專利名稱：電弧焊接控制方法
技術領域：
本發明涉及在進給作為消耗電極的焊絲的同時進行脈沖電弧焊接的脈沖電弧焊接控制方法，尤其涉及引弧(arc start)控制。
背景技術：
近年來，在焊接工業中為了提高生產率，對焊接的高品位化的要求逐漸提高。其中，尤其要求引弧時的濺射的減少。在引弧時，由于直到在母材形成熔池為止需要時間，所以直到電弧穩定為止需要時間，濺射物的產生增加，母材上附著濺射物的情況較多。并且， 由于需要進行用于去除所附著的濺射物的后處理，所以焊接生產率會降低。另外，在不實施后處理，而是以濺射物附著于母材的狀態作為產品流出的情況下，也會顯著地損壞產品價值。關于以往的引弧控制公知下述控制方法，S卩若在引弧時自短路焊接控制起經過了規定時間，則從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制(例如，參照專利文獻1)。圖4示出現有的電弧焊接裝置的示意結構。在圖4中，一次側整流元件103將輸入電源101的輸出進行整流之后輸出。開關元件104通過將來自一次側整流元件103的直流輸出變換成交流，由此控制焊接輸出。主變壓器102對來自開關元件104的交流輸出進行變換。主變壓器102的輸出經由將主變壓器102的二次側輸出進行整流的二次側整流元件106和電抗器105，被輸出為焊接輸出。設定部135基于由未圖示的輸入單元等輸入的設定電流、設定電壓、焊絲進給量、 保護氣體的種類、焊絲的種類、焊絲直徑、焊接法等的設定條件，設定例如脈沖電流的大小或脈沖時間等各種參數之后輸出。其中，該設定部135具備用于存儲求出所述參數用的表格或式子的未圖示的存儲部、和用于進行運算等的未圖示的運算部，并且通過這些部件來設定參數。焊接電壓檢測部109檢測焊接電壓，焊接電流檢測部108檢測焊接電流。短路焊接控制部136將焊接電流檢測部108的輸出、焊接電壓檢測部109的輸出以及設定部135 的輸出作為輸入，輸出用于進行短路控制的指令。然后，如后述那樣，在引弧之后，短路焊接控制部136進行在規定時間之內重復短路電弧的短路焊接控制。脈沖焊接控制部137以焊接電流檢測部108的輸出、焊接電壓檢測部109的輸出以及設定部135的輸出作為輸入，輸出用于進行脈沖焊接控制的指令。其中，作為一例，這些短路焊接控制部136及脈沖焊接控制部137按照成為從設定部135輸入的參數值(指令值)的方式，比較焊接電流檢測部108 及焊接電壓檢測部109的輸出信號和參數值。而且，在焊接電流檢測部108及焊接電壓檢測部109的輸出信號的值和參數值不一致的情況下，短路焊接控制部136及脈沖焊接控制部137具有按照輸出信號的值與參數值(指令值)一致的方式控制焊接電流及焊接電壓的功能。切換部138是將設定部135的輸出作為輸入，將從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制的時刻輸出至驅動部134的切換部。該切換部138具有計時功能，能夠對從輸入了設定部135的輸出的時刻起經過規定時間的時間進行計時。驅動部134將短路焊接控制部136 的輸出、脈沖焊接控制部137的輸出以及切換部138的輸出作為輸入。并且，驅動部134具有如下功能根據切換部138的輸出，切換向開關元件104輸出短路焊接控制部136的輸出、還是向開關元件104輸出脈沖焊接控制部137的輸出。利用圖4和圖5，說明采用以上結構的電弧焊接裝置中的引弧的控制方法。圖5示出消耗電極電弧焊接在焊接時的焊絲進給速度、焊接電壓及焊接電流的時間波形的一例。圖6示出母材的熔池小時在電弧焊接中產生的熔滴的舉動。在圖5中，在時刻Tl指示焊接起動開始，在時刻T2流過電弧產生電流而產生電弧。示出了之后通過短路焊接控制進行短路焊接，而后在時刻T3切換到脈沖焊接控制的波形的例子。在作為電弧產生時刻的時刻Tl，基于來自切換部138的輸入，驅動部134向開關元件104輸出短路焊接控制部136的輸出。另外，在切換部138中，對自檢測出焊接電流的時刻T2起經過的經過時間進行計數。