专利名称：电弧焊接机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电弧焊接机，其使电弧产生并对加工对象物进行加工。
背景技术：
使来自电极的电弧产生并熔化作为加工对象物的母材的焊接机等装置包括功率 控制电路，其用于控制电极与母材之间产生的电弧的电流和电压。近年，为了对应设备的高性能化和小型化，此功率控制电路一般由使用高速开关 元件和功率交换用的变压器的逆变器电路构成，并作为逆变器控制焊接机普及。此逆变器控制焊接机包括由全桥或半桥构成的逆变器电路。而且，通常在数 kHz IOOkHz水平的逆变器频率下驱动作为构成桥的开关元件的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT :Insulated Gate Bipolar Transistor) > MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transisitor 金属-氧化层-半导体-场效晶体管)等功率半导体元件，比 较输出电流、输出电压和输出设定值，并控制变压器的一次电流导通宽度。这样，得到作为 输出的恒流特性和恒压特性。具有非熔化电极的电弧焊接机的输出一般具有恒流特性。图3是记载在专利文献1的、包括逆变器相关的恒流特性输出控制电路的电弧焊 接机501的概略电路图。电弧焊接机501包括对三相或者单相交流输入进行整流的整流 部1、将整流部1的输出变换为交流的开关元件2 5、变压器6、对变压器的输出进行整流 的整流部7、检测输出电流的电流检测器8、将电流检测器8的信号变换为反馈信号的电流 检测电路9、电流设定电路10、对电流检测电路9的输出信号与电流设定电路10的设定信 号的误差进行放大的误差放大电路11、根据误差放大电路11的误差信号控制开关元件2 5的导通宽度的脉冲宽度控制电路113、将脉冲宽度控制电路113的输出变换为用于驱动开 关元件2 5的驱动信号的驱动电路14、以及由误差放大电路11和脉冲宽度控制电路113 构成的逆变器控制部115。以下说明电弧焊接机501的动作。一般地，在钨·惰性气体(TIG)焊接机等的非 熔化电极式电弧焊接机的输出控制中，使用使输出电流与电流设定值一致的恒流控制。由整流部1整流的三相或者单相交流由开关元件2 5构成的全桥逆变器电路变 换成频率高的交流，并输入到变压器6的一次侧。变压器6的二次侧输出由整流器7整流， 并通过输出端子供给到作为电弧负载部的电极和母材。焊接机501的输出电流由电流检测器8检测，从电流检测器8经电流检测电路9 将与输出电流成正比的反馈信号输入到误差放大电路11。在误差放大电路11中，比较来自 电流设定电路10的电流设定值和所述反馈信号，输出对应两者之差的误差信号。此误差信 号由脉冲宽度控制电路113变换成具有对应误差信号电平的宽度的脉冲。此脉冲每隔一脉 冲分离到两系统，并作为逆变器驱动用的两系统的驱动信号被输出。此驱动信号由驱动电 路14变换成用于驱动开关元件2 5的信号并输入到开关元件2 5。将由开关元件2 5变换成交流的电流输入到变压器6的一次绕组，变换成适合 焊接的输出后从变压器6的二次绕组输出。变压器6的二次绕组的输出由整流部7变换成直流，并作为焊接输出从焊接机501输出。图4表示现有技术的电弧焊接机501的输出电流特性。由于误差放大电路11具 有100倍 1000倍的高放大率，如图4所示，故输出电流，即使输出的负载状态变化，输出 电压变化，也维持与电流设定值(在图4中，100A、200A、300A)相对应的固定值。关于电弧焊接机501等的非熔化电极式电弧焊接机的输出特性，一般假设恒流特 性好。恒流特性根据电极和母材之间距离的变动，即使在输出电压变化的情况下也能维持 恒流，故施工条件的管理容易，对一般的操作者而言有效。