專利名稱：電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種采用以二氧化碳為主要成份的保護性氣體的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法。
在電極自耗式脈沖弧焊機中，采用以比原有的惰性氣體(如氬氣)價格低廉的二氧化碳氣體為主要成分的保護性氣體近年來逐漸成為主流。采用二氧化碳氣體的電極自耗式脈沖弧焊機的特點是運轉成本低廉且可以形成性能優良的焊縫。在這樣的電極自耗式脈沖弧焊機中，存在著抑制飛濺發生的技術課題。眾所周知，通過將一個脈沖分割成許多不同的脈沖，可以減少了飛濺現象。
參見圖8A和圖8B來具體描述例如特開平1-254385號公報中所公開的傳統的電極自耗式脈沖弧焊機。
圖8A是表示在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中的脈沖波形、焊絲前端的熔滴和電弧狀態間的關系的模式圖。圖8B是表示在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中的其它脈沖波形、焊絲前端的熔滴和電弧狀態間的關系的模式圖。在圖8A和圖8B中，(a)-(h)分別表示與在脈沖波形的各時間坐標軸上所示的a-h時刻有關的焊絲53前端的熔滴54與電弧57的狀態。
如圖8A所示，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，在預定時間間隔內向作為損耗電極的焊絲53交替地輸出第一脈沖電流51和比第一脈沖電流51強勁的第二脈沖電流52。第二脈沖電流52使焊絲53的前端熔融并在所述前端形成熔滴54。此外，第二脈沖電流52使熔滴54落到電弧57空間內并向母材55上的熔池56移動。
為防止由第二脈沖電流52形成、長大的熔滴54在圖8A的b-h期間內與熔池56短路，第一脈沖電流51通過其電弧力抑制熔池56的活動。就是說，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，通過第一脈沖電流51的電弧力防止熔池56向形成在焊絲53前端上的熔滴54靠近，由此防止熔滴54與熔池56間短路的發生。如圖8B所示，與此有關的是在不輸出第一脈沖電流51的情況下，由第二脈沖電流52形成的熔滴54因隨后輸出的第二脈沖電流52而再成長、形成，所以熔滴與熔池56接觸而顯然出現短路。
如上所述，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，通過第一脈沖電流51的電弧力抑制了熔池56的活動。為此要求第一脈沖電流51的輸出必須滿足以下(I)、(II)的條件(I)可以通過其電弧力抑制熔池56向焊絲53前端靠近。
(II)熔滴54不從焊絲53的前端移向母材55。
即，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，第一脈沖電流51在抑制熔池56活動時十分強大，并且必須把第一脈沖電流51調節得小于第二脈沖電流52。
但是如上所述的那樣，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，必須輸出不同強度的脈沖電流。因此，熔滴54移向的、焊絲53前端與母材55間的電弧空間的狀態變得不穩定。結果，在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中，由于熔滴54無法在穩定狀態下移向母材55，所以存在飛濺現象。
本發明的目的是提供一種能夠解決上述傳統裝置中問題的且成本低、使用壽命長的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法。
為實現上述目的，如此設計向損耗電極輸送脈沖的且通過熔融上述損耗電極而實行母材焊接的電極自耗式脈沖弧焊機在由在上述損耗電極的前端形成具有預定熔滴量的熔滴的第一脈沖期、縮短上述熔滴與上述母材間的電弧長用的基值期、以及使上述熔滴脫離的第二脈沖期所構成的脈沖波群的工作期間內一致地向所述損耗電極輸送焊接電流和焊接電壓中的至少一個。
