专利名称：二氧化碳脉冲电弧焊接方法
技术领域：
本发明涉及用于在使用以二氧化碳为主成分的保护气体的熔化电极式脉冲电弧 焊接中，进行稳定的熔滴过渡的二氧化碳脉冲电弧焊接方法。
背景技术：
采用以氩气作为主成分的保护气体的熔化电极式脉冲电弧焊接被广泛使用。作为 以该氩气为主成分的保护气体，在母材为钢铁材料时使用20体积％二氧化碳+80体积％氩 气(活性气体保护脉冲焊接，ι 〃 > 7溶接)、母材为铝材料时使用100体积％氩气(惰 性气体保护脉冲焊接，$ V 〃> 7溶接)。在采用以这种氩气作为主成分的保护气体的脉冲 电弧焊接中，由于熔滴过渡处于成为焊丝的直径那样的细粒而周期地稳定地进行的射流过 渡状态，从而能够进行溅射产生少的良好的焊接。以下对采用以氩气为主成分的保护气体 的脉冲电弧焊接进行说明。
图4为采用以氩气为主成分的保护气体的脉冲电弧焊接的一般的电流 电压波形 图。该图(A)表示对电弧进行通电的焊接电流Iw的时间变化，该图(B)表示焊丝与母材之 间的焊接电压Vw的时间变化。以下，参照该图进行说明。
时刻tl t2的峰值期间Tp中，如该图㈧所示，为了使熔滴形成并过渡到焊丝 前端，通电临界电流值以上的峰值电流Ip，如该图(B)所示，在焊丝与母材之间施加与电弧 长成比例的峰值电压Vp。
时刻t2 t3的基值期间Tb中，如该图(A)所示，为了不形成熔滴而通电小电流 值的基值电流Π3，如该图⑶所示，施加基值电压Vb。将时刻tl t3为止的期间作为脉 冲周期Tpb来反复进行焊接。
为了进行良好的脉冲电弧焊接，将电弧长维持为适当值是重要的。为了将电弧长 维持为适当值而进行以下那样的输出控制(电弧长控制)。电弧长与该图(B)由虚线所示 的焊接电压平均值Vav大致成比例关系。因此，检测焊接电压平均值Vav，按照该检测值与 相当于适当电弧长的焊接电压设定值相等的方式进行使由该图(A)的虚线所示的焊接电 流平均值Iav发生变化的输出控制。焊接电压平均值Vav比焊接电压设定值大时为电弧长 比适当值长时，因此减小焊接电流平均值Iav并减小丝熔融速度，电弧长变短。反过来，焊 接电压平均值Vav比焊接电压设定值小时为电弧长比适当值短时，因此增大焊接电流平均 值Iav并增大丝熔融速度，电弧长变长。作为上述的焊接电压平均值Vav，一般地使用对焊 接电压Vw进行平滑后的值的情况较多。
在上述中，作为用于使焊接电流平均值Iav发生变化的焊接电源的输出控制，主 要使用频率调制控制以及脉冲宽度调制控制。频率调制控制中，将峰值电流IP、基值电流 Ib以及峰值期间Tp固定为规定值，控制基值期间Tb的长度以使焊接电压平均值Vav与焊 接电压设定值相等。基值期间1 产生变化的情况下脉冲周期Tpb产生变化，因此这种方式 称作频率调制控制。此外，脉冲宽度调制控制中，将峰值电流Ip、基值电流Λ及脉冲周期 Tpb固定为规定值，控制峰值期间Tp的长度以使焊接电压平均值Vav与焊接电压设定值相等。
接下来，参照该图对熔滴过渡进行说明。通过峰值电流Ip的通电而焊丝前端被熔 融，形成熔滴。此时，使用以氩气为主成分的保护气体，因此形成为电弧的阳极点没有集中 在熔滴下部，而扩展分布在熔滴全体。从而，对熔滴不作用推压力。峰值电流Ip对所形成 的熔滴进行通电时，对熔滴上部作用电磁的收缩力而产生缩颈。之后，在峰值期间Tp结束 前后(即将结束之前、结束时或者结束之后不久)，熔滴脱离并向熔融池进行过渡。如果上 述峰值电流Ip以及峰值期间Tp的组合称作单位脉冲(unit pulse)条件，则设定为焊丝的 直径那样的熔滴被形成并进行脱离的值。因此，熔滴作为焊丝的直径那样的细粒按每个峰 值期间Tp进行射流过渡。将该状态称作1脉冲1熔滴过渡状态。如上那样，溅射发生非常 少的焊接成为可能。
如上所述，在采用以氩气为主成分的保护气体的脉冲电弧焊接中，处于1脉冲1熔 滴过渡的稳定的射流过渡状态。在此，氩气与二氧化碳相比成本变高，因此以往尝试通过减 小氩气的比率并增大二氧化碳的比率来削减保护气体的成本。但是，在二氧化碳与氩气的 混合气体中，如果二氧化碳的比率超过30体积％，则由于以下所说明的理由而稳定的射流 过渡逐渐变得困难。尤其在使用二氧化碳的比率超过50体积％的二氧化碳为主成分的保 护气体的情况下，不会处于稳定的射流过渡状态，产生大粒的溅射物。在此以后的说明中， 在记载有以二氧化碳为主成分的保护气体时，意味着二氧化碳的比率超过50体积％的混 合气体。在使用以二氧化碳为主成分的保护气体的情况下，在峰值电流Ip通电时形成为电 弧的阳极点集中于熔滴的最下部。这是因为，与氩气相比二氧化碳的电位梯度大，因此使电 弧长变得最短的作用发生。其结果，处于阳极点的温度显著变高的状态，处于金属蒸汽吹起 来的状态，对熔滴作用推压力。即通过峰值电流Ip的通电而形成熔滴，并且该推压力进行 作用，熔滴简单地处于未脱离的状态。在该状态下，为了使熔滴强行地脱离，需要使峰值期 间Tp比通常值增长3 5倍左右，使熔滴较大地成长，通过重力进行脱离。但是，如果这样 作，则熔滴成为焊丝的直径的数倍程度的大小的块来进行脱离，产生大粒的溅射物。进而， 该大熔滴与峰值电流Ip的通电不同步而随机地过渡，焊接状态处于不稳定状态，焊接质量 也变差。为了解决采用以二氧化碳为主成分的保护气体的脉冲电弧焊接(以下称作二氧化 碳脉冲电弧焊接)的上述那样的问题，提出以下那样的现有技术。
