專利名稱：熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于得到期望的焊縫(bead)形狀的熔化電極交流電弧焊 接的送給控制方法。
背景技術(shù)：
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(hào)Spn，該圖(B)表示焊接電流Iw，該圖(C)表示焊接電壓 Vw，該圖(D)表示焊絲的送給速度Fw (cm/分)。該圖是短路過(guò)渡電弧 焊接的情況，但是溶滴過(guò)渡焊接、噴射過(guò)渡焊接等情況也相同。在以下的 說(shuō)明中焊接電流Iw、焊接電壓Vw及后述的輸出電壓E是絕對(duì)值的意思。 因此，值大這樣的記載是絕對(duì)值大的意思。以下參照該圖進(jìn)行說(shuō)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(hào) 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進(jìn) 行焊接。此時(shí)，如該圖(D)所示，送給速度Fw與極性無(wú)關(guān)為規(guī)定值。在時(shí)刻tl，如該圖(A)所示，極性切換信號(hào)Spn為高電平，切換成 電極正極性EP時(shí)，如該圖(B)所示，通電電極正極性EP的焊接電流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。 在時(shí)刻tl t2的短路期間Ts中，如該圖(B)所示，焊接電流Iw逐漸增 力口，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，焊接電流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(hào)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(guò)電極負(fù)極性 EN的焊接電流Iw，如該圖(C)所示，被施加了焊接電壓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。圖6表示電極正極性EP時(shí)及電極負(fù)極性EN時(shí)的焊絲熔化特性的一 例。該圖的橫軸表示各個(gè)極性中的焊接電流的平均值，縱軸表示送給速度 Fw。該圖，是使用直徑1.2mm的鋼鐵焊絲的MAG焊接的情形。以下參 照附圖進(jìn)行說(shuō)明。如該圖所示，在電極正極性EP時(shí)和電極負(fù)極性EN時(shí)焊絲熔化特性 有很大不同。如上所述，在熔化電極交流電弧焊接中送給速度Fw與極性 無(wú)關(guān)為一定值，因此例如在設(shè)送給速度Fw二350cm/分時(shí)，電極正極性EP 時(shí)的焊接電流平均值Iep=140A，電極負(fù)極性EN時(shí)的焊接電流平均值Ien =100A。因此，在上述圖5中，電極正極性期間Tep的焊接電流平均值為 電極正極性焊接電流平均值Iep，電極負(fù)極性期間Ten的焊接電流平均值 為電極負(fù)極性焊接電流平均值Ien。在熔化電極交流電弧焊接中，改變上 述電極正極性期間Tep和電極負(fù)極性期間Ten之間的時(shí)間比率即EN比率 Ren[%] = 100X (Ten/ (Tep+Ten))，由此可以改變焊絲熔化特性，因此 可以得到期望的焊縫形狀(熔深深度、堆高高度等)(例如，參照專利文 獻(xiàn)1、 2)。專利文獻(xiàn)l:日本特公昭62 —55952號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2004—114088號(hào)公報(bào)在將各個(gè)極性期間合并后的整個(gè)期間(Tep+Ten)中的焊接電流平均 值Iav，在將電極正極性焊接電流平均值Iep、電極負(fù)極性焊接電流平均值 Ien和EN比率作為Ren作為參數(shù)可以用下式表示。Iav二 (Ien—Iep) X (Ren/100)十Iep (式l)將圖6中所述的數(shù)值例代入式(1)。艮卩，Iep=140A， Ien二100A時(shí)， 則得到下式。Iav=—0.4XRen+100將該式繪制成曲線則如圖7所示。該圖的橫軸表示EN比率Ren，縱 軸表示焊接電流平均值Iav。由該圖可知，在EN比率Ren變化時(shí)，焊接 電流平均值Iav也在140 100A變化很大。對(duì)于工件使焊縫形狀形成為期望的形狀時(shí)，往往將熔深深度和堆高部的面積設(shè)定在期望值。 一般地，熔深深度根據(jù)上述焊接電流平均值Iav而 變化，堆高部面積根據(jù)EN比率Ren而變化。但是，由圖可知，在使EN 比率Ren變化來(lái)設(shè)定堆高部面積時(shí)，同時(shí)焊接電流平均值Iav也變大，熔 深深度也變化。即，熔深深度和堆高部面積不能獨(dú)立地設(shè)定在期望值。因 此，為了將焊縫形狀設(shè)定成期望值往往需要很多的預(yù)備試驗(yàn)，需要很多作 業(yè)時(shí)間。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明目的在于，提供一種可以預(yù)先設(shè)定成期望的焊縫形狀的 熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案一的熔化電極交流電弧焊接的送 給控制方法，以預(yù)定的送給速度供給焊絲，且將施加于電弧的焊接電壓交 替切換為電極正極性和電極負(fù)極性來(lái)進(jìn)行焊接，設(shè)定焊接電流，根據(jù)電極正極性時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極正極 性期間中的上述送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的第一送給 速度，根據(jù)電極負(fù)極性時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極負(fù)極性期間中的上述 送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的第二送給速度。