消耗電極式電弧焊接方法及消耗電極式電弧焊接裝置的制作方法

專利名稱：消耗電極式電弧焊接方法及消耗電極式電弧焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及送給作為消耗電極的焊接用焊絲的同時在與被焊接物之間交替發生 短路狀態和電弧狀態來進行焊接的消耗電極式電弧焊接方法及消耗電極式電弧焊接裝置。
背景技術：
近年來，在焊接業界中，為了提高生產率，焊接速度的高速化及減少焊渣這樣的要 求逐漸提高。由于使焊接速度高速化可增加單位時間的生產數量，因此可提高焊接生成率。 另外，由于減少焊渣可削減對附著于母材的焊渣進行去除的后續處理工序，因此可提高焊 接生產率。圖5是表示現有的電弧焊接中的焊絲送給速度Wf、焊接電壓Vw和焊接電流Aw的 波形的圖。首先，利用圖5對現有的電弧焊接進行說明。公知的是，周期性地改變焊絲送給 速度，強制性發生短路，并且強制性斷開短路，來重新產生電弧(例如參照專利文獻1)。由 此，無論焊接電流的電磁收縮(Pinch)力如何都可斷開短路、減少焊渣。在圖5中，時刻Tl是在焊絲前端部與母材之間產生了電弧的電弧期間中的一時間 點，焊絲送給速度Wf是朝向最高速度Wf2的加速狀態。

在時刻T2，焊絲和母材短路，開始了短路期間。此外，焊絲送給速度Wf按照預先設 定的指令值與電弧狀態無關地被周期性控制。因此，發生短路的定時并不限定于焊絲送給 速度Wf為最高速度Wf2之時。發生短路的定時也可以是焊絲送給速度成為最高速度的Wf2 前后的定時，既可以是正送的加速中的情況，也可以是正送的減速中的情況，在每次發生短 路時都不同。另外，短路斷開而重新產生電弧的時刻T3發生在逆送中。該短路斷開的定時并不 限于焊絲送給速度Wf為最低速度(Wf4)之時。短路斷開的定時也可以是焊絲送給速度為 最低速度Wf4時的前后的定時，既可以是逆送的減速中的情況，也可以是逆送的加速中的 情況，在每次短路斷開時都不同。此外，因為短路斷開無論是什么定時都在逆送中，所以無 論焊接電流的電磁收縮力如何，都強制性使短路斷開，以減少焊渣。另外，焊絲送給速度Wf在1次周期內進行1次正送和1次逆送。在1次周期內， 短路的發生和短路的斷開各進行1次。由此，根據焊絲送給速度Wf的周期性動作，進行了 伴隨著電弧現象的焊接控制。預先設定的焊絲送給速度Wf的周期為短路發生頻率或平均 每秒內的短路次數，從而可減少焊渣并進行穩定的焊接。另外，公知一種在具備可進行正送及逆送的焊絲送給控制的焊接裝置中，與焊接 現象相應地控制焊絲送給速度的焊接控制方法(例如參照專利文獻2)。在電弧期間中，使 焊絲送給速度加速后將其控制為規定的恒定值。然后，當檢測出短路時使焊絲送給速度減 速，以與上述不同的規定的恒定值提升焊絲，斷開短路，來重新產生電弧。反復這些工序來 進行焊接。在該方法中，因為短路斷開也是在逆送中進行的，因此，無論焊接電流的電磁收 縮力如何，都可強制性斷開短路，減少焊渣。在上述的專利文獻1所示的現有的焊接控制方法中，只要是沒有焊嘴_母材間距離的變化等干擾的狀態，就可進行穩定的焊渣少的焊接。可是，例如，在焊接中母材的設置 位置在距噴嘴的距離變長的方向上偏移，在圖5所示的定時A，焊嘴-母材間距離急劇變長， 若變長的距離變得比在焊絲送給速度的正送期間前進的距離大，則不會發生短路。然后，因 為在該狀態下轉移至逆送，因此持續著沒有發生短路的狀態。因此，直至下一正送期間(例 如直至時刻T4)，短路發生被延遲。不發生該短路的期間，在焊絲前端形成了熔滴，其量變 大。大的熔滴因焊嘴-母材間距離的變化引起的焊絲的動作，有時會從焊絲前端脫離，向熔 池飛濺而成為焊渣。另外，即使在沒有飛散到外部的情況下，因為熔滴大，因此持續長時間 的短路狀態，有時在下一短路中不斷開而與母材熔敷。因此，會產生電弧處于不穩定的狀 態。

另外，如圖6所示，在時刻T5發生短路，在其后的定時B，焊嘴-母線間距離急劇變 短，若該變短的距離變得比在焊絲送給速度的逆送期間提升的距離大，則短路一直不被斷 開，持續直至下一逆送期間(例如直至時刻T6)。這種情況下，因為短路時間變長，因此焊接 部的溫度會下降、焊縫變細縮窄，使得焊縫寬度變得不均勻。另外，有時焊接焊絲前端和母 材熔敷導致無法焊接，有時當繼續施加400A 500A左右的高電流時因電磁收縮力而產生 多的焊渣，導致短路的焊絲部分彈出而重新產生電弧。上述哪種情況下，焊渣發生量均會增 力口，焊縫寬度都變得不均勻。另外，如專利文獻2所示，在具備可正送和逆送的焊絲送給控制的焊接裝置中，與 焊接現象相應地控制焊絲送給速度的現有的焊接控制方法中，焊絲送給速度的正送和逆送 的周期根據電弧現象而被控制。因此，如果短路時間變長，則逆送量變大，如果電弧時間變 長，則正送量變大，相反也是同樣地進行控制。因此，當電弧現象變化時，焊絲送給速度的平 均送給速度、短路周期、短路次數發生變化并不恒定，因此難以使焊接結果穩定。雖然認為在焊嘴-母材間距離幾乎沒有變化的情況下沒有問題，但是例如因為 母材的設置位置的偏移或壓力成型部件等部件精度的偏差等，在生產現場通常會發生焊 嘴_母材間距離變化這樣的干擾。因此，焊絲送給速度的平均送給速度及發生短路的周期 變化得較大且紊亂，難以使焊接結果穩定。專利文獻1 日本特開昭62-6775號公報專利文獻2 日本特公昭48-11463號公報

