焊接裝置的制作方法

專利名稱：焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及焊接裝置，特別是涉及進行二氧化碳電弧焊接的焊接裝置。
背景技術：
在特公平4-4074號公報(專利文獻I)中，公開了在消耗電極與母材之間反復進行短路和電弧產生的消耗電極式電弧焊接方法。該消耗電極式電弧焊接方法反復進行熔滴的形成過程和熔滴向母材的過渡過程。
圖13是用于說明反復進行短路和電弧產生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。參照圖13，在反復進行短路和電弧產生的消耗電極式電弧焊接方法中，按照順序 反復執行以下說明的(a) (f)的過程。(a)熔滴與熔池接觸的短路初期狀態、(b)熔滴與熔池的接觸變得可靠從而熔滴向熔池過渡的短路中期狀態、(C)熔滴向熔池側過渡后在焊絲與熔池之間的熔滴中產生了縮頸的短路后期狀態、(d)短路變開路而產生了電弧的狀態、(e)焊絲的前端熔融而熔滴生長的電弧產生狀態、(f)熔滴生長且即將與熔池短路之前的電弧產生狀態。專利文獻IJP特公平4-4074號公報專利文獻2JP專利第4702375號說明書在JP特公平4-4074號公報所示的現有的短路過渡焊接中，規則性地產生電弧和短路。但是，在利用高的電流(焊絲的直徑為1.2臟且超過20(^的電流)通過二氧化碳電弧焊接法進行焊接時，在伴隨短路的熔滴過渡中，因電弧反力而熔滴在焊絲上部隆起(# 9上〃 >9 )，電弧時間被延長而難以產生周期性的短路，會不規則地產生電弧和短路。由此，若短路與電弧的周期不規則地變動，則短路時的熔滴尺寸變得不確定，焊道焊邊(bead toe)部的一致性變差。此外，由于高的電流對熔池在不規則的位置上作用過大的電弧力，因此使熔池變大且使其不規則地振動，特別是向焊接方向的相反側按壓熔池，從而容易產生駝峰焊道。特別是，為了提高生產性，要求焊接速度高，在高速焊接中因上述問題的影響引起的焊接品質的劣化變得顯著。另外，為了將焊接速度設為高速，需要加快焊絲進給速度以獲取單位熔敷量。伴隨于此，具有焊接電流變高的關系。此外，大多焊接裝置具有設定了設定電流或焊絲進給速度時，能夠自動確定推薦電壓(也稱為一元電壓)的功能。相對于此，也有很多是觀察焊接的結果的同時操作員將焊接電壓設定為不同于推薦電壓的電壓。但是，若使設定電壓相對于推薦電壓極端地上升或下降，則電弧容易變得不穩定。此外，在變更了設定電壓時等平均電壓與設定電壓之差暫時變大時，電弧也容易變得不穩定。平均電壓與設定電壓之差大是指，即使變更設定，平均電壓(輸出電壓或者電弧長度)不會相應地產生變化，表示難以調整焊接條件。此時，通過調整設定電壓是難以管理輸入熱量或焊道形狀。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠實現穩定的熔滴的生長以及穩定的電弧的產生的焊接裝置。概括而言，本發明是通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接的焊接裝置，具備用于向焊炬與母材之間提供電壓的電源電路；和控制電源電路的電壓的控制部。控制部按照如下方式控制電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流。控制部還按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生高電平電流的方式來控制電源電路。控制部還按照焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的電壓差減小的方式使振幅中心電流增減。本發明的其他方面是通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接的焊接裝置，具備用于向焊炬與母材之間提供電壓的電源電路；和控制電源電路的電壓的控制部。控制部按照如下方式控制電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流。控制部還按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生高電平電流的方式來控制電源電路。控制部還按照焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的差減小的方式使第I電弧期間增減。本發明的另一方面是通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接的焊接裝置，具備電源電路，其用于向焊炬與母材之間提供電壓；和控制部，其控制電源電路的電壓。控制部按照如下方式控制所述電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流。控制部還按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生高電平電流的方式來控制電源電路。控制部還在焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的差是第I范圍時，根據電壓差來使振幅中心電流增減，在電壓差為不同于第I范圍的第2范圍時，根據電壓差使第I電弧期間增減。優選波形是三角波或正弦波。優選控制部在短路期間中檢測到熔滴的縮頸的情況下，進行減少短路電流的縮頸檢測控制。(發明效果)根據本發明，在二氧化碳電弧焊接方法中，通過在電弧期間初期的電流上疊加以一定頻率且適合熔滴的尺寸的振幅進行增減的波形來輸出電流，從而能夠實現穩定的熔滴生長。由此，在電弧初始階段不會產生不需要的短路，能夠得到高的焊接穩定性。此外，在根據焊接裝置所設定的推薦電壓變更了設定電壓等情況下，可迅速消除平均電壓與設定電壓之差變大，能夠防止電弧變得不穩定。


