專利名稱：焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接裝置，特別是涉及進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w電弧焊接的焊接裝置。
背景技術(shù)：
在日本特公平4-4074號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)中，公開了一種在消耗電極和母材之間重復(fù)進(jìn)行短路和電弧產(chǎn)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，重復(fù)熔滴的形成過程和熔滴向母材過渡的過渡過程。圖10是用于說明重復(fù)進(jìn)行短路和電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。參照?qǐng)D10，在重復(fù)進(jìn)行短路和電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法中，按順序重復(fù)執(zhí)行以下說明的(a) (f)過程。(a)熔滴和熔池接觸的短路初期狀態(tài)、(b)熔滴和熔池 的接觸變得可靠且熔滴正向熔池過渡的短路中期狀態(tài)、(C)熔滴向熔池側(cè)過渡后焊絲和熔池之間的熔滴產(chǎn)生縮頸的短路后期狀態(tài)、(d)短路開放而產(chǎn)生了電弧的狀態(tài)、(e)焊絲的前端熔化后熔滴生長(zhǎng)的電弧產(chǎn)生狀態(tài)、(f)熔滴生長(zhǎng)后即將和熔池短路之前的電弧產(chǎn)生狀態(tài)。專利文獻(xiàn)I :日本特公平4-4074號(hào)公報(bào)在日本特公平4-4074號(hào)公報(bào)中示出的以往的短路過渡焊接中，有規(guī)律地產(chǎn)生電弧和短路。但是，在根據(jù)二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法以高電流(焊絲的直徑為I. 2mm的情況下超過200A的電流)進(jìn)行焊接的情況下，在伴有短路的熔滴過渡中，因電弧反作用力使得熔滴隆起(# >9上力)在焊絲上部，故電弧時(shí)間延長(zhǎng)而難以產(chǎn)生周期性的短路，會(huì)不規(guī)律地產(chǎn)生電弧和短路。這樣，如果短路和電弧的周期不規(guī)律地變動(dòng)，則短路時(shí)的熔滴大小會(huì)變得不穩(wěn)定，焊道焊邊部整體變差。另外，因?yàn)楦唠娏飨鄬?duì)于熔池在不規(guī)律的位置上作用過大的電弧力，所以熔池變大且不規(guī)律地振動(dòng)，特別是通過將熔池推到與焊接方向相反的一側(cè)，則容易產(chǎn)生駝峰(humping)焊道。特別地，為了提高生產(chǎn)率要求將焊接速度設(shè)置為高速，但是在高速焊接中因上述問題的影響帶來的焊接質(zhì)量的惡化顯著地體現(xiàn)出來。此外，因?yàn)閷⒑附铀俣仍O(shè)置為高速，故為了爭(zhēng)取單位焊著量需要加快焊絲進(jìn)給速度。與之相伴，會(huì)關(guān)系到焊接電流變高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的熔滴生長(zhǎng)的焊接裝置。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明提供一種焊接裝置，其通過使用二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體并交替地重復(fù)短路狀態(tài)和電弧狀態(tài)的二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法來進(jìn)行焊接，該焊接裝置具備電源電路，其用于對(duì)焊炬和母材之間賦予電壓；和控制部，其控制電源電路的電壓?？刂撇堪凑杖缦路绞絹砜刂齐娫措娐?，即，在短路期間之后接下來的電弧期間的初期的第I電弧期間，輸出疊加了以規(guī)定的周期進(jìn)行增減且振幅逐漸增加的波形后的高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間進(jìn)行恒定電壓控制。
優(yōu)選，波形的振幅是通過隨著時(shí)間的經(jīng)過而單調(diào)增加的函數(shù)來確定的。優(yōu)選，在每次經(jīng)過規(guī)定的周期時(shí)執(zhí)行波形的振幅的更新。優(yōu)選，波形是三角波或者正弦波。優(yōu)選，控制部在短路期間中檢測(cè)出熔滴的縮頸的情況下，進(jìn)行使短路電流減少的縮頸檢測(cè)控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法中，通過在電弧期間初期的電流上疊加以固定頻率且符合熔滴大小的振幅進(jìn)行增減的波形之后輸出電流，從而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的熔滴生長(zhǎng)。據(jù)此，在電弧初期不會(huì)產(chǎn)生不必要的短路，能夠得到高的焊接穩(wěn)定性。