發明內容
本發明的消耗電極式電弧焊接方法采用如下構成，即，以下述焊絲送給速度進行 焊接，所述焊絲送給速度按照規定的周期和振幅，使焊接用焊絲的送給周期性變化為向焊 接對象物的方向進行的正送和在與正送相反的方向上進行的逆送，在焊接用焊絲的正送中 且焊絲送給速度的減速中，直至焊絲送給速度達到規定的焊絲送給速度為止、或者從電弧 產生起直至達到規定的時刻為止、或者在將焊接用焊絲的送給的規定的周期以角度來表示 時直至焊接用焊絲的送給的周期達到規定的角度為止，未發生短路時，中止周期性變化，將 焊絲送給速度恒定控制為第1送給速度，在以第1送給速度進行正送中發生短路時，從第1 送給速度起開始減速，重新開始周期性變化來進行焊接。另外，消耗電極式電弧焊接方法采用如下構成，S卩，以下述焊絲送給速度進行焊 接，焊絲送給速度按照規定的周期和振幅，使焊接用焊絲的送給周期性變化為向焊接對象物的方向進行的正送和在與正送相反的方向上進行的逆送，在焊接用焊絲的逆送中且焊絲 送給速度的加速中，直至焊絲送給速度達到規定的焊絲送給速度為止、或者從電弧產生起 直至達到規定的時刻為止、或者在將焊接用焊絲的送給的規定的周期以角度來表示時直至 焊接用焊絲的送給的周期達到規定的角度為止，短路未斷開時，中止周期性變化，將焊絲送 給速度恒定控制為第2送給速度，在以第2送給速度進行逆送中短路斷開時，從第2送給速 度起開始加速，重新開始周期性變化來進行 焊接。此外，本發明的消耗電極式電弧焊接裝置采用如下構成，即，在焊接用焊絲與被焊 接物之間反復電弧狀態和短路狀態來進行焊接，該電弧焊接裝置具備開關元件，其對焊接 輸出進行控制；焊接電壓檢測部，其檢測焊接電壓；焊接條件設定部，其用于對設定電流進 行設定；短路/電弧檢測部，其基于焊接電壓檢測部的輸出來檢測是短路狀態還是電弧狀 態；存儲部，其將設定電流、焊絲送給速度的平均送給速度、焊絲送給速度的頻率和焊絲送 給速度的振幅相對應地進行存儲；焊絲送給速度確定部，其基于由焊接條件設定部設定的 設定電流，從存儲器中確定焊絲送給速度的平均送給速度、焊絲送給速度的頻率和焊絲送 給速度的振幅；以及焊絲送給速度控制部，其輸入短路/電弧檢測部的輸出和焊絲送給速 度確定部的輸出，按照使焊絲送給速度周期性反復為正送和逆送的方式進行控制；焊絲送 給速度控制部，在焊接用焊絲的正送中且焊絲送給速度的減速中，直至焊絲送給速度達到 規定的送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的時刻為止、或者在將焊接用焊絲 的送給的1周期以角度來表示時直至焊接用焊絲的送給的周期達到規定的角度為止，未發 生短路時，中止周期性變化，將焊絲送給速度恒定控制為第1送給速度，在以第1送給速度 進行正送中發生短路時，從第1送給速度起開始減速，重新開始周期性變化來進行焊接。另外，本發明的消耗電極式電弧焊接裝置采用如下構成，S卩，在焊接用焊絲和被焊 接物之間反復電弧狀態和短路狀態來進行焊接，該電弧焊接裝置具備開關元件，其對焊接 輸出進行控制；焊接電壓檢測部，其檢測焊接電壓；焊接條件設定部，其用于對設定電流進 行設定；短路/電弧檢測部，其基于焊接電壓檢測部的輸出來檢測是短路狀態還是電弧狀 態；存儲部，其將設定電流、焊絲送給速度的平均送給速度、焊絲送給速度的頻率和焊絲送 給速度的振幅相對應地進行存儲；焊絲送給速度確定部，其基于由焊接條件設定部設定的 設定電流，從存儲器中確定焊絲送給速度的平均送給速度、焊絲送給速度的頻率和焊絲送 給速度的振幅；以及焊絲送給速度控制部，其輸入短路/電弧檢測部的輸出和焊絲送給速 度確定部的輸出，按照使焊絲送給速度周期性反復為正送和逆送的方式進行控制；焊絲送 給速度控制部，在焊接用焊絲的逆送中且焊絲送給速度的加速中，直至焊絲送給速度達到 規定的送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的時刻為止、或者在將焊接用焊絲 的送給的1周期以角度來表示時直至焊接用焊絲的送給的周期達到規定的角度為止，短路 未斷開時，中止周期性變化，將焊絲送給速度恒定控制為第2送給速度，在以第2送給速度 進行逆送中短路斷開時，從第2送給速度起開始加速，重新開始周期性變化來進行焊接。通過采用上述構成，即使在電弧產生中產生了焊嘴-母材間距離變化等干擾的情 況下，也能通過控制焊絲送給速度，減少焊渣并得到均勻的焊縫，從而能夠提高電弧穩定 性。



圖1是表示本發明的實施方式1 3中的電弧焊接裝置的概略構成的圖。圖2是表示本發明的實施方式1中的焊絲送給速度、焊接電壓和焊接電流的波形 的圖。圖3是表示本發明的實施方式2中的焊絲送給速度、焊接電壓和焊接電流的波形 的圖。圖4是表示本發明的實施方式3中的焊絲送給速度的波形的圖。圖5是表示現有的電弧焊接中的焊絲送給速度、焊接電壓和焊接電流的波形的圖。圖6是表示現有的電弧焊接中的焊絲送給速度、焊接電壓和焊接電流的波形的 圖。
