焊接装置的制作方法

专利名称：焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接装置，尤其涉及进行二氧化碳气体电弧焊接的焊接装置。
背景技术：
在日本特公平4-4074号公报(专利文献I)中公开了在熔化电极与母材之间反复短路和电弧产生的熔化电极式电弧焊接方法。该熔化电极式电弧焊接方法反复熔滴的形成过程和熔滴向母材过渡的过渡过程。图13是用于说明反复短路和电弧产生的熔化电极式电弧焊接方法的图。参照图13，在反复短路和电弧产生的熔化电极式电弧焊接方法中，以下说明的(a) (f)的过程按顺序反复执行。(a)熔滴与熔池接触了的短路初期状态；(b)熔滴和熔 池的接触变得可靠而熔滴向熔池过渡的短路中期状态；(C)熔滴向熔池侧过渡而在焊丝与熔池之间的熔滴产生了缩颈的短路后期状态；(d)短路断开而产生了电弧的状态；(e)焊丝的前端熔融而熔滴生长的电弧产生状态；(f)熔滴生长而即将与熔池短路之前的电弧产生状态。专利文献I :日本特公平4-4074号公报专利文献2 :日本专利第4702375号说明书在日本特公平4-4074号公报示出的以往的短路过渡焊接中，规则地产生电弧和短路。然而，在利用二氧化碳气体电弧焊接法以高的电流(焊丝的直径为I. 2mm且超过200A的电流)进行焊接的情况下，在伴有短路的熔滴过渡中，由于电弧反作用力使得熔滴在焊丝上部起皱(# 上〃 ”)，进而电弧时间延长而难以产生周期性短路，故不规则地产生电弧和短路。这样，若短路和电弧的周期不规则地变动，则短路时的熔滴尺寸不固定，焊道焊边(bead toe)部的一致度变差。另外，因为高的电流相对于熔池在不规则的位置处作用过大的电弧力，所以使熔池变大且不规则地振动，尤其使熔池向与焊接方向相反的一侧凸出，因而容易产生隆起焊道。特别是，为了提高生产率而要求焊接速度变得高速，其中在高速焊接中上述问题的影响所带来的焊接品质的劣化显著地显现出来。此外，为使焊接速度变得高速，需要加速焊丝进给速度以获取单位熔敷量。与之相伴，存在焊接电流变大这一关系。另外，焊接装置大多情况具有下述功能若设定了设定电流或焊丝进给速度则自动确定了推荐电压(也称为一元电压)。与之相对，操作员大多情况也是边观看焊接的结果边将焊接电压设定为不同于推荐电压的值。但是，若相对于推荐电压而将设定电压设定得极端得大或极端得小，则电弧容易变得不稳定。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现稳定的熔滴生长及稳定的电弧产生的焊接>J-U ρ α装直。简而言之，本发明提供一种通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接的焊接装置，该焊接装置具备电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和控制部，其控制电源电路的电压。控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制电源电路。控制部进而按照将反复增减的波 形叠加于振幅中心电流以产生高电平电流的方式控制电源电路。控制部进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，根据推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差来使振幅中心电流增减。在另一方面，本发明提供一种通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接的焊接装置，该焊接装置具备电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和控制部，其控制电源电路的电压。控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制电源电路。控制部进而按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生高电平电流的方式控制电源电路。控制部进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，根据推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差来使第I电弧期间增减。在另一方面，本发明提供一种通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接的焊接装置，该焊接装置具备电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和控制部，其控制电源电路的电压。控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制电源电路。控制部进而按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生高电平电流的方式控制电源电路。控制部进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，在推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差为第I范围的情况下，根据电压差来使振幅中心电流增减，在电压差为不同于第I范围的第2范围的情况下，根据电压差来使第I电弧期间增减。在上述任意一个焊接装置中优选，反复增减的波形为三角波或正弦波。在上述任意一个焊接装置中优选，在短路期间中检测到熔滴的缩颈的情况下，控制部进行使短路电流减少的缩颈检测控制。发明效果根据本发明，在二氧化碳气体电弧焊接方法中，通过将以固定频率且符合熔滴尺寸的振幅进行增减的波形叠加于电弧期间初期的电流之后输出电流，由此能够实现稳定的熔滴生长。因而，在电弧初期不会产生不必要的短路，能够得到高的焊接稳定性。另外，即便根据焊接装置所设定的推荐电压来变更设定电压，也可防止电弧变得不稳定。


