CN103286419B - 消耗电极电弧焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消耗电极电弧焊接控制方法，如果检测到熔滴缩颈则进行使通电给短路负载的焊接电流减少以再次产生电弧的缩颈检测控制，按照焊接电流平滑值(Iav)和预先规定的电流设定值相等的方式对焊丝的进给速度(Fw)进行反馈控制(进给速度可变控制)从而进行焊接，具备使缩颈检测控制动作的动作模式和禁止缩颈检测控制的禁止模式，使上述反馈控制的过渡响应时间(T1)在处于动作模式时长于处于禁止模式时。由此，进给速度(Fw)相对于供电芯片与母材间距离(Lw)的变化而缓慢地变化，所以能够将焊接状态确保在稳定。从而，在消耗电极电弧焊接中能够抑制在使缩颈检测控制、以及固定焊接电流的进给速度可变控制一起动作时焊接状态变得不稳定。

Description

消耗电极电弧焊接控制方法

技术领域

本发明涉及如果检测到熔滴缩颈则进行使焊接电流减少以再次产生电弧的缩颈检测控制、以及按照焊接电流和设定值相等的方式控制进给速度的进给速度可变控制从而进行焊接的消耗电极电弧焊接控制方法。

背景技术

在专利文献1的发明中，在焊丝与母材之间反复电弧产生状态和短路状态的消耗电极电弧焊接中，通过焊丝与母材之间的电压值或者电阻值的变化达到了缩颈检测基准值的情况，来对从短路状态再次产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈进行检测，如果检测到该缩颈则输出控制为：使通电给短路负载的焊接电流急剧减少以小电流值的状态再次产生电弧。于是，因为能够减小电弧再产生时的电流值，所以能够减低飞溅产生量。

在专利文献2的发明中，按照焊接电流和预先规定的电流设定值相等的方式，对焊丝的进给速度进行反馈控制。在通常的消耗电极电弧焊接中，焊接中的进给速度为固定值。与之相对，在专利文献2的发明中，进给速度被可变控制，以使即便在供电芯片与母材间距离发生变化焊接电流值也固定。因为母材的熔深与焊接电流值大致成正比，所以如果焊接电流值成固定则熔深被均匀化。在通常的电弧焊接中，将供电芯片与母材间距离保持在固定来进行焊接。但是，在深坡口的焊接、多道焊(多盛溶接)等的情况下，将供电芯片与母材间距离保持为固定值会导致还产生难以解决焊炬与母材之间干扰问题等的情形。这样，在供电芯片与母材间距离发生变动的焊接中，因为在专利文献2的发明中对进给速度进行可变控制以将焊接电流值维持在固定，所以能够抑制作为重要焊接品质之一的熔深的变动，从而能够使熔深均匀化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-281219号公报

专利文献2：日本特开平7-51854号公报

发明内容

在进行上述的缩颈检测控制并且进行上述的进给速度可变控制的同时进行了焊接的情况下，由于在通过进给速度可变控制而使得进给速度急剧变化时，与之相伴熔滴的缩颈的形成状态发生变动，因此缩颈检测控制会误动作，从而产生焊接状态变得不稳定的问题。为此，在现有技术中，在进行进给速度可变控制时，禁止了缩颈检测控制的动作。然而，如果禁止了缩颈检测控制的动作，则会产生飞溅产生量增大的问题。

因此，在本发明中其目的在于提供一种即便使缩颈检测控制以及进给速度可变控制一起动作从而进行焊接也能将焊接状态确保在稳定的消耗电极电弧焊接控制方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明为一种消耗电极电弧焊接控制方法，对从短路状态再次产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈进行检测，如果检测到该缩颈则进行使通电给短路负载的焊接电流减少以再次产生电弧的缩颈检测控制，并对上述焊接电流的平滑值进行检测，按照使该焊接电流平滑值和预先规定的电流设定值相等的方式对焊丝的进给速度进行反馈控制，从而进行焊接，其特征在于，

具备使上述缩颈检测控制动作的动作模式和禁止上述缩颈检测控制的禁止模式，使上述反馈控制的过渡响应时间在处于上述动作模式时长于处于上述禁止模式时。

技术方案2的发明为在技术方案1记载的消耗电极电弧焊接控制方法的基础上，其特征在于，通过使上述反馈控制的增益变化来切换上述过渡响应时间。

技术方案3的发明为在技术方案1记载的消耗电极电弧焊接控制方法的基础上其特征在于，通过使上述焊接电流平滑值的时间常数变化来切换上述过渡响应时间。

技术方案4的发明为在技术方案1～3中任一项记载的消耗电极电弧焊接控制方法的基础上其特征在于，对每单位时间的短路次数进行检测，并基于该短路次数检测值来切换上述动作模式和上述禁止模式。