具體實施例方式以下，利用圖1 圖4，對本發明的實施方式進行說明。(實施方式1)圖1是表示本實施方式中的電弧焊接裝置的概略構成的圖。圖2是表示用本實施 方式中的消耗電極式電弧焊接控制方法進行了焊接的情況下的焊絲送給速度、焊接電壓和 焊接電流的波形的圖。在圖1中，來自輸入電源1的輸入交流電壓被施加給焊接電源14，由初級側整流元 件3整流。初級側整流元件3的輸出由開關元件4開關控制為適合焊接的輸出，由主變壓 器2將輸入電源變換為適合焊接的輸出。主變壓器2的與初級側絕緣的次級側的一方的輸 出由次級側整流元件6整流，由電抗器5平滑為適合焊接的電流。由電抗器5平滑后的電 流經由一方的焊接電源輸出端子14a被施加到焊槍18。主變壓器2的次級側的另一方，經 由檢測焊接電流的焊接電流檢測部8，并經由另一方的焊接電源輸出端子14b與母材15連 接。檢測焊接電壓的焊接電壓檢測部9連接在焊接用電源輸出端子14a、14b之間。通 過由控制焊絲送給速度的焊絲送給速度控制部13所控制的焊絲送給部19，從焊絲保存部 25向安裝在焊槍18上的焊嘴20送給焊絲16。焊絲16作為消耗式電極使用。焊絲16的 前端，通過焊接用電源輸出而與母材15之間產生電弧17。短路/電弧檢測部10根據所連 接的焊接電壓檢測部9的焊接電壓檢測信號，判定焊接狀態是焊絲16和母材15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，并輸入至輸出控制部11和焊絲送 給速度控制部13。 焊接條件設定部12將作業者設定的焊接條件(焊接設定電流、焊接設定電壓)，輸 入至控制焊接輸出的輸出控制部11和焊絲送給速度控制部13。焊接電流檢測部8和焊接 電壓檢測部9的檢測信號被輸入至輸出控制部11。關于焊絲送給速度控制部13內的存儲 部21和焊絲送給速度確定部22見后述。 圖2是用波形示出焊絲送給速度Wf、作為焊接輸出電壓的焊接電壓Vw和作為焊接 輸出電流的焊接電流Aw的時間變化的圖。在圖2中，在焊絲送給速度Wf為正時，表示進行 將焊絲16向母材15供給的正送。在焊絲送給速度Wf為負時，表示進行以從母材15遠離 的方式供給焊絲16、即提升焊絲16的逆送。
由于圖2所示的時刻tl處于產生電弧的電弧期間內，為了在接下來發生的短路期 間內順利地移行焊絲前端的熔滴，因此對焊接電壓Vw和焊接電流Aw實施了形成適當的熔 滴的輸出控制。另外，焊絲送給速度Wf與電弧狀態(短路期間或電弧期間)無關地按照 預先設定的指令值(振幅、周期和平均送給速度)周期性變化，在時刻tl處于正送中且加 速中。此外，將焊絲送給速度從圖2所示的逆送的峰值向正送的峰值變化的方向稱為加速， 將焊絲送給速度從正送的峰值向逆送的峰值變化的方向稱為減速來進行說明。另外，將焊 絲送給速度的正送的峰值作為最高速度Wf2，將焊絲送給速度的逆送的峰值作為最低速度 Wf4進行說明。在時刻t2至時刻t3的短路期間，自短路發生初始時間點即時刻t2起，通過電流 控制降低焊接電流Aw，使短路發生可靠化。然后，使焊接電流Aw以規定的傾斜度上升。另 一方面，因為焊絲送給速度Wf以預先設定的周期送給，因此與電弧狀態無關地從加速期間 向減速期間轉移。此外，該焊絲送給速度Wf的周期例如只要是30 IOOHz之間的值就沒 有問題。在時刻t2至時刻t3的短路期間，焊絲送給速度Wf伴隨著減速而從正送轉移至逆 送，在作為逆送的時刻t3，強制性斷開短路，重新產生電弧。在自時刻t3起的電弧期間的輸出控制下，例如在CO2焊接時電弧集中性好，焊接 電流Aw的峰值電流IP越高，則按壓熔池使其凹陷的傾向就越高。并且，最差的情況下，有時 也會發生母材的熔斷。另一方面，當峰值電流IP過低時也可能發生微小短路。因此，為了 不易產生微小短路、不使熔池凹陷，需要將峰值電流IP設為必要最低限度的焊接電流Aw。 該峰值電流IP的值，例如根據焊接對象物通過實驗等預先求出合適的值。在時刻t3以后的電弧期間，如果無干擾而焊嘴_母材間距離恒定，則焊絲送給速 度Wf在正送中發生短路。但是，在時刻A的定時發生焊嘴-母材間距離變長這樣的干擾的 情況下，例如在存在母材設置位置的偏移而從焊嘴前端遠離的情況下，處于不發生短路、持 續電弧期間的狀態。因此，本實施方式中，按照預先設定的焊絲送給速度Wf的指令值周期 性地送給焊接用焊絲，通過正送中的加速而成為最高速度Wf2，然后在通過正送中的減速即 使減速至規定的焊絲送給速度即第1送給速度Wfl也未發生短路的情況下，切換至停止減 速并以第1送給速度Wfl的恒定值進行供給的控制。由于該第1送給速度Wfl是朝向母材 15供給焊接用的焊 絲16的正送的焊絲送給速度Wf，因此隨著時間的經過必然會發生短路。 因此，不會如現有課題所示在不短路的狀態下進行逆送，因此，不會成為焊絲前端的熔滴變 大而使焊渣增加的狀態。此外，該第1送給速度Wfl，通過設定為按每個焊接設定電流對應設定的平均送給 速度，或者設定為比其更快的值，從而可加快發生短路的定時。