在专利文献1的发明中，设峰值电流Ip的前半期间为比后半期间大的值，成为右 肩下降的阶梯状。通过如上那样进行，在峰值电流Ip的后半期间形成熔滴，接下来通过基 值期间Tb对熔滴进行整形，接着通过峰值电流Ip的前半期间来使熔滴过渡。此外，在专利 文献2 4的发明中，将峰值电流Ip作为多个峰值电流群进行通电，使熔滴的形成稳定化 并容易地过渡。
专利文献1JP特开昭60-56486号公报
专利文献2JP特开昭61-17369号公报
专利文献3JP特开平1-254385号公报
专利文献4JP特开2007-237270号公报
专利文献5JP特开2006-116546号公报
如上所述，在二氧化碳脉冲电弧焊接中，为了改善熔滴的形成以及脱离，提出了专 利文献1 4所示的各种方案。但是，在当前时刻，不能说二氧化碳脉冲电弧焊接被实用化，二氧化碳脉冲电弧焊接用的焊接装置也没有被出售。上述内容表示即使实施专利文献1 4所提出的改善，课题仍然存在。
根据专利文献1的发明，通过前半期间的峰值电流而熔滴的过渡概率变高，但熔 滴的过渡不与峰值电流同步而随机地产生的情况依然较多。这是由于通过增大前半期间的 峰值电流的值而在熔滴上部形成缩颈，从而促进脱离，但另一方面，由于推压力也增大，因 此熔滴没有真正地脱离的缘故。此外，根据专利文献2 4的发明，通过将峰值电流作为多 个峰值电流群进行通电，从而能够平滑地形成熔滴。这是由于作为多个峰值电流群进行通 电的一方与通电连续的峰值电流相比，能够分散对熔滴进行作用的推压力，从而熔滴的形 成变得平滑。但是，为了使该形成的熔滴通过峰值电流脱离，在熔滴的上部形成缩颈是必要 的，此时也同时作用推压力。其结果，通过多个峰值电流群的通电使熔滴真正地脱离是困难 的。因此，在专利文献2 4的发明中，熔滴的形成被改善，但残留熔滴可靠地脱离的课题。
在此，对钢铁材料的直流二氧化碳电弧焊接进行考虑时，在平均焊接电流值小于 约200A的电流区域中，熔滴处于短路过渡。即电弧期间和短路期间被周期地反复，在电弧 期间中形成的熔滴在短路期间中进行过渡。通过对该短路期间中的焊接电流精密地进行控 制，从而能够处于减少溅射的发生的状态。但是，采用以氩气为主成分的保护气体的脉冲 电弧焊接(活性气体保护脉冲焊接或者惰性气体保护脉冲焊接)一方能够进一步减少溅 射的发生。但是，可以说在该电流区域中，二氧化碳电弧焊接的溅射的发生量为在实用上没 有问题的水平。如果处于平均焊接电流值为约200A以上的电流区域，则电弧长变长时处 于熔滴过渡，熔滴由于重力不伴随短路而通过自由落下来进行过渡。因此，溅射的发生不 多。在该电流区域中，由于进行焊接速度为80cm/min以上的高速焊接，因此为了防止咬边 (undercut)等的焊接缺陷，需要将电弧长较短地设定来进行焊接。如果缩短电弧长，则熔滴 处于伴随短路来进行过渡的状态。而且，由于短路产生的定时是随机的，因此熔滴的大小也 有各种尺寸，由于处于不规则的熔滴过渡状态，因此大粒的溅射物产生较多。因此，在200A 以上的电流区域中，进行高速焊接的情况下，通过进行采用以氩气为主成分的保护气体的 脉冲电弧焊接，能够减少溅射的发生。
如上所述，采用以二氧化碳为主成分的保护气体来进行焊接，想要减少溅射的发 生的焊接条件为特别在200A以上的电流区域中进行高速焊接的情况。在此，本发明的目的 在于，在200A以上的电流区域中的高速焊接中，通过改善二氧化碳脉冲电弧焊接的熔滴过 渡状态，从而比二氧化碳电弧焊接时减少溅射发生量。发明内容
为了解决上述的课题，技术方案1的发明，使用以二氧化碳作为主成分的保护气 体，进给焊丝，并将流通峰值电流的峰值期间和流通基值电流的基值期间作为1脉冲周期 来反复地进行焊接，该二氧化碳脉冲电弧焊接方法的特征在于，上述峰值期间中对上述峰 值电流进行恒流控制，并且通过使上述峰值电流进行振动而在焊丝的前端形成熔滴，上述 基值期间中通过短路过渡使该形成的熔滴向熔融池过渡，通过对上述基值期间中的焊接电 压进行恒压控制来进行电弧长控制。
技术方案2的发明，根据技术方案1所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在 于，上述进行振动的峰值电流的振幅及振动周期被设定为抑制熔滴的过热且溅射物不从形成中的熔滴飞散的值。
