的熔化電極交流電弧焊接電源的方框圖。圖2是表示本發(fā)明相關(guān)的外部特性的圖。圖3是圖1的焊接電源的各個(gè)信號的時(shí)序圖。圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)中的外部特性的圖。圖5是熔化電極交流電弧焊接的電流/電壓波形圖。圖中符號說明..l一焊絲；2-母材；3 —電??；4一焊槍；5—送絲輥； D2 — 二次整流器組；E—輸出電壓；EA—誤差放大電路；Ea—誤差放大信 號；ECR—外部特性形成電路；Ecr —輸出電壓設(shè)定信號；ED—電壓檢測 電路；Ed —輸出電壓檢測信號；EN—電極負(fù)極性；END—電極負(fù)極性開 關(guān)元件驅(qū)動電路；End—電極負(fù)極性開關(guān)元件驅(qū)動信號；EP—電極正極性； EPD—電極正極性開關(guān)元件驅(qū)動電路；Epd—電極正極性開關(guān)元件驅(qū)動信號；ID—電流檢測電路；Id—電流檢測信號；INT—高頻變壓器；INV —逆 變器電路；IR—輸出電流基準(zhǔn)值電路；Ir一輸出電流基準(zhǔn)值信號；iw—輸 出電流；KR—外部特性斜率設(shè)定電路；Kr一外部特性斜率設(shè)定信號；Krl 一第一外部特性斜率設(shè)定值；Kr2 —第二外部特性斜率設(shè)定值；L1 L2 — 外部特性；NTR—電極負(fù)極性開關(guān)元件；PTR—電極正極性開關(guān)元件； PWM—脈沖寬度調(diào)制電路；Pwm—脈沖寬度調(diào)制信號；Spn—極性切換 信號；Ta—電弧期間；Ten—電極負(fù)極性期間；Tep—電極正極性期間； Ts —短路期間；VR—焊接電壓基準(zhǔn)值電路；Vr—焊接電壓基準(zhǔn)值信號； Vw—焊接電壓；WL—電抗器。具體實(shí)施形式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式相關(guān)的熔化電極電弧焊接電源的方框 圖。以下參照該圖對各個(gè)功能框進(jìn)行說明。逆變器電路INV，輸入3相200V等商用電源，按照后述的脈沖寬度 調(diào)制信號Pwm對整流后的直流電壓進(jìn)行逆變控制，輸出高頻交流。高頻變壓器INT，將高頻交流變換為適于焊接的電壓值。二次整流器組D2對變換后的高頻交流進(jìn)行整流，輸出正和負(fù)的直流電壓。通過對電極正極性開關(guān)元件PTR和電極負(fù)極性開關(guān)元件NTR進(jìn)行ON/OFF控制，來切換焯 接電源的輸出極性。在電極正極性開關(guān)元件PTR為ON狀態(tài)時(shí)為電極正極 性EP，在電極負(fù)極性開關(guān)元件NTR為ON狀態(tài)時(shí)為電極負(fù)極性EN。電 抗WL用于對輸出進(jìn)行平滑。焊絲l，通過送絲裝置的送絲輥5被供給到焊槍4內(nèi)，在與母材2之 間產(chǎn)生電弧3。電極正極性開關(guān)元件驅(qū)動電路EPD，在來自外部的極性切換信號Spn 為高電平時(shí)輸出電極正極性幵關(guān)元件驅(qū)動信號Epd。電極負(fù)極性開關(guān)元件 驅(qū)動電路END在上述極性切換信號Spn為低電平時(shí)輸出電極負(fù)極性開關(guān) 元件驅(qū)動信號End。因此，在極性切換信號Spn為高電平時(shí)，為電極正極 性EP，在低電平時(shí)為電極負(fù)極性EN。外部特性斜率設(shè)定電路KR，在上述極性切換信號Spn為高電平(EP) 時(shí)，將第一外部特性斜率設(shè)定值Krl作為外部特性斜率設(shè)定信號Kr輸出， 為低電平(EN)時(shí)，將第二外部特性斜率設(shè)定值Kr2作為外部特性斜率 設(shè)定信號Kr輸出。