CN102123812B - 电弧焊接方法及电弧焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电弧焊接方法及电弧焊接装置，其中，电弧焊接方法是设定与设定电流对应的适当电压和短路电流的增加斜率，并进给消耗电极焊丝，使短路状态和电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，在设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据设定电压与适当电压之差，变更短路电流的增加斜率，来进行短路电流的控制，由此，使短路电流的增加斜率和短路电流的作为转折点的电流值自动变动。

Description

电弧焊接方法及电弧焊接装置
技术领域
本发明涉及在进给作为消耗电极的焊丝(welding wire)的同时，交替产生短路状态和电弧状态来进行焊接的电弧焊接方法及电弧焊接装置。
背景技术
以往，作为针对焊接速度、突出长度的变化等干扰的应对方案，公知有一种通过对适当的焊接波形的基本波形中的短路电流的斜率、短路电流的转折点进行变更，由此在短路期间控制短路电流的方法。
例如，如图9所示，在焊丝与被焊接物短路的短路期间、和再次产生电弧来进行电弧放电的电弧期间交替重复，对被焊接物进行焊接的电弧焊接控制方法中，有一种对短路电流的基本波形的斜率进行2阶段控制的方法，这在专利文献1中已经公知。在图9中，短路电流It具有第1段的斜率J1和第2段的斜率J2。以往，通过对斜率调整用旋钮的可变电阻进行调整，将第2段的增加斜率J2从中间的增加斜率J2向“加强(hard)”K方向或“减弱(soft)”L方向调整。而且，通过调整电流设定器、转折点调整用旋钮，将第1段和第2段的转折点的短路电流的It从中间点的Ib调整成未图示的比其大的Ia或比其小的Ic。并且，通过将它们组合，自由地控制了焊接电流。其中，“减弱”和“加强”是将基本波形的短路电流It的斜率小的情况称为“减弱”、将斜率大的情况称为“加强”。
如果将短路电流的斜率调整用旋钮设为“减弱”、将转折点调整用旋钮调节为“大”，则由于电弧稳定、溅射发生量比较少，所以能够对镀锌钢板等进行稳定的焊接。另外，如果将短路电流的斜率调整用旋钮设为“减弱”、将转折点调整用旋钮调节为“小”，则虽然针对外伸变动变弱，但溅射的发生量最少，适合高速焊接。而且，如果将短路电流的斜率调整用旋钮设为“加强”、将转折点调整用旋钮调节为“大”，则虽然溅射的发生量多、成为叠珠焊缝，但电弧针对干扰变得最稳定。
如上所述，在现有技术中，通过作业者对短路电流的斜率第2段调整用旋钮及短路电流的转折点调整用旋钮进行操作，进行了如此的调整。
近年来，在焊接领域，为了提高生产率，针对焊接速度的高速化及突出长度的变化、被焊接物间的间隙等干扰的应对要求不断提高。如果使焊接速度高速化，则单位时间的生产数增加，即使在突出长度发生变化、产生了间隙的情况下，也能够不排斥焊丝，并且不存在因电弧不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、烧穿地进行焊接。由此，具有能够提高被焊接物的成品率、削减修正工时的优点。
一般而言，在提高焊接速度时，由于增加了短路次数，所以大多将设定电压在比通常的适当电压(以下称为一元电压)小几V的方向上设定。其中，一元电压是指与作业者设定的设定电流对应的适合于焊接的电压。而且，在焊接速度快的情况下，与焊接速度慢的情况相比，难以在电弧正下方形成熔融池。因此，为了使熔融池的追随性良好，增加了短路次数。但是，反过来由于电弧期间变短，所以焊丝前端的熔滴变小，导致下次短路时焊丝难以熔融，使得短路开放变难。
结果，在最差的情况下，具有焊丝不能完全熔融、焊丝被排斥等电弧成为不稳定的状态，由此发生焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题的课题。鉴于此，在上述的现有技术中，通过对短路电流的斜率、短路电流的转折点进行调整来实施应对。
然而，在现有技术中，焊接作业者必须操作旋钮，在对设定电压进行调整的同时，调整短路电流的增加斜率及短路电流的转折点，存在作业者难以进行这样的调整的课题。
专利文献1：特开平9-38773号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在调整设定电压的同时进行短路电流的增加斜率的调整或短路电流的转折点调整时，无需焊接作业者操作旋钮，能够自动地调整短路电流的增加斜率或短路电流的转折点的电弧焊接方法及电弧焊接装置。而且，本发明提供一种无需焊接作业者操作旋钮，能够自动地变更短路初始电流值和短路初始时间来进行短路电流的控制的电弧焊接方法及电弧焊接装置。
本发明的电弧焊接方法是设定与设定电流对应的适当电压和短路电流的增加斜率，并进给消耗电极焊丝，使短路状态和电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，具有在设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据设定电压与适当电压之差变更短路电流的增加斜率来进行短路电流的控制的构成。
而且，本发明的电弧焊接方法是设定与设定电流对应的适当电压、从短路开始时起作为规定期间的短路初始时间、和在短路初始时间中流过的电流即短路初始电流值，并进给消耗电极焊丝，使短路状态和电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，具有在设定电压与适当电压不同的情况下，根据设定电压与适当电压之差变更短路初始电流值与短路初始时间来进行短路电流的控制的构成。
根据该构成，即使在针对焊接速度的高速化及突出长度的变化、被焊接物间的间隙等干扰，将设定电压在比通常的适当电压小几V的方向上设定的情况下，也能够不借助焊接作业者之手而自动地调节短路电流的增加斜率、成为短路电流的转折点的电流值、短路初始电流、短路初始时间。