根據本發明的電極自耗式脈沖弧焊機，可以在第一脈沖期間內于損耗電極的前端上形成熔滴，并在基值期間內縮短弧長。由此，可以加寬在損耗電極前端與母材間產生的陽極點分布區。這樣，可以在其后的第二脈沖期間內增大第二種縮頸力，并能使熔滴脫離變得容易。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，上述第一脈沖期的寬度與上述損耗電極送進速度對應地變化。由此可使在第一脈沖期間內產生的熔滴的熔滴量變得適當并使熔滴脫離變得容易。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，上述基值期的寬度與上述損耗電極的送進速度對應地變化。通過如此構成的弧焊機，確實可以防止熔滴與母材間短路的發生。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，上述第二脈沖期的寬度設定成比上述第一脈沖期的寬度窄。通過如此構成的弧焊機，確實防止了飛濺的發生并可以使熔滴脫離易于進行。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，上述第一脈沖期的寬度是根據在上述第一脈沖期間內的脈沖輸出而確定的。通過如此構成的弧焊機，可以使在第一脈沖期間內產生的熔滴的熔滴量變得適當。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，上述基值期的寬度是根據在上述第一脈沖期間內的脈沖輸出、上述第一脈沖期的寬度、以及上述損耗電極送進速度確定的。通過如此構成的弧焊機，可以在第一基值期間內確實減少第一脈沖期間的弧長增量。其結果，不會發生熔滴與母材間的短路的現象，并且可使第二脈沖期間內的熔滴脫離易于進行。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，所述弧焊機設有檢測在上述基值期間內的電弧阻抗的電弧阻抗檢測手段，并根據上述電弧阻抗檢測手段的輸出信號結束上述基值期。由此可檢測出弧長。其結果，不會發生熔滴與母材間的短路現象，并且可以使熔滴在第二脈沖期間內易于脫離。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的特征還在于，所述弧焊機設有測定上述熔滴脫離的脫離檢測手段，并根據上述檢測手段的輸出信號結束第二脈沖期。由此可縮小作用于處于完全吸入熔池前的不穩定狀態下的熔滴上的作用力并防止飛濺的發生。
本發明的電極自耗式脈沖弧焊機的控制方法，是在向損耗電極輸出脈沖并通過熔融上述損耗電極而進行母材焊接的電極自耗式脈沖弧焊機的控制方法中，向所述損耗電極輸出焊接電流及焊接電壓中的至少一個的波群具有在上述損耗電極前端形成具有預定熔滴量的熔滴的第一脈沖期、縮短上述熔滴與母材間的弧長的基值期、以及使熔滴脫離的第二脈沖期。
根據這樣的本發明電極自耗式脈沖弧焊機控制方法，可以在第一脈沖期間內且在損耗電極前端形成熔滴并在基值期間內縮短弧長。因此，可以加寬產生于損耗電極前端與母材間的陽極點分布區。這樣，在其后的第二脈沖期間內增大第二種縮頸力并可以使熔滴易于脫離。
圖1是表示作為本發明第一實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖；圖2是表示在圖1所示的電極自耗式脈沖弧焊機中的脈沖波形、在焊絲前端的熔滴和電弧狀態間的關系的模式圖3是表示作為本發明第二實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖；圖4是表示作為本發明第三實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖；圖5是表示作為本發明第四實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖；圖6是表示作為本發明第五實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖；圖7是表示在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機中作用于出現在焊絲前端上的熔滴的作用力的示意圖；圖8A是表示在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中的脈沖波形、焊絲前端上的熔滴和電弧狀態間的關系的模式圖；圖8B是表示在傳統的電極自耗式脈沖弧焊機中的其它脈沖波形、焊絲前端上的熔滴和電弧狀態間的關系的模式圖。