圖I是實(shí)施方式I涉及的焊接裝置100的框圖。圖2是示出在實(shí)施方式I涉及的焊接裝置100中進(jìn)行焊接時(shí)的焊接電壓和焊接電流的動(dòng)作波形圖。圖3是放大示出在圖2的時(shí)刻tl t2下的焊接電流Iw的波形的圖。圖4是示出圖2的點(diǎn)Pa處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖5是示出圖2的點(diǎn)Pb處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖6是示出圖2的點(diǎn)Pc處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖7是示出圖2的點(diǎn)Pd處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖8是示出實(shí)施方式2涉及的焊接裝置100A的構(gòu)成的框圖。圖9是示出在實(shí)施方式2涉及的焊接裝置中進(jìn)行焊接時(shí)的焊接電壓及焊接電流和控制信號(hào)的動(dòng)作波形圖。圖10是用于說明重復(fù)進(jìn)行短路和電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。
具體實(shí)施例方式[實(shí)施方式I]圖I是實(shí)施方式I涉及的焊接裝置的框圖。參照?qǐng)DI，焊接裝置100包含電源電路102、電源控制裝置104、焊絲進(jìn)給裝置106和焊炬4。電源控制裝置104控制電源電路102，并進(jìn)行控制以使向焊炬4輸出的焊接電流Iw和焊接電壓Vw為適合焊接的值。焊絲進(jìn)給裝置106向焊炬4進(jìn)給焊絲I。雖然未圖示，但是以二氧化碳?xì)怏w為主成分的保護(hù)氣體從焊炬4的前端部分放出。在從焊炬4的前端突出的焊絲I和母材2之間產(chǎn)生電弧3，焊絲I熔化，焊接母材2。焊絲進(jìn)給裝置106包含進(jìn)給速度設(shè)定電路FR、進(jìn)給控制電路FC、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)麗和進(jìn)給輥5。電源電路102包含電源主電路PM、電抗器WLl及WL2、晶體管TRl、電壓檢測(cè)電路VD和電流檢測(cè)電路ID。電源主電路PM將3相200V等商用電源(未圖示)作為輸入，根據(jù)后述的誤差放大信號(hào)Ea進(jìn)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和焊接電壓Vw0雖然未圖示，但是電源主電路PM例如構(gòu)成為包含對(duì)商用電源進(jìn)行整流的I次整流器、對(duì)整流后的直流進(jìn)行平滑的電容器、將平滑后的直流轉(zhuǎn)換為高頻交流的逆變器電路、將高頻交流降壓為適合電弧焊接的電壓值的高頻變壓器、對(duì)降壓后的高頻交流進(jìn)行整流的2次整流器、以及以誤差放大信號(hào)Ea作為輸入來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制并基于該結(jié)果驅(qū)動(dòng)上述逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電路。電抗器WLl和電抗器WL2對(duì)電源主電路PM的輸出進(jìn)行平滑。晶體管TRl與電抗器WL2并聯(lián)連接。晶體管TRl根據(jù)在后面圖2中說明的第2電弧期間中變?yōu)長(zhǎng)ow的與非(NAND)邏輯信號(hào)Na，僅在第2電弧期間Ta2變?yōu)榻刂?OFF)。進(jìn)給速度設(shè)定電路FR輸出與預(yù)先確定的穩(wěn)定進(jìn)給速度設(shè)定值相當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度設(shè)定信號(hào)Fr。進(jìn)給控制電路FC向進(jìn)給電動(dòng)機(jī)麗輸出進(jìn)給控制信號(hào)Fe，該進(jìn)給控制信號(hào)Fe用于以與進(jìn)給速度設(shè)定信號(hào)Fr的值相當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度來進(jìn)給焊絲I。焊絲I借助焊絲進(jìn)給裝置106的進(jìn)給輥5的旋轉(zhuǎn)而通過焊炬4內(nèi)被進(jìn)給，并在與母材2之間產(chǎn)生電弧3。電流檢測(cè)電路ID檢測(cè)焊接電流Iw并將焊接電流檢測(cè)信號(hào)Id輸出。電壓檢測(cè)電 路VD檢測(cè)焊接電壓Vw并將焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd輸出。