專利名稱：焊接電源的輸出控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠在焊接電源中將適當(dāng)電感值以及適當(dāng)外部特性設(shè)定 為期望值的焊接電源的輸出控制方法。
背景技術(shù)：
圖4為一般的熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。焊接電源PS被輸出 控制以使外部特性成為恒電壓特性，輸出適于焊接的焊接電壓v以及焊接 龜流i。焊絲1通過與絲送給電動(dòng)機(jī)WM相結(jié)合的送給輥5的旋轉(zhuǎn)而通過 焊炬4內(nèi)被送給，并且經(jīng)由供電芯片4a被供電而電弧3在與母材2之間 產(chǎn)生。
圖5為表示上述的焊接電源的外部特性的一例的圖。該圖的橫軸表示 焊接電流i，縱軸表示焊接電壓v。該圖為在一般的熔化電極電弧焊接中使 用的恒電壓特性的情況。在該圖中，i-0時(shí)v-E,設(shè)外部特性的斜率為-Rm 時(shí)，外部特性成為下式。 v=E—Rrrri
通過外部特性而焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性被左右，因此開發(fā)了按照焊接法、 母材材質(zhì)、送絲速度等的悍接條件通過電子的控制形成最佳的外部特性的 技術(shù)(參照例如專利文獻(xiàn)l、 2)。
圖6為熔化電極電弧焊接的典型的電壓'電流波形圖。該圖(A)表示 焊接電壓v，該圖(B)表示焊接電流i。該圖為交替地反復(fù)短路期間Ts 和電弧期間Ta的短路過渡焊接的情況。時(shí)刻tl t2的短路期間Ts中，焊 絲與母材處于短路狀態(tài)，如該圖(A)所示，焊接電壓v成為低的值，如 該圖(B)所示，焊接電流i逐漸增加。時(shí)刻t2 t3的電弧期間Ta中，焊 絲與母材之間處于電弧發(fā)生狀態(tài)，如該圖(A)所示，焊接電壓v增加到 電弧電壓，如該圖(B)所示，焊接電流i逐漸減少。焊接電流i的增加及 減少速度由電流通電路的電感值和焊接負(fù)載來決定。電感值成為設(shè)置在焊接電源的內(nèi)部的電抗器的電感值與由焊接用電纜的纏繞所產(chǎn)生的電感的 總計(jì)值。焊接電流i的增加以及減少速度為適當(dāng)?shù)倪@點(diǎn)是用于得到穩(wěn)定的 焊接狀態(tài)的重要的要素之一。根據(jù)焊接法、母材材質(zhì)、送絲速度等的焊接 條件而適當(dāng)?shù)暮附与娏鱥的增加以及減少速度不同，因此需要按照焊接條 件設(shè)定最佳的電感值。
電抗器將電纜纏繞到鐵芯來制作，但在其構(gòu)造上使電感值變化是困難 的。因此，開發(fā)了通過電子控制來形成電抗器的技術(shù)(參照例如專利文獻(xiàn) 3)。在該電子電抗器控制方法中，能夠形成與焊接條件相對(duì)應(yīng)的最佳電感 值。以下對(duì)該現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。
圖7 (A)為焊接電源PS的等效電路圖。E表示恒壓源，Lm表示適 當(dāng)電感值，Rm表示適當(dāng)電阻值。電阻值為焊接電源內(nèi)部的布線電阻值及 焊接用電纜的電阻值的總計(jì)值，該值決定外部特性的斜率。
該圖的等效電路能夠由下式表示。
E=Rm.i+Lnrdi/dt+v......(1)式
在該式中，電流變化di/dt-0時(shí)的焊接電壓v與焊接電流i之間的關(guān)系 成為外部特性。如果將di/dt-0代入到上式，則成為下式。 v=E-Rm ■ i
上式表示圖5所示的外部特性。 對(duì)上述(1)式進(jìn)行整理，得到下式。 di/dt= (E—v—Rnri) /Lm 對(duì)兩邊進(jìn)行積分，得到下式。 i=/ ((E—v—Rm-i) /Lm) 'dt 在此，分別將焊接電流i置換為焊接電流控制設(shè)定值Irc，將輸出電壓 E置換為輸出電壓設(shè)定值Er，將適當(dāng)外部特性斜率Rm置換為外部特性斜 率設(shè)定值Rr，將適當(dāng)電感值Lm置換為電感設(shè)定值Lr時(shí)，得到下式。 Irc=/ ((Er—v—Rri) /Lr) 'dt......(2)式
圖7 (B)表示與該式相對(duì)應(yīng)的等效電路。在該圖中，檢測(cè)焊接電壓v 及焊接電流i，進(jìn)行控制以使與恒電流源CC的焊接電流i相當(dāng)?shù)暮附与娏?控制設(shè)定值Irc成為上述(2)式的運(yùn)算值。