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的 送給控制方法，在從上述第一送給速度切換到上述第二送給速度時(shí)和/或從 上述第二送給速度切換到上述第一送給速度時(shí)對(duì)送給速度附加斜率。發(fā)明效果根據(jù)上述本發(fā)明的技術(shù)方案一，根據(jù)每個(gè)極性的焊絲熔化特性設(shè)定與 預(yù)定的焊接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的各個(gè)極性的送給速度，由此可以獨(dú)立地設(shè)定 EN比率和焊接電流平均值。因此，可以將隨EN比率變化的堆高部的面 積及隨焊接電流平均值變化的熔深深度設(shè)定成期望的形狀。進(jìn)而，根據(jù)上述技術(shù)方案二，對(duì)極性切換時(shí)的送給速度附加斜率，由 此可以防止送給速度的欠調(diào)、超調(diào)。因此，除了上述的效果還可以提高極 性切換時(shí)的焊接狀態(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是本實(shí)施方式相關(guān)的焊接電流設(shè)定值Ir與各個(gè)極性的送給速度設(shè) 定值Fr之間的關(guān)系圖。圖3是圖1的焊接電源的各個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。圖4是表示本實(shí)施方式的效果的一例的EN比率Ren與焊接電流平均值Iav之間的關(guān)系圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)中的熔化電極交流電弧焊接的電流/電壓波形圖。圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的各個(gè)極性的焊絲熔化特性的圖。圖7是用于表示現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題的EN比率Ren與焊接電流平均值Iav之間的關(guān)系圖。圖中符號(hào)說(shuō)明l一焊絲；2 —母材；3—電?。?一焊槍；5 —送給輥；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(hào)；ED—電壓檢測(cè)電路；Ed —輸出電壓檢測(cè)信號(hào)；EN—電極負(fù)極性；END 一電極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電路；End—電極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)； EP—電極正極性；EPD—電極正極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電路；Epd—電極正極 性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)；ER—輸出電壓設(shè)定電路；Er—輸出電壓設(shè)定信號(hào)； FC —送給控制電路；Fc—送給控制信號(hào)；Fr—送給速度設(shè)定信號(hào)；FR1 — 第一送給速度設(shè)定電路；Frl —第一送給速度設(shè)定信號(hào)；FR2 —第二送給速 度設(shè)定電路；Fr2 —第二送給速度設(shè)定信號(hào)；FW—送給速度；Iav—焊接電 流平均值；Ien—電極負(fù)極性焊接電流平均值；Iep—電極正極性焊接電流 平均值；INT—高頻變壓器；INV—逆變器電路；IR—焊接電流設(shè)定電路； Ir一焊接電流設(shè)定信號(hào)；iw—焊接電流；M —送給電動(dòng)機(jī)；NTR—電極負(fù) 極性開(kāi)關(guān)元件；PTR—電極正極性開(kāi)關(guān)元件；PWM—脈沖寬度調(diào)制電路； Pwm—脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；Ren—EN比率；SPN—極性切換信號(hào)生成電路； Spn —極性切換信號(hào)；SW—切換電路；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；Vw —焊接電壓；WL—電抗器(reactor )。具體實(shí)施形式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(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。以下參照該圖對(duì)各個(gè)功能框進(jìn)行說(shuō)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(hào)Pwm對(duì)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(duì) 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(guò)對(duì)電極正極性 開(kāi)關(guān)元件PTR和電極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件NTR進(jìn)行ON/OFF控制，來(lái)切換焊 接電源的輸出極性。在電極正極性幵關(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(kāi)關(guān)元件NTR為ON狀態(tài)時(shí)為電極負(fù)極性EN。