并且，為了加快發生短路的 定時，第1送給速度Wfl越高越好。但是，希望不要高至最高速度Wf2左右。其理由在于， 不發生干擾的焊嘴_母材距離恒定時的短路發生定時，大致在焊絲送給速度Wf的值為最高 速度Wf2的前后(大致在士 1/8周期左右以內)發生。因此，有時即使自最高速度Wf2起 開始減速也會發生短路。在焊嘴-母材距離恒定的情況下，即使發生短路的定時在最高速度Wf2的前后大 致偏移士 1/8周期左右，也幾乎不會影響短路斷開。因此，只要焊絲送給速度Wf按照預先 設定的指令值周期性送給則沒有問題。但是，例如如果將第1送給速度Wfl的值設定為與 最高速度Wf2相同的值，則可能會將短路發生定時在比成為最高速度Wf2的時刻還后的時刻發生的情況下的所有焊絲送給速度Wf控制為恒定值。于是，焊絲送給速度Wf的周期會 紊亂。因該周期的紊亂，短路發生及短路斷開的周期性或短路次數有偏差，焊接結果變得不
穩定。 因此，在未發生短路的情況下控制為恒定值的送給速度，希望設為大致從按每個 焊接設定電流所設定的平均送給速度，至該平均送給速度與振幅的最高速度Wf2的中間速 度(從最高速度Wf2超前1/8周期的時間點的速度)左右。即，如果控制為恒定值的送給 速度在平均送給速度與從最高速度Wf2超前1/8周期的時間點的速度之間，則焊絲送給速 度Wf的周期不會紊亂。如果控制為恒定值的送給速度超過該范圍，則焊絲送給速度Wf的 周期會紊亂。當在時刻t4發生短路，則焊絲送給速度Wf從恒定值(第1送給速度Wfl)控制開 始繼續進行減速控制，重新開始預先設定的周期性焊絲送給速度并繼續。因為時刻t4以后 使送給速度減速，因此不久就從正送變為逆送，在時刻t5短路斷開，重新產生電弧。由此，即使在定時A焊嘴-母材間距離變長而短路發生延遲，焊絲送給也不會從正 送轉移至逆送而導致焊絲前端的熔滴增大。另外，與不將焊絲送給速度Wf設定為恒定值的 情況相比，因為可提早發生短路，因此，能夠降低焊渣發生量，抑制伴隨短路期間變長的短 路周期的紊亂，可提高電弧的穩定性。本實施方式的消耗電極式電弧焊接控制方法反復進 行上述的短路期間和電弧期間的循環。在此，利用圖1，對用于進行上述的消耗電極式電弧焊接控制的電弧焊接裝置進行 說明。在圖1中，焊接電壓檢測部9連接在焊接用電源輸出端子14a、14b之間，輸出與檢測 出的電壓對應的信號。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 輸出電壓Vw是在恒定值以上還是小于恒定值。根據該判定結果判定焊絲16是與作為被焊 接物的母材15相接觸短路而處于短路狀態，還是以非接觸狀態處于電弧狀態，并輸出判定 信號。接著，對短路/電弧檢測部10判定后的焊絲送給控制進行說明。焊絲送給速度控 制部13將控制為預先設定的周期性焊絲送給速度Wf的信號輸出至焊絲送給部19，來控制 焊絲送給速度Wf。該周期性波形形狀，例如既可以是圖2所示的正弦波，也可以是梯形波波 形，只要是周期性波形即可。此外，焊絲送給速度控制部13具備存儲部21，存儲將設定電 流、焊絲送給速度Wf的平均送給速度、焊絲送給速度的頻率和焊絲送給速度Wf的振幅對應 起來的式子或表格(表)；焊絲送給速度確定部22，基于焊接條件設定部12設定的設定電 流，從存儲部21中確定焊絲送給速度Wf的平均送給速度、焊絲送給速度Wf的頻率和焊絲 送給速度Wf的振幅。由此，焊絲送給速度控制部13輸入短路/電弧檢測部10的輸出和焊 絲送給速度確定部22的輸出，向焊絲送給部19輸出將焊絲送給速度Wf周期性反復控制為 正送和逆送的信號，來控制焊絲送給。另一方面，對焊接電流Aw和焊接電壓Vw的焊接輸出控制進行說明。輸出控制部 11基于根據作業者通過焊接條件設定部12設定的焊接設定電流和焊接設定電壓所選定的 焊接波形參數，如果是短路期間，則利用適合短路期間的參數輸出對焊接電流或焊接電壓 進行控制的信號。如果是電弧期間，則利用適合電弧期間的參數輸出對焊接電流或焊接電 壓進行控制的信號。通過將這些輸出信號輸入至開關元件4，來實施焊接輸出的控制。在此，作為干擾，對在電弧期間中焊嘴-母材間距離變長時的動作進行說明。焊絲送給速度控制部13，在焊絲為正送中的減速期間，在直至減速為圖2所示的規定的正送的 第1送給速度Wf 1為止的期間，從短路/電弧檢測部10沒有輸入發生短路的信號的情況下， 中斷作為預先設定的減速控制的周期性控制，從周期性控制切換至基于第1送給速度Wfl 的恒定值控制，向焊絲送給部19輸出控制信號，以恒定速度對焊絲16進行送給。直至發生 短路、從短路/電弧檢測部10輸入短路發生信號為止，繼續進行基于第1送給速度Wfl的 恒定供給。由于第1送給速度Wfl是規定的正送值，因此不久就發生短路，從短路/電弧檢測 部10向焊絲送給速度控制部13輸入發生短路的檢測信號。由此，焊絲送給速度控制部13 從第1送給速度Wfl的恒定值控制切換至預先設定的周期性控制，重新開始周期性控制，基 于周期性速度指令重新開始減速。此外，輸出控制部11直至短路斷開為止，實施適合短路 期間的焊接電流控制和焊接電壓控制。