通過進(jìn)行上述的控制，能夠電子地形成期望的電感值Lr以及期望的外部特性的斜率一Rr。
專利文獻(xiàn)1JP特開平6—170538號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2JP特開平7—1130號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3JP特開2003—305571號(hào)公報(bào)
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于能夠電子地形成期望的電感值Lr以及外部特性 的斜率一Rr，因此能夠使焊接狀態(tài)穩(wěn)定化。但是，能夠由該現(xiàn)有技術(shù)形成 的外部特性，由于RrX)，因此成為斜率一RKO的向右下降的直線的情況。
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)濺射發(fā)生量的削減、焊縫外觀的提高等的焊接品質(zhì)， 需要形成圖8所示的折線的外部特性U 。該圖中所示的外部特性Ll成為 在i^Itl時(shí)向右下降的垂下特性，ItPi時(shí)向右上升的上升特性。需要形成 這種折線的外部特性L1，并且形成期望的電感值Lr。

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠同時(shí)電子地形成折線的外部 特性以及期望的電感值的焊接電源的輸出控制方法。
為了解決上述的課題，第1發(fā)明的焊接電源的輸出控制方法的特征在 于，預(yù)先設(shè)定將焊接電流檢測(cè)值id作為輸入，輸出焊接電源的輸出電壓設(shè) 定值Er的外部特性函數(shù)，預(yù)先設(shè)定將焊接電源的適當(dāng)電感值設(shè)定的電感 設(shè)定值Lr，檢測(cè)焊接中的焊接電流以及焊接電壓，將該焊接電流檢測(cè)值id 作為輸入并由上述外部特性函數(shù)算出輸出電壓設(shè)定值Er，將該輸出電壓設(shè) 定值Er、上述焊接電壓檢測(cè)值vd以及上述電感設(shè)定值Lr作為輸入來算出 電流設(shè)定變化量AI產(chǎn)(Er—vd) /Lr,對(duì)該電流設(shè)定變化量AIr進(jìn)行積分來 算出焊接電流控制設(shè)定值，控制輸出以使上述焊接電流檢測(cè)值id與上述焊 接電流控制設(shè)定值大致相等。
第2發(fā)明，根據(jù)第l發(fā)明所述的焊接電源的輸出控制方法，其特征在 于，將上述外部特性函數(shù)設(shè)定為在焊接狀態(tài)為短路狀態(tài)時(shí)和電弧發(fā)生狀態(tài) 時(shí)不同的函數(shù)。
第3發(fā)明，根據(jù)第1發(fā)明或第2發(fā)明所述的焊接電源的輸出控制方法，. 其特征在于，將上述外部特性函數(shù)設(shè)定為按照送絲速度而不同的函數(shù)。 通過上述第l發(fā)明，能夠形成期望的折線的外部特性，并且能夠形成期望的電感值。因此，能夠按照焊接條件適當(dāng)化外部特性以及電感值，能 夠提高焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性。能夠形成的外部特性為恒電壓特性、上升特性、 垂下特性以及它們的復(fù)合的特性。
通過上述第2發(fā)明，能夠形成短路狀態(tài)和電弧發(fā)生狀態(tài)下分別不同的 最優(yōu)外部特性。同時(shí)，能夠形成期望的電感值。因此，能夠按照各種焊接 條件最優(yōu)化外部特性以及電感值，進(jìn)而能夠提高焊接質(zhì)量。
通過上述第3發(fā)明，能夠按照送絲速度將外部特性最優(yōu)化。同時(shí)，能
夠形成期望的電感值。因此，能夠按照各種焊接條件最優(yōu)化外部特性以及 電感值，進(jìn)而能夠進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。


' 圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1相關(guān)的外部特性的圖。
圖2為用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式1相關(guān)的輸出控制方法的焊接電源
的框圖。
圖3為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2相關(guān)的外部特性的圖。
