专利名称：熔化电极电弧焊接的短路判断方法
技术领域：
本发明涉及用于正确地判断焊丝与母材之间的短路状态的熔化电极 电弧焊接的短路判断方法。
背景技术：
在熔化电极电弧焊接中， 一边在焊丝与母材之间反复进行短路状态和 电弧发生状态， 一边进行焊接。在碳酸气电弧焊接、金属极活性气体保护焊接、金属极惰性气体保护焊接等中，在200A程度以下的小/中电流区域 中成为有规则地反复进行3 5ms左右的短路期间和10 30ms左右的电弧 期间的短路过渡焊接。另一方面，在大电流区域中，来自焊丝的熔滴过渡 方式为溶滴过渡或者喷射过渡，不规则地发生lms以下的短路期间。脉冲 电荷焊接的情况也与大电流区域的情况大致相同。在这种熔化电极电弧焊 接中，为了得到稳定的焊接状态，以适当的波形通电短路期间中的焊接电 流(以下称作短路电流)并使平滑地向电弧期间过渡是重要的。从而，正 确地判断短路期间，需要以规定的波形通电短路电流，短路判断方法的性 能成为决定焊接质量的重要的要素之一。以下，对现有技术的短路判断方 法进行说明。图3为表示熔化电弧焊接装置的一般的结构的图。焊接开始电路ST 输出焊接开始信号St。该焊接开始电路ST被内置于用于管理焊接工序的 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)中，在机器 人焊接中内置于机器人控制装置等中。焊接电源PS输入该焊接开始信号 St时，输出适于电弧焊接的焊接电压Vw以及焊接电流Iw，并且输出用于 控制送丝电动机WM的旋转的送给控制信号Fc。焊丝1，通过与送丝电动机WM相耦合的送丝辊5的旋转而被送给到 焊矩4内，经由供电芯片被供电，在与母材2之间产生电弧3。由该电弧 3在母材2上形成熔融池2a。焊接电源PS的输出端子和焊矩4之间以及输出端子与母材之间通过焊接用电缆6a、 6b被连接。 在此，在焊丝1与母材2短路时，下式成立。 Vw= (Rc+Rsx+Rp) 'Iw… 式(1)
其中，Rc为焊接用电缆的电阻值，Rsx为短路时的丝突出部电阻值， Rp为包括熔融池的母材的电阻值。此外，在电弧3产生时，下式成立。 Vw= (Rc+Rax+Rp) 'Iw十Va… 式(2) 其中，Rax为电弧产生时的丝突出部电阻值，Va为电弧电压值。 在此，能够大致认为Rsx二Rax二Rx，因此如果如下式那样设定短路 基准值Vt，则能够判断短路状态和电弧发生状态。 Vt二Kl'Iw +K2 … 式(3)
其中，Kl为常数，Kl- (Rc+Rx+Rp)。此外，K2也为常数，K2 =Va/2。在常数K1能够忽略时，也可设定为Vt-K2。以下对使用该短路 基准值Vt的短路判断方法进行说明。
图4为表示熔化电极电弧焊接的电流/电压波形的图。图(A)表示焊 接电流Iw，图(B)表示焊接电压Vw。该图为短路过渡焊接中的稳定焊 接状态的波形图。以下，参照该图进行说明。
时刻tl t2的短路期间Ts中，如图(A)所示，焊接电流Iw具有适 当的斜率而增加，如该图(B)所示，焊接电压Vw成为小值的短路电压 值，如上述式(1)所示随着焊接电流Iw的增加而逐渐增加。短路期间Ts 中的电流波形是适当的这一点对焊接状态的稳定性有较大的影响。时刻 t2 t3中的电弧期间Ta中，如图(A)所示，焊接电流Iw按照电弧负载 而逐渐减少，如该图(B)所示，焊接电压Vw成为比短路时大的值的电 弧发生时电压值，如上述式(2)所示，随着焊接电流Iw的减少而逐渐减 少。短路期间Ts中，为了正确地控制焊接电流Iw，而对焊接电源Ps进行 恒流控制，电弧期间Ta中为了控制电弧长而对焊接电源PS进行恒压控制 是一般的情况。
如该图(B)的虚线所示，通过上述式(3)设定短路基准值Vt时， 短路基准值Vt按照焊接电流值Iw在短路期间Ts中增加，电弧期间Ta中 减少。在此，焊接电压Vw为该短路基准值Vt以下时，判断为是短路期 间Ts，在焊接电压Vw超过短路基准值Vt时，判断为是电弧期间Ta。由此，能够正确地判断短路期间Ts和电弧期间Ta，通过进行适于各期间的
输出控制，能够得到良好的焊接质量(参照例如专利文献l、 2)。 专利文献1:日本特开昭61 — 176474号公报 专利文献2:日本特开昭61—238469号公报