发明效果

根据本发明，设定成：具备使缩颈检测控制动作的动作模式和禁止缩颈检测控制的禁止模式，使进给速度的反馈控制(进给速度可变控制)的过渡响应时间在处于动作模式时长于处于禁止模式时。由此，在本发明中，在使缩颈检测控制以及进给速度可变控制一起动作从而进行焊接的情况下，因为相对于供电芯片与母材间距离的变化而进给速度缓慢变化，所以能够将焊接状态确保在稳定。另外，在禁止缩颈检测控制的动作而仅使进给速度可变控制动作从而进行焊接的情况下，因为相对于供电芯片与母材间距离的变化而进给速度高速地追踪，所以能够抑制熔深的变动。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。

图2是表示在动作模式选择信号Ms为高电平时的缩颈检测控制的情形的时序图。

图3是表示在动作模式选择信号Ms为高电平时的进给速度可变控制的情形的时序图。

图4是表示动作模式选择信号Ms为低电平时的缩颈检测控制的情形的时序图。

图5是表示在动作模式选择信号Ms为低电平时的进给速度可变控制的情形的时序图。

图6是用于实施本发明的实施方式2涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

[实施方式1]

图1是用于实施本发明的实施方式1涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。以下，参照该图，对各块进行说明。

电源主电路PM将3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，按后述的误差放大信号Ea来进行逆变器控制等的输出控制，并输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw。虽然省略图示，但是该电源主电路PM具备：对商用电源进行整流的初级整流器、对被整流后的直流进行平滑的平滑电容器、将被平滑后的直流变换成高频交流的逆变器电路、将高频交流降压成适于焊接的电压值的高频变压器、将被降压后的高频交流整流成直流的次级整流器、对被整流后的直流进行平滑的电抗器、将误差放大信号Ea作为输入来进行脉冲宽度调制控制的调制电路、以及将脉冲宽度调制控制信号作为输入来对逆变器电路的开关元件进行驱动的逆变器驱动电路。

减流电阻器R被***在上述的电源主电路PM与焊炬4之间。该减流电阻器R的值被设定成短路负载(0.01～0.03Ω程度)的10倍以上的较大值(0.5～3Ω程度)。因而，如果通过缩颈检测控制而减流电阻器R被***到通电路径，则在焊接电源内的直流电抗器以及外部电缆的电抗器中所蓄积的能量被急速放电。晶体管TR与减流电阻器R并联连接，且按后述的驱动信号Dr被进行导通或截止控制。

焊丝1通过与进给电动机WM耦合的进给辊5的旋转而在焊炬4内进行进给，从而在与母材2之间产生电弧3。在焊丝1与母材2之间施加焊接电压Vw，从而焊接电流Iw通电到电弧3中。

电流检测电路ID对上述的焊接电流Iw进行检测，并输出电流检测信号Id。电流平滑电路IAV将该电流检测信号Id作为输入来进行平滑，并输出焊接电流平滑信号Iav。使用由电阻和电容器构成的平滑电路、低通滤波器等来进行该平滑。在使用低通滤波器的情况下，能够通过设定截止频率来执行平滑的时间常数。电压检测电路VD对上述的焊接电压Vw进行检测，并输出电压检测信号Vd。

短路/电弧判别电路SD将上述的电压检测信号Vd作为输入，并输出如下的短路/电弧判别信号Sd：在该电压检测信号Vd的值低于预先规定的短路/电弧判别值时判别出处于短路状态从而变为高电平，除此之外时判别处于电弧产生状态从而变为低电平。缩颈基准值设定电路VTN将后述的进给速度设定信号Fr作为输入，根据预先规定的函数来输出缩颈检测基准值信号Vtn。该函数对进给速度设定信号Fr的值和与该值相匹配的缩颈检测基准值之间的关系进行定义，且通过实验而算出。该电路对应于如果进给速度变化则缩颈检测基准值的最佳值变化的情形。另外，因为焊接法、焊丝1的材质、直径等发生变化，缩颈检测基准值的最佳值也变化，所以在该电路中根据焊接条件来使缩颈检测基准值最佳化。缩颈检测电路ND将该缩颈检测基准值信号Vtn、上述的电压检测信号Vd、上述的电流检测信号Id以及后述的动作模式选择信号Ms作为输入，并在动作模式选择信号Ms为高电平(缩颈检测控制的动作)时输出如下的缩颈检测信号Nd：在短路期间中的电压上升值达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点判别出形成了缩颈从而变为高电平，在再次产生电弧且电压检测信号Vd的值成为上述的短路/电弧判别值以上的时间点变为低电平，在动作模式选择信号Ms为低电平(缩颈检测控制的禁止)时输出始终为低电平的缩颈检测信号Nd。另外，也可在短路期间中的电压检测信号Vd的微分值达到了与该值对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点，使缩颈检测信号Nd变化为高电平。进而，也可通过电压检测信号Vd的值除以电流检测信号Id的值来算出熔滴的电阻值，并在该电阻值的微分值达到了与该值对应的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时间点，使缩颈检测信号Nd变化为高电平。在动作模式选择信号Ms为低电平时，因为缩颈检测信号Nd被固定在低电平，所以禁止缩颈检测控制。