電 抗器WL用于對(duì)輸出進(jìn)行平滑。焊絲l，通過(guò)與送給電動(dòng)機(jī)M結(jié)合的送給輥5被供給到焊槍4內(nèi)，在 與母材2之間產(chǎn)生電弧3。極性切換信號(hào)生成電路SPN輸出極性切換信號(hào)Spn，該極性切換信號(hào) Spn在預(yù)定的電極正極性期間Tep中為高電平，在預(yù)定的電極負(fù)極性期間 Ten中為低電平。電極正極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電路EPD在該極性切換信號(hào) Spn為高電平時(shí)輸出電極正極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)Epd。電極負(fù)極性開(kāi)關(guān) 元件驅(qū)動(dòng)電路END在上述極性切換信號(hào)Spn為低電平時(shí)輸出電極負(fù)極性 開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)End。因此，在極性切換信號(hào)Spn為高電平時(shí)為電極正 極性EP，在為低電平時(shí)為電極負(fù)極性EN。輸出電壓設(shè)定電路ER，輸出預(yù)定的輸出電壓設(shè)定信號(hào)Er。電壓檢測(cè) 電路ED檢測(cè)高頻變壓器INT的二次線圈的交流電壓(輸出電壓E)并變 換為決定值，并將輸出電壓檢測(cè)信號(hào)Ed輸出。誤差放大電路EA，放大上 述輸出電壓設(shè)定信號(hào)Er與輸出電壓檢測(cè)信號(hào)Ed之間的誤差，并輸出誤差 放大信號(hào)Ea。脈沖寬度調(diào)制電路PWM，以該誤差放大信號(hào)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(hào)Pwm。焊接電流設(shè)定電路IR，輸出用于設(shè)定上述焊接電流平均值Iav的焊接 電流設(shè)定信號(hào)Ir。第一送給速度設(shè)定電路FR1，以上述焊接電流設(shè)定信號(hào) Ir為輸入，根據(jù)圖2中所述電極正極性EP時(shí)的焊絲熔化特性輸出對(duì)應(yīng)的第一送給速度的設(shè)定信號(hào)Frl。第二送給速度設(shè)定電路FR2，以上述焊接 電流設(shè)定信號(hào)Ir為輸入，根據(jù)圖2中所述電極負(fù)極性EN時(shí)的焊絲熔化特 性輸出對(duì)應(yīng)的第二送給速度設(shè)定信號(hào)Fr2。圖2表示各個(gè)極性的焊絲熔化 特性。該圖的橫軸表示焊接電流設(shè)定值Ir，縱軸表示送給速度設(shè)定值Fr。 該圖與上述圖6同樣，例示了使用直徑1.2mm的鋼鐵焊絲的MAG焊接的 情形。標(biāo)記為EP的特性表示電極正極性EP時(shí)的焊絲熔化特性，標(biāo)記為 EN的特性表示電極負(fù)極性EN時(shí)的焊絲熔化特性。例如，在焊接電流設(shè) 定值Ir二100A時(shí)，第一送給速度設(shè)定值Frl二250cm/分，第二送給速度設(shè) 定值Fr2二350cm/分。在上述第一送給速度設(shè)定電路FR1和第二送給速度 設(shè)定電路FR2中，對(duì)每個(gè)焊接條件(焊接方法、焊絲的直徑、材質(zhì)等)以 函數(shù)、表格等形式內(nèi)置有各個(gè)極性的焊絲熔化特性。切換電路SW，在上述極性切換信號(hào)Spn為高電平(EP)時(shí)，將上述 第一送給速度設(shè)定信號(hào)Frl作為送給速度設(shè)定信號(hào)Fr輸出，在為低電平 (EN)時(shí)，將上述第二送給速度設(shè)定信號(hào)Fr2作為送給速度設(shè)定信號(hào)Fr 輸出。送給控制電路FC輸出送給控制信號(hào)Fc，該送給控制信號(hào)Fc用于 以相當(dāng)于該送給速度設(shè)定信號(hào)Fr的值的送給速度來(lái)送給焊絲1。送給電動(dòng) 機(jī)M，根據(jù)該送給控制信號(hào)Fc被驅(qū)動(dòng)，由上述送給輥5送給焊絲1 。圖3是表示圖1中上述的焊接電源的各個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。該圖(A) 表示極性切換信號(hào)Spn，該圖(B)表示焊接電流Iw，該圖(C)表示焊 接電壓Vw，該圖(D)表示電極正極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)Epd，該圖(E) 表示電極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)End，該圖(F)表示送給速度設(shè)定信 號(hào)Fr。以下，參照該圖進(jìn)行說(shuō)明。如該圖(A)所示，極性切換信號(hào)Spn為高電平時(shí)，如該圖(D)所 示，輸出電極正極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)Epd (高電平)，因此電極正極性 開(kāi)關(guān)元件PTR為ON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(guò)電極正極性EP的焊接電流Iw， 如該圖(C)所示，電極正極性EP的焊接電壓Vw被施加在焊絲1和母材 2之間。另外，如該圖(F)所示，送給速度設(shè)定信號(hào)Fr的值，根據(jù)圖2 所述的電極正極性EP時(shí)的焊絲熔化特性，成為與焊接電流設(shè)定信號(hào)Ir對(duì) 應(yīng)的第一送給速度設(shè)定信號(hào)Frl的值。