专利名称：用于自耗电极型脉冲弧焊的焊接功率控制装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自耗电极型脉冲弧焊的焊接功率控制装置及其方法，其中使用屏蔽气体自动地供应自耗的电极进行焊接，屏蔽气体的主要成分是二氧化碳，并具体涉及一种用以大大减少焊接期间发生溅出的焊接装置和方法，从而使焊接结果稳定，并获得良好的焊接表面。
以前，自耗电极型脉冲弧焊方法使用惰性气体作为屏蔽气体，例如以氩气为其主要成分。在这种方法中，以相应于自耗的电极(以后称为“焊条”)进给速度的频率交替地通过大于临界电流值的峰值电流和用以维持电弧的小于临界电流的基本电流，在临界电流以上，便可能发生喷洒转移。用这种方法，可以用比直流焊方法低的平均电流实现喷洒转移，并且，在基本电流的期间内，可以以作用在飞沫上的电弧力为最小的状态实现熔滴转移，因而，可大大地减少溅射。
然而，上述的脉冲弧焊方法在选择屏蔽气体成分方面具有限制，这是因为，当屏蔽气体中的二氧化碳的含量比例超过30％时，减少溅射的效果变弱。因此，要消耗大量的氩气，因而，屏蔽气体的成本已经成为脉冲弧焊方法的高操作成本的主要原因。
虽然自耗电极型脉冲弧焊方法和焊接装置(以后称为自耗电极焊机)是现代制造工业的一种重要的处理装置，但是仍然需要产生较少溅射并提供稳定操作的焊机。
常规的使用主要成分为二氧化碳的屏蔽气体的自耗电极型脉冲弧焊装置(焊机)一般由例如日本专利公开(被审查的)No.H2-31630中所述的焊接功率(输出)控制方法控制。具体地说，借助于交替地通过峰值电流和基本电流产生电弧，通过在峰值电流的初期阶段的收缩力使熔滴脱离，然后，通过使焊条(电极)的尖部熔化形成熔融金属。并在下一个峰值电流期间，所形成的熔融金属脱离。
然而，在这种自耗电极型脉冲弧焊机的电源控制方法中，存在脱离的熔滴成为溅出物的危险，这是因为，在峰值电流期间，已经脱离的熔滴受到由峰值电流产生的大的电弧力。
因此，本发明的目的在于，提供一种焊接功率控制装置，用于控制使用以二氧化碳为主要成分的屏蔽气体的自耗电极型脉冲电弧焊接的焊接功率。
为实现上述目的，按照本发明的焊接功率控制装置包括，用于检测焊接状态的焊接状态检测装置；和脉冲波产生装置用于根据所述检测的接状态产生由第一预定时间间隔的第一脉冲高度和第二预定时间间隔的小于所述第一脉冲高度的基本高度规定的第一脉冲波，和被所述第一脉冲波跟随的由第三预定时间间隔的小于所述第一脉冲高度的第二脉冲高度规定的第二脉冲波。
从下面结合附图的详细说明中可以更加充分地理解本发明，其中图1是按照本发明的装在自耗电极型脉冲电弧焊接装置中的焊接功率控制器的方框图，图2是按照本发明的第一实施例的焊接功率控制器的方框图，图3是在图2的焊接功率控制器中的各种信号的波形图，图4是图2所示的焊接功率控制器的替代物的方框图，图5是由图4的焊接功率控制器产生的脉冲波信号的波形图，图6是按照本发明的第二实施例的焊接功率控制器的方框图，图7是在图6的焊接功率控制器中的各种信号的波形图，图8是图6所示的焊接功率控制器的第一替代物的方框图，图9是图6所示的焊接功率控制器的第二替代物的方框图，图10是由图9的焊接功率控制器产生的脉冲波信号的波形图，图11是图6所示的焊接功率控制器的第三替代物的方框图，图12是图6所示的焊接功率控制器的第四替代物的方框图，图13是图6所示的焊接功率控制器的第五替代物的方框图，图14是由图13的焊接功率控制器产生的脉冲波信号的波形图，图15是图6所示的焊接功率控制器的第六替代物的方框图，图16是图6所示的焊接功率控制器的第七替代物的方框图，图17是图6所示的焊接功率控制器的第八替代物的方框图，
图18是按照本发明的第三实施例的焊接功率控制器的方框图，图19是在图18的焊接功率控制器中的各种信号的波形图，以及图20用于说明图1所示的焊接功率控制器的操作。
参见图1，其中示出了装有按照本发明的焊接功率控制装置的自耗电极型脉冲电弧焊接装置(为简单起见，以后称为“焊机”)。其中包括输出控制元件1，降压变压器2，整流器3，电抗器4，焊条进给电机6，焊枪7，静止电极8，分流器10，和焊接功率控制装置100(脉冲波形成装置)。
输出控制元件1和外部电源(未示出)相连，用于接收其高压低频交流电，产生比三相交流电的电压低而频率高的单相交流电。此外，输出控制元件1还和焊接功率控制器100相连，用于接收输出控制信号S100，从而构成单相交流电源的电压图形，并将其输出。
降压变压器2和输出控制元件1相连，用于接收单相交流电。然后，降压变压器2把接收的高压电降低为适用于焊接的电压值，并产生单相低压交流焊接功率。
整流器3和降压变压器2相连，用于接收单相低压交流电源，并对其进行整流，从而产生直流焊接功率。整流器通常由二极管(但不限于)构成。
电抗器4和整流器3的输出端相连，用于接收直流焊接功率，调节其电压。电抗器4还和静止电极8相连，向其供应调节过的直流焊接功率。
自耗电极(焊条)5通过焊枪7由焊条进给电机6从静止电极8向材料9上的焊缝进给。这样，直流焊接功率通过静止电极8也被提供给焊条(自耗电极)5。
分流器10连接在材料9和变压器2的输出侧之间，用于检测实际用于焊接操作的焊接功率电流。作用在分流器10上的电压表示实际的焊接状态，并通过线路3取出作为焊接电流信号S10。线路L1和L2和静止电极8以及材料9相连，用于检测作用在它们之间的焊接电压Sv。
焊接功率控制器100和线路L1、L2相连，用于检测焊接电压Sv，并和线路L3相连，用于接收代表焊接电流的焊接电流信号S1。根据这些电气信息，焊接功率控制装置100确定适用于焊接操作的脉冲波的形式，并产生输出控制信号S100。显然，焊接功率被输出控制信号S100控制。
下面，参考图20所示的脉冲输出控制信号的典型例子简单说明焊接功率控制器100的操作。具体地说，脉冲波控制器100这样控制输出控制信号100，使得在脉冲间隔tp的开始，通过收缩力使材料的熔滴分开，然后，熔融焊条5的端部，以便形成另一个熔滴，然后，在下一个基本间隔tb期间，对熔滴整形。
然而，当在脉冲间隔tp期间用这种焊接功率(输出)控制方法使熔滴分开时，由脉冲电流产生的强大的电弧力可以使分开的熔滴分散，从而产生溅射。这种不利情况可通过提供如下装置阻止。具体地说，这种装置在当在脉冲间隔tp期间内电流被控制为恒值时，使用每当熔滴分离时焊接电压中发生的尖峰检测熔滴分离的时刻。然后，在从检测到熔滴分离到熔滴(材料)完全转移到熔穴中的期间内，减小焊接功率(输出)。
然而，当在检测到熔滴分离之后控制焊接功率输出从而降低电压时，在每次熔滴分离时都降低功率。这便需要单独提供一些控制装置用于稳定焊接功率输出，亦即稳定焊接结果。为此，通过检测熔滴分离并延长焊接功率被降低的脉冲间隔tp一个预定的时间间隔tE，来补偿焊接功率，如图20的虚线所示，从而获得相当于焊接输出被降低之前时的输出。
当在峰值期间内把焊接电流控制为恒值时，便失去了电弧的自调作用。然而，通过反馈焊接电压来稳定焊接，也能够按照反馈值调节进行检测熔滴分离的脉冲间隔tp的延长时间tE。
此外，为改善焊接稳定性提供另一种装置。具体地说，这一装置根据电源电压(焊接电压)检测熔滴分离，在检测到熔滴分离之前，控制脉冲期间的电流为恒值，然后，在期间tr内，亦即从熔滴分离检测到的时刻到至少熔滴完全转移到熔穴的期间内，降低电流值，并且然后在脉冲间隔的持续期间内，控制脉冲电压为恒值。
上述的焊接功率控制方法和焊接功率控制装置的细节，在1995年4月12日由Tetsu INNAMI，Wang JING BO，和Hideki HARA提出的并委托和本发明为同一代理人的美国专利申请No.08/566,546中描述了。这一美国专利申请的全部内容在此引为参考。
如上所述，这一装置可以按照反馈焊接电压改变脉冲间隔，并通过在脉冲间隔的至少一部分内提供恒压控制使焊接稳定。然而，如果脉冲间隔是常数，因为检测熔滴分离的脉冲间隔tp被延长，紧跟着延长的脉冲间隔的基本间隔被缩短，如图20的虚线所示。这使得在这缩短的基本间隔tb期间，不完全地整形在前一脉冲间隔内形成的熔滴，从而阻止在下一个脉冲间隔内的熔滴分离，并使熔滴大大地生长。
使用主要成分为二氧化碳的屏蔽气体的自耗电极型脉冲电弧焊接一般也在材料转移状态期间发生。因此，根据焊接状态，可能发生短路。在从伴随熔滴转移的短路被消除开始到开始起弧的期间内，必须形成足够大的在下一个脉冲间隔能够分离的熔滴。
因此，需要区别并适当处理被熔滴转移伴随的短路和不被熔滴转移伴随的短路。按照本发明的焊接功率控制装置和方法可以满足这种要求，并大大减少在焊接期间发生的溅射，从而稳定焊接结果。下面详细说明这种焊接功率控制装置的结构和操作。