低电平电流设定电路ILR输出预先规定的低电平电流设定信号Ilr。电流比较电路CM将该低电平电流设定信号Ilr以及上述的电流检测信号Id作为输入，并输出在Id＜Ilr时变为高电平且在Id≥Ilr时变为低电平的电流比较信号Cm。驱动电路DR将该电流比较信号Cm以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，并将在缩颈检测信号Nd变化为高电平时变化为低电平、然后在电流比较信号Cm变化为高电平时变化为高电平的驱动信号Dr输出至上述的晶体管TR的基极端子。因此，如果检测到缩颈则该驱动信号Dr变为低电平，晶体管TR处于截止状态，减流电阻器R被***到通电路径，所以对短路负载进行通电的焊接电流Iw急剧减少。而且，因为如果发生了急剧减少的焊接电流Iw的值减少到低电平电流设定信号Ilr的值，则驱动信号Dr变为高电平，晶体管TR处于导通状态，所以减流电阻器R被短路，从而返回到通常的状态。

电流控制设定电路ICR将上述的短路/电弧判别信号Sd、上述的低电平电流设定信号Ilr以及上述的缩颈检测信号Nd作为输入，进行以下处理，并输出电流控制设定信号Icr。

1)从短路/电弧判别信号Sd变化为高电平(短路)的时间点开始的预先规定的初始期间中，将预先规定的初始电流设定值作为电流控制设定信号Icr来输出。

2)然后，使电流控制设定信号Icr的值以预先规定的短路时倾斜度从上述的初始电流设定值上升到预先规定的峰值设定值，并维持该值。

3)如果缩颈检测信号Nd变化为高电平(缩颈检测)，则将电流控制设定信号Icr的值切换成低电平电流设定信号Ilr的值，并维持该值。

4)如果短路/电弧判别信号Sd变化为低电平(电弧)，则使电流控制设定信号Icr以预先规定的电弧时倾斜度上升到预先规定的高电平电流设定值，并维持该值。

关断延迟(off-delay)电路TDS将上述的短路/电弧判别信号Sd作为输入，并使该信号从高电平变化为低电平的时间点仅以预先规定的延迟时间进行关断延迟之后输出延迟信号Tds。因此，该延迟信号Tds是在处于短路期间时变为高电平、且再次产生电弧之后仅以延迟时间进行关断延迟从而变为低电平的信号。电压设定电路VR输出用于对电弧期间中的焊接电压进行设定的预先规定的电压设定信号Vr。电流误差放大电路EI将上述的电流控制设定信号Icr(+)与上述的电流检测信号Id(-)之间的误差进行放大，并输出电流误差放大信号Ei。电压误差放大电路EV将上述的电压设定信号Vr(+)与电压检测信号Vd(-)之间的误差进行放大，并输出电压误差放大信号Ev。控制切换电路SW将上述的电流误差放大信号Ei、上述的电压误差放大信号Ev以及上述的延迟信号Tds作为输入，并在延迟信号Tds为高电平(从短路开始起到再次产生电弧并经过延迟时间为止的期间)时将电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea来输出，在延迟信号Tds为低电平(电弧)时将电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea来输出。根据该电路，在短路期间+延迟期间中成为恒定电流控制，在除此之外的电弧期间中成为恒定电压控制。

动作模式选择电路MS输出如下的动作模式选择信号Ms：在使缩颈检测控制动作时变为高电平，在禁止该动作时变为低电平。该电路例如也可在焊接电源的前面板设置开关，并与该开关联动地切换动作模式选择信号Ms。另外，也可将该电路设于机器人控制装置，并根据作业程序来切换动作模式选择信号Ms。

增益设定电路GR将上述的动作模式选择信号Ms作为输入，并输出如下的增益设定信号Gr：在动作模式选择信号Ms为高电平(缩颈检测控制动作)时成为预先规定的低增益设定值，在动作模式选择信号Ms为低电平(禁止缩颈检测控制)时成为预先规定的高增益设定值。其中，低增益设定值＜高增益设定值。该增益设定信号Gr是用于决定进给速度可变控制中的反馈控制***的增益的信号。因此，如果增益变小则进给速度可变控制的过渡响应时间变长，如果增益变大则进给速度可变控制的过渡响应时间变短。即，在缩颈检测控制动作时进给速度可变控制的过渡响应成为低速，在缩颈检测控制被禁止时进给速度可变控制的过渡响应成为高速。按照使该过渡响应时间(时间常数)在低增益设定值时与高增益设定值时相比成为5～10倍程度的方式，设定各增益。例如，高增益设定值时的过渡响应时间为50ms，低增益设定值时的过渡响应时间为500ms。