在现有技术的焊接机501中，即使在电极和母材之间的距离变化、负载电压变化 的情况下，焊接电流也维持恒流，故电弧电压和电弧电流相乘的入热、与电极和母材之间的 距离成正比地变化。即，当电极和母材之间的距离短时入热小，当电极和母材之间的距离大 时入热大。这与当想进一步熔化由母材形成的熔化池时缩短电极和母材之间的距离的操作 者的感觉相反。特别地，在熟练操作者和用惯了包括由可动铁芯实现的电流调整方法的垂下特性 型非熔化电极式电弧焊接机的操作者中，有的会对现有技术的焊接机501的恒流特性感觉 不协调。专利文献1 JP特开2004-322189号公报
发明内容
电弧焊接机在作为非熔化电极的电极和母材之间使电弧产生来焊接母材。该电弧 焊接机包括将焊接输出供给到电极和母材的焊接电源部、以及控制焊接电源部的电源控制 部。焊接输出具有输出电压和输出电流。焊接电源部能够以输出电流与输出电压无关而为 恒定的恒流特性、以及输出电流根据输出电压发生变化的非恒流特性，供给焊接输出。电源 控制部按照下述方式进行动作选择恒流特性和非恒流特性中的其中一个特性，以恒流特 性和非恒流特性中的所选择的一个特性使焊接电源部供给焊接输出。此电弧焊接机能够以多个特性进行焊接。
图1是本发明的实施方式中的电弧焊接机的概略电路图。图2A表示实施方式中的电弧焊接机的特性。图2B表示实施方式中的电弧焊接机的特性。图2C表示实施方式中的电弧焊接机的特性。图3是现有技术的电弧焊接机的概略电路图。图4表示现有技术的电弧焊接机的特性。图中，2 开关元件；6 变压器；7 整流部；8 电流检测器；10 电流设定电路；11 误差 放大电路(第一误差放大电路)；12:特性切换电路；13:脉冲宽度控制电路；16:特性切 换开关；17 电压检测电路；18 电流修正电路；19 误差放大电路(第二误差放大电路)； 1001 电弧焊接机；1001A 电极；1001B 母材；1001E 焊接电源部；1001F 电源控制部
具体实施例方式图1是本发明的实施方式中的非熔化电极式的电弧焊接机1001的概略电路图。电弧焊接机1001包括对三相或者单相交流输入1001G进行整流的整流部1 ；将 整流部1的输出变换为交流的的开关元件2 5 ；功率变换用的变压器6 ；对变压器6的输 出进行整流的整流部7 ；检测输出电流的电流检测器8 ；将电流检测器8的信号变换为反 馈信号的电流检测电路9 ；用于设定输出电流的电流设定电路10 ；对电流检测电路9检测 出的值与电流设定电路10设定的值之间的误差进行放大并输出误差信号的误差放大电路 11 ；从多个输出特性中选择一个特性的特性切换电路12 ；根据误差信号控制开关元件2 5的导通宽度的脉冲宽度控制电路13 ；将脉冲宽度控制电路13的输出变换为用于驱动开关 元件2 5的驱动信号的驱动电路14 ；逆变器控制部15 ；以及设定输出特性的切换的特性 切换开关16。逆变器控制部15由误差放大电路11、特性切换电路12、脉冲宽度控制电路 13、电流修正电路18和误差放大电路19构成。这样，根据实施方式的电弧焊接机1001包括特性切换开关16和电压检测电路17， 逆变器控制部15包括特性切换电路12、电流修正电路18和误差放大电路19。逆变器控制部15可以由CPU等可编程逻辑集成元件构成，并使用由使该元件动作 的顺序程序(sequence program)构成的数字控制方法。这样，能够大幅地削减电弧焊接机 1001的零件个数。以下说明电弧焊接机1001的动作。整流部1对三相或者单相交流进行整流并输出直流。此直流由开关元件2 5所 构成的全桥逆变器电路变换成频率高的交流，并输入到功率变换用的变压器6的一次侧。 从变压器6的二次侧输出的交流由整流部7整流，并通过输出端子1001C供给到电极1001A 和母材1001B。