图I是实施方式I涉及的焊接装置的框图。图2是示出了由实施方式I涉及的焊接装置进行焊接之际的焊接电压及焊接电流的动作波形图。图3是示出了图2的t = t3下的焊接部分的状态的图。图4是示出了图2的t = t4下的焊接部分的状态的图。图5是示出了图2的t = t5下的焊接部分的状态的图。图6是示出了图2的t = t7下的焊接部分的状态的图。图7是示出了实施方式2涉及的焊接装置100A的构成的框图。图8是示出了实施方式3涉及的焊接装置100B的构成的框图。
图9是示出了实施方式4涉及的焊接装置100C的构成的框图。图10是示出了由实施方式4涉及的焊接装置进行焊接之际的焊接电及焊接电流和控制信号的动作波形图。图11是示出了实施方式5涉及的焊接装置100D的构成的框图。图12是示出了实施方式6涉及的焊接装置100E的构成的框图。图13是用于说明反复短路和电弧产生的熔化电极式电弧焊接方法的图。符号说明I焊丝；2母材；3电弧；4焊炬；5进给辊；6熔滴；7熔池；100、100A 100E焊接装置；102、102A电源电路；104、104A 104E电源控制装置；106进给装置；AD电弧检测电路；DEC基准电压误差信号分配电路；DR驱动电路；EC电压误差电路；EV电压误差放大电路；EI电流误差放大电路；FC进给控制电路PH频率设定电路；FR进给速度设定电路；G1R、G2R增益设定电路；ID电流检测电路；IHCR振幅中心电流设定电路；IR焊接电流设定电路；NA与非电路；ND缩颈检测电路；Ν0Τ反转电路；R限流电阻器；SW外部特性切换电路；TM计时器电路；TR1、TR2晶体管；VA电压平均化电路；VCR基准电压设定电路；VD电压检测电路；VR焊接电压设定电路；VTN检测基准值设定电路；WH振幅设定电路；WL1、WL2电抗器。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。其中，在图中，关于相同或相应部分赋予相同的符号，并不重复进行说明。此外，在本实施方式中说明的焊接方法是反复短路状态和电弧状态的焊接方法，不同于脉冲电弧焊接方法。[实施方式I]图I是实施方式I涉及的焊接装置的框图。参照图1，焊接装置100包括电源电路102、电源控制装置104、焊丝进给装置106、以及焊炬4。电源控制装置104控制电源电路102而控制为向焊炬4输出的焊接电流Iw及焊接电压Vw变为适于焊接的值。焊丝进给装置106向焊炬4进给焊丝I。虽然未图示，但是以二氧化碳气体为主成分的保护气体从焊炬4的前端部分被放出。在从焊炬4的前端突出的焊丝I与母材2之间产生电弧3，焊丝I熔融而对母材2进行焊接。焊丝进给装置106包括进给速度设定电路FR、进给控制电路FC、进给电机丽、以及进给辊5。 电源电路102包括电源主电路PM、电抗器WLl及WL2、晶体管TRl、电压检测电路VD、以及电流检测电路ID。
电源主电路PM将3相200V等的商用电源(未图示)作为输入，按照后述的误差放大信号Ea进行基于逆变器控制的输出控制，输出适于电弧焊接的焊接电流Iw及焊接电压Vw。虽然未图示，但是电源主电路PM例如构成为包括对商用电源进行整流的I次整流器、对被整流后的直流进行平滑的电容器、将被平滑后的直流变换成高频交流的逆变器电路、将高频交流降压至适于电弧焊接的电压值的高频变压器、对被降压后的高频交流进行整流的2次整流器、以及将误差放大信号Ea作为输入来进行脉冲宽度调制控制并基于该结果驱动上述逆变器电路的驱动电路。电抗器WLl和电抗器WL2对电源主电路PM的输出进行平滑。电抗器WL2并联连接晶体管TR1。晶体管TRl根据在后面的图2中说明的第2电弧期间变为低电平(Low)的与非(NAND)逻辑信号Na，仅在第2电弧期间Ta2处于截止(OFF)。进给速度设定电路FR输出与预先确定的稳定进给速度设定值相当的进给速度设定信号Fr。进给控制电路FC将用于以与进给速度设定信号Fr的值相当的进给速度进给焊丝I的进给控制信号Fe输出至进给电机WM。焊丝I根据焊丝进给装置106的进给辊5的旋转而通过焊炬4内进行进给，在与母材2之间产生电弧3。·电流检测电路ID检测焊接电流Iw，并输出焊接电流检测信号Id。电压检测电路VD检测焊接电压Vw，并输出焊接电压检测信号Vd。电源控制装置104构成为包括电弧检测电路AD、计时器电路TM、与非(NAND)电路NA、反转电路NOT、增益设定电路G1R、振幅中心电流设定电路IHCR、频率设定电路冊、振幅设定电路WH、焊接电流设定电路IR、电流误差放大电路EI、焊接电压设定电路VR、基准电压设定电路VCR、电压误差放大电路EV及EC、电压平均化电路VA、以及外部特性切换电路