电流设定电路IR输出成为进给速度可变控制中的目标电流值的预先规定的电流设定信号Ir。进给误差放大电路EF将上述的增益设定信号Gr作为输入，使上述的电流设定信号Ir与上述的焊接电流平滑信号Iav之间的误差以由增益设定信号Gr规定的增益进行放大，然后输出进给误差放大信号Ef。能够将P控制、PI控制或者PID控制应用于该进给误差放大电路EF中。在此，增益是指比例(P)增益。进给速度设定电路FR对该进给误差放大信号Ef进行积分，并输出进给速度设定信号Fr。积分是在焊接中被进行，从而Fr＝Fr0+∫Ef·dt。在此，Fr0为初始值。该初始值Fr0在6～10m/min程度的范围内被设定为最佳值。因为如果上述的电流设定信号Ir的值、焊丝的材质、直径、以及焊接开始时的供电芯片与母材间距离确定则能够决定进给速度，所以也可将该进给速度作为初始值Fr0。进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr作为输入，并将用于使焊丝1以相当于该设定值的进给速度进给的进给控制信号Fc输出至上述的进给电动机WM。

图2～图5是用于说明本发明的实施方式1涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的上述焊接电源中的各信号的时序图。图2以及图3是上述的动作模式选择信号Ms被设定为高电平的情况，图4以及图5是动作模式选择信号Ms被设定为低电平的情况。在动作模式选择信号Ms为高电平时，如上述那样，进行缩颈检测控制，并且还进行使过渡响应时间变为低速的进给速度可变控制。另一方面，在动作模式选择信号Ms为低电平时，如上述那样，缩颈检测控制的动作被禁止，进行使过渡响应时间变为高速的进给速度可变控制。图2和图4相对应，且表示各个动作模式下的缩颈检测控制的情形；图3和图5相对应，且表示各个动作模式下的进给速度可变控制的情形。以下，对各附图进行说明。

图2是表示在动作模式选择信号Ms为高电平时的缩颈检测控制的情形的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw的时间变化，该图(B)表示焊接电压Vw的时间变化，该图(C)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，该图(D)表示驱动信号Dr的时间变化，该图(E)表示延迟信号Tds的时间变化，该图(F)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。该图是缩颈检测控制动作的情况。

(1)从时刻t1的短路产生到时刻t2的缩颈检测时间点为止的动作

在时刻t1，在焊丝与母材接触时成为短路状态，如该图(B)所示，焊接电压Vw急剧减少到几V程度的短路电压值。判别该焊接电压Vw变得低于短路/电弧判别值Vta的情况，如该图(E)所示，延迟信号Tds从低电平变化为高电平。与之相应地，如该图(F)所示，电流控制设定信号Icr在时刻t1从预先规定的高电平电流设定值变化成小值、即预先规定的初始电流设定值。在时刻t1～t11的预先规定的初始期间中成为上述的初始电流设定值，在时刻t11～t12的期间中以预先规定的短路时倾斜度进行上升，在时刻t12～t2的期间中成为预先规定的峰值设定值。因为在短路期间中如上述那样被进行恒定电流控制，所以焊接电流Iw被控制在相当于电流控制设定信号Icr的值。因此，如该图(A)所示，焊接电流Iw在时刻t1从电弧期间的焊接电流急剧减少，在时刻t1～t11的初始期间中成为初始电流值，在时刻t11～t12的期间中以短路时倾斜度进行上升，在时刻t12～t2的期间中成为峰值。如该图(B)所示，焊接电压Vw从焊接电流Iw成为峰值的时刻t12附近急剧上升。这是因为，熔滴产生了缩颈。如该图(C)所示，缩颈检测信号Nd在后述的时刻t2～t3的期间成为高电平，在除此之外的期间成为低电平。如该图(D)所示，驱动信号Dr在后述的时刻t2～t21的期间成为低电平，在除此之外的期间成为高电平。因此，在该图中时刻t2之前的期间中，驱动信号Dr成为高电平，图1的晶体管TR成为导通状态，所以减流电阻器R被短路，从而成为与通常的消耗电极电弧焊接电源同一状态。上述的初始期间被设定在1ms程度，初始电流值被设定在50A程度，短路时倾斜度被设定在100～300A/ms程度，峰值被设定在300～400A程度。

(2)从时刻t2的缩颈检测时间点到时刻t3的电弧再产生时间点为止的动作

在时刻t2，如该图(B)所示，焊接电压Vw急剧上升，如果通过与初始期间中的电压值相差的电压上升值ΔV变得等于预先规定的缩颈检测基准值Vtn而检测到缩颈，则如该图(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为高电平。与之相应地，如该图(D)所示，因为驱动信号Dr变为低电平，所以图1的晶体管TR成为截止状态，从而减流电阻器R被***到通电路径。同时，如该图(F)所示，电流控制设定信号Icr减小到低电平电流设定信号Ilr的值。因此，如该图(A)所示，焊接电流Iw从峰值向低电平电流值Il急剧减少。而且，如果在时刻t21焊接电流Iw减少到低电平电流值Il，则如该图(D)所示，因为驱动信号Dr返回到高电平，所以图1的晶体管TR成为导通状态，从而减流电阻器R被短路。如该图(A)所示，因为电流设定信号Ir保持低电平电流设定信号Ilr不变，所以焊接电流Iw将低电平电流值Il维持到时刻t3的电弧再产生为止。因此，晶体管TR仅于从在时刻t2检测到缩颈之后到在时刻t21焊接电流Iw减少到低电平电流值Il为止的期间内成为截止状态。如该图(B)所示，焊接电压Vw从时刻t2暂时减少之后急剧上升。上述的低电平电流值Il被设定在30A程度。

