[发明专利]消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测短路期间中的熔滴的缩颈以减少焊接电流从而提高焊接品质的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法。

背景技术

图6是表示重复短路期间Ts和电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中的电流、电压波形以及熔滴过渡的图。图6(A)表示对消耗电极(以下称为焊丝1)进行通电的焊接电流Iw的时间变化，图6(B)表示在焊丝1与母材2之间施加的焊接电压Vw的时间变化，图6(C)～(E)表示熔滴1a的过渡样态。以下，参照该图来进行说明。

在时刻t1～t3的短路期间Ts中，处于焊丝1前端的熔滴1a与母材2短路的状态。焊接电流Iw如图6(A)所示那样，在时刻t1～t11的预先规定的初始期间中被维持在小电流值的初始电流值，在后续的时刻t11～t12的期间中以预先规定的倾斜度进行增加，在从后续的时刻t12至电弧再次发生的时刻t3为止的期间中被控制在预先规定的峰值。初始期间被设定在1ms左右，初始电流值被设定在50A左右，倾斜度被设定在100～300A/ms左右，峰值被设定在300～400A左右。这些值是根据焊丝的种类、保护气体的种类、进给速度等而被设定为适当值的。如图6(B)所示那样，焊接电压Vw由于处于短路状态，因而采用几V左右这样的低值。

如图6(C)所示，在时刻t1，熔滴1a与母材2相接触而进入短路状态。若进入短路状态则焊接电流减少成小电流值的初始电流，所以可以引导成更可靠的短路状态。然后，因为焊接电流Iw增加，所以如图6(D)所示那样，由于因对熔滴1a进行通电的焊接电流Iw而引起的电磁收缩力，会在熔滴1a上部发生缩颈1b。该电磁收缩力与焊接电流Iw的值成比例地增大。因此，通过使焊接电流Iw增加，从而增大电磁收缩力，促进缩颈1b的形成。之后，该缩颈1b急速地行进，在时刻t3如图6(E)所示那样，熔滴1a从焊丝1向熔池2a过渡而再次发生电弧3。

若熔滴1a发生缩颈1b，则在几百μs左右这样的短时间之后，短路被断开，再次发生电弧3。即、该缩颈现象成为短路断开的前兆现象。若发生缩颈1b，则由于焊接电流Iw的通电路径在缩颈部分变窄，因而缩颈部分的电阻值增大。随着缩颈的行进而缩颈部分进一步变窄，则该电阻值的增大越明显。因此，在短路期间Ts中，通过检测焊丝1与母材2之间的电阻值的变化，从而能够检测缩颈现象的发生以及行进。该电阻值的变化能够通过焊接电压Vw除以焊接电流Iw而算出。另外，与短路期间Ts中的焊接电流Iw的变化相比，缩颈形成后的电阻值的变化较大。为此，也可取代电阻值的变化而通过焊接电压Vw的变化来检测缩颈现象的发生。作为具体的缩颈检测方法，存在下述方法：算出短路期间Ts中的电阻值或焊接电压值Vw的变化率(微分值)，并通过该微分值达到了预先规定的缩颈检测基准值Vtn来进行缩颈检测。另外，作为其他方法，也存在下述方法：如图6(B)所示，算出相距短路期间Ts中的缩颈发生前(上述的初始期间中)的稳定的短路电压值Vs的电压上升值ΔV，并通过在时刻t2该电压上升值ΔV达到了预先规定的缩颈检测基准值Vtn来进行缩颈检测。在以下的说明中，缩颈检测方法是关于采用上述的电压上升值ΔV的情况进行的说明，但是也可以是以往所提出的各种各样的其他方法。通过判别焊接电压Vw变为短路/电弧判别值Vta以上，能够简单地进行时刻t3的电弧再次发生的检测。即、Vw＜Vta的期间成为短路期间Ts，Vw≥Vta的期间成为电弧期间Ta。以下，将从检测到时刻t2～t3的缩颈发生至电弧再次发生为止的时间称作缩颈检测时间Tn。

若在时刻t3再次发生电弧，则焊接电流Iw如图6(A)所示那样，在时刻t3～t31的预先规定的初始电弧期间Tai中，被恒流控制成预先规定的初始电弧电流值Iai。之后，时刻t31过渡，焊接电源被切换成恒压控制，所以根据电弧负载来决定焊接电流Iw的值，从而以斜坡状进行减少。如图6(B)所示，焊接电压Vw成为与电弧长度成比例的值。电弧期间中的焊接电压值Vw成为20～30V左右。因此，上述的短路/电弧判别值Vta被设定在10～15V左右。

在时刻t3～t31的初始电弧期间Tai中，因为在规定期间内通电较大值的初始电弧电流Iai，所以电弧长度急速变长，由于向焊丝1的大的热输入而促进熔融。时刻t31过渡，也使得焊丝1的前端部被熔融，逐渐形成熔滴1a。