电极1001A和作为加工对象物的母材1001B构成负载部1001D。电极1001A 有高熔点，是即使接收在电极1001A和母材1001B之间产生的电弧，实质上也不熔融的非熔 化电极。整流部1、开关元件2 5、变压器6、整流部7和输出端子1001C构成焊接电源部 1001E,其将具有输出电压Vo和输出电流Io的焊接输出供给到负载部1001D。从输出端子1001C输出的输出电流Io由电流检测器8检测。与电流检测器8连 接的电流检测电路9将表示检测出的输出电流Io的电流值的电流反馈信号输入到误差放 大电路11、19。误差放大电路11比较由电流设定电路10设定的电流值和由电流反馈信号 表示的电流值，并将表示这些电流值的差的误差信号Se1输入到特性切换电路12。输出端子1001C间的输出电压Vo的电压值由电压检测电路17检测。电压检测电 路17将表示检测出的电压值的电压反馈信号输入到电流修正电路18。电流修正电路18将 电流设定电路10所设定的电流值根据电压反馈信号进行修正而得到的修正电流值输出到 误差放大电路19。误差放大电路19比较修正电流值和电流反馈信号表示的电流值，并将表 示这些电流值的差的误差信号Se2输出到特性切换电路12。S卩，特性切换电路12根据特性切换开关16的设定，选择误差信号Sei、Se2的其中 之一，并输出到脉冲宽度控制电路13。即，当特性切换开关16将输出特性设定为恒流特性 时，特性切换电路12将误差信号Se1输出到脉冲宽度控制电路13。当特性切换开关16将 输出特性设定为不是恒流特性的非恒流特性时，特性切换电路12将误差信号Se2输出到脉冲宽度控制电路13。脉冲宽度控制电路13输出多个驱动脉冲，其具有对应误差信号Sei、Se2中的所选 择的误差信号的电平的宽度。这些驱动脉冲每隔一个脉冲分离到两个系统，并作为两个系 统的驱动信号输出。这些驱动信号由驱动电路14变换成适合开关元件2 5的驱动的脉 冲信号，并输入到开关元件2 5。开关元件2 5根据从驱动电路14发送的脉冲信号的 宽度，对整流部1输出的直流进行开关控制、变换成交流并输出。将开关元件2 5输出的交流输入到变压器6的一次绕组，变换成适合焊接的交 流，并从变压器6的二次绕组输出。从变压器6的二次绕组输出的交流由整流部7变换成 直流，并作为焊接输出从输出端子1001C供给到负载部1001D。图2A表示当特性切换电路12选择误差信号Se1输出到脉冲宽度控制电路13时 从输出端子1001C输出的焊接输出的输出电压Vo与输出电流Io的关系。误差放大电路11 具有100倍 1000倍的高放大率，故即使负载部1001D的状态变化、输出电压Vo变化，输 出电流Io也维持与电流设定电路10所设定的电流设定值Il相对应的值。脉冲宽度控制 电路13经驱动电路14控制使开关元件2 5动作的脉冲信号的宽度，以使输出电流Io与 电流设定值I1 一致。这样，当特性切换电路12选择误差信号Se1时，电弧焊接机1001以输 出电流Io不管输出电压Vo如何而具有恒定的电流设定值I1的恒流特性将输出电流Io供 给到负载部1001D。在图2A所示的恒流特性中，当操作者用电流设定电路10将电流设定值 I1设定为IOOA时，输出电流Io依照特性P11，不管输出电压Vo如何，以电流设定值I1,即 IOOA恒定。同样地，当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1设定为200A、300A时，输 出电流Io依照特性P12、P13，不管输出电压Vo如何，分别以电流设定值I1,即，100A、300A 恒定。图2B表示当特性切换电路I2选择误差信号Se2输出到脉冲宽度控制电路13时从 输出端子1001C输出的焊接输出的输出电压Vo与输出电流Io的关系。电流修正电路18 根据输出电压Vo的电压值修正电流设定值I1,并决定电流设定修正值12。