專利名稱：焊接裝置的制作方法
技術領域：
該發(fā)明涉及焊接裝置，尤其涉及進行二氧化碳電弧焊接的焊接裝置。
背景技術：
JP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與電弧產(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反復執(zhí)行熔滴的形成過程與熔滴向母材的轉移過程。圖16是用于說明反復進行短路與電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。參照圖16，在反復進行短路與電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法中，以下說明的(a) (f)的過程依次反復執(zhí)行。(a)熔滴與熔融池接觸的短路初始狀態(tài)；(b)熔滴與熔 融池的接觸變得可靠，熔滴向熔融池轉移的短路中期狀態(tài)；(C)熔滴向熔融池側轉移，焊絲與熔融池之間的熔滴產(chǎn)生了縮頸的短路后期狀態(tài)；(d)短路斷開，產(chǎn)生了電弧的狀態(tài)；(e)焊絲的前端熔融，熔滴生長的電弧產(chǎn)生狀態(tài)；以及(f)熔滴生長，即將與熔融池短路的電弧產(chǎn)生狀態(tài)。專利文獻I JP特公平4-4074號公報在特公平4-4074號公報中示出的以往的短路轉移焊接中，規(guī)則地產(chǎn)生電弧與短路。但是，在以較大的電流(> 200A)通過二氧化碳電弧焊接法進行焊接的情況下，在與短路相伴隨的珠滴(globule)轉移中，由于電弧反作用力，熔滴向焊絲上部上壓，電弧時間延長，周期性的短路產(chǎn)生變得困難，不規(guī)則地產(chǎn)生電弧與短路。如上所述，若短路與電弧的周期不規(guī)則地變動，則短路時的熔滴尺寸變得不穩(wěn)定，焊縫的焊趾的一致性變差。另外，較高的電流對熔融池在不規(guī)則的位置處施加過大的電弧力作用，因而使熔融池較大且不規(guī)則地振動，特別是將熔融池向與焊接方向相反側推出，從而容易產(chǎn)生凹凸不平焊道。特別是，為了提高生產(chǎn)性，需要使焊接速度為高速，在高速焊接中由于上述間題的影響導致的焊接質量劣化變得顯著。此外，為了使焊接速度為高速，需要加快送絲速度以爭取單位焊接量。存在著與此相伴焊接電流變高的關系。但是，由于焊接速度、送絲速度、焊接電流根據(jù)焊接對象進行各種選擇，所以焊接裝置在發(fā)生伴隨上述短路的珠滴轉移的焊接速度區(qū)域、送絲速度區(qū)域或者焊接電流區(qū)域(以下稱為珠滴轉移區(qū)域)以外的區(qū)域(例如短路轉移區(qū)域)中也被使用。因此，要求焊接裝置在珠滴轉移區(qū)域內(nèi)外進行穩(wěn)定的焊接。特別是，在與珠滴轉移的區(qū)域相比焊絲前端的熔滴尺寸較小，熔融池也較小的短路轉移區(qū)域(低碳鋼實芯，焊絲直徑I. 2_，大致焊接電流100A以下)中，或者即使處于珠滴轉移區(qū)域中但處于較高的電流域中，若焊接裝置的控制與珠滴轉移區(qū)域的較低的電流域進行同樣的控制，則熔融池、焊絲前端的熔滴容易變得不規(guī)則，損壞焊縫外觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在珠滴轉移區(qū)域內(nèi)外進行穩(wěn)定焊接的焊接裝置。對本發(fā)明進行概括，本發(fā)明是一種焊接裝置，通過將二氧化碳用作保護氣體，交替反復短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接，包括電源電路，用于在焊槍與母材之間提供電壓；以及控制部，控制電源電路的電壓?？刂撇靠刂齐娫措娐?，從而在短路期間后續(xù)的電弧期間的初期的第一電弧期間中輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第二電弧期間中輸出與進行了恒壓控制的焊接電壓相對應的電弧電流。此外，控制部控制電源電路，從而將以指定周期增減的波形重疊到高電平基值電流上并產(chǎn)生高電平電流。此外，與焊接電流的電流設定值或者對焊槍供給焊絲的速度的速度設定值在指定范圍外的情況相比，在電流設定值或者速度設定值在指定范圍內(nèi)的情況下，控制部增加波形的振幅。較為理想的是，電源電路構成為能夠在控制部的控制下可變地控制對焊槍供給電流的供給路徑的電感值，控制部在電流設定值或者速度設定值比指定范圍小的情況下，與電流設定值或者速度設定值在指定范圍內(nèi)的情況相比，減少第二電弧期間中的電源電路的 電感值。