第一实施例参见图2，其中示出了按照本发明第一实施例的焊接功率控制器(脉冲波控制器)。本例的脉冲波控制器100a1包括和线路L1、L2相连的焊接电压检测器13，用于检测电极8(5)和材料9之间的焊接电压Sv，从而产生代表检测电压Sv的焊接电压信号。
熔滴分离检测器50a和焊接电压检测器13相连，用于接收焊接电压信号，从而检测熔滴分离，并产生熔滴分离检测信号S50a。具体地说，熔滴分离检测器50a包括电压设定器14和第一比较器15。电压设定器14按照考虑在焊接操作期间焊接电压Sv的变化而设定的第一参考电压产生第一电压参考信号。第一比较器15和电压检测器13以及电压设定器14相连，用于接收焊接电压信号和第一参考电压信号进行比较。第一比较器15在检测电压超过第一参考电压时产生一个信号，并将其作为熔滴分离检测信号S50a输出。这样，便检测到熔滴和焊条的分离。
短路检测器51和电压检测器13相连接，用于接收焊接电压信号，以便检测短路，并产生短路检测信号S51。具体地说，短路检测器51包括第二参考值设定器16和第二比较器17。参考值设定器16按照由考虑在焊接噪作期间焊接电压Sv的变化而适当设定的参考值确定的第二参考电压产生第二参考信号。第二比较器17和电压检测器13以及参考值设定器16相连、用于接收焊接电压信号和第二参考信号进行比较。第二比较器17在检测的焊接电压低于第二参考电压时，产生一个信号，并将其作为短路检测信号S51输出。这样，便检测到焊条5和材料9之间的短路。输出比较器52a和熔滴分离检测器50a以及短路检测器51相连，用于接收熔滴分离检测信号S50a和短路检测信号S51。根据这两个信号，输出补偿器52a产生对于焊接功率或主电流的输出补偿信号S52a。具体地说，输出补偿器52a包括时间设定器18和输出调节器19a。时间设定器18和短路检测器51相连，用于按照从短路检测器51输出的短路检测信号S51(17)设定特定时间，并产生时间信号S18。
输出调节器19a和熔滴分离检测器50a(15)以及时间设定器18相连，用于接收检测信号S50a和时间信号S18。输出调节器19a在没有检测的短路时，直接输出熔滴分离检测信号S50a作为补偿信号S52a。然而，在检测的短路时，输出调节器19a则在从短路结束时起由时间信号S18表示的时间内，取消输出熔滴分离检测信号S52a。这样，便根据熔滴分离以及焊条5和材料9的短路控制补偿信号S52a的输出。
电流检测器12和线路L3相连，用于接收焊接电流信号S10，以便检测用于焊接操作的焊接电流。电流检测器12还产生代表这一检测的焊接电流的电流信号。
焊接状态设定器60用于设定主要影响发生溅射的各种信息，例如自耗电极(焊条)5的进给速度和产生焊接状态信号Sw的脉冲图形。焊接状态设定器60最好包括键盘，通过键盘用户可以输入焊接状态，以及CPU，用于把输入的焊接状态转换成适用于操作的形式的参数。焊接状态设定器60可以是任何存储器，例如ROM，其中这些参数被预先确定并被存储，并且可以和焊条进给电机6相连，用于检测焊条进给速度。
脉冲波产生单元53a和输出补偿器52a以及焊接状态设定器60相连，用于接收信号S52a和焊接状态信号Sw。根据这两个信号，脉冲波构成单示53a产生焊接脉冲波信号S53a。具体地说，脉冲波构成单元53a包括脉冲时间设定器20，脉冲电流设定器21，基本电流设定器22，补偿时间设定器23，补偿值设定器24，和脉冲波发生器25a。这些设定器20，21，22，23和24响应焊接状态信号Sw，分别设定特定参数，并产生代表特定参数的信号，如下所述。
脉冲时间设定器20设定焊接电流波形的脉冲间隔tp(图20)和基本间隔tb(图20)的持续时间。然后，脉冲时间设定器20产生脉冲间隔信号S20。
脉冲电流设定器21设定在焊接电流的脉冲间隔tp内的脉冲电流Ip。然后，脉冲电流设定器21产生脉冲电流信号S21。
基本电流设定器22设定焊接电流的基本间隔tb内的基本电流Ib。然后，基本电流设定器22产生基本电流信号S22。
补偿时间设定器23设定把脉冲电流校正为小于脉冲电流Ip的补偿电流值Ir的时间。然后，补偿时间设定器23产生补偿时间信号S23。
补偿值设定器24设定补偿电流值Ir。然后，补偿值设定器24产生补偿值信号S24。
脉冲波发生器25a和这些设定器20，21，22，23，24相连，用于接收信号S20，S21，S22，S23和S24，还和输出补偿器52a相连，用于接收输出补偿信号S52a，产生具有响应信号S20，S21，S22，S23，S24和S52a构成的脉冲波形的信号。具体地说，由脉冲时间设定器20，脉冲电流设定器21和基本电流设定器22确定的电流波形(以后称为“稳态脉冲波”)被周期地输出，并根据补偿时间信号S23、补偿值信号S24按照由输出补偿器19输出的信号校正这稳态脉冲波。这信号从脉冲波构成单元53a作为焊接脉冲波信号S53a输出。焊接脉冲波信号S53a的产生将参照图3在下面具体说明。
输出控制器11a和电流检测器12以及脉冲波构成单元53a相连，用于接收电流信号和焊接脉冲波信号S53a。根据这两个信号，输出控制器11a产生输出控制信号S100a。根据作为按照用于焊接操作的电流值变化的电压信号的电流信号S10，电流检测器12检测焊接功率的实际电流值。具体地说，输出控制器11a比较来自电流检测器的实际焊接电流值和来自脉冲波构成单元53a的焊接脉冲波信号S53a。然后，脉冲波控制器100的输出控制器11a产生具有合适形状的脉冲波的输出控制信号S100，使得输出控制元件1可以产生按照实际的焊接状态或焊接电流正确地补偿的焊接功率。虽然在本说明中焊接功率控制针对焊接电流进行说明，显然，按照本发明的焊接功率控制可以按照焊接电压进行。
参见图3，下面说明这样构成的本发明的脉冲波控制的操作。在图3中，t1表示焊接功率控制的一个周期CC开始的时间；t2表示熔滴和焊条5分离的时间；t3表示在时间t2开始的一个周期CC结束和一个脉冲间隔tp开始的时间；t4表示在时间t3开始的一个脉冲间隔tp结束和一个基本间隔tb开始的时间；t5表示发生短路的时间；t6表示在时间t4开始的一个基本间隔tb结束的时间；t7表示在时间t5发生的短路被发现以及下一个脉冲间隔tp开始的时间；t8表示一个脉冲间隔tb结束和下一个基本间隔tb开始的时间；以及t8表示基本间隔tb结束时的时间。注意一个脉冲间隔tp和一个基本间隔tb构成一个脉冲间隔PP。
直到在焊接期间输入来自输出补偿器52a的输出补偿信号S52a，亦即直到在时刻t2检测的熔滴分离，脉冲波发生器25a才向输出控制器11输出焊接脉冲波信号S53a，脉冲波信号S53a是由脉冲时间设定器20设定的脉冲间隔tp和基本间隔tb，由脉冲电流设定器21设定的脉冲电流Ip，以及由基本电流设定器22设定的基本电流Ib确定的稳态脉冲波。
输出控制器11这样控制输出控制元件1，使得把焊接电流脉冲波整形成由脉冲波构成单元53a(脉冲波发生器25a)规定的波形。随着这稳态脉冲波从时间t1到t3被重复地施加，焊焊条端部被加热熔化，最终在时刻t2引起熔滴分离。在这一时刻t2，比较器15比较从焊接电压检测器13输入的检测的焊接电压Sv和来自电压设定器14的参考电压信号，当检测电压Sv超过参考电压时，向输出补偿器52a(19a)输出具有峰值脉冲Pd1的熔滴分离检测信号。
下面说明输出补偿器52a(19)的操作。使用以二氧化碳为主要成分的屏蔽气体的脉冲弧焊一般发生在材料(熔滴)转移阶段期间，在这期间内，根据焊接状态，可能发生短路。当由短路变到电弧时，这可能引起突然的电压升高。
结果，当由焊接电压Sv检测熔滴分离时，在比较器15的熔滴分离检测信号中可能含有由短路引起的电压升高成分，这使错误地检测熔滴分离。这使得在短路停止后的一个恒定期间内，必须取消比较器15的熔滴分离检测信号。这一恒定的取消期间由时间设定器18设定，并根据响应速度确定。响应速度至少部分地由包含输出控制元件1的电源电路的时间常数确定。一般地说，恒定取消间隔大约为1ms。
当在时刻t5发生短路并在时刻t7结束时，短路检测信号S51呈现下降脉冲Ps。输出补偿器52a通过在短路结束之后由时间设定器18设定的恒定取消间隔内发出一个比峰值P2大的脉冲，取消具有在时刻t7开始的峰值Pd2的被从检测器50a(比较器15)送到输出调节器19a的熔滴分离检测信号S50a。当没有发生短路时，输出补偿器30向脉冲波构成单元53a的脉冲波发生器25a不经截断直接输出熔滴分离检测信号S50a作为输出控制信号S52a.。这样，输出补偿信号S52a仅呈现图3中的峰值Pd1。