電源控制裝置104構(gòu)成為包含電弧檢測(cè)電路AD、計(jì)時(shí)器電路TM、與非(NAND)電路NA、反轉(zhuǎn)電路NOT、初期振幅設(shè)定電路WIR、頻率設(shè)定電路FHR、基本疊加電流設(shè)定電路IHBR、增加率設(shè)定電路KR、增加疊加電流設(shè)定電路IHAR、振幅中心電流設(shè)定電路IHCR、焊接電流設(shè)定電路IR、電流誤差放大電路EI、焊接電壓設(shè)定電路VR、電壓誤差放大電路EV和外部特性切換電路SW。電弧檢測(cè)電路AD以焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd為輸入，如果通過焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd的值變?yōu)殚撝狄陨隙袆e出電弧產(chǎn)生，則輸出變?yōu)楦?High)電平的電弧檢測(cè)信號(hào)Ad。計(jì)時(shí)器電路TM以電弧檢測(cè)信號(hào)Ad為輸入，在電弧檢測(cè)信號(hào)Ad為低(Low)電平的期間、及自電弧檢測(cè)信號(hào)Ad變?yōu)楦唠娖街蠼?jīng)過的預(yù)先確定的期間，輸出變?yōu)楦唠娖降挠?jì)時(shí)器信號(hào)Tm。與非電路NA接收計(jì)時(shí)器信號(hào)Tm被反轉(zhuǎn)電路NOT反轉(zhuǎn)后的信號(hào)和電弧檢測(cè)信號(hào)Ad作為輸入，輸出與非邏輯信號(hào)Na。初期振幅設(shè)定電路WIR輸出預(yù)先確定的初期振幅設(shè)定信號(hào)Wir。頻率設(shè)定電路FHR輸出預(yù)先確定的頻率設(shè)定信號(hào)Fhr?；警B加電流設(shè)定電路IHBR以初期振幅設(shè)定信號(hào)Wir和頻率設(shè)定信號(hào)Fhr為輸入，輸出基本疊加電流設(shè)定信號(hào)Ihbr。增加率設(shè)定電路KR輸出預(yù)先確定的增加率設(shè)定信號(hào)kr。增加疊加電流設(shè)定電路IHAR以基本疊加電流設(shè)定信號(hào)Ihbr和增加率設(shè)定信號(hào)kr為輸入，輸出增加疊加電流設(shè)定信號(hào)Ihar。振幅中心電流設(shè)定電路IHCR輸出預(yù)先確定的高電平電流、即振幅中心電流設(shè)定信號(hào)Ihcr。焊接電流設(shè)定電路IR以振幅中心電流設(shè)定信號(hào)Ihcr和增加疊加電流設(shè)定信號(hào)Ihar為輸入，輸出焊接電流設(shè)定信號(hào)Ir。電流誤差放大電路EI將焊接電流設(shè)定信號(hào)Ir和焊接電流檢測(cè)信號(hào)Id的誤差進(jìn)行放大，并輸出電流誤差放大信號(hào)Ei。焊接電壓設(shè)定電路VR輸出預(yù)先確定的焊接電壓設(shè)定信號(hào)Vr。電壓誤差放大電路EV將焊接電壓設(shè)定信號(hào)Vr和焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd的誤差進(jìn)行放大，并輸出電壓誤差放大信號(hào)Εν。外部特性切換電路SW接收計(jì)時(shí)器信號(hào)Tm、電流誤差放大信號(hào)Ei和電壓誤差放大信號(hào)Ev作為輸入。外部特性切換電路SW在計(jì)時(shí)器信號(hào)Tm為高電平時(shí)，切換到輸入端子a側(cè)，將電流誤差放大信號(hào)Ei作為誤差放大信號(hào)Ea輸出。此時(shí)，因?yàn)殡娏髡`差被反饋到電源主電路PM，故進(jìn)行恒定電流控制。外部特性切換電路SW在計(jì)時(shí)器信號(hào)Tm為低電平時(shí)，切換到輸入端子b側(cè)，將電壓誤差放大信號(hào)Ev作為誤差放大信號(hào)Ea輸出。通過這些模塊來控制焊接電流Iw。此時(shí)，因?yàn)殡妷赫`差被反饋到電源主電路PM，故進(jìn)行恒定電壓控制。圖2是示出在實(shí)施方式I涉及的焊接裝置中進(jìn)行焊接時(shí)的焊接電壓和焊接電流的動(dòng)作波形圖。參照?qǐng)DI、圖2，焊接是通過重復(fù)短路期間Ts和電弧期間而得以前進(jìn)的。電弧期間分為初期的第I電弧期間Tal和后期的第2電弧期間Ta2。
在時(shí)刻t0 tl的短路期間Ts，焊絲I和母材2接觸而流過短路電流，在焊絲I的前端產(chǎn)生焦耳熱，焊絲I的前端部形成高溫。在時(shí)刻tl，如果焊絲I的前端部的熔滴進(jìn)行過渡而產(chǎn)生電弧，則電源控制裝置104根據(jù)焊接電壓急劇上升而判別出產(chǎn)生了電弧。據(jù)此，電源控制裝置104將控制切換到恒定電流控制，過渡到第I電弧期間Tal。焊接電流上升到高電平電流Ih。之后，在固定期間內(nèi)流動(dòng)高電平電流Ih，作為焊接電流。該高電平電流Ih被抑制為不會(huì)產(chǎn)生因電弧力導(dǎo)致的熔滴的隆起這種程度的電流值。將在該第I電弧期間Tal流動(dòng)的焊接電流稱為高電平電流。焊絲的熔化速度Vm表達(dá)為Vm = α Ι+β I2R0在這里，α、β表示系數(shù)，I表示焊接電流，R表示焊絲從焊炬前端的接觸片(contact chip)突出的部分(突出長(zhǎng)度)的電阻值。