此外，在本實施方式中，將用于等待發生短路的 值、即中止周期性焊絲送給速度Wf 的變化而切換為第1送給速度Wfl的恒定速度控制的定時，設為焊絲送給速度成為第1送 給速度Wfl的定時。可是，也可以將焊絲送給速度的1周期作為角度(360度)來設定規定 角度(如果將第1送給速度Wfl的角度設為90°，則例如為110° )，如果在達到該角度的 情況下沒有發生短路，則將焊絲送給速度Wf從周期性變化控制為恒定值。或者，也可將用 于等待發生短路的值、即中止周期性焊絲送給速度Wf的變化的定時，設為自短路斷開時起 經過了規定時間的時間點或者自焊絲送給速度達到第1送給速度Wfl的時間點起經過了規 定時間的時間點。以上，根據本實施方式，即使在電弧發生中焊絲送給速度為正送中的減速期間，作 為干擾焊嘴_母材間距離變長而短路發生延遲的情況下，也不會逆送焊絲16，使得焊接前 端的熔滴增大。并且，因為能夠在正送中可靠地提早發生短路，因此可減少焊渣發生量，抑 制伴隨著發生短路的間隔變長的短路周期和短路次數的偏差，可提高電弧的穩定性。(實施方式2)在本實施方式中，對與實施方式1同樣的地方賦予同一符號，并省略詳細說明。與 實施方式1的不同點主要在于，在從發生短路時至產生電弧時為止的短路期間，在焊絲的 逆送中未產生電弧的情況下的焊絲送給速度Wf的控制。在實施方式1中用到的圖1是表示也適用于本實施方式的消耗電極式電弧焊接裝 置的概略構成的圖。圖3是表示用本實施方式中的消耗電極式電弧焊接控制方法進行了焊 接的情況下的焊絲送給速度、焊接電壓和焊接電流的波形的圖。在圖3所示的時刻tl，是產生了電弧的電弧期間，為了在接下來發生的短路期間 順利移行至焊絲前端的熔滴，對焊接電壓Vw和焊接電流Aw進行形成適當熔滴的輸出控制。 另一方面，焊絲送給速度Wf按照預先設定的指令值被周期性進行控制，在時刻tl處于加速 中。在時刻t2至時刻t3的短路期間，按照預先設定的指令值送給焊絲，以適合短路期 間的方式對焊接電流Aw和焊接電壓Vw進行輸出控制。此外，輸出控制與在實施方式1中 說明過的控制相同。并且，在時刻t3，短路斷開，重新產生電弧。由此，反復進行短路的發生 和電弧的重新發生，來進行焊接。在時刻t4再次發生短路，焊絲16按照預先設定的指令值被周期性供給，焊接電流Aw和焊接電壓Vw被實施適合短路期間的輸出控制。可是，在該短路期間中的定時B發生了 焊嘴20-母材15間距離變短這樣的干擾的情況下，例如在存在作為工件的母材15的設置 位置的偏移、母材15接近焊嘴20前端的情況下，短路未斷開的狀態持續。在此，在本實施方式中，為了抑制短路未斷開的狀態持續的情況，在從逆送的最低 速度Wf4起的加速中，如果在焊絲送給速度達到了規定的第2送給速度Wf3的時間點短路 未斷開，則停止加速，以第2送給速度Wf3的恒定值供給焊絲16。因為第2供給速度Wf3是 進行逆送的值，因此一定可提升焊絲、斷開短路，可抑制現有課題所示的在短路未斷開的狀 態下轉移至正送，使短路中的焊絲部分的彈出或焊渣增加、或使焊絲前端和母材之間熔敷。此外，第2送給速度Wf3設定為低的值(作為負的絕對值為高)，可使短路斷開的 定時提早。因此，為了使短路斷開的定時提早，第2供給速度Wf3越低越好。可是，希望不 低至最低速度(Wf4)左右。其理由在于，在未發生干擾而焊嘴-母材距離恒定時的短路斷開 定時，大致在焊絲送給速度Wf的值為最低速度Wf4的前后(大致在士 1/8周期左右以內) 發生。因此，即使自最低速度Wf4起開始加速短路也會斷開的情況較多。在焊嘴-母材間距離恒定的情況下，即使短路發生定時偏移至最低速度Wf4的前 后(大致在士 1/8周期左右)，也不會影響下次發生的短路或短路周期。因此，只要焊絲送給 速度Wf按照預先設定的指令值周期性送給則沒有問題。可是，例如在將第2送給速度Wf3 的值設定為與最低速度Wf4相同的值的情況下，在短路斷開定時在比最低速度Wf4還后的 時刻斷開短路的所有情況下，會將焊絲送給速度控制為恒定值來使短路斷開，因此焊絲送 給速度的周期會紊亂。因該周期的紊亂，短路發生及斷開的周期性及短路次數會有偏差，焊 接結果不穩定。因此，在短路未斷開的情況下，作為控制為恒定值的閾值的焊絲送給速度， 希望大致在從最低送給速度Wf4至超前約1/8周期的時間點的焊絲送給速度為止的范圍。并且，如果在時刻t5短路斷開，則焊絲送給速度Wf從作為恒定值的第2送給速度 Wf3切換至周期性控制，繼續開始加速控制，繼續預先設定的周期性焊絲送給速度。因為焊 絲送給速度被加速，因此隨著時間的經過而從逆送轉移至正送，發生短路。通過以上的控制，即使在定時B焊嘴-母材間距離變短而短路斷開延遲，也可抑制 焊絲前端和母材之間的熔敷或彈出，可提早斷開短路，減少焊渣發生量，減少短路周期的紊 亂，提高電弧的穩定性。本實施方式的消耗電極式電弧焊接控制方法反復進行上述的短路期間和電弧期 間的循環。在此，關于用于進行以上的消耗電極式電弧焊接控制的電弧焊接裝置，利用圖1 說明在短路期間中焊嘴-母材間距離變短時的動作。