由此，通过促进焊丝的熔融，能够不排斥焊丝地将因电弧不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题限制为最小限度。因此，可提高被焊接物的成品率、削减修正工时，从而能够提高高速焊接的焊接质量。而且，还可以抑制对生产效率、作业环境的不良影响。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的电弧焊接方法的焊接电流波形的图。
图2是表示该实施方式中的电弧焊接方法的设定电压与短路电流的增加斜率的关系的图。
图3是表示该实施方式中的电弧焊接方法的设定电压与短路电流的转折点的关系的图。
图4是表示该实施方式中的电弧焊接装置的概略构成的图。
图5是表示本发明的实施方式2中的电弧焊接方法的焊接电流波形的图。
图6是表示该实施方式中的电弧焊接方法的设定电压与短路初始电流的关系的图。
图7是表示该实施方式中的电弧焊接方法的设定电压与短路初始时间的关系的图。
图8是表示该实施方式中的电弧焊接装置的概略构成的图。
图9是表示以往的电弧焊接中的焊接电流波形的一例的图。
具体实施方式
下面，利用附图，对本发明的实施方式中的消耗电极式电弧焊接方法及电弧焊接装置进行说明。其中，在以下的实施方式中，如上所述，将与作业者设定的设定电流对应的适合于焊接的适当电压记作一元电压来进行说明。
(实施方式1)
在本实施方式中，首先，对电弧焊接方法进行说明，然后对电弧焊接装置进行说明。
图1表示了短路状态与电弧状态交替重复的消耗电极式电弧焊接中的焊接电流的波形。在图1中，用短路期间S表示了短路状态的时间，用电弧期间A表示了电弧状态的时间。
在图1中，时刻P1表示开始短路的时间点，而且还是短路初始时间开始的时间点。时刻P2表示短路初始时间的结束时间点，而且还是短路电流的增加斜率di/dt的输出开始的时间点。而时刻P3是成为短路电流的第1段的增加斜率di/dt与第2段的增加斜率di/dt的转折点B(黑圆点)的时间点。另外，时刻P4表示短路电流的第2段的增加斜率di/dt的输出结束的时间点，而且还是短路期间S结束、产生了电弧的时间点。此外，时刻P5表示了发生下一次短路的时间点。
并且，图1表示了设定电压被设定得比一元电压大或小时的短路电流的增加斜率di/dt、及短路电流的第1段的增加斜率di/dt与短路电流的第2段的增加斜率di/dt的转折点B的变更例。
其中，在图1中，用实线M1表示了设定电压与一元电压对应的电流波形。用虚线M2表示了从一元电压开始减小了电压时、即设定电压比一元电压小时的电流波形。用单点划线M3表示了从一元电压开始增大电压时、即设定电压比一元电压大时的电流波形。其中，短路电流的增加斜率di/dt用于表示单位时间的短路电流值的变化量。
首先，针对图1所示的从时刻P1到时刻P5的期间、即短路1个周期量进行以下说明。在时刻P1的时间点，焊丝与被焊接物接触，发生短路。在从时刻P1到时刻P2的短路初始时间，输出比短路发生时的电流低的短路初始电流。
这里，针对将从时刻P1到时刻P2的短路初始时间设为低电流的目的进行说明。如果在发生短路之后立即朝向高电流增加短路电流，则短路会立即开放，并在之后立即再度发生短路，导致短路的周期性被破坏。鉴于此，通过设置在短路发生之后立即输出低电流的期间，能够进行在充分确保短路的状态之后，朝向高电流增加短路电流的控制。其中，短路初始时间、短路初始电流值通过实验验证等导出并采用。这些短路初始时间、短路初始电流值在未图示的存储部中作为表(例如使短路初始时间、短路初始电流值等各参数与电流值等建立关联的数据构成表)等被存储。
接着，在时刻P2的时间点，从焊丝与被焊接物充分短路的状态开始，设定短路电流的第1段的增加斜率di/dt。实际的短路电流沿着该短路电流的第1段的增加斜率di/dt上升。当上升后的短路电流达到时刻P3的时间点处的短路电流的作为转折点B的电流值时，实际的短路电流沿着设定的短路电流的第2阶段的增加斜率di/dt增加。
这里，对于从时刻P2到时刻P3的短路电流的第1段的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的第2段的增加斜率di/dt、和时刻P3处的成为短路电流的转折点B的电流值的基本设定值而言，通过实验验证导出并采用了即使在以某一焊接速度(在本实施例中设为1m/min)焊接时稍微使电压变化，也能够进行稳定的焊接的适当值。这些短路初始时间、短路初始电流值在未图示的存储部中作为表或数学式(例如将短路初始时间、短路初始电流值等各参数与电流值等建立关联后的数据进行数学式化而得到的数学式)等被存储。
接着，若在时刻P4短路开放、产生电弧，则输出通过恒压控制运算出的焊接电流，持续到发生下一次短路的时间点、即时刻P5为止。如上所述，将时刻P1到时刻P5的控制作为1个周期，反复重复该周期来进行焊接。
这里，相对于如上所述以1m/min的焊接速度导出的从时刻P2到时刻P3的短路电流的第1段的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的第2段的增加斜率di/dt、和时刻P3的时间点处的成为短路电流的转折点B的电流值而言，以往例如在由焊接作业者将焊接速度设定为1.5m/min、将设定电压设定为一元电压-5V的情况下，由于在焊接速度为1m/min的适当值时，熔融池的追随性差、焊丝难以熔融，所以容易发生焊丝难以从被焊接物短路开放的状态，导致焊丝被排斥而使得电弧产生不稳定的状态。
鉴于此，在本实施方式中，当设定电压被设定在比一元电压小的方向时，根据设定电压与一元电压的差、即电压差量值，按照使从时刻P2到时刻P3的短路电流的第1段的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的第2段的增加斜率di/dt、和时刻P3的时间点处的成为短路电流的转折点B的电流值变大的方式，自动进行变更。
其中，作为自动进行变更的例子，可以将电压差量值、和第1段及第2段的增加斜率di/dt及转折点B对应地预先存储到未图示的存储部中，根据电压差量值来决定增加斜率di/dt、转折点B。另外，也可以将电压差量值、与增加斜率di/dt及转折点B建立对应关系的数学式预先存储到未图示的存储部中，根据电压差量值来决定增加斜率di/dt、转折点B。
