[发明专利]消耗电极电弧焊接的收缩检测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消耗电极电弧焊接的收缩检测控制方法，通过检测短路期间中的熔滴的收缩现象并使焊接电流急剧减小，从而能够提高焊接质量。

背景技术

图6是表示反复短路期间Ts与电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中的收缩检测控制方法的波形图。该图(A)表示熔滴的收缩检测信号Nd，该图(B)表示焊接电压Vw，该图(C)表示焊接电流Iw，该图(D)表示熔滴部的电阻值的变化率Δr＝dr/dt，该图(E1)～(E3)表示熔滴的过渡状态。该图是使用了晶闸管相位控制焊接电源的情况，如该图(B)以及(C)所示，在焊接电压Vw以及焊接电流Iw中全波整流控制时具有商用频率(50Hz或者60Hz)的6倍的频率的大波纹(ripple)重叠。下面，参照该图进行说明。

在时刻t1～t2的电弧期间Ta中，如该图(B)所示，焊接电压Vw为数十V的电弧电压值，如该图(C)所示，焊接电流Iw为对应焊线输送速度的平均电流值。

在时刻t2如该图(E1)所示，在电弧期间Ta中形成于焊线1的前端的熔滴1a若与母材2的熔池2a接触，则开始短路期间Ts。若开始短路期间Ts，则如该图(B)所示，焊接电压Vw成为数V的短路电压值，如该图(C)所示，焊接电流Iw随着时间经过而增加。基于该电流通电的电磁收缩力作用于熔滴1a上，如该图(E2)所示，在熔滴1a上产生收缩部1b。随着该收缩1b进行，如该图(E3)所示，熔滴1a过渡至熔池2a，在时刻t3再次产生电弧。因此，收缩1b的产生是电弧再次产生的前兆现象，多数情况下从收缩1b产生经过300～1000μs之后再次产生电弧。

如上所述，若产生收缩1b，则由于焊接电流Iw的通电路径在收缩部分1b变窄，因此通电路径的电阻值r增大。该电阻值r随着收缩1b的进行而急剧增大。该图(D)表示该电阻值r的变化率Δr＝dr/dt＝d(Vw/Iw)/dt的波形。随着收缩1b的进行，电阻值变化率Δr急剧上升。若在时刻t21判别该值Δr超过了预先设定的收缩检测基准值rt，则如该图(A)所示，收缩检测信号Nd为高电平。对应该情况，如该图(C)所示，使焊接电流值Iw急剧减小。对于用于该急剧减小的特别的电路在后面的图7进行叙述。而且，由于在时刻t3产生了电弧的时刻的焊接电流值Iw为低值，因此溅射的发生大幅减少。这是因为溅射的大部分在电弧再次产生时发生，其发生量与电弧再次产生时的电流值的大小成比例。因此，所谓消耗电极电弧焊接的收缩检测控制方法是由短路期间中的电阻值变化率Δr检测收缩1b的进行，使焊接电流Iw急剧减小，使电弧再次产生时的电流值为低值，从而大幅度减少溅射发生。所述的收缩检测信号Nd在从时刻t21的收缩检测时刻至时刻t3的电弧再次产生时刻的收缩检测期间Tn的期间为高电平。

图7是采用了所述的收缩检测控制方法的焊接装置的框图。焊接电源PS是一般的消耗电极电弧焊接用的晶闸管相位控制焊接电源。晶体管TR串联插入于输出处，并且并联连接电阻器R。该电阻器R的电阻值设定为短路期间的负载电阻值数十mΩ的10倍以上的值。晶体管TR仅在所述的图6(A)中收缩检测信号Nd为高电平期间(收缩检测期间Tn)处于截止(OFF)状态，在电流通电路径插入电阻器R。在收缩检测期间Tn中若停止了焊接电源的输出之后插入电阻器R，则由于通电路径的电阻值增大至10倍以上，因此在电源内部的大的电抗器(reactor)中积蓄的能量进行急剧放电，从而焊接电流Iw急剧减小。该急剧减小速度是没有插入电阻器R的通常情况下的10倍以上。

电压检测电路VD检测焊接电压Vw，并输出电压检测信号Vd。电流检测电路ID检测焊接电流Iw，并输出电流检测信号Id。电阻值变化率计算电路ΔR将该电压检测信号Vd以及电流检测信号Id作为输入，来计算电阻值变化率信号Δr＝d(Vd/Id)/dt。收缩检测电路ND对该电阻值变化率信号Δr与预先设定的收缩检测基准值rt进行比较，在Δr＞rt时，输出成为高电平的收缩检测信号Nd。驱动电路DR将该收缩检测信号Nd作为输入，在收缩检测信号Nd为低电平时，输出使所述晶体管TR处于导通(ON)状态的驱动信号Dr。由于晶体管TR处于导通状态时电阻器R被短路，因此焊接电源PS仅为通常的操作。