CN106552984A

CN106552984A - 正反进给交流电弧焊接方法

Info

Publication number: CN106552984A
Application number: CN201610561067.1A
Authority: CN
Inventors: 田中利幸; 中俣利昭
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: JP6601870B2; KR102473580B1; KR20170037814A; JP2017064721A; CN106552984B

Abstract

本发明提供正反进给交流电弧焊接方法。在正反进给交流电弧焊接方法中，通过电极极性的切换来抑制焊接状态变得不稳定。在将焊丝的进给速度(Fw)交替切换为正进期间和反进期间、且将电极极***替切换为电极正极性(EP)和电极负极性(EN)来进行焊接的正反进给交流电弧焊接方法中，将电极极性(Spn)的切换设定在正进期间中的进给速度(Fw)正减速的期间中。由此，由于在进给速度(Fw)的恒定的相位切换电极极性(Spn)，切换时的熔融状态成为恒定，因此焊接状态稳定化。

Description

正反进给交流电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及将切换焊丝的进给速度交替切换为正进期间和反进期间、将电极极***替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接的正反进给交流电弧焊接方法。

背景技术

在一般的消耗电极式电弧焊接中，以恒定速度进给作为消耗电极的焊丝，使焊丝与母材之间产生电弧来进行焊接。在消耗电极式电弧焊接中，多数是焊丝和母材多成为交替重复短路期间和电弧期间的焊接状态。

为了进一步提升焊接品质，提出周期性重复焊丝的正进和反进来进行焊接的方法(例如参考专利文献1等)。

在专利文献1的发明中，设定与焊接电流设定值相应的进给速度的平均值，将焊丝的正进和反进的频率以及振幅设为与焊接电流设定值相应的值。

另外，在专利文献2的发明中，记载了进给焊丝(电极)、将电极极***替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接的交流电弧焊接方法。

专利文献

专利文献1：JP专利第5201266号公报

专利文献2：JP专利第5090765号公报

在将焊丝的进给速度交替切换为正进期间和反进期间、将电极极***替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接的正反进给交流电弧焊接方法中，由于电极极性的切换时的进给速度的方向以及值每当切换就会发生变动，因此有焊接状态变得不稳定这样的问题。

发明内容

为此，在本发明中，目的在于，提供能使电极极性的切换时的焊接状态稳定化的正反进给交流电弧焊接方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明的正反进给交流电弧焊接方法将焊丝的进给速度交替切换为正进期间和反进期间、且将电极极***替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接，所述正反进给交流电弧焊接方法的特征在于，在所述进给速度为特定相位时进行所述电极极性的切换。

技术方案2的发明在技术方案1所述的正反进给交流电弧焊接方法的基础上，特征在于，将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度正减速的期间中。

技术方案3的发明在技术方案1所述的正反进给交流电弧焊接方法的基础上，特征在于，将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度开始减速的相位。

技术方案4的发明在技术方案1所述的正反进给交流电弧焊接方法的基础上，特征在于，将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度结束减速的相位。

发明的效果

根据本发明，电极极性的切换定时以进给速度的恒定的相位确定。由此在本发明中，能使电极极性的切换时的焊接状态稳定化。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的正反进给交流电弧焊接方法的焊接装置的框图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的正反进给交流电弧焊接方法的图1的焊接装置中的各信号的时序图。

标号的说明

1 焊丝

2 母材

3 电弧

4 焊炬

5 进给辊

D2 二次整流器群

DV 驱动电路

Dv 驱动信号

E 输出电压

EA 电压误差放大电路

Ea 电压误差放大信号

ED 输出电压检测电路

Ed 输出电压检测信号

EN 电极负极性

END 电极负极性开关元件驱动电路

End 电极负极性开关元件驱动信号

EP 电极正极性

EPD 电极正极性开关元件驱动电路

Epd 电极正极性开关元件驱动信号

ER 输出电压设定电路

Er 输出电压设定信号

Fa 平均进给速度

FAR 平均进给速度设定电路

Far 平均进给速度设定信号

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

Fw 进给速度

INT 高频变压器

INV 逆变器电路

Iw 焊接电流

NTR 电极负极性开关元件

PTR 电极正极性开关元件

Sf 进给速度的频率

SFR 频率设定电路

Sfr 频率设定信号

SPN 极性切换信号生成电路

Spn 极性切换信号

Vw 焊接电压

Wf 进给速度的振幅

WFR 振幅设定电路

Wfr 振幅设定信号

WL 电抗器

WM 进给电动机

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的正反进给交流电弧焊接方法的焊接装置的框图。以下参考图1来说明各方块。