当输出补偿信号S52a不从输出补偿器52a(19a)输入时，脉冲波发生器25a重复输出稳态脉冲波信号S53a(如从t3到t9所示)。然后，当输出补偿信号S52a被输入时(时间t2)，焊接电流S10’在补偿间隔tr内(从时间t2到t3)下降到补偿电流值Ir，其中补偿电流值Ir是由补偿值设定器24设定的低于峰值电流Ip的值，并且补偿间隔tr由补偿时间设定器23设定，作为从输出补偿信号输入时间开始的完成熔滴转移到熔穴所需的时间。在经过补偿间隔tr之后，在脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波从脉冲波发生器25输入到输出控制器11。当不发生短路时，焊接电流S10’呈现虚线所示的稳态脉冲波(从时间t5到t7)。每当熔滴分离被检测时执行这一操作。借助于在从熔滴分离检测到至少熔滴完全转移到熔穴的补偿间隔tr内使焊接电流下降到小于脉冲电流Ip的补偿电流值Ir，并且然后在补偿间隔tr经过之后，输出输出在脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波，可以避免由短路引起的假的熔滴分离检测，因而可以精确地检测熔滴分离。结果，当检测的熔滴分离时，可以在电弧小时使分离的熔滴可靠地转移到熔穴中，借以减少溅射，实现均匀的熔滴分离周期并因而改善焊接的稳定性。应该注意，虽然在本实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒流控制波形，但是，使用由脉冲电压Vp确定的恒压控制波形也可获得同样效果。
还应说明，熔滴分离检测器50，短路检测器51，输出补偿器52，以及脉冲波发生器53也如图1所示。
参见图4，其中示出了另一种图3的焊接功率控制器100a1。它具有非常类似于控制器100a的结构，只是还包括禁止补偿设定器38a。还有，输出补偿器52a被另一个输出补偿器52b所代替，其中输出调节器19a也被另一个输出调节器10b所代替。
禁止补偿设定器38a通过线路L13和补偿时间设定器23相连，并通过脉冲波构成单元53a的线路L15和脉冲时间设定器20相连，用于接收补偿时间信号S23和脉冲时间信号S20。禁止补偿设定器38a还通过线路L11和熔滴分离检测器50a的比较器15相连，用于接收熔滴分离检测信号S50a。根据这些信号S20，S23，S50a，禁止补偿设定器38a产生禁止补偿信号S38a。
输出调节器19b通过线路L13和禁止补偿设定器38a相连，用于接收禁止补偿信号S38a。根据这一信号和两个信号S50a和S18，输出调节器19a产生输出补偿信号S52.a。
这禁止补偿设定器38a在跟随用于熔滴分离的补偿间隔tr的稳态脉冲波的脉冲间隔tp内，向输出补偿器52b(19b)输出禁止补偿信号S38a。即使在禁止补偿信号S38a被输入的期间和由时间设定器18设定的恒定间隔内，禁止补偿信号S38a使输出补偿器52b(19b)忽略(取消)从熔滴分离检测器50a输入的熔滴分离检测信号S50a。在所有其它时间内，输出补偿器52b(19b)向脉冲波构成单元53a的脉冲波发生器25a输出熔滴分离检测信号S50a和输出补偿信号S52b。
在检测到熔滴分离并在补偿间隔tr内把输出脉冲电流降低到补偿电流值Ir之后立即输出的新脉冲间隔tp是在焊接期间在焊条端部再次形成熔滴的时间。不过，在这间隔内的电弧长度仍然很长，因此，焊接功率受到外部噪声的影响，熔滴分离可能容易被误检测。为防止这样，在焊条端部再次形成熔滴的期间内，即使由熔滴分离检测器50a(15)检测到熔滴分离，输出偿器52b(19b)也被禁止输出作为紧跟检测到熔滴分离之后的输出补偿信号S52b的熔滴分离检测信号S50a.。这禁止补偿间隔，例如可设定为由脉冲波构成单元53a的脉冲时间设定器20设定的脉冲间隔tp。
这种焊接功率控制器100a2的操作如下。
如果在焊接期间，既不是来自输出补偿器52b(19b)的输出补偿信号S52b被输入到脉冲波发生器25a的时候，也不是来自短路检测器51的短路检测信号S51被输入到输出补偿器52b(18)的时候，脉冲波发生器25a则向输出控制器11输出稳态脉冲波。
然后，当来自输出补偿器52b(19b)的输出补偿信号S52b被输入到脉冲波发生器25a时，脉冲波发生器25a象上述第一实施例一样，在补偿间隔tr内，输出低值补偿电流值Ir，补偿间隔tr是由补偿时间设定器23设定的，并从来自输出补偿器52b(19b)的输出补偿信号S52b的输入时间开始。当经过补偿间隔tr后，则以脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波被输入到输出控制器11a。
在完成补偿间隔tr之后紧接着的脉冲间隔期间，按照禁止补偿设定器38a的指令，输出补偿器52b(19b)则忽略来自熔滴分离检测器50a(15)的熔滴分离检测信号S50a，并向脉冲波发生器25a不输出作为输出补偿信号S52b的信号，即不向脉冲波发生器25a输出。
当短路检测信号S51被从短路检测器51(17)输入时，稳态脉冲波输出在该短路的时间间隔内被切断，以便有效地消除短路的影响，并且从脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波从由短路变为燃弧的时间被输出。结果，促进短路之后的熔滴分离，从而实现均匀的熔滴分离周期，改善焊接的稳定性。
参见图5，其中示出了检测到短路时焊接脉冲波信号S53a的波形。结果，第一实施例的这一改型通过重复上述的焊接期间的操作，至少实现类和第一实施例相同的效果。此外，还可以避免在熔滴分离之后由于在熔滴形成期间的噪声而引起的熔滴分离的误检测。
应该注意，虽然在本实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒流控制波形，但是，使用由脉冲电压Vp确定的恒压控制波形也可实现相同的效果。
第二实施例参见图6，其中示出了按照本发明的第二实施例的焊接功率控制器。它具有和图2所示的第一实施例的控制器100a1非常相同的结构。焊接功率控制器100b1和焊接功率控制器100a1的区别在于，图2中的脉冲构成单元53a被另一个脉冲构成单元53b代替，其中脉冲波发生器25a也被另一个脉冲波发生器25b代替。
脉冲波发生器25b使用输出补偿信号和短路检测信号S52a、S52b控制输出波形S53b。当检测到熔滴分离时，则执行和第一实施例相同的操作，借以减少溅射，并且在已经发生短路时，通过输出从短路时刻开始的稳态脉冲波，确保形成足以在下一个脉冲间隔能够分离的熔滴。
参见图7，下面说明按照这一实施例的脉冲波控制操作。在图7中，时间t1到t9和图3的基本相同。
如果在焊接期间(t1到t2)向脉冲波发生器25b既不输入输出补偿信号S52a，也不输入短路检测信号S51，则脉冲波发生器25b被控制项第实施例一样向输出控制器11a输出稳态脉冲波S53a。
当在时刻t2向脉冲波发生器25b输入输出补偿信号S52a时，则脉冲波发生器25b再次象上述第一实施例那样，在从来自输出补偿器52a(19a)的输出补偿信号S52a(Pd1’)的输入时刻t2开始的由补偿时间设定器23设定的补偿间隔tr内，输出低值补偿电流值Ir。当在时刻t3已经经过补偿间隔tr时，则向输出控制器11a输出在脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波。
在基本间隔tb期间(从时刻t4和t6)在时刻t5向脉冲波发生器25b输入短路检测信号S51的情况下，在脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波，当在确定短路已变为电弧时，在时刻t7将被输出到输出控制器11a。结果，从时刻t4到t6的基本间隔被执行到时刻t7。
在焊接期间，每当输入输出补偿信号S52a或短路检测信号S51时，则执行这一操作。当检测到熔滴分离时，象上述第一实施例那样，在该期间内(从时刻t6到t7)焊接电流被降低到小于峰值脉冲电流Ip的补偿电流值Ir，直到熔滴完全转移到熔穴为止，然后，输出从峰值脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波S53a。结果，在检测到熔滴分离时，虽然电弧变弱，也能使分离的熔滴容易地转移到熔穴中，从而减少溅射。
然而，当检测到短路时(在时刻t5)，则在短路间隔内(从时刻t6到t7)，稳态脉冲波输出(S53a)被切断，从而有效地取消短路的影响，并且，从由短路变为电弧的时刻(t7)起，输出从峰值脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波。结果，促进短路之后的熔滴形成，实现均匀的熔滴分离周期，并改善焊接的稳定性。