图5为上述的电阻值(Rc+Rx+Rp)大时的焊接电压Vw的波形图。 如上述所述，Rc为焊接用电缆的电阻值，Rx为丝突出部电阻值，Rp为母 材的电阻值。作为电阻值变大的情况，从焊接电源的输出端子检测焊接电 压Vw是一般的情况，因此为由于焊接用电缆长，而Rc变大的情况。此 夕卜，作为其他的状况，可以考虑在焊丝的直径细的情况下，丝突出长度变 长时，焊丝为如不锈钢那样电阻值大的材质的情况等那样，丝突出部电阻 值Rx变大的情况。此外，作为其他的状况，考虑母材为如不锈钢那样电 阻值大的材质的情况。以下，参照该图对本发明的课题进行说明。
时刻tl t2的短路期间Ts中的焊接电压Vw，如上述式(1)那样电 阻值(Rc + Rx + Rp)大时，随着焊接电流的增加而陡峭坡度地增加。同 样，虚线所示的短路基准值Vt，如上述式(3)所示，随着焊接电流的增 加而增加。因此，在时刻tl t2的短路期间Ts中，焊接电压值Vw比短 路基准值Vt小，因此作为短路期间被正确地判断。但是，由于电阻值(Rc 十Rx+Rp)大，因此焊接电压Vw以陡峭的坡度来增加，因此焊接电压值 Vw和短路基准值Vt之差小。
在时刻t2中产生电弧时，焊接电压Vw瞬间急剧地上升。这是，将用 于供给为了使从短路状态过渡到电弧发生状态而需要的能量的电压增加 量和与电弧长度对应的电弧电压值所引起的电压增加量相加的结果。在时 刻t2中，由于焊接电压值Vw比短路基准值Vt大，因此能够正确地判断 电弧发生。
在时刻t2中电弧一旦产生，则不需要随着上述的转移的电压增加量， 因此焊接电压值Vw骤减。其结果，与为电弧期间无关，在时刻t3中焊接 电压值Vw比短路基准值Vt小，该状态持续到时刻t4为止。因此，误判 断该时刻t3 t4的期间为短路期间。产生误判断时，与电弧期间无关，进 行短路期间的输出控制，焊接状态变得不稳定。最初这种误判断产生的原 因在于，由于电阻值(Rc+Rx+Rp)大，因此焊接电压Vw和短路基准
5值Vt之差变小的缘故。换句话说，为由于判断裕度变小，因此处于容易产生误判断的状态的缘故。
发明内容
在此，本发明的目的在于提供一种即使在电阻值(Rc+Rx+Rp)大的情况下，也能正确地判断短路期间以及电弧期间的熔化电极电弧焊接的短路判断方法。
为了解决上述课题，本发明之一的熔化电极电弧焊接的短路判断方法，该熔化电极电弧焊接交替地反复短路期间和电弧期间，并且通过焊接电压值成为短路基准值以下来判断上述短路期间，将上述短路基准值设定为与焊接电流相对应的值，其特征在于，在上述电弧期间中将上限值设定为上述短路基准值，规定该上限值为焊接电流的函数。
本发明之二，根据本发明之一所述的熔化电极电弧焊接的短路判断方法，其特征在于，只在从各电弧期间的开始时刻到规定期间之间设定上述上限值。
根据本发明，通过将上限值设定为电弧期间中的短路基准值，能够防止短路状态以及电弧发生状态的误判断。因此，能够进行分别适合于短路期间以及电弧期间的输出控制，因此能够得到稳定的焊接状态，能够进行高质量的焊接。
图1为表示本发明的实施方式相关的熔化电极电弧焊接的短路判断方法的焊接电压Vw的波形图。
图2为用于实施与本发明的实施方式相关的熔化电极电弧焊接的短路判断方法的焊接电源的框图。
图3为现有技术中的熔化电极电弧焊接装置的结构图。
图4为表示现有技术中的熔化电极电弧焊接的短路判断方法的电流/电压波形图。
图5为用于说明课题的焊接电压Vw的波形图。
图中1 焊丝
2 母材 2a 熔融池
3 电弧
4 焊矩
5 送给辊
6a、 6b 焊接用电缆
DV 驱动电路
Dv 驱动信号
Ea 误差放大信号
EI 电流误差放大电路
Ei 电流误差放大信号
EV 电压误差放大电路
Ev 电压误差放大信号
FC 送给控制电路
Fc 送给控制信号
ID 电流检测器
Id 电流检测信号
ISR 短路电流设定电路
Isr 短路电流设定信号
Iw 焊接电流
Kl、 K2 常数
PM 电源主电路
PS 焊接电源
Rax 电弧发生时的丝突出部电阻值
Rc 焊接用电缆的电阻值
Rp 包括熔融池的母材的电阻值
Rsx 短路时的丝突出部电阻值