較為理想的是，波形是三角波或正弦波。較為理想的是，控制部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檢出控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)生短路轉移的電流域中使重疊到高電平基值電流上的三角波的振幅變小或者為零，在發(fā)生珠滴轉移的電流域中使三角波的振幅達到最大振幅。據(jù)此，在發(fā)生短路轉移的電流域中和在發(fā)生珠滴轉移的電流域中都能夠減少熔滴的飛散，進行飛濺較少的焊接。


圖I是實施方式I所涉及的焊接裝置的模塊圖。圖2是表示圖I的振幅設定電路WH以及電感設定電路LR中存儲的函數(shù)的一例的圖。圖3是一般的焊接裝置的等效電路圖。圖4是表示對應于式(5)的等效電路的圖。圖5是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在發(fā)生珠滴轉移的電流域中的低電流域中進行焊接時的焊接電壓以及焊接電流的動作波形圖。圖6是表示圖5的點Pa處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖7是表示圖5的點Pb處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖8是表示圖5的點Pc處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖9是表示圖5的點Pd處的焊接部分的狀態(tài)的圖。圖10是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在發(fā)生短路轉移的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。圖11是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。
圖12是表示實施方式2所涉及的焊接裝置100A的結構的模塊圖。圖13是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置進行焊接時的焊接電壓以及焊接電流與控制信號的動作波形圖。圖14是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置在發(fā)生短路轉移的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。圖15是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。圖16是用于說明反復進行短路與電弧產(chǎn)生的消耗電極式電弧焊接方法的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。此外，對圖中相同或相應的部分標
注相同符號，不重復進行其說明。此外，本實施方式中說明的焊接方法是反復短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的焊接方法，與脈沖電弧焊接方法不同。實施方式I圖I是實施方式I所涉及的焊接裝置的模塊圖。參照圖1，焊接裝置100包括電源電路102、電源控制裝置104、送絲裝置106、以及
焊槍4。電源控制裝置104控制電源電路102，控制使得對焊槍4輸出的焊接電流Iw以及焊接電壓Vw成為適合于焊接的值。送絲裝置106對焊槍4供給焊絲I。以二氧化碳為主要成分的保護氣體從焊槍4的前端部分放出。在從焊槍4的前端突出的焊絲I與母材2之間產(chǎn)生電弧3，焊絲I熔融并焊接母材。送絲裝置106包括供給速度設定電路FR、供給控制電路FC、供給電動機WM、以及供給棍5。電源電路102包括電源主電路PM、電阻值Rio、電抗器DCL、電壓檢測電路VD、以及電流檢測電路ID。電源主電路PM以三相200V等商業(yè)電源(未圖示)為輸入，按照后述的電流誤差放大信號Ei進行基于逆變器控制的輸出控制，輸出輸出電壓E以及焊接電流Iw。雖然未圖示，但電源主電路PM例如包括如下部件而構成對商業(yè)電源進行整流的一次整流器、對整流了的直流進行平滑的電容器、將平滑了的直流轉換為高頻交流的逆變器電路、將高頻交流降壓至適合于電弧焊接的電壓值的高頻變壓器、對降壓了的高頻交流進行整流的二次整流器、以及以電流誤差放大信號Ei為輸入進行脈沖寬度調制控制，基于其結果驅動上述逆變器電路的驅動電路。電抗器DCL對電源主電路PM的輸出進行平滑。供給速度設定電路FR輸出相當于預先確定的供給速度設定值的供給速度設定信號Fr。供給控制電路FC對供給電動機麗輸出用于以相當于供給速度設定信號Fr的值的供給速度供給焊絲I的供給控制信號Fe。焊絲I通過送絲裝置106的供給輥5的轉動經(jīng)過焊槍4內(nèi)被供給，在與母材2之間產(chǎn)生電弧3。