圖4為一般的熔化電極電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為表示現(xiàn)有技術(shù)中的外部特性的圖。
圖6為烙化電極電弧焊接的電壓 電流波形圖。
圖7為用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的焊接電源的輸出控制方法的等效電路圖。
圖8為用于說明課題的外部特性圖。符號(hào)的說明
1焊絲 2母材 3電弧 4焊炬 4a供電芯片 5送給輥 CC 恒流源 DCL電抗器
6DIR電流設(shè)定變化量算出電路
E 輸出電壓
EI電流誤差放大電路
Ei 誤差放大信號(hào)
Er 輸出電壓設(shè)定(值/信號(hào))
ERF外部特性函數(shù)電路
i焊接電流
ID電流檢測(cè)電路
id電流檢測(cè)信號(hào)
IIR電流設(shè)定積分電路
Ire焊接電流控制設(shè)定(值/信號(hào))
Ll L3外部特性
Lio電感值
適當(dāng)電感值
電感設(shè)定電路
電感設(shè)定(值/信號(hào))
PM電源主電路
PS焊接電源
Rio電阻值
Rr外部特性斜率設(shè)定值
Ta電弧期間
Ts短路期間
V焊接電壓
VD電壓檢測(cè)電路
vd電壓檢測(cè)信號(hào)
WM絲送給電動(dòng)機(jī)
Air電流設(shè)定變化量(信號(hào))
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。[實(shí)施方式1]
以下對(duì)用于本發(fā)明相關(guān)的焊接電源的輸出控制方法的基本運(yùn)算式進(jìn)
行說明。輸出電壓設(shè)定值Er、電感設(shè)定值Lr、外部特性斜率設(shè)定值Rr、 焊接電流i、焊接電壓v以及焊接電流控制設(shè)定值Irc之間，上述的(2)
式成立o
Irc=/ ((Er—v—Rr-i) /Lr) -dt 在此，(Er—Rri)如上述那樣表示外部特性，因此對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展而作 為函數(shù)Er (i)置換時(shí)，成為下式。
Irc=/ ((Er (i) —v) /Lr) -dt……(3)式
該運(yùn)算式為本發(fā)明的基本運(yùn)算式。
圖1為表示由折線所示的外部特性的函數(shù)Er (i)的一例的圖。該圖 的橫軸表示焊接電流i，縱軸表示輸出電壓設(shè)定值Er。該折線的外部特性 函數(shù)能夠由下式表示。
i^Itl Er-all.i+b11 ...... (4)式
Itl〈i E產(chǎn)al2.i+b12 ...... (5)式
但是，all、 bll、 al2以及bl2為常數(shù)。斜率alK0，斜率al2X)。因 此，(4)式表示垂下特性，(5)式表示上升特性。以下，基于(3) (5) 式對(duì)本發(fā)明的輸出控制方法進(jìn)行說明。
如該圖所示，焊接中的任意的時(shí)刻的焊接電流為—il時(shí)，Itl^il，因 此通過上述(5)式，如下那樣算出輸出電壓設(shè)定值Er。 Er=al2-il+bl2
將該值代入上述(3)式，時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行積分而算出焊接電流控制設(shè) 定值Irc。而且，按照焊接電流i與該焊接電流控制設(shè)定值Irc大致相等的 方式控制焊接電源的輸出。
圖2為用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式1相關(guān)的輸出控制方法的焊接電源 的框圖。以下，參照該圖對(duì)各模塊進(jìn)行說明。
電源主電路PM，以3相200V等的商用電源作為輸入，按照后述的 誤差放大信號(hào)Ei進(jìn)行逆變器控制等的輸出控制，輸出輸出電壓E以及焊 接電流i。該電源主電路PM由下述部分構(gòu)成對(duì)商用電源進(jìn)行整流的1 次整流器；對(duì)被整流的直流進(jìn)行平滑的平滑電容器；將被平滑的直流變換為高頻交流的逆變器電路；將高頻交流降壓為適于焊接的電壓值的高頻變 壓器；將被降壓的高頻交流整流為直流的2次整流器；將誤差放大信號(hào) Ei作為輸入進(jìn)行脈寬調(diào)制控制的調(diào)制電路；將脈寬調(diào)制控制信作為輸入來 驅(qū)動(dòng)逆變器電路的開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路。在焊接電流i的通電路徑中存在 電阻值Rio以及電抗器DCL所產(chǎn)生的電感值Lio。電阻值Rio為焊接電源 的內(nèi)部以及外部的布線所產(chǎn)生的電阻值。電感值Lio為設(shè)置在焊接電源內(nèi) 部的電抗器以及焊接用電纜的纏繞(引香回^)所產(chǎn)生的電抗器的總計(jì)的 電感值。通常，該電阻值Rio為0.01 0.05Q程度，電感值Lio為20 50pH程度。