之后，在經過了預先設定的時間的時刻T3，為了從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制，驅動部134按照向開關元件104輸出脈沖焊接控制137的輸出的方式進行控制。通過該控制，在以產生電弧的時刻、即時刻T2為時間起點直到變為切換時刻、即時刻T3為止的期間內，基于短路焊接控制部136的輸出進行短路控制。之后，在自電弧產生時刻、即時刻T2起經過了規定時間而變為切換時刻、即時刻T3之時，切換部138對驅動部134進行切換指示。由此，脈沖焊接控制部137的輸出被輸出至開關元件104，焊接輸出控制從短路焊接控制被切換成脈沖焊接控制。之后，在切換時刻T3以后，通過脈沖焊接控制部137進行脈沖焊接控制。如上所述，現有的引弧控制方法及電弧焊接裝置，在流過引弧電流之后進行短路焊接控制。由此，減少了在流過引弧電流之后開始脈沖焊接控制時的、因電弧不穩定引起的電弧中斷、濺射產生及濺射物的附著。現有的電弧焊接機中的輸出控制是在自進行短路焊接控制的引弧時起經過了規定時間之時，從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制，從而進行焊接。由此，減少了引弧時的濺射物的產生量。但是，例如，如圖6所示，與脈沖焊接相比，引弧初期的短路焊接中的熔池未形成充分的熔池。因此，產生下述狀態剛輸出脈沖焊接后的熔滴未過渡至熔池，成為濺射物而飛散，并附著于母材，從而無法去除。即，在現有的控制方法中也減少了剛引弧之后的濺射物的產生量。然而，卻殘留著下述的課題作為對剛從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制之后有可能產生的濺射的對策并不是很充分，有時產生較大的濺射物并附著于母材。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平3497564號公報

發明內容
本發明提供一種減少從電弧產生到電弧穩定為止的濺射物產生量的引弧控制方法。為了解決上述課題，本發明的一種電弧焊接控制方法，該方法是在作為消耗電極的焊絲和作為被焊接物的母材之間產生電弧來進行焊接的焊接方法，該電弧焊接控制方法自指示了焊接開始的時刻、或者指示焊接開始并檢測到焊絲和母材的接觸的時刻起進行短路焊接，在經過規定時間之后，將焊接法從所述短路焊接切換到脈沖焊接，其中，在進行所述脈沖焊接的期間內，具有第1脈沖焊接期間、和接著所述第1脈沖焊接期間的第2脈沖焊接期間，將所述第1脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一個控制成比所述第2脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一個更平緩。根據該方法，若在引弧時自短路焊接控制起經過了規定時間，則輸出不同于穩定焊接的脈沖波形，其結果，在充分地形成了熔池之后輸出穩定焊接的脈沖波形。由此，剛切換成脈沖焊接之后產生的熔滴過渡至熔池，所以不會成為濺射物而分散，能夠減少從產生電弧到電弧穩定為止的濺射物產生量。


圖1是表示本發明的實施方式1及2中的電弧焊接裝置的示意結構的圖。圖2是表示本發明的實施方式1中的焊接電流、焊接電壓及焊絲進給速度的時間波形的圖。圖3是表示本發明的實施方式2中的焊接電流、焊接電壓及焊絲進給速度的時間波形的圖。圖4是表示現有的電弧焊接裝置的示意結構的圖。圖5是表示現有的電弧焊接中的焊絲進給速度、焊接電壓及焊接電流的時間波形的圖。圖6是表示母材的熔池小時的熔滴的舉動的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發明的實施方式。在以下的附圖中，因為對相同的構成要素賦予相同的符號，所以有時會省略說明。(實施方式1)圖1示出本實施方式1中的電弧焊接裝置的示意結構。在圖1中，焊接電源裝置 14具備主變壓器2、一次側整流元件3、開關元件4、電抗器5 (也稱作DCL)、二次側整流元件6、焊接電流檢測部8、焊接電壓檢測部9、短路/電弧檢測部10、輸出控制部11、焊絲進給速度控制部13以及計時部20。一次側整流元件3將輸入電源1的輸出進行整流之后輸出。