技术方案3的发明，根据技术方案1或者2所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其 特征在于，上述进行振动的峰值电流的波形为矩形波状。
技术方案4的发明，根据技术方案1 3中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述峰值期间为按照焊丝的进给速度而设定的期间。
技术方案5的发明，根据技术方案1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述基值期间为进行短路过渡之前继续的期间。
技术方案6的发明，根据技术方案1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间和接着该短路待机期间 的熔滴进行短路过渡的短路期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基 值电流，上述短路期间中流通从上述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第 2基值电流。
技术方案7的发明，根据技术方案1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的 熔滴进行短路过渡的短路期间和接着该短路期间的防止电弧再次发生之后再次发生短路 的预定的再次短路防止期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电 流，上述短路期间中流通从上述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基 值电流，上述再次短路防止期间中流通值比上述第1基值电流的值大的第3基值电流。
技术方案8的发明，根据技术方案1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的 熔滴进行短路过渡的短路期间和接着该短路期间的预定的延迟期间形成，上述短路待机期 间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上述第1基值电流的值 开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流，上述延迟期间中流通值比上述短路期间的 结束时点的上述第2基值电流的值小的第4基值电流。
技术方案9的发明，根据技术方案1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法，其特征在于，上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的 熔滴进行短路过渡的短路期间、接着该短路期间的防止电弧再次发生之后再次发生短路的 预定的再次短路防止期间和接着该再次短路防止期间的预定的延迟期间形成，上述短路待 机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上述第1基值电流 的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流，上述再次短路防止期间中流通值比上 述第1基值电流的值大的第3基值电流，上述延迟期间中流通值比上述短路期间的结束时 点的上述第2基值电流的值小的第4基值电流。
通过本发明，在采用以二氧化碳作为主成分的保护气体的二氧化碳脉冲电弧焊接 方法中，设置峰值期间和基值期间，通过使峰值期间中的峰值电流振动来将熔滴形成为大 致期望尺寸，能够使该形成的熔滴在基值期间中进行短路过渡。因此，能够实现1脉冲周期 1熔滴过渡状态，从而能够进行溅射发生少的高质量的焊接。尤其在200A以上的电流区域 中的高速焊接时，与直流的二氧化碳电弧焊接方法相比能够抑制溅射的发生，也能够改善 焊道外观。
图1为表示本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方法的电流·电压波 形图。
图2为例示本发明的实施方式相关的与进给速度相对应的峰值期间Tp的适当值 的图。
图3为用于实施本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方法的焊接电 源的框图。
图4为现有的脉冲电弧焊接方法的电流·电压波形图。
符号的说明