已知若增加焊接電流I則焊絲的熔化速度Vm也變大。但是，若增加焊接電流I，則相對(duì)于熔滴起作用的向上的電弧力也增加。電弧力與焊接電流I的平方成比例。另一方面，因?yàn)橹亓σ矊?duì)熔滴發(fā)揮作用，因而以重力和電弧力正好平衡的電流值為界，若電流值大則向上的力起作用，若電流值小則向下的力起作用。如果使交流電流與焊接電流I疊加，則在熔滴中向上的力和向下的力交替地起作用。根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明者，可知這樣通過增減電流而使向上向下的力交替地作用于熔滴的情況，較之通過整體地增加電流而使向上的力連續(xù)地作用于熔滴的情況，熔滴穩(wěn)定，且可以降低飛濺。因此，在本實(shí)施方式中，通過在第I電弧期間增減電流，來謀求熔滴的穩(wěn)定且階段性生長(zhǎng)。在時(shí)刻tl t2的第I電弧期間Tal中，使以下說明的三角波與振幅中心電流Ihc置加。圖3是放大地示出圖2的時(shí)刻11 t2下的焊接電流Iw的波形的圖。參照?qǐng)D2、圖3，在本實(shí)施方式中，按照將以規(guī)定的周期進(jìn)行增減且振幅逐漸增加的波形與振幅中心電流Ihc疊加而產(chǎn)生高電平電流Ih的方式，來控制電源電路102。所疊加的增加疊加電流Iha可由下式⑴確定。Iha = k*t+Ihb(Wi，F(xiàn)h)…(I)在這里，k表示增加率，Ihb表示基本疊加電流，Wi表示初期振幅，F(xiàn)h表示頻率。Ihb (ffi, Fh)意味著基本疊加電流Ihb是相對(duì)于初期振幅Wi和頻率Fh的組合而預(yù)先確定的函數(shù)(或者映射)。另外，增加疊加電流Iha無需一定如式(I)那樣為線性。增加疊加電流Iha是通過隨著時(shí)間經(jīng)過而單調(diào)增加的函數(shù)所確定的。增加疊加電流Iha在第I周期Tall、第2周期Tal2、第3周期Tal3中各執(zhí)行I次振幅更新。在這里，如果疊加波形的頻率固定，則有Tall = Tal2 = Tal3。在這里，說明增加疊加電流Iha的振幅隨著時(shí)間的經(jīng)過而增加的理由。如果設(shè)被疊加的三角波的振幅固定，則會(huì)產(chǎn)生以下所示的問題。設(shè)在電弧初期時(shí)間點(diǎn)的熔滴的質(zhì)量為M1，在之后經(jīng)過了時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)，熔滴的質(zhì)量生長(zhǎng)為M2。如果在第I電弧期間Tal中進(jìn)行固定振幅的三角波的疊加，則不論熔滴的大小如何，都對(duì)熔滴施加了固定的電弧力(反作用力)。電弧力起因于在抬起熔滴的方向上起作用的洛倫茲力。洛倫茲力與電流的平方成比例。
如果在電弧初期振幅大，則在振幅的峰值部分，對(duì)小的熔滴(質(zhì)量Ml)施加大的反作用力，向上的加速度變大而出現(xiàn)熔滴隆起的狀況。一旦產(chǎn)生這種狀況，則因表面張力使得熔滴與焊絲側(cè)面粘在一起，熔滴難以落到焊絲前端，所以會(huì)產(chǎn)生在下次短路中招致長(zhǎng)期短路，或者熔滴肆意而使得電弧不穩(wěn)定等的問題。因此，如圖3所示，使與振幅中心電流Ihc疊加的電流波形的振幅逐漸地增加。設(shè)所疊加的三角波以振幅中心電流Ihc (200 400A)為中心、頻率為2. 5kHz 5kHz，第I電弧期間Tal為O. 3ms 3. Oms0設(shè)振幅在初期為0，在第I電弧期間結(jié)束時(shí)為+_50 100A。例如，也可按照振幅中心電流Ihc為Ihc = 400A、頻率為f = 4kHz、第I電弧期間為Tal =
I.Oms的方式進(jìn)行設(shè)定,從增加疊加電流Iha = O增加到增加疊加電流Iha = +-100A,所疊加的三角波為4周期。此外，所疊加的波形并不局限于三角波，也可以是正弦波等其他波形。以下，對(duì)第I電弧期間Tal中的焊接部分的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說明。(I)三角波的O 1/2周期圖4是示出圖2的點(diǎn)Pa處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點(diǎn)Pa是三角波疊加開始的點(diǎn)。參照?qǐng)D4，在焊絲I的前端和母材2之間產(chǎn)生電弧3。由于電弧3產(chǎn)生的熱，使得焊絲I的前端被加熱，前端部熔化，從而形成了熔滴6。熔滴6在電弧初期仍未生長(zhǎng)，質(zhì)量m= Ml0進(jìn)給裝置在母材2方向上進(jìn)給焊絲I。由于已疊加的電流，使得焊絲熔化速度增加，熔滴變大，對(duì)熔滴施加的力在1/4周期為最大，但因?yàn)樵黾盈B加電流Iha小，故熔滴不會(huì)隆起也可。然后，伴隨著電流朝向1/2周期進(jìn)行減少，電弧反作用力也降低，所以可以防止隆起。