熔化电极电弧焊接的缩颈检测控制方法技术

一种熔化电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，根据熔化电极／母材间电压值（Ｖｗ）或电阻值的微分值（Ｄｖ）达到预定的缩颈检测基准值（Ｖｔｎ），自短路状态（Ｔｓ）中检测作为再次产生电弧的前兆现象的熔滴缩颈现象，检测到该缩颈现象时，按照使通电短路负载的焊接电流（Ｉｗ）骤减并降为低电流值（Ｉｍ），在再次产生电弧时增加焊接电流（Ｉｗ）的方式进行输出控制，通过所述微分值（Ｄｖ）达到比所述缩颈检测基准值（Ｖｔｎ）大的值即达到预定电弧再次产生基准值（Ｖｔａ）来判断所述电弧再次产生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在短路期间中，检测熔滴的缩颈现象，在电弧再次产生之前，使焊接电流急剧减少，降低飞溅的发生的。
技术介绍
图5是表示重复短路期间Ts和电弧期间Ta的熔化电极电弧焊接中的电流/电压波形图和熔滴过渡图。该图(A)表示通电熔化电极(以下称为焊丝1)的焊接电流Iw，该图(B)表示外加在导电嘴/母材2间的焊接电压Vw，该图(C)～(E)表示各个时刻中的熔滴1a的过渡的状况。以下，参照该图进行说明。在时刻t1～t3的短路期间Ts中，处于焊丝1的前端的熔滴1a与母材2短路的状态，如该图(A)所示，逐渐增加焊接电流Iw，如该图(B)所示，因为处于短路状态，所以焊接电压Vw为数V左右的低值。另外，如该图(C)所示，在时刻t1中，熔滴1a与母材2接触进入短路状态。然后，如该图(D)所示，由于通电熔滴1a的焊接电流Iw所产生的电磁收缩(pinch)力，在熔滴1a上部产生缩颈1b。而且，该缩颈1b迅速发展，在时刻t3如图(E)所示，熔滴1a从焊丝1脱离进入熔池2a，随后再次产生电弧3。在产生上述的缩颈现象时，数十～数百μs左右的极短时间后短路被断开，再次产生电弧3。即该缩颈现象是短路断开的前兆现象。在缩颈1b产生时，因为焊接电流Iw的通电路径在缩颈部分变窄，所以在缩颈部分的电阻值r增加。该电阻值r的增大，随缩颈的进行缩颈部分越变窄而变得越大。因此，通过在短路期间Ts中检测焊丝1/母材2间的电阻值r的变化可以检测到缩颈现象的发生。该电阻值r的变化，可以根据算出r＝Vw/Iw，由其微分值dr/dt＝d(Vw/Iw)计算出来。另外，如上所述，因为缩颈期间为极短时间，所以如该图(A)所示，该缩颈发生当中的焊接电流Iw的变化小。因此，即使由焊接电压Vw的变化dVw/dt来代替电阻值r的变化也可以检测缩颈现象的发生。作为具体的缩颈检测方法，计算短路期间Ts中的电阻值r或焊接电压值Vw的微分值，通过判断该微分值达到预定的缩颈检测基准值Vtn而进行缩颈检测。在以下的说明中，缩颈检测方法以根据上述焊接电压值的微分值dVw/dt进行的情况为例进行说明，也可以是根据电阻值的微分值dr/dt的方法或其他现有的方法。时刻t3的电弧再次产生的检测，通过判断焊接电压Vw达到短路判断值Vts以上而进行。即，Vw＜Vts期间为短路期间Ts，Vw≥Vts的期间为电弧期间Ta。为了除去高频噪声成份，对用于该短路/电弧判断的焊接电压Vw进行低通滤波处理。这样电弧期间Ta中电弧长度由于电弧负载的变动常常变化，随着该电弧长度的变化焊接电压Vw和焊接电流Iw也变化很大。其结果，在进行短路/电弧判断时，对焊接电压Vw不进行滤波处理时存在误检测。这样，为了对焊接电压Vw实施滤波处理，短路/电弧判断会延迟数十μs左右。在一般的熔化电极电弧焊接中，进行适合于短路期间/电弧期间的各个期间的焊接电流Iw和焊接电压Vw控制，该短路/电弧判断的延迟问题并不严重。接着，在时刻t3中再次产生电弧时，如图(A)所示，焊接电流Iw逐渐减少，如图(B)所示，焊接电压Vw变为数十V左右的电弧电压值。该电弧期间Ta中，由于电弧热等熔化焊丝1的前端形成熔滴1a，同时熔化母材2。一般，在熔化电极电弧焊接中，为了使电弧长度最佳化使用恒压特性的焊接电源。在伴随短路的熔化电极电弧焊接中，焊接电流平均值(送丝速度)低时，变为短路过渡焊接，在焊接电流平均值高时变为熔滴过渡焊接等。在伴有短路的焊接中，在时刻t3再次产生电弧3时的电流值Ia大时，自电弧3到熔池2a的压力(电弧力)非常大，产生大量的飞溅。即与电弧再次产生时的焊接电流值Ia大致成比例地增加飞溅发生量。因此，为了抑制飞溅的发生，需要减小电弧再次产生时的焊接电流值Ia。作为其方法，现已提出各种方案，检测上述缩颈现象发生，使焊接电流Iw急剧减少，减小电弧再次产生时的焊接电流Ia的缩颈检测控制方法。