CN102380691B - 消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，在消耗电极电弧焊接中即便产生了熔滴缩颈的误检测也能通畅地再产生电弧，通过焊丝和母材之间的电压值(Vw)或电阻值(Vw/Iw)的变化达到了缩颈检测基准值来检测从短路状态再产生电弧的前兆现象、即熔滴的缩颈，从该缩颈检测时刻(t2)起以减少对短路负载通电的焊接电流(Iw)的状态使电弧再产生(t3)，若电弧再产生则增加焊接电流，在自缩颈检测时刻的经过时间于再产生电弧之前达到了基准时间(Tt)时(t21)，被判别为误检测，通过使焊丝以后退进给速度设定值(Frr)进行后退移动而远离母材以使电弧通畅地再产生，若电弧再产生则返回到前进进给速度设定值(Ffr)。

Description

消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法

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。

图6是搭载了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。焊接电源PS是一般的消耗电极电弧焊接用的焊接电源，输出焊接电压Vw及焊接电流Iw，并且对应于后述的进给速度设定信号Fr而将用于控制进给电机WM转动的进给控制信号Fc输出到进给电机WM。晶体管TR串联插入到输出中，与其并联连接的是减流电阻器R。焊丝1，通过进给电机WM所结合的进给辊5的转动，穿过焊炬(welding torch)4内进行进给，在与母材2之间产生电弧3。进给速度设定电路FR，将用于对焊丝1的进给速度进行设定的预先确定的进给速度设定信号Fr输出到焊接电源PS。焊丝1，以由进给速度设定信号Fr规定的进给速度进行前进进给。

电压检测电路VD，检测焊接电压Vw并输出电压检测信号Vd。电流检测电路ID，检测焊接电流Iw并输出电流检测信号Id。缩颈检测基准值设定电路VTN，输出预先确定的缩颈检测基准值信号Vtn。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及上述的电流检测信号Id作为输入，输出如下的缩颈检测信号Nd，即：如上所述在短路期间中的电压上升值ΔV达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻，成为High电平，在再产生电弧使得电压检测信号Vd的值变为电弧判别值Vta以上的时刻，成为Low电平的缩颈检测信号Nd。因此，该缩颈检测信号Nd为High电平的期间成为上述的缩颈检测时间Tn。如上所述，也可在短路期间中的电压检测信号Vd的微分值达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻，使缩颈检测信号Nd变化为High电平。此外，也可用电压检测信号Vd的值除以电流检测信号Id的值而算出熔滴的电阻值，并在该电阻值的微分值达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻，使缩颈检测信号Nd变化为High电平。驱动电路DR，在该缩颈检测信号Nd为Low电平时(非缩颈检测时)，输出使上述晶体管TR为导通状态的驱动信号Dr。因此，上述晶体管TR，在上述的缩颈检测信号Nd为High电平时(缩颈检测时)变为截止状态。

图7是上述焊接装置的各信号的时间图。图7(A)示出焊接电流Iw的时间变化，图7(B)示出焊接电压Vw的时间变化，图7(C)示出缩颈检测信号Nd的时间变化，图7(D)示出驱动信号Dr的时间变化。以下，参照图7进行说明。

在图7中，在时刻t2～t3的缩颈检测时间Tn以外的期间，如图7(C)所示，因为缩颈检测信号Nd为Low电平，所以如图7(D)所示，驱动信号Dr变为High电平。其结果是，晶体管TR变为导通状态，所以成为与通常的消耗电极电弧焊接用的焊接装置相同的动作。