圖5是示出圖2的點(diǎn)Pb處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點(diǎn)Pb是經(jīng)過了三角波的1/2周期的點(diǎn)。如圖5所示，焊絲I的前端部的熔滴6略有生長(zhǎng)，而呈略有隆起的狀態(tài)。(2)三角波的1/2 3/4周期在該期間，通過電源控制裝置104使得焊接電流減少得比振幅中心電流Ihc還少，相對(duì)于熔滴的電弧反作用力進(jìn)一步下降。(3)三角波的3/4 I周期在三角波的3/4 I周期中，使焊接電流從三角波的下側(cè)峰值再次增加到振幅中心電流Ihc。圖6是示出圖2的點(diǎn)Pc處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點(diǎn)Pc是經(jīng)過了三角波的I周期的點(diǎn)。如圖6所示，由于電弧反作用力下降，使得對(duì)熔滴6起作用的重力和電弧反作用力達(dá)到剛好平衡的狀態(tài)。據(jù)此，處于熔滴6的隆起被消除，熔滴6垂降的狀態(tài)。熔滴6生長(zhǎng)，則有質(zhì)量m = M2( > Ml)。較之圖3的期間Tall，在期間Tal2內(nèi)，疊加波形的振幅增加熔滴的質(zhì)量所增加的量。然后，將(I) (3)中說明過的三角波重復(fù)進(jìn)行4次，而與振幅中心電流Ihc疊力口。據(jù)此，既能防止因電弧反作用力引起的隆起，又能使得熔滴漸漸增加而形成期望大小的熔滴。此外，為了容易地進(jìn)行三角波的疊加，第I電弧期間Tal的電感值WLl設(shè)定得比下面的第2電弧期間Ta2(電感值為WL1+WL2)小。以下，對(duì)第2電弧期間Ta2中的焊接部分的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說明。再次，參照?qǐng)D2，在時(shí)刻t2，第I電弧期間Tal結(jié)束，而過渡為第2電弧期間Ta2。 在第2電弧期間Ta2中，電源控制裝置104增大電源電路102的電感值，為了進(jìn)行電弧長(zhǎng)度控制而將控制方式從恒定電流控制切換到恒定電壓控制。該切換在圖I中相當(dāng)于將外部特性切換電路SW從端子a切換到端子b。因?yàn)殡姼写?，所以焊接電流根?jù)電弧負(fù)載而緩慢減少。另外，焊接電壓也緩慢減少。圖7是示出圖2的點(diǎn)Pd處的焊接部分的狀態(tài)的圖。在第I電弧期間Tal形成的熔滴如圖7所示那樣不會(huì)隆起，在第2電弧期間Ta2中一邊略有變大一邊逐漸向熔池靠近。因?yàn)榉乐沽艘蚵∑鹨鸬碾娀￠L(zhǎng)度變化，且通過恒定電壓控制來調(diào)整電弧長(zhǎng)度，而使得電弧力的變化變得緩慢，所以減少了使熔池振動(dòng)的情況。進(jìn)而，因?yàn)楹附与娏骶徛販p少，所以可充分地向母材進(jìn)行熱輸入，焊道的焊邊部的融合變好。若在圖2的時(shí)刻t3，熔滴與熔池接觸而產(chǎn)生短路，則焊接電壓急劇下降。如果根據(jù)該焊接電壓的急劇下降而判別短路，則使焊接電流以期望的上升速度進(jìn)行增加。由于焊接電流的上升，使得電磁收縮力作用于熔滴的上部，故產(chǎn)生縮頸，熔滴6向熔池7過渡。如以上說明過的那樣，實(shí)施方式I所示的焊接方法雖然是進(jìn)行低飛濺控制的二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法，但不同于脈沖電弧焊接方法。即，實(shí)施方式I所示的焊接方法是重復(fù)短路狀態(tài)和電弧狀態(tài)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，則會(huì)在熔滴過渡區(qū)域中進(jìn)行焊接，由此短路狀態(tài)和電弧狀態(tài)的重復(fù)變得不規(guī)律。因此，在實(shí)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中輸出高電平電流，在該第I電弧期間Tal進(jìn)行恒定電流控制，按照逐漸地增加振幅的方式使交流電流例如三角波或者正弦波那樣周期性變化的固定頻率的低頻電流進(jìn)行疊加。即，在二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法中，對(duì)電弧期間初期的電流疊加以固定頻率且符合熔滴大小的振幅進(jìn)行增減的波形，并輸出電流。據(jù)此，能夠防止熔滴因電弧反作用力而引起的隆起，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的熔滴生長(zhǎng)。并且，在電弧初期不會(huì)產(chǎn)生不必要的短路，可以得到高的焊接穩(wěn)定性。若經(jīng)過了第I電弧期間Tal，則為了在第2電弧期間Ta2進(jìn)行電弧長(zhǎng)度控制，而將焊接電源的控制方式從恒定電流控制切換到恒定電壓控制。將焊接電源的電抗器的電感值設(shè)定得比第I電弧期間Tal還大，而使焊接電流緩慢地減少。據(jù)此，因?yàn)殡娀×Φ淖兓兊镁徛?，所以使熔池振?dòng)的情況很少。進(jìn)而，因?yàn)楹附与娏骶徛販p少，故可充分地向母材進(jìn)行熱輸入，焊道的焊邊部的融合變好。在上述的實(shí)施方式I中，在第2電弧期間Ta2，為了將焊接電源的電抗器的電感值設(shè)定得比第I電弧期間Tal還大，而插入實(shí)際的電抗器WL2。取而代之，也可以對(duì)電抗器進(jìn)行電子控制而增大電感值。在上述的實(shí)施方式I中，在短路期間Ts中，也可持續(xù)以恒定電壓控制將電流提升到期望值，或者切換到恒定電流控制將電流提升到期望值。