電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw，并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包括如下部件而構成電弧檢測電路AD、定時器電路TM、振幅中心電流設定電路IHCR、頻率設定電路ra、振幅設定電路WH、第一焊接電流設定電路IR1、電感設定電路LR、輸出電壓設定電路ER、第二焊接電流設定電路IR2、焊接電流設定切換電路SW、以及電流誤差放大電路EI。電弧檢測電路AD接收焊接電壓檢測信號Vd作為輸入信號，通過焊接電壓檢測信號Vd的值達到閾值以上判別電弧的產(chǎn)生后，輸出變?yōu)楦?High)電平的電弧檢測信號Ad。定時器電路TM接收電弧檢測信號Ad作為輸入信號，輸出從電弧檢測信號Ad變?yōu)楦唠娖狡痤A定期間中為高電平的定時器信號Tm。振幅中心電流設定電路IHCR輸出作為預先確定的高電平基值電流的振幅中心電流設定信號Ihcr。頻率設定電路輸出預先確定的頻率設定信號Fh。振幅設定電路WH接收從供給速度設定電路FR輸出的供給速度設定信號Fr作為輸入信號，按照預先確定的 函數(shù)輸出振幅設定信號Wh。圖2是表示圖I的振幅設定電路WH以及電感設定電路LR中存儲的函數(shù)的一例的圖。如圖2的下部所示，在設定電流(焊接平均電流)處于發(fā)生短路轉移的電流域中時，設定振幅設定信號Wh以使重疊于高電平基值電流的三角波的振幅為零。另外，隨著設定電流超過150A而變高，使三角波的振幅增加，在發(fā)生珠滴轉移的電流域中的低電流域中，設定振幅設定信號Wh以達到最大振幅IHA。另外，設定電流進一步變聞后，設定振幅設定"[目號Wh使得在300A時二角波的振幅為零。圖I的振幅設定電路WH輸出以此方式設定的振幅設定信號Wh。設定電流與送絲速度存在大致的比例關系，通常對焊接裝置設定送絲速度。焊絲的熔融速度Vm用Vm = a I+^ I2R表示。此處，a、^表示系數(shù)，I表示焊接電流，R表示焊絲從焊槍前端的接觸片突出的部分(突出長度)的電阻值?？梢灾?，增加焊接電流I后，焊絲的熔融速度Vm也變大。若進行良好的焊接，則通常焊絲的熔融速度Vm與送絲速度一致。因此，在圖2的橫軸上，一起標注設定電流和與其對應的送絲速度。此外，并不限定于該對應關系，一起標注的對應的送絲速度為一例，根據(jù)焊接條件(焊絲直徑等)不同，對應的供給速度發(fā)生各種變化。在此情況下，也能夠通過實驗事先求出并設定相對于送絲速度的三角波振幅的函數(shù)。此外，較為理想的是，如圖2的上部所示，除了根據(jù)送絲速度改變?nèi)遣ǖ恼穹O定以外，還可以改變恒壓控制中的電感的值。即，在發(fā)生短路轉移的低電流域中，通過減小恒壓控制中的電感的值來增加短路的次數(shù)。由此，熔滴的尺寸更適當?shù)氐玫娇刂?。圖2的上部所示的函數(shù)存儲在圖I的電感設定電路LR中。再次參照圖1，第一焊接電流設定電路IRl接收振幅中心電流設定信號Ihcr、頻率設定信號Fh以及振幅設定信號Wh作為輸入信號，輸出第一焊接電流設定信號Irl。在電源控制裝置104中，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、以及第一焊接電流設定電路IRl是用于產(chǎn)生后面說明的電弧期間初期的高電平電流的電路。在電源控制裝置104中，電感設定電路LR、輸出電壓設定電路ER、以及第二焊接電流設定電路IR2是用于在后面說明的電弧期間后期中根據(jù)送絲速度改變電抗器并進行恒壓控制的電路。此處，在第二焊接電流設定電路IR2的說明之前，說明電子電抗器控制。圖3是一般的焊接裝置的等效電路圖。E表示恒壓源，Lm表示目標電感值，Rio表示焊接裝置內(nèi)外的電阻值。該電阻值Rio是焊接電源內(nèi)部的線路電阻值以及焊接用電纜的電阻值的合計值。另外，V表示施加于負載的電壓，i表示流至負載的焊接電流。圖3的等效電路能夠用下式(I)表示。E = Rio i+Lm di/dt+v ... (I)在上式中，電阻值Rio是較小的值，因而能夠忽略。因此，式(I)變?yōu)橄旅娴氖舰啤?br>