圖1是實施方式I的焊接裝置的框圖。
圖2是表示了在實施方式I的焊接裝置中進行焊接時的焊接電壓及焊接電流的動作波形圖。圖3是表示了圖2的t = t3時的焊接部分的狀態的圖。圖4是表示了圖2的t = t4時的焊接部分的狀態的圖。圖5是表示了圖2的t = t5時的焊接部分的狀態的圖。圖6是表示了圖2的t = t7時的焊接部分的狀態的圖。圖7是表示了實施方式2的焊接裝置100A的結構的框圖。圖8是表示了實施方式3的焊接裝置100B的結構的框圖。圖9是表示了實施方式4的焊接裝置100C的結構的框圖。圖10是表示了在實施方式4的焊接裝置中進行焊接時的焊接電壓、焊接電流、控制信號的動作波形圖。圖11是表示了是表示了實施方式5的焊接裝置100D的結構的框圖。圖12是表示了是表示了實施方式6的焊接裝置100E的結構的框圖。圖13是用于說明反復進行短路與電弧產生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。符號說明I焊絲；2母材；3電弧；4焊炬；5進給輥；6熔滴；7熔池；100，100A 100E焊接裝置；102，102A電源電路；104，104A 104E 電源控制裝置；106進給裝置；AD電弧檢測電路；DR驅動電路；DVH電壓誤差分配電路出H電壓放大電路；EI電流誤差放大電路；FC進給控制電路；FH頻率設定電路；FR進給速度設定電路；G1R，G2R增益設定電路；ID電流檢測電路；IHCR振幅中心電流設定電路；IR焊接電流設定電路；NA與非電路；ND縮頸檢測電路；NOT反轉電路；R限流電阻器；SW外部特性切換電路；TM計時器電路；TR1，TR2晶體管；VA電壓平均化電路；VD電壓檢測電路；VH電壓誤差電路；VR焊接電壓設定電路；VTN檢測基準值設定電路；WH振幅設定電路；WL1電抗器；麗進給電動機。
具體實施例方式以下，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。另外，在圖中，對相同或相應部分附加同一符號，并不再重復說明。另外，在本實施方式中說明的焊接方法是反復短路狀態和電弧狀態的焊接方法，不同于脈沖電弧焊接方法。[實施方式I]圖1是實施方式I的焊接裝置的框圖。參照圖1，焊接裝置100包括電源電路102、電源控制裝置104、焊絲進給裝置106、
焊炬4。電源控制裝置104按如下方式進行控制控制電源電路102，使輸出給焊炬4的焊接電流Iw及焊接電壓Vw成為適合焊接的值。焊絲進給裝置106向焊炬4進給焊絲I。雖然未圖示，但是以二氧化碳為主成分的保護氣體是從焊炬4的前端部分放出的。在從焊炬4的前端突出的焊絲I與母材2之間產生電弧3，使焊絲I熔融來焊接母材2。焊絲進給裝置106包括進給速度設定電路FR、進給控制電路FC、進給電動機麗、進給輥5。電源電路102包括電源主電路PM、電抗器WLl及WL2、晶體管TRl、電壓檢測電路VD、電流檢測電路ID。電源主電路PM以3相200V等商用電源(未圖示)為輸入，根據后述的誤差放大信號Ea進行基于逆變器控制的輸出控制，輸出適合電弧焊接的焊接電流Iw及焊接電壓Vw。雖然未圖示，但是電源主電路PM例如構成為包括對商用電源進行整流的I次整流器、對整流后的直流進行平滑的電容器、將平滑后的直流變換為高頻交流的逆變器電路、將高頻交流降壓至適合電弧焊接的電壓值的高頻變壓器、對降壓后的高頻交流進行整流的2次整流器、和以誤差放大信號Ea為輸入并基于進行脈沖寬度調制控制的結果驅動上述的逆變器電路的驅動電路。電抗器WLl和電抗器WL2使電源主電路PM的輸出平滑。與電抗器WL2并聯連接晶體管TRl。晶體管TRl根據在之后圖2中說明的第2電弧期間內成為低電平的“與非”(NAND)邏輯信號Na，僅在第2電弧期間Ta2內截止。 進給速度設定電路FR輸出與預先確定的恒定進給速度設定值相當的進給速度設定信號Fr。進給控制電路FC以相當于進給速度設定信號Fr的值的進給速度向進給電動機WM輸出用于進給焊絲I的進給控制信號Fe。通過焊絲進給裝置106的進給輥5的旋轉，焊絲I經過焊炬4內被進給，在與母材2之間產生電弧3。電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw，輸出焊接電流檢測信號Id。電壓檢測電路VD檢測焊接電壓Vw，并輸出焊接電壓檢測信號Vd。電源控制裝置104構成為包括電弧檢測電路AD、計時器電路TM、與非(NAND)電路NA、反轉電路NOT、增益設定電路G1R、振幅中心電流設定電路IHCR、頻率設定電路冊、振幅設定電路WH、焊接電流設定電路IR、電流誤差放大電路E1、焊接電壓設定電路VR、電壓誤差電路VH、電壓放大電路EH、電壓平均化電路VA、外部特性切換電路SW。