以下，參見附圖來描述本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法的最佳實施例。
首先，參見圖7來說明本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法的主題。
圖7是表示在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機中作用于出現在焊絲前端上的熔滴的作用力的示意圖。
在圖7中，在電極8的前端處，作為損耗電極的焊絲5伸向母材9。焊絲5由例如是直徑為0.8mm-16mm的金屬絲構成，并且由送絲馬達6(圖1)以預定的送進速度(如10cm/min)送向母材9。在焊絲5中，焊接電流和焊接電壓中的至少一個通過在由在焊絲前端5處形成具有預定熔滴量的熔滴25的第一脈沖期、縮短熔滴25與母材9間的弧長26的基值期、使熔滴25脫離的第二脈沖期構成的脈沖波群的作用時間內一致的方式經電極8輸出。因此，在焊絲5和母材9間產生電弧28。通過該電弧能使焊絲5的前端熔化并在焊絲5的前端形成熔滴25，使熔滴25能移向母材9。
如圖7所示，重力41及電弧28的等離子氣流間的摩擦力42作為在脫離焊絲5前端的脫離方向上的作用力而作用于熔滴25上。此外，表面張力44及電弧力45作為與脫離方向正相反的防止熔滴25脫離的方向上的作用力而作用于熔滴25上。另外，第二種縮頸力43作為在此狀態下既在脫離方向上也在阻止脫離方向上的作用力而作用于熔滴25上。
如上所述，在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中，輸出流入焊絲5的焊接電流和加給焊絲5的焊接電壓中的至少一個，以使在由第一脈沖期、基值期、第二脈沖期所構成的脈沖波群的作用期內一致。因此，在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中，對于具有預定重量這樣的成長了的熔滴25，也就是說具有預定熔滴量的熔滴25來說，可以使第二種縮頸力43作用于脫離方向上。結果，在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中，可以穩定地進行熔滴25的脫離，并且能促進熔滴25的脫離，防止飛濺的發生。
在這里，詳細描述第二種縮頸力43。
焊絲5的固體部與熔滴25的接觸尺寸Ra是與焊絲5前端直徑相當的值。但是在進行熔滴25脫離時，在焊絲5的固體部與熔滴25接觸面上產生收縮，接觸尺寸Ra很快減小。即熔滴25將完全脫離焊絲5。Rb表示在熔滴25端部形成的陽極點分布區27的最大尺寸。在以下說明中，為使說明變得簡單，焊絲5的前端與母材9間的電流流路的各斷面以同心圓表示。
眾所周知，縮頸力是作用于焊絲5的固體部與熔滴25間的作用力且是由焊接電流的電磁力引起的力。
在Ra＝Rb，也即電流流路一定的場合下，在電流單元建立的磁場中垂直于電流流路方向的方向上，也即朝向電流流路中心的方向上產生電磁力，通常把此力稱為第一種縮頸力。
但是如圖7所示，在進行實際焊接的情況下，電流流路一般是不確定的，即大多是Ra不等于Rb的情況。在這種情況下，電磁力方向相對電流流路的軸向是傾斜的。從而，在電流流路的軸向上產生了電磁力的分力，此分力是與熔滴25脫離有關的作用力。此作用力是第二種縮頸力43。當導磁率為u、焊接電流值為I時，第二種縮頸力43的大小F由下式(1)表示。此外，在(1)式中，以熔滴25脫離方向為正方向F＝(u/4π)I2·log(Ra/Rb) …(1)如(1)式所示，當Ra＞Rb時，第二種縮頸力43在抑制脫離的方向上作用于熔滴25上。另一方面，當Ra＜Rb時，第二種縮頸力43在促進脫離的方向上作用于熔滴25上。而且，第二種縮頸力43的大小按照與相對焊絲5直徑Ra的陽極點分布區27的最大尺寸Rb的比率的對數成比例地增大。因此，如果考慮焊絲5直徑Ra一定時的陽極點分布區27的最大尺寸Rb增大，則判斷出第二種縮頸力43在熔滴25脫離方向上加強。此外，由于第二種縮頸力43與焊接電流的平方成比例，因此，顯然可以從(1)式判斷出與電流值低的基值期相比，電流值高的脈沖期的縮頸力加大。
如上所述，為了利用第二種縮頸力43使熔滴脫離變得容易，最好Ra＞Rb，也即陽極點分布區27最好較寬。