E = Lm di/dt+v ... (2)整理式⑵，變?yōu)橄率?3)。di/dt = (E-v)/Lm ... (3)對兩邊進行積分，變?yōu)橄率?4)。i = / ((E-v)/Lm) dt ... (4)此處，將焊接電流i置換為第二焊接電流設定值Ir2，將輸出電壓E置換為輸出電壓設定值Er，將目標電感值Lm置換為電感設定值Lr后，得到下式(5)。Ir2 = / ((Er-v)/Lr) dt ... (5)圖4是表示對應于式(5)的等效電路的圖。在圖4中，檢測焊接電壓V，控制使得相當于恒流源CC的焊接電流i的第二焊接電流設定值Ir2成為上述式(5)的計算值。通過進行上述電子電抗器控制，能夠電子地形成期望的電感值Lr。在圖I中，焊接電流i的通電路徑中存在電阻值Rio以及基于電抗器DCL等的焊接裝置內(nèi)外的電感值Lio。電阻值Rio是由焊接電源內(nèi)部以及外部的線路產(chǎn)生的電阻值。如上所述，該電阻值Rio較小，因而能夠忽略。電感值Lio是焊接電源內(nèi)部設置的電抗器以及由焊接用電纜的線路產(chǎn)生的電抗器的合計的電感值。電感值Lio為20 50 ii H左右。后述的電感設定信號Lr的值是包含該電感值Lio的目標值。即，若Lr = 100 u H，即使Lio在20 50 y H中變化，也控制電源電路102使得電源電路102的整體的電感值為IOOii H。輸出電壓設定電路ER輸出預先確定的輸出電壓設定信號Er。電感設定電路LR接收來自供給速度設定電路FR的供給速度設定信號Fr作為輸入信號，輸出基于預先確定的設定函數(shù)計算出的值的電感設定信號Lr。該設定函數(shù)在圖2的上部示出。第二焊接電流設定電路IR2接收上述輸出電壓設定信號Er、上述焊接電壓檢測信號Vd以及上述電感設定信號Lr作為輸入信號，基于上述式(5)進行第二焊接電流設定信號Ir2 = / ((Er-Vd)/Lr) dt的計算并輸出。該積分的計算在焊接過程中進行。焊接電流設定切換電路SW接收定時器信號Tm、第一焊接電流設定信號Irl以及第二焊接電流設定信號Ir2作為輸入信號。焊接電流設定切換電路SW在定時器信號Tm為高(High)電平時切換至輸入端子a偵彳，將第一焊接電流設定信號Irl作為焊接電流設定信號Ir輸出。
焊接電流設定切換電路SW在定時器信號Tm為低(Low)電平時切換至輸入端子b側，將第二焊接電流設定信號Ir2作為焊接電流設定信號Ir輸出。電流誤差放大電路EI放大焊接電流設定信號Ir與上述焊接電流檢測信號Id的誤差，并輸出電流誤差放大信號Ei。在焊接電流設定切換電路SW將第一焊接電流設定信號Irl作為焊接電流設定信號Ir輸出時，即在后面圖5以后所示的初期的第一電弧期間Tal中，電流誤差被反饋到電源主電路PM，因而進行恒流控制。在焊接電流設定切換電路SW將第二焊接電流設定信號Ir2作為焊接電流設定信號Ir輸出時，即，在后期的第二電弧期間Ta2與短路期間Ts中，電源電路102的電感值被進行電子電抗器控制，從而成為焊接電流設定信號Ir的值，進行恒壓控制。對進行該恒壓控制的理由進行說明。在圖3所示的等效電路圖中，假設恒壓電源的電壓為E、目標電感值為Lm、焊接電流為i。對此，在將焊接電流i置換為第二焊接電流設定值Ir2，將輸出電壓E置換為輸出電壓設定值Er，并將目標電感值Lm置換為電感設定 值Lr時，導出上述式(5)。相反，若基于該式(5)，第二焊接電流設定電路IR2設定為使第二焊接電流設定信號Ir2流動，則電源主電路PM成為恒壓電源。圖5是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在發(fā)生珠滴轉移的電流域中的低電流域中進行焊接時的焊接電壓以及焊接電流的動作波形圖。參照圖5，通過反復短路期間Ts與電弧期間來進行焊接。電弧期間分為初期的第一電弧期間Tal與后期的第二電弧期間Ta2。焊絲供給速度的設定值Fr例如為650cm/min0此時，根據(jù)圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為最大值 IHA。參照圖I、圖5，在時刻t0 tl的短路期間Ts中，焊絲I與母材2接觸，短路電流流動，在焊絲I的前端產(chǎn)生焦耳熱，焊絲I的前端達到高溫。在時刻tl時，焊絲I的前端部的熔滴轉移并產(chǎn)生電弧后，電源控制裝置104根據(jù)焊接電壓急劇上升的現(xiàn)象判別產(chǎn)生了電弧。