電弧檢測電路AD以焊接電壓檢測信號Vd為輸入，通過焊接電壓檢測信號Vd的值成為閾值以上的情況，判斷為產生了電弧時，輸出成為高(High)電平的電弧檢測信號Ad。計時器電路TM以電弧檢測信號Ad為輸入,輸出在電弧檢測信號Ad為低(Low)電平的期間、及電弧檢測信號Ad成為高電平起的預先確定的期間內成為高電平的計時器信號Tm。與非電路NA接收計時器信號Tm通過反轉電路NOT被反轉的信號、和電弧檢測信號Ad作為輸入，并輸出與非邏輯信號Na。焊接電壓設定電路VR輸出由操作員等設定的焊接電壓設定信號Vr (相當于圖2的設定電壓Vr)。電壓平均化電路VA輸出將焊接電壓檢測信號Vd平均化之后的平均電壓檢測信號Va。電壓誤差電路VH計算出焊接電壓設定信號Vr與平均電壓檢測信號Va之差，輸出電壓誤差信號Vh。電壓放大電路EH是將電壓誤差信號Vh放大至用于進行電源主電路PM的反饋控制的動作電壓(電壓放大信號Eh)的電壓放大電路。增益設定電路GlR輸出預先確定的第I增益設定信號Glr。振幅中心電流設定電路IHCR以第I增益設定信號Glr和電壓誤差信號Vh作為輸入，輸出如下式(I)所示的振幅中心電流設定信號Ihcr。Ihcr = IhcrO+Glr*Vh... (I)在此，Ihcr表示振幅中心電流設定信號，IhcrO表示規定的基準振幅中心電流設定信號，Glr表不第I增益設定信號，Vh表不電壓誤差信號。Glr例如可設為10 50 (A/V)。這表不相對于電壓偏差IV,振幅中心電流設定信號Ihcr的變化幅度是10 50A。
頻率設定電路ra輸出預先確定的頻率設定信號Fh。振幅設定電路WH輸出預先確定的振幅設定信號Wh。焊接電流設定電路IR以振幅中心電流設定信號Ihcr、頻率設定信號Fh及振幅設定信號Wh為輸入，輸出焊接電流設定信號Ir。電流誤差放大電路EI放大焊接電流設定信號Ir與焊接電流檢測信號Id之間的誤差，輸出電流誤差放大信號Ei。外部特性切換電路SW作為輸入而接收計時器信號Tm、電流誤差放大信號Ei及電壓放大信號Eh。外部特性切換電路SW在 計時器信號Tm為高電平時被切換到輸入端子a側，將電流誤差放大信號Ei作為誤差放大信號Ea來輸出。此時，電流誤差被反饋至電源主電路PM，因此進行恒流控制。外部特性切換電路SW在計時器信號Tm為低電平時被切換到輸入端子b側，將電壓放大信號Eh作為誤差放大信號Ea來輸出。通過這些模塊，控制焊接電流Iw。此時，電壓誤差被反饋至電源主電路PM，因此進行恒壓控制。圖2是表示了在實施方式I的焊接裝置中進行焊接時的焊接電壓及焊接電流的動作波形圖。參照圖1、圖2，焊接是通過反復短路期間Ts和電弧期間來推進的。電弧期間分為初始的第I電弧期間Tal、和后期的第2電弧期間Ta2。在時刻t0 t2的短路期間Ts內，焊絲I和母材2接觸，從而流過短路電流，在焊絲I的前端產生焦耳熱而焊絲I的前端部變成高溫。在時刻t2，若焊絲I的前端部的熔滴過渡而產生電弧，則電源控制裝置104根據焊接電壓急速上升的情況，判斷電弧產生了。根據此，電源控制裝置104將控制切換到恒流控制，過渡到第I電弧期間Tal。焊接電流上升直到高電平電流(振幅中心是振幅中心電流Ihcr)為止。之后，作為一定期間焊接電流，流過高電平電流。該高電平電流被抑制在不會產生電弧力引起的熔滴的隆起程度的電流值。將在該第I電弧期間Tal內流過的焊接電流稱作高電平電流。若在焊接裝置100中設定焊絲進給速度或焊接電流(平均值)，則對應的推薦電壓(一元電壓)Vcr (未圖示)是確定的。相對于此，操作員可根據焊接電壓設定信號Vr設定設定電壓Vr。并且，電源控制裝置104根據設定電壓Vr (對應于焊接電壓設定信號Vr)與平均電壓Va (對應于平均電壓檢測信號Va)之間的電壓差，使振幅中心電流Ihcr增減。在平均電壓Va高于設定電壓Vr時，通過降低振幅中心電流Ihcr，從而能夠防止焊絲在電弧期間初期(第I電弧期間Tal)過度熔融，在電弧期間后半階段(第2電弧期間Ta2)的恒壓控制下輸出電壓容易下降。相反，在平均電壓Va低于設定電壓Vr時，通過提高振幅中心電流Ihcr，從而在電弧期間初期(第I電弧期間Tal)使焊絲充分熔融，在電弧期間后半階段(第2電弧期間Ta2)的恒壓控制下輸出電壓容易上升。進而，在圖2的例中，在高電平電流上疊加了進行增減的波形(例如三角波)。另夕卜，即使是不在高電平電流上疊加進行增減的波形的情況下，如上所述，也可以使振幅中心電流Ihcr增減并將其作為高電平電流。但是，通過疊加增減波形可獲得更高品質的焊接。焊絲的熔融速度Vm可表示為Vm = α Ι+β I2R0在此，α、β表示系數，I表示焊接電流，R表示焊絲從焊炬前端的接觸片突出的部分(突出長度)的電阻值。已知，若使焊接電流I增加，則焊絲的熔融速度Vm也會變大。但是，若增加焊接電流I，則對熔滴作用的向上的電弧力也會增加。電弧力與焊接電流I的平方成比例。另一方面，由于還向熔滴作用重力，因此以重力與電弧力恰好平衡的電流值為界，若電流值大，則作用向上的力，若電流值小，則作用向下的力。若在焊接電流I上疊加交流電流，則對熔滴交替地作用向上的力和向下的力。本申請的發明人發現，與整體增加電流來連續地對熔滴作用向上的力時相比，通過這樣增減電流交替地對熔滴作用向上或向下的力，熔滴更穩定，能夠降低濺射。