专利名称：电弧焊设备和方法
技术领域：
本发明涉及焊接例如铁的基底(base)材料的设备和方法。本发明尤其涉及方便在基底材料上查看焊接点的电弧焊设备和方法。
背景技术：
根据电弧焊方法的类型，非自耗(nonconsumable)电极被移动接近于基底材料，在电极和基底材料之间施加了其上叠加有高频电压的高电压。然后，把电极移动到离开基底材料，在电极和基底材料之间形成电弧，由此用其热量熔化基底材料。然而，这种类型的方法需要熟练的操作技能，因为其固有的困难在于在所需焊接点处创建熔融焊接池(molten weld pool)。
考虑到上述问题，JP H10-006006A公开了一种电弧焊设备，其适于向操作者指明工件上的焊接点。
现有技术设备提供了用于照明焊接点的狭缝(slit)光源，用于监控熔融焊接池的电弧监控器，以及图像合成器。现有技术的设备适于操作者在电弧监控器的显示屏上观察焊接点。
然而，现有技术设备具有以下问题。狭缝光源和电弧监控器的配备使现有技术设备具有复杂化的，并因此昂贵的结构。并且，现有技术的设备使得操作者必须在焊接操作期间交替和重复性地查看每一个监控器和基底材料，导致了较差的操作性。
考虑到上述问题，本发明的特点是提供一种便宜和可操作的电弧焊设备和方法，其允许把基底材料上的焊接点适当地指示给操作者。
本发明的另一个特点是提供一种电弧焊设备和方法，其在电弧焊操作期间防止产生高频率噪音。
本发明的又一个特点是提供一种电弧焊设备和方法，其允许在电弧焊操作期间具有平稳的电弧过渡(transition)。
发明内容
根据发明的一个方面的电弧焊设备包括主电源电路，操作开关，控制电路。主电源电路适于在焊炬(welding torch)和基底材料之间施加电弧电压，因此在其中流过了焊弧电流。操作开关适于操作者使用，以提供产生焊弧的指示(下文中称为起弧(arc start)指示)。控制电路适于控制主电源电路，从而主电源电路使引弧电流(pilot arc current)流过焊炬(torch)和基底材料，直到提供了起弧指示。引弧电流具有比焊弧电流更小的值。
随着引弧电流流过焊炬和基底材料，引弧被建立，以照明基底材料，由此允许操作者可以观察基底材料上的焊接点。
根据发明的另一方面，该设备进一步包括高频电压产生电路，以产生高频电压。控制电流控制高频电压产生电路，使得只有当设备开启后、通过操作开关提供第一起弧指示时，高频电压产生电路才产生叠加在电弧电压上的高频电压。
当提供第一起弧指示时，在焊炬和基底材料之间施加叠加有高频电压的电弧电压，因此便于产生焊弧。引弧电流的通路持续存在，直到提供另一个起弧指示。因此，当提供另一个起弧指示时，引弧电流因此允许形成没有高频电压叠加在弧电压上的从引弧到焊弧的平稳过渡。特别是，该设备使得只有当设备启动之后，高频电压才叠加在电弧电压之上，而不用考虑起弧和止弧(arc stop)指示被怎样经常地重复。因此，该设备防止了高频噪音的产生。
图1示出了根据发明的实施例的电弧焊设备的电路图；图2示出了由电弧焊设备执行的操作；图3示出了由根据发明的另一个实施例的电弧焊设备执行的操作。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的实施例的电焊弧设备20的电路图。
参考该图，设备20包括用于输出电弧电流的主电源电路21，以及用于控制电路21的控制电路22。
电路21具有电源开关SW，整流器电路1，倒相器(inverter)电路2，和输出电路23。开关SW开启或者关闭来自AC电源的电源输入。电路1对输入到输入端INPUT的AC电源电压进行整流。电路2包括用于转换整流电压的转换元件。提供电路23，用于把电路2的输出传递给输出端7以及输出端8。基底材料10与输出端7相连，焊炬9与输出端8相连。应当注意到，半导体控制元件可以可选地替代电路1。
电路23具有倒相变压器3，输出整流器4，以及平滑电路。变压器3将电路2的输出电压转换成预定电压。整流器4对变压器3的输出电压进行整流。平滑电路具有电抗器5和电容器6，为平稳整流器4的输出电压提供平滑。
设备20进一步包括高频电压产生电路13，变压器14，检测线圈16，以及电弧电流检测电路17。电路13产生高频电压。变压器14把该高频电压叠加在电路2的输出上，也就是电路23的输出高电压。线圈16与输出端8相串联。电路17检测流过线圈16的电流，由此确定电弧电流的值。