(3)从时刻t3的电弧再产生时间点到时刻t4的延迟期间Td的结束时间点为止的动作

如果在时刻t3再次产生电弧，则如该图(B)所示，焊接电压Vw的值变为短路/电弧判别值Vta以上。与之相应地，如该图(F)所示，电流控制设定信号Icr的值从低电平电流设定信号Ilr的值以预先规定的电弧时倾斜度进行上升，在达到上述的高电平电流设定值时维持该值。如该图(E)所示，延迟信号Tds从在时刻t3再次产生电弧之后到经过了预先规定的延迟期间Td的时刻t4为止，保持高电平不变。因此，焊接电源直到时刻t4为止被进行恒定电流控制，所以如该图(A)所示，焊接电流Iw从时刻t3以电弧时倾斜度进行上升，在达到高电平电流值时将该值维持到时刻t4为止。如该图(B)所示，焊接电压Vw在时刻t3～t4的延迟期间Td中处于高电平电压值的状态。延迟期间Td被设定在2ms程度。如该图(C)所示，因为缩颈检测信号Nd在时刻t3再次产生电弧，所以变化为低电平。

(4)从时刻t4的延迟期间Td结束时间点到时刻t5的下一次短路产生为止的电弧期间的动作

如该图(E)所示，延迟信号Tds变化为低电平。其结果，焊接电源从恒定电流控制切换成恒定电压控制。因此，如该图(A)所示，焊接电流Iw从高电平电流值逐渐减少。同样地，如该图(B)所示，焊接电压Vw从高电平电压值逐渐减少。

这样，在缩颈检测控制中，如果在时刻t2检测到缩颈，则通过将减流电阻器***到通电路径，由此使焊接电流Iw急剧减少，从而能够将在时刻t3再次产生电弧的时间点下的电流值控制在小值。因此，能够大幅减低飞溅产生量。

图3是表示在动作模式选择信号Ms为高电平时的进给速度可变控制的情形的时序图。该图(A)表示供电芯片与母材间距离Lw的时间变化，该图(B)表示进给速度Fw的时间变化，该图(C)表示焊接电流平滑信号Iav的时间变化。该图是缩颈检测控制以及进给速度可变控制动作的情况。另外，该图是反馈控制***的增益被设定在低增益设定值以使进给速度可变控制的过渡响应时间成为低速(长)的情况。该图表示在焊接中供电芯片与母材间距离Lw于时刻t1从L1(mm)向L2(mm)变长时的进给速度Fw以及焊接电流平滑信号Iav的过渡响应。

如果在焊接中的时刻t1增长焊炬与母材之间的距离，则如该图(A)所示，供电芯片与母材间距离Lw从L1向L2瞬间变长。因此，如该图(C)所示，焊接电流平滑信号Iav的值从时刻t1以具有倾斜度的方式减少。与之相应地，想要通过进给速度可变控制而将焊接电流平滑信号Iav的值维持在固定值，则如该图(B)所示，进给速度Fw从时刻t1以具有倾斜度的方式变快。如该图(C)所示，焊接电流平滑信号Iav的值从时刻t1起减少，在时刻t2从减少反转成增加，在时刻t3恢复到时刻t1之前的值。进给速度Fw从时刻t1起变快，在时刻t2也继续变快，在时刻t3收敛到比时刻t1之前还快的高速的值。时刻t1～t3的时间成为过渡响应时间T1(秒)。该过渡响应时间T1长于在图5中后述的动作模式选择信号Ms为低电平时的过渡响应时间T2。例如，T1＝500ms，T2＝50ms。

在图2中所述的时刻t1～t3的短路期间为4ms程度，时刻t3～t5的电弧期间为21ms程度。因为图3的过渡响应时间T1为500ms程度，所以在该期间中反复20次短路和电弧。

图4是表示在动作模式选择信号Ms为低电平时的缩颈检测控制的情形的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw的时间变化，该图(B)表示焊接电压Vw的时间变化，该图(C)表示缩颈检测信号Nd的时间变化，该图(D)表示驱动信号Dr的时间变化，该图(E)表示延迟信号Tds的时间变化，该图(F)表示电流控制设定信号Icr的时间变化。该图是缩颈检测控制的动作被禁止的情况。该图与上述的图2相对应，且成为将图2的时刻t2～t3的期间削除后的状态。