與此相應，電源控制裝置104將控制切換為恒流控制，轉移到第一電弧期間Tal。焊接電流上升至以振幅中心電流Ihc為中心值的高電流。隨后，在一定期間中作為焊接電流流動高電平電流。該高電平電流被抑制為不發(fā)生由電弧力造成的熔滴上壓的程度的電流值。將在該第一電弧期間Tal中流動的焊接電流稱為高電平電流。在進行良好的焊接的情況下焊接速度與焊絲的熔融速度Vm—致。焊絲的熔融速度Vm用Vm= a 1+0 I2R表示。此處，a、0表示系數(shù)，I表示焊接電流，R表示焊絲從焊槍前端的接觸片突出的部分(突出長度)的電阻值?？梢灾溃黾雍附与娏鱅后，焊絲的熔融速度Vm也變大。但是，增加焊接電流I后，對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，重力也對熔滴起作用，因而以重力與電弧力正好平衡的電流值為界，電流值變大則向上的力起作用，電流值變小則向下的力起作用。若使交流電流重疊于焊接電流I，則向上的力與向下的力交替地對熔滴起作用。本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，以此方式增減電流從而使上下朝向的力交替地對熔滴起作用的做法與整體上增加電流使向上的力連續(xù)對熔滴起作用的做法相比，熔滴比較穩(wěn)定，能夠減少飛濺。對此，在本實施方式中，在第一電弧期間中增減電流，以實現(xiàn)熔滴的穩(wěn)定且階段性的生長。
在時刻tl t2的第一電弧期間中，使以下說明的三角波重疊于振幅中心電流Ihc。振幅中心電流Ihc相當于由振幅中心電流設定信號Ihcr設定的高電平基值電流。三角波以振幅中心電流Ihc (200 400A)為中心，采用2. 5kHz 5kHz的頻率、±50 100A的振幅,第一電弧期間Tal為0. 3ms 3. 0ms。例如，振幅中心電流Ihc為Ihc=400A,振幅為IHA = ±100A,頻率為f = 4kHz,第一電弧期間為Tal = I. Oms,可以設定第一電弧期間的長度與重疊的波形的頻率，使得重疊的三角波為4個周期。此外，重疊的波形不限定于三角波，也可以是正弦波等其他波形。此外，圖5中重疊3個周期的三角波，但三角波的重疊不限定于3個周期，還能夠適當增減。以下詳細說明第一電弧期間Tal中的焊接部分的狀態(tài)。(期間I)三角波的0 1/2周期圖6是表示圖5的點Pa處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點Pa是三角波的重疊開始的 點。參照圖6，在焊絲I的前端與母材2之間產(chǎn)生電弧3。利用電弧3產(chǎn)生的熱，焊絲I的前端被加熱，前端部熔融并形成熔滴6。焊絲I由供給裝置向母材2的方向供給。由于重疊的電流，焊絲熔融速度增加，熔滴變大，施加于熔滴的力在1/4周期時達到最大，由于電弧反作用力熔滴的上壓加速。但是，隨著向1/2周期接近電流減少，與此相伴電弧反作用力也降低，因而能夠防止上壓。圖7是表示圖5的點Pb處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點Pb是經(jīng)過了三角波的1/2周期的點。如圖7所示，焊絲I的前端部的熔滴6稍稍生長，變?yōu)樯晕⑸蠅旱臓顟B(tài)。(期間2)三角波的1/2 3/4周期該期間中，通過電源控制裝置104，焊接電流與振幅中心電流Ihc相比減少，對熔滴的電弧反作用力進一步降低。(期間3)三角波的3/4 I周期在三角波的3/4 I周期中，焊接電流從三角波的下側峰值再次增加，達到振幅中心電流Ihc。圖8是表示圖5的點Pc處的焊接部分的狀態(tài)的圖。點Pc是經(jīng)過了三角波的I個周期的點。如圖8所示，由于電弧反作用力降低，作用于熔滴6的重力與電弧反作用力達到合適的平衡。由此，熔滴6的上壓消除，熔滴6變?yōu)橄麓沟臓顟B(tài)。并且，將(期間I) (期間3)中說明的三角波反復三次并與振幅中心電流Ihc重疊。據(jù)此，能夠在防止由電弧反作用力造成的上壓的同時漸漸增加熔滴尺寸，形成期望尺寸的熔滴。此外，為了容易進行三角波的重疊，使第一電弧期間Tal的電感值比接下來的第二電弧期間Ta2小。第二電弧期間Ta2的電感值基于由圖2的上部所示的函數(shù)決定的電感設定值Lr確定。以下詳細說明第二電弧期間Ta2中的焊接部分的狀態(tài)。再次參照圖5，在時刻t2時，第一電弧期間Tal結束，轉移到第二電弧期間Ta2。