电路22具有第一控制电路11，第二控制电路12，和第三控制电路18。电路11适于控制电路1和2的工作。电路12适于控制电路13的工作。电路18根据电路17检测的电弧电流值和操作开关FS(将在后面描述)是否处于开或关的状态而向电路11和12输出控制信号。电路11响应于脉宽调制(PWM)控制电路，以通过PWM控制在电路2中开启或关闭转换元件。
设备20具有与其相连的操作开关FS。开关FS是具有踏板的脚踏开关(foot switch)，用于操作者压下，以提供产生焊弧的指示(下文中被称作起弧指示)。开关FS把起弧信号或者止弧信号发送给电路18。开关FS正常情况下处于关闭状态，发送出止弧信号。当操作者压下踏板时，开关FS被开启，并且发送出起弧信号。
设备20以下述方式工作。
图2示出了由设备20执行的操作。
当开关SW开启时，AC电源电压被输入到电路1并且被电路1整流。整流后的电压被接着输入到电路2。此时，开关FS处于踏板没有被压下的关闭状态。因此，电路11并不触发电路2。
当压下踏板而使开关FS处于开启状态时，起弧信号被发送到电路18。然后，电路18确定开关FS是否是在设备20开启之后第一次被开启。特别是，电路18确定电路17是否检测到零值电弧电流。零值电弧电流的检测意味着自从设备20开启之后开关FS第一次被开启。
一旦确定电路17检测到零值电弧电流，电路18就把用于产生焊弧的控制信发送号给电路11和12。因此，电路11和12分别触发电路2和13。被触发的电路2引起了在焊炬9和基底材料10之间施加的电路23的高电压输出。同时，被触发的电路13使变压器14把高频电压叠加到高电压上。高频电压叠加其上的高电压允许在焊炬9和基底材料10之间具有高温的焊弧15的平稳建立，由此产生几十安培(图4示出的实施例中是50安培)的焊弧电流IA。电弧15的热量熔化了基底材料10。焊条于是被放入到电弧15中并且被熔化，从而使基底材料10熔化。电路12几乎在电弧15产生的同时去掉电路13的激励。
当通过放开踏板关闭开关FS时，止弧信号被发送到电路18。电路18接着把这种控制信号发送给电路11，从而促进产生从约0.5安培到约2安培的引弧电流IB。作为PWM控制电路的电路11执行时间周期的PWM控制，其中电路2中的转换元件为了该时间周期而处于开启或关闭状态，由此允许电路23输出从约0.5安培到约2安培的微小(minute)电流。电路18也把控制信号发送到电路12，用于去掉电路13的激励。因此，50安培的焊弧电流IA减少到从约0.5安培到约2安培的引弧电流IB。引弧电流IB产生引弧，其具有对于电弧焊的不充足的热量，但提供用于照明基底材料10上的焊接点的充足照明。因此，引弧允许操作者在后来的焊接操作中清楚地观察焊接点。而且，熔化的金属被固化。
然后，当开关FS再次被开启时，起弧信号传送到电路18。电路18确定电路17是否检测到零值电弧电流。此时，电路17对引弧电流IB进行检测。因此，电路18把用于产生焊弧的控制信号发送给电路11，但并不把用于触发电路13的控制信号发送给电路12。然而，一旦电路11触发电路2，在焊炬9和基底材料10之间已经建立的引弧就立即过渡到主焊弧。
重复上述的步骤，以在基底材料10的所需部分上实现焊接。
随着开关FS被关闭，建立引弧，以照明基底材料10上的焊接点。因此，电弧焊设备20允许操作者在下一次开启开关FS时容易地观察焊接点。而且，在涉及重复开关开关FS的焊接操作中，只有在设备20被开启后，高频电压产生电路13才被触发。因此，设备20产生非常有限的高频噪音量。另外，当开关FS开启时，高频电压被施加有已经建立的引弧。因此，设备20确保在高压上不叠加高频电压时焊弧的平稳形成。
图3示出了通过根据发明的另一个实施例的第三控制电路18进行控制的方法。
当开关SW，以及随后的开关FS开启时，第三控制电路18把控制信号发送给第二控制电路12，用于触发高频电压产生电路13。同时，电路18把这种控制信号发送给第一控制电路11，从而通过输出电路23促进引弧电流IB的输出。不同于图2中所示的实施例，电路11触发倒相器电路2，从而使电路23输出引弧电流IB。因此立即形成引弧，由此传递引弧电流IB。几乎在高频电压开始叠加在高电压上的同时，引弧电流IB上升。从电路13被触发起，经过由计时器(未示出)测量的预定时间T之后，电路18把控制信号发送给电路12，用于去掉电路13的激励。
此时，电路18也把这种控制信号发送给电路11，从而传递来自电路23的焊弧电流IA。因此，在焊炬9和基底材料10之间已经建立的引弧平稳过渡到焊弧。后面的步骤类似于图2示出的实施例中的内容。