Sffo电弧检测电路AD将焊接电压检测信号Vd作为输入，并输出若由于焊接电压检测信号Vd的值达到阈值以上而判别产生电弧则变为高(High)电平的电弧检测信号Ad。计时器电路TM将电弧检测信号Ad作为输入，并输出在电弧检测信号Ad为低(Low)电平的期间、以及自电弧检测信号Ad变为高电平之后起的预先确定的期间内变为高电平的计时器信号Tm。与非电路NA接收计时器信号Tm被反转电路NOT反转后的信号和电弧检测信号Ad来作为输入，并输出与非逻辑信号Na。焊接电压设定电路VR输出由操作员等设定的焊接电压设定信号Vr (相当于图2的电压Vr)。电压平均化电路VA输出使焊接电压检测信号Vd平均化后的平均电压检测信号Va。电压误差放大电路EV放大焊接电压设定信号Vr与平均电压检测信号Va之间的误差，并输出电压误差放大信号Εν。基准电压设定电路VCR输出基准电压设定信号Vcr，该基准电压设定信号Vcr表示按照对应于焊丝进给速度、焊接速度等的焊接条件而成为适当的电弧长度的方式预先确定的电压设定值。该基准电压设定信号Vcr相当于一元电压中心。电压误差电路EC算出焊接电压设定信号Vr与基准电压设定信号Vcr之间的误差，并输出基准电压误差信号Ec。增益设定电路GlR输出预先确定的第I增益设定信号Glr。振幅中心电流设定电路IHCR将第I增益设定信号Glr和基准电压误差信号Ec ( = Vr-Vcr)作为输入，并输出次式(I)示出的振幅中心电流设定信号Ihcr。Ihcr = IhcrO+Glr* (Vr-Vcr) ··· (I)
其中，Ihcr表不振幅中心电流设定信号，IhcrO表不基准电压设定信号Vcr所对应的基准振幅中心电流设定信号，Glr表示第I增益设定信号，Vr表示焊接电压设定信号，Vcr表不基准电压设定信号。Glr例如能够设为10 50 (A/V)。这表不相对于电压偏差IV而言，振幅中心电流设定信号Ihcr的变化幅度为10 50A。
频率设定电路ra输出预先确定的频率设定信号Fh。振幅设定电路WH输出预先确定的振幅设定信号Wh。焊接电流设定电路IR将振幅中心电流设定信号Ihcr、频率设定信号Fh及振幅设定信号Wh作为输入，并输出焊接电流设定信号Ir。电流误差放大电路EI放大焊接电流设定信号Ir与焊接电流检测信号Id之间的误差，并输出电流误差放大信号Ei0外部特性切换电路SW接收计时器信号Tm、电流误差放大信号Ei及电压误差放大信号Ev来作为输入。外部特性切换电路SW在计时器信号Tm为高电平时切换在输入端子a侧，并将电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea进行输出。此时，因为电流误差被反馈至电源主电路PM，所以进行恒定电流控制。外部特性切换电路SW在计时器信号Tm为低电平时切换在输入端子b侧，并将电压误差放大信号Ev作为误差放大信号Ea进行输出。根据这些模块来控制焊接电流Iw。此时，因为电压误差被反馈至电源主电路PM，所以进行恒定电压控制。图2是示出了涉及实施方式I的焊接装置进行焊接之际的焊接电压及焊接电流的动作波形图。参照图I、图2，通过反复短路期间Ts和电弧期间来推进焊接。电弧期间被分为初期的第I电弧期间Tal和后期的第2电弧期间Ta2。在时刻t0 t2的短路期间Ts，焊丝I和母材2相接触而流动短路电流，在焊丝I的前端产生焦耳热，从而焊丝I的前端部处于高温。在时刻t2，若焊丝I的前端部的熔滴过渡而产生电弧，则电源控制装置104对应于焊接电压急剧上升而判别产生了电弧。与之对应地，电源控制装置104将控制切换成恒定电流控制，并过渡至第I电弧期间Tal。焊接电流上升至高电平电流(振幅中心为振幅中心电流Ihcr)。然后，在固定期间内作为焊接电流而流动着高电平电流。该高电平电流被抑制成因电弧力引起的熔滴起皱不会产生程度的电流值。将在该第I电弧期间Tal内流动的焊接电流称为高电平电流。若对焊接装置100设定焊丝进给速度或焊接电流(平均值)，则对应的推荐电压(一元电压)Vcr确定。与之相对，操作员能够利用焊接电压设定信号Vr来设定设定电压Vr0之后，电源控制装置104根据设定电压Vr (对应于焊接电压设定信号Vr)与基准电压Vcr (对应于基准电压设定信号Vcr)之间的电压差来使振幅中心电流Ihcr增减。通过在设定电压Vr低时降低振幅中心电流Ihcr，从而防止了在电弧期间初期(第I电弧期间Tal)焊丝过度熔融，在电弧后半期间(第2电弧期间Ta2)的恒定电压控制下容易降低输出电压。相反地，通过在设定电压Vr高时提升振幅中心电流Ihcr，从而在电弧期间初期(第I电弧期间Tal)使焊丝充分熔融，在电弧后半期间(第2电弧期间Ta2)的恒定电压控制下容易提升输出电压。而且，在图2的例子中，使增减为高电平电流的波形(例如三角波)进行叠加。此夕卜，即便在不使增减为高电平电流的波形叠加的情况下，也可如上述那样使振幅中心电流Ihcr进行增减，然后将其作为高电平电流。然而，若叠加增减波形，则获得更高品质的焊接。焊丝的熔融速度Vm用Vm = α Ι+β I2R进行表示。其中，α、β表示系数，I表示焊接电流，R表示焊丝从焊炬前端的接触嘴(contact tip)突出的部分(突出长度)的电阻值。由此可知，若使焊接电流I增加，则焊丝的熔融速度Vm也变大。但是，若焊接电流I增加，则作用于熔滴的向上的电弧力也增力卩。电弧力与焊接电流I的平方成比例。另一方面，因为重力也作用于熔滴，因而以重力和电弧力正好平衡的电流值为界，若电流值大则作用向上的力，若电流值小则作用向下的力。若使交流电流与焊接电流I叠加，则向上的力和向下的力交替地作用于熔滴。本申请发明者可知通过这样使电流进行增减而使向上向下的力交替地作用于熔滴的情形，与通过整体地使电流进行增加而使向上的力连续地作用于熔滴的情形相比，熔滴稳定、且能够减少飞溅。因此，在本实施方 式中，在第I电弧期间使电流增减，从而可以谋求熔滴稳定且阶段性生长。在第I电弧期间Tal之中的时刻t3 t6的期间，使以下说明的三角波叠加于振幅中心电流Ihcr。