(1)从时刻t1的短路产生到时刻t3的电弧再产生时间点为止的动作

与图2同样地，在时刻t1，在焊丝与母材接触时成为短路状态，如该图(A)所示，焊接电流Iw在时刻t1从电弧期间的焊接电流急剧减少，在时刻t1～t11的初始期间中成为初始电流值，在时刻t11～t12的期间中以短路时倾斜度进行上升，在时刻t12～t3的期间中成为峰值。如该图(B)所示，焊接电压Vw在时刻t1急剧减少，从焊接电流Iw成为峰值的时刻t12附近急剧上升，上升继续到时刻t3为止。焊接电压Vw急剧上升的原因在于，熔滴产生了缩颈。如该图(C)所示，因为缩颈检测控制被禁止，所以缩颈检测信号Nd在整个期间成为低电平。因此，如该图(D)所示，驱动信号Dr也在整个期间成为高电平。因此，图1的晶体管TR始终处于导通状态，减流电阻器R始终被短路，从而与通常的消耗电极电弧焊接电源相同。

(2)从时刻t3的电弧再产生时间点到时刻t4的延迟期间Td的结束时间点为止的动作

该期间的动作基本上与图2相同。如果在时刻t3再次产生电弧，则如该图(B)所示，焊接电压Vw的值变为短路/电弧判别值Vta以上。与之相应地，如该图(F)所示，电流控制设定信号Icr的值从峰值电流设定值以上述的电弧时倾斜度进行上升，在达到上述的高电平电流设定值时维持该值。如该图(E)所示，延迟信号Tds从在时刻t3再次产生电弧之后到经过了上述的延迟期间Td的时刻t4为止，保持高电平不变。因此，焊接电源直到时刻t4为止被进行恒定电流控制，所以如该图(A)所示，焊接电流Iw从时刻t3以电弧时倾斜度进行上升，在达到高电平电流值时维持该值直到时刻t4为止。如该图(B)所示，焊接电压Vw在时刻t3～t4的延迟期间Td中处于高电平电压值的状态。

(3)从时刻t4的延迟期间Td结束时间点到时刻t5的下一次短路产生为止的电弧期间的动作

该期间的动作与图2相同。在时刻t4，如该图(E)所示，延迟信号Tds变化为低电平。其结果，焊接电源从恒定电流控制切换成恒定电压控制。因此，如该图(A)所示，焊接电流Iw从高电平电流值逐渐减少。同样地，如该图(B)所示，焊接电压Vw从高电平电压值逐渐减少。

这样，如果缩颈检测控制的动作被禁止，则焊接电流Iw并非低电平电流值的状态，而保持峰值不变，再次产生电弧。

图5是表示在动作模式选择信号Ms为低电平时的进给速度可变控制的情形的时序图。该图(A)表示供电芯片与母材间距离Lw的时间变化，该图(B)表示进给速度Fw的时间变化，该图(C)表示焊接电流平滑信号Iav的时间变化。该图是在缩颈检测控制的动作被禁止的状态下进给速度可变控制动作的情况。另外，该图是反馈控制***的增益被设定为高增益设定值以使进给速度可变控制的过渡响应时间成为高速(短)的情况。该图表示在焊接中供电芯片与母材间距离Lw于时刻t1从L1(mm)向L2(mm)变长时的进给速度Fw以及焊接电流平滑信号Iav的过渡响应。

如果在焊接中的时刻t1增长焊炬与母材之间的距离，则如该图(A)所示，供电芯片与母材间距离Lw从L1向L2瞬间变长。因此，如该图(C)所示，焊接电流平滑信号Iav的值从时刻t1以具有倾斜度的方式减少。与之相应地，想要通过进给速度可变控制而将焊接电流平滑信号Iav的值维持在固定值，则如该图(B)所示，进给速度Fw从时刻t1以具有倾斜度的方式变快。焊接电流平滑信号Iav的值如该图(C)所示，从时刻t1起减少，在时刻t2从减少反转成增加，在时刻t3恢复到时刻t1之前的值。进给速度Fw从时刻t1起变快，在时刻t2也继续变快，在时刻t3收敛到比时刻t1之前还快的高速的值。时刻t1～t3的时间成为过渡响应时间T2(秒)。该过渡响应时间T2短于在图2中所述的动作模式选择信号Ms为高电平时的过渡响应时间T1。例如，如上述那样，T1＝500ms，T2＝50ms。

在图4中所述的时刻t1～t3的短路期间为4ms程度，时刻t3～t5的电弧期间为21ms程度。因为图5的过渡响应时间T2为50ms程度，所以在该期间中反复2次短路和电弧。

进给速度可变控制是即便供电芯片与母材间距离发生变化，也能通过将焊接电流平滑值维持在固定，使得熔深均匀化的控制。但是，在焊接电流平滑值为低于180A程度的小电流域中，由于如果使供电芯片与母材间距离发生变化则焊接状态变得不稳定的情形较多，因此在焊接中不使供电芯片与母材间距离变化。与之相对，在焊接电流平滑值为180A程度以上的中·大电流域中，如上述那样，将供电芯片与母材间距离保持为固定值会导致还产生难以解决焊炬与母材之间的干扰问题等的情形。另外，在中·大电流域中，即便使供电芯片与母材间距离发生变化，焊接状态也能够维持稳定状态。因此，进给速度可变控制在小电流域中不被使用，在中·大电流域中被使用。然而，在中·大电流域的焊接中存在：相对于薄板而使焊接速度变为高速地进行焊接(高速焊接)的情况、和相对于厚板而使焊接速度变为低速地进行焊接(低速焊接)的情况。