焊絲速度控制部13，在焊絲16為逆送 中的加速期間，在直至加速至圖3所示的逆送中的第2送給速度Wf3的期間，未從短路/電 弧檢測部10輸入短路斷開的信號的情況下，將焊絲送給速度從預先設定的周期性加速控 制切換為第2送給速度Wf3的恒定值控制，并輸出至焊絲送給部19。然后，以第2送給速度 Wf3對焊絲16進行恒定供給控制，直至短路斷開。由于第2送給速度Wf3是規定的逆送值，因此不久短路斷開，從短路/電弧檢測部 10向焊絲送給速度控制部13輸入短路斷開的檢測信號。焊絲送給速度控制部13從第2送 給速度Wf3的恒定值控制，基于預先設定的周期性速度指令，重新開始焊絲送給速度Wf的 加速控制。并且，因為在電弧期間，故輸出控制部11直至發生下一短路為止，實施適合電弧期間的焊接電流控制和焊接電壓控制。此外，在本實施方式中，雖然將用于等待短路斷開的值、即中止周期性焊絲送給速 度Wf的變化的定時，設為第2焊絲送給速度Wf3，但是也可將焊絲送給速度的1周期作為角 度(360度)來設定規定角度(如果將最低速度Wf4的角度設為270°，則例如為300° )。 或者，也可將用于等待發生短路的值即中止周期性焊絲送給速度的變化的定時，設為自發 生短路時起經過了規定時間的時間點或自焊絲送給速度Wf達到最低速度Wf4的時間點起 經過了規定時間的時間點。以上，根據本實施方式的消耗電極式電弧焊接裝置及消耗電極式電弧焊接控制方 法，在焊絲送給速度為逆送中的加速期間，即使焊嘴_母材間距離變短且短路斷開延遲，也 可防止焊絲前端與母材之間的熔敷，抑制彈出，提早使短路斷開。由此，可減少焊渣發生量、 減少短路周期及短路次數的偏差，提高電弧穩定性。(實施方式3)在本實施方式中，對與實施方式1及實施方式2相同的地方賦予同一符號，并省略 詳細說明。與實施方式1及實施方式2不同點主要在于，按照周期性焊絲送給速度的每1 周期計算平均焊絲送給速度，以成為按每個焊接設定電流預先設定的平均焊絲送給速度的 方式，控制焊絲送給速度。實施方式1、2中用到的圖1是表示也適用于本實施方式的消耗電極式電弧焊接裝 置的構成的圖。圖4是表示用本實施方式中的消耗電極式電弧焊接控制方法進行了焊接的 情況下的焊絲送給速度的波形和平均送給速度的圖。圖4中虛線所示的Wfsl是按每個焊接設定電流設定的成為基準的平均送給速度， 如后述，是基于設定電流進行設定的。成為基準的平均送給速度Wfsl，是按照與對周期性變 化的焊絲送給速度進行平均化后的值相等的方式預先設定的。可是，如實施方式1及實施方式2說明的那樣，為了對應在焊接途中沒有預計到的 干擾例如焊嘴_母材間距離的變化，通過中止周期性的焊絲送給速度的變化，進行與周期 性焊絲送給速度不同的恒定速度的焊絲送給控制，從而焊絲送給速度的平均值發生變化， 成為與所述的按每個焊接設定電流設定的基準平均送給速度不同的平均送給速度。例如，因為圖4的直至時刻t6的時間點為止都沒有發生干擾，因此焊絲送給速度 以預先設定的周期進行送給，到時刻t6的平均焊絲送給速度與成為基準的平均送給速度 Wfl相等。可是，如果在下一周期的期間(時刻t6至時刻t7)發生了實施方式1所示的干 擾而進行了實施方式1所示的送給控制，則直至發生短路為止用第1送給速度Wfl將焊絲 送給速度控制為恒定值的時間增加，結果，從時刻t6至時刻t7的1周期的焊絲送給速度的 平均成為Wfol，自成為基準的平均送給速度Wfsl起增加了 AWfl。由此，通過平均供給速 度的增加，從而焊絲送給量增加，相對于預先設定的焊絲送給量，其增加量為AWflX Atl。 因為通過該焊絲送給量的增加而熔敷量增加，因此焊縫寬度變寬，焊縫高度變高，熔透量也 增加。并且，如果干擾繼續而增加次數連續，則焊絲熔敷量的增加量也變大，焊縫寬度、焊縫 高度或焊深深度變大，會發生熔穿等，對焊接結果有不良影響。為了抑制該不良影響，以焊絲送給速度的平均成為預先設定的基準的平均送給速 度Wfsl的方式，自時刻t7起控制焊絲送給速度，將下一周期(At2)的焊絲送給速度設定 成可抵消上述增加量。即，按照成為Wfs2的方式，將下一周期(At2)的焊絲送給速度設為向低速方向平行移動的送給速度，Wfs2是將用于在下一周期的時間內除去上述增加量的 Δ Wf2 ( = ( Δ Wf 1 X Δ tl) / Δ t2)，從預先設定的成為基準的平均送給速度Wfsl中減去之后 的平均送給速度。此外，不變更振幅和頻率，控制為平均送給速度即將振幅的中心位置向低 速方向平行移動的焊絲送給速度。由此，為了對應干擾，臨時性改變焊絲送給速度，即使相對于預先設定的基準平均 焊絲送給速度而言平均焊絲送給速度增加，也能按照在下一周期抵消該增加量而成為預先 設定的基準平均焊絲送給速度的方式進行控制。由此，不會對焊接結果造成影響，可得到良 好的焊縫。另外，相反地在實施方式2所示的焊嘴_母材間距離變短而焊絲送給速度的平均 降低的情況下，相反地按照提高下一周期的焊絲送給速度的方式進行設定，來抵消減少量。另外，在上述的增加量或減少量大的情況下，僅在下一周期進行抵消則增減量變 大，所以也可劃分為2 周期或3周期這樣的多個周期來抵消。以上，即使如實施方式1及實施方式2記載的那樣在焊接途中發生沒有預計到的 干擾，為了減少因該干擾發生的焊渣增加或電弧不穩定而改變焊絲送給速度的平均送給速 度，也能在下一周期或者下一周期以后的多個周期將焊絲送給速度的平均送給速度控制為 預先設定的基準平均焊絲送給速度，因此可抑制對焊縫寬度、焊縫高度或熔透深度的影響。(產業上的可用性)根據本發明的電弧焊接控制方法及裝置，在焊接中即使發生焊嘴_母材間距離變 化這樣的干擾，通過控制焊絲送給速度，也可減少焊渣、提高電弧穩定性。因此，作為連續地 送給作為消耗電極的焊接用焊絲的同時進行電弧焊接的方法或裝置，在產業上是有用的。符號說明