设所叠加的三角波以振幅中心电流Ihcr (200 400A)为中心，频率为2. 5kHz 5kHz,第I电弧期间Tal为O. 3ms 3. 0ms。设振幅为+-50 IOOA0例如，也可设定振幅中心电流Ihcr为Ihcr = 400A，频率为f = 4kHz,第I电弧期间为Tal = I. Oms,所叠加的三角波为4周期。此外，所叠加的波形并不限于三角波，也可以是正弦波等其它波形。以下，对第I电弧期间Tal中的焊接部分的状态进行详细说明。(I)三角波的O 1/2周期图3是示出了图2的t = t3下的焊接部分的状态的图。t = t3是三角波的叠加开始的时点。参照图3，在焊丝I的前端与母材2之间产生电弧3。由电弧3带来的热而使得焊丝I的前端被加热，前端部熔融，形成熔滴6。焊丝I被进给装置沿着母材2方向进行进给。由于叠加后的电流，焊丝熔融速度增加，熔滴变大，施加于熔滴的力在1/4周期为最大，熔滴因电弧反作用力而被加速起皱。但是，因为伴随着电流朝向1/2周期减少，电弧反作用力也下降，因而能够防止起皱。图4是示出了图2的t = t4下的焊接部分的状态的图。t = t4是经过了三角波的1/2周期的时点。如图4所示，焊丝I的前端部的熔滴6略有生长，处于稍微起皱的状态。(2)三角波的1/2 3/4周期在该期间，通过电源控制装置104使得焊接电流减少得比振幅中心电流Ihcr小，从而对熔滴的电弧反作用力进一步下降。(3)三角波的3/4 I周期在三角波的3/4 I周期中，使焊接电流再次从三角波的下侧峰值增加至振幅中心电流Ihcr。图5是示出了图2的t = t5下的焊接部分的状态的图。t = t5是经过了三角波的I周期的时点。如图5所示，由于电弧反作用力下降了，使得作用于熔滴6的重力和电弧反作用力正好平衡。因而，消除了熔滴6的起皱，熔滴6处于下垂的状态。并且，使在(I) (3)中说明过的三角波反复规定次数地叠加于振幅中心电流Ihcr0由此，既能防止因电弧反作用力引起的起皱，又能逐渐增加熔滴尺寸来形成期望尺寸的熔滴。
此外，为了容易进行三角波的叠加，将第I电弧期间Tal的电感值WLl设定得比接下来的第2电弧期间Ta2(电感值为WL1+WL2)小。以下，对第2电弧期间Ta2内的焊接部分的状态进行详细说明。再次参照图2，在时刻t2第I电弧期间Tal结束而过渡至第2电弧期间Ta2。在第2电弧期间Ta2，电源控制装置104增大电源电路102的电感值，为了进行电弧长度控制而将控制从恒定电流控制切换成恒定电压控制。该切换，在图I中相当于将外部特性切换电路SW从端子a切换成端子b。因为电感大，所以焊接电流根据电弧负载缓慢地减少。另外，焊接电压也缓慢地减少。图6是示出了图2的t = t7下的焊接部分的状态的图。在第I电弧期间Tal所形成的熔滴如图6所示，不会起皱，在第2电弧期间Ta2中边稍微变大边逐渐接近熔池。因为防止了因起皱引起的电弧长度的变化、且通过恒定电压控制调整电弧长度使得电弧力的变化变得缓慢，所以使熔池振动的情况少。进而，因为焊接电流缓慢地减少，所以向母材的热输入充分进行，焊道的焊边部的熔合变得良好。在图2的时刻t8，若熔滴与熔池接触而产生短路，则焊接电压急剧下降。若图I的电源控制装置104因该焊接电压的急剧下降而判别短路，则使焊接电流以期望的上升沿速度进行增加。因焊接电流的上升，使得电磁收缩力作用于熔滴的上部而产生缩颈，从而熔滴6向熔池7过渡。如以上说明的那样，实施方式I示出的焊接方法是进行低飞溅控制的二氧化碳气体电弧焊接法，不同于脉冲电弧焊接方法。即、实施方式I示出的焊接方法是反复短路状态和电弧状态的焊接方法。在这种焊接方法中，若为了提升焊接速度而使焊接电流增加，则在熔滴过渡区域中进行焊接，短路状态和电弧状态的反复变得不规则。因此，在实施方式I示出的焊接方法中，在一定期间的第I电弧期间Tal输出高电平电流，在第I电弧期间Tal进行恒定电流控制，叠加交流电流，例如像三角波或正弦波那样周期性变化的固定频率的低频电流。由此，能够防止熔滴因电弧反作用力而引起的起皱，能够实现稳定的熔滴生长。并且，关于高电平电流的振幅中心，根据设定电压Vr (对应于焊接电压设定信号Vr)与基准电压Vcr (对应于基准电压设定信号Vcr)之间的电压差来使振幅中心电流Ihcr增减。通过在设定电压Vr低时降低振幅中心电流Ihcr，从而防止了在电弧期间初期(第I电弧期间Tal)焊丝过度熔融，在电弧后半期间(第2电弧期间Ta2)的恒定电压控制下容易降低输出电压。相反地，通过在设定电压Vr高时增大振幅中心电流Ihcr，从而在电弧期间初期(第I电弧期间Tal)使焊丝充分熔融，在电弧后半期间(第2电弧期间Ta2)的恒定电压控制下容易增大输出电压。经过了第I电弧期间Tal之后，为了在第2电弧期间Ta2进行电弧长度控制，将焊接电源的控制从恒定电流控制切换成恒定电压控制。将焊接电源的电抗器的电感值设定得比第I电弧期间Tal还大，从而使焊接电流缓慢地减少。由此，电弧力的变化变得缓慢，所以使熔池振动的情形变少。进而，因为焊接电流缓慢地减少，所以向母材的热输入充分进行，焊道的焊边部的熔合变得良好。在上述的实施方式I中，为了在第2电弧期间Ta2使焊接电源的电抗器的电感值大于第I电弧期间Tal，而插入了实际的电抗器WL2。取而代之，也可以电子的方式控制电抗器来增大电感值。在上述的实施方式I中，也可在短路期间Ts内，在保持恒定电压控制不变的情况下将电流提高至期望值，或者将控制切换成恒定电流控制之后将电流提高至期望值。另外，在上述的实施方式I中示出了使三角波叠加于高电平电流的例子，但是即便在不叠加三角波的情况下，也可基于设定电压Vr与基准电压Vcr之间的电压差来使高电平电流变化，从而能够防止电弧变得不稳定。·