本發明的發明人等著眼于使弧長26變短而使陽極點分布區27變寬，如上所述，通過第一脈沖期、基值期、第二脈沖期構成了脈沖波群。因此，在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中，在第一脈沖期內，弧長26縮短而陽極點分布區27可變寬。結果，在第二脈沖期內，較強的第二種縮頸力43作用于熔滴25上。如此一來，不會發生飛濺且可以穩定進行熔滴25的脫離，并促進熔滴25的脫離。
另外，焊絲5送進速度可隨著送絲馬達6轉速的變化而變化。因此，在焊絲5送進速度高的情況下，為使熔滴25在第一脈沖期間內具有預定熔滴量，第一脈沖期設定得較窄。
在基值期內，為縮短弧長26，希望減弱焊絲5的熔融能力，也即在基值期內輸出的焊接電流或焊接電壓最好小于第一脈沖期及第二脈沖期的焊接電流或電壓。另外，焊絲5送進速度高時，焊絲5前端向母材9靠近的速度也提高。因此，在焊絲5送進速度提高時，基值期設定得較窄。
如上所述，在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中，與焊絲5送進速度對應地，第一脈沖期的寬度及基值期的寬度是變化的。由此防止了飛濺的發生并可以使熔滴25穩定地滴落。
另外，熔滴25一旦進入脫離過程，則由于焊絲5與熔滴25間的緊縮而造成接觸尺寸Ra隨時間減小。因此，第二種縮頸力43加大而脫離過程加速進行。但是，到脫離過程終止前的時間，也即第二脈沖期可以短于用于形成熔滴25的第一脈沖期。
反之，使第二脈沖期長于第一脈沖期，則在熔滴25脫離后且與第二脈沖期接續的情況下，在第二脈沖期間內形成新熔滴25，在隨后的第一脈沖期間內發生熔滴25脫離。因此，無法獲得在脫離方向上加大第二種縮頸力43的本發明的效果。
第一實施例圖1是表示作為本發明第一實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖。圖2是表示在圖1所示的電極自耗式脈沖弧焊機中的脈沖波形、焊絲前端的熔滴及電弧狀態間的關系的模式圖。
在圖1中，本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機具有與例如三相交流電源(圖中未示)相連的輸出控制裝置1、將輸出控制裝置1的輸出降低為適于焊接電壓的變壓器2、由二極管構成的且對變壓器2的輸出進行整流的整流器3、連在整流器3與電極8間的電抗器4。在電極自耗式脈沖弧焊機中設有輸送焊絲5用的送絲馬達6、支承電極8用的圓筒狀焊炬7及檢測流經母材9的焊接電流的分流器10。另外，以二氧化碳氣體為主要成份的保護性氣體從焊炬7的電極8周邊起在與焊絲5平行的方向上被吹向母材9，由此使電弧狀態穩定。
在電極自耗式脈沖弧焊機中設有設定送絲馬達6轉速、也即送絲5速度的送絲速度設定器11，以及控制輸出控制裝置1的輸出的輸出控制器12。電極自耗式脈沖弧焊機中配備有形成上述脈沖波群形的且用輸出控制器12指示的波群形成裝置13、以及設置在輸出控制器12和波群形成部13之間的波群間波形設定器14，所述沒定器14用于設定在兩個脈沖波群間的波群間基值期中的波形。來自分流器10的信號被輸入到輸出控制器12中，檢測焊接電流的電流檢測器15和檢測焊接電壓的電壓檢測器16與輸出控制器12相連。設定焊接電壓的焊接電壓設定器18與波群形形成部13相連。
在送絲速度設定器11中設有ROM或類似的存儲裝置(未示出)。在此存儲裝置中預先記錄下在第一脈沖期間的多個第一脈沖時間TP1及基值期間的多個基值時間TB1，該第一脈沖期間分別與可設定在送絲速度設定器11中的多個送絲速度相對應。當通過操作機構等設定了送絲速度時，送絲速度設定器11將該送絲速度輸出到送絲馬達6上。此外，送絲速度設定器11將與所設定的送進速度相對應的一組第一脈沖時間TP1和基值時間TB1輸出到波群形形成部13中。
波群形形成部13根據來自送絲速度設定器11和焊接電壓設定器18的輸入值和來自波群間波形設定器14的波群間波形終止信號而形成了上述脈沖波群。波群形形成部13具有用于將所形成的脈沖波群形狀設定在輸出控制器12中的波群形設定器17。此外，波群形形成部13配備有將具有分時器信號功能的第一脈沖時間TP1、基值時間TB1及第二脈沖時間TP2分別輸出到波群形形成部17中的第一脈沖時間設定器19、基值時間設定器20和第二脈沖時間設定器21。并且，在波群形形成部13中設有預先設定出預定減值的且與第二脈沖時間設定器21相連的減值設定器22、根據焊接電壓設定器18的輸入值將在基值期間以及波群間基值期內的基值輸出值VB輸出到波群形設定器17中的基值輸出設定器23，以及根據焊接電壓設定器18的輸入值將在第一及第二脈沖時間的脈沖輸出值VP輸出到波群形設定器17的脈沖輸出設定器24。