焊絲1通過與絲送給電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的送給輥5的旋轉(zhuǎn)被送給到焊炬4 內(nèi)，在與母材2之間發(fā)生電弧3。
電流檢測(cè)電路ID檢測(cè)焊接電流i，輸出電流檢測(cè)信號(hào)id。電壓檢測(cè)電 路VD檢測(cè)焊接電壓v，輸出電壓檢測(cè)信號(hào)vd。外部特性函數(shù)電路ERF 中內(nèi)置有外部特性函數(shù)(例如上述的(4) (5)式)，將上述的電流檢 測(cè)信號(hào)id作為輸入輸出輸出電壓設(shè)定信號(hào)Er。
電感設(shè)定電路LR輸出預(yù)定的電感設(shè)定信號(hào)Lr。電流設(shè)定變化量算出 電路DIR將上述的輸出電壓設(shè)定信號(hào)Er、上述的電感設(shè)定信號(hào)Lr以及上 述的電壓檢測(cè)信號(hào)vd作為輸入，算出電流設(shè)定變化量信號(hào)AIr= (Er—v) /Lr。電流設(shè)定積分電路IIR對(duì)該電流設(shè)定變化量信號(hào)AIr進(jìn)行積分，輸出 焊接電流控制設(shè)定信號(hào)Irc。通過這些電流設(shè)定變化量算出電路DIR以及 電流設(shè)定積分電路IIR運(yùn)算上述的(3)式。
電流誤差放大電路EI放大上述的焊接電流控制設(shè)定信號(hào)Irc和電流檢 測(cè)信號(hào)id之間的誤差，輸出誤差放大信號(hào)Ei。
通過上述的結(jié)構(gòu)，能夠形成圖l所示的外部特性。此時(shí)，即使焊接用 電纜的長度發(fā)生變化且電阻值Rio也發(fā)生變化，也對(duì)所形成的外部特性不 帶來影響。同時(shí)，通過上述的結(jié)構(gòu)，能夠設(shè)定為由電感設(shè)定信號(hào)Lr所設(shè) 定的電感值。此時(shí)，即使焊接用電纜的纏繞發(fā)生變化而電感值Lio發(fā)生變 化，也被控制以使所設(shè)定的通電路徑的電感值與設(shè)定值Lr相等。
通過上述的實(shí)施方式1，能夠形成期望的折線的外部特性，并且能夠 形成期望的電感值。因此，能夠按照焊接條件適當(dāng)化外部特性以及電感值，
9能夠提高焊接狀態(tài)的穩(wěn)定性。能夠形成的外部特性為恒電壓特性、上升特 性、垂下特性以及它們的復(fù)合的特性。 [實(shí)施方式2]
圖3為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2相關(guān)的外部特性函數(shù)的圖。該圖的橫
軸表示焊接電流i，縱軸表示輸出電壓設(shè)定值Er。該圖與上述的圖l相對(duì) 應(yīng)，外部特性L1相同。以下，參照該圖進(jìn)行說明。
該圖由三個(gè)外部特性L1 L3構(gòu)成。外部特性Ll的函數(shù)為上述的(4) 以及(5)式。外部特性L2為以下的函數(shù)。
i^Itl Er=a21-i+b21
Itl〈i^It2 Er=a22'i+b22
It2<i Er=a23'i+b23 此外，外部特性L3能夠由下式表示。
i蕓Itl Er=a31-i+b31
Itl<i Er=a32.i+b32 外部特性L1的焊接狀態(tài)為電弧發(fā)生狀態(tài)，并且在送絲速度為基準(zhǔn)值 以下時(shí)被選擇。外部特性L2在焊接狀態(tài)為短路狀態(tài)時(shí)被選擇。外部特性 L3的焊接狀態(tài)為電弧發(fā)生狀態(tài)，并且在送絲速度超過上述基準(zhǔn)值時(shí)被選 擇。由此，通過按照焊接狀態(tài)以及焊接條件來形成多個(gè)外部特性，從而能 夠進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。作為上述以外的焊接狀態(tài)，有短路狀態(tài)的經(jīng)過時(shí) 間、電弧發(fā)生狀態(tài)的經(jīng)過時(shí)間、焊接異常的發(fā)生等。此外，作為上述以外 的焊接條件，有焊接法、母材材質(zhì)、焊絲的種類等。按照這些焊接狀態(tài)以 及焊接條件來最優(yōu)化外部特性并存儲(chǔ)多個(gè)，從這其中選擇最佳的外部特 性。