在时刻t2，如图7(B)所示，如果检测出在短路期间Ts中焊接电压Vw上升且电压上升值ΔV变为了预先确定的缩颈检测基准值Vtn以上，而判别为熔滴产生了缩颈，则如图7(C)所示，缩颈检测信号Nd变为High电平。与之相应地，如图7(D)所示，因为驱动信号Dr变为Low电平，所以晶体管TR变为截止状态。其结果是，减流电阻器R被插入到焊接电流Iw的通电电路中。该减流电阻器R的值，被设定为短路负载(0.01～0.03Ω左右)的10倍以上的大值(0.5～3Ω左右)。为此，焊接电源内的直流电抗线圈及电缆的电抗线圈中存储的能量被急剧放电，如图7(A)所示，焊接电流Iw急剧减少，成为小电流值。在这里，设焊接电源PS的输出电压为50V，减流电阻器R为1Ω，则该小电流值为50A。在时刻t3，如果短路被开放并再产生电弧，则如图7(B)所示，焊接电压Vw变为预先确定的电弧判别值Vta以上。对其进行检测，如图7(C)所示，缩颈检测信号Nd变为Low电平，如图7(D)所示，驱动信号Dr变为High电平。其结果是，晶体管TR变为导通状态，成为通常的消耗电极电弧焊接的控制。在时刻t3，如果再产生电弧而晶体管TR变为导通状态，则如图7(A)所示，焊接电流Iw，在增加到规定的高电平之后，收敛为由进给速度规定的值。通过该动作，因为可以减小电弧再产生时(时刻t3)的电弧再产生时电流值Ia，所以可以抑制溅射的产生。在检测缩颈时，作为快速减少焊接电流Iw的方法，在以上叙述中说明了将减流电阻器R插入到通电电路的方法。作为除此之外的方法，还有在焊接装置的输出端子之间，经由开关元件并联连接电容器，若检测出缩颈，则将开关元件置为导通状态，从电容器通电放电电流，快速减少焊接电流Iw的方法(例如，参照专利文献2)。

在上述的缩颈检测控制方法中，为了更大的发挥溅射产生量的抑制效果，正确地检测出缩颈的产生变得很重要。缩颈的产生及其发展状态，根据保护气体的种类、焊丝的种类、焊接接头、焊丝的进给速度、焊接姿势等焊接条件变化。为此，有必要按照焊接条件，优化检测缩颈产生的灵敏度。该缩颈检测的灵敏度，可以通过增减上述的缩颈检测基准值Vtn进行调整。即，若使缩颈检测基准值Vtn增加，则灵敏度变低，相反地若使缩颈检测基准值Vtn减少，则灵敏度变高。如果缩颈检测基准值Vtn过大，则灵敏度就过低，上述的缩颈检测时间Tn就变得过短，在电弧再产生之前，不能够充分地减少焊接电流，所以溅射产生量的抑制效果就变小。相反地，如果缩颈检测基准值Vtn过小，则灵敏度就过高，上述的缩颈检测时间Tn就变得过长，因为电弧无法再产生，所以焊接状态变得不稳定。因此，可以说上述的缩颈检测时间Tn达到50～1000μs左右范围时，就是缩颈检测基准值Vtn被设定成适当值之时。

如上述所示，缩颈检测基准值Vtn按照焊接条件设定为适当值。但是，即便是根据进给速度的变动、熔池的不规则运动、熔滴形状的偏差等变动因素，对缩颈检测基准值Vtn进行了优化，缩颈检测时间Tn也会产生偏差。该偏差的范围，如上述所示，在50～1000μs左右时，对溅射的产生及焊接状态的稳定性不会带来太大的不良影响。另外，即便缩颈检测时间Tn偶尔不足50μs，所增加的少量溅射的程度也不是大的问题。另一方面，如果缩颈检测时间Tn超过1000μs，特别是变为2000μs以上，则焊接状态就变得不稳定，甚至发生电弧无法再产生的状态。为此，在自检测出缩颈时刻的经过时间达到了基准时间也没有再产生电弧时，惯用的是补偿控制，其通过增加焊接电流Iw加大电磁收缩力，促进缩颈的发展，引导电弧的再产生。以下，对该补偿控制(例如，参照专利文献3)进行说明。

图8是用于对补偿控制进行说明的与上述图7相对应的各信号的时间图。图8(A)示出焊接电流Iw的时间变化，图8(B)示出焊接电压Vw的时间变化，图8(C)示出缩颈检测信号Nd的时间变化，图8(D)示出驱动信号Dr的时间变化。在图8中，除时刻t21～t3期间的动作以外，其余均和图7相同，故省略这些相同部分的说明。以下，参照图8，对时刻t21～t3期间的动作进行说明。