误差放大电路19 具有100倍 1000倍的高放大率，故即使负载部1001D的状态变化，输出电流Io也维持与 由电流修正电路18所决定的电流设定修正值I2相对应的值。脉冲宽度控制电路13经驱 动电路14控制使开关元件2 5动作的脉冲信号的宽度，以使输出电流Io与电流设定修 正值12—致。因此，如图2B所示，输出电流Io由于输出电压Vo变化而增减。这样，当特性切换电路12选择误差信号Se2时，电弧焊接机1001以输出电流Io 随输出电压Vo变化的、具有电流设定修正值I2的非恒流特性将输出电流Io供给到负载部 100ID。电流修正电路18能够使用系数ΚΙ、K2将电流设定修正值I2如式1设定。I2 = -Kl · I1 · Vo+K2 · I1...(式 1)在如图2B所示的非恒流特性中，当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1设 定为IOOA时，依照由式1表示的特性P21，在标准负载电压Vk中，输出电流Io与电流设定 值Il相同为100A，输出电流Io相对于输出电压Vo的增加而线性地减少，且输出电流Io对 于输出电压Vo的减少而线性地增加。另外，当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1 设定为200A时，依照由式1表示的特性P22，在标准负载电压Vk中，输出电流Io与电流设 定值I1相同为200A，输出电流Io相对于输出电压Vo的增加而线性地减少， 输出电流Io 相对于输出电压Vo的减少而线性地增加。当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1设定为300A时，依照由式1表示的特性P23，在标准负载电压Vk中，输出电流Io与电流设定 值Il相同为300A，输出电流Io相对于输出电压Vo的增加而线性地减少，且输出电流Io相 对于输出电压Vo的减少而线性地增加。实现式1的电流修正电路18能够用模拟电路构成，但也可以用以程序进行动作的 计算机构成。而且，电流修正电路18通过存储系数ΚΙ、K2各自的多个值、并从这些值中选 择系数K1、K2，能够实现多个非恒流特性。为了选择多个非恒流特性，输出特性切换开关16 具有3个以上的选择分支。即使误差放大电路19的放大率是100倍以下的比较低的值，也能够实现非恒流特性。电流修正电路18可以用还具有系数K3的二阶式即式2决定电流设定修正值12， 来代替输出电压Vo的一阶式即式1。I2 = -K3 · I1 · Vo2-K1 · I1 · Vo+K2 · I1...(式 2)图2C表示由式2得到的输出电压Vo与输出电流Io的关系。脉冲宽度控制电路 13经驱动电路14控制使开关元件2 5动作的脉冲信号的宽度，以使输出电流Io与电流 设定修正值12—致。因此，如图2B所示，输出电流Io由于输出电压Vo变化而增减。这样， 当特性切换电路12选择误差信号Se2时，电弧焊接机1001以输出电流Io随输出电压Vo变 化的、具有电流设定修正值I2的非恒流特性将输出电流Io供给到负载部1001D。如图2C 所示的特性与可动铁芯型焊接机等的垂下特性类似。在图2C所示的作为非恒流特性的垂下特性中，当操作者用电流设定电路10将电 流设定值I1设定为IOOA时，依照式2表示的特性P31，在标准负载电压Vk中，输出电流Io 是与电流设定值Il相同的100A，输出电流Io相对于输出电压Vo的增加，以比起线性更大 的曲线状减少，且输出电流Io相对于输出电压Vo的减少，以比起线性更小的曲线状增加。 