在本实施方式中，由图1可知，在设定电压比一元电压小的情况下，按照比设定电压与一元电压相同时的短路电流的增加斜率di/dt陡峭的方式，对短路电流的增加斜率di/dt进行变更，在设定电压比一元电压大的情况下，按照比设定电压与一元电压相同时的短路电流的增加斜率di/dt缓和的方式，对短路电流的增加斜率di/dt进行变更，来进行短路电流的控制。
而且，在本实施方式中，由图1可知，进行了短路电流的第1段的增加斜率di/dt、与短路电流的第2段的增加斜率di/dt为不同的斜率的控制。并且，在本实施方式中，进行了短路电流的第1段的增加斜率di/dt比短路电流的第2段的增加斜率di/dt陡峭的控制。
接着，利用图2，说明对短路电流的增加斜率di/dt进行变更的例子。需要说明的是，图2是表示设定电压与短路电流的第1段的增加斜率di/dt的关系的一例的图。另外，设定电压与短路电流的第2段的增加斜率di/dt的关系还通过类似的图表示。根据各参数，第1段的增加斜率di/dt与第2段的增加斜率di/dt都有多种，存在第1段的增加斜率di/dt与第2段的增加斜率di/dt相同的情况，也存在不同的情况。其中，通常情况下是第2段比第1段平缓的斜率。图1表示了与第1段相比，使第2段的斜率平缓变更的情况。
例如，在由焊接作业者设定的设定电压与一元电压相同的情况下，如图2的线M4所示，短路电流的第1段的增加斜率di/dt为150A/ms。以后将此时的短路电流的增加斜率di/dt、即与一元电压对应的短路电流的增加斜率di/dt称为一元值。短路电流的第1段的增加斜率di/dt为150A/ms时的焊接电流波形是图1所示的实线M11。但是，在设定电压被设定为一元电压-5V的情况、即设定电压被设定为比一元电压小5V的情况下，短路电流的第1段的增加斜率di/dt成为对作为一元值的150A/ms增加50A/ms的200A/ms。短路电流的第1段的增加斜率di/dt为200A/ms时的焊接电流波形是图1所示的虚线M21。另外，在设定电压被设定为一元电压+5V的情况、即设定电压被设定为比一元电压大5V的情况下，短路电流的第1段的增加斜率di/dt成为从作为一元值的150A/ms减少50A/ms的100A/ms。短路电流的第1段的增加斜率di/dt为100A/ms时的焊接电流波形是图1所示的单点划线M31。
其中，关于短路电流的增加斜率di/dt的变更，可以在第1段和第2段中增大或减小相同值来进行变更，也可以个别地进行变更。例如，可以仅在第1段中增大或减小而在第2段中不变更。虚线M2是第1段和第2段的增加斜率di/dt双方都大幅变更的图，是第2段的增加斜率di/dt比第1段平缓时的例子。
而且，在图2中，举出了设定电压与一元电压每差±1V，短路电流的增加斜率为±10A/ms的作为绝对值方式的例子。即，举出了根据设定电压与一元电压之差所对应的绝对量进行变更的例子。但是，也可以根据基于与设定电压和一元电压之差相应的变化率的量进行变更。例如，按照设定电压与一元电压每差±1V则变动±5％/ms的方式来作为变动率方式。
另外，在图2中表示了设定电压与短路电流的增加斜率di/dt的关系是一次曲线的例子，但并不限定于此，例如也可以是2次曲线等1次曲线以外的曲线。
这里，由于设定电压被设定在比一元电压小的方向而使得短路次数增加，所以电弧期间A变短，结果，焊丝前端的熔滴变小。因此，在下次短路时焊丝难以熔融，导致短路开放变难。但是，通过进行本实施方式的控制，当设定电压被设定在比一元电压小的方向时，将短路电流的增加斜率di/dt向增大的方向变更。因此，可以促进焊丝的熔融，能够比较顺畅地进行短路开放。
接着，利用图3，对第1段的短路电流的增加斜率di/dt、与第2段的短路电流的增加斜率di/dt的转折点B的变更进行说明。其中，图3是表示设定电压与短路电流的转折点B(短路电流转折电流值)的关系的一例的图。
例如，在作业者设定的设定电压与一元电压相同的情况下，如图3的线M5所示，短路电流的作为转折点B的电流值是作为一元值的200A。但是，在设定电压被设定为一元电压-5V的情况、即设定电压被设定为比一元电压小5V的情况下，短路电流的作为转折点B的电流值成为对作为一元值的200A增加了50A的250A。
另外，在图3中举出了每±1V便±10A的作为绝对值方式的例子，但也可以是每±1V便±5％的变动率方式。即，与短路电流的增加斜率di/dt的变更中说明的情况同样，转折点B的变更也可以根据设定电压与一元电压的差所对应的绝对量进行变更，还可以根据基于设定电压与一元电压之差所对应的变化率的量进行变更。
而且，在图3中，设定电压与短路电流转折点的关系是一次曲线，但例如也可以是2次曲线等1次曲线以外的曲线。
这里，由于设定电压被设定在比一元电压小的方向而使得短路次数增加，所以电弧期间变短。结果，焊丝前端的熔滴变小。因此，下一次短路时焊丝难以熔融，短路开放变难。但是，通过进行本实施方式的控制，当设定电压被设定在比一元电压小的方向时，将短路电流的作为转折点B的电流值向增大的方向变更。因此，可以促进焊丝的熔融，能够比较顺畅地进行短路开放。
另外，在本实施方式中，如图2和图3所示，在设定电压相对于一元电压被设定为增大或减小的值时，根据该设定，使从时刻P2到时刻P3的短路电流的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的增加斜率di/dt、和时刻P3时间点的成为短路电流的转折点B的电流值变化。即，在本实施方式中，对短路电流的增加斜率由短路电流的第1段的增加斜率di/dt、及紧接着短路电流的第1段的增加斜率di/dt之后的短路电流的第2段的增加斜率di/dt构成的情况进行了说明。
但是，本发明在短路电流的增加斜率只具有短路电流的第1段的增加斜率di/dt，通过设定与设定电流对应的一元电压及短路电流的增加斜率，对消耗电极焊丝进行进给，并交替产生短路状态和电弧状态来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法中也能够应用。
而且，在本实施方式中，如图2或图3所示，对短路电流的增加斜率di/dt、成为转折点B的电流值还设置了上下限值。由此，可防止过度的调整。即，通过设置上下限值，能够防止短路电流的增加斜率di/dt、短路电流的转折点B向变太的方向过度变动，从而防止溅射大幅增加、电弧变得不稳定。