自时刻t2的缩颈检测时刻的经过时间t于时刻t21达到了基准时间Tt时，如图8(B)所示，因为焊接电压Vw不足电弧判别值Vta，所以电弧还没有再产生。因此，如图8(D)所示，使驱动信号Dr变化为High电平。若驱动信号Dr变为High电平，则图6的晶体管TR变为导通状态，所以如图8(A)所示，焊接电流Iw增加并变为规定值。如果焊接电流Iw变大，则电磁收缩力也变大，所以促进了缩颈的发展，在时刻t3，再产生电弧。在时刻t3，如果电弧再产生，则如图8(B)所示，焊接电压Vw变为电弧判别值Vta以上的电弧电压值，如图8(A)所示，焊接电流Iw在那之后平稳减少，收敛于稳定值。如图8(C)所示，缩颈检测信号Nd，从时刻t2的缩颈检测时刻到时刻t3的电弧再产生都为High电平。如图8(D)所示，驱动信号Dr，从时刻t21起变为High电平。上述的基准时间Tt被设定为1000μs左右。

专利文献1：日本特开2006-281219号公报

专利文献2：日本特开2005-288540号公报

专利文献3：日本特开2006-116585号公报

如以上所述那样，在自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间也没有再产生电弧时，通过增加焊接电流来防止焊接状态变得不稳定。但是，如果进行这样的补偿控制，则如图8(A)所示，在时刻t3电弧再产生时的电流值变为大值，所以会产生大粒的溅射。另外，因为使电流减少的期间(时刻t2～t21期间)较长，熔池及熔滴的温度下降，所以即便增加电流，电弧的再产生也不能通畅地进行，会产生焊道外观变差的状况。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种在自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间也没有再产生电弧时，可不增加溅射的产生而通畅地进行电弧再产生的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法。

为了解决上述课题，技术方案1的发明是一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，在由焊炬前进进给焊丝且在焊丝和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消耗电极电弧焊接中，通过焊丝和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值来检测从短路状态再产生电弧的前兆现象、即熔滴的缩颈，从该缩颈检测时刻起以减少对短路负载通电的焊接电流的状态使电弧再产生，若电弧再产生则增加焊接电流，在自所述缩颈检测时刻的经过时间于再产生电弧之前达到了预先确定的基准时间时，通过使焊丝后退移动而远离母材来再产生电弧，若电弧再产生则停止所述后退移动。

技术方案2的发明是根据技术方案1所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，使所述焊接电流的增加及所述后退移动的停止从所述电弧再产生的时刻仅延迟预先确定的延迟时间。

技术方案3的发明是根据技术方案1～2任意一项所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，所述后退移动是指焊丝的后退进给，所述后退移动的停止是指停止所述后退进给并返回到所述前进进给。

技术方案4的发明是根据技术方案1～2任意一项所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，所述后退移动是指使所述焊炬后退移动来增高焊炬高度，在所述后退移动停止后使所述焊炬前进移动并将所述焊炬高度返回到原来的高度。

根据本发明，在自缩颈检测时刻的经过时间于电弧再产生之前达到了基准时间时，通过使焊丝后退移动而远离母材来再产生电弧。据此，因为可以保持小电流值状态，可靠地再产生电弧，所以可以不增加溅射的产生，通畅地进行电弧的再产生。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。

图2是图1的焊接装置中的各信号的时间图。

图3是用于实施本发明的实施方式2所涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。

图4是图3的焊接装置中的各信号的时间图。

图5是表示在现有技术中，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6是搭载了现有技术的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。

图7是图6的焊接装置中的各信号的时间图。

图8是用于对现有技术中的补偿控制进行说明的与上述图7相对应的各信号的时间图。

1-焊丝；1a-熔滴；1b-缩颈；2-母材；2a-熔池；3-电弧；4-焊炬；5-进给辊；DR-驱动电路；Dr-驱动信号；DR2-第2驱动电路；Fc-进给控制信号；Ffr-前进进给速度设定值；Ffr2-第2前进进给速度设定值；FR-进给速度设定电路；Fr-进给速度设定信号；FR2-第2进给速度设定电路；FR3-第3进给速度设定电路；Frr-后退进给速度设定值；Ia-电弧再产生时电流值；ID-电流检测电路；Id-电流检测信号；Iw-焊接电流；LT-焊炬高度(供电焊嘴前端与母材间距离)；Lt0-基准高度；ND-缩颈检测电路；Nd-缩颈检测信号；NDD-延迟电路；Ndd-缩颈检测延迟信号；PS-焊接电源；R-减流电阻器；RC-后退移动控制电路；Rc-后退移动控制信号；RC2-第2后退移动控制电路；RCE-机器人(robot)控制装置；RM-机器人本体；t-经过时间；Ta-电弧期间；Td-延迟时间；Tn-缩颈检测时间；TR-晶体管；Ts-短路期间；Tt-基准时间；VD-电压检测电路；Vd-电压检测信号；Vs-短路电压值；Vta-电弧判别值；VTN-缩颈检测基准值设定电路；Vtn-缩颈检测基准值(信号)；Vw-焊接电压；WM-进给电机；ΔV-电压上升值。