因此，在本實施方式中，在第I電弧期間內增減電流，實現熔滴的穩定且階段性的生長。在第I電弧期間Tal的時刻t3 t6的期間內，在振幅中心電流Ihcr上疊加以下說明的三角波。疊加的三角波以振幅中心電流Ihcr (200 400A)為中心，是2. 5kHz 5kHz的頻率，第I電弧期間Tal是O. 3ms 3. Oms0振幅是±50 IOOA0例如，也可以是將振幅中心電流Ihcr設定為Ihcr = 400A、頻率設定為f = 4kHz、第I電弧期間設定為Tal =1. Oms,疊加的三角波設定為4周期。另外，疊加的波形并不限于三角波，也可以是正弦波等其他波形。以下，詳細說明第I電弧期間Tal內的焊接部分的狀態。(I)三角波的O 1/2周期圖3是表示了圖2的t = t3時的焊接部分的狀態的圖。t = t3是三角波的疊加開始的時刻。參照圖3，在焊絲I的前端與母材2之間產生電弧3。通過電弧3產生的熱，焊絲I的前端被加熱，前端部熔融，形成熔滴6。通過進給裝置向母材2方向進給焊絲I。由于疊加的電流，焊絲熔融速度增加且熔滴變大，施加于熔滴的力在1/4周期內成為最大，熔滴因電弧反力而隆起被加速。但是，隨著向1/2周期而電流減少，電弧反力也降低，因此能夠防止隆起。圖4是表示了圖2的t = t4時的焊接部分的狀態的圖。t = t4是經過了三角波的1/2周期的時刻。如圖4所示，焊絲I的前端部的熔滴6生長一點，成為隆起了一點的狀態。(2)三角波的1/2 3/4周期該期間內，通過電源控制裝置104，使焊接電流減少得比振幅中心電流Ihcr還多，進一步降低對熔滴的電弧反力。(3)三角波的3/4 I周期在三角波的3/4 I周期內，從三角波的下側峰值到振幅中心電流Ihcr，再次使焊接電流增加。圖5是表示了圖2的t = t5時的焊接部分的狀態的圖。t = t5是經過了三角波的I周期的時刻。如圖5所示，通過降低電弧反力，作用于熔滴6的重力和電弧反力恰好處于平衡狀態。由此，消除熔滴6的隆起，處于熔滴6下垂的狀態。并且，反復規定次數來在振幅中心電流Ihcr上疊加在(I) (3)中說明的三角波。由此，防止電弧反力引起的隆起并且慢慢增加熔滴尺寸，形成期望尺寸的熔滴。
另外，為了容易進行三角波的疊加，第I電弧期間Tal的電感值WLl小于下一個第2電弧期間Ta2(電感值是WL1+WL2)的電感值。以下，詳細說明第2電弧期間Ta2內的焊接部分的狀態。再次參照圖2，在時刻t2，結束第I電弧期間Tal，轉移到第2電弧期間Ta2。在第2電弧期間Ta2內，電源控制裝置104增大電源電路102的電感值，為了進行電弧長度控制，將控制從恒流控制切換到恒壓控制。該切換在圖1中相當于將外部特性切換電路SW從端子a切換到端子b。由于電感大，因此焊接電流隨著電弧負荷而緩慢地減少。此外，焊接電壓也緩慢地減少。圖6是表示了圖2的t = t7時的焊接部分的狀態的圖。如圖6所示，在第I電弧期間Tal內形成的熔滴不會隆起，在第2電弧期間Ta2內增大一點的同時，向熔池側靠近。防止因隆起引起的電弧長度的變化且通過恒壓控制來調整電弧長度，電弧力的變化比較緩慢，因此使熔池振動的情況較少。并且，由于焊接電流緩慢地減少，因此向母材的熱輸入充分進行，焊道的焊邊部的熔合變得良好。在圖2的時刻t8，若熔滴與熔池接觸而產生短路，則焊接電壓會急劇下降。圖1的電源控制裝置104在因該焊接電壓的急劇下降而判斷為短路時，以期望的上升速度使焊接電流增加。因焊接電流的上升，對熔滴的上部作用電磁夾緊力，從而產生縮頸部分，熔滴6向熔池7過渡。如以上說明，實施方式I所示的焊接方法是進行低濺射控制的二氧化碳電弧焊接法，不同于脈沖電弧焊接方法。即，實施方式I所示的焊接方法是反復短路狀態和電弧狀態的焊接方法。在這種焊接方法中，若為了提高焊接速度而增加焊接電流，則在熔滴過渡區域內進行焊接，短路狀態和電弧狀態的反復不規則。因此，在實施方式I所示的焊接方法中，在固定期間的第I電弧期間Tal內輸出高電平電流，在該第I電弧期間Tal內進行恒流控制，疊加交流電流例如三角波、或正弦波這樣周期性變化的固定頻率的低頻電流。由此，防止熔滴因電弧反力而被隆起，能夠實現穩定的熔滴的生長。并且，對于高電平電流的振幅中心而言，根據設定電壓Vr(對應于焊接電壓設定信號Vr)與平均電壓Va(對應于平均電壓檢測信號Va)之間的電壓差，使振幅中心電流Ihcr增減。在平均電壓Va高于設定電壓Vr時，通過降低振幅中心電流Ihcr，從而防止焊絲在電弧期間初期(第I電弧期間Tal)過渡熔融，在電弧期間后半(第2電弧期間Ta2)階段的恒壓控制下容易降低輸出電壓。相反，在平均電壓Va低于設定電壓Vr時，通過提高振幅中心電流Ihcr，在電弧期間初期(第I電弧期間Tal)使焊絲充分熔融，在電弧期間后半(第2電弧期間Ta2)階段的恒壓控制下容易提高輸出電壓。若經過第I電弧期間Tal，則為了在第2電弧期間Ta2內進行電弧長度控制，將焊接電源的控制從恒流控制切換到恒壓控制。將焊接電源的電抗器的電感值設定得比第I電弧期間Tal還大，使焊接電流緩慢地減少。由此，電弧力的變換變得緩慢，因此使熔池振動的情況變少。而且，由于焊接電流緩慢地減少，因此向母材的輸入熱量充分，焊道的焊邊部的熔合良好。在上述的實施方式I中，為了在第2電弧期間Ta2內將焊接電源的電抗器的電感值設定得比第I電弧期間Tal還大，插入實際的電抗器WL2。