[发明专利]消耗电极式脉冲电弧焊接的控制装置及该弧长控制方法以及具备该焊接控制装置的焊接系统

说明书

技术领域

本发明涉及消耗电极式脉冲电弧焊接的控制装置及该弧长控制方法以及具备该焊接控制装置的焊接系统，是使用碳酸气体或以碳酸气体为主成分的混合气体作为保护气体的消耗电极式脉冲电弧焊接的弧长控制技术。 

背景技术

为了维持焊接质量，需要适当的维持弧长，公知的有一直以来控制焊接中的弧长变化的弧长控制技术(参照日本特开2002-361417号、日本特许第3147046号)。定性的说是，弧长取决于焊接焊丝的送给速度(焊丝送给速度)和焊丝的熔融速度的平衡。更严密地说是，例如，由于在焊丝送给通道中产生的送给阻力，焊接中焊丝送给速度变动时破坏了和熔融速度之间的平衡，弧长产生变动。另外，例如焊接操作者的手摆动等造成的片母材间距离的变动等，也导致弧长产生变动。因此，为了抑制这些干扰造成的弧长的变动，需要按照相当于弧长的焊接电压的变化，调节对应熔融速度的焊接电流。下面，对于日本特开2002-361417号记载的弧长控制进行说明。 

在一般的消耗电极式脉冲电弧焊接中使用Ar-5～30％CO₂混合气体作为保护气体(磁脉冲焊接)。现有的技术如图15所示，使用脉冲电流波形及脉冲电压波形(总称为脉冲波形)控制焊接电流及焊接电压的波形。在图15中上侧所示的波形的纵轴表示焊接电流的检测值Io，下侧所示的波形的纵轴表示焊接电压的瞬时值Vo，横轴都表示时间t。 

在图15示例的焊接控制中为了使熔滴在峰值期间Tp脱离，通过比平均焊接电流更高的焊接电流。随之，峰值期间Tp的焊接电压值为Vp。而且，为了在与峰值期间Tp相连的基值期间Tb不让熔滴过渡，通过比平均焊接电流更低的焊接电流。随之，基值期间Tb的焊接电压值为Vb。而且，将峰值期间Tp及基值期间Tb合并的期间作为脉冲周期Tpb(1个周期) 进行返复，实施与脉冲波形同步的1个脉冲1个熔滴过渡。因此，和不使用这种的脉冲波形时进行比较，可以进行没有飞溅的焊接。 

在图15的上段中第n次的脉冲开始时刻t(n)和第(n+1)次脉冲开始时刻t(n+1)之间的期间，即第n次脉冲周期Tpb(n)中用剖面线所示的波形面积的时间平均值是平均焊接电流值Iw(n)。同样在图15的下段，用剖面线所示波形面积的时间平均值是平均焊接电压值Vw(n)。 

一般地，对于焊接电源的外部特性斜率来说，因弧长控制系统的稳定性大受影响，因此需要根据焊接条件(设定焊丝供给速度、焊接电压等)、焊丝的种类、保护气体组成等适当地设定外部特性斜率。图16中表示在某焊接条件、焊丝的种类、保护气体组成中设定的外部特性斜率Ks的一例。通过输出控制为在该焊接条件、焊丝的种类、保护气体组成中焊接时的焊接电流及焊接电压的动作点位于表示该外部特性斜率Ks的图16的直线上，可以实现弧长控制。这是和输出控制图15及图16所示的平均焊接电流值Iw(n)及平均焊接电压值Vw(n)变成式(101)的关系同义。在式(101)中，Is表示显示预先设定的设定条件的焊接电流设定值，同样Vs表示焊接电压设定值。 

Vw(n)＝Ks{Is-Iw(n)}+Vs…式(101) 

例如，在图16中设定设定条件的位置P1作为基准位置。在焊接中弧长增加时，焊接电压的检测值增加，如图16所示平均焊接电压值Vw(n)变得比焊接电压设定值Vs更高。这时，在表示外部特性斜率Ks的直线上，因使动作点从位置P1移动至位置P2，所以如图16所示，平均焊接电流值Iw(n)变得比焊接电流设定值Is更低。其结果是，焊丝熔融速度减少，由此弧长也变短，结果动作点向在P1的位置会聚的方向移动。 

相反，焊接中弧长降低时，焊接电压的检测值减少，如图16所示，平均焊接电压值Vw(n)变得比焊接电压设定值Vs更低。这时，在表示外部特性斜率Ks的直线上，使动作点从位置P1移动至位置P3，所以如图16所示，平均焊接电流值Iw(n)变得比焊接电流设定值Is更高。其结果是，焊丝熔融速度增加，由此弧长也增加，结果动作点向在位置P1会聚的方向移动。 

根据上述，设定具有适当的斜率Ks的外部特性变成根据焊接电压变 化控制焊接电流变化量，其结果是能够抑制弧长的变化量。更详细地是在日本特开2002-361417号记载的焊接电源装置中如下所述进行弧长控制。在此，将某时刻检测的焊接电流的瞬时值设为Io、焊接电压的瞬时值设为Vo时，在脉冲周期内用式(102)定义相当于检测值和焊接电压设定值Vs及焊接电流设定值Is之间误差的电压误差积分值Svb。