1-焊丝；2-母材；3-电弧；4-焊炬；5-进给辊；Bi-电流微分信号；E-输出电 压；Ecr-电压控制设定信号；ED-输出电压检测电路；Ed-输出电压检测信号；EI-电流误 差放大电路；Ei-电流误差放大信号；ERC-电子电抗器控制电路；ER-输出电压设定电路； Er-输出电压设定信号；EV-电压误差放大电路；Ev-电压误差放大信号；Hip-高峰值电流； HIPR-高峰值电流设定电路；HIpr-高峰值电流设定信号；HTp-高峰值期间；Iav-焊接电流 平均值；Ib-基值电流Jbl-第1基值电流；让2_第2基值电流；让3_第3基值电流；让4_第 4基值电流；ID-电流检测电路；Id-焊接电流检测信号；Ip-峰值电流；IPR-峰值电流设定 电路；Ipr-峰值电流设定信号；Iw-焊接电流；Lip-低峰值电流；LTp-低峰值期间；PM-电 源主电路；Sd-短路判别电路；Sd-短路判别信号；Spb-脉冲周期信号；ST-期间切换控制电 路；St-期间切换控制信号；SUB-减法运算电路；SW-切换电路；Tb-基值期间；Td-延迟期 间；TDR-延迟期间设定电路；Tdr-延迟期间设定信号；Th-再次短路防止期间；THR-再次 短路防止期间设定电路；Thr-再次短路防止期间设定信号；Tp-峰值期间；Tpb-脉冲周期； Ts-振动周期；TSR-振动周期设定电路；Tsr-振动周期设定信号；Vb-基值电压；VD-电压检 测电路；vd-焊接电压检测信号；Vp-峰值电压；Vw-焊接电压；Ws-振幅；WSR-振幅设定电 路；Wsr-振幅设定信号具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为表示本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方法的电流·电压波 形图。该图㈧表示焊接电流Iw的时间变化，该图⑶表示焊接电压Vw的时间变化。该 图为采用以二氧化碳为主成分的保护气体的二氧化碳脉冲电弧焊接方法的情况。以下，参 照该图进行说明。
在本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方法中，时刻tl t3的脉冲 周期Tpb由两个期间形成。第一个期间为时刻tl t2的基值期间Tb，第二个期间为时刻 t2 t3的峰值期间Tp。因此，将基值期间Tb与峰值期间Tp作为1脉冲周期Tpb，来反复 进行焊接。在基值期间Tb中熔滴进行短路过渡，在峰值期间Tp中形成熔滴。峰值期间Tp 被预先设定为适当值以使形成大致固定尺寸的熔滴。在该峰值期间Tp中，焊接电源的输出 被恒流控制，因此能够对峰值电流Ip的值进行直接控制。基值期间Tb中为在峰值期间Tp 中形成的熔滴进行短路过渡之前所继续的期间，按每周期而成为不同的值。该基值期间Tb 中的焊接电源的输出被恒压控制。这是因为与一般的熔化电极电弧焊接时同样，通过对输出进行恒压控制来进行电弧长控制的缘故。因此，基值电流Λ的值成为不能进行直接控制 而由电弧负载决定的值。以下，对各期间详细地说明。
(1)基值期间Tb (短路过渡期间)
前一期间的峰值期间Tp中处于形成熔滴的状态。之后，如该图(A)所示，由电弧负 载确定的第1基值电流Ibi从时刻tl开始流通。由于处于稳定状态下的焊接电流平均值 与焊丝的进给速度相对应地确定，因此如果进给速度为固定值，则焊接电流平均值也能看 作为固定值。由于峰值电流Ip被设定为大的值，因此为了使焊接电流平均值成为固定值， 相对地基值电流成为小的值。因此，上述的第1基值电流Ibl的值也成为比峰值电流Ip 的平均值小的值。如该图⑶所示，焊接电压Vw成为基值电压值Vb。在该状态下，焊丝以 规定的固定速度向熔融池被进给，上述的第1基值电流Ibi为小电流值，因此进给速度比熔 融速度快，丝前端逐渐向熔融池接近。之后，在时刻til，丝前端的熔滴与熔融池相接触而处 于短路状态时，如该图(B)所示，焊接电压Vw急剧下降到数V程度的短路电压值。通过焊 接电压Vw的变化判别该短路状态时，如该图㈧所示，流通从上述的第1基值电流Ibl的 值随着时间经过逐渐地增加的第2基值电流(短路电流)Ib2,而短路状态被解除。在时刻 til tl2的短路期间中，熔滴进行短路过渡，在时刻tl2中，电弧再次发生。如果电弧再 次发生，则如该图(B)所示，焊接电压Vw急剧上升到数十V程度的电弧电压值。如果通过 焊接电压Vw的变化来判别电弧的再次发生，则如该图㈧所示，时刻tl2 tl3的预定的 再次短路防止期间Th中流通比上述的第1基值电流rtl的值大的值即第3基值电流Λ3。 通过该第3基值电流Λ3的流通，防止在电弧再次发生之后不久再次发生短路。即在电弧 再次发生时点，由于丝前端与熔融池处于相接近的距离，根据焊接条件(焊丝的种类、进给 速度、坡口分配(开先計上)、焊接速度等)由于熔融池的一点儿的振动，处于再次短路容易 发生的状态。如果再次短路发生，则溅射发生，并且焊接状态也变得不稳定。为了防止该再 次短路的发生，通过电弧再次发生时流通大值的第3基值电流Λ3，从而增强对熔融池的电 弧力，挤压熔融池，增长丝前端与熔融池之间的距离，从而防止再次短路。通过进行控制以 使第3基值电流Ib3从在时刻tl2电弧再次发生的时点下的电流缓缓地减少，从而维持大 的值。上述的再次短路防止期间Th被设定在0.5 3ms程度的范围。优选该再次短路防 止期间Th按照焊接条件进行标准化。