開關元件4通過將來自一次側整流元件3的直流輸出變換成交流，從而控制焊接輸出。主變壓器2對來自開關元件4的交流輸出進行變換。主變壓器2的輸出經由將主變壓器2的二次側輸出進行整流的二次側整流元件6和電抗器5，作為焊接輸出被輸出。焊接電壓檢測部9檢測焊接電壓， 焊接電流檢測部8檢測焊接電流。短路/電弧檢測部10基于來自焊接電壓檢測部9的信號，判定焊接狀態是焊絲和母材相接觸而短路的短路狀態、還是短路斷開而產生電弧的電弧狀態。輸出控制部11控制開關元件4來控制焊接輸出。焊絲進給速度控制部13控制焊絲進給部19來控制焊絲16的進給速度。計時部20從引弧開始計數規定時間tl。其中，引弧的開始時刻被設為下述時刻由未圖示的焊接開始指示部開始焊接之后向母材15進給焊絲16的時刻，或者在焊絲 16與母材15之間施加電壓之后焊絲16和母材15相接觸而流動電流并檢測到該電流的時刻。此外，在本實施方式1的電弧焊接裝置由焊接電源裝置14、焊絲進給部19、和未圖示的焊接用焊炬等構成的情況下，焊接開始指示部成為焊接用焊炬的焊炬開關等。另外，在本實施方式1的電弧焊接裝置由焊接電源裝置14、焊絲進給部19、保持未圖示的焊接用焊炬的未圖示的工業用機器人、和用于對工業用機器人進行教示等的未圖示的示教器等構成的情況下，焊接開始指示部成為設置于示教器中的開關等。通過有線或無線方式與焊接電源裝置14連接成可通信的狀態的、例如遙控器等焊接條件設定部12用于設定焊接電流、焊接電壓等。其中，焊接電源裝置14的2個輸出端子中的一個端子與焊嘴18連接，并經由焊嘴18向焊絲16供給電力。另外，焊接電源裝置 14的2個輸出端子中的另一個端子與母材15連接，向母材15供給電力。并且，在焊絲16 的前端部與母材15之間產生電弧17。接著，利用圖2，說明本實施方式1的電弧焊接裝置中的焊絲進給速度Wf、焊接電壓Vw以及焊接電流Aw。圖2表示焊絲進給速度Wf、焊接電壓Vw以及焊接電流Aw的時間波形，并表示伴隨時間的經過而變化的例子。在圖2中，在時刻Tl進行電弧焊接裝置的起動(焊接開始指示)。之后，焊絲進給速度控制部13控制焊絲進給部19，如焊絲進給速度Wf所示那樣，以預先設定的焊絲進給速度進給焊絲16。該預先設定的焊絲進給速度是根據由焊接條件設定部12設定的焊接電流來決定的。未圖示的存儲部存儲了使平均焊絲進給速度和設定焊接電流對應起來的表格或式子。根據該存儲部的內容和由焊接條件設定部12設定的焊接電流，決定焊絲進給速度。時刻T2是引弧開始的時刻，當焊絲16和母材15相接觸而流動焊接電流時，焊接電流檢測部8檢測該電流。由此，能夠檢測出該時刻為引弧開始的時刻。之后，以時刻T2為時間起點直至經過了規定時間tl為止，焊絲進給速度控制部13 控制焊絲進給部19，使得以預先設定的焊絲進給速度進給焊絲16。輸出控制部11進行短路焊接控制，輸出焊接輸出。對自時刻T2起的經過時間進行計時的計時部20向輸出控制部11輸出變成了自時刻T2起經過規定時間tl的時刻T3的情況。在經過了規定時間tl之后，輸出控制部11 將焊接輸出的控制從短路焊接控制切換到脈沖焊接控制。將變為脈沖焊接的最初期間、即第1脈沖焊接期間的脈沖波形的上升沿的斜率設為rai，將下降沿的斜率設為PF1，將穩定焊接時的脈沖波形的上升沿的斜率設為冊2，將下降沿的斜率設為PF2。按照如下方式進行脈沖焊接控制輸出PRl和PFl中的至少任意一個比PR2和PF2中的至少任意一個更平緩的脈沖波形。S卩，本發明的電弧焊接控制方法是在作為消耗電極的焊絲與作為被焊接物的母材之間產生電弧來進行焊接的焊接方法。并且，本發明的電弧焊接控制方法是如下的電弧焊接控制方法自指示了焊接開始的時刻、或者指示焊接開始并檢測到焊絲與母材之間的接觸的時刻起進行短路焊接，在經過了規定時間之后將焊接法從上述短路焊接切換到脈沖焊接。并且，本發明的電弧焊接控制方法是下述方法，即在進行上述脈沖焊接的期間內，具有