第一脈沖時間設定器19將從送絲速度設定器11中輸入的第一脈沖時間TP1輸出到第二脈沖時間設定器21中。第一脈沖時間設定器19以從以波群間波形沒定器14中輸入的波群間波形終止信號的時刻作為起點來計算時間。這樣，當計算出的時間與由送絲速度設定器11輸入的第一脈沖時間TP1一致時，第一脈沖時間設定器19向基值時間設定器20和波群形設定器17輸出第一計算終止信號。
基值時間設定器20以從第一脈沖時間設定器19輸入的第一計算終止信號的時刻作為起點來計算時間。這樣，當計算出的時間與由送絲速度設定器11輸入的基值時間TB1一致時，基值時間設定器20向第二脈沖時間設定器21和波群形設定器17輸出第二計算終止信號。
通過從第一脈沖時間設定器19發出的第一脈沖時間TP1中減去由減值設定器22發出的減值，第二脈沖時間設定器21計算出第二脈沖時間TP2。第二脈沖時間設定器21以輸入來自基值時間設定器20的第二計算終止信號的時刻為起點計算時間。這樣，當計算出的時間與第二脈沖時間TP2一致時，第二脈沖時間設定器21向輸出控制器12和波群形設定器17輸出第三計算終止信號。
接著，對本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的動作進行描述。
在輸出控制裝置1中焊接輸出根據輸出控制器12接受了輸出控制后，通過變壓器2而經整流器3變為直流電。隨后，焊接輸出通過電抗器4被送入平滑的電極8和母材9之間。焊絲5由通過送絲速度設定器11的信號所控制的送絲馬達6被送給焊接部。
其間，由于通過電極8給焊絲5通電，因而在焊絲5的前端與母材9間出現電弧。用此電弧能量所熔化的焊絲5移向母材9、進行焊接。
輸出控制器12輸入來自波群形形成部13的波群形設定器17的脈沖波群形、和由波群間波形設定器14所確定的兩個脈沖波群間的波群間脈沖波形。另外，輸出控制器12輸入通過分流器10而在電流檢測器15中檢測出的焊接電流反饋值、通過電壓檢測器16檢測出的焊接電壓反饋值，并根據對應的反饋值進行電流控制或電壓控制。另外，在電流控制、電壓控制的各個控制中，脈沖波群中的各個期間的轉換是根據來自波群形形成部13的上述時間信號TP1、TB1、TP2進行的。
以下，參見圖1、圖2詳細說明在波群形形成部13中的脈沖波群的形成操作。
首先說明設定各個期間長度的操作。
第一脈沖時間設定器19以來自波群間波形設定器14的波群間波形終止信號的輸入時刻作為起點、計算出直到與從送絲速度設定器11中輸入的第一脈沖時間TP1一致的時間。隨后，當到達第一脈沖時間TP1時，第一脈沖時間設定器19向基值時間設定器20和波群形設定器17發出第一計算終止信號。同時，第一脈沖時間設定器19向第二脈沖時間設定器21輸出第一脈沖時間TP1。另外，第一脈沖時間TP1的功能是控制成型于焊絲5的前端上的熔滴的熔滴量的時間的。因此，如當送絲速度高時，為使熔滴量達到預定量，送絲速度設定器11選擇較短值的第一脈沖時間TP1輸出到第一脈沖時間設定器19中。
基值時間設定器20以來自第一脈沖時間設定器19的第一計算終止信號的輸入時刻作為起點、計算出直到與由送絲速度設定器11輸入的基值時間TB1一致為止的時間。隨后，當到達基值時間TB1時，基值時間設定器20向第二脈沖時間設定器21和波群形設定器17輸出第二計算終止信號。并且，由于在基值期間中與焊絲送進量對應的焊絲熔融量變小，焊絲5的前端隨時間推移移向母材9。因此，如在送絲速度高的情況下，為防止熔滴25與母材9間發生短路，焊絲送進速度設定器11選擇短的基值時間TB1并輸出到基值時間設定器20中。
第二脈沖時間設定器21以來自基值時間設定器20的第二計算終止信號的輸入時刻作為起點、計算出直到與所計算出的第二脈沖時間TP2一致為止的時間。隨后，當到達第二脈沖時間TP2時，第二脈沖時間設定器21向波群形設定器17和輸出控制器12輸出第三計算終止信號。這樣一來，分時信號TP1、TB1、TP2順次地輸入到波群形設定器17中。
以下描述沒定各個期間的焊接電壓的操作。