1輸入電源
2主變壓器
3初級側整流元件
4開關元件
5電抗器
6次級側整流元件
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焊絲送給速度控制部
14焊接電源
14a, 14b焊接用電源輸出端子
15母材
16焊絲
17電弧
18焊槍
19焊絲送給部
20焊嘴
21存儲部
22焊絲送給速度確定部
25焊絲保存部
權利要求
1.一種消耗電極式電弧焊接方法，以下述焊絲送給速度進行焊接，所述焊絲送給速度 按照規定的周期和振幅，使焊接用焊絲的送給周期性變化為向焊接對象物的方向進行的正 送和在與所述正送相反的方向上進行的逆送，在所述焊接用焊絲的正送中且所述焊絲送給速度的減速中，直至所述焊絲送給速度達 到規定的焊絲送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的時刻為止、或者在將所述 焊接用焊絲的送給的所述規定的周期以角度來表示時直至所述焊接用焊絲的送給的周期 達到規定的角度為止，未發生短路時，中止所述周期性變化，將所述焊絲送給速度恒定控制 為第1送給速度，在以所述第1送給速度進行正送中發生所述短路時，從所述第1送給速度起開始減速， 重新開始所述周期性變化來進行焊接。
2.根據權利要求1所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，所述規定的焊絲送給速度是所述第1送給速度。
3.—種消耗電極式電弧焊接方法，以下述焊絲送給速度進行焊接，所述焊絲送給速度 按照規定的周期和振幅，使焊接用焊絲的送給周期性變化為向焊接對象物的方向進行的正 送和在與所述正送相反的方向上進行的逆送，在所述焊接用焊絲的逆送中且所述焊絲送給速度的加速中，直至所述焊絲送給速度達 到規定的焊絲送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的時刻為止、或者在將所述 焊接用焊絲的送給的所述規定的周期以角度來表示時直至所述焊接用焊絲的送給的周期 達到規定的角度為止，短路未斷開時，中止所述周期性變化，將所述焊絲送給速度恒定控制 為第2送給速度，在以所述第2送給速度進行逆送中所述短路斷開時，從所述第2送給速度起開始加速， 重新開始所述周期性變化來進行焊接。
4.根據權利要求3所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，所述規定的焊絲送給速度是所述第2送給速度。
5.根據權利要求1或3所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，所述焊絲送給速度的所述周期性變化是正弦波狀或梯形波狀的變化。
6.根據權利要求1或3所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，所述焊接用焊絲送給速度是與設定電流對應的平均焊絲送給速度。
7.根據權利要求6所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，在以按照規定的周期和振幅周期性變化的所述焊絲送給速度進行焊接時，按每一周期計算該周期中的1周期平均焊絲送給速度，在某一周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述平均焊絲送給速度低的情況下，以 按照使所述某一周期的下一周期以后的周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述平均 焊絲送給速度高的方式，將所述下一周期以后的周期的所述1周期的焊絲送給速度向比所 述平均焊絲送給速度高的高速側平行移動后得到的所述焊絲送給速度，來進行焊接，在所述某一周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述平均焊絲送給速度高的情況 下，以按照使所述某一周期的下一周期以后的周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述 平均焊絲送給速度低的方式，將所述下一周期以后的周期的所述1周期的焊絲送給速度向 比所述平均焊絲送給速度低的低速側平行移動后得到的所述焊絲送給速度，來進行焊接。