应该注意，虽然在本实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒流控制波形，但是，使用由脉冲电压Vp控制的恒压控制波形也能获得同样效果。
参见图8，其中示出了图6的焊接功率控制器100b1的第一种改型。它具有和控制器100b1非常相同的结构，只是包括类似于图4所示的禁止补偿设定器38a的禁止补偿设定器38b。它通过线路L11连接于熔滴分离检测器50a，用于接收熔滴分离检测信号S50a，并通过线路14连接于短路检测器51，用于接收短路检测信号S51，通过线路L13连接于脉冲波构成单元53b的补偿设定器S23，用于接收补偿时间信号，并通过线路L15连接于脉冲波构成单元53b的脉冲时间设定器20，用于接收脉冲时间信号S20。
根据这些信号S50a，S51，S23，和S20，禁止补偿设定器38b产生禁止补偿信号S38b。禁止补偿设定器38b还通过线路L12连接于输出补偿器52a的输出调节器19a，用于输出禁止补偿信号S38b。
这样构成的焊接功率控制装置100b1的操作如下。熔滴分离检测信号S50a和短路检测信号S51被输入到禁止补偿设定器38b，在本实施例中，它在检测到熔滴分离时的补偿间隔tr之后和在检测到短路时的短路之后立即禁止输出补偿。
在补偿期间这焊接功率控制器100b2的操作和控制器100a2(图4)的操作相同，在短路期间的操作和按照第三另外的实施例如图3所示的焊接功率控制器100b3的操作相同，这将参照图10进行详细说明。
结果，按照这另一个实施例其效果和焊接功率控制器100a2(图4)以及焊接功率控制器100b3(图9)的效果相同。
应该注意，虽然在本实施例中稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒流控制波形，但是，使用由脉冲电压Vp确定的恒压控制波形也可获得同样效果。还需说明，本实施例的装置可以和以前其它实施例的各种其它装置相结合。
参见图9，其中示出了图6的焊接功率控制器100b1的第二种改型。它具有和图8的控制器100b2非常相同的结构，只是图8的输出补偿器52a被另一个输出补偿器52b所代替，其中输出调节器19a也被另一个输出调节器19b所代替。禁止补偿设定器38b被在图4的控制器100a2中使用的禁止补偿设定器38a所代替。
在这种焊接功率控制器100b3中，当短路检测信号S51被输入到禁止补偿设定器38a时，禁止补偿设定器38a在确定短路已被变为电弧之后立即输出的稳态脉冲波的脉冲间隔tp期间，向输出补偿器52a的输出调节器19a输出禁止补偿信号S38a。因而，输出补偿器52a(19a)在由时间设定器18设定的期间和禁止补偿信号S38a的期间内，忽略来自熔滴分离检测器50a(15)的熔滴分离检测信号S50a。当禁止补偿设定器38a不输出禁止补偿信号S38a时，输出补偿器52b(19b)向脉冲波发生器25b输出熔滴分离检测信号S50a作为输出补偿信号S52b。
在检测到熔滴分离之后立即输出新的脉冲间隔tp，并把输出脉冲电流在补偿间隔tr内降低到补偿电流值Ir，其中的补偿间隔tr是在焊接期间在焊条端部再次形成熔滴的间隔。然而，在这间隔内的电弧长度仍然很长，因此，焊机输出受到外部噪声的影响，并使熔滴分离容易地被误检测。为避免这样，即使由熔滴分离检测器51(15)检测到熔滴分离，输出补偿器52b(19b)也被禁止输出熔滴分离检测信号S50a作为输出补偿信号S52b。这一禁止补偿间隔可被设定为例如由构成单元53b的脉冲时间设定器20设定的脉冲间隔tp。
这种焊接功率控制器的操作如下。如果在焊接期间(从图7中的时刻t1到t2)不向脉冲波发生器25b输入输出补偿信号S52b，也不输入短路检测信号S51，则脉冲波发生器25b向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
然后，当短路检测信号被输入时(在图7的时刻t5)，则向输出控制器11a输出从由短路变为电弧时的脉冲间隔tp开始的稳态脉冲波。存由短路变为电弧(时刻t7)之后紧跟着的脉冲间隔tp(从图7的t7到t8)期间，输出补偿器52a(19a)按照禁止补偿设定器38b的指令，忽略来自熔滴分离检测器50a(15)的熔滴分离检测信号S50a，并不向脉冲波发生器25b输出作为输出补偿信号的信号，亦即不向脉冲波发生器25b输出。
注意，当熔滴分离检测信号S50a被输入到输出补偿器52a时的操作和按照上述的第二实施例的焊接功率控制器100b1所述的操作相同。
参见图15，其中示出了在本实施例中在检测到短路时的焊接电流的波形。
结果，按照这一另外的实施例的焊接功率控制器100b3，通过重复在焊接期间的上述操作，至少可以实现和按照第二实施例的控制器100b1相同的效果。此外，可以阻止在熔滴分离之后紧跟着的熔滴形成期间，由于噪声而使熔滴分离被误检测。
应该注意，虽然在本实施例中，稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ir确定的恒流控制波形，但是，使用由脉冲电压Vp确定的恒压控制波形也能获得同样的效果。
在图11中表示了图6所示的焊接功率控制器100b1的第三种变形。这一焊接功率控制器100b4的结构与焊接功率控制器100b1非常接近，其中的脉冲波发生器25b被另一个脉冲发生器25c代替了；而输出补偿器52a也被图9所示的另一个输出补偿器52b代替了。增加了一个由线L16连接到短路检测器51的短路计算器54，用于从检测器51接收短路信号，以便根据从短路开始到结束的周期来识别长时短路和暂时短路，并且产生短路计算信号S54。长时短路伴随有熔滴转移；而暂时短路则没有熔滴转移。
通过把输出补偿信号S52b，短路检测信号S51以及短路计算信号S54输入到脉冲波发生器25c，脉冲波发生器25c就能适当地识别这种长时短路和暂时短路。
更具体地说，短路计算器53包括由线L16连接到短路检测器51(17)的计数器28，用于设定参考时间的参考时间设定器29，从而产生一个参考信号，以及连接到计数器28和参考时间设定器29的经过时间计算器30。计数器28根据短路信号S51测量从短路开始时经过的时间。参考时间设定器29设定一个参考时间值。经过时间计算器30把计数器28计数的测量时间与参考时间设定器29设定的参考时间相比较，并且在测量时间超过参考时间时输出一个具体的信号，也就是短路计算信号S54。
以下要说明在这一变更实施例中是如何处理短路的。
按照第二实施例，尽管所有短路现象都是在焊接功率控制器100b1(图6)中统一处理的，但是在焊接期间实际上可能出现两种类型的短路。也就是伴随着熔滴转移的长时短路和被称为暂时短路的短时短路，在暂时短路中基本上没有熔滴转移。
在暂时短路期间基本上没有熔滴转移，这是因为高密度电流产生的热量使得熔滴与熔穴之间的接触区域在极短的短路期间是分离的。在大电流值脉冲期间经常会出现这种暂时短路。如果在短路变成电弧之后马上输出稳态的脉冲波，焊条就会在大电流值脉冲间隔期间连续地溶化，并且在焊条末端形成一个很大的熔滴。在这种过大的熔滴被分离时，电弧的作用力很可能造成溅射。也就是说，如果在没有熔滴转移的暂时短路之后马上停止输出稳态的脉冲波，就可以减少溅射。
在本实施例中是通过计数器28，参考时间设定器29，以及用于确定短路时间的经过时间计算器30来实现这一目的的。如果短路计算器54确定了短路属于暂时短路，脉冲波发生器25c就停止输出稳态脉冲波，即使是短路检测器51(17)确定了短路已经变成了电弧，并且连续地输出相同的波。只有当短路计算器54指示出短路属于长时短路时，脉冲波发生器25c才在短路变成电弧之后马上输出稳态脉冲，就象以上的第二实施例中针对焊接控制器100b1所述的情况。
以下要详细地说明这一变更实施例的结构和工作方式。
如果在焊接期间(见图7中的从时间t1到t2)既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25c，受到控制的脉冲发生器25c就向输出控制器11a输出稳态的脉冲波。
如果输出补偿信号S52b被提供给脉冲波发生器25c(在图7中的t2时刻)，就象上述第一实施例中一样，从输出补偿信号S52b被输入时开始，脉冲波发生器25c就在脉冲波构成单元53b的补偿时间设定器23所设定的补偿周期tr(在图7中从t2到t3)中输出低电平的补偿电流电平Ir(S53c)。在经过了补偿周期tr(在t3时刻)之后，脉冲间隔为tp的稳态脉冲波被输出到输出控制器11a。
如果短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25c，经过时间计算器30就把由计数器28测量的从短路开始起经过的时间(在图7中从t5到t7)与参考时间设定器29设定的参考时间相比较。如果经过时间超过了参考时间，经过时间计算器30就向脉冲波发生器25输出短路检测信号S54，表示短路是长时短路。