基值輸出設定器23根據在焊接電壓設定器18中設定的焊接電壓、決定在基值期間中以及在波群間基值期間的基值設定值VB，并將該基值設定值VB輸入到波群形設定器17中。這樣一來，波群形設定器17形成了在基值期間中的脈沖波。
同樣地，脈沖輸出設定器24根據在焊接電壓設定器18中設定的焊接電壓、決定在第一及第二脈沖期間內的脈沖設定值VP，并將此脈沖設定值VP輸入到波群形設定器17中。這樣一來，波群形設定器17形成了在第一及第二脈沖期間的脈沖波。
如此獲得的脈沖波群根據由波群間波形設定器14設定的波群間基值時間TD連續地輸出。另外，波群間波形設定器14以來自波群形設定器17的波群間波形終止信號為起點、輸出在波群間基值期間中的基值輸出設定器23的基值設定值VB。
參見圖2來說明如此獲得的脈沖波群和焊絲5前端的熔滴25及電弧狀態間的關系。并且，圖2的(a)-(g)是表示焊絲5前端的熔滴狀態的視圖，在時間上與下部焊接電壓波形的對應關系用箭頭表示。
圖2(a)所示的狀態是焊絲5前端的熔滴25移向母材9的結束狀態。即，圖2(a)所示的狀態是在波群間基值期間中的狀態。圖2(b)所示的狀態是在第一脈沖期的最初階段中的狀態。在此階段內，焊絲5通過具有高輸出脈沖的第一脈沖熔融，在形成熔滴25的同時弧長26也變長。隨后，當成為第一脈沖期的最后階段時，如圖2(c)所示，熔滴越發長大且弧長也變長。此時，陽極點分布區27變窄。當第一脈沖期結束、進入基值期時，焊接輸出下降。送絲速度比熔融焊絲5的速度要快。因此，如圖2(d)所示，弧長26立刻縮短。隨后，當進入第二脈沖期時，弧長26變得十分短。如圖2(e)所示，陽極點分布區27也變寬，從而作用于熔滴25的第二種縮頸力43增大，如圖2(g)所示，熔滴25的脫離順利地進行。在焊接中反復進行這樣的過程。
第二實施例圖2是表示作為本發明第二實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖。在此實施例中，在電極自耗式脈沖弧焊機的構成中，將與送進速度對應的多個第一脈沖時間TP1不保持在送絲速度設定器中，而是在波群間波形形成部中設置第一存儲部件。此第一存儲部件根據多個脈沖設定值VP預先存儲分別確定的多個第一脈沖時間TP1。除此之外的各個部件因與第一實施例的部件相同而省去了對它們的重復描述。
在圖3中，在第一存儲器29中，根據多個脈沖設定值VP而預先存儲了許多分別確定的第一脈沖時間TP1。第一存儲器29輸入來自脈沖輸出設定器24的脈沖設定值VP，并選擇與此脈沖設定值VP對應的適當的第一脈沖時間TP1。第一存儲器29向第一脈沖時間設定器19輸出所選擇的第一脈沖時間TP1。
在第一脈沖時間設定器19中輸入了來自第一存儲器29的第一脈沖時間TP1后，象第一實施例中的那樣，第一脈沖時間設定器19以來自波群間波形設定器14的波群間波形終止信號的輸入時刻為起點來計算時間。隨后，第一脈沖時間設定器19在計算出的時間與由第一存儲部29輸入的第一脈沖時間TP1一致的情況下、向基值時間設定器20和波群形設定器17輸出第一計算終止信號。
為了在第一脈沖期間內形成具有預定熔滴量的熔滴25，第一脈沖時間TP1與脈沖設定值VP根據下述(2)式而確定，并保持在第一存儲部件29中。并且，在(2)式中，V表示焊絲5上的熔融量，α、β表示比例系數。另外，d表示焊絲5從電極8的前端突出的長度，I表示焊接電流。
V/t＝αI+βdI2 …(2)如(2)式所示，焊絲5的熔融速度(單位時間內的熔融量)是由因焊絲5作為陽極而產生的熱量(右邊第一項)與焊絲5突出部的耐熱生(右邊第二項)決定的。
因此，當第一脈沖時間TP1與對應于第一脈沖期間內的焊接電流I的脈沖設定值VP相關時，可以穩定地適量控制第一脈沖期間內的熔融量V。這樣一來，該實施例的電極自耗式脈沖弧焊機可通過適量控制熔融量而實現熔滴25的穩定脫離。而且，也可以用帶軟件的計算器及由硬件構成的計算器代替第一存儲器29。
第三實施例圖4是表示作為本發明第三實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖。在此實施例中，在電極自耗式脈沖弧焊機的構成中，將與送進速度對應的多個基值時間TB1不保持在送絲速度設定器中，而是在波群間波形形成部中設置第二存儲部件。該第二存儲部件根據第一脈沖時間TP1、脈沖設定值VP及送絲速度、把確定的多個基值時間TB1預先存儲起來。除此之外的其它部件因與第一實施例的部件相同而省去了對它們的重復描述。