[实施方式2]在实施方式I中，虽然基于设定电压Vr与基准电压Vcr之间的电压差来使高电平电流的大小变化，但是在实施方式2中，基于设定电压Vr与基准电压Vcr之间的电压差来使图2示出的高电平电流的期间(第I电弧期间Tal)变化。图7是示出了实施方式2涉及的焊接装置100A的构成的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式I的部分，关于与实施方式I相同的部分赋予相同的符号并不重复说明。参照图7，焊接装置100A包括电源电路102、电源控制装置104A、焊丝进给装置106以及焊炬4。电源控制装置104A在图I示出的电源控制装置104的构成中，取代增益设定电路GlR而包括增益设定电路G2R。增益设定电路G2R输出预先确定的第2增益设定信号G2r。增益设定电路G2R的输出被输入至计时器电路TM。在图I中，虽然振幅中心电流设定电路IHCR基于基准电压误差信号Ec而输出了振幅中心电流设定信号Ihcr，但是在图7中，振幅中心电流设定电路IHCR输出预先确定的振幅中心电流设定信号Ihcr。另外，电压误差电路EC所输出的基准电压误差信号Ec输入至计时器电路TM，来取代被输入至振幅中心电流设定电路IHCR。计时器电路TM将电弧检测信号Ad、第2增益设定信号G2r和基准电压误差信号Ec作为输入，并输出仅在电弧检测信号Ad为低(Low)电平的期间、以及自电弧检测信号Ad变为高电平起的第I电弧期间Tal内变为高电平的计时器信号Tm。第I电弧期间Tal由次式⑵进行表示。Tal = Ta 10+G2r* (Vr-Vcr)…(2)其中，Tal表不第I电弧期间，TalO表不与基准电压设定信号Vcr对应的基准第I电弧期间，G2r表示第2增益设定信号，Vr表示焊接电压设定信号，Vcr表示基准电压设定信号。此外，能够设G2r为例如100 500(ys/V)。这表示相对于电压偏差IV而言，第I电弧期间Tal的变化幅度为100 500 μ S。此外，因为电源控制装置104Α的其他部分的构成与图I示出的电源控制装置104相同，所以不重复说明。实施方式2的焊接装置100A基于设定电压Vr与基准电压Vcr之间的电压差来使第I电弧期间Tal变化，由此即便在使设定电压Vr变化了的情况下，与实施方式I同样地，也能够防止电弧变得不稳定。[实施方式3]在实施方式I中根据电压差(Vr-Vcr)仅使振幅中心电流设定信号Ihcr增减，在实施方式2中仅使第I电弧期间Tal增减。·在实施方式3中，对电压差设置上下的阈值，仅使振幅中心电流设定信号Ihcr增减至阈值为止，而关于超过了阈值的电压差或小于阈值的电压差，仅使第I电弧期间Tal增减。图8是示出了实施方式3涉及的焊接装置100B的构成的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式I的部分，关于与实施方式I相同的部分赋予相同的符号并不重复说明。参照图8，焊接装置100B包括电源电路102、电源控制装置104B、焊丝进给装置106、以及焊炬4。电源控制装置104B在图I示出的电源控制装置104的构成上，进一步包括基准电压误差信号分配电路DEC和增益设定电路G2R。增益设定电路G2R输出预先确定的第2增益设定信号G2r。基准电压误差信号分配电路DEC接收上限阈值Tv I、下限阈值IV2和基准电压误差信号Ec，并输出基准电压误差分配电流信号Eri及基准电压分配时间信号Ert。基准电压误差分配电流信号Eri取代基准电压误差信号Ec而与第I增益设定信号Glr —起被输入至振幅中心电流设定电路IHCR。另外，基准电压分配时间信号Ert与第2增益设定信号G2r —起被输入至计时器电路TM。将振幅中心电流设定信号Ihcr的相比基准振幅中心电流设定信号IhcrO的增加量的上限设为Ihl。由于在式(I)中增加量为Glr*(Vr-Vcr)，所以电压差(Vr-Vcr)的预先确定的上限阈值Tvl由次式(3)进行表示。Tvl = Ihl/Glr... (3)例如，在第I增益设定信号Glr为10A/V时，若设增加量的上限Ihl为50A，则Tvl为5V。基准电压误差信号分配电路DEC将基准电压误差信号Ec作为基准电压误差分配电流信号Eri进行输出，直到基准电压误差信号Ec达到上限阈值Tvl为止。这种情况下，与实施方式I同样地，基于式(I)来变更高电平电流的振幅中心。另外，基准电压误差信号分配电路DEC在基准电压误差信号Ec超过了上限阈值Tvl之时，将上限阈值Tvl作为基准电压误差分配电流信号Eri进行输出，将(基准电压误差信号Ec-上限阈值Tvl)作为基准电压分配时间信号Ert进行输出。这种情况下，高电平电流的振幅中心被变更与上限阈值Tvl所对应的电压量。并且，关于超过上限阈值Tvl的变化量，如在实施方式2中说明过的那样，仅变更第I电弧期间Tal所对应的时间。另外，将振幅中心电流设定信号Ihcr的相比基准振幅中心电流设定信号IhcrO减少的减少量的下限设为Ih2。由于在式(I)中增加量为Glr*(Vr-Vcr)，所以电压差(Vr-Vcr)的预先确定的下限阈值IV2由次式(4)进行表示。Tv2 = Ih2/Glr... (4)基准电压误差信号分配电路DEC将基准电压误差信号Ec作为基准电压误差分配电流信号Eri进行输出，直到基准电压误差信号Ec达到下限阈值IV2为止。这种情况下，与实施方式I同样地，基于式(I)来变更高电平电流的振幅中心。另外，基准电压误差信号分配电路DEC在基准电压误差信号Ec小于下限阈值IV2之时，将下限阈值Tv2作为基准电压误差分配电流信号Eri进行输出，将(基准电压误差信号Ec-下限阈值IV2)作为基准电压分配时间信号Vrt进行输出。这种情况下，高电平电流的振幅中心被变更与下限阈值IV2所对应的电压量。并且，关于低于下限阈值IV2的变化量，如在实施方式2中说明过的那样，仅变更第I电弧期间Tal所对应的时间。