当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1设定为200A时，依照式2表示的特性P32，在 标准负载电压Vk中，输出电流Io是与电流设定值I1相同的200A，输出电流Io相对于输出 电压Vo的增加，以比起线性更大的曲线状减少，且输出电流Io相对于输出电压Vo的减少， 以比起线性更小的曲线状增加。当操作者用电流设定电路10将电流设定值I1设定为300A 时，依照式2表示的特性P33，在标准负载电压Vk中，输出电流Io是与电流设定值I1相同 的300A，输出电流Io相对于输出电压Vo的增加，以比起线性更大的曲线状减少，且输出电 流Io相对于输出电压Vo的减少，以比起线性更小的曲线状增加。电流检测器8、电流检测电路9、电流设定电路10、特性切换开关16、电压检测电路 17、逆变器控制部15和驱动电路14构成控制焊接电源部1001E的电源控制部1001F。电弧焊接机1001在作为非熔化电极的电极1001A和母材1001B之间使电弧1001H 产生并焊接母材1001B。焊接电源部1001E将使电弧产生的焊接输出供给到电极1001A和 母材1001B。焊接电源部1001E能够以输出电流Io不管输出电压Vo如何都为恒定的恒流 特性、以及输出电流Io根据输出电压Vo发生变化的非恒流特性，供给焊接输出。电源控制 部进行动作以满足选择恒流特性和非恒流特性中的其中一个特性，以所选择的恒流特性 和非恒流特性中的其中一个特性使焊接电源部1001E供给焊接输出。操作者用特性切换开 关16选择恒流特性和非恒流特性中的其中一个特性。开关元件2 5将直流变换成交流并输出。变压器6将由开关元件2 5输出的交流变换成直流并输出，整流部7对由变压器6变换的交流进行整流并输出直流。电流检测器8检测由整流部7输出的直流电流。电压检测电路17检测由整流部 7输出的直流电压。电流设定电路10设定电流设定值Ip误差放大电路11输出与所检测 出的电流的电流值与电流设定值之差相对应的误差信号Se1。电流修正电路18根据所检测 出的电压修正电流设定值，并输出所得到的电流设定修正值。误差放大电路19输出与所检 测出的电流的电流值和电流设定修正值之差相对应的误差信号Se2。特性切换电路12选择 误差信号Se1和误差信号Se2中的其中一个误差信号。脉冲宽度控制电路13根据所选择的 一个误差信号产生使开关元件2 5动作用的脉冲信号。特性切换开关16使操作者操作 特性切换电路12并选择误差信号Se1和误差信号Se2中的其中一个误差信号。在图1所示实施方式的电弧焊接机1001中，由全桥构成开关元件2 5所构成的 逆变器电路，但由半桥构成也能够得到同样的效果。在实施方式中的电弧焊接机1001中，将从变压器6的二次绕组输出的交流由整 流部7整流从而变换成直流，并将该直流通过输出端子1001C供给到电极1001A和母材 IOOlB0将整流部7输出的直流变换成交流的非熔化电极式交流电弧焊接机也能得到同样 的效果。关于用本实施方式的电弧焊接机1001进行焊接的方法进行说明。例如，将电流设定值Il设定为200A，操作者在作为标准负载电压的18V下进行焊 接。在此焊接途中，当操作者想要根据母材1001B的形状等特性进一步增加入热时，一般 地，操作者多将电极1001A靠近母材1001B。有这样的情况根据特性切换开关16的设定， 当选择图2A所示的恒流特性时，若电极1001A与母材1001B的距离变小，则输出电流Io虽 保持恒定，但输出电压Vo变低，故入热减少，不能实现操作者的意图。在根据特性切换开关16的设定，选择图2B所示的线性状的非恒流特性的情况下， 当电极1001A和母材1001B之间的距离变小时，输出电压Vo变低，但输出电流Io增加，入 热的减少被抑制或者入热增加，故能够实现操作者的意图。另外，根据特性切换开关16的设定，当选择图2C所示的曲线状的垂下特性时，使 用过可动铁芯型等的电弧焊接机的操作者能够无不协调感地使用电弧焊接机1001。这样，在本实施方式的电弧焊接机1001中，能够选择恒流特性与输出电流Io随输 出电压Vo变化的非恒流特性的多个特性，且能够通过将电极1001A靠近母材1001B从而增 加电流Io，并根据操作者的意图控制入热。(产业上的实用性)本发明的电弧焊接机能够选择输出特性，作为能够由恒流特性和非恒流特性进行 焊接的电弧焊接机具有实用性。