逆变器电路INV将3相200V等交流商用电源(图示省略)作为输入，对交流商用电源进行整流、平滑来生成直流电压，对该直流电压按照后述的驱动信号Dv进行逆变器控制，从而输出高频交流。

高频变压器INT将高频交流变化为适于焊接的电压值。二次整流器群D2对变换的高频交流进行整流，并输出正以及负的直流电压。

通过对电极正极性开关元件PTR以及电极负极性开关元件NTR进行接通/断开控制，来切换焊接装置的输出极性。在电极正极性开关元件PTR为接通状态时成为电极正极性EP，在电极负极性开关元件NTR成为接通状态时成为电极负极性EN。电抗器WL对输出进行平滑。

进给电动机WM将后述的进给控制信号Fc作为输入，周期性地重复正进和反进，从而以进给速度Fw进给焊丝1。在进给电动机WM中使用过渡响应性快的电动机。为了加快焊丝1的进给速度Fw的变化率以及进给方向的反转，进给电动机WM有时设置在焊炬4的前端的附近。另外，还有使用2个进给电动机WM来做出推挽方式的进给***的情况。

焊丝1通过与上述的进给电动机WM结合的进给辊5的旋转而在焊炬4内进给，在与母材2之间产生电弧3。在焊炬4内的供电嘴(图示省略)与母材2之间施加焊接电压Vw，焊接电流1w通电。

极性切换信号生成电路SPN将后述的极性切换信号Spn以及后述的进给速度设定信号Fr作为输入，输出极性切换信号Spn，极性切换信号Spn在从变化为高电平的时间点起经过预先确定的第1期间以后在进给速度设定信号Fr成为特定相位的时间点变化为低电平，极性切换信号Spn在从变化为低电平的时间点起经过预先确定的第2期间以后在进给速度设定信号Fr成为特定相位的时间点变化为高电平。作为进给速度设定信号Fr的特定相位，从以下的3种中选择一者来设定。也可以将使极性切换信号Spn变化为低电平时的特定相位和变化为高电平时的特定相位分别设定为不同的相位。

1)将特定相位设定在正进期间中的进给速度设定信号Fr正减速的期间中。即，设定在Fr≥0且进给速度设定信号Fr的微分值dFr/dt＜0的期间中。

2)将特定相位设定在正进期间中的进给速度设定信号Fr开始减速的相位。即，设定在Fr≥0且dFr/dt最初成为负的值的相位。

3)将特定相位设定在正进期间中的进给速度设定信号Fr结束减速的相位。即，设定在Fr＝0且dFr/dt＜0的相位。

电极正极性开关元件驱动电路EPD在上述的极性切换信号Spn为高电平时输出电极正极性开关元件驱动信号Epd。电极负极性开关元件驱动电路END在上述的极性切换信号Spn为低电平时输出电极负极性开关元件驱动信号End。因此，在极性切换信号Spn为高电平时成为电极正极性EP，在低电平时成为电极负极性EN。

输出电压设定电路ER输出预先确定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED检测上述的高频变压器INT的2次输出的交流电压(输出电压E)，将其变换成绝对值，进行平滑，并将输出电压检测信号Ed输出。

电压误差放大电路EA将上述的输出电压设定信号Er与输出电压检测信号Ed的误差放大，输出电压误差放大信号Ea。通过该电路，焊接装置成为恒电压特性。驱动电路DV将上述的电压误差放大信号Ea作为输入，基于电压误差放大信号Ea进行PWM调制控制，输出用于驱动上述的逆变器电路INV的驱动信号Dv。

平均进给速度设定电路FAR输出预先确定的平均进给速度设定信号Far。

振幅设定电路WFR输出预先确定的振幅设定信号Wfr。频率设定电路SFR输出预先确定的频率设定信号Sfr。

进给速度设定电路FR将上述的平均进给速度设定信号Far、上述的振幅设定信号Wfr以及上述的频率设定信号Sfr作为输入，输出进给速度设定信号Fr，该进给速度设定信号Fr使预先确定的梯型波成为每1周期的平均进给速度Fa向正进侧移位与平均进给速度设定信号Far相等的值的波形，其中，该梯型波以由振幅设定信号Wfr确定的振幅以及由频率设定信号Sfr的倒数即周期设定值确定的周期在正负形状变化。关于该进给速度设定信号Fr，在图2进行详述。进给速度没定信号Fr的波形除了梯型波以外，也可以是正弦波、三角波。