6第1脈沖焊接期間、和接著上述第1脈沖焊接期間的第2脈沖焊接期間，將上述第1脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率之中的至少任意一個控制成比上述第2脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率之中的至少任意一個更平緩。根據該方法，在引弧時，若自短路焊接控制起經過了規定時間，則輸出不同于穩定焊接的脈沖波形，其結果，在充分地形成熔池之后，輸出穩定焊接的脈沖波形。由此，剛切換成脈沖焊接之后產生的熔滴過渡至熔池，所以不會成為濺射物而分散，能夠減少從產生電弧到電弧穩定為止的濺射物產生量。另外，也可采用第1脈沖焊接期間是輸出規定脈沖數的期間的方法。根據該方法， 可通過脈沖數明確從產生電弧到電弧穩定為止的期間，能夠減少濺射物產生量。另外，也可采用規定脈沖數是1個以上且8個以下的方法。根據該方法，能夠進一步明確從產生電弧到電弧穩定為止的期間，能夠減少濺射物產生量。之后，如圖2所示，第1脈沖焊接期間結束后變為第2脈沖焊接期間。該第2脈沖焊接期間是進行穩定焊接的穩定焊接期間，按照輸出脈沖波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的至少任意一個、即穩定焊接時的脈沖波形的方式進行脈沖焊接控制。由此，可以削減第1脈沖焊接期間的電磁收縮力，即便從短路焊接控制下的小的熔池的狀態切換到脈沖焊接控制，熔滴也向熔池過渡。這樣，通過在充分地形成熔池之后進行穩定焊接的脈沖焊接控制，能夠抑制濺射物的飛散。S卩，在本發明的電弧焊接控制方法中，也可以是下述方法第2脈沖焊接期間是穩定焊接期間，第2脈沖焊接期間內的脈沖波形是穩定焊接時的脈沖波形。通過該方法，能夠在充分形成熔池之后進行穩定焊接的脈沖焊接控制，能夠抑制濺射物的飛散。(實施方式2)在本發明的實施方式2的電弧焊接方法中，與實施方式1的主要不同點在于，以預先設定的周期和振幅，對規定時間tl的短路焊接中的焊絲進給進行正向傳送和反向傳送。利用圖1所示的電弧焊接裝置的示意結構和圖3，說明本實施方式2。圖3是表示本發明的實施方式2中的焊接電流、焊接電壓以及焊絲進給速度的時間波形的圖。以時刻T2為時間起點直至經過規定時間tl為止，焊絲進給速度控制部13按照以預先設定的周期和預先設定的振幅進給焊絲16的方式控制焊絲進給部19。之后，對自時刻 T2起經過的經過時間進行計時的計時部20，向焊絲進給速度控制部13輸出變為自時刻T2 起經過了規定時間tl的時刻、即時刻T3的情況。焊絲進給速度控制部13在經過了規定時間tl之后，將焊絲進給速度從周期性的值切換成恒定值來控制焊絲進給。具體而言，在經過了規定時間tl之后，焊絲進給速度從反向傳送變為正向傳送。之后，自變為對應于由焊接條件設定部12設定的焊接電流而決定的恒定的焊絲進給速度的時刻以后，焊絲進給速度控制部13以恒定的焊絲進給速度進給焊絲16。其中，在從時刻T2到時刻T3為止的規定期間tl內，作為焊絲進給，周期性地改變正向傳送和反向傳送。因此，通過焊絲16的正向傳送而強制性地產生焊絲16與母材15的短路，并且通過焊絲16的反向傳送而強制性地斷開短路來再次產生電弧。接著，說明焊接輸出的切換。
如圖3所示，若焊絲進給狀態到達時刻T4的正向傳送開始點，則輸出控制部11將焊接輸出從短路焊接控制切換成脈沖焊接控制，以后進行脈沖焊接控制。在第1脈沖焊接期間內，按照脈沖波形的上升沿的斜率PRl和下降沿的斜率PFl中的任意一個比穩定焊接時的脈沖波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的任意一個平緩的方式進行脈沖焊接控制。之后，第1脈沖焊接期間結束后立即變為第2脈沖焊接期間。該第2脈沖焊接期間是穩定焊接期間，按照輸出脈沖波形的上升沿的斜率PR2和下降沿的斜率PF2中的任意一個、即穩定焊接時的脈沖波形的方式進行脈沖焊接控制。由此，能夠不依賴于焊接電流的電磁收縮力而斷開短路焊接控制中的短路。其結果，能夠減少濺射物的產生，能夠在從剛引弧之后的短路焊接控制到穩定焊接的脈沖焊接控制為止的整個區域內抑制濺射物的飛散。S卩，本發明的電弧焊接控制方法采用下述方法在自指示了焊接開始的時刻、或者指示焊接開始并檢測到焊絲和母材的接觸的時刻起進行的短路焊接的期間內，在以規定頻率和規定振幅周期性地重復正向傳送和反向傳送的焊絲進給速度下，進行焊絲的進給。