熔化電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法技術

一種熔化電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，根據熔化電極／母材間電壓值（Ｖｗ）或電阻值的微分值（Ｄｖ）達到預定的縮頸檢測基準值（Ｖｔｎ），自短路狀態（Ｔｓ）中檢測作為再次產生電弧的前兆現象的熔滴縮頸現象，檢測到該縮頸現象時，按照使通電短路負載的焊接電流（Ｉｗ）驟減并降為低電流值（Ｉｍ），在再次產生電弧時增加焊接電流（Ｉｗ）的方式進行輸出控制，通過所述微分值（Ｄｖ）達到比所述縮頸檢測基準值（Ｖｔｎ）大的值即達到預定電弧再次產生基準值（Ｖｔａ）來判斷所述電弧再次產生。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于在短路期間中，檢測熔滴的縮頸現象，在電弧再次產生之前，使焊接電流急劇減少，降低飛濺的發生的。
技術介紹
圖5是表示重復短路期間Ts和電弧期間Ta的熔化電極電弧焊接中的電流/電壓波形圖和熔滴過渡圖。該圖(A)表示通電熔化電極(以下稱為焊絲1)的焊接電流Iw，該圖(B)表示外加在導電嘴/母材2間的焊接電壓Vw，該圖(C)～(E)表示各個時刻中的熔滴1a的過渡的狀況。以下，參照該圖進行說明。在時刻t1～t3的短路期間Ts中，處于焊絲1的前端的熔滴1a與母材2短路的狀態，如該圖(A)所示，逐漸增加焊接電流Iw，如該圖(B)所示，因為處于短路狀態，所以焊接電壓Vw為數V左右的低值。另外，如該圖(C)所示，在時刻t1中，熔滴1a與母材2接觸進入短路狀態。然后，如該圖(D)所示，由于通電熔滴1a的焊接電流Iw所產生的電磁收縮(pinch)力，在熔滴1a上部產生縮頸1b。而且，該縮頸1b迅速發展，在時刻t3如圖(E)所示，熔滴1a從焊絲1脫離進入熔池2a，隨后再次產生電弧3。在產生上述的縮頸現象時，數十～數百μs左右的極短時間后短路被斷開，再次產生電弧3。即該縮頸現象是短路斷開的前兆現象。在縮頸1b產生時，因為焊接電流Iw的通電路徑在縮頸部分變窄，所以在縮頸部分的電阻值r增加。該電阻值r的增大，隨縮頸的進行縮頸部分越變窄而變得越大。因此，通過在短路期間Ts中檢測焊絲1/母材2間的電阻值r的變化可以檢測到縮頸現象的發生。該電阻值r的變化，可以根據算出r＝Vw/Iw，由其微分值dr/dt＝d(Vw/Iw)計算出來。另外，如上所述，因為縮頸期間為極短時間，所以如該圖(A)所示，該縮頸發生當中的焊接電流Iw的變化小。因此，即使由焊接電壓Vw的變化dVw/dt來代替電阻值r的變化也可以檢測縮頸現象的發生。作為具體的縮頸檢測方法，計算短路期間Ts中的電阻值r或焊接電壓值Vw的微分值，通過判斷該微分值達到預定的縮頸檢測基準值Vtn而進行縮頸檢測。在以下的說明中，縮頸檢測方法以根據上述焊接電壓值的微分值dVw/dt進行的情況為例進行說明，也可以是根據電阻值的微分值dr/dt的方法或其他現有的方法。時刻t3的電弧再次產生的檢測，通過判斷焊接電壓Vw達到短路判斷值Vts以上而進行。即，Vw＜Vts期間為短路期間Ts，Vw≥Vts的期間為電弧期間Ta。為了除去高頻噪聲成份，對用于該短路/電弧判斷的焊接電壓Vw進行低通濾波處理。這樣電弧期間Ta中電弧長度由于電弧負載的變動常常變化，隨著該電弧長度的變化焊接電壓Vw和焊接電流Iw也變化很大。其結果，在進行短路/電弧判斷時，對焊接電壓Vw不進行濾波處理時存在誤檢測。這樣，為了對焊接電壓Vw實施濾波處理，短路/電弧判斷會延遲數十μs左右。在一般的熔化電極電弧焊接中，進行適合于短路期間/電弧期間的各個期間的焊接電流Iw和焊接電壓Vw控制，該短路/電弧判斷的延遲問題并不嚴重。接著，在時刻t3中再次產生電弧時，如圖(A)所示，焊接電流Iw逐漸減少，如圖(B)所示，焊接電壓Vw變為數十V左右的電弧電壓值。該電弧期間Ta中，由于電弧熱等熔化焊絲1的前端形成熔滴1a，同時熔化母材2。一般，在熔化電極電弧焊接中，為了使電弧長度最佳化使用恒壓特性的焊接電源。在伴隨短路的熔化電極電弧焊接中，焊接電流平均值(送絲速度)低時，變為短路過渡焊接，在焊接電流平均值高時變為熔滴過渡焊接等。在伴有短路的焊接中，在時刻t3再次產生電弧3時的電流值Ia大時，自電弧3到熔池2a的壓力(電弧力)非常大，產生大量的飛濺。即與電弧再次產生時的焊接電流值Ia大致成比例地增加飛濺發生量。因此，為了抑制飛濺的發生，需要減小電弧再次產生時的焊接電流值Ia。