其中，从时刻P2到时刻P3的短路电流的第1段的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的第2段的增加斜率di/dt、和时刻P3的成为短路电流的转折点B的电流值，除了设定电压与一元电压的差量值之外，还可以根据进给的消耗电极焊丝的焊丝直径、焊丝种类、焊丝突出长度、供给的保护气体、以及焊接电流的设定电流域中的至少1个来设定。
如上所述，通过进行本实施方式所示的自动调整来控制短路电流，能够在发生短路之后尽快使焊丝熔融。因此，即使在焊接速度快、设定电压被设定在比一元电压小的方向的情况下，也能够在焊丝不被排斥的情况下防止电弧变得不稳定。
另外，由于在焊接速度慢至1m/min以下、设定电压被设定在比一元电压大的方向的情况下，从时刻P2到时刻P3的短路电流的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的增加斜率di/dt、和时刻P3的成为短路电流的转折点的电流值，能够自动向变小的方向调整，所以可以降低短路开放电流，能够获得溅射降低的效果。
接着，说明进行本实施方式的控制的电弧焊接装置。图4是表示本实施方式中的电弧焊接装置的概略构成的图，其构成如下。
在本实施方式的电弧焊接装置中，来自输入电源1的电力被1次整流部2整流，并被开关元件3转换成交流，然后由变压器4降压，进而被2次整流部5及电感器6整流，最后被施加到焊丝25与被焊接物28之间。而且，本实施方式的电弧焊接装置具备：用于控制开关元件3的驱动部7、连接在焊接用电源输出端子8a、8b间的焊接电压检测部8、检测焊接输出电流的焊接电流检测部9、和根据来自焊接电压检测部8的信号对是否发生了短路或电弧进行判定的短路/电弧检测部10。并且，本实施方式的电弧焊接装置具备：接收来自短路/电弧检测部10的电弧的信号，在电弧期间A进行电弧电压的控制的电弧控制部11；从短路/电弧检测部10接收短路的信号，在短路期间S进行短路电流的控制的短路控制部12；和焊接作业者用于对设定电流进行设定的设定电流设定部29。进而，本实施方式的电弧焊接装置具备：用于根据由作业者对设定电流设定部29设定的设定电流，来设定一元电压的一元电压设定部21；用于对设定电压进行设定的设定电压设定部22；和求出由一元电压设定部21设定的一元设定电压与对设定电压设定部22设定的设定电压之间的差的一元/设定电压差量计算部23。
短路控制部12具备根据作业者利用设定电流设定部29设定的设定电流，来设定短路电流的第1段的增加斜率di/dt、和短路电流的第2段的增加斜率di/dt的短路电流的增加斜率di/dt基本设定部13。而且，具备根据一元/设定电压差量计算部23的计算结果，对利用短路电流的增加斜率di/dt基本设定部13设定的短路电流的增加斜率di/dt进行变更的短路电流的增加斜率di/dt控制部14。并且，短路控制部12具备根据作业者利用设定电流设定部29设定的设定电流，对斜率从短路电流的第1段的增加斜率di/dt向短路电流的第2段的增加斜率di/dt变化的转折点B进行设定的短路电流的转折点基本设定部15。而且，具备根据一元/设定电压差量计算部23的计算结果，对作为转折点B的电流值进行变更的短路电流的转折点控制部16。其中，对应于设定电流的一元电压、与短路电流的第1段的增加斜率di/dt、短路电流的第2段的增加斜率di/dt、以及转折点B的关系，例如在未图示的存储部中作为表或数学式被存储，根据设定电流来决定。
焊接电压检测部8连接在焊接用电源输出端子8a、8b之间，向短路/电弧检测部10输出与检测出的电压对应的信号。短路/电弧检测部10根据来自焊接电压检测部8的信号，判定焊接输出电压是否为一定值以上或小于一定值，基于该判定结果对焊丝25是否与被焊接物28接触短路、或者以非接触状态发生了焊接电弧进行判定，并输出判定信号。
接着，对短路/电弧检测部10判定后的短路控制进行说明。短路控制部12如上所述，由短路电流的增加斜率di/dt基本设定部13、短路电流的增加斜率di/dt控制部14、短路电流的转折点基本设定部15、和短路电流的转折点控制部16构成。由一元/设定电压差量计算部23监视一元电压设定部21与设定电压设定部22之差，短路控制部12接收来自一元/设定电压差量计算部23的电压差量值。短路电流的增加斜率di/dt控制部14和短路电流的转折点控制部16向驱动部7输出针对来自短路电流的增加斜率di/dt基本设定部13和短路电流的转折点基本设定部15的值进行变更后的值。由此，如在图1～图3中说明那样，短路电流的增加斜率di/dt及短路电流的转折点B受到控制，从而可控制短路电流。
通过利用以上那样的电弧焊接装置，对短路电流的增加斜率di/dt及短路电流的成为转折点B的电流值进行自动调整，能够在焊接速度快、且设定电压与一元电压不同的情况下，将电弧变得不稳定而引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题抑制为最小限度。因此，能够抑制对生产效率、作业环境的不良影响。
其中，构成图4所示的电弧焊接装置的各构成部可以分别单独构成，也可以将多个构成部组合来构成。
(实施方式2)
在本实施方式中，对与实施方式1同样的部分赋予同一符号并省略详细的说明。与实施方式1不同的主要方面在于，在设定电压与一元电压不同的情况下，使短路初始电流值和短路初始时间变动。但是，本发明不需要使短路初始电流值和短路初始时间双方变动。即，只要使短路初始电流值与短路初始时间中的至少任一方变动即可。在本实施方式中，针对使短路初始电流值和短路初始时间变动的情况进行说明。
图5表示了与实施方式1同样，短路状态和电弧状态交替重复的消耗电极式电弧焊接中的焊接电流波形。在图5中，用实线N1表示了设定电压为一元电压时所对应的电流波形。用虚线N2表示了从一元电压开始减小电压时、即设定电压比一元电压小时的电流波形。用单点划线N3表示了从一元电压开始增大电压时、即设定电压比一元电压大时的电流波形。