在圖4中，在第二存儲器30中，根據第一脈沖時間TP1、脈沖設定值VP及焊絲5送進速度將確定的多個基值時間TB1預先存儲起來。第二存儲器30分別輸入來自送絲速度設定器11、第一脈沖時間設定器19及脈沖輸出設定器24的焊絲5的速度、第一脈沖時間TP1及脈沖設定值VP。第二存儲器30選擇出與這些輸入值對應的適當的基值時間TB1、并向基值時間設定器20輸出所選擇的基值時間TB1。
在基值時間設定器20中輸入了來自第二存儲器30的基值時間TB1之后，就象第一實施例中那樣，基值時間設定器20以來自第一脈沖時間設定器19的第一計算終止信號的輸入時刻作為起點來計算時間。隨后，當基值時間設定器20在計算出的時間與從第二存儲部件30所輸入的基值時間TB1一致時，基值時間設定器20向第二脈沖時間設定器21和波群形設定器17輸出第二計算終止信號。
如上述(2)式表示的那樣，第一脈沖期間內的熔融量是由第一脈沖時間TP1和脈沖設定值VP決定的。從而，以第一脈沖時間TP1、脈沖設定值VP及焊絲5的送絲速度的函數來表示在此第一脈沖期間內的弧長增量ΔL。并且，在基值期間內應縮短的弧長是以弧長增量ΔL為基準的。從而在本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機中，由于以第一脈沖時間TP1、脈沖設定值VP及焊絲5的送絲速度為參數來計算設定出基值時間TB1，所以防止了短路的發生，并且更穩定地縮短了弧長。
第四實施例圖5是表示作為本發明第四實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖。在此實施例中，在電極自耗式脈沖弧焊機的結構中，在波群形形成部中設有檢測電弧阻抗用的電弧阻抗檢測部件。由此，與送進速度對應的多個基值時間TB1不是保持在送絲速度設定器中，而是結束基值期這樣地構成。除此之外的其它部件因與第一實施例的部件相同而省去了對它們的重復描述。
在圖5中，電弧阻抗檢測部件是由與在電流檢測器15和電壓檢測器16相連的阻抗計算器31和存儲阻抗基準值用的基準值設定器32構成的。阻抗計算器31輸入第一脈沖時間設定器19發出的第一計算終止信號。這樣，阻抗計算器31根據由輸入時刻開始的電流檢測器15發出的電流值和電壓檢測器16發出的電壓值計算出該弧焊機的阻抗。此阻抗計算器31在與電流檢測器15及電壓檢測器16的檢測周期一致的周期內進行阻抗計算，并逐次向基值時間設定器20輸出。基值時間設定器20判斷出在阻抗計算器31算出的阻抗低于基準值設定器32輸出的基準值時，基值期在此時結束，并向第二脈沖時間設定器21輸出第二計算終止信號。
阻抗基準值是以如下方式計算并在基準值設定器32中預先設定、并存儲起來的。
在焊絲5與母材9接觸的短路狀態下，用阻抗計算器31計算出的阻抗＝焊絲5突出部的阻抗+電壓檢測器16和阻抗計算器31之間的輸出電纜的阻抗。此短路狀態的阻抗要比就在短路前的電弧狀態的阻抗總和低電弧28的阻抗分量(以下稱為電弧阻抗)的程度。因此，阻抗基準值被設定為＝短路狀態的阻抗+考慮了所希望的電弧長的電弧阻抗分量的值。
通過上述結構，本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機防止了短路的發生并可以在弧長縮短狀態下較穩定地結束基值期。
另外，在第一基值期間內進行電流控制的情況下，由于焊接電流設定成一定值，所以阻抗等價于壓降。所以在進行電流控制的場合中，通過采用從電壓檢測器16發出的電壓值，能省去阻抗計算器31地判斷出基值期終止時刻。
第五實施例圖6是表示作為本發明第五實施例的電極自耗式脈沖弧焊機的結構的方框圖。在此實施例中，在電極自耗式脈沖弧焊機的結構中，在波群形形成部中設有檢測熔滴脫離的脫離檢測部件。由此，結束第二脈沖期間地構成了弧焊機。除此之外的部件因與第一實施例的部件相同而省去了對這些部件的重復描述。
在圖6中，脫離檢測部件由與電壓檢測器16相連的微分器33、存儲基準值的脫離檢測基準值設定器34構成，該基準值是檢測熔滴25脫離用的電壓值。微分器33從輸入基值時間設定器20發出的第二計算終止信號時刻起開始對電壓檢測器16發出的焊接電壓的檢測信號進行微分計算。第二脈沖時間設定器21在從微分器33發出的輸出值超過脫離檢測基準值設定器34發出的基準值的時刻判斷出第二脈沖期結束，并向輸出控制器12和波群形設定器17輸出第三計算終止信號。