Rx 丝突出部电阻值
SD 短路判断电路
7Sd短路判断信号
SP外部特性切换电路
ST焊接开始电路
St焊接开始信号
Ta电弧期间
Ts短路期间
Va电弧电压值
VD电压检测器
Vd电压检测信号
VR电压设定电路
Vr电压设定信号
VT短路基准值设定电路
Vt短路基准值(信号)
VTA上限值限制电路
Vta上限值
Vtm上限值限制短路基准值信号
Vw焊接电压
WM丝送给电动机
a、 p常数
具体实施例方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1为表示本发明的实施方式相关的熔化电极电弧焊接的短路判断方
法的焊接电压Vw的波形图。该图中，实线表示焊接电压Vw，虚线表示 短路基准值Vt。该图与上述图5对应，为电阻值(Rc+Rx+Rp)大的情 况。该图中，时刻tl t2的短路期间Ts通过现有技术的短路判断方法能 够正确地判断短路状态，因此该期间中的动作与图5相同。以下，参照该 图对时刻t2以后的与图5不同的动作进行说明。
短路基准值Vt，与现有技术相同，由上述式(3)设定。即短路基准 值Vt按照焊接电流值而产生变化。由此，通过设定短路基准值Vt，如上所述，能够正确地判断时刻tl t2的短路期间Ts。
在时刻t2中，通过焊接电压值Vw比短路基准值Vt大，从而判断电 弧已产生时，对短路基准值Vt如下那样设置上限值Vta。 Vt二Kl'Iw +K2 … 上述式(3) Vta=a'Iw +卩… 式(4)
其中，Iw为焊接电流值，(x及(3为常数。该上限值Vta只在电弧期间 设定，在短路期间不设定。如果举数值例，则a大概为0.005 0.05， (3大 概为2 20。该ct及P按照焊丝的种类、保护气体的种类、丝送给速度等 的焊接条件而设定为适当值。
如该图所示，在时刻t2中，产生电弧时，焊接电压值Vw急剧上升。 因此，焊接电压值Vw变得比短路基准值大，因此能够正确地判断电弧期 间。如果判断为电弧期间，则短路基准值Vt的上限值被限制为上述式(4) 所示的Vta。因此，时刻t2 t3的期间中的短路判断值的上限值被限制为 Vta。其结果，在时刻t2之后，根据上述理由即使焊接电压值Vw骤减， 不会有比上限值被限制的短路基准值Vt小的情况，因此如图5时那样不 会产生与短路期间的误判断。时刻t3以后的期间中，由上述式(3)设定 的短路基准值Vt比上述式(4)的上限值Vta小，因此不被限制为上限值 Vta。在该期间中，由于焊接电压值Vw比短路基准值Vt大，因此能够正
确地判断电弧期间。
对如何设定短路基准值Vt进行整理。在该图中，时刻tl t2的短路 期间中的短路基准值Vt由上述式(3)设定。该短路期间中不设定上限值。 接下来，时刻t2以后的电弧期间中的短路基准值Vt由上述式(3)设定， 由上述式(4)被限制为上限值Vta。时刻t2 t3的期间中的短路基准值 Vt，由于上述式(3)的值比上述式(4)的上限值大，因此成为被限制为 上限值Vta的值。另一方面，时刻t3以后的期间中的短路基准值Vt，由 于上述式(3)的值比上述式(4)的上限值小，因此成为式(3)的值。 在此，考虑将上述式(4)定义为Vta二卩的情况。即为将上限值Vta设为 规定值卩的情况，为与焊接电流值没有关系地设定该值的情况。此时，规 定值(3小时，不能防止电弧发生之后的误判断。另外，规定值I3大时，能 够防止电弧发生之后的误判断，但在之后的电弧期间中产生误判断的可能
9性增大。通过将上限值Vta如上述式(4)那样设定为与焊接电流值Iw相
对应的值，从而防止两者的误判断，能够正确地判断短路期间以及电弧期 间。
图2为用于实施上述的本发明的实施方式相关的熔化电极电弧焊接的
短路判断方法的焊接电源的框图。以下，参照该图对各框图进行说明。
电源主电路PM以3相200V等的工业电源为输入，按照后述的驱动 信号Dv进行逆变器控制的输出控制，输出适于电弧焊接的焊接电压Vw 以及焊接电流Iw。该电源主电路PM由下述部分构成对3相交流进行整 流的l阶整流器；对被整流的直流进行平滑的平滑电容器；将被平滑的直 流变换为高频交流的逆变器电路；将高频交流降压为适于电弧焊接的电压 值的高频变压器；对被降压的高频交流进行整流的2阶整流器以及对被整 流的直流进行平滑的电抗器。焊丝1通过与丝送给电动机WM相耦合的送 给辊5的旋转而被送给到焊矩4内，在与母材2之间产生电弧3。