与实施方式1同样，相对于焊接速度为1m/min时的从时刻P1到时刻P2的短路初始电流值和短路初始时间，以往例如在焊接作业者将焊接速度设为1.5m/min、将设定电压设定为一元电压-5V(比一元电压小5V)的情况下，由于在焊接速度为1m/min的适当值时，熔融池的追随性差、焊丝难以熔融，所以容易发生焊丝难以从母材短路开放的状态，导致焊丝被排斥而发生电弧不稳定的状态。
鉴于此，在本实施方式中，当设定电压被设定在比一元电压小的方向时、即设定电压被设定为比一元电压低时，从时刻P1到时刻P2的短路初始电流值向增大的方向变更，即相比于设定电压与一元电压相同时的短路初始电流值，短路初始电流值向增大的方向变更。并且，从时刻P1到时刻P2的短路初始时间向变短的方向变更，即相比于设定电压与一元电压相同时的短路初始时间，短路初始时间向变短的方向变更。
接着，利用图6，对变更短路初始电流值的一例进行以下说明。其中，图6是表示设定电压与短路初始电流值的关系的一例的图。例如，在作业者设定的设定电压与一元电压相同的情况下，如图6的线N4所示，短路初始电流值是作为一元值的100A。此时的焊接电流波形是图5的实线N 1。但是，在设定电压被设定为一元电压-5V时、即设定电压被设定成比一元电压小5V时，短路初始电流值成为对作为一元值的100A增加25A的125A。此时的焊接电流波形是图5的虚线N2。相反，在设定电压被设定为一元电压+5V时、即设定电压被设定为比一元电压大5V时，如单点划线N3所示，短路初始电流值成为从作为一元值的100A减少25A的75A。此时的焊接电流波形是图5的单点划线N3。
另外，在图6中，举出了每±1V便变化±5A的作为绝对值方式的例子，但也可以是每±1V便±5％的变动率方式。即，短路初始电流值可以根据适当电压与设定电压之差所对应的绝对量进行变更，也可以根据基于适当电压与设定电压之差所对应的变化率的量进行变更。
而且，在图6中，设定电压与短路初始电流值的关系是一次曲线，但也可以例如是2次曲线等1次曲线以外的曲线。
这里，由于设定电压被设定在比一元电压小的方向使得短路次数增加，所以电弧期间变短，焊丝前端的熔滴变小。结果，在下一次短路时，焊丝难以熔融，短路开放变难。但是，通过进行本实施方式的控制，将短路初始电流值向变大的方向变更，能够使焊丝与被焊接物充分短路的状态稍微缓和。由此，能够促进焊丝的熔融，可以使短路开放比较顺畅。
接着，利用图7，对短路初始时间的控制进行说明。其中，图7是表示设定电压与短路初始时间值的关系的一例的图。例如，在作业者设定的设定电压与一元电压相同的情况下，如图7的线N5所示，短路初始时间值是作为一元值的500μs(参照图5的焊接电流波形的实线N1)。但是，在设定电压被设定为一元电压-5V时、即设定电压被设定成比一元电压小5V时，短路初始时间值成为对作为一元值的500μs减少250μs的250μs(参照图5的焊接电流波形的虚线N2)。相反，在设定电压被设定为一元电压+5V时、即设定电压被设定成比一元电压大5V时，短路初始时间值成为对作为一元值的500μs增加250μs的750μs(参照图5的焊接电流波形的单点划线N3)。
另外，在图7中举出了每±1V便±50μs的作为绝对值方式的例子，但也可以是每±1V便±10％的变动率方式。即，短路初始时间也可以根据适当电压与设定电压之差所对应的绝对量进行变更，还可以根据基于适当电压与设定电压之差所对应的变化率的量进行变更。
而且，在图7中，设定电压与短路初始时间值的关系是一次曲线，但也可以是例如2次曲线等1次曲线以外的曲线。
这里，由于将设定电压在比一元电压小的方向设定使得短路次数增加，所以电弧期间变短，结果，焊丝前端的熔滴变小。因此，在下次短路时焊丝难以熔融，导致短路开放变难。但是，通过进行本实施方式的控制，将短路初始时间设在变短的方向，能够使焊丝与被焊接物充分短路的状态稍微缓和。由此，可以促进焊丝的熔融，能够比较顺畅地进行短路开放。
其中，如图6和图7所示，在设定电压被设定为比一元电压大或小的值的情况下，根据该设定使从时刻P1到时刻P2的短路初始电流值和短路初始时间变化。此时，可以如图6或图7所示，对短路初始电流值和短路初始时间设置上下限值，由此能够防止过度的调整。即，通过设置上下限，能够防止短路初始电流向变大的方向过度变动，而且可防止短路初始时间向变短的方向过度变动，使得在短路之后立即发生短路开放等状态。因此，能够防止短路周期性被破坏。
另外，从时刻P1到时刻P2的短路初始电流值和短路初始时间，除了设定电压与一元电压的差量值之外，可以根据进给的消耗电极焊丝的焊丝直径、焊丝种类、焊丝突出长度、供给的保护气体、以及焊接电流的设定电流域中至少1个进行设定。
如上所述，通过利用本实施方式的控制方法进行自动调整，对短路初始电流值、短路初始时间进行控制，可以在发生短路之后尽快使焊丝熔融。因此，即使在焊接速度被设定的快、设定电压在比一元电压小的方向设定的情况下，也能够不排斥焊丝地抑制电弧变得不稳定。
另外，在焊接速度慢至1m/min以下、设定电压被设定在比一元电压大的方向的情况下，从时刻P1到时刻P2的短路初始电流值在变小的方向上被自动调整，短路初始时间在变长的方向被自动调整。因此，能够确保更可靠的短路状态。从而，可防止在短路之后立即发生的再次短路，能够使短路周期稳定。
接着，利用图8，说明进行本实施方式的控制的焊接装置。其中，在本实施方式的电弧焊接装置中，针对与实施方式1中说明的电弧装置同样的部分赋予同一符号，并省略详细的说明。与实施方式1的电弧焊接装置的构成不同的主要方面是短路控制部12的构成。
如图8所示，短路控制部12由输出短路电流的短路初始电流基本设定部17、短路初始电流控制部18、短路初始时间基本设定部19、和短路初始时间控制部20构成。
焊接电压检测部8连接在焊接用电源输出端子8a、8b之间，向短路/电弧检测部10输出与检测出的电压对应的信号。短路/电弧检测部10根据来自焊接电压检测部8的信号，判定焊接输出电压是否为一定值以上或小于一定值，并根据该判定结果对焊丝25是否与被焊接物28接触短路、或以非接触状态发生了焊接电弧进行判定，然后输出判定信号。