在第二電弧期間Ta2中，電源控制裝置104增大電源電路102的電感值，為了進行電弧長控制將控制從恒流控制切換為恒壓控制。該切換在圖I中相當于將SW從端子a切換為端子b。由于電感較大，所以焊接電流波形根據(jù)電弧負載緩慢減少。另外，焊接電壓也緩慢減少。圖9是表示圖5的點Pd處的焊接部分的狀態(tài)的圖。如圖9所示，在第一電弧期間Tal中形成的熔滴并不上壓，在第二電弧期間Ta2中稍微變大，同時向熔融池側接近。由上壓造成的電弧長的變化被防止，并且通過恒壓控制調整電弧長，電弧力的變化變得緩慢，因而較少使熔融池振動。此外焊接電流緩慢減少，因而對母材的熱輸入充分進行，焊縫的焊趾的密封度變好。在時刻t3時，熔滴與熔融池接觸而產(chǎn)生短路后，熔滴急劇下降。通過該焊接電壓的急劇下降判別出短路后，以期望的上升速度增加焊接電流。由于焊接電流的上升，在熔滴的上部電磁收縮力起作用而產(chǎn)生縮頸，熔滴6向熔融池7轉移。
如以上所說明的那樣，實施方式I所示的焊接方法是進行低飛濺控制的二氧化碳電弧焊接法，與脈沖電弧焊接方法不同。即，實施方式I所示的焊接方法是反復變?yōu)槎搪窢顟B(tài)與電弧狀態(tài)的焊接方法。在這種焊接方法中，為了提高焊接速度而增加焊接電流后，在珠滴轉移區(qū)域中進行焊接，短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的反復變得不規(guī)則。對此，在實施方式I所示的焊接方法中，在一定期間的第一電弧期間Tal中輸出高電平電流，在該第一電弧期間Tal中進行恒流控制，重疊交流電流，例如像三角波或正弦波這樣周期變化的一定頻率、一定振幅的低頻電流。由此，防止熔滴由于電弧反作用力而上壓，能夠使熔滴的形成較為穩(wěn)定。第一電弧期間Tal經(jīng)過后，為了在第二電弧期間Ta2中進行電弧長控制，將焊接電源的控制從恒流控制切換為恒壓控制。使焊接電源的電抗器的電感值與第一電弧期間Tal相比變大，緩慢減少焊接電流。由此，電弧力的變化變得緩慢，因此使熔融池振動的現(xiàn)象變少。此外，焊接電流緩慢減少，因而對母材的熱輸入充分進行，焊縫的焊趾的密封度變好。此外，在上述實施方式I中，在短路期間Ts中，可以保持恒壓控制將電流上升至期望的值，或者切換為恒流控制將電流上升至期望的值。圖10是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在發(fā)生短路轉移的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。關于圖10中的短路期間Ts、初期的第一電弧期間Tal、以及后期的第二電弧期間Ta2的意義，在圖5中進行了說明，因而此處不重復說明。在圖10中，送絲速度的設定值Fr例如為250cm/min。此時，基于圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為振幅零。因此，與圖5相比觀察圖10的波形，時刻til tl2的第一電弧期間Tal中不重
疊三角波。這樣，若在上壓力的影響較少、熔滴的轉移比較順利的短路轉移區(qū)域中，對振幅中心電流Ihc重疊三角波，則電弧力變強，無法形成穩(wěn)定的短路轉移狀態(tài)，損壞焊縫外觀。對此，在短路轉移區(qū)域中，控制焊接電流，使得不對振幅中心電流Ihc重疊三角波。因此，與對全部設定電流或送絲速度一律在高電平基值電流上重疊三角波的做法相比，在低電流域中能夠形成密封度較好的焊縫。圖11是表示用實施方式I所涉及的焊接裝置在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。
關于圖11中的短路期間Ts、初期的第一電弧期間Tal、以及后期的第二電弧期間Ta2的意義，在圖5中進行了說明，因而此處不重復說明。在圖11中，送絲速度的設定值Fr例如為900cm/min。此外,對應于該送絲速度的設定電流為280A左右。在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中，若焊接裝置的控制與珠滴轉移區(qū)域的較低的電流域進行相同的控制，則電弧力變強，熔融值降低，電弧長變得不穩(wěn)定，熔滴轉移變得不穩(wěn)定，損壞焊縫外觀。對此，在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中，基于圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為比最大振幅IHA更接近零的值。