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

实施方式1所涉及的发明是，在自缩颈检测时刻的经过时间t于电弧再产生之前达到了预先确定的基准时间Tt时，通过使焊丝后退移动而远离母材，保持小电流值的状态再产生电弧，若再产生电弧则停止前述后退移动。在实施方式1中，通过后退进给进行上述的焊丝的后退移动。因此，上述的所谓后退移动的停止，是指停止后退进给并返回到通常的前进进给的意思。以下，对该实施方式1进行说明。

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。在图1中，对和上述图6相同的图框标注相同的符合，并省略这些相同部分的说明。图1，追加了虚线示出的延迟电路NDD，将图6的驱动电路DR置换成虚线示出的第2驱动电路DR2，追加了虚线示出的后退移动控制电路RC，将图6的进给速度设定电路FR置换成虚线示出的第2进给速度设定电路FR2。以下，参照图1，对这些图框内容进行说明。

延迟电路NDD，将缩颈检测信号Nd作为输入，输出使该信号仅以预先确定的延迟时间Td关断延迟的缩颈检测延迟信号Ndd。该缩颈检测延迟信号Ndd是在缩颈检测时刻成为High电平，在自再产生电弧的时刻起仅延迟了延迟时间Td的时刻成为Low电平的信号。第2驱动电路DR2，将该缩颈检测延迟信号Ndd作为输入，在该信号为High电平(缩颈检测期间)时，停止驱动信号Dr并使晶体管TR为截止状态，在为Low电平(非缩颈检测期间)时，输出驱动信号Dr并使晶体管TR为导通状态。

后退移动控制电路RC，将上述的缩颈检测信号Nd及上述的缩颈检测延迟信号Ndd作为输入，在从缩颈检测信号Nd变为了High电平(缩颈检测期间)的时刻经过了预先确定的基准时间Tt的时刻仍为High电平时，将后退移动控制信号Rc置位为High电平，在缩颈检测延迟信号Ndd变化为Low电平的时刻，将后退移动控制信号Rc复位为Low电平。因此，该后退移动控制信号Rc是，在自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间Tt时还没有再产生电弧时，变为High电平，在从再产生了电弧的时刻仅延迟了延迟时间Td的时刻，变为Low电平的信号。第2进给速度设定电路FR2，将该后退移动控制信号Rc作为输入，在该信号为Low电平时，将预先确定的正值的前进进给速度设定值Ffr作为进给速度设定信号Fr输出，在为High电平时，将预先确定的负值的后退进给速度设定值Frr作为进给速度设定信号Fr输出。焊接电源PS，将进给速度设定信号Fr作为输入，在该信号的值为前进进给速度设定值Ffr时，输出用于前进进给焊丝1的进给控制信号Fc，在为后退进给速度设定值Frr时，输出用于后退进给焊丝1的进给控制信号Fc。

图2是图1中所述焊接装置的各信号的时间图。图2(A)示出焊接电流Iw的时间变化，图2(B)示出焊接电压Vw的时间变化，图2(C)示出缩颈检测信号Nd的时间变化，图2(D)示出驱动信号Dr的时间变化，图2(E)示出缩颈检测延迟信号Ndd的时间变化，图2(F)示出后退移动控制信号Rc的时间变化，图2(G)示出进给速度设定信号Fr的时间变化。图2是表示自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间Tt也没有再产生电弧的情况下的时间图。图2与上述图7及图8相对应，时刻t21～t31期间的动作不同。除该期间以外的动作是相同的，所以省略说明。以下，参照图2，对不同动作的期间进行说明。

在时刻t2，若检测出缩颈，则如图2(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为High电平，与之相应地，如图2(E)所示，缩颈检测延迟信号Ndd也变化为High电平。若该缩颈检测延迟信号Ndd变化为High电平，则如图2(D)所示，驱动信号Dr变化为Low电平，所以晶体管TR变为截止状态，减流电阻器R被插入到通电电路中。因此，如图2(A)所示，焊接电流Iw减少，成为小电流值(10～100A左右)。缩颈的检测方法和上述的现有技术相同。另外，减流电阻器R的值也和上述现有技术相同。