权利要求
一种电弧焊接机，使在作为非熔化电极的电极和母材之间产生电弧来焊接所述母材，所述电弧焊接机包括将使所述电弧产生的焊接输出供给到所述电极和所述母材的焊接电源部；和控制所述焊接电源部的电源控制部，所述焊接输出具有输出电压和输出电流，所述焊接电源部能够以所述输出电流与所述输出电压无关而为恒定的恒流特性、以及所述输出电流根据所述输出电压发生变化的非恒流特性来供给所述焊接输出，所述电源控制部，按照下述方式进行动作选择所述恒流特性和所述非恒流特性中的一个特性，以所述恒流特性和所述非恒流特性中的所述选择的一个特性使所述焊接电源部供给所述焊接输出。
2.如权利要求1所述的电弧焊接机，其中，在所述非恒流特性中，若所述输出电压减少，则所述输出电流增加。
3.如权利要求2所述的电弧焊接机，其中，在所述非恒流特性中，若所述输出电压减少，则所述输出电流线性地增加。
4.如权利要求2所述的电弧焊接机，其中，所述非恒流特性是若所述输出电压减少，则所述输出电流曲线状地增加的垂下特性。
5.如权利要求1所述的电弧焊接机，其中， 所述焊接电源部，包括将直流变换成交流后输出的开关元件；对由所述开关元件输出的所述交流进行变换后输出的变压器；和 对由所述变压器变换的所述交流进行整流后输出直流的整流部， 所述电源控制部，包括检测由所述整流部输出的所述直流的电流的电流检测器； 检测由所述整流部输出的所述直流的电压的电压检测电路； 对电流设定值进行设定的电流设定电路；输出第一误差信号的第一误差放大电路，所述第一误差信号对应于所述检测出的电流 的电流值与所述电流设定值之差；根据所述检测出的电压修正所述电流设定值，输出所得到的电流设定修正值的电流修 正电路；输出第二误差信号的第二误差放大电路，所述第二误差信号对应于所述检测出的电流 的电流值与所述电流设定修正值之差；选择所述第一误差信号和所述第二误差信号中的一个误差信号的特性切换电路；和 根据所述选择的一个误差信号产生用于使所述焊接电源部的所述开关元件动作的脉 冲信号的脉冲宽度控制电路。
6.如权利要求5所述的电弧焊接机，其中，所述电源控制部，还包括特性切换开关，所述特性切换开关用于使操作者操作所述特 性切换电路，来选择所述第一误差信号和所述第二误差信号中的所述一个误差信号。
7.如权利要求5所述的电弧焊接机，其中，所述脉冲宽度控制电路由可编程的逻辑集成元件构成。
8.如权利要求1所述的电弧焊接机，其中，所述电源控制部，包括用于使操作者选择所述恒流特性和所述非恒流特性中的所述一 个特性的特性切换开关。
全文摘要
本发明提供一种电弧焊接机。该电弧焊接机使在作为非熔化电极的电极和母材之间产生电弧并焊接母材。该电弧焊接机包括将焊接输出供给到电极和母材的焊接电源部、以及控制焊接电源部的电源控制部。焊接输出具有输出电压和输出电流。焊接电源部能够以输出电流与输出电压无关而保持恒定的恒流特性、以及输出电流根据输出电压发生变化的非恒流特性，供给焊接输出。电源控制部进行动作以满足选择恒流特性和非恒流特性中的一个特性，以恒流特性和非恒流特性中的所选择的一个特性使焊接电源部供给焊接输出。此电弧焊接机能够以多个特性进行焊接。
文档编号H02M3/28GK101977719SQ20098011036
公开日2011年2月16日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年2月24日
发明者井原英树, 大崎宪和, 田畑芳行 申请人:松下电器产业株式会社