在高速焊接时，为了防止产生咬边等的焊接缺陷，将焊接电压Vw设定得较低，将电弧长度较短地进行焊接。其结果，成为大多产生短路的状态，每一秒钟的短路次数变多。因为如果短路次数变多则飞溅产生量也变多，所以通过使缩颈检测控制动作，从而能够使飞溅产生量低減，另外因为在高速焊接时如果使供电芯片与母材间距离变化很大则焊接状态变得不稳定，所以被设定成：供电芯片与母材间距离的变化缓慢且成为小宽度。因此，即便进给速度可变控制的过渡响应时间为低速，也能将焊接电流平滑值大致维持在固定，所以能够使熔深变得均匀。即，在中·大电流域的高速焊接中，将动作模式选择信号Ms设为高电平，从而使缩颈检测控制和进给速度可变控制一起动作。此时，由于设定成进给速度可变控制的过渡响应时间为低速，因而进给速度缓慢地变化而非骤变，所以即便使缩颈检测控制动作，也不会误动作从而变得不稳定。

另一方面，在低速焊接时，为了使焊道外观良好，将焊接电压Vw设定得较高，将电弧长度变长来进行焊接。其结果，只产生少许短路，每一秒钟的短路次数变少。因为如果短路次数变少则飞溅产生量也变少，所以即便禁止缩颈检测控制的动作，对焊道外观等的不良影响也小。另外，在厚板的低速焊接时，产生使供电芯片与母材间距离较大变化的情况。在这种时候，为了抑制熔深的变动，需要减小相对于供电芯片与母材间距离的变化的焊接电流平滑值的变化。为此，只要将进给速度可变控制的过渡响应时间设定为收敛(短)即可。即、在中·大电流域的低速焊接中，将动作模式选择信号Ms设为低电平，禁止缩颈检测控制的动作，仅使进给速度可变控制动作。此时，由于设定成进给速度可变控制的过渡响应时间为高速，因而相对于供电芯片与母材间距离的变化而进给速度高速地追踪，所以焊接电流平滑值的变动变小，从而熔深的变动被抑制。

因此，根据上述的实施方式1，设定成：具备使缩颈检测控制动作的动作模式和禁止缩颈检测控制的禁止模式，使进给速度的反馈控制(进给速度可变控制)的过渡响应时间在处于动作模式时长于处于禁止模式时。由此，在本实施方式中，在使缩颈检测控制以及进给速度的可变控制一起动作从而进行焊接的情况下，因为相对于供电芯片与母材间距离的变化而进给速度缓慢变化，所以能够将焊接状态确保在稳定。另外，在禁止缩颈检测控制的动作而仅使进给速度可变控制动作从而进行焊接的情况下，因为相对于供电芯片与母材间距离的变化而进给速度高速地追踪，所以能够抑制熔深的变动。

在上述的实施方式1中，通过切换进给速度可变控制的反馈控制***的增益来实现进给速度可变控制的过渡响应时间的高速或者低速的切换。除此之外，也可通过切换焊接电流平滑值的时间常数来进行进给速度可变控制的过渡响应时间的高速或者低速的切换。此时，按如下方式变更图1的电流平滑电路IAV的动作。

电流平滑电路IAV将电流检测信号Id以及动作模式选择信号Ms作为输入，在Ms＝高电平时将平滑的时间常数设定为预先规定的第1时间常数，在Ms＝低电平时将平滑的时间常数设定为比上述的第1时间常数小的值、即预先规定的第2时间常数，并以所设定的时间常数对电流检测信号Id进行平滑，然后输出焊接电流平滑信号Iav。

[实施方式2]

实施方式2的发明在实施方式1的发明中，对每单位时间的短路次数进行检测，并基于该短路次数检测值来切换动作模式选择信号Ms。以下，参照附图，对实施方式2的发明进行说明。

图6是用于实施本发明的实施方式2涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的焊接电源的框图。该图与上述的图1相对应，且对于同一块赋予同一符号，并省略这些块的说明。该图是在图1中追加了短路次数检测电路NS，并将图1的动作模式选择电路MS置换成第2动作模式选择电路MS2之后所获得的图。以下，参照该图，对这些块进行说明。

短路次数检测电路NS将短路/电弧判别信号Sd作为输入，按每个规定周期算出每单位时间的短路次数，并输出短路次数检测信号Ns。规定周期例如被设定在1～5秒程度。在电弧长度的设定(电压设定信号Vr)于焊接中变化多次这样的情况下，如果将该规定周期设定得较短，则能够正确地检测电弧长度变化时的短路次数的变化。如果能够正确地检测短路次数的变化，则如后述那样即便在焊接中也能够始终将动作模式选择信号Ms的选择最佳化。另外，也可在起弧之后仅进行一次短路次数的检测。这是在1次焊接中电弧长度的设定没有变化的情况。在起弧之后焊接状态已稳定的时间点检测短路次数即可。上述的单位时间例如为一秒钟。但是，短路次数的检测时间(测量时间)设定为0.5～3秒程度，将该检测次数换算成一秒钟即可。因此，还存在短路次数检测信号Ns的值并非0以上的整数而为0以上的实数的情况。也可按每个周期来检测短路次数，算出该移动平均值，作为上述的短路次数检测信号Ns。