在实施方式3中，通过配合设定电压的变动程度来组合使用在实施方式I中说明过的高电平电流的振幅中心电流Ihcr的增减、和在实施方式2中说明过的第I电弧期间Tal的变更，从而防止了电弧变得不稳定。此外，在实施方式3中示出了在电压差处于规定范围之时使高电平电流的振幅中心电流Ihcr增减，在电压差处于规定范围之外的情况下使第I电弧期间Tal变化的例子，但是也可使振幅中心电流Ihcr和第I电弧期间Tal同时变化。[实施方式4]在实施方式4中，在实施方式I中说明过的焊接方法的基础上，通过在电弧产生之前检测熔滴的缩颈，从而在电弧产生之前使电流下降来减轻飞溅。图9是示出了实施方式4涉及的焊接装置100C的构成的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式I的部分，关于与实施方式I相同的部分赋予相同的符号并不重复说明。参照图9，焊接装置100C包括电源电路102A、电源控制装置104C、焊丝进给装置106、以及焊炬4。电源电路102A在图I示出的电源电路102的构成上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WLl及WL2串联地插入到电源主电路PM的输出。晶体管TR2并联连接限流电阻器R。因为电源电路102A的其他部分的构成与图I的电源电路102相同，所以不重复说明。电源控制装置104C在图I示出的电源控制装置104的构成上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、以及驱动电路DR。因为电源控制装置104C的其他部分的构成与图I的电源控制装置104相同，所以不重复说明。图10是示出了由实施方式4涉及的焊接装置进行焊接之际的焊接电压、焊接电流和控制信号的动作波形图。图10的波形与图2的实施方式I的波形不同之处在于在时刻tla，若检测到熔滴的缩颈则使焊接电流减少，之后在时刻t2产生电弧。因为飞溅量与时刻t2的电弧产生之时的电流值的大小成比例，所以若在电弧产生之时预先降低电流值，则能够减少飞溅的产生。参照图9、图10，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和在图I中说明过的焊接电压检测信号Vd及焊接电流检测信号Id作为输入，并输出在短路期间中的电压上升值Λ V达到缩颈检测基准值信号Vtn的值的时点(时刻tla)成为高电平、在电弧再次产生使得焊接电压检测信号Vd的值为电弧判别值Vta以上的时点(时刻t2)成为低电平这样的缩颈检测信号Nd。因此，该颈检测信号Nd为高电平的期间成为缩颈检测期间Τη。此外，也可在短路期间中的焊接电压检测信号Vd的微分值达到按照与之对应的方式所设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时点，使缩颈检测信号Nd变化成高电平。进而，也可通过焊接电压检测信号Vd的值除以焊接电流检测信号Id的值而算出熔滴的电阻值，并在该电阻值的微分值达到按照与之对应的方式所设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时点，使缩颈检测信号Nd变化成高电平。缩颈检测信号Nd被输入至电源主电路PM。电源主电路PM在缩颈检测期间Tn内停止输出。
驱动电路DR输出在该缩颈检测信号Nd为低电平之时(非缩颈检测时)使晶体管TR2处于导通状态的驱动信号Dr。因为在缩颈检测期间Tn内驱动信号Dr为低电平，所以晶体管TR2处于截止状态。其结果，限流电阻器R被插入到焊接电流Iw的通电回路(从电源主电路PM向焊炬4的路径)。该限流电阻器R的值被设定为短路负载(O. 01 O. 03 Ω程度)的10倍以上的大值(0.5 3Ω程度)。为此，在焊接电源内的直流电抗器及电缆的电抗器中蓄积的能量被急剧放电，如图10的时刻tla t2所示那样，焊接电流Iw急剧减少而成为小电流值。在时刻t2，若短路被断开而电弧再次产生，则焊接电压Vw变为预先确定的电弧判别值Vta以上。检测到该情况，缩颈检测信号Nd变为低电平，驱动信号Dr变为高电平。其结果，晶体管TR2处于导通状态，以后成为利用图2在实施方式I中说明过的电弧焊接的控制。关于以后的第I电弧期间Tal和第2电弧期间Ta2而言，因为在图2中已经说明了，所以不重复说明。因为实施方式4涉及的焊接装置能够减小电弧再次产生时(时刻t2)的电弧再次产生时电流值，所以除了在实施方式I中说明过的焊接装置所起到的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的飞溅。此外，在实施方式4中，作为在检测出缩颈之时使焊接电流Iw急速减少的手段，而说明了将限流电阻器R插入到通电回路的方法。作为除此之外的手段，也可采用下述方法经由开关元件而将电容器并联连接于焊接装置的输出端子间，若检测到缩颈，则使开关元件处于导通状态，由电容器通电放电电流，而使焊接电流Iw急速减少。[实施方式5]在实施方式5中，在实施方式2中说明过的焊接方法的基础上，通过在电弧产生之前检测熔滴的缩颈，从而在电弧产生之前使电流下降来减轻飞溅。