之后，如该图(A)所示，在从上述的再次短路防止期间Th结束的时刻tl3经过了 预定的延迟期间Td后的时刻t2，向峰值期间Tp转移。在该时刻tl3 t2的延迟期间Td 中，如该图㈧所示，流通比上述短路期间的结束时点的上述第2基值电流的值小的值即第 4基值电流Λ4，如该图⑶所示，焊接电压Vw成为基值电压Vb。该延迟期间Td被设定为 0. 5 3ms程度的范围。设置该延迟期间Td的理由为通过在电弧再次发生后流通小电流值 的第4基值电流Λ4，从而减弱对熔融池的电弧力，使熔融池表面变得平坦的缘故。由此，能 够减少从大电流值的峰值电流Ip开始流通时的来自熔融池的溅射。
对该基值期间Tb中的熔滴过渡进行说明，如下所述。在前一峰值期间Tp中，熔滴 如后所述那样形成为大致固定尺寸。之后，时刻tl til的短路待机期间中流通小电流值 的第1基值电流让1，因此对熔滴不怎么作用抬举力，重力及表面张力进行作用，其形状被 整形为球形状。此外，在小电流值的第1基值电流Ibl流通的状态下，在时刻11短路发生， 因此短路发生时的溅射的发生减少。同时在熔滴被整形的状态下与熔融池相接触，因此与熔融池平滑地成为一体。因此，熔滴处于短路过渡状态，从而无需比短路期间中的第2基值 电流Λ2的值大，而平滑地进行过渡，再次产生电弧。在该电弧再次产生时发生少量的溅 射，但由于为平滑的短路过渡，因此该量不会变多，不会达到实用上成为问题的水平。
上述的短路待机期间为熔滴在熔融池中进行短路之前的期间，因此不是固定值而 为按照焊接状态而每时每刻变化的值。同样，上述的短路期间为从熔滴与熔融池进行短路 开始到完成过渡而电弧再次发生为止的期间，因此不是固定值而是按照熔滴过渡状态来进 行变化的值。但是，在处于稳定的焊接状态的情况下，该短路期间的偏差小。上述的再次短 路防止期间Th及上述的延迟期间Td为预定的固定值。因此，作为这些期间的合计期间即基 值期间1 不是固定值而是按照焊接状态进行变化的值。但是，在稳定的焊接状态下，基值 期间Tb能看作大致固定值。基值期间Tb中的基值电流Λ由上述的第1基值电流Ibl 第4基值电流Ib4形成。上述的再次短路防止期间Th及延迟期间Td能够按照焊接条件来 设定是否设置。这是因为存在按照焊接条件设定各个期间的一方实现溅射的减少等的效果 的情况。反过来，即使设定这些期间也存在不能实现溅射的减少等的效果的焊接条件。因 此，只要按照焊接条件，从以下那样的四个模式选择一个模式，形成基值期间Tb即可。
(a)短路待机期间+短路期间
(b)短路待机期间+短路期间+再次短路防止期间Th
(c)短路待机期间+短路期间+延迟期间Td
(d)短路待机期间+短路期间+再次短路防止期间Th+延迟期间Td
(2)时刻t2 t3的峰值期间Tp (熔滴形成期间)
时刻t2 t3的峰值期间Tp中，如该图(A)所示，流通进行振动的峰值电流Ip， 如该图⑶所示，焊接电压Vw成为与其相对应的进行振动的峰值电压Vp。峰值电流Ip的 振动波形，如该图(A)所示，时刻t2 t21所示的高峰值期间HTp中成为高峰值电流HIp， 接下来的时刻t21 t22的低峰值期间LTp中成为低峰值电流Lip。高峰值期间HTp与低 峰值期间LTp的合计期间成为振动周期Ts。此外，高峰值电流HIp与低峰值电流LIp之差 (HIp-LIp)成为振幅Ws。进而，占空比Ds = HTp/Ts。因此，峰值电流Ip由振幅Ws及振 动周期Ts进行振动。焊丝成为直径1.2mm的软钢丝时的各值的范围的例子如下。高峰值 电流HIp 350 500A、振幅Ws :200 400A、振动周期Ts :1. 5 3. 0ms、占空比Ds :0. 5 0. 75。在该图中，例示了峰值电流Ip以矩形波状进行振动的情况，但也可以梯形波状、三角 波状、正弦波状、锯齿波状等进行振动。使峰值电流Ip进行振动的理由如下。即不使峰值 电流Ip进行振动而连续地进行通电时，随着熔滴的形成而熔滴的温度变得过热，产生熔滴 中包含的气体膨张而熔滴破裂的现象。如果该破裂现象产生，则溅射物从熔滴中飞散，并且 熔滴的形成也被妨碍。如果使峰值电流Ip以适当的振幅Ws及振动周期Ts进行振动，则能 够抑制熔滴的过热，能够形成期望大小的熔滴。期望大小的熔滴为焊丝的直径的1. 5 2. 5 倍程度的大小。因此，振幅Ws及振动周期Ts被设定为熔滴没有过热且溅射物不从熔滴飞 散的值。两值按照焊丝的材质、直径、保护气体的种类、进给速度等设定为适当值。根据该 峰值期间Tp而形成大致期望尺寸的熔滴。