接着，对短路/电弧检测部10判定后的短路控制进行说明。短路控制部12由根据作业者设定的设定电流，对从短路开始时起在规定期间流过的电流、即短路初始电流值进行设定的短路初始电流基本设定部17；和根据一元/设定电压差量计算部23的计算结果，对由短路初始电流基本设定部17设定的短路初始电流进行变更的短路初始电流控制部18构成。并且，短路控制部12由根据作业者设定的设定电流，对流过短路初始电流值的期间、即短路初始时间进行设定的短路初始时间基本设定部19；和根据一元/设定电压差量计算部23的计算结果，对由短路初始时间基本设定部设定的短路初始时间进行变更的短路初始时间控制部20构成。
其中，对应于设定电流的一元电压、与短路初始电流及短路初始时间的关系，例如在未图示的存储部中作为表或者数学式被预先存储，根据设定电流来决定。而且，由一元/设定电压差量计算部23监视着一元电压设定部21的一元电压与设定电压设定部22的设定电压之差。
短路控制部12接收来自一元/设定电压差量计算部23的电压差量值，如图5～图7所说明那样控制短路电流。即，短路初始电流控制部18和短路初始时间控制部20分别对来自短路初始电流基本设定部17和短路初始时间基本设定部19的值进行变更，并将变更后的值输出给驱动部7，对短路电流进行控制。
通过利用以上那样的电弧焊接装置对短路初始电流值和短路初始时间进行自动调整，能够与实施方式1同样，将焊接速度快、且设定电压与一元电压不同的情况下因电弧不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题限制为最小限度。因此，可以抑制对生产效率、作业环境的不良影响。
(实施方式3)
本实施方式是将实施方式1的控制与实施方式2的控制合并进行的方式。即，将实施方式1中的、图1所示的使从时刻P2到时刻P3的短路电流的第1段的增加斜率di/dt、从时刻P3到时刻P4的短路电流的第2段的增加斜率di/dt、和时刻P3处的成为短路电流的转折点B的电流值变动的控制；与实施方式2中的、图5所示的使从时刻P1到时刻P2的短路初始电流和短路初始时间变动的控制组合。由此，即使在焊接速度较快、设定电压在比一元电压小的方向设定的情况下，也能够不排斥焊丝地进行稳定的焊接，可以进一步提高焊接速度及电压下限宽裕度。
其中，本实施方式的电弧焊接装置的构成，可以通过将实施方式1与实施方式2的图4及图8所示的短路控制部12内的构成组合来实现。
如上所述，本实施方式与单独控制实施方式1、实施方式2的情况相比，能够将在焊接速度较快、且设定电压在比一元电压小的方向设定时发生的因电弧不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题抑制为最小限度，可以抑制对生产效率、作业环境的不良影响。
如以上说明那样，本发明的消耗电极式电弧焊接方法是设定与设定电流对应的适当电压和短路电流的增加斜率，通过进给消耗电极焊丝，并交替产生短路状态和电弧状态来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，具有在设定电压与适当电压不同的情况下，根据设定电压与适当电压之差来变更短路电流的增加斜率，进行短路电流的控制的构成。
而且，本发明的消耗电极式电弧焊接方法，是设定与电流对应的适当电压、从短路开始时起在作为规定期间的短路初始时间和在短路初始时间流过的电流即短路初始电流值，并进给消耗电极焊丝，使短路状态与电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，具有在设定电压与适当电压不同的情况下，根据设定电压与适当电压之差，变更短路初始电流值和短路初始时间，进行短路电流的控制的构成。
并且，本发明的消耗电极式电弧焊接装置，是在作为消耗电极的焊丝与被焊接物之间重复电弧状态和短路状态，来进行焊接的电弧焊接装置，由以下的构成形成。具备：控制焊接输出的开关元件；检测焊接电压的焊接电压检测部；根据焊接电压检测部的输出，检测是处于短路状态还是处于电弧状态的短路/电弧检测部；接收来自短路/电弧检测部的短路的信号，在短路状态的期间进行短路电流的控制的短路控制部；接收来自短路/电弧检测部的电弧的信号，在电弧状态的期间进行电弧电压的控制的电弧控制部；根据短路控制部及电弧控制部的输出，驱动开关元件的驱动部；用于对设定电流进行设定的设定电流设定部；根据由设定电流设定部设定的设定电流，设定适当电压的适当电压设定部；用于对设定电压进行设定的设定电压设定部；和计算出适当电压与设定电压之差的适当/设定电压差量计算部。短路控制部具备：根据由设定电流设定部设定的设定电流，设定短路电流的增加斜率的增加斜率基本设定部；和根据适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由增加斜率基本设定部设定的短路电流的增加斜率进行变更的增加斜率控制部。
并且，本发明的消耗电极式电弧焊接装置是在作为消耗电极的焊丝与被焊接物之间重复电弧状态和短路状态，来进行焊接的电弧焊接装置，其由以下的构成形成。具备：控制焊接输出的开关元件；检测焊接电压的焊接电压检测部；根据焊接电压检测部的输出，检测是处于短路状态还是处于电弧状态的短路/电弧检测部；接收来自短路/电弧检测部的短路的信号，在短路状态的期间进行短路电流的控制的短路控制部；接收来自短路/电弧检测部的电弧的信号，在电弧状态的期间进行电弧电压的控制的电弧控制部；根据短路控制部及电弧控制部的输出，驱动开关元件的驱动部；用于对设定电流进行设定的设定电流设定部；根据由设定电流设定部设定的设定电流，设定适当电压的适当电压设定部；用于对设定电压进行设定的设定电压设定部；和计算出适当电压与设定电压之差的适当/设定电压差量计算部。短路控制部具备：根据由设定电流设定部设定的设定电流，对从短路开始时起在作为规定期间的短路初始时间中流过的电流、即短路初始电流值进行设定的短路初始电流基本设定部；根据适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由短路初始电流基本设定部设定的短路初始电流值进行变更的短路初始电流控制部；根据由设定电流设定部设定的设定电流，设定短路初始时间的短路初始时间基本设定部；和根据适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由短路初始时间基本设定部设定的短路初始时间进行变更的短路初始时间控制部。短路控制部具有根据适当/设定电压差量计算部的计算结果，对短路初始电流值和短路初始时间进行变更的构成。