如果短路检测信号S51和短路检测信号S54都被输入到脉冲波发生器25c，脉冲波发生器25c就识别出短路是长时短路。然后，脉冲波发生器25c就从短路变成电弧之时在脉冲间隔tp之后开始输出稳态的脉冲波。如果仅有短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25c，脉冲波发生器25c就识别出短路是暂时的，因此就连续输出相同的信号。
通过上述的操作方式，焊接功率控制器100b4可以象上述第一实施例一样减少溅射。另外，本实施例还能在暂时短路时鉴别长时短路和暂时短路，从而防止熔滴的暂时短路期间过度生长，在长时短路时可以在短路变成电弧之后促使熔滴的形成，从而实现均匀的熔滴散布循环，并且提高焊接的稳态性。
值得注意的是，尽管在本实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压波也可以获得相同的效果。
参见图12，在其中表示了第二实施例的第四种变形的焊接功率控制器100b1(图6)。
这种变形的焊接功率控制器100b5具有与控制器100b1非常相似的结构。焊接功率控制器100b5与焊接功率控制器100b1的区别在于用另一种脉冲构造装置53d代替了图6中的脉冲构造装置53a，并且用另一种脉冲波发生器25d代替了脉冲波发生器25a，此外还增加了保持时间设定器32。
在发生短路时，脉冲波发生器25d从短路变成电弧时开始在保持时间设定器32设定的已知的保持周期th中使脉冲波下降到由基本电流设定器22设定的已知的基本电流Ib。在保持周期th结束之后，脉冲波发生器25d在脉冲间隔tp开始时输出稳态的脉冲波。其结果是，短路期间的输出电流电平被降低了。
焊接控制器100b5按照以下方式操作。
如果在焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25d，脉冲波发生器25d就象第一实施例中一样向输出控制器11输出稳态脉冲波。
如果在此后向脉冲波发生器25d提供输出补偿信号S52b，脉冲波发生器25d就象第一和第二实施例中那样从输出补偿信号S52b被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr期间输出低电平补偿电流Ir。经过了补偿周期tr之后，从脉冲间隔tp开始向输出控制器11输出稳态脉冲波。
在短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25d时，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在保持时间设定器32设定的特定保持周期th中输出由基本电流设定器22确定的低电平基本电流Ib。在经过了保持时间之后，在脉冲间隔tp时开始向输出控制器11输出稳态脉冲波。
如果在焊接期间重复上述操作，就可以象第一实施例一样减少溅射。然而，通过在短路变成电弧时进一步降低电流电平，还可以进一步减少溅射，并且能在短路变成电弧之后促使熔滴形成，焊接就能更加稳定。
进一步值得注意的是，尽管在这一变更实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压波也可以获得相同的效果。
参见图13，在其中表示了本发明第二实施例的焊接功率控制器100b1的第五种变形。焊接功率控制器100b6具有与图12的第四种变形非常相似的结构，并且还包括一个电平设定器34。相应的脉冲波发生器25d被另一种脉冲波发生器25代替了，从而构成了另一种脉冲波构成单元53e。
焊接功率控制器100b6与焊接功率控制器100b5的区别如下。在开始短路时，脉冲波发生器25从短路变成电弧时开始在保持时间设定器32设定的已知的保持周期th中使脉冲波输出下降到保持电流电平Ih。同样，在保持周期th结束之后，脉冲波发生器25在脉冲间隔tp开始时输出稳态的脉冲波。其结果是，短路期间的输出电流电平被降低了。
这一变更实施例的焊接控制器100b6按照以下方式操作。
如果在焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25e，脉冲波发生器25e就象第一实施例中一样向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
如果在此后向脉冲波发生器25e提供输出补偿信号S52b，脉冲波发生器25e就象第一和第二实施例中那样从输出补偿信号S52b被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr期间输出低电平补偿电流Ir。经过了补偿周期tr之后，从脉冲间隔tp开始向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
在短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25e时，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在保持时间设定器32设定的特定保持周期th中输出由基本电平设定器34确定的低电平保持电流Ih。在经过了保持周期th之后，在脉冲间隔tp时开始向输出控制器11输出稳态脉冲波。
图14是在本实施例中检测到短路时的焊接电流波图。
如果在焊接期间重复上述操作，就可以象第二实施例一样减少溅射。然而，通过在短路变成电弧时进一步降低电流电平，还可以进一步减少溅射，并且能在短路变成电弧之后促使熔滴形成，焊接就能更加稳定。
进一步值得注意的是，尽管在这一实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压控制波也可以获得相同的效果。另外，第五变更例与图12所示的第四变更例在各个方面大体上都是相同的，区别只是用保持电流Ih代替了基本电流Ib。
参见图15，在其中表示了本发明第二实施例的焊接功率控制器100b1的第六种变形。这种变形的焊接功率控制器100b7具有与图13所示的焊接功率控制器100b5非常相似的结构，但是脉冲波构成单元53e被另一种变形的脉冲波发生器53e代替了，并且还另外提供了一个短路重复检测器35和一个电平调节器37。
短路重复检测器35由线L19连接到短路检测器51的比较器17，并且由线L21连接到保持时间设定器32，以便分别接收短路检测信号S51和保持时间信号S32。短路重复检测器35根据这两个信号S51和S32产生短路重复检测信号S35。
电平调节器37被线L20连接到短路重复检测器35，并且由线L22电平设定器34，以便分别接收短路重复检测信号S35和电平信号34。电平调节器37根据这两个信号S35和S34产生电平调节信号S37，并且进一步由线L23连接到脉冲波发生器25e，以便向其提供电平调节信号S37。
当短路重复检测器35检测到重复短路时，由短路期间输出的并且由电平设定器34设定的电平信号S34表示的保持电流Ih是由保持时间调节器36来调节的，并且由电平调节信号S37代表的调节后的保持电流Ih被输出到脉冲波发生器25e。
这一变形的焊接控制器100b7按照以下方式操作。
如果在焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25e，脉冲波发生器25e就象第一实施例中一样向输出控制器11a输出稳态脉冲波信号S53f。
如果在此后向脉冲波发生器25e提供输出补偿信号S52b，脉冲波发生器25e就象第一实施例中那样从输出补偿信号S52b被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr期间输出代表低电平补偿电流电平Ir的脉冲波信号S53f。经过了补偿周期tr之后，就向输出控制器11a输出脉冲间隔为tp的稳态脉冲波信号S53f。
在短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25e时，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在保持时间设定器32设定的特定保持周期th(信号S32)中输出由电平设定器34确定的保持电流Ih(信号S34)。如果短路重复检测器35在这一保持周期th期间检测到重复短路，就用电平调节器37调节也就是增大保持电流Ih，并且在保持周期th结束和脉冲间隔tp开始时向输出控制器11输出稳态脉冲波。
如果在焊接期间重复上述操作，本实施例就至少可以获得象第五实施例一样的效果。