如上所述，峰值期间Tp的长度按照焊接条件(焊丝的材质、直径及进给速度)被 设定为适当值。该适当值按照在各焊接条件中进行焊接实验，在峰值期间Tp中形成的熔滴 稳定地成为大致同一尺寸的方式被选定。图2为对峰值期间Tp相对进给速度的适当值进行例示的图。该图的横轴表示进给速度(m/min)，纵轴表示峰值期间Tp(ms)。该图为焊丝使 用直径1.2mm的软钢丝的情况。如该图所示，随着进给速度变快，峰值期间Tp也变长。这 是由于进给速度变快时，延长峰值期间Tp并取得进给速度与熔融速度之间的平衡以使峰 值期间Tp中形成的熔滴尺寸变大的缘故。
对上述的本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方法的熔滴过渡进行 整理，如以下那样。
(1)峰值期间Tp中，通过使峰值电流Ip进行振动，能够抑制对熔滴的过热，并防止 来自熔滴的溅射发生。峰值期间Tp的长度按照焊接条件被设定为适当值。因此，能够稳定 地形成期望尺寸的熔滴。
(2)基值期间Tb中，通过流通小电流值的第1基值电流rtl，引导焊丝前端的熔 滴进行与熔融池之间的短路。之后，熔滴进行短路过渡。由于以小电流值的第1基值电流 Ibl发生短路，因此短路发生时的溅射的发生减少。此外，大致固定尺寸的熔滴进行短路过 渡，因此平滑地进行过渡，电弧再次发生时的溅射的发生也没有达到实用上成为问题那样的量。
(3)通过上述⑴及(2)的动作，一个熔滴按每个脉冲周期Tpb同步地进行过渡。 即、1脉冲周期1熔滴过渡状态实现，处于稳定的焊接状态。因此，在焊接状态容易变得不稳 定的200A以上的电流区域中的高速焊接时，也能进行溅射的发生少的高质量的焊接。
以下表示图1的波形中的各参数的数值例。焊丝直径1. 2mm的软钢丝、平均焊接 电流值220A、进给速度(设定值)7m/min、短路待机期间的第1基值电流rtl :100A、再次 短路防止期间Th (设定值)1ms、延迟期间Td(设定值)1ms、第4基值电流让4:10(^、高 峰值电流值HIp (设定值)450A、振幅Ws (设定值)350A、振动周期Ts (设定值)2.0ms、 占空比Ds(设定值)1. 5/2. 0 = 0. 75、峰值期间Tp(设定值)9.5ms。(设定值)的记载 表示预先设定为适当值的值。反过来，没有记载为(设定值)的值为测定值，表示为进行变 化的值。
图3为用于实施图1中所述的本发明的实施方式相关的二氧化碳脉冲电弧焊接方 法的焊接电源的框图。以下，参照该图对各模块进行说明。
电源主电路PM，将3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的误 差放大信号fe进行逆变控制的输出控制，输出适于电弧焊接的焊接电流Iw及输出电压E。 该电源主电路PM，省略图示，但例如由以下部分组成对商用电源进行整流的1次整流器； 对被整流的直流进行平滑的电容器；将被平滑的直流变换为高频交流的逆变器电路；将高 频交流降压为适于电弧焊接的电压值的高频变压器；对降压后的高频交流进行整流的2次 整流器；将上述的误差放大信号fe作为输入，进行脉冲宽度调制控制，基于该结果对上述 的逆变器电路进行驱动的驱动电路。电抗器WL为在铁芯上缠绕电缆的器件，具有H) 的电感值，对上述的电源主电路PM的输出进行平滑。从电源主电路PM输出的电压成为输 出电压E，通过电抗器WL后的电压成为焊接电压Vw。因此，焊接电压Vw成为焊丝1与母材 2之间的电压。焊丝1通过丝进给装置(省略图示)的进给辊5的旋转经过焊炬4内被进 给，在与母材2之间产生电弧3。
电流检测电路ID对上述的焊接电流Iw进行检测，输出焊接电流检测信号Id。电 压检测电路VD对上述的焊接电压Vw进行检测，输出焊接电压检测信号Vd。短路判别电路SD将该焊接电压检测信号Vd作为输入，根据该值判别短路状态，输出成为高电平的短路判 别信号Sd。峰值期间设定电路IPR输出预定的峰值期间设定信号Tpr。该峰值期间设定信 号Tpr，如上所述，按照焊接条件设定为适当值。再次短路防止期间设定电路THR输出预定 的再次短路防止期间设定信号Thr。延迟期间设定电路TDR输出预定的延迟期间设定信号 Tdr。期间切换控制电路ST将上述的峰值期间设定信号Tpr、上述的再次短路防止期间设定 信号Thr、上述的延迟期间设定信号Tdr及上述的短路判别信号Sd作为输入，通过峰值期间 设定信号Tpr确定的期间结束时，该值变化为1 (短路待机期间)，在该期间中短路判别信 号Sd成为高电平(短路状态)时，该值成为2 (短路期间)，之后短路判别信号Sd成为低 电平(电弧发生状态)时，从该时点通过再次短路防止期间设定信号Thr确定的期间中，该 值成为3(再次短路防止期间Th)，接下来通过延迟期间设定信号Tdr确定的期间中该值成 为4 (延迟期间Td)，接下来通过峰值期间设定信号Tpr确定的期间中该值成为5 (峰值期间 Tp)，输出期间切换控制信号M。该期间切换控制信号St，在图1中，时刻tl t2的短路 待机期间中成为1，时刻til tl2的短路期间中成为2，时刻tl2 tl3的再次短路防止 期间1 中成为3，时刻tl3 t2的延迟期间Td中成为4，时刻t2 t3的峰值期间Tp中 成为5。