预定时间T可选地可以人工设置。
这里所述的发明很明显可以用多种方式进行改变。这样的变化不被认为是偏离本发明的精神和范围，所有的这种修改对本领域技术人员而言都是显而易见的，并希望包含在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种设备，用于通过使焊弧电流通过焊炬和基底材料而执行电弧焊过程，该设备包括；主电源电路，其适于输出用于在焊炬和基底材料之间产生焊弧、从而流过焊弧电流的高电压；操作开关，其适于由操作者使用，以提供产生焊弧的起弧指示；以及控制电路，其适于控制主电源电路，从而主电源电路使其引弧电流流过焊炬和基底材料，直到通过操作开关提供起弧指示，引弧电流具有比焊弧电流更小的值。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括适于产生高频电压的高频电压产生电路；其中，控制电路控制高频电压产生电路，从而只有当在设备启动后通过操作开关第一次提供起弧指示时，才使高频电压产生电路产生要被叠加在高电压上的高频电压。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，主电源电路包括整流器电路，用于整流电源电压；倒相器电路，具有用于转换整流电压的转换元件；输出电路，用于把倒相器电路的输出发送到用于焊炬和与其连接的基底材料的各输出端，以及其中，控制电路包括PWM控制电路，其适于根据PWM控制信号开启或者关闭转换元件。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，控制电路控制主电源电路，以使引弧电流的范围是从0.5到2安培。
5.通过使焊弧电流流过焊炬和基底材料而执行电弧焊过程的设备，该设备包括主电源电路，包括整流器电路，用于整流电源电压；倒相器电路，用于转换整流电压；以及输出电路，用于把倒相器电路的输出发送到用于焊炬和与其连接的基底材料的各输出端；高频电压产生电路，用于产生高频电压；叠加部分，用于在倒相器电路的输出上叠加高频电压；检测部分，用于检测通过焊炬和基底材料的弧形电流，检测部分与输出电路相连；操作开关，适于由操作者使用，以提供产生焊弧或者止弧指示的起弧指示，用于熄灭焊弧；以及控制电路，适于根据检测部分和操作开关的各输出来控制主电源电路和高频电压产生电路。其中当通过操作开关提供起弧指示时检测部分检测零值电弧电流，控制电路在预定的时间段触发高频电压产生电路，使得叠加部分在倒相器电路上叠加高频电压，同时也触发倒相器电路，使倒相器电路输出焊弧电流；当通过操作开关提供止弧指示时，控制电路触发倒相器电路，使倒相器电路输出比弧焊电流具有更小值的引弧电流；当通过操作开关提供起弧指示时检测部分检测引弧电流，控制电路触发倒相器电路，使倒相器电路输出弧焊电流，而不触发高频电压产生电路。
6.通过使焊弧电流流过焊炬和基底材料而执行电弧焊过程的方法，该方法包括以下步骤使引弧电流从主电源电路流过焊炬和基底材料，直到操作者提供起弧指示以产生焊弧；以及当操作者传递起弧指示时，使焊弧电流从主电源电路流过焊炬和基底材料。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤当操作者提供没有引弧通过的起弧指示时，在主电源电路的输出上叠加高频电压，从而产生用于生成焊弧的高电压；以及在焊炬和基底材料之间施加高电压，从而使焊弧电流流过焊炬和基底材料。
全文摘要
一种电弧焊设备，包括用于输出电弧电流的主电源电路，用于控制主电源电路的控制电路，以及用于产生高频电压的高频电压产生电路。当由于设备接通而第一次开启操作开关时，控制电路触发主电源电路，以输出高电压，并触发高频电压产生电路，以产生高频电压。随着高电压叠加在高频电压上，控制电路使焊弧电流流过焊炬和基底材料。然后关闭开关，控制电路使引弧电流流过焊炬和基底材料。再次开启开关，控制电路触发主电源电路，以输出高电压，由此允许平稳的电弧过渡。
文档编号B23K9/10GK101077546SQ20061008265
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月24日 优先权日2006年5月24日
发明者石井秀雄, 池田哲朗, 壇上谦三, 木下敦史 申请人:株式会社三社电机制作所