取而代之，也可以以電子方式控制電抗器來增大電感值。在上述的實施方式I中，在短路期間Ts內，可以在恒壓控制的狀態下，使電流上升至期望的值，或者也可以切換到恒流控制而使電流上升至期望的值。此外，在上述的實施方式I中表示了在高電平電流上疊加三角波的例，但是即使在不疊加三角波的情況下，基于設定電壓Vr與平均電壓Va的電壓差來改變高電平電流，也能夠防止電弧變得不穩定的情況。[實施方式2] 在實施方式I中，基于設定電壓Vr與平均電壓Va的電壓差來改變了高電平電流的大小，但在實施方式2中，基于設定電壓Vr與平均電壓Va的電壓差來改變圖2所示的高電平電流的期間(第I電弧期間Tal)。圖7是表示了實施方式2的焊接裝置100A的結構的框圖。在以下的說明中，僅說明不同于實施方式I的部分，對與實施方式I相同的部分附加同一符號，不再重復說明。參照圖7，焊接裝置100A包括電源電路102、電源控制裝置104A、焊絲進給裝置106、和焊炬4。電源控制裝置104A在圖1所示的電源控制裝置104的結構中代替增益設定電路GlR而包括增益設定電路G2R。增益設定電路G2R輸出預先確定的第2增益設定信號G2r。增益設定電路G2R的輸出被輸入到計時器電路TM。在圖1中，振幅中心電流設定電路IHCR基于電壓誤差信號Vh輸出了振幅中心電流設定信號Ihcr，但是在圖7中，振幅中心電流設定電路IHCR輸出預先確定的振幅中心電流設定信號Ihcr。此外，電壓誤差電路VH輸出的電壓誤差信號Vh被輸入到計時器電路TM，從而代替輸入到振幅中心電流設定電路IHCR。計時器電路TM以電弧檢測信號Ad、第2增益設定信號G2r和電壓誤差信號Vh為輸入，輸出在電弧檢測信號Ad為低(Low)電平的期間、及電弧檢測信號Ad成為高電平之后僅在第I電弧期間Tal內成為高電平的計時器信號Tm。第I電弧期間Tal可由下式(2)表
/Jn οTal = TalO+G2r*Vh ... (2)在此，Tal表示第I電弧期間，TalO表示規定的基準第I電弧期間，G2r表示第2增益設定信號，Vh表不電壓誤差信號。另外，G2r可設為例如100 500 ( μ s/V)。這表不相對于電壓偏差IV第I電弧期間Tal的變換幅度是100 500 μ S。另外，電源控制裝置104Α的其他部分的結構與圖1所示的電源控制裝置104相同，因此不再重復說明。實施方式2的焊接裝置100Α基于設定電壓Vr與平均電壓Va的電壓差來改變第I電弧期間Tal，即使在平均電壓Va瞬間偏離設定電壓Vr的情況下，與實施方式I相同，也能夠防止電弧變得不穩定。[實施方式3]
在實施方式I中，根據電壓差(Vr-Va)即電壓誤差信號Vh，僅增減了振幅中心電流設定信號Ihcr，在實施方式2中，根據該電壓差，僅增減了第I電弧期間Tal。在實施方式3中，在電壓差上設置上下的閾值，只增減振幅中心電流設定信號Ihcr直到閾值為止，對于超過閾值的電壓差或小于閾值的電壓差只增減第I電弧期間Tal。圖8是表示了實施方式3的焊接裝置100B的結構的框圖。在以下的說明中，僅說明不同于實施方式I的部分，對與實施方式I相同的部分附加同一符號，不再重復說明。參照圖8，焊接裝置100B包括電源電路102、電源控制裝置104B、焊絲進給裝置106、和焊炬4。電源控制裝置104B在圖1所示的電源控制裝置104的結構的基礎上，還包括電壓誤差分配電路DVH、和增益設定電路G2R。增益設定電路G2R輸出 預先確定的第2增益設定信號G2r。電壓誤差分配電路DVH接受上限閾值Tvl及下限閾值IV2、電壓誤差信號Vh與焊接電壓設定信號Vr，輸出電壓誤差分配電流信號Vri及電壓誤差分配時間信號Vrt。電壓誤差分配電流信號Vri代替電壓誤差信號Vh，與第I增益設定信號Glr —起被輸入到振幅中心電流設定電路IHCR。此外，電壓誤差分配時間信號Vrt與第2增益設定信號G2r —起被輸入到計時器電路TM。將振幅中心電流設定信號Ihcr的自基準振幅中心電流設定信號IhcrO的增加量的上限設為Ihl。在式(I)中，增加量是Glr*Vh，因此電壓差Vh = (Vr-Va)的預先確定的上限閾值Tvl可由下式(3)表示。Tvl = Ihl/Glr…(3)例如，在第I增益設定信號Glr為10A/V時，若將增加量的上限設為Ihl為50A，則Tvl 是 5V。電壓誤差分配電路DVH將電壓誤差信號Vh作為電壓誤差分配電流信號Vri來輸出，直到電壓誤差信號Vh到達上限閾值Tvl為止。此時，與實施方式I相同，基于式(I)變更高電平電流的振幅中心。此外，電壓誤差分配電路DVH在電壓誤差信號Vh超過了上限閾值Tvl時，將上限閾值Tvl作為電壓誤差分配電流信號Vri來輸出，并且將(電壓誤差信號Vh-上限閾值Tvl)作為電壓分配時間信號Vrt來輸出。此時，將高電平電流的振幅中心變更與上限閾值Tvl的電壓相應的電壓量。并且，對于超過上限閾值Tvl的變化量，如實施方式2中說明的那樣，僅在第I電弧期間Tal所對應的時間內進行變更。此外，將振幅中心電流設定信號Ihcr的自基準振幅中心電流設定信號IhcrO的減少量的下限設為Ih2。在式(I)中，增加量是Glr*Vh，因此電壓差Vh = (Vr-Va)的預先確定的下限閾值IV2可由下式(4)表示。