电子电抗器控制电路ERC，将上述的期间切换控制信号M及上述的焊接电流检测 信号Id作为输入，期间切换控制信号St为2(短路期间)或者3 (再次短路防止期间)时对 焊接电流检测信号Id进行微分并乘以预定的放大率Lr，输出电流微分信号Bi = Lr .did/ dt，期间切换控制信号^为该值以外的值时，输出电流微分信号Bi = 0。该放大率Lr为正 的值，为决定通过电子控制形成的电抗器的电感值的常数。因此，如后所述，该放大率Lr决 定短路期间的焊接电流的增加率及再次短路防止期间Th中的焊接电流的减少率。输出电 压设定电路ER输出预定的输出电压设定信号Er。减法运算电路SUB从该输出电压设定信 号Er减去上述的电流微分信号Bi，输出电压控制设定信号Ecr = Er-Bi。输出电压检测电 路ED检测上述的输出电压E并输出输出电压检测信号Ed。电压误差放大电路EV对上述的 电压控制设定信号Ecr与该输出电压检测信号Ed之间的误差进行放大，输出电压误差放大 信号Εν。该电子电抗器控制，如专利文献5所示，为以往被广泛使用的技术。其概要如下。 如果成为图1所示的时刻til tl2的短路期间，则负载状态处于短路负载，被恒压控制， 因此焊接电流Iw急速地增加。此时，放大率Lr > 0、dld/dt > 0，因此电流微分信号Bi > 0。其结果，电压控制设定信号Ecr = Er-Bi成为比输出电压设定信号Er小电流微分信号 Bi的值的值，减缓焊接电流Iw的增加速度。如果处于时刻tl2 tl3的再次短路防止期 间Th，则负载状态成为电弧负载，因此焊接电流Iw减少。此时，焊接电流Iw也通过电子电 抗器控制而缓慢地减少。其结果，再次短路防止期间Th中的上述的第3基值电流Ib3大致 维持电弧再次发生时的大的值的电流。如果成为时刻tl3的延迟期间Td，则电子电抗器控 制的动作被禁止，因此焊接电流Iw骤减而成为小的值的第4基值电流Λ4。在该电子电抗 器控制中，电子地形成具有Lr (μ H)的电感值的电抗器。因此，与上述的电抗器WL的电感 值Lw相加，焊接电源内置具有Lw+Lr的电感值的等效电抗器。例如被设定为Lw = 30 μ H、 Lr = 200 μ H。Lw为小的值的原因在于加速峰值电流Ip的变化的方能对焊接状态稳定化。 另一方面，短路期间及再次短路防止期间Th中，减缓焊接电流Iw的变化的方能够使焊接状 态稳定化，因此使用于形成大的值的Lr的电子电抗器控制进行动作。12
高峰值电流设定电路Hira输出预定的高峰值电流设定信号HIpr。振幅设定电路 WSR输出预定的振幅设定信号Wsr。振动周期设定电路TSR输出预定的振动周期设定信号 Tsr0占空比设定电路DSR输出预定的占空比设定信号Dsr。峰值电流设定电路II3R将上述 的高峰值电流设定信号HIpr、上述的振幅设定信号Wsr、上述的振动周期设定信号Tsr、上 述的占空比设定信号Dsr及上述的期间切换控制信号^作为输入，输出从变化为期间切换 控制信号M = 5(峰值期间Tp)的时点开始同步地开始振动的图1所示的矩形波状的峰值 电流设定信号Ipr。电流误差放大电路EI对该峰值电流设定信号Ipr与上述的焊接电流检 测信号Id之间的误差进行放大，输出电流误差放大信号Ei。切换电路SW将上述的期间切 换控制信号M、上述的电流误差放大信号Ei及上述的电压误差放大信号Ev作为输入，在 期间切换控制信号M = 1 4 (基值期间Tb)时被切换到a侧，输出电压误差放大信号Ev 作为误差放大信号Ea，St = 5 (峰值期间Tp)时被切换到b侧，输出电流误差放大信号Ei 作为误差放大信号权。由此，峰值期间Tp中成为恒流控制，基值期间Tb中成为恒压控制。 之后，通过上述的电路构成，流通图1的焊接电流Iw，输出焊接电压Vw。
根据上述的实施方式，在采用以二氧化碳为主成分的保护气体的二氧化碳脉冲电 弧焊接方法中，设置峰值期间与基值期间，通过使峰值期间中的峰值电流振动，将熔滴形成 为大致期望的尺寸，能够使该形成的熔滴在基值期间中进行短路过渡。因此，能够实现1脉 冲周期1熔滴过渡状态，因此能够进行溅射的发生少的高质量的焊接。尤其在200A以上的 电流区域中的高速焊接时，与直流的二氧化碳电弧焊接方法相比能够进一步抑制溅射的发 生，也能够改善焊道外观。