电压检测器VD检测焊接电压Vw，输出电压检测信号Vd。电流检测 器ID检测焊接电流Iw，输出电流检测信号Id。短路基准值设定电路VT 以上述电流检测信号Id作为输入，基于上述的式(3)输出短路基准值信 号Vt。上限值限制电路VTA，以上述电流检测信号Id作为输入，基于上 述式(4)每时每刻算出上限值Vta，在短路判断信号Sd为低电平(电弧 期间)时，上述的短路基准信号Vt的值超过所算出的上限值Vta时，限 制为上限值Vta，输出上限值限制短路基准信号Vtm。短路判断电路SD 对上述电压检测信号Vd的值与该上限值限制短路基准值信号Vtm的值进 行比较，在Vd^Vtm时成为高电平(短路期间)，在Vd〉Vtm时，输出成 为低电平(电弧期间)的短路判断信号Sd。
送给控制电路FC输出用于控制上述丝送给电动机WM的旋转的送给 控制信号Fc。短路电流设定电路ISR输出用于形成预定的短路期间中的电 流波形的短路电流设定信号Isr。电流误差放大电路EI对该短路电流设定 信号Isr和上述电流检测信号Id之间的误差进行放大，输出电流误差放大 信号Ei。电压设定电路VR输出预定的电压设定信号Vr。电压误差放大电 路EV对该电压设定信号Vr和上述的电压检测信号Vd之间的误差进行放 大，输出电压误差放大信号Ev。外部特性切换电路SP，在上述短路判断信号Sd为高电平(短路期间)
时，输出上述电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea，在为低电平(电 弧期间)时，输出上述电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea。因此， 短路期间成为恒流特性，电弧期间成为恒压特性。驱动电路DV以上述误 差放大信号Ea作为输入，进行脉冲宽度调制控制，基于该脉冲宽度调制 控制信号输出用于对在上述电源主电路PM中包括的逆变器电路进行驱动 的驱动信号Dv。
在上述实施方式中，电弧期间中，在由式(3)算出的短路基准值Vt 在由式(4)算出的上限值Vta以上时，被限制为上限值。但是，在现有 技术中，产生误判断是在电弧产生之后，因此不会跨过电弧期间整体设定 上限值，也可只在从各电弧期间开始到规定期间之间设定上限值。
通过上述实施方式，通过设定上限值为电弧期间中的短路基准值，因 此能够防止短路状态以及电弧发生状态的误判断。因此，能够进行分别适 于短路期间以及电弧期间的输出控制，因此能够得到稳定的焊接状态，能 够进行高质量的焊接。
权利要求
1.一种熔化电极电弧焊接的短路判断方法，该熔化电极电弧焊接交替地反复短路期间和电弧期间，并且通过焊接电压值成为短路基准值以下来判断上述短路期间，将上述短路基准值设定为与焊接电流相对应的值，其特征在于，在上述电弧期间中将上限值设定为上述短路基准值，规定该上限值为焊接电流的函数。
2. 根据权利要求1所述的熔化电极电弧焊接的短路判断方法，其特 征在于，只在从各电弧期间的开始时刻到规定期间之间设定上述上限值。
全文摘要
一种熔化电极电弧焊接的短路判断方法。在熔化电极电弧焊接中，即使焊接用电缆长，也能够正确地判断焊丝与母材之间是否处于短路状态或者电弧发生状态，能够进行高质量的焊接。对焊接电压(Vw)和短路基准值(Vt)进行比较，在焊接电压(Vw)在短路基准值(Vt)以下时，判断为短路状态，在焊接电压(Vw)比短路基准值(Vt)大时，判断为电弧发生状态。短路基准值(Vt)按照焊接电流值变化，并且在电弧发生状态时设定上限值。该上限值设定为焊接电流的函数。由此，能够防止由于电弧发生之后的焊接电压(Vw)的骤减而引起的短路状态的误判断。
文档编号B23K9/06GK101513689SQ20091000742
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年2月21日
发明者伊佐太作 申请人:株式会社大亨