Tv2 = Ih2/Glr…(4)電壓誤差分配電路DVH將電壓誤差信號Vh作為電壓誤差分配電流信號Vri來輸出直到電壓誤差信號Vh到達下限閾值IV2為止。此時，與實施方式I相同，基于式(I)來變更高電平電流的振幅中心。此外，電壓誤差分配電路DVH在電壓誤差信號Vh小于下限閾值IV2時，將下限閾值Tv2作為電壓誤差分配電流信號Vri來輸出，并且將(電壓誤差信號Vh-下限閾值IV2)作為電壓誤差分配時間信號Vrt來輸出。此時，高電平電流的振幅中心被變更了與下限閾值IV2的電壓對應的電壓量。并且，對于低于下限閾值IV2的變化量，如實施方式2中說明的那樣，僅在第I電弧期間Tal所對應的時間內進行變更。在實施方式3中，與設定電壓的變動程度相一致地組合使用在實施方式I中說明的高電平電流的振幅中心電流Ihcr的增減、和在實施方式2中說明的第I電弧期間Tal的變更，來防止電弧變得不穩定。另外，在實施方式3中，例示了在電壓差位于規定范圍時增減高電平電流的振幅中心電流Ihcr、在電壓差位于規定范圍外時改變第I電弧期間Tal，但是也可以同時改變振幅中心電流Ihcr和第I電弧期間Tal。[實施方式4]
在實施方式4中，在實施方式I中說明的焊接方法的基礎上，通過在產生電弧之前檢測熔滴的縮頸部分，從而在產生電弧前降低電流來減少濺射。圖9是表示了實施方式4的焊接裝置100C的結構的框圖。在以下的說明中，僅說明不同于實施方式I的部分，對于與實施方式I相同的部分，附加同一符號，不再重復說明。參照圖9，焊接裝置100C包括電源電路102A、電源控制裝置104C、焊絲進給裝置106、和焊炬4。電源電路102A在圖1所示的電源電路102的結構的基礎上，還包括晶體管TR2和限流電阻器R0晶體管TR2與電抗器WLl及WL2被串聯地插入在電源主電路PM的輸出上。與晶體管TR2并聯連接限流電阻器R。電源電路102A的其他部分的結構與圖1的電源電路102相同，因此不再重復說明。電源控制裝置104C在圖1所示的電源控制裝置104的結構的基礎上，還包括縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTN、驅動電路DR。電源控制裝置104C的其他部分的結構與圖1的電源控制裝置104相同，因此不再重復說明。圖10是表示了在實施方式4的焊接裝置中進行焊接時的焊接電壓、焊接電流、和控制信號的動作波形圖。圖10的波形與圖2的實施方式I的波形的不同之處在于，在時刻tla，若檢測到熔滴的縮頸部分，則減少焊接電流，在之后的時刻t2，產生電弧。由于產生了時刻t2的電弧時的電流值的大小與濺射的量成比例，因此在產生電弧時，若降低電流值，則能夠減少濺射的產生。參照圖9、圖10，縮頸檢測基準值設定電路VTN輸出預先確定的縮頸檢測基準值信號Vtn。縮頸檢測電路ND以該縮頸檢測基準值信號Vtn、圖1中說明的焊接電壓檢測信號Vd及焊接電流檢測信號Id為輸入，在短路期間中的電壓上升值Λ V達到了縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻(時刻tla)成為高電平，在再次產生電弧而焊接電壓檢測信號Vd的值成為電弧判斷值Vta以上的時刻(時刻t2)，輸出成為低電平的縮頸檢測信號Nd。因此，該縮頸檢測信號Nd的高電平的期間成為縮頸檢測期間Τη。另外，也可以在短路期間中的焊接電壓檢測信號Vd的微分值到達了與其相對應地設定的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻，將縮頸檢測信號Nd改變成高電平。并且，也可以焊接電壓檢測信號Vd的值除以焊接電流檢測信號Id的值來計算出熔滴的電阻值，在該電阻值的微分值到達了與其相對應地設定的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻，將縮頸檢測信號Nd變換為高電平。縮頸檢測信號Nd被輸入到電源主電路PM。電源主電路PM在縮頸檢測期間Tn內停止輸出。驅動電路DR在該縮頸檢測信號Nd為低電平時(非縮頸部分檢測時)輸出使晶體管TR2處于導通狀態的驅動信號Dr。在縮頸檢測期間Tn內，驅動信號Dr是低電平，因此晶體管TR2處于截止狀態。其結果，限流電阻器R被插入到焊接電流Iw的通電路徑(從電源主電路PM到焊炬4的路徑)上。該限流電阻器R的值被設定為短路負荷(O. 01 O. 03 Ω左右)的10倍以上大的值(O. 5 3Ω左右)。因此，在焊接電源內的直流電抗器及電纜的電抗器上蓄積的能量被急速放電，如圖10的時刻tla t2所示，焊接電流Iw急劇減少，成為小電流值。在時刻t2，若短路變成開路而再次產生電弧，則焊接電壓Vw成為預先確定的電弧