第2动作模式选择电路MS2将上述的短路次数检测信号Ns作为输入，并输出如下的动作模式选择信号Ms：在短路次数检测信号Ns的值为预先规定的基准次数以上时变为高电平，在短路次数检测信号Ns的值低于预先规定的基准次数时变为低电平。通过该电路，在短路次数检测信号Ns的值为基准次数以上时成为缩颈检测控制动作的模式，在短路次数检测信号Ns的值低于基准次数时成为缩颈检测控制的动作被禁止的模式。上述的基准次数被设定在5～10次/秒程度。

因为用于说明本发明的实施方式2涉及的消耗电极电弧焊接控制方法的焊接电源中的各信号的时序图与上述的图2～图5相同，所以省略说明。

如上述那样，在中·大电流的高速焊接时，短路次数变多，作为动作模式选择信号Ms而期望成为高电平。因此，在短路次数检测信号Ns的值为基准次数以上时，动作模式选择信号Ms变为高电平。另一方面，在中·大电流的低速焊接时，短路次数变少，动作模式选择信号Ms期望成为低电平。因此，在短路次数检测信号Ns的值低于基准次数时，动作模式选择信号Ms变为低电平。即、在短路次数检测信号Ns的值为基准次数以上时，缩颈控制以及进给速度可变控制一起动作，在短路次数检测信号Ns的值低于基准次数时，缩颈检测控制的动作被禁止，仅进给速度可变控制动作。

根据上述的实施方式2，能够基于短路次数检测信号Ns的值来自动地切换动作模式选择信号Ms。因此，在实施方式2中，除了实施方式1的效果之外，还能够节省手动切换动作模式选择信号Ms的功夫，且能够防止选择与焊接条件不符的动作模式选择信号Ms的误设定。

在上述的实施方式2中，也可取代每单位时间的短路次数，而使用占焊接时间的短路期间的时间比率、即短路时间率、焊接速度、接头形状等。

符号说明

1焊丝

2母材

3电弧

4焊炬

5进给辊

CM电流比较电路

Cm电流比较信号

DR驱动电路

Dr驱动信号

Ea误差放大信号

EF进给误差放大电路

Ef进给误差放大信号

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进给控制电路

Fc进给控制信号

FR进给速度设定电路

Fr进给速度设定信号

Fr0(进给速度设定信号的)初始值

Fw进给速度

GR增益设定电路

Gr增益设定信号

IAV电流平滑电路

Iav焊接电流平滑信号

ICR电流控制设定电路

Icr电流控制设定信号

ID电流检测电路

Id电流检测信号

Il低电平电流值

ILR低电平电流设定电路

Ilr低电平电流设定信号

IR电流设定电路

Ir电流设定信号

Iw焊接电流

Lw供电芯片与母材间距离

MS动作模式选择电路

Ms动作模式选择信号

MS2第2动作模式选择电路

ND缩颈检测电路

Nd缩颈检测信号

NS短路次数检测电路

Ns短路次数检测信号

PM电源主电路

R减流电阻器

SD短路/电弧判别电路

Sd短路/电弧判别信号

SW控制切换电路

T1、T2过渡响应时间

Td延迟期间

TDS关断延迟电路

Tds延迟信号

TR晶体管

VD电压检测电路

Vd电压检测信号

VR电压设定电路

Vr电压设定信号

Vta短路/电弧判别值

VTN缩颈基准值设定电路

Vtn缩颈检测基准值(信号)

Vw焊接电压

WM进给电动机

ΔV电压上升值

Claims (4)

1.一种消耗电极电弧焊接控制方法，检测从短路状态再次产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈，如果检测到该缩颈则进行使通电给短路负载的焊接电流减少以再次产生电弧的缩颈检测控制，并对上述焊接电流的平滑值进行检测，按照使该焊接电流平滑值和预先规定的电流设定值相等的方式对焊丝的进给速度进行反馈控制，从而进行焊接，

该消耗电极电弧焊接控制方法的特征在于，

具备使上述缩颈检测控制动作的动作模式和禁止上述缩颈检测控制的禁止模式，使上述反馈控制的过渡响应时间在处于上述动作模式时长于处于上述禁止模式时。

2.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

通过使上述反馈控制的增益变化来切换上述过渡响应时间。

3.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

通过使上述焊接电流平滑值的时间常数变化来切换上述过渡响应时间。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的消耗电极电弧焊接控制方法，其特征在于，

对每单位时间的短路次数进行检测，并基于该短路次数检测值来切换上述动作模式和上述禁止模式。