如图2(C)所示，在从缩颈检测信号Nd变化为High电平的时刻(缩颈检测时刻)起的经过时间达到基准时间Tt的时刻t21，如图2(F)所示，后退移动控制信号Rc变为High电平。与之相应地，如图2(G)所示，进给速度设定信号Fr，从预先确定的正值的前进进给速度设定值Ffr切换为预先确定的负值的后退进给速度设定值Frr，焊丝沿远离母材的方向后退进给。在时刻t3，若由于该后退进给，焊丝远离了母材，则再产生电弧。若再产生电弧，则如图2(B)所示，焊接电压Vw急剧上升为电弧判别值Vta以上的电弧电压值。时刻t3的电弧再产生时的焊接电流Iw的值，如图2(A)所示，保持着小电流值，所以溅射的产生很少。另外，由于后退进给使焊丝前端远离母材而产生了电弧，所以能够实现稳定的电弧再产生。

如图2(B)所示，在时刻t3，若判别出焊接电压Vw的值变为了电弧判别值Vta以上并判别出电弧的再产生，则如图2(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为Low电平。并且，如图2(E)所示，缩颈检测延迟信号Ndd从时刻t3仅关断延迟了延迟时间Td，在时刻t31变为Low电平。与之相应地，在时刻t31，如图2(D)所示，驱动信号Dr变化为High电平，所以晶体管TR变为导通状态，减流电阻器R被短路。与之相应地，如图2(A)所示，焊接电流Iw增加到高电平。同时，在时刻t31，如图2(F)所示，后退移动控制信号Rc变为Low电平，所以如图2(G)所示，进给速度设定信号Fr，从负值的后退进给速度设定值Frr切换为正值的前进进给速度设定值Ffr。其结果是，焊丝按照通常那样前进进给。

将上述动作整理如下。如图2(A)所示，焊接电流Iw从时刻t2的缩颈检测时刻开始减少，在时刻t3再产生电弧直到经过了延迟时间Td的时刻一直维持在小电流值的状态。如图2(G)所示，焊丝在自时刻t2的缩颈检测时刻的经过时间达到基准时间Tt的时刻t21，切换为后退进给，在经过延迟时间Td后的时刻t31，返回到前进进给。

上述基准时间Tt被设定为500～1500μs左右。基准时间Tt，根据焊接电流的平均值、保护气体的种类、焊丝的种类等，通过实验而被设定成适当值。这是因为，根据焊接条件，导致从缩颈检测时刻到电弧再产生的时间的偏差不同。偏差越大基准时间Tt就要设定为越大的值。延迟时间Td被设定在0～2000μs左右。Td＝0是指不产生延迟的情况。在实施方式1中，可以将延迟时间Td设定为0。设置该延迟时间Td的理由如下。即，因为电弧再产生之后电弧长立刻变得非常短，所以熔池的振动、焊丝的进给振动等会导致产生再短路。如果产生再短路，则会产生溅射，焊接状态也变得不稳定。因此，在电弧再产生之后也要维持后退进给，通过将焊接电流维持在小电流值，来防止再短路的产生。该延迟时间Td，根据焊接电流的平均值、焊接接头、焊接速度等，通过实验而被设定成适当值。这是因为，根据焊接条件，产生再短路的难易度不同。前进进给速度设定值Ffr，和一般的消耗电极电弧焊接相同，是根据母材的板厚、焊接接头、焊接速度等被设定成适当值。其设定范围是2～20m/min左右。后退进给速度设定值Frr，为使在后退进给开始后尽可能迅速地再产生电弧，而设定为30～50m/min左右。另外，为了加快从前进进给向后退进给的切换及从后退进给向前进进给的切换，进给电机WM优选使用过渡响应性优良的伺服电机等。此外，因为从进给电机WM到焊炬前端的长度越短过渡响应性越好，所以在2m以下较好，优选在1m以下。

在实施方式1中，于自缩颈检测时刻的经过时间达到基准时间Tt之前再产生电弧的通常情况下的时间图，基本和上述图7相同。即，不进行焊丝的后退进给而仅进行固定速度的前进进给。其中，焊接电流Iw开始增加的时刻是经过了延迟时间Td之后。