另外，也可以使增加疊加電流Iha進(jìn)一步根據(jù)輸出電壓(電弧長(zhǎng)度)進(jìn)行變化。[實(shí)施方式2]在實(shí)施方式2中，除了在實(shí)施方式I中說明過的焊接方法外，還可以通過在電弧產(chǎn)生之前檢測(cè)熔滴縮頸，而在電弧產(chǎn)生之前降低電流來減少飛濺。圖8是示出實(shí)施方式2涉及的焊接裝置100A的構(gòu)成的框圖。在以下說明中，僅對(duì)不同于實(shí)施方式I的部分進(jìn)行說明，對(duì)與實(shí)施方式I相同的部分附加相同的符號(hào)而不重復(fù)說明。參照?qǐng)D8，焊接裝置100A包含電源電路102A、電源控制裝置104A、焊絲進(jìn)給裝置106和焊炬4。電源電路102A除了圖I所示的電源電路102的構(gòu)成之外，還包含晶體管TR2和減流電阻器R。晶體管TR2與電抗器WLl及WL2串聯(lián)地插入在電源主電路PM的輸出上。減流電阻器R與晶體管TR2并聯(lián)連接。電源電路102A的其他部分構(gòu)成，因?yàn)楹碗娫措娐?02相同，故不重復(fù)說明。電源控制裝置104A除了圖I所示的電源控制裝置104的構(gòu)成之外，還包含縮頸檢測(cè)電路ND、縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值設(shè)定電路VTN和驅(qū)動(dòng)電路DR。電源控制裝置104A的其他部分構(gòu)成，因?yàn)楹碗娫纯刂蒲b置104相同，故不重復(fù)說明。圖9是示出在實(shí)施方式2涉及的焊接裝置中進(jìn)行焊接時(shí)的焊接電壓及焊接電流和控制信號(hào)的動(dòng)作波形圖。圖9的波形與圖2的實(shí)施方式I不同之處在于，若在時(shí)刻tOa檢測(cè)出熔滴縮頸，則減少焊接電流，然后在時(shí)刻tl產(chǎn)生電弧。因?yàn)轱w濺量與時(shí)刻tl產(chǎn)生了電弧時(shí)的電流值的大小成比例，所以若在產(chǎn)生電弧時(shí)降低電流值，則可減少飛濺的產(chǎn)生。參照?qǐng)D8、圖9，縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值設(shè)定電路VTN輸出預(yù)先確定的縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值信號(hào)Vtn?？s頸檢測(cè)電路ND以該縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值信號(hào)Vtn和在圖I中說明過的焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd及焊接電流檢測(cè)信號(hào)Id為輸入，輸出縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd，該縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd在短路期間中的電壓上升值A(chǔ)V達(dá)到縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值信號(hào)Vtn的值的時(shí)間點(diǎn)(時(shí)刻tOa)變?yōu)楦唠娖?，在再次產(chǎn)生電弧且焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd的值變?yōu)殡娀∨袆e值Vta以上的時(shí)間點(diǎn)(時(shí)刻tl)變?yōu)榈碗娖?。因此，該縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd為高電平的期間成為縮頸檢測(cè)期間Τη。此外，也可，在短路期間中的焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd的微分值達(dá)到與之相對(duì)應(yīng)設(shè)定的縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值信號(hào)Vtn的值的時(shí)間點(diǎn)，使縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd變化為高電平。