判斷值Vta以上。檢測該情況，縮頸檢測信號Nd變成低電平，驅動信號Dr變成高電平。其結果，晶體管TR2處于導通狀態，以后，成為利用圖2在實施方式I中說明的電弧焊接的控制。以后的第I電弧期間Tal和第2電弧期間Ta2已在圖2中說明，因此不再重復說明。實施方式4的焊接裝置在再次產生電弧時(時刻t2)能夠減小再次產生電弧時電流值，因此除了在實施方式I中說明的焊接裝置所起的效果之外，還能夠進一步減少電弧產生開始時的濺射。另外，在實施方式4中，作為在檢測出縮頸時急劇減少焊接電流Iw的方法，說明了在通電路徑上插入限流電阻器R的方法。但是除了該方法以外，也可以是在焊接裝置的輸出端子間經由開關元件并聯連接電容器，在檢測到縮頸時，使開關元件處于導通狀態，從電容器對放電電流進行通電之后，使焊接電流Iw急速減少的方法。[實施方式5]在實施方式5中，在實施方式2中說明的焊接方法的基礎上，通過在產生電弧之前檢測熔滴的縮頸，從而在產生電弧前降低電流來減少濺射。圖11是表示了實施方式5的焊接裝置100D的結構的框圖。在以下的說明中，僅說明不同于實施方式2的部分，對與實施方式2相同的部分附加同一符號，不再重復說明。參照圖11，焊接裝置100D包括電源電路102A、電源控制裝置104D、焊絲進給裝置106、和焊炬4。電源電路102A在圖7所示的電源電路102的結構的基礎上，還包括晶體管TR2和限流電阻器R0晶體管TR2與電抗器WLl及WL2被串聯地插入在電源主電路PM的輸出上。與晶體管TR2并聯連接限流電阻器R。電源電路102A的其他部分的結構與圖7的電源電路102相同，因此不再重復說明。電源控制裝置104D在圖7所示的電源控制裝置104A的結構的基礎上，還包括縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTN、和驅動電路DR。電源控制裝置104C的其他部分的構成與圖7的電源控制裝置104A相同，因此不再重復說明。此外，與縮頸檢測關聯的縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTN、驅動電路DR各自的動作已在實施方式4中說明，因此不再重復說明。實施方式5的焊接裝置100D也能夠減小再次產生電弧時的再次產生電弧時電流值，因此除了在實施方式2中說明的焊接裝置所起的效果之外，還能夠進一步減少電弧產生開始時的濺射。[實施方式6]在實施方式6中，在實施方式3中說明的焊接方法的基礎上，通過在產生電弧之前檢測熔滴的縮頸，從而在產生電弧之前降低電流來減少濺射。圖12是表示了實施方式6的焊接裝置100E的結構的框圖。在以下的說明中，僅說明不同于實施方式3的部分，對與實施方式3相同的部分附加同一符號，不再重復說明。參照圖12，焊接裝置100E包括電源電路102A、電源控制裝置104E、焊絲進給裝置106、和焊炬4。電源電路102A在圖8所示的電源電路102的結構的基礎上，還包括晶體管TR2和限流電阻器R0晶體管TR2與電抗器WLl及WL2被串聯地插入在電源主電路PM的輸出上。與晶體管TR2并聯連接限流電阻器R。電源電路102A的其他部分的結構與圖8的電源電路102相同，因此不再重復說明。電源控制裝置104E在圖8所示的電源控制裝置104B的結構的基礎上，還包括縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTN、和驅動電路DR。電源控制裝置104C的其他部分的結構與圖7的電源控制裝置104B相同，因此不再重復說明。此外，與縮頸部分檢測關聯的縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTNjg動電路DR各自的動作已在實施方式4中說明，因此不再重復說明。實施方式6的焊接裝置100E也能夠減小再次產生電弧時的再次產生電弧時電流值，因此除了在實施方式3中說明的焊接裝置所起的效果之外，還能夠進一步減少電弧產生開始時的濺射。另外，在實施方式6中，例示了在電壓差位于規定范圍時，使高電平電流的振幅中心電流Ihcr增減，在電壓差位于規定范圍外時，改變第I電弧期間Tal，但是也可以同時改變振幅中心電流Ihcr和第I電弧期間Tal。最后，參照圖1等，再次總結實施方式I 6。實施方式I 6的焊接裝置是通過使用二氧化碳作為保護氣體中并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接的焊接裝置。焊接裝置100U00A 100E具備用于在焊炬4與母材2之間提供電壓的電源電路102、102A ;和控制電源電路102、102A的電壓的電源控制裝置104、104A 104E。電源控制裝置104、104A 104E控制電源電路102，102A,以便在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間Tal內輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間Ta2內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流。電源控制裝置104、104A 104E還控制102、102A，以便在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生高電平電流。實施方式1、4的電源控制裝置104、104C還增減振幅中心電流，以便減小焊接電壓的平均值(平均電壓Va)與焊接電壓的電壓設定值(設定電壓Vr)之差。實施方式2、5的電源控制裝置104A，104D中，控制部還使第I電弧期間增減，以便減小焊接電壓的平均值(平均電壓Va)與焊接電壓的電壓設定值(設定電壓Vr)之差。