权利要求
1.一种二氧化碳脉冲电弧焊接方法，使用以二氧化碳作为主成分的保护气体，进给焊 丝，并将流通峰值电流的峰值期间和流通基值电流的基值期间作为1脉冲周期来反复地进 行焊接，该二氧化碳脉冲电弧焊接方法的特征在于，上述峰值期间中对上述峰值电流进行恒流控制，并且通过使上述峰值电流进行振动而 在焊丝的前端形成熔滴，上述基值期间中通过短路过渡使该形成的熔滴向熔融池过渡， 通过对上述基值期间中的焊接电压进行恒压控制来进行电弧长控制。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于，上述进行振动的峰值电流的振幅及振动周期被设定为抑制熔滴的过热且溅射物不从 形成中的熔滴飞散的值。
3.根据权利要求1或者2所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述进行振动的峰值电流的波形为矩形波状。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述峰值期间为按照焊丝的进给速度而设定的期间。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述基值期间为进行短路过渡之前继续的期间。
6.根据权利要求1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间和接着该短路待机期间的熔滴进行短路过渡的短路期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上 述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流。
7.根据权利要求1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的熔滴进行短路过渡的短路期间和接着该短路期间的防止电弧再次发生之后再次发生短路的预定的再次 短路防止期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上 述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流，上述再次短路防止期 间中流通值比上述第1基值电流的值大的第3基值电流。
8.根据权利要求1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的熔滴进行短路过渡的短路期间和接着该短路期间的预定的延迟期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上 述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流，上述延迟期间中流通 值比上述短路期间的结束时点的上述第2基值电流的值小的第4基值电流。
9.根据权利要求1 4中任一项所述的二氧化碳脉冲电弧焊接方法，其特征在于， 上述基值期间由短路发生之前的短路待机期间、接着该短路待机期间的熔滴进行短路过渡的短路期间、接着该短路期间的防止电弧再次发生之后再次发生短路的预定的再次短 路防止期间和接着该再次短路防止期间的预定的延迟期间形成，上述短路待机期间中流通由电弧负载确定的第1基值电流，上述短路期间中流通从上述第1基值电流的值开始随着时间经过而逐渐增加的第2基值电流，上述再次短路防止期 间中流通值比上述第1基值电流的值大的第3基值电流，上述延迟期间中流通值比上述短 路期间的结束时点的上述第2基值电流的值小的第4基值电流。
全文摘要
一种二氧化碳脉冲电弧焊接方法，将流通峰值电流(Ip)的峰值期间(Tp)和流通基值电流(Ib)的基值期间(Tb)作为1脉冲周期(Tpb)来反复进行焊接，峰值期间Tp中通过振幅(Ws)及振动周期(Ts)使峰值电流(Ip)进行振动来在焊丝的前端形成期望尺寸的熔滴，基值期间(Tb)中通过短路过渡使该形成的熔滴向熔融池平滑地过渡。由此，在峰值期间(Tp)中形成的熔滴在基值期间(Tb)中进行短路过渡，因此能够实现1脉冲周期1熔滴过渡状态。因此，能进行溅射少的焊接。从而在熔化电极式二氧化碳脉冲电弧焊接中，对熔滴的形成及脱离状态进行稳定化，能进行溅射少的高质量焊接。
文档编号B23K9/09GK102029460SQ20101028823
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月19日 优先权日2009年9月30日
发明者惠良哲生, 松下和宪, 西坂太志 申请人:株式会社大亨