因此，與圖5相比觀察圖11的波形，時刻t21 t22的第一電弧期間Tal中重疊振幅較小的三角波。該振幅IHAl例如能夠設定為20A左右。如以上所說明的那樣，在本實施方式中，在發(fā)生短路轉移的電流域中對高電平基值電流重疊的三角波的振幅為零，隨著設定電流超過150A而變高，增加三角波的振幅。并且，在發(fā)生珠滴轉移的電流域中使三角波的振幅達到最大振幅，并且在設定電流進一步變 高后在300A時使三角波的振幅變?yōu)榱?。?jù)此，在發(fā)生短路轉移的電流域中和在發(fā)生珠滴轉移的電流域中，都能夠減少熔滴的飛散，進行飛濺較少的焊接。另外，在發(fā)生短路轉移的低電流域中，通過減小恒壓控制中的電感的值增加短路的次數(shù)。通過根據(jù)三角波的振幅的增加而增加恒壓控制中的電感的值，確保對母材的熱輸入，能夠形成密封度較好的焊縫。實施方式2在實施方式2中，除了實施方式I中說明的焊接方法以外，通過在電弧產(chǎn)生之前檢測熔滴的縮頸，在電弧產(chǎn)生之前降低電流，以減少飛濺。圖12是表示實施方式2所涉及的焊接裝置100A的結構的模塊圖。在以下的說明中，僅說明與實施方式I不同的部分，對與實施方式I相同的部分標注相同的符號，不重復進行說明。參照圖12，焊接裝置100A包括電源電路102A、電源控制裝置104A、送絲裝置106、以及焊槍4。送絲裝置106的結構與實施方式I相同，因而不重復進行說明。電源電路102A除了圖I所示的焊接裝置100的結構以外還包括晶體管TR與減流電阻器R。晶體管TR在電源主電路PM的輸出中與電阻值Rio以及電抗器DCL串聯(lián)插入。減流電阻器R與晶體管TR并聯(lián)連接。焊接裝置100A的其他部分的結構與焊接裝置100相同，因而不重復進行說明。電源控制裝置104A除了圖I所示的電源控制裝置104的結構以外還包括縮頸檢測電路ND、縮頸檢測基準值設定電路VTN、以及驅動電路DR。電源控制裝置104A的其他部分的結構與電源控制裝置104相同，因而不重復進行說明。圖13是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置進行焊接時的焊接電壓以及焊接電流與控制信號的動作波形圖。此時的送絲速度的設定值Fr例如為650cm/min。此時，根據(jù)圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為最大值IHA。圖13的波形與圖5的實施方式I的波形的不同之處在于，在時刻t50a時，檢測出熔滴的縮頸后，使焊接電流減少，隨后在時刻t51時，電弧產(chǎn)生。飛派的量與時刻t51的電弧產(chǎn)生時的電流值的大小成比例，因而若在電弧產(chǎn)生時預先降低電流值，則能夠減少飛濺的產(chǎn)生。
參照圖12、圖13，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?？s頸檢測電路ND接收該縮頸檢測基準值信號Vtn與圖I中說明的焊接電壓檢測信號Vd以及焊接電流檢測信號Id作為輸入信號，輸出的縮頸檢測信號Nd在短路期間中的電壓上升值AV達到縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻(時刻t50a)變?yōu)楦唠娖?，在再次產(chǎn)生電弧、焊接電壓檢測信號Vd的值達到電弧判別值Vta以上的時刻(時刻t51)變?yōu)榈碗娖?。因此，該縮頸檢測信號Nd為高電平的期間是縮頸檢出期間Tn。此外，也可以在短路期間中的焊接電壓檢測信號Vd的微分值達到以與其對應的方式設定的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻使縮頸檢測信號Nd變化為高電平。此外，也可以將焊接電壓檢測信號Vd的值除以焊接電流檢測信號Id的值以計算出熔滴的電阻值，在該電阻值的微分值達到以與其對應的方式設定的縮頸檢測基準值信號Vtn的值的時刻使縮頸檢測信號Nd變化為高電平。縮頸檢測信號Nd被輸入電源主電路PM。電源主電路PM在縮頸檢出期間Tn中停止輸出。