根据上述实施方式1，在自缩颈检测时刻的经过时间于电弧再产生之前达到了基准时间时，通过使焊丝后退移动而远离母材，来再产生电弧。据此，保持小电流值状态下可以可靠地再产生电弧，所以可以不增加溅射的产生，通畅地进行电弧的再产生。此外，焊丝的后退进给，仅在自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间之时才进行，所以进行后退进给的次数占短路次数的频率较低。因此，不会给进给电机强加过剩负载，所以也就提高了进给电机的可靠性。

实施方式2

实施方式2所涉及的发明，和实施方式1相同，在自缩颈检测时刻的经过时间t于再产生电弧之前达到了预先确定的基准时间Tt时，通过使焊丝后退移动而远离母材，保持着小电流值的状态再产生电弧，若再产生电弧则停止前述后退移动。在实施方式2中，通过上述焊丝的后退移动使焊炬进行后退移动，将焊炬高度Lt增高。然后，在后退移动停止后，使焊炬前进移动，将焊炬高度Lt返回到原来的高度。在后退移动期间，焊丝的前进进给仍继续。以下，对该实施方式2进行说明。

图3是用于实施本发明的实施方式2所涉及的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法的焊接装置的框图。在图3中，对与上述图6及图1相同的图框标注相同的符号，并省略这些相同部分的说明。图3与图1相比，追加了虚线示出的机器人控制装置RCE及机器人本体RM，将图1的后退移动控制电路RC置换成虚线示出的第2后退移动控制电路RC2，将图1的第2进给速度设定电路FR2置换成虚线示出的第3进给速度设定电路FR3置换。以下，参照图3，对这些图框内容进行说明。

第2后退移动控制电路RC2，将缩颈检测信号Nd及缩颈检测延迟信号Ndd作为输入，在从缩颈检测信号Nd变为了High电平(缩颈检测期间)的时刻经过了预先确定的基准时间Tt的时刻仍为High电平时，将后退移动控制信号Rc置位为High电平，在缩颈检测延迟信号Ndd变化为Low电平的时刻，将后退移动控制信号Rc复位为Low电平，将该后退移动控制信号Rc输出到第3进给速度设定电路FR3及机器人控制装置RCE。因此，该后退移动控制信号Rc是，在自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间Tt时还没有再产生电弧时，变为High电平，在从再产生了电弧的时刻仅延迟了延迟时间Td的时刻，变为Low电平的信号。第3进给速度设定电路FR3，将该后退移动控制信号Rc作为输入，在该信号为Low电平时，将预先确定的正值的前进进给速度设定值Ffr作为进给速度设定信号Fr输出，在为High电平时，将预先确定的0以上的值的第2前进进给速度设定值Ffr2作为进给速度设定信号Fr输出。在这里，0≤Ffr2≤Ffr。即，第2进给速度设定值Ffr2，被设定为与稳定焊接时的进给速度即前进进给速度设定值Ffr相同的值或者比其小的值。焊接电源PS，将进给速度设定信号Fr作为输入，在该信号的值为前进进给速度设定值Ffr时，输出用于使焊丝1以相当于该值的进给速度前进进给的进给控制信号Fc，在为第2前进进给速度设定值Ffr2时，输出用于使焊丝1以相当于该值的进给速度前进进给(包括进给停止)的进给控制信号Fc。

机器人控制装置RCE，将上述后退移动控制信号Rc作为输入，将用于使安装于机器人本体RM的焊炬4按照预先编制成的作业程序移动的动作控制信号Mc输出到机器人本体RM。在通常的焊接中，焊炬4将供电焊嘴前端和母材2之间的距离(以下，称为焊炬高度Lt)一直维持在预先确定的基准高度Lt0，以预先确定的焊接速度沿焊接线移动。但是，在本实施方式中，焊炬4沿焊接线进行移动，若上述的后退移动控制信号Rc变化为High电平，则同时焊炬4沿焊炬高度Lt变高的方向后退移动，若变化为Low电平，则同时焊炬4沿焊炬高度Lt变低的方向前进移动并恢复为上述的基准高度Lt0。在图4中，对该动作的详细过程进行详细叙述。在焊炬4的姿势有前进角或者后退角的情况下，焊炬高度Lt沿焊丝进给方向测定其高度。机器人本体RM是多关节型机械手，通过上述的动作控制信号Mc来驱动所安装的多个伺服电机。在机器人本体RM上，搭载着包含进给电机WM的进给装置及焊炬4。