進(jìn)而，也可，用焊接電壓檢測(cè)信號(hào)Vd的值除以焊接電流檢測(cè)信號(hào)Id的值，算出熔滴的電阻值，并在該電阻值的微分值達(dá)到與之相對(duì)應(yīng)設(shè)定的縮頸檢測(cè)基準(zhǔn)值信號(hào)Vtn的值的時(shí)間點(diǎn)，使縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd變化為高電平?？s頸檢測(cè)信號(hào)Nd被輸入到電源主電路PM。電源主電路PM在縮頸檢測(cè)期間Tn停止輸出。驅(qū)動(dòng)電路DR在該縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd為低電平時(shí)(檢測(cè)為非縮頸時(shí))，輸出使晶體管TR2處于導(dǎo)通狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr。在縮頸檢測(cè)期間Tn，因?yàn)轵?qū)動(dòng)信號(hào)Dr為低電平，所以晶體管TR2處于截止?fàn)顟B(tài)。其結(jié)果，減流電阻器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)。該減流電阻器R的值設(shè)定為短路負(fù)載(O. 01 O. 03 Ω左右)的10倍以上大的值(O. 5 3Ω左右)。為此，焊接電源內(nèi)的直流電抗器和電纜的電抗器中蓄積的能量被迅速放電，如圖9的時(shí)刻tOa tl所示，焊接電流Iw急劇減小而成為小電流值。在時(shí)刻tl，若短路開放之后再次產(chǎn)生電弧，則焊接電壓Vw變?yōu)轭A(yù)先確定的電弧判別值Vta以上。通過檢測(cè)該情況，縮頸檢測(cè)信號(hào)Nd變?yōu)榈碗娖?，?qū)動(dòng)信號(hào)Dr變?yōu)楦唠娖?。結(jié)果，晶體管TR2變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，以后變?yōu)槭褂脠D2在實(shí)施方式I中說明過的電弧焊接的控制。關(guān)于以后的第I電弧期間Tal和第2電弧期間Ta2，因?yàn)樵趫D2中已經(jīng)進(jìn)行了說明，故不重復(fù)說明。實(shí)施方式2涉及的焊接裝置，因?yàn)榭梢詼p小電弧再次產(chǎn)生時(shí)(時(shí)刻tl)的電弧再次產(chǎn)生時(shí)電流值，所以除了在實(shí)施方式I中說明過的焊接裝置所起到的效果外，還能夠進(jìn)一步減少電弧產(chǎn)生開始時(shí)的飛濺。此外，在實(shí)施方式2中，作為在檢測(cè)出縮頸時(shí)急速減少焊接電流Iw的方法，說明了將減流電阻器R插入到通電路徑上的方法。作為除此以外的方法，也可以采用下述方法，即在焊接裝置的輸出端子間經(jīng)由開關(guān)元件并聯(lián)連接電容器，若檢測(cè)出縮頸則將開關(guān)元件置為接通狀態(tài)，由電容器通上放電電流來急速減少焊接電流Iw。最后，參照?qǐng)DI和圖8等再對(duì)實(shí)施方式I和2進(jìn)行總結(jié)。焊接裝置100和100A是通過使用二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體并交替地重復(fù)短路狀態(tài)和電弧狀態(tài)的二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法來進(jìn)行焊接的焊接裝置。焊接裝置100和100A具備用于對(duì)焊炬4和母材2之間賦予電壓的電源電路102或者102A、控制電源電路102或者102A的電壓的電源控制裝置104或者104A。電源控制裝置104或者104A如圖2、圖9所示，按照在短路期間Ts之后接下來的電弧期間的初期的第I電弧期間Tal輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第
2電弧期間Ta2輸出與被恒定電壓控制的焊接電壓相對(duì)應(yīng)的電弧電流的方式，控制電源電路102或者102A。電源控制裝置104或者104A按照使以圖3所示的規(guī)定的周期進(jìn)行增減且振幅逐漸增加的波形與振幅中心電流Ihc疊加而產(chǎn)生高電平電流的方式，控制電源電路102。這樣，因?yàn)槭挂怨潭ㄕ穹M(jìn)行增減的波形與高電平電流疊加了，所以較之將高電平電流一律地變高得比振幅中心電流Ihc還高的情形，電弧反作用力變?nèi)酰鄣蔚呐e動(dòng)變得穩(wěn)定。另外，較之使高電平電流固定在振幅中心電流Ihc的情形，能夠加速熔滴的生長(zhǎng)速度。并且，較之疊加振幅固定的波形，通過振幅隨著熔滴的生長(zhǎng)而增大，從而既能維持波形疊加時(shí)初期中的熔滴的穩(wěn)定性，又能使熔滴加速生長(zhǎng)而提高焊接速度。優(yōu)選，波形的振幅是通過隨著時(shí)間的經(jīng)過而單調(diào)增加的函數(shù)(例如式(I))來確定的。優(yōu)選，在每次經(jīng)過規(guī)定周期時(shí)執(zhí)行波形的振幅的更新。在圖3中，在第I周期Tal I、第2周期Tal2、第3周期Tal3各執(zhí)行I次振幅更新。