值得注意的是，尽管在本实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压控制波也可以获得相同的效果。
图16表示图3中所示的第二实施例焊接功率控制器100b1的第七种变形。这种变形的焊接功率控制器100b8具有与图15所示的第六种焊接功率控制器100b7非常相似的结构。然而，图15中的电平调节器37被去掉了；并且在图16中额外提供了一个保持时间调节器36。保持时间调节器36被线L24连接到保持时间设定器32，并且由线L26连接到短路重复检测器35，以便分别接收保持时间信号S32和短路重复检测信号S35。保持时间调节器36根据这两个信号S32和S35产生保持时间调节信号S36，并且进一步由线L25连接到脉冲波发生器25e，以便向其提供调节信号S36。
在这一变形实施例中，短路检测信号S52和保持时间信号S32被输入到短路重复检测器35，从短路变成电弧的时刻起，检测器35使用这些信号S52和S32来检测在保持时间设定器32设定的保持周期th之内是否出现重复短路。这样，短路重复检测器35就能向保持时间调节器36提供短路重复检测信号S35，使保持时间调节器36能够调节输出到脉冲波发生器25e的保持周期th。
这一变形实施例的焊接控制器100b8按照以下方式操作。
如果在焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25e，脉冲波发生器25e就象第一实施例中一样向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
如果在此后向脉冲波发生器25e提供输出补偿信号S52b，脉冲波发生器25e就象第一和第二实施例中那样从输出补偿信号S52b被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr期间输出低电平补偿电流电平Ir(S53g)。经过了补偿周期tr之后，就从脉冲间隔tp开始向输出控制器11a输出稳态脉冲波(S53g)。
在短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25e时，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在保持时间设定器32设定的特定保持周期th(S32)中输出由电平设定器34确定的保持电流Ih(信号S34)。如果短路重复检测器35在这一保持周期th期间检测到重复短路，就用保持时间调节器36调节也就是缩短保持周期，并且在被调节的保持周期th结束并且从脉冲间隔tp开始时向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
这样做的结果是，如果在焊接期间重复上述操作，这一变形的焊接功率控制器100b8就至少可以获得象图12所示第四种变形的焊接功率控制器100b4一样的效果。
值得注意的是，尽管在这一变形实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压控制波也可以获得相同的效果。
参见图17，它表示图6中所示的第二实施例焊接功率控制器100b1的第八种变形。这种变形的焊接功率控制器100b9具有与图16所示的第七种焊接功率控制器100b8非常相似的结构。然而，在电平设定器34和脉冲波发生器25e之间另外提供了由线L27连接到短路重复检测器35的一个电平调节器37，用于接收短路重复检测信号，这样就形成了另一种变形的脉冲波构成单元53h。
电平调节器37根据重复检测信号S35和通过线L22从电平设定器34接收的电平信号S34产生一个电平调节信号S37，通过线L28将其提供给脉冲波发生器25e。
如此构成的焊接控制器100b9按照以下方式操作。
如果在焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25e，脉冲波发生器25e就向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
如果在此后向脉冲波发生器25e提供输出补偿信号S52b，脉冲波发生器25e就象第一实施例中那样从输出补偿信号S52b被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr(S23)期间输出低电平补偿电流电平Ir(S53g)。经过了补偿周期tr之后，就从脉冲间隔tp开始向输出控制器11a输出稳态脉冲波(S53g)。
在短路检测信号S51被提供给脉冲波发生器25e时，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在保持时间设定器32设定的特定保持周期th(S32)中输出由电平设定器34确定的保持电流Ih(信号S34)。如果短路重复检测器35在这一保持周期th期间检测到重复短路，就用电平调节器37调节也就是降低保持电流Ih(S37)，并且用保持时间调节器36调节也就是缩短保持周期。在被调节的保持周期th结束并且从脉冲间隔tp开始时向输出控制器11a输出稳态脉冲波。
这样做的结果是，如果在焊接期间重复上述操作，这一变形实施例至少可以获得象第四种变形实施例一样的效果。
值得注意的是，尽管在这一变形实施例中的稳态脉冲波是由脉冲电流Ip和基本电流Ib确定的恒定电流控制波，如果使用由脉冲电压Vp确定的恒定电压控制波也可以获得相同的效果。第三实施例图18表示了本发明第三实施例的焊接功率控制器。这一焊接功率控制器100c的结构与图6所示的第二实施例的焊接功率控制器100b1非常相似。焊接功率控制器100c与焊接功率控制器100b1的区别在于用另一种熔滴分离检测器50b代替了熔滴分离检测器50a，检测器50b包括一个峰值电压微分器45，一个微分设定器46，以及比较器15。
峰值电压微分器45被连接到电压检测器13，用于接收焊接电压信号，仅对脉冲间隔tp之内的电压分量进行微分，并且产生微分信号S45。微分设定器46设定一个参考微分，并且产生微分信号S46。比较器15被连接到微分器45和设定器46，以便接收信号S45和S46并加以比较，从而产生熔滴分量信号S50b。换句话说，焊接功率控制器100b1中使用的电压设定器14被峰值电压微分器45和微分设定器46代替了。
另外，在图6中的脉冲波构成单元53b被另一个脉冲波构成单元53i代替了，在其中去掉了脉冲电流设定器21；脉冲波发生器25b也被另一个脉冲波发生器25f代替了；并且额外提供了一个电压电平设定器44。电压电平设定器44设定一个电压电平Vp，在脉冲间隔tp期间作为脉冲电压信号S44，用于根据焊接控制信号Sw实现恒压控制，并且由线L26连接到波发生器25f，以便为其提供脉冲电压信号S44。
脉冲波发生器25f根据信号S20，S22，S23，S24，S44，S51和S52b产生一个脉冲波信号S53i。代替了图6中的输出控制器11a的一个输出控制器11b根据这一脉冲波信号S53i对来自电压检测器13的焊接电压信号的电压和来自电流检测器12的焊接电流信号的电压整形，形成脉冲波信号S53i的脉冲波。如上文中所述，由电流检测器12检测的焊接电流信号S10的电压值实际上是一个电压信号。
以下要参照图19说明如此构成的焊接功率控制器100c的操作方式。
如果在从时间t3到t6的焊接期间既没有输出补偿信号S52b也没有短路检测信号S51被输入到脉冲波发生器25f，脉冲波发生器25f就在从t3到t6的时间内向输出控制器11b输出由脉冲时间设定器20设定的脉冲间隔tp(S20)和基本周期tb(S20)，由电压电平设定器44设定的脉冲电压Vp(S44)，以及由基本电流设定器22设定的基本电流Ib(S22)来确定的稳态脉冲波。
正如由信号S10的峰值边沿Pw所示的典型现象，如果此后在时间t2从输出补偿器19提供输出补偿信号S52b；脉冲波发生器25f就象第一实施例中那样从输出补偿信号S52b从输出补偿器52b(19b)被输入的时刻开始在补偿时间设定器23设定的补偿周期tr(S23)期间输出低电平补偿电流电平Ir(S53i)。在时间t3，经过了补偿周期tr之后，就从脉冲间隔tp开始向输出控制器11b输出稳态脉冲波。
在时间t5，当短路检测信号S51显示出脉冲正在被提供给脉冲波发生器25f时，在时间t5到t7，从确定了短路已经变成电弧的时刻起，在周期Cs中向输出控制器11b输出脉冲间隔为tp的稳态脉冲波。对输出控制器11b的控制使得焊接电压检测器13的检测电压和电流检测器12检测的代表焊接电流(S10)的电压符合上述恒定电压脉冲波。
以下要说明熔滴分离的检测方式。