图11是示出了实施方式5涉及的焊接装置100D的构成的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式2的部分，关于与实施方式2相同的部分赋予相同的符号并不重复说明。参照图11，焊接装置100D包括电源电路102A、电源控制装置104D、焊丝进给装置106、以及焊炬4。电源电路102A在图7示出的电源电路102的构成上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WLl及WL2串联地插入到电源主电路PM的输出。晶体管TR2并联连接限流电阻器R。因为电源电路102A的其他部分的构成与图7的电源电路102相同，所以不重复说明。电源控制装置104D在图7示出的电源控制装置104A的构成上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、以及驱动电路DR。因为电源控制装置104C的其他部分的构成与图7的电源控制装置104A相同，所以不重复说明。另外，关于与缩颈检测关联的缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN及 驱动电路DR的各自的动作而言，因为在实施方式4中已经进行了说明，所以不重复说明。因为实施方式5的焊接装置100D也能够减小电弧再次产生时的电弧再次产生时电流值，所以除了在实施方式2中说明过的焊接装置所起到的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的飞溅。[实施方式6]在实施方式6中，在实施方式3中说明过的焊接方法的基础上，通过在电弧产生之前检测熔滴的缩颈，从而在电弧产生之前使电流下降来减轻飞溅。图12是示出了实施方式6涉及的焊接装置100E的构成的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式3的部分，关于与实施方式3相同的部分赋予相同的符号并不重复说明。参照图12，焊接装置100E包括电源电路102A、电源控制装置104E、焊丝进给装置106、以及焊炬4。电源电路102A在图8示出的电源电路102的构成上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WLl及WL2串联地插入到电源主电路PM的输出。晶体管TR2并联连接限流电阻器R。因为电源电路102A的其他部分的构成与图8的电源电路102相同，所以不重复说明。电源控制装置104E在图8示出的电源控制装置104B的构成上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN以及驱动电路DR。电源控制装置104C的其他部分的构成与图8的电源控制装置104B相同，所以不重复说明。另外，关于与缩颈检测关联的缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN及驱动电路DR的各自的动作而言，因为在实施方式4中已经进行了说明，所以不重复说明。因为实施方式6的焊接装置100E也能够减小电弧再次产生时的电弧再次产生时电流值，所以除了在实施方式3中说明过的焊接装置所起到的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的飞溅。此外，在实施方式6中示出了在电压差处于规定范围之时使高电平电流的振幅中心电流Ihcr增减，在电压差处于规定范围之外的情况下使第I电弧期间Tal变化的例子，但是也可使振幅中心电流Ihcr与第I电弧期间Tal同时变化。最后，再次参照图I等，概括实施方式I 6。实施方式I 6的焊接装置是利用将二氧化碳气体使用于保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接的焊接装置。焊接装置100、100A 100E具备电源电路102、102A，在焊炬4与母材2之间提供电压；和电源控制装置104、104A 104E，控制电源电路102、102A的电压。电源控制装置104、104A 104E按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间Tal输出高电平电流、在电弧期间的后期的第2电弧期间Ta2输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制电源电路102、102A。电源控制装置104、104A 104E进而按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生高电平电流的方式控制电源电路102、102A。实施方式1、4的电源控制装置104、104C进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值(基准电压Vcr)，根据推荐电压值(基准电压Vcr)与焊接电压的电压设定值Vr之间的电压差来使振幅中心电流Ihcr增减。实施方式2、5的电源控制装置104A、104D进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值(基准电压Vcr)，根据推荐电压值(基准电压Vcr)与焊接电压的电压设定值Vr之间的电压差来使第I电弧期间Tal增减。实施方式3、6的电源控制装置104B、104E进而对应于焊接电流的电流设定值来算 出推荐电压值(基准电压Vcr)，在推荐电压值(基准电压Vcr)与焊接电压的电压设定值Vr之间的电压差处于第I范围(上限阈值Thl与下限阈值Th2之间)的情况下，根据电压差来使振幅中心电流增减，在电压差处于不同于第I范围的第2范围(大于上限阈值Thl、或小于下限阈值Th2)的情况下，根据电压差来使第I电弧期间增减。优选，在焊接装置100U00A 100E中，反复增减的波形是三角波或正弦波。优选，在焊接装置100C 100E中，电源控制装置104C 104E如在图10中说明过的那样，在短路期间中检测到熔滴的缩颈的情况下，进行使短路电流减少的缩颈检测控制。应该认为本次公开的实施方式在所有方面只是例子，并不是限制性的。本发明的范围并不是上述的说明，而是由权利要求书进行表示，包含权利要求书的范围及在等同意思的范围内的所有变更。