以下对该现有技术进行说明。图6是应用了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接电源的方框图。在该图中，省略了与送丝相关的模块。以下，参照该图对各个模块进行说明。电源主电路PM，以三相200V等的商用电源作为输入，根据后述的误差放大信号Ea进行逆变控制、晶闸管相位控制等的输出控制，输出电压Eo和焊接电流Iw。晶体管TR和电阻器R的并联电路被插入通电路径，如后面所述，通过在缩颈检测时晶体管TR为截止状态、经过电阻器R而通电，使焊接电流Iw骤减。在该短路负载状态中，因为在检测缩颈时停止从电源主电路PM的输出，所以焊接电流Iw由于蓄积在电源主电路PM内的电抗器中的电能被放电而减小。该减小速度根据短路负载的电阻值和电抗器的电感值决定。因此，为了加速减小速度，在缩颈检测时在通电路径中插入上述电阻器R。该电阻器R的值，为短路负载(0.01Ω左右)的数十倍左右。由此，在缩颈检测时，焊接电流Iw在100μs左右的时间内骤减。焊丝1以恒定速度供给，在其与母材2之间产生电弧3。电压检测电路VD，检测焊接电压Vw并输出电压检测信号Vd。电压微分电路DV，对该电压检测信号Vd进行微分，输出电压微分信号Dv＝dVw/dt。上述电压检测信号Vd通入低通滤波器，由电压滤波电路VF除去高频率噪声成份，并输出电压滤波信号Vf。短路判断电路SD比较该电压滤波信号Vf和预定的短路判断值Vts，在短路期间中输出高电平的短路判断信号Sd。缩颈检测电路ND，在短路期间中的上述电压微分信号Dv达到预定的缩颈检测基准值Vtn时刻(缩颈检测时刻)，输出短时间为高电平的缩颈检测信号Nd。触发器电路FF输出缩颈检测期间信号Tn，该缩颈检测期间信号Tn由上述缩颈检测信号Nd置位变为低电平，由上述短路判断信号Sd的下降沿(电弧再次产生时)复位返回为高电平。驱动电路DR，在上述缩颈检测期间信号Tn为高电平时，输出将上述晶体管TR置为导通状态的驱动信号Dr。缩颈检测期间信号Tn从缩颈检测时刻开始到电弧再次产生时刻的缩颈期间中为低电平，该期间中，晶体管TR为截止状态，焊接电流Iw因为经由电阻器R通电而急剧减少。上升期间设定电路TUR，输出预定的上升期间设定信号Tur。低缩颈电流设定电路IMR输出预定的低缩颈电流设定信号Imr。高电弧电流设定电路IHR输出预定的高电弧电流设定信号Ihr。缩颈检测时电流控制电路NIC将上述的各个设定信号Tur、Imr、Ihr和上述的缩颈检测期间信号Tn作为输入，输出图7中后述的电源特性切换信号Sw和电流设定信号Ir。输出电压设定电路ER输出预定的输出电压设定信号Er。电流检测电路ID检测焊接电流Iw，输出电流检测信号Id。输出电压检测电路ED检测输出电压Eo，将输出电压检测信号Ed输出。电压误差放大电路EV放大上述输出电压设定信号Er和上述输出电压检测信号Ed之间的误差，输出电压误差放大信号Ev。电流误差放大电路EI放大上述电流设定信号Ir和上述电流检测信号Id之间的误差，输出电流误差放大信号Ei。电源特性切换电路SW，以上述电源特性切换信号Sw作为输入，在图7后述的缩颈期间和上升期间Tu中，切换到b侧，输出上述电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea，除此之外的期间中，切换到a侧，输出上述电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea。因此，切换到a侧的期间为恒流特性期间，切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔化电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，在熔化电极和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的熔化电极电弧焊接中，根据熔化电极／母材间电压值或电阻值的微分值达到预定的缩颈检测基准值，自短路状态中检测作为再次产生电弧的前兆现象的熔滴缩颈现象，检测到该缩颈现象时，按照使通电短路负载的焊接电流骤减并降为低电流值，在再次产生电弧时增加焊接电流的方式进行输出控制，　　　　通过所述微分值达到比所述缩颈检测基准值大的值、即达到预定电弧再次产生基准值来判断所述电弧再次产生。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：惠良哲生，
申请(专利权)人：株式会社大亨，
类型：发明
国别省市：JP[日本]