8.根據權利要求7所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于， 所述下一周期以后的周期是下一個周期。
9.根據權利要求7所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于， 所述下一周期以后的周期是下一周期以后的多個周期。
10.一種消耗電極式電弧焊接裝置，在焊接用焊絲與被焊接物之間反復電弧狀態和短 路狀態來進行焊接，其具備開關元件，其對焊接輸出進行控制； 焊接電壓檢測部，其檢測焊接電壓； 焊接條件設定部，其用于對設定電流進行設定；短路/電弧檢測部，其基于所述焊接電壓檢測部的輸出來檢測是所述短路狀態還是所 述電弧狀態；存儲部，其將所述設定電流、焊絲送給速度的平均送給速度、所述焊絲送給速度的頻率 和所述焊絲送給速度的振幅相對應地進行存儲；焊絲送給速度確定部，其基于由所述焊接條件設定部設定的所述設定電流，從所述存 儲器中確定所述焊絲送給速度的平均送給速度、所述焊絲送給速度的頻率和所述焊絲送給 速度的振幅；以及焊絲送給速度控制部，其輸入所述短路/電弧檢測部的輸出和所述焊絲送給速度確定 部的輸出，按照使所述焊絲送給速度周期性反復為正送和逆送的方式進行控制；所述焊絲送給速度控制部，在所述焊接用焊絲的正送中且所述焊絲送給速度的減速 中，直至所述焊絲送給速度達到規定的送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的 時刻為止、或者在將所述焊接用焊絲的送給的1周期以角度來表示時直至所述焊接用焊絲 的送給的周期達到規定的角度為止，未發生短路時，中止所述周期性變化，將所述焊絲送給 速度恒定控制為第1送給速度，在以所述第1送給速度進行正送中發生所述短路時，從所述 第1送給速度起開始減速，重新開始所述周期性變化來進行焊接。
11.一種消耗電極式電弧焊接裝置，在焊接用焊絲和被焊接物之間反復電弧狀態和短 路狀態來進行焊接，其具備開關元件，其對焊接輸出進行控制； 焊接電壓檢測部，其檢測焊接電壓； 焊接條件設定部，其用于對設定電流進行設定；短路/電弧檢測部，其基于所述焊接電壓檢測部的輸出來檢測是所述短路狀態還是所 述電弧狀態；存儲部，其將所述設定電流、焊絲送給速度的平均送給速度、所述焊絲送給速度的頻率 和所述焊絲送給速度的振幅相對應地進行存儲；焊絲送給速度確定部，其基于由所述焊接條件設定部設定的所述設定電流，從所述存 儲器中確定所述焊絲送給速度的平均送給速度、所述焊絲送給速度的頻率和所述焊絲送給 速度的振幅；以及焊絲送給速度控制部，其輸入所述短路/電弧檢測部的輸出和所述焊絲送給速度確定 部的輸出，按照使所述焊絲送給速度周期性反復為正送和逆送的方式進行控制；所述焊絲送給速度控制部，在所述焊接用焊絲的逆送中且所述焊絲送給速度的加速中，直至所述焊絲送給速度達到規定的送給速度為止、或者從電弧產生起直至達到規定的 時刻為止、或者在將所述焊接用焊絲的送給的1周期以角度來表示時直至所述焊接用焊絲 的送給的周期達到規定的角度為止，短路未斷開時，中止所述周期性變化，將所述焊絲送給 速度恒定控制為第2送給速度，在以所述第2送給速度進行逆送中所述短路斷開時，從所述 第2送給速度起開始加速，重新開始所述周期性變化來進行焊接。
12.根據權利要求10或11所述的消耗電極式電弧焊接裝置，其特征在于， 所述焊絲送給速度控制部，按每一周期計算該周期中的1周期平均焊絲送給速度，在 某一周期的所述1周期平均焊絲送給速度比平均焊絲送給速度低的情況下，以按照使所述 某一周期的下一周期以后的周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述平均焊絲送給速 度高的方式，將所述下一周期以后的周期的1周期的焊絲送給速度向比所述平均焊絲送給 速度高的高速側平行移動后得到的所述焊絲送給速度，來進行焊接，在所述某一周期的所 述1周期平均焊絲送給速度比所述平均焊絲送給速度高的情況下，以按照使所述某一周期 的下一周期以后的周期的所述1周期平均焊絲送給速度比所述平均焊絲送給速度低的方 式，將所述下一周期以后的周期的1周期的焊絲送給速度向比所述平均焊絲送給速度低的 低速側平行移動后得到的所述焊絲送給速度，來進行焊接。
全文摘要
本發明提供一種消耗電極式電弧焊接方法及消耗電極式電弧焊接裝置。在焊接用焊絲的正送中且焊絲送給速度的減速中，在直至焊絲送給速度達到規定的焊絲送給速度為止未發生短路的情況下，中止周期性變化，將焊絲送給速度恒定控制為第1送給速度，在以第1送給速度進行正送中發生短路時，從第1送給速度起開始減速，重新開始周期性變化，來進行焊接，從而，即使在發生了焊嘴-母材間距離變化等干擾的情況下，也不會使焊渣增加，可得到均勻的焊縫。
文檔編號B23K9/073GK102149501SQ20108000259
公開日2011年8月10日 申請日期2010年6月16日 優先權日2009年6月19日
發明者三島俊之, 古和將, 向井康士, 川本篤寬, 藤原潤司 申請人:松下電器產業株式會社