這樣一來，在本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機中，通過檢測焊接電壓來設定第二脈沖期的終止時刻。之所以能正確地設定此終止時刻，是因為當熔滴25完全脫離焊絲5時，快速伸長弧長能使焊接電壓提高、焊接電流降低。在圖6所示的實施例中，是檢測焊接電壓的升高而設定第二脈沖期終止時刻的。當然，也可以代替焊接電壓的升高、而用檢測焊接電流的降低來設定第二脈沖期終止時刻。
在本實施例的電極自耗式脈沖弧焊機中，由于與熔滴25的脫離時刻一致地結束了第二脈沖期，所以在脫離后直到被完全吸入到母材9的熔池中的期間內、處于不穩定狀態的熔滴25上的力減弱，由此可防止飛濺的發生。
并且，雖然在上述第一實施例到第五實施例中描述了在第一脈沖期、基值期及第二脈沖期的各段時間內、使設定脈沖設定值VP及基值設定值VB的焊接電壓一定的電壓控制機構的構成，但是也可以在上述各段期間內使焊接電流一定地進行電流控制地構成上述實施例。
另外，對于圖1所示的第一實施例來說，雖然圖3所示的第二實施例中的第一脈沖時間TP1設定、圖4、5所示的第三、四實施例中的基值時間TB1設定、圖6所示的第五實施例中的第二脈沖時間TP2的設定顯示出了各自不同的結構，但是也可以適當地將這些結構組合。
權利要求
1.一種電極自耗式脈沖弧焊機，它向損耗電極(5)輸出脈沖、并通過熔融上述損耗電極而實現母材(9)焊接，其特征在于，使由用于在上述損耗電極的前端形成具有預定熔滴量的熔滴(25)的第一脈沖期、用于縮短上述熔滴與上述母材間的電弧長的基值期、以及用于使上述熔滴脫離的第二脈沖期所構成的脈沖波群的工作期間內一致地向所述損耗電極輸出焊接電流和焊接電壓中的至少一個。(圖1-圖7)
2.如權利要求1所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，上述第一脈沖期的寬度與上述損耗電極送進速度對應地變化。(圖1-圖7)
3.如權利要求1所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，上述基值期寬度與上述損耗電極送進速度對應地變化。(圖1-圖7)
4.如權利要求1所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，上述第二脈沖期寬度設定成比上述第一脈沖期的寬度窄。(圖1-圖7)
5.如權利要求1-4之一所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，上述第一脈沖期的寬度是根據在上述第一脈沖期間內的脈沖輸出而確定的。(圖3)
6.如權利要求1-4之一所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，上述基值期的寬度是根據在上述第一脈沖期間內的脈沖輸出、上述第一脈沖期的寬度、以及上述損耗電極送進速度確定的。(圖4)
7.如權利要求1-4之一所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，設有檢測在所述基值期間內的電弧阻抗的電弧阻抗檢測手段(31，32)，根據上述電弧阻抗檢測手段的輸出信號結束所述基值期。(圖5)
8.如權利要求1-4之一所述的電極自耗式脈沖弧焊機，其特征在于，設有測定上述熔滴脫離的脫離檢測手段(33，34)，根據上述檢測手段的輸出信號結束第二脈沖期。(圖6)
9.一種電極自耗式脈沖弧焊機的控制方法，其中在向損耗電極(5)輸出脈沖、并通過熔融上述損耗電極而進行母材(9)焊接的電極自耗式脈沖弧焊機的控制方法中，其特征在于，向所述損耗電極輸出焊接電流及焊接電壓中的至少一個的脈沖波群具有在上述損耗電極的前端形成具有預定熔滴量的熔滴(25)的第一脈沖期、縮短上述熔滴與上述母材之間的電弧長的基值期、以及使熔滴脫離的第二脈沖期。
全文摘要
在本發明的電極自耗式脈沖弧焊機及其控制方法中,使由在作為損耗電極的焊絲的前端形成具有預定熔滴量的熔滴的第一脈沖期、縮短上述熔滴與上述母材間的電弧長的基值期、以及使上述熔滴脫離的第二脈沖期所構成的脈沖波群的工作期間內一致地向所述損耗電極輸出焊接電流或焊接電壓。
文檔編號B23K9/16GK1201726SQ9810823
公開日1998年12月16日 申請日期1998年3月19日 優先權日1997年3月19日
發明者印南哲, 王靜波, 井原英樹 申請人:松下電器產業株式會社