第一外部特性斜率設(shè)定值Krl設(shè)定電極正極性期間Tep 中的外部特性斜率，處于一0.01 一0.03 (V/A)左右的范圍內(nèi)。第二外部 特性斜率設(shè)定值Kr2設(shè)定電極負(fù)極性期間Ten中的外部特性斜率，處于一 0.06 一0.1 (V/A)左右的范圍內(nèi)。因此，I Krl I < I kr2 I 。焊接電壓基 準(zhǔn)值電路VR輸出預(yù)定的焊接電壓基準(zhǔn)值信號Vr。輸出電流基準(zhǔn)值電路IR， 輸出預(yù)定的輸出電流基準(zhǔn)值信號Ir。電流檢測電路ID，檢測交流輸出電 流Iw并變換為絕對值，輸出電流檢測信號Id。外部特性形成電路ECR， 以上述的電流檢測信號Id、焊接電壓基準(zhǔn)值信號Vr、輸出電流基準(zhǔn)值信 號Ir及外部特性斜率設(shè)定信號Kr為輸入，根據(jù)上述的式(1)計(jì)算Ecr 二KrX (Id—Ir) +Vr，作為輸出電壓設(shè)定信號Ecr輸出。圖2表示了該 輸出。外部特性Ll，表示電極正極性EP時(shí)的外部特性，為Ecr二KrlX (Id — Ir)十Vr時(shí)的情形。另夕卜，外部特性L2表示電極負(fù)極性EN時(shí)的外 部特性，為Ecr=Kr2X (Id—Ir) +Vr的情形。由上述外部特性形成電 路ECR在不斷地輸出與電流檢測信號Id的值對應(yīng)的輸出電壓設(shè)定信號Ecr而形成期望的外部特性。電壓檢測電路ED，檢測高頻變壓器INT的二次線圈的交流電壓(輸 出電壓E)并變換為絕對值，輸出輸出電壓檢測信號Ed。誤差放大電路 EA，放大上述輸出電壓設(shè)定信號Ecr和輸出電壓檢測信號Ed之間誤差， 輸出誤差放大信號Ea。脈沖寬度調(diào)制電路PWM，以該誤差放大信號Ea 為輸入，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，輸出脈沖寬度調(diào)制信號Pwm。圖3表示圖1所示的焊接電源的各個(gè)信號時(shí)序圖。該圖(A)表示極 性切換信號Spn，該圖(B)表示輸出電流Iw，該圖(C)表示焊接電壓 Vw，該圖(D)表示電極正極性開關(guān)元件驅(qū)動信號Epd，該圖(E)表示 電極負(fù)極性開關(guān)元件驅(qū)動信號End，該圖(F)表示外部特性斜率設(shè)定信 號Kr。以下，參照該圖進(jìn)行說明。如該圖(A)所示，在極性切換信號Spn為高電平時(shí)，如該圖(D) 所示，因?yàn)檩敵鲭姌O正極性開關(guān)元件驅(qū)動信號Epd (高電平)，所以電極 正極性開關(guān)元件PTR為導(dǎo)通狀態(tài)，焊接電源的輸出為電極正極性EP。該 電極正極性期間Tep中，如該圖(B)所示，通過電極正極性EP的輸出電 流Iw，如該圖(C)所示，在焊絲1和母材2之間被施加電極正極性EP 的焊接電壓Vw。另外，如該圖(F)所示，外部特性斜率設(shè)定信號Kr的 值為第一外部特性斜率設(shè)定值Kd，形成圖2中所述的外部特性L1。在時(shí)刻t2，如該圖(A)所示，在極性切換信號Spn為低電平時(shí)，如 該圖(E)所示，因?yàn)檩敵鲭姌O負(fù)極性開關(guān)元件驅(qū)動信號End (高電平)， 所以電極負(fù)極性開關(guān)元件NTR為導(dǎo)通狀態(tài)，焊接電源的輸出為電極負(fù)極 性EN。該電極負(fù)極性期間Ten中，如該圖(B)所示，通過電極負(fù)極性 EN的輸出電流Iw，如該圖(C)所示，被施加電極負(fù)極性EN的焊接電 壓Vw。另外，如該圖(F)所示，外部特性斜率設(shè)定信號Kr的值為第二 外部特性斜率設(shè)定值Kr2，形成圖2中所述的外部特性L2。