[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现象以使焊接电流减小来提高焊接质量的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法。

背景技术

图5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·电压波形及熔滴过渡的图。图5(A)示出对消耗电极(以下，称为焊丝1)通电的焊接电流Iw的时间变化，图5(B)示出在焊丝1和母材2之间施加的焊接电压Vw的时间变化，图5(C)～(E)示出熔滴1a过渡的状态。以下，参照图5进行说明。

在时刻t1～t3的短路期间Ts中，焊丝1前端的熔滴1a处于和母材2短路的状态，如图5(A)所示，焊接电流Iw逐渐增加，如图5(B)所示，由于处于短路状态，故焊接电压Vw为几V左右的较低的值。如图5(C)所示，在时刻t1，熔滴1a和母材2接触而进入短路状态。然后，如图5(D)所示，因对熔滴1a通电的焊接电流Iw引发的电磁收缩力，而在熔滴1a上部产生缩颈1b。该电磁收缩力与焊接电流Iw的值成比例地增大。因此，通过增大焊接电流Iw，而增大了电磁收缩力，促进了缩颈1b的形成。而后，该缩颈1b迅速发展，在时刻t3，如图5(E)所示，熔滴1a从焊丝1向熔池2a过渡，再产生电弧3。

若产生上述缩颈现象，则在几百μs左右的短时间后，短路开放，再产生电弧3。即，该缩颈现象为短路开放的前兆现象。如果产生缩颈1b，则焊接电流Iw的通电电路在缩颈部分变窄，所以缩颈部分的电阻值增大。随着缩颈的发展，缩颈部分变得越窄，该电阻值的增大就变得越大。因此，在短路期间Ts中，通过检测焊丝1和母材2之间的电阻值的变化，能够检测出缩颈现象的产生及发展。该电阻值的变化可通过焊接电压Vw除以焊接电流Iw计算出来。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。因此，也可以代替电阻值的变化，而通过焊接电压Vw的变化来检测缩颈现象的产生。作为具体的缩颈检测方法，有如下方法：计算出短路期间Ts中的电阻值或焊接电压值Vw的变化率(微分值)，根据该微分值达到了预先确定的缩颈检测基准值Vtn这一情况来进行缩颈检测的方法。另外，作为其他方法，如图5(B)所示，有如下方法：计算出距短路期间Ts中的缩颈产生前的稳定的短路电压值Vs的电压上升值ΔV，在时刻t2，根据该电压上升值ΔV达到了预先确定的缩颈检测基准值Vtn这一情况来进行缩颈检测的方法。在以下说明中，缩颈检测方法是根据上述的电压上升值ΔV的情况进行的说明，但也可以是以往提出的各种其他方法。可判别焊接电压Vw变为电弧判别值Vta以上，从而简单地进行时刻t3的电弧再产生的检测。其中，Vw＜Vta的期间为短路期间Ts，Vw≥Vta的期间为电弧期间Ta。以下，将从检测时刻t2～t3的缩颈产生之后到电弧再产生的时间称为缩颈检测时间Tn。如果在时刻t3再产生电弧，则如图5(A)所示，焊接电流Iw平稳地减少，如图5(B)所示，焊接电压Vw变为20～30V左右的电弧电压值。因此，上述电弧判别值Vta被设定为10～15V左右。在时刻t3～t4的电弧期间Ta中，焊丝1前端熔化并形成熔滴1a。以后，重复进行时刻t1～t4期间的动作。

在重复上述短路期间Ts和电弧期间Ta的消耗电极电弧焊接中，有二氧化碳保护电弧焊接、金属极活性气体保护电弧焊接、金属极惰性气体保护电弧焊接、伴有短路的脉冲电弧焊接等。在二氧化碳保护电弧焊接、金属极活性气体保护电弧焊接及金属极惰性气体保护电弧焊接的情况下，熔滴过渡形态，在不足200A左右的电流区域中为短路过渡形态，如果电流值大则为球状体过渡形态。另外，在脉冲电弧焊接的情况下，熔滴过渡形态为喷射过渡形态。即便在这些球状体过渡形态及喷射过渡形态中，因为在进行高速焊接等情况下将电弧长设定得很短，所以产生短路。因此，为了开放该短路，如上述那样，形成缩颈1b。

在伴有上述短路的焊接中，若在时刻t3电弧3再产生时的电弧再产生时电流值Ia是大电流值，则从电弧3向熔池2a的电弧力急剧增大，产生大量的溅射。即，溅射产生量与电弧再产生时电流值Ia的值大致成比例地增加。因此，为了抑制溅射的产生，需要减小该电弧再产生时电流值Ia。作为减小电流值Ia的方法，一直以来提出了各种附加了缩颈检测控制方法的焊接电源，即：检查上述缩颈现象的产生，使焊接电流Iw减少，从而减小电弧再产生时电流值Ia。以下，对该现有技术(例如，参照专利文献1)进行说明。