图4是图3所述的焊接装置的各信号的时间图。图4(A)示出焊接电流Iw的时间变化，图4(B)示出焊接电压Vw的时间变化，图4(C)示出缩颈检测信号Nd的时间变化，图4(D)示出驱动信号Dr的时间变化，图4(E)示出缩颈检测延迟信号Ndd的时间变化，图4(F)示出后退移动控制信号Rc的时间变化，图4(G)示出进给速度设定信号Fr的时间变化，图4(H)示出焊炬高度Lt的时间变化。图4是自缩颈检测时刻的经过时间达到了基准时间Tt也没有再产生电弧的情况下的时间图。图4和上述的图1相对应，追加图4(H)的焊炬高度Lt。图4和图1相比较，时刻t21～t32期间的动作不同。因为除该期间以外的期间的动作是相同的，所以省略对相同期间的说明。以下，参照图4，对不同动作的期间进行说明。

在时刻t2，若检测出缩颈，则如图4(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为High电平，与之相应地，如图4(E)所示，缩颈检测延迟信号Ndd也变化为High电平。若该缩颈检测延迟信号Ndd变化为High电平，则如图4(D)所示，驱动信号Dr变化为Low电平，所以晶体管TR变为截止状态，减流电阻器R被插入到通电电路中。因此，如图4(A)所示，焊接电流Iw减少，成为小电流值(10～100A左右)。缩颈的检测方法和上述的现有技术相同。另外，减流电阻器R的值也和上述的现有技术相同。

如图4(C)所示，在从缩颈检测信号Nd变化为High电平的时刻(缩颈检测时刻)起的经过时间达到基准时间Tt的时刻t21，如图4(F)所示，后退移动控制信号Rc变为High电平。与之相应地，如图4(G)所示，进给速度设定信号Fr，从预先确定的正值的前进进给速度设定值Ffr切换为预先确定的正值的第2前进进给速度设定值Ffr2，焊丝继续进行前进进给(包括进给停止)。因为图4中表示的是Ffr2＜Ffr的情况，所以焊丝的前进进给的进给速度被减速。同时，在时刻t21，机器人控制装置RCE开始了焊炬的后退移动，所以如图4(H)所示，焊炬高度Lt从那之前的基准高度Lt0逐渐变高。在这里，使焊炬进行后退移动的速度被设定得比上述第2前进进给速度设定值Ffr2更快。这样，焊丝前端进行后退移动。

在时刻t3，如果通过上述焊炬的后退移动使得焊丝远离母材，则电弧再产生。若再产生电弧，则如图4(B)所示，焊接电压Vw急剧上升为电弧判别值Vta以上的电弧电压值。时刻t3的电弧再产生时的焊接电流Iw的值，如图4(A)所示，保持着小电流值的状态，所以溅射产生少。另外，因为通过焊炬的后退移动使焊丝前端远离母材而产生电弧，所以可以实现稳定的电弧再产生。

如图4(B)所示，在时刻t3，若判别出焊接电压Vw的值变为了电弧判别值Vta以上并判别出电弧的再产生，则如图4(C)所示，缩颈检测信号Nd变化为Low电平。并且，如图4(E)所示，缩颈检测延迟信号Ndd从时刻t3仅关断延迟了延迟时间Td，在时刻t31变为Low电平。与之相应地，在时刻t31，如图4(D)所示，驱动信号Dr变化为High电平，所以晶体管TR变为导通状态，减流电阻器R被短路。与之相应地，如图4(A)所示，焊接电流Iw增加到高电平。同时，在时刻t31，如图4(F)所示，后退移动控制信号Rc变为Low电平，所以如图4(G)所示，进给速度设定信号Fr，从正值的第2前进进给速度设定值Ffr2切换为正值的前进进给速度设定值Ffr。其结果是，焊丝以固定进给速度(前进进给速度设定值Ffr)前进进给。同时，在时刻t31，机器人控制装置RCE开始焊炬的前进移动，所以如图4(H)所示，焊炬高度Lt逐渐变低。然后，如图4(H)所示，在焊炬高度Lt恢复到上述的基准高度Lt0的时刻(时刻t32)，焊炬的前进移动停止。其中，如上述所示，焊炬沿焊接线移动，和焊炬的后退移动或者前进移动无关。焊炬的前进移动及后退移动是为了在焊丝进给方向上升降而进行的。