由于这种结构在脉冲间隔tp期间采用了恒压控制来控制焊接电压，如果没有熔滴分离，峰值电压微分器45的输出基本上为零。然而，在熔滴分离时，电弧的长度增加，焊接电压上升到电压电平设定器44设定的电平以上，峰值电压微分器45检测到输出控制器11b在电压控制延迟周期中的电压上升，并且将其输出给比较器15。当微分信号上升到高于微分设定器46设定的参考值时，比较器15就输出熔滴分离检测信号。
值得注意的是，尽管在这一实施例中是采用由脉冲电压Vp和基本电压Vb以及补偿电压Vr确定的恒定电压控制波，如果使用分别由脉冲电流Ip，基本电流Ib和补偿电流Ir确定的恒定电流控制波也可以获得相同的效果，如图19所示。
这样，本实施例还可以同时获得与第二实施例相同的效果。
熔滴分离检测器50a是一个根据检测的焊接电压Sv检测熔滴分离的装置。如果脉冲间隔是用于恒定电流控制的稳态脉冲波，比较器15就把检测电压Sv与电压设定器14设定的特定电压相比较。如果检测电压Sv超过了上述特定电压，就输出熔滴分离检测信号，表示熔滴已经分离。如果脉冲间隔是用于恒定电压控制的稳态脉冲波，就通过微分器获得上述被检测电压脉冲间隔的微分，用一个比较器把上述微分值与一个微分值设定器输出的特定值相比较，并且在上述微分值超过了上述特定值时输出熔滴分离检测信号，表示熔滴已经分离。
用短路检测器51检测焊条5与焊接材料9之间的短路。短路检测器51通过把检测的焊接电压Sv与参考电压设定器16设定的特定电压相比较来进行检测，并且在检测电压Sv低于上述比较电压时输出表示短路的短路检测信号S51。
输出比较器52a和52b(输出调节器19a和19b)从熔滴分离检测信号S50a中除去任何由于短路噪声而产生的错误信息，并且在需要停止短路并且开始产生电弧时在由时间设定器18设定的周期内消除熔滴分离检测信号S50a和S50b。例如，可以把熔滴分离检测信号S50a和S50b输入到一个模拟的门电路，这一门电路在特定的周期内关闭。
脉冲波构成单元53a至53i(脉冲波发生器25a至25i)分别是用于产生焊接脉冲波信号S53a至S53b的装置。具体地说，脉冲波发生器25a至25i分别产生一种波，其中的一个周期包括脉冲间隔tp和基本周期tb，在各个周期中由电流或是电压来限定波。在本发明中假定在脉冲间隔tp中的特定脉冲电流Ip是恒流控制稳态脉冲波，而在脉冲间隔tp中的特定脉冲电压Vp和基本周期tb中的特定基本电流Ib是恒压控制稳态脉冲波。这些值的设定是由脉冲时间设定器20，脉冲电流设定器21，基本电流设定器22以及电平设定器34来限定的。通过这些设定获得的波是由微型计算机或其他设备中运行的软件来编程的。
熔滴分离的补偿周期tr主要是由补偿时间设定器23设定的，补偿电流电平Ir是由补偿电平设定器24设定的，在发生短路时的保持周期th是由保持时间设定器32(图12，13，15，16，和17)设定的，而保持电流Ih是由电平设定器34(图13，15，16，和17)设定的。另外值得注意的还有，如果数值是恒定值，这些设定值还可以存储在ROM中，或是可以存储在寄存器或是其他非易失性存储器中备用。
短路计算器54(图11)是一种用于识别伴随有熔滴转移的长时短路和没有熔滴转移的暂时短路的装置。其实现的方式是采用一个计数器28(图11)来测量从开始短路到停止短路并且起弧时所经历的时间，然后用一个经过时间比较器30将测得的这一时间与参考时间设定器29(图11)设定的具体的参考时间相比较。
禁止补偿设定器38a和38b(图4，9和8)分别是向输出补偿器52a和52b(图4，9和8)发出指令的装置，以便紧接在检测到熔滴分离时的波补偿之后，并且紧接在检测到短路时停止短路之后的稳态脉冲波输出的脉冲间隔tp期间阻止熔滴分离检测信号S50a。然后，禁止补偿设定器38a和38b(图4，9和8)根据熔滴分离检测信号S50a，短路检测信号S51，补偿周期tr，以及保持周期th分别产生控制信号S38a和S38b，并且分别向输出补偿器52a和52b的输出调节器19a和19b输出上述控制信号S38a和S38b(图4，9和8)，作为输出补偿信号S38a和S38b(图4，9和8)。
短路重复检测器35(图4，9和8)是用于检测在从首次检测到短路时起的特定保持周期th之内是否再次发生短路的装置。实现的方式例如是采用一个按照保持周期打开和关闭的门电路。
以下要参照
本发明的最佳实施例。
如上所述，通过在根据焊接电压检测到熔滴分离时从熔滴分离检测信号中除去由短路造成的虚假检测分量，本发明可以精确和适当地检测到熔滴分离。
另外，由于在检测到熔滴分离时至少在熔滴完全变成熔穴之前降低了脉冲间隔电流，采用弱的电弧就能保证使分离的熔滴变成熔穴，从而减少了溅射，获得均匀的熔滴分离周期，并且保持焊接的稳定性。
另外，通过在检测到短路时从短路变成电弧的时刻起输出稳态脉冲波，可以促进熔滴的形成，并且实现焊接的稳定性。
此外，如果仅在检测到短路属于伴随有熔滴转移的长时短路时才在熔滴变成电弧的时刻起输出稳态脉冲波，就可以防止由于暂时短路造成的熔滴过度生长，在长时短路的情况下便于形成熔滴，并且实现焊接的稳定性。
如果在检测到短路时从短路变成电弧的时刻起在一个特定周期中降低电流电平，就可以增强减少溅射的效果。
通过紧接在检测到短路时在短路变成电弧之后的脉冲波输出的脉冲间隔期间以及紧接在检测到熔滴分离时的补偿之后除去熔滴分离检测信号，可以消除焊接期间的噪声影响，并且实现焊接的稳定性。
显然，第一至第十二实施例中的各种装置还可以按照其他各种方式加以组合，并且从中获得组合了这些实施例的的特征的输出控制装置。
尽管本发明是按照上述方式来说明的，显然还可以用其他方式来实现。这些方式并没有脱离本发明的精神和范围，所有这些变形对本领域的技术人员都是显而易见的，并且应该被包括在附加的权利要求书中。
权利要求
1.一种焊接功率控制装置，用于控制一种使用以二氧化碳为主要成分的屏蔽气体的自耗电极型脉冲电弧焊接的焊接功率，该装置包括用于检测焊接状态的焊接状态检测装置；以及一个脉冲波发生装置，用于在第一预定周期内产生由第一脉冲高度所限定的第一脉冲波，在第二脉冲间隔内产生由低于上述第一脉冲高度的基本高度限定的第一脉冲波，并且在上述第一脉冲波之后根据上述检测的焊接状态在第三预定周期内产生由低于上述第一脉冲高度的第二脉冲高度来限定的第二脉冲波。
2.按照权利要求1的焊接功率控制装置，其特征是上述第一脉冲高度是第一电流，而上述基本高度是低于上述第一电流值的第二电流。
3.按照权利要求1的焊接功率控制装置，其特征是上述第一脉冲高度是第一电压，而上述基本高度是低于上述第一电压的第二电压。
4.按照权利要求1的焊接功率控制装置，其特征是上述焊接状态检测装置包括用于检测焊接电压的焊接电压检测装置；根据上述检测的焊接电压来检测从上述消耗电极上分离的熔滴的熔滴分离检测装置；以及短路检测装置，用于根据上述焊接电压来检测短路。
5.按照权利要求4的焊接功率控制装置，其特征是还包括输出补偿装置，用于在检测到上述熔滴分离时产生有效的输出补偿信号，上述输出补偿信号在上述短路结束之后的第四预定周期内被禁止。
6.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是上述第一脉冲波是在上述输出补偿信号被禁止时产生的，而上述第二脉冲波是在上述输出补偿信号有效时产生的。
7.按照权利要求4的焊接功率控制装置，其特征是上述熔滴分离检测装置在上述检测电压大于第一预定电压时检测熔滴分离。
8.按照权利要求4的焊接功率控制装置，其特征是上述短路检测装置在上述检测电压低于第二预定电压时检测短路。
9.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是上述脉冲波发生装置在上述输出补偿信号有效时以及检测到上述短路时都不产生上述第一脉冲波，而第二脉冲波是在对上述短路进行检测时从上述短路结束时开始的。
10.按照权利要求9的焊接功率控制装置，其特征是还包括短路计算装置，用于根据从短路开始到结束的周期来识别伴随有熔滴转移的长时短路和没有熔滴转移的暂时短路，上述脉冲波发生装置在短路属于暂时短路时忽略上述短路检测信号。
11.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是上述脉冲波发生装置在上述输出补偿信号有效时以及检测到上述短路时都不产生上述第一脉冲波，并且在上述第一脉冲波之后从上述短路结束时起在第五预定周期内产生由低于上述第一脉冲高度的第三脉冲高度所限定的第三脉冲波。
12.按照权利要求11的焊接功率控制装置，其特征是上述第三脉冲高度可以是第三电流或是第三电压。
13.按照权利要求11的焊接功率控制装置，其特征是上述第三脉冲高度被设定在等于上述基本脉冲高度。