根据该构成，即使在针对焊接速度的高速化及突出长度的变化、被焊接物间的间隙等干扰，将设定电压在比通常的适当电压小几V的方向设定的情况下，也能够不借助焊接作业者之手而自动地调节短路电流的增加斜率、成为短路电流的转折点的电流值、短路初始电流、短路初始时间。
由此，通过促进焊丝的熔融，能够不排斥焊丝地将因电弧不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题限制为最小限度。因此，可提高被焊接物的成品率、削减修正工时，从而能够提高高速焊接的焊接质量。而且，还可以抑制对生产效率、作业环境的不良影响。
(产业上的可利用性)
本发明能够将因电弧的不稳定引起的焊珠缺陷、溅射增加、焊透度不良等问题限制为最小限度，可抑制对生产效率、作业环境的不良影响。因此，例如在以进行消耗电极式电弧焊接施工的汽车等的薄板上的高速焊接为主的领域能够广泛利用，在产业上是有用的。
符号说明：
1-输入电源；2-1次整流部；3-开关元件；4-变压器；5-2次整流部；6-电感器；7-驱动部；8-焊接电压检测部；9-焊接电流检测部；10-短路/电弧检测部；11-电弧控制部；12-短路控制部；13-短路电流的增加斜率di/dt基本设定部；14-短路电流的增加斜率di/dt控制部；15-短路电流的转折点基本设定部；16-短路电流的转折点控制部；17-短路初始电流基本设定部；18-短路初始电流控制部；19-短路初始时间基本设定部；20-短路初始时间控制部；21-一元电压设定部(适当电压设定部)；22-设定电压设定部；23-一元/设定电压差量计算部(适当/设定电压差量计算部)；24-焊丝进给马达；25-焊丝；26-芯片；27-焊接电弧；28-被焊接物；29-设定电流设定部。

Claims (16)

1.一种消耗电极式电弧焊接方法，是设定与设定电流对应的适当电压和短路电流的增加斜率，并进给消耗电极焊丝，使短路状态和电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在作业者设定的设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据所述设定电压与所述适当电压之差，对所述短路电流的增加斜率进行变更，来进行所述短路电流的控制。
2.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在所述设定电压比所述适当电压小的情况下，将所述短路电流的增加斜率变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路电流的增加斜率陡峭，在所述设定电压比所述适当电压大的情况下，将所述短路电流的增加斜率变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路电流的增加斜率平缓，来进行所述短路电流的控制。
3.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
所述短路电流的增加斜率由短路电流的第1段的增加斜率、以及紧接在所述短路电流的第1段的增加斜率之后的短路电流的第2段的增加斜率构成，在所述设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据所述设定电压与所述适当电压之差，变更所述短路电流的第1段的增加斜率和所述短路电流的第2段的增加斜率，来进行所述短路电流的控制。
4.根据权利要求3所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
所述短路电流的第1段的增加斜率与所述短路电流的第2段的增加斜率是不同的斜率。
5.根据权利要求4所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
所述短路电流的第1段的增加斜率比所述短路电流的第2段的增加斜率陡峭。
6.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
根据与所述适当电压和所述设定电压之差对应的绝对量来变更所述短路电流的增加斜率，或者，根据基于与所述适当电压和所述设定电压之差相应的变化率的量来变更所述短路电流的增加斜率。
7.根据权利要求3所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在所述设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据所述设定电压与所述适当电压之差，对成为斜率从所述短路电流的第1段的增加斜率向所述短路电流的第2段的增加斜率改变的转折点的电流值进行变更，来进行所述短路电流的控制。
8.根据权利要求7所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在所述设定电压比所述适当电压小的情况下，将成为所述转折点的电流值变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的成为所述转折点的电流值大，在所述设定电压比所述适当电压大的情况下，将成为所述转折点的电流值变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的成为所述转折点的电流值小，来进行短路电流的控制。
9.根据权利要求7所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
根据与所述适当电压和所述设定电压之差对应的绝对量来变更成为所述转折点的电流值，或者，根据基于与所述适当电压和所述设定电压之差相应的变化率的量来变更成为所述转折点的电流值。
10.一种消耗电极式电弧焊接方法，是设定与设定电流对应的适当电压、从短路开始时起作为规定期间的短路初始时间、和在所述短路初始时间中流过的电流即短路初始电流值，并进给消耗电极焊丝，使短路状态和电弧状态交替发生来进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在作业者设定的设定电压与所述适当电压不同的情况下，根据所述设定电压与所述适当电压之差，变更所述短路初始电流值与所述短路初始时间，来进行所述短路电流的控制。