进给控制电路FC将上述的进给速度设定信号Fr作为输入，将用于以相当于进给速度设定信号Fr的值的进给速度Fw进给焊丝1的进给控制信号Fc输出给上述的进给电动机WM。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的正反进给交流电弧焊接方法的图1的焊接装置中的各信号的时序图。图2(A)表示进给速度Fw的时间变化，图2(B)表示焊接电流Iw的时间变化，图2(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图2(D)表示极性切换信号Spn的时间变化。以下参考图2来说明各信号的动作。

如图2(D)所示那样，极性切换信号Spn在时刻t17以前的期间中成为低电平(电极负极性EN)，在时刻t17～t37的期间中成为高电平(电极正极性EP)，在时刻t37～t57的期间中成为低电平(电极负极性EN)，在时刻t57以后的期间中成为高电平(电极正极性EP。极性切换信号Spn以时刻t17～t57为1周期重复。

图2(A)所示的进给速度Fw，被控制为从图1的进给速度设定电路FR输出的进给速度设定信号Fr的值。进给速度设定信号Fr使预先确定的梯型波成为每1周期的平均进给速度Fa向正进侧移位了与预先确定的平均进给速度设定信号Far相等的值的波形，其中，该梯型波以由振幅设定信号Wfr确定的振幅Wf以及成为由频率设定信号Sfr确定的频率Sf的倒数的周期在正负形状变化。由此，如图2(A)的虚线所示那样，平均进给速度Fa不管在电极正极性期间中还是在电极负极性期间中都相等。

如图2(A)所示那样，进给速度Fw在时刻t1～t2、时刻t2～t3、时刻t3～t4、时刻t4～t5以及时刻t5～t6分别成为1周期。

如图2(A)所示那样，在进给速度Fw中，时刻t1～t14的反进期间分别由给定的反进加速期间、反进巅峰期间、反进峰值以及反进减速期间形成，时刻t14～t2的正进期间分别由给定的正进加速期间、正进巅峰期间、正进峰值以及正进减速期间形成。如图2(D)所示那样，由于极性切换信号Spn在时刻t17以前是低电平，因此成为电极负极性EN。为此，图2(B)所示的焊接电流Iw以及图2(C)所示的焊接电压Vw成为负的值。由于在时刻t17，极性切换信号Spn变化为高电平，因此成为电极正极性EP。为此，焊接电流Iw以及焊接电压Vw成为正的值。即，在时刻t17，电极极性从电极负极性EN切换为电极正极性EP。

[时刻t1～t14的反进期间的动作]

如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到时刻t1～t11的反进加速期间，从0加速到上述的反进峰值。在该期间中短路状态持续。该期间是电极负极性EN，Iw≤0以及vw≤0。

若在时刻t11反进加速期间结束，则如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到时刻t11～t13的反进巅峰期间，成为上述的反进峰值。在该期间中的时刻t12，因反进以及焊接电流Iw的通电所引起的收缩力而产生电弧。与此相应，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw剧增到数十V的电弧电压值，如图2(B)所示那样，焊接电流Iw在这以后的电弧期间中逐渐减少。由于该期间是电极负极性EN，因此成为Iw≤0以及Vw≤0。

若在时刻t13反进巅峰期间结束，则如图2(A)所示那样，进入到时刻t13～t14的反进减速期间，从上述的反进峰值向0减速。在该期间中，电弧期间持续。由于该期间是电极负极性EN，因此Iw≤0以及Vw≤0。

[时刻t14～t2的正进期间的动作]

如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到时刻t14～t15的正进加速期间，从0加速到上述的正进峰值。在该期间中，电弧期间保持不变。由于该期间是电极负极性EN，因此Iw≤0以及Vw≤0。

若在时刻t15正进加速期间结束，则如图2(A)所示那样，进给速度Fw进入到时刻t15～t17的正进巅峰期间，成为上述的正进峰值。在该期间中的时刻t16，因正进而发生短路。与此相应，如图2(C)所示那样，焊接电压Vw剧减到数V的短路电压值，如图2(B)所示那样，焊接电流Iw在这以后的短路期间中逐渐增加。由于该期间是电极负极性EN，因此Iw≤0以及Vw≤0。