優(yōu)選，以固定振幅進(jìn)行增減的波形是三角波或者正弦波。只要是以固定振幅進(jìn)行增減的波形即可，并不限定于此，例如也可以是其他波形，因?yàn)槿遣ɑ蛘也ㄈ菀桩a(chǎn)生，故優(yōu)選。優(yōu)選，如圖9所示，電源控制裝置104A在短路期間中檢測(cè)出熔滴的縮頸的情況下，進(jìn)行使短路電流急劇減少的縮頸檢測(cè)控制。通過結(jié)合熔滴的縮頸檢測(cè)，從而熔滴的舉動(dòng)變得更穩(wěn)定，且能夠進(jìn)一步抑制飛濺的產(chǎn)生。當(dāng)然，這次公開的實(shí)施方式在所有方面只是一個(gè)例示，并不限定于此。本發(fā)明的范圍并不是上述說明而是由權(quán)利要求書表示，包括與權(quán)利要求書等同意思的范圍內(nèi)的所有變更。符號(hào)說明I焊絲，2母材，3電弧，4焊炬，5進(jìn)給輥，6熔滴，7熔池，100、100A焊接裝置，102、 102A電源電路，104U04A電源控制裝置，106焊絲進(jìn)給裝置，AD電弧檢測(cè)電路，DR驅(qū)動(dòng)電路，EI電流誤差放大電路，EV電壓誤差放大電路，F(xiàn)C進(jìn)給控制電路，F(xiàn)HR頻率設(shè)定電路，F(xiàn)R進(jìn)給速度設(shè)定電路，ID電流檢測(cè)電路，IHAR增加疊加電流設(shè)定電路，IHBR基本疊加電流設(shè)定電路，IHCR振幅中心電流設(shè)定電路，IR焊接電流設(shè)定電路，KR增加率設(shè)定電路，NA與非電路，ND縮頸檢測(cè)電路，NOT反轉(zhuǎn)電路，PM電源主電路，R減流電阻器，Sff外部特性切換電路，TM計(jì)時(shí)器電路，TR1、TR2晶體管，VD電壓檢測(cè)電路，VR焊接電壓設(shè)定電路，VTN檢測(cè)基準(zhǔn)值設(shè)定電路，WH振幅設(shè)定電路，WIR初期振幅設(shè)定電路，WLl電抗器，麗進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種焊接裝置，其通過使用二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體并交替地重復(fù)短路狀態(tài)和電弧狀態(tài)的二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法來進(jìn)行焊接，該焊接裝置的特征在于，具備 電源電路，其用于對(duì)焊炬和母材之間賦予電壓；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來控制所述電源電路，即，在短路期間之后接下來的電弧期間的初期的第I電弧期間，輸出疊加了以規(guī)定的周期進(jìn)行增減且振幅逐漸增加的波形后的高電平電流，在所述電弧期間的后期的第2電弧期間進(jìn)行恒定電壓控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于， 所述波形的振幅是通過隨著時(shí)間的經(jīng)過而單調(diào)增加的函數(shù)來確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的焊接裝置，其特征在于， 在每次經(jīng)過所述規(guī)定的周期時(shí)執(zhí)行所述波形的振幅的更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的焊接裝置，其特征在于， 所述波形是三角波或者正弦波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的焊接裝置，其特征在于， 所述控制部在所述短路期間中檢測(cè)出熔滴的縮頸的情況下，進(jìn)行使短路電流減少的縮頸檢測(cè)控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少飛濺、提高焊接質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w電弧焊接方法及焊接裝置。焊接裝置具備用于對(duì)焊炬和母材之間賦予電壓的電源電路；和控制電源電路的電壓的電源控制裝置。電源控制裝置按照在短路期間Ts之后接下來的電弧期間的初期的第1電弧期間Ta1輸出疊加了以規(guī)定的周期進(jìn)行增減且振幅逐漸增加的波形后的高電平電流，在電弧期間的后期的第2電弧期間Ta2進(jìn)行恒定電壓控制的方式，控制電源電路。通過振幅隨著熔滴生長(zhǎng)而增加的波形的疊加，從而既能防止因電弧反作用力引起的熔滴的隆起，又能實(shí)現(xiàn)熔滴的穩(wěn)定形成及熔滴的生長(zhǎng)速度的提高。
文檔編號(hào)B23K9/16GK102861969SQ20121022212
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者井手章博, 惠良哲生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