用于實(shí)施本實(shí)施方式的焊接電源的框圖，在上述的圖2中如下那樣變 更外部特性函數(shù)電路ERF。本實(shí)施方式中的外部特性函數(shù)電路ERF內(nèi)置 有圖3所示的多個(gè)外部特性函數(shù)，通過短路/電弧判斷信號(hào)以及送絲速度信 號(hào)來從外部特性L1 L3中選擇一個(gè)。此外的模塊的工作與圖2相同。
通過上述的實(shí)施方式2，能夠在短路狀態(tài)和電弧發(fā)生狀態(tài)下形成分別 不同的最佳外部特性。此外，能夠按照送絲速度形成不同的外部特性。此 時(shí)，同時(shí)能夠形成期望的電感值。因此，由于能夠按照各種焊接條件最優(yōu)化外部特性以及電感值，因此能夠進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。
本發(fā)明能夠適用于碳酸氣電弧焊接、金屬極惰性氣體保護(hù)焊接(W 溶接)、金屬極活性氣體保護(hù)焊接(？々"溶接)、交流熔化電極電弧焊接等 中。
權(quán)利要求
1. 一種焊接電源的輸出控制方法，其特征在于，預(yù)先設(shè)定將焊接電流檢測(cè)值id作為輸入，輸出焊接電源的輸出電壓設(shè)定值Er的外部特性函數(shù)，預(yù)先設(shè)定將焊接電源的適當(dāng)電感值設(shè)定的電感設(shè)定值Lr，檢測(cè)焊接中的焊接電流以及焊接電壓，將該焊接電流檢測(cè)值id作為輸入并由上述外部特性函數(shù)算出輸出電壓設(shè)定值Er，將該輸出電壓設(shè)定值Er、上述焊接電壓檢測(cè)值vd以及上述電感設(shè)定值Lr作為輸入來算出電流設(shè)定變化量ΔIr＝(Er—vd)/Lr，對(duì)該電流設(shè)定變化量ΔIr進(jìn)行積分來算出焊接電流控制設(shè)定值，控制輸出以使上述焊接電流檢測(cè)值id與上述焊接電流控制設(shè)定值大致相等。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源的輸出控制方法，其特征在于， 將上述外部特性函數(shù)設(shè)定為在焊接狀態(tài)為短路狀態(tài)時(shí)和電弧發(fā)生狀態(tài)時(shí)不同的函數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接電源的輸出控制方法，其特征在于，將上述外部特性函數(shù)設(shè)定為按照送絲速度而不同的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種焊接電源的輸出控制方法。在熔化電極電弧焊接電源中，電子地形成期望的外部特性以及期望的電感值，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的提高。外部特性函數(shù)電路(ERF)內(nèi)置有多個(gè)外部特性，將焊接電流檢測(cè)信號(hào)(id)作為輸入，輸出焊接電源的輸出電壓設(shè)定信號(hào)(Er)。電感設(shè)定電路(LR)輸出用于設(shè)定焊接電源的適當(dāng)電感值的電感設(shè)定信號(hào)(Lr)。電流設(shè)定變化量算出電路(DIR)將輸出電壓設(shè)定信號(hào)(Er)、焊接電壓檢測(cè)信號(hào)(vd)以及電感設(shè)定信號(hào)(Lr)作為輸入，算出電流設(shè)定變化量信號(hào)ΔIr＝(Er-vd)/Lr。電流設(shè)定積分電路(IIR)對(duì)該電流設(shè)定變化量信號(hào)(ΔIr)進(jìn)行積分并算出焊接電流控制設(shè)定信號(hào)(Irc)。按照該焊接電流控制設(shè)定信號(hào)(Irc)對(duì)焊接電流(i)進(jìn)行輸出控制。
文檔編號(hào)B23K9/173GK101497147SQ20091000211
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者上園敏郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