作為其方法，現已提出各種方案，檢測上述縮頸現象發生，使焊接電流Iw急劇減少，減小電弧再次產生時的焊接電流Ia的縮頸檢測控制方法。以下對該現有技術進行說明。圖6是應用了現有技術的縮頸檢測控制方法的焊接電源的方框圖。在該圖中，省略了與送絲相關的模塊。以下，參照該圖對各個模塊進行說明。電源主電路PM，以三相200V等的商用電源作為輸入，根據后述的誤差放大信號Ea進行逆變控制、晶閘管相位控制等的輸出控制，輸出電壓Eo和焊接電流Iw。晶體管TR和電阻器R的并聯電路被插入通電路徑，如后面所述，通過在縮頸檢測時晶體管TR為截止狀態、經過電阻器R而通電，使焊接電流Iw驟減。在該短路負載狀態中，因為在檢測縮頸時停止從電源主電路PM的輸出，所以焊接電流Iw由于蓄積在電源主電路PM內的電抗器中的電能被放電而減小。該減小速度根據短路負載的電阻值和電抗器的電感值決定。因此，為了加速減小速度，在縮頸檢測時在通電路徑中插入上述電阻器R。該電阻器R的值，為短路負載(0.01Ω左右)的數十倍左右。由此，在縮頸檢測時，焊接電流Iw在100μs左右的時間內驟減。焊絲1以恒定速度供給，在其與母材2之間產生電弧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。電壓微分電路DV，對該電壓檢測信號Vd進行微分，輸出電壓微分信號Dv＝dVw/dt。上述電壓檢測信號Vd通入低通濾波器，由電壓濾波電路VF除去高頻率噪聲成份，并輸出電壓濾波信號Vf。短路判斷電路SD比較該電壓濾波信號Vf和預定的短路判斷值Vts，在短路期間中輸出高電平的短路判斷信號Sd。縮頸檢測電路ND，在短路期間中的上述電壓微分信號Dv達到預定的縮頸檢測基準值Vtn時刻(縮頸檢測時刻)，輸出短時間為高電平的縮頸檢測信號Nd。觸發器電路FF輸出縮頸檢測期間信號Tn，該縮頸檢測期間信號Tn由上述縮頸檢測信號Nd置位變為低電平，由上述短路判斷信號Sd的下降沿(電弧再次產生時)復位返回為高電平。驅動電路DR，在上述縮頸檢測期間信號Tn為高電平時，輸出將上述晶體管TR置為導通狀態的驅動信號Dr。縮頸檢測期間信號Tn從縮頸檢測時刻開始到電弧再次產生時刻的縮頸期間中為低電平，該期間中，晶體管TR為截止狀態，焊接電流Iw因為經由電阻器R通電而急劇減少。上升期間設定電路TUR，輸出預定的上升期間設定信號Tur。低縮頸電流設定電路IMR輸出預定的低縮頸電流設定信號Imr。高電弧電流設定電路IHR輸出預定的高電弧電流設定信號Ihr。縮頸檢測時電流控制電路NIC將上述的各個設定信號Tur、Imr、Ihr和上述的縮頸檢測期間信號Tn作為輸入，輸出圖7中后述的電源特性切換信號Sw和電流設定信號Ir。輸出電壓設定電路ER輸出預定的輸出電壓設定信號Er。電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw，輸出電流檢測信號Id。輸出電壓檢測電路ED檢測輸出電壓Eo，將輸出電壓檢測信號Ed輸出。電壓誤差放大電路EV放大上述輸出電壓設定信號Er和上述輸出電壓檢測信號Ed之間的誤差，輸出電壓誤差放大信號Ev。電流誤差放大電路EI放大上述電流設定信號Ir和上述電流檢測信號Id之間的誤差，輸出電流誤差放大信號Ei。電源特性切換電路SW，以上述電源特性切換信號Sw作為輸入，在圖7后述的縮頸期間和上升期間Tu中，切換到b側，輸出上述電流誤差放大信號Ei作為誤差放大信號Ea，除此之外的期間中，切換到a側，輸出上述電壓誤差放大信號Ev作為誤差放大信號Ea。因此，切換到a側的期間為恒流特性期間，切換本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熔化電極電弧焊接的縮頸檢測控制方法，在熔化電極和母材之間重復電弧產生狀態和短路狀態的熔化電極電弧焊接中，根據熔化電極／母材間電壓值或電阻值的微分值達到預定的縮頸檢測基準值，自短路狀態中檢測作為再次產生電弧的前兆現象的熔滴縮頸現象，檢測到該縮頸現象時，按照使通電短路負載的焊接電流驟減并降為低電流值，在再次產生電弧時增加焊接電流的方式進行輸出控制，　　　　通過所述微分值達到比所述縮頸檢測基準值大的值、即達到預定電弧再次產生基準值來判斷所述電弧再次產生。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：惠良哲生，
申請(專利權)人：株式會社大亨，
類型：發明
國別省市：JP[日本]