11.根据权利要求10所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在所述设定电压比所述适当电压小的情况下，将所述短路初始电流值变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路初始电流值大，在所述设定电压比所述适当电压大的情况下，将所述短路初始电流值变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路初始电流值小，来进行所述短路电流的控制。
12.根据权利要求10所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
在所述设定电压比所述适当电压小的情况下，将所述短路初始时间变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路初始时间短，在所述设定电压比所述适当电压大的情况下，将所述短路初始时间变更成比所述设定电压与所述适当电压相同时的所述短路初始时间长，来进行所述短路电流的控制。
13.根据权利要求10所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，
根据与所述适当电压和所述设定电压之差对应的绝对量来变更所述短路初始电流值和所述短路初始时间，或者，根据基于与所述适当电压和所述设定电压之差相应的变化率的量来变更所述短路初始电流值和所述短路初始时间。
14.一种电弧焊接装置，是在作为消耗电极的焊丝与被焊接物之间重复电弧状态和短路状态来进行焊接的电弧焊接装置，其特征在于，具备：
开关元件，其对焊接输出进行控制；
焊接电压检测部，其对焊接电压进行检测；
短路/电弧检测部，其根据所述焊接电压检测部的输出，检测是处于所述短路状态还是处于所述电弧状态；
短路控制部，其接收来自所述短路/电弧检测部的短路的信号，在所述短路状态的期间进行短路电流的控制；
电弧控制部，其接收来自所述短路/电弧检测部的电弧的信号，在所述电弧状态的期间进行电弧电压的控制；
驱动部，其根据所述短路控制部及所述电弧控制部的输出，驱动所述开关元件；
设定电流设定部，其用于对设定电流进行设定；
适当电压设定部，其设定基于由所述设定电流设定部设定的所述设定电流的适当电压；
设定电压设定部，其用于对设定电压进行设定；和
适当/设定电压差量计算部，其计算出所述适当电压与所述设定电压之差；
所述短路控制部具备：
增加斜率基本设定部，其根据由所述设定电流设定部设定的所述设定电流，设定所述短路电流的增加斜率；和
增加斜率控制部，其根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由所述增加斜率基本设定部设定的所述短路电流的增加斜率进行变更。
15.根据权利要求14所述的电弧焊接装置，其特征在于，
所述短路电流的增加斜率由短路电流的第1段的增加斜率、以及紧接着所述短路电流的第1段的增加斜率之后的短路电流的第2段的增加斜率构成，
所述增加斜率基本设定部设定所述短路电流的第1段的增加斜率及所述短路电流的第2段的增加斜率，
所述增加斜率控制部根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，变更由所述增加斜率基本设定部设定的所述短路电流的第1段的增加斜率或所述短路电流的第2段的增加斜率中的至少一方，
所述电弧焊接装置还具备：转折点基本设定部，其根据所述设定电流，设定斜率从所述短路电流的第1段的增加斜率向所述短路电流的第2段的增加斜率改变的转折点；和
转折点控制部，其根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，变更由所述转折点基本设定部设定的所述转折点；
所述短路控制部根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，对所述短路电流的第1段的增加斜率或所述短路电流的第2段的增加斜率中的至少一方、和所述转折点进行变更。
16.一种电弧焊接装置，是在作为消耗电极的焊丝与被焊接物之间重复电弧状态和短路状态来进行焊接的电弧焊接装置，其特征在于，具备：
开关元件，其对焊接输出进行控制；
焊接电压检测部，其对焊接电压进行检测；
短路/电弧检测部，其根据所述焊接电压检测部的输出，检测是处于所述短路状态还是处于所述电弧状态；
短路控制部，其接收来自所述短路/电弧检测部的短路的信号，在所述短路状态的期间进行短路电流的控制；
电弧控制部，其接收来自所述短路/电弧检测部的电弧的信号，在所述电弧状态的期间进行电弧电压的控制；
驱动部，其根据所述短路控制部及所述电弧控制部的输出，驱动所述开关元件；
设定电流设定部，其用于对设定电流进行设定；
适当电压设定部，其设定基于由所述设定电流设定部设定的所述设定电流的适当电压；
设定电压设定部，其用于对设定电压进行设定；和
适当/设定电压差量计算部，其计算出所述适当电压与所述设定电压之差；
所述短路控制部具备：
短路初始电流基本设定部，其根据由所述设定电流设定部设定的所述设定电流，设定从短路开始时起在作为规定期间的短路初始时间中流过的电流即短路初始电流值；
短路初始电流控制部，其根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由所述短路初始电流基本设定部设定的所述短路初始电流值进行变更；
短路初始时间基本设定部，其根据由所述设定电流设定部设定的所述设定电流，设定所述短路初始时间；和
短路初始时间控制部，其根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，对由所述短路初始时间基本设定部设定的所述短路初始时间进行变更；
所述短路控制部根据所述适当/设定电压差量计算部的计算结果，变更所述短路初始电流值和所述短路初始时间。
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