14.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个禁止补偿装置，用于紧接在上述第三预定周期之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
15.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个禁止补偿装置，用于紧接在上述短路结束之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
16.按照权利要求5的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个禁止补偿装置，用于紧接在上述第三预定周期之后并且紧接在上述短路结束之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
17.按照权利要求11的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个重复短路检测装置，用于在上述第五预定周期内检测重复的短路，从而调节上述第五预定周期的时间长度。
18.按照权利要求11的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个重复短路检测装置，用于在上述第五预定周期内检测重复短路，从而调节上述第三脉冲高度。
19.按照权利要求11的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个重复短路检测装置，用于在上述第五预定周期内检测重复的短路，从而调节上述第三预定周期和上述第三预定高度。
20.按照权利要求7的焊接功率控制装置，其特征是，在使用上述第一脉冲波时，上述熔滴分离检测装置在上述检测电压大于一个预定电压值时检测上述熔滴分离。
21.按照权利要求7的焊接功率控制装置，其特征是还包括一个熔滴分离检测装置，用于在上述第一脉冲间隔期间把上述第一预定电压与上述检测电压的微分相比较，从而使得在第一脉冲波控制延迟周期期间上升的上述检测电压的微分超过了上述第一预定值时产生上述熔滴分离检测信号，其中的上述脉冲波控制延迟周期是紧接在熔滴分离之后使焊接电压重新上升到上述第一高度的脉冲高度时所需的周期。
21.按照权利要求4的焊接功率控制装置，其特征是上述焊接状态检测装置还包括推进速度检测装置，用于检测上述消耗电极的推进速度。
22.一种焊接功率控制方法，用于控制一种使用以二氧化碳为主要成分的屏蔽气体的自耗电极型脉冲电弧焊接的焊接功率，该方法包括以下步骤检测焊接状态；以及在第一预定周期内产生由第一脉冲高度所限定的第一脉冲波，在第二脉冲间隔内产生由低于上述第一脉冲高度的基本高度限定的第一脉冲波，并且在上述第一脉冲波之后根据上述检测的焊接状态在第三预定周期内产生由低于上述第一脉冲高度的第二脉冲高度来限定的第二脉冲波。
23.按照权利要求22的焊接功率控制方法，其特征是上述第一脉冲高度是第一电流，而上述基本高度是低于上述第一电流值的第二电流。
24.按照权利要求22的焊接功率控制方法，其特征是上述第一脉冲高度是第一电压，而上述基本高度是低于上述第一电压的第二电压。
25.按照权利要求22的焊接功率控制方法，其特征是上述焊接状态检测步骤包括检测焊接电压；根据上述检测的焊接电压来检测从上述消耗电极上分离的熔滴；以及根据上述焊接电压来检测短路。
26.按照权利要求25的方法，其特征是还包括在检测到上述熔滴分离时产生有效的输出补偿信号的步骤，上述输出补偿信号在上述短路结束之后的第四预定周期内被禁止。
27.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是上述第一脉冲波是在上述输出补偿信号被禁止时产生的，而上述第二脉冲波是在上述输出补偿信号有效时产生的。
28.按照权利要求25的焊接功率控制方法，其特征是上述熔滴分离检测步骤在上述检测电压大于第一预定电压时检测熔滴分离。
29.按照权利要求25的焊接功率控制方法，其特征是上述短路检测步骤在上述检测的焊接电压低于第二预定电压时检测短路。
30.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是上述脉冲波发生步骤在上述输出补偿信号有效时以及检测到上述短路时都不产生上述第一脉冲波，而第二脉冲波是在对上述短路进行检测时从上述短路结束时开始的。
31.按照权利要求30的焊接功率控制方法，其特征是还包括短路计算步骤，用于根据从短路开始到结束的周期来识别伴随有熔滴转移的长时短路和没有熔滴转移的暂时短路，上述脉冲波发生装置在短路属于暂时短路时忽略上述短路检测信号。
32.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是上述脉冲波发生方法在上述输出补偿信号有效时以及检测到上述短路时都不产生上述第一脉冲波，并且在上述第一脉冲波之后从上述短路结束时起在第五预定周期内产生由低于上述第一脉冲高度的第三脉冲高度所限定的第三脉冲波。
33.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是上述第三脉冲高度可以是第三电流或是第三电压。
34.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是上述第三脉冲高度被设定在等于上述基本脉冲高度。
35.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个禁止补偿的步骤，用于紧接在上述第三预定周期之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
36.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个禁止补偿的步骤，用于紧接在上述短路结束之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
37.按照权利要求26的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个禁止补偿的步骤，用于紧接在上述第三预定周期之后并且紧接在上述短路结束之后的上述第一预定周期内禁止上述输出补偿信号。
38.按照权利要求36的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个重复短路检测步骤，用于在上述第五预定周期内检测重复的短路，从而调节上述第五预定周期的时间长度。
39.按照权利要求36的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个重复短路检测步骤，用于在上述第五预定周期内检测重复短路，从而调节上述第三脉冲高度。
40.按照权利要求36的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个重复短路检测步骤，用于在上述第五预定周期内检测重复的短路，从而调节上述第三预定周期和上述第三预定高度。
41.按照权利要28的焊接功率控制方法，其特征是，在使用上述第一脉冲波时，上述熔滴分离检测步骤在上述检测电压大于一个预定电压值时检测上述熔滴分离。
42.按照权利要求28的焊接功率控制方法，其特征是还包括一个熔滴分离检测步骤，用于在上述第一脉冲间隔期间把上述第一预定电压与上述检测电压的微分相比较，从而使得在第一脉冲波控制延迟周期期间上升的上述检测电压的微分超过了上述第一预定值时产生上述熔滴分离检测信号，其中的上述脉冲波控制延迟周期是紧接在熔滴分离之后使焊接电压重新上升到上述第一高度的脉冲高度时所需的周期。
43.按照权利要求25的焊接功率控制方法，其特征是还包括推进速度检测步骤，用于检测上述消耗电极的推进速度。
全文摘要
焊接功率控制装置消除短路和噪声的影响，精确地检测熔滴分离，在熔滴分离和发生短路时减少溅射，获得稳定特定焊接效果。对诸如焊接电压，焊接电流，短路以及熔滴分离等进行检测。根据检测的焊接状态，脉冲波构成单元产生稳态脉冲波和补偿脉冲波。稳态脉冲波在脉冲间隔中由脉冲高度限定，在基本周期中由低于第一脉冲高度的基本高度限定。在低于补偿周期的脉冲高度的补偿脉冲高度限定的补偿脉冲波后是根据检测的焊接状态的脉冲波。
文档编号B23K9/09GK1165065SQ9710188
公开日1997年11月19日 申请日期1997年1月31日 优先权日1996年1月31日
发明者王静波, 印南哲, 井原英树 申请人:松下电器产业株式会社