根據該方法，能夠減少濺射物的產生，能夠在從剛引弧之后的短路焊接控制到穩定焊接的脈沖焊接控制為止的整個區域內抑制濺射物的飛散。另外，也可采用下述方法在焊絲進給速度從反向傳送朝向正向傳送變化的期間內，開始第1脈沖焊接期間來進行脈沖焊接。根據該方法，能夠減少濺射的產生，能夠在從剛引弧之后的短路焊接控制到穩定焊接的脈沖焊接控制為止的整個區域內抑制濺射物的飛散。另外，也可采用下述方法在規定時間內進行了以規定頻率和規定振幅周期性地重復正向傳送和反向傳送的焊絲進給之后，進行使焊絲進給速度恒定的焊絲進給控制，在焊絲進給速度向正向傳送變化并達到恒定速度為止的期間內，開始第1脈沖焊接期間，從而進行脈沖焊接。根據該方法，能夠減少濺射的產生，能夠在從剛引弧之后的短路焊接控制到穩定焊接的脈沖焊接控制為止的整個區域內抑制濺射物的飛散。(工業上的可利用性)本發明的引弧控制方法能夠減少引弧時的濺射物的產生和濺射物附著，來提高焊接作業的生產率，因此尤其在工業上作為采用了消耗電極的焊接方法是有用的。符號說明1輸入電源2主變壓器3 一次側整流元件4開關元件5電抗器6 二次側整流元件8焊接電流檢測部9焊接電壓檢測部10短路/電弧檢測部11輸出控制部
12焊接條件設定部
13焊絲進給速度控制部
14焊接電源裝置
15母材
16焊絲
17電弧
18焊嘴
19焊絲進給部
20計時部
權利要求
1.一種電弧焊接控制方法，該電弧焊接控制方法是在作為消耗電極的焊絲和作為被焊接物的母材之間產生電弧來進行焊接的焊接方法，該電弧焊接控制方法自指示了焊接開始的時刻、或者指示焊接開始并檢測到焊絲和母材的接觸的時刻起進行短路焊接，在經過規定時間之后，將焊接法從所述短路焊接切換到脈沖焊接，其中，在進行所述脈沖焊接的期間內，具有第1脈沖焊接期間、和接著所述第1脈沖焊接期間的第2脈沖焊接期間，將所述第1脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一個控制成比所述第2脈沖焊接期間內的脈沖波形的上升沿的斜率和下降沿的斜率中的至少任意一個更平緩。
2.根據權利要求1所述的電弧焊接控制方法，其中，所述第1脈沖焊接期間是輸出規定脈沖數的期間。
3.根據權利要求2所述的電弧焊接控制方法，其中，所述規定脈沖數是1以上且8以下。
4.根據權利要求1至3的任一項所述的電弧焊接控制方法，其中，所述第2脈沖焊接期間是穩定焊接期間，所述第2脈沖焊接期間內的脈沖波形是穩定焊接時的脈沖波形。
5.根據權利要求1至4的任一項所述的電弧焊接控制方法，其中，在自指示了所述焊接開始的時刻、或者指示所述焊接的開始并檢測到焊絲和母材的接觸的時刻起進行的所述短路焊接的期間內，在以規定頻率和規定振幅周期性地重復正向傳送和反向傳送的焊絲進給速度下，進行焊絲的進給。
6.根據權利要求5所述的電弧焊接控制方法，其中，在所述焊絲進給速度從反向傳送朝向正向傳送變化的期間內，開始所述第1脈沖焊接期間來進行脈沖焊接。
7.根據權利要求5所述的電弧焊接控制方法，其中，在規定時間內進行了以所述規定頻率和所述規定振幅周期性地重復正向傳送和反向傳送的焊絲進給之后，進行使焊絲進給速度恒定的焊絲進給控制，在所述焊絲進給速度朝向正向傳送變化并達到恒定速度為止的期間內，開始所述第1脈沖焊接期間來進行脈沖焊
全文摘要
本發明提供一種電弧焊接控制方法，是在焊絲與母材之間產生電弧來進行焊接的脈沖電弧焊接控制方法，在引弧期間內，自短路焊接控制起經過了規定時間(t1)時，過渡到輸出使脈沖波形的上升沿的斜率和/或下降沿的斜率比穩定焊接的脈沖波形更平緩的脈沖波形的脈沖焊接，在充分形成溶池之后，控制為輸出穩定焊接的脈沖波形，從而能夠減少從產生電弧到電弧穩定為止的濺射物產生量。此外，作為短路焊接控制，進行以規定頻率和振幅周期性地重復正向傳送和反向傳送的焊絲進給，在焊絲進給速度從反向傳送朝向正向傳送變化的期間內過渡到脈沖焊接。
文檔編號B23K9/067GK102596475SQ20118000431
公開日2012年7月18日 申請日期2011年7月11日 優先權日2010年9月10日
發明者中川晶, 古和將, 川本篤寬, 藤原潤司 申請人:松下電器產業株式會社