上述的第一外部特性斜率設(shè)定值Krl及第二外部特性斜率設(shè)定值 Kr2，按照焊接條件使其變化為適當(dāng)值。特別是，第一外部特性斜率設(shè)定 值Krl需要根據(jù)母材材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類而改變。此時(shí)，第二外部特性 斜率設(shè)定值Kr2可以不變也可以為相同值。按照鋼鐵的C02焊接、鋼鐵 的MAG焊接及不銹鋼的MIG焊接的順序，第二外部特性斜率設(shè)定值Kr2例如設(shè)定為一0.01、 一0.02、 一0.03。在上述的實(shí)施方式中，例示了短路過 渡焊接的情形，但是本發(fā)明也可以適用于溶滴過渡焊接、噴射過渡焊接、 脈沖電弧焊接等情形。根據(jù)上述實(shí)施方式，在熔化電極交流電弧焊接電源中，電極正極性EP 時(shí)和電極負(fù)極性EN時(shí)的外部特性斜率，按照在各個(gè)極性下得到良好的焊 接狀態(tài)的方式進(jìn)行設(shè)定，由此可以使各個(gè)極性下的電弧長度控制系統(tǒng)穩(wěn) 定。因此可以提高熔化電極交流電弧焊接的穩(wěn)定性，進(jìn)行高品質(zhì)的焊接。 另外，可以按照母材材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類改變電極正極性EP時(shí)的外部 特性斜率，由此，即使母材材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類變化，也可以維持焊接 狀態(tài)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、一種熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方法，按照焊接條件控制用于交替切換電極正極性和電極負(fù)極性來進(jìn)行焊接的熔化電極交流電弧焊接的焊接電源的外部特性斜率，上述外部特性斜率，在上述電極正極性時(shí)，設(shè)定成第一外部特性斜率，在上述電極負(fù)極性時(shí)設(shè)定成絕對值比上述第一外部特性斜率的絕對值大的第二外部特性斜率，這些第一及第二外部特性斜率按照使分別對應(yīng)的極性下的焊接狀態(tài)穩(wěn)定化的方式被設(shè)定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方 法，其特征在于，按照母材的材質(zhì)及保護(hù)氣體的種類設(shè)定上述第一外部特性斜率。
全文摘要
一種熔化電極交流電弧焊接電源的輸出控制方法，按照焊接條件控制用于交替切換電極正極性(EP)和電極負(fù)極性(EN)來進(jìn)行焊接的熔化電極交流電弧焊接的焊接電源的外部特性斜率(Kr)，上述外部特性斜率(Kr)，在電極正極性(EP)時(shí)，設(shè)定成第一外部特性斜率(Kr1)，在電極負(fù)極性(EN)時(shí)設(shè)定成絕對值比上述第一外部特性斜率(Kr1)的絕對值大的第二外部特性斜率(Kr2)，這些第一及第二外部特性斜率按照使分別對應(yīng)的極性下的焊接狀態(tài)穩(wěn)定化的方式進(jìn)行設(shè)定。從而在熔化電極交流電弧焊接中，通過控制焊接電源的外部特性，能夠提高焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性。
文檔編號B23K9/10GK101264544SQ20081008154
公開日2008年9月17日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者井手章博, 惠良哲生, 水取?？? 西坂太志 申請人:株式會社大亨