實施方式3、6的電源控制裝置104BU04E還在焊接電壓的平均值(平均電壓Va)與焊接電壓的電壓設定值(設定電壓Vr)之差是第I范圍(上限閾值Thl與下限閾值Th2之間)的情況下根據電壓差使振幅中心電流增減，而在焊接電壓的平均值(平均電壓Va)與焊接電壓的電壓設定值(設定電壓Vr)之差是不同于第I范圍的第2范圍(大于上限閾值Thl、或小于下限閾值Th2)的情況下，根據電壓差使第I電弧期間增減。優選在焊接裝置100U00A 100E中，反復增減的波形是三角波或正弦波。優選在焊接裝置100C 100E中，電源控制裝置104C 104E如在圖10中說明的那樣，在短路期間中檢測出熔滴的縮頸的情況下，進行減少短路電流的縮頸部分檢測控制。應該認為本次公開的實施方式在所有方面只是例示，并不是限制性的內容。本發明的范圍不是由上述的說明展現的，而是根據專利請求的范圍所展現的，試圖包含與專利請求的范圍均等的意思及范圍內的所有變更。
權利要求
1.一種焊接裝置，其通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接，該焊接裝置具備電源電路，其用于向焊炬與母材之間提供電壓；和控制部，其控制所述電源電路的電壓，所述控制部按照如下方式控制所述電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在所述電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流，所述控制部按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生所述高電平電流的方式來控制所述電源電路，所述控制部按照焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的電壓差減小的方式來使所述振幅中心電流增減。
2.一種焊接裝置，其通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接，該焊接裝置具備電源電路，其用于向焊炬與母材之間提供電壓；和控制部，其控制所述電源電路的電壓，所述控制部按照如下方式控制所述電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在所述電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流，所述控制部按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生所述高電平電流的方式來控制所述電源電路，所述控制部按照焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的電壓差減小的方式來使所述第I電弧期間增減。
3.一種焊接裝置，其通過使用二氧化碳作為保護氣體并交替地反復短路狀態和電弧狀態的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接，該焊接裝置具備電源電路，其用于向焊炬與母材之間提供電壓；和控制部，其控制所述電源電路的電壓，所述控制部按照如下方式控制所述電源電路在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第I電弧期間內輸出高電平電流，在所述電弧期間的后期的第2電弧期間內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流，所述控制部按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生所述高電平電流的方式來控制所述電源電路，所述控制部在焊接電壓的平均值與焊接電壓的電壓設定值之間的電壓差是第I范圍時，根據所述電壓差來使所述振幅中心電流增減，在所述電壓差為不同于所述第I范圍的第2范圍的情況下，根據所述電壓差來使所述第I電弧期間增減。
4.根據權利要求1 3的任一項所述的焊接裝置，其中，所述波形是三角波或正弦波。
5.根據權利要求1 4的任一項所述的焊接裝置，其中，所述控制部在所述短路期間中檢測到熔滴的縮頸的情況下進行減少短路電流的縮頸檢測控制。
全文摘要
本發明提供一種能夠實現穩定的熔滴的生長及穩定的電弧的產生的焊接裝置。焊接裝置(100)具備電源電路(102)、電源控制裝置(104)。電源控制裝置(104)如下方式控制電源電路(102)在短路期間之后接著的電弧期間的初期的第1電弧期間(Ta1)內輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間(Ta2)內輸出與被恒壓控制的焊接電壓對應的電弧電流。電源控制裝置(104)還按照在振幅中心電流上疊加反復增減的波形來產生高電平電流的方式控制電源電路(102)。電源控制裝置(104)還按照減小平均電壓(Va)與設定電壓(Vr)的電壓差的方式使振幅中心電流增減。由此，在變更了設定電壓的情況下等，迅速消除平均電壓與設定電壓之差變大，并防止電弧不穩定。
文檔編號B23K9/10GK102990201SQ20121033258
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月10日 優先權日2011年9月14日
發明者井手章博, 惠良哲生 申請人:株式會社大亨