在時(shí)刻t2，如該圖(A)所示，極性切換信號(hào)Spn為低電平時(shí)，如該 圖(E)所示，輸出電極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)End (高電平)，因此電 極負(fù)極性開(kāi)關(guān)元件NTR為ON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(guò)電極負(fù)極性EN的焊 接電流Iw，如該圖(C)所示，施加電極負(fù)極性EN的焊接電壓Vw。另 外，如該圖(F)所示，送給速度設(shè)定信號(hào)Fr的值，根據(jù)圖2所述的電極 負(fù)極性EN時(shí)的焊絲熔化特性，成為與焊接電流設(shè)定信號(hào)Ir對(duì)應(yīng)的第二送 給速度設(shè)定信號(hào)Fr2的值。如該圖(F)所示，在從電極正極性EP切換到電極負(fù)極性EN時(shí)禾口/ 或從電極負(fù)極性EN切換到電極正極性EP時(shí)，對(duì)送給速度設(shè)定信號(hào)Fr附 加斜率。這樣，在切換時(shí)送給速度不會(huì)欠調(diào)(undershoot)和超調(diào) (overshoot)。該斜率，按照需要附加即可。圖4是表示上述實(shí)施方式中EN比率Ren變化時(shí)的焊接電流平均值Iav 變化的圖。該圖與上述圖7對(duì)應(yīng)。在本實(shí)施方式中，按照電極正極性焊接 電流平均值Iep和電極負(fù)極性焊接電流平均值Ien均與焊接電流設(shè)定值Ir 相等的方式設(shè)定各個(gè)極性的送給速度。因此，Iav=Ir，不依賴于EN比率 Ren。該圖與上述圖7相同，為使用直徑1.2mm的鋼鐵焊絲、以焊接電流 設(shè)定值Ir=100A進(jìn)行MAG焊接的情形。如該圖所示，即使EN比率Ren 變化，焊接電流平均值Iav二100A保持不變。因此，在本實(shí)施方式中，焊 接電流平均值Iav和EN比率Ren可以獨(dú)立地設(shè)定。在本實(shí)施方式中，例示了短路過(guò)渡焊接的情形，但是也可以適用于溶 滴過(guò)渡焊接、噴射過(guò)渡焊接、脈沖電弧焊接等情形。根據(jù)上述實(shí)施方式，根據(jù)每個(gè)極性的焊絲熔化特性來(lái)設(shè)定與預(yù)定的焊 接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的各個(gè)極性的送給速度，由此可以獨(dú)立地設(shè)定EN比率 和焊接電流平均值。因此，可以將隨EN比率變化的堆高部面積及隨焊接 電流平均值變化的熔深深度設(shè)定成期望的形狀。進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施方式，對(duì)極性切換時(shí)的送給速度附加斜率，由此可 以防止送給速度的欠調(diào)、超調(diào)。因此，除了上述的效果還可以提高極性切 換時(shí)的焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、一種熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法，以預(yù)定的送給速度供給焊絲，且將施加于電弧的焊接電壓交替切換為電極正極性和電極負(fù)極性來(lái)進(jìn)行焊接，其特征在于，設(shè)定焊接電流，根據(jù)電極正極性時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極正極性期間中的上述送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的第一送給速度，根據(jù)電極負(fù)極性時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極負(fù)極性期間中的上述送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值對(duì)應(yīng)的第二送給速度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法， 其特征在于，在從上述第一送給速度切換到上述第二送給速度時(shí)和/或從上述第二 送給速度切換到上述第一送給速度時(shí)，對(duì)送給速度附加斜率。
全文摘要
一種熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法，在熔化電極交流電弧焊接中，使用于得到期望的焊縫形狀的參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)化。該熔化電極交流電弧焊接的送給控制方法，以預(yù)定的送給速度送給焊絲，且將施加于電弧的焊接電壓(Vw)交替切換為電極正極性(EP)和電極負(fù)極性(EN)來(lái)進(jìn)行焊接，設(shè)定焊接電流，根據(jù)電極正極性(EP)時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極正極性期間(Tep)中的上述送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值(Ir)對(duì)應(yīng)的第一送給速度(Fr1)，根據(jù)電極負(fù)極性(EN)時(shí)的焊絲熔化特性，將上述電極負(fù)極性期間(Ten)中的上述送給速度設(shè)定為與上述焊接電流設(shè)定值(Ir)對(duì)應(yīng)的第二送給速度(Fr2)。
文檔編號(hào)B23K9/09GK101274385SQ20081008337
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者井手章博, 惠良哲生, 水取?？? 西坂太志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