权利要求
1.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接，其中所述焊接装置具备 电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和 控制部，其控制所述电源电路的电压， 所述控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在所述电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压相对应的电弧电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生所述高电平电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，根据所述推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差来使所述振幅中心电流增减。
2.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接，其中所述焊接装置具备 电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和 控制部，其控制所述电源电路的电压， 所述控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在所述电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压相对应的电弧电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生所述高电平电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，根据所述推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差来使所述第I电弧期间增减。
3.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳气体作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳气体电弧焊接方法来进行焊接，其中所述焊接装置具备 电源电路，其用于在焊炬与母材之间提供电压；和 控制部，其控制所述电源电路的电压， 所述控制部按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第I电弧期间输出高电平电流、在所述电弧期间的后期的第2电弧期间输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生所述高电平电流的方式控制所述电源电路， 所述控制部对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，在所述推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差为第I范围的情况下，根据所述电压差来使所述振幅中心电流增减，在所述电压差为不同于所述第I范围的第2范围的情况下，根据所述电压差来使所述第I电弧期间增减。
4.根据权利要求I 3任意一项所述的焊接装置，其中， 所述波形为三角波或正弦波。
5.根据权利要求I 4任意一项所述的焊接装置，其中， 在所述短路期间中检测到熔滴的缩颈的情况下，所述控制部进行使短路电流减少的缩颈检测控制 。
全文摘要
本发明提供一种能够实现稳定的熔滴生长及稳定的电弧产生的焊接装置。焊接装置(100)具备电源电路(102)和电源控制装置(104)。电源控制装置(104)按照在短路期间之后接下来的电弧期间的初期的第1电弧期间(Ta1)输出高电平电流、在电弧期间的后期的第2电弧期间(Ta2)输出与进行过恒定电压控制的焊接电压对应的电弧电流的方式控制电源电路(102)。电源控制装置进而按照将反复增减的波形叠加于振幅中心电流以产生高电平电流的方式控制电源电路。电源控制装置进而对应于焊接电流的电流设定值来算出推荐电压值，根据推荐电压值与焊接电压的电压设定值之间的电压差使振幅中心电流增减。由此，即便在变更了电压设定值的情况下也能防止电弧变得不稳定。
文档编号B23K9/16GK102950366SQ20121028697
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月13日 优先权日2011年8月25日
发明者井手章博, 惠良哲生 申请人:株式会社大亨