将上述动作整理如下。如图4(A)所示，焊接电流Iw从时刻t2的缩颈检测时刻开始减少，在时刻t3再产生电弧直到经过了延迟时间Td的时刻一直维持在小电流值的状态。如图4(G)所示，焊丝在自时刻t2的缩颈检测时刻的经过时间达到基准时间Tt的时刻t21，切换为第2前进进给速度，在经过延迟时间Td后的时刻t31，返回到前进进给速度(固定进给速度)。如图4(H)所示，焊炬高度Lt，在自时刻t2的缩颈检测时刻的经过时间达到基准时间Tt的时刻t21，开始后退移动，在经过延迟时间Td后的时刻t31，开始前进移动，在时刻t32，返回到基准高度Lt0。

上述的基准时间Tt、延迟时间Td及前进进给速度设定值Ffr的设定方法和实施方式1相同。焊炬的后退移动的速度，为缩短时刻t21～t3的时间且迅速地再产生电弧，在30～70m/min左右范围内通过实验而被设定成适当值。(焊丝前端的后退移动的速度)＝(焊炬的后退移动的速度)-(第2前进进给速度)。因此，在前进进给速度设定值Ffr为大值时，通过将第2前进进给速度设定值Ffr2设定为比Ffr更小的值，从而可加速焊丝前端的后退移动的速度且迅速地再产生电弧。第2前进进给速度设定值Ffr2，在0≤Ffr2≤Ffr范围内进行设定。即，第2前进进给速度设定值Ffr2，若被设定为0则停止进给，若被设定为和Ffr相同的值则在焊接中以前进进给速度设定值Ffr的定值进给。焊炬的前进移动的速度，在1～5m/min左右范围内通过实验而被设定成适当值。(焊丝前端的前进移动的速度)＝(前进进给速度)+(焊炬的前进移动的速度)。因此，若焊炬的前进移动的速度很快，则会导致焊丝前端的前进移动的速度过快，电弧状态变得不稳定。焊炬的前进移动的速度的确定，使得既能缩短时刻t31～t32的时间且迅速地收敛到稳定状态又能避免电弧状态变得不稳定。

在实施方式2中，于自缩颈检测时刻的经过时间达到基准时间Tt之前再产生电弧的一般情况下的时间图，基本上和上述图7相同。即，焊丝不切换到第2进给速度，而仅进行固定速度的前进进给。也不进行焊炬的后退移动及前进移动。其中，焊接电流Iw开始增加的时刻是在经过了延迟时间Td之后。

根据上述实施方式2，通过焊炬的后退移动进行焊丝的后退移动，可达到和实施方式1相同的效果。因为焊炬的后退移动是通过机器人进行的，所以没有必要使用如实施方式1那样的过渡响应性优良的进给电机，降低了成本。而且，因为没有必要如实施方式1那样缩短焊炬的长度，所以提高了操作性。

Claims (4)

1.一种消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，在由焊炬前进进给焊丝且在焊丝和母材之间重复电弧产生状态和短路状态的消耗电极电弧焊接中，通过焊丝和母材之间的电压值或电阻值的变化达到了缩颈检测基准值来检测从短路状态再产生电弧的前兆现象即熔滴的缩颈，从该缩颈检测时刻起以减少对短路负载通电的焊接电流的状态使电弧再产生，若电弧再产生则增加焊接电流，

于再产生电弧之前，在自所述缩颈检测时刻的经过时间达到了预先确定的基准时间时，通过使焊丝后退移动而远离母材来再产生电弧，若电弧再产生则停止所述后退移动。

2.根据权利要求1所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

使所述焊接电流的增加及所述后退移动的停止从所述电弧再产生的时刻仅延迟预先确定的延迟时间。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

所述后退移动是指焊丝的后退进给，所述后退移动的停止是指停止所述后退进给并返回到所述前进进给。

4.根据权利要求1～2任意一项所述的消耗电极电弧焊接的缩颈检测控制方法，其特征在于，

所述后退移动是指使所述焊炬后退移动来增高焊炬高度，在所述后退移动停止后使所述焊炬前进移动并将所述焊炬高度返回到原来的高度。