若在时刻t17正进巅峰期间结束，则如图2(A)所示那样，进入到时刻t17～t2的正进减速期间，从上述的正进峰值向0减速。在该期间中，短路期间持续。另外，虽然在时刻t15，极性切换信号Spn为低电平的期间与预先确定的第2期间相等，但进给速度Fw直到成为特定相位为止都维持低电平。在此，进给速度Fw的特定相位设定在时刻t17～t2的正进减速期间中。在图2中，有时特定相位设定在时刻t17的正进减速期间的开始时间点。由于在时刻t17，极性切换信号Spn为低电平的期间成为第2期间以上且进给速度Fw成为特定相位，因此极性切换信号Spn从低电平切换到高电平。与此相伴，电极极性从电极负极性EN切换为电极正极性EP。因此，在该期间中，成为Iw≥0以及Vw≥0。

在时刻t2～t3的期间中，重复上述的反进期间以及上述的正进期间的动作。其中，由于极性切换信号Spn为高电平，因此成为电极正极性EP。由此成为Iw≥0以及Vw≥0。

如图2(A)所示那样，在进给速度Fw的时刻t3～t4的周期中的正进加速期间的开始时间点t34，极性切换信号Spn为高电平的期间(时刻t17～t34)与预先确定的第1期间相等。但进给速度Fw直到成为特定相位的正进减速期间的开始时间点t37为止都维持高电平。如图2(D)所示那样，由于在时刻t37，极性切换信号Spn为高电平的期间成为第1期间以上且进给速度Fw成为特定相位，因此极性切换信号Spn从高电平切换到低电平。与此相伴，电极极性从电极正极性EP切换到电极负极性EN。因此，在时刻t37移行的期间中，成为Iw≤0以及Vw≤0。

如图2(A)所示那样，在进给速度Fw的时刻t5～t6的周期中的正进巅峰期间的开始时间点t55，极性切换信号Spn为低电平的期间(时刻t37～t55)与上述的第2期间相等。但进给速度Fw直到成为特定相位的正进减速期间的开始时间点t57为止都维持低电平。如图2(D)所示那样，由于在时刻t57，极性切换信号Spn为低电平的期间成为第2期间以上且进给速度Fw成为特定相位，因此极性切换信号Spn从低电平切换到高电平。与此相伴，电极极性从电极负极性EN切换到电极正极性EP。因此，在时刻t57移行的期间中，成为Iw≥0以及Vw≥0。

这以后的期间重复上述的动作。

以下示出进给速度Fw的梯型波的数值例。进给速度Fw的频率Sf＝100Hz，振幅Wf＝60m/min。另外，极性切换信号Spn的切换频率为25Hz(周期为40ms)。

上述的极性切换信号Spn的切换频率设定为小于进给速度Fw的频率的值，其设定范围为约50Hz以下。进给速度的频率的设定范围为60～150Hz程度。

根据发明者们的实验而确认，通过分别以进给速度fw的恒定的相位确定向电极正极性EP的切换定时以及向电极负极性EN的切换定时，焊接状态稳定化。其理由在于，在电极极性的切换定时的进给速度Fw的相位不恒定的情况下，成为电极极性的切换定时的各种熔融状态混合存在的状况，焊接状态变得不稳定。与此相对，若在进给速度Fw的恒定的相位切换电极极性，则切换时的熔融状态成为恒定，焊接状态变得稳定化。进而，发明者们实验了将电极极性的切换定时设定在反进加速期间、反进巅峰期间、反进减速期间、正进加速期间、正进巅峰期间或正进减速期间的哪个期间，焊接状态更稳定化。其结果确认，通过以正进减速期间中的特定相位确定电极极性的切换定时，使焊接状态更稳定化。

根据上述的实施方式1，在进给速度为特定相位时进行电极极性的切换。优选，作为特定相位，设定在正进期间中的进给速度正减速的期间中。另外，优选，作为特定相位，设定在正进期间中的进给速度开始减速的相位。另外，优选，作为特定相位，设定在正进期间中的进给速度结束减速的相位。由此，在本实施方式中，电极极性的切换定时以进给速度的恒定的相位确定。由此在本实施方式中，能使电极极性的切换时的焊接状态稳定化。

Claims

1.一种正反进给交流电弧焊接方法，将焊丝的进给速度交替切换为正进期间和反进期间、且将电极极***替切换为电极正极性和电极负极性来进行焊接，

所述正反进给交流电弧焊接方法的特征在于，

在所述进给速度为特定相位时进行所述电极极性的切换。

2.根据权利要求1所述的正反进给交流电弧焊接方法，其特征在于，

将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度正减速的期间中。

3.根据权利要求1所述的正反进给交流电弧焊接方法，其特征在于，

将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度开始减速的相位。

4.根据权利要求1所述的正反进给交流电弧焊接方法，其特征在于，

将所述特定相位设定在所述正进期间中的所述进给速度结束减速的相位。