驅動電路DR在該縮頸檢測信號Nd為低電平時(非縮頸檢出時)輸出使晶體管TR為接通狀態(tài)的驅動信號Dr。在縮頸檢出期間Tn中驅動信號Dr為低電平，因而晶體管TR變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。其結果是，減流電阻器R插入到焊接電流Iw的通電路徑中(從電源主電路PM到焊槍4的路徑)。該減流電阻器R的值被設定為短路負載(0. 01 0. 03 Q左右)的10倍以上的較大的值(0.5 3Q左右)。因此，焊接電源內(nèi)的直流電抗器以及電纜的電抗器中積蓄的能量急劇放電，如圖13的時刻t50a t51所示，焊接電流Iw急劇減少，變?yōu)樾‰娏髦?。在時刻t51時，短路斷開并再次產(chǎn)生電弧后，焊接電壓Vw變?yōu)轭A先確定的電弧判別值Vta以上。檢測出該現(xiàn)象，縮頸檢測信號Nd變?yōu)榈碗娖?，驅動信號Dr變?yōu)楦唠娖?。其結果是，晶體管TR變?yōu)榻油顟B(tài)，以后變?yōu)槭褂脠D5在實施方式I中說明的電弧焊接的控制。關于以后的第一電弧期間Tal與第二電弧期間Ta2，在圖5中進行了說明，因而不重復進行說明。圖14是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置在發(fā)生短路轉移的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。關于圖14中的短路期間Ts、初期的第一電弧期間Tal、以及后期的第二電弧期間Ta2的意義，在圖5中進行了說明，因而此處不重復說明。在圖14中，送絲速度的設定值Fr例如為250cm/min。此時，基于圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為振幅零。因此，與圖13相比觀察圖14的波形，時刻t61 t62的第一電弧期間Tal中不重疊三角波。這樣，若在上壓力的影響較少、熔滴的轉移比較順利的短路轉移區(qū)域中，控制焊接電流，使得不對振幅中心電流Ihc重疊三角波。因此，與對全部設定電流或送絲速度一律在高電平基值電流上重疊三角波的做法相比，在低電流域中能夠形成密封度較好的焊縫。圖15是表示用實施方式2所涉及的焊接裝置在珠滴轉移區(qū)域中的較高的電流域中進行焊接時的焊接電流的動作波形圖。關于圖15中的短路期間Ts、初期的第一電弧期間Tal、以及后期的第二電弧期間Ta2的意義，在圖5中進行了說明，因而此處不重復說明。在圖15中，送絲速度的設定值Fr例如為900cm/min。此外，對應于該送絲速度的設定電流為280A左右。此時，基于圖2的下部所示的函數(shù)，由振幅設定信號Wh表示的三角波振幅設定為比最大振幅IHA更接近零的值。因此，與圖13相比觀察圖15的波形，在時刻t71 t72的第一電弧期間Tal中重疊振幅較小的三角波。該振幅IHAl例如能夠設定為20A左右。實施方式2所涉及的焊接裝置能夠減小電弧再次產(chǎn)生時(時刻tl)的電弧再產(chǎn)生時電流值，因而除了在實施方式I中說明的焊接裝置收到的效果以外，還能夠進一步減少電弧開始產(chǎn)生時的飛濺。此外，在實施方式2中，作為在檢測出縮頸時急速減少焊接電流Iw的手段，說明了將減流電阻器R插入通電路徑的方法。作為其他手段，也可以使用如下方法，即在焊接裝置的輸出端子間經(jīng)由開關元件并聯(lián)連接電容器，在檢測出縮頸時使開關元件為接通狀態(tài)，從電容器流通放電電流，以急速減少焊接電流Iw。最后，再次參照圖I以及圖12等對實施方式I以及2進行總結。焊接裝置100通過將二氧化碳用作保護氣體，交替反復短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的二氧化碳電弧焊接方法進行 焊接。如圖I所示，焊接裝置100包括電源電路102，用于在焊槍4與母材2之間提供電壓；以及電源控制裝置104，控制電源電路102的電壓。如圖5所示，電源控制裝置104控制電源電路102，從而在短路期間Ts后續(xù)的電弧期間的初期的第一電弧期間Tal中輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第二電弧期間Ta2中輸出與進行了恒壓控制的焊接電壓相對應的電弧電流。此外，如圖5的時刻tl t2所示，電源控制裝置104控制電源電路102，從而將以指定周期增減的波形重疊到高電平基值電流(振幅中心電流Ihc)上并產(chǎn)生高電平電流。此外，如圖2的下部所示，與焊接電流的電流設定值或者對焊槍4供給焊絲I的速度的速度設定值在指定范圍(范圍X2)外的情況(例如范圍X1、X3)相比，在電流設定值或者速度設定值在指定范圍(范圍X2)內(nèi)的情況下，電源控制裝置104增加由振幅設定信號Wh設定的波形的振幅。較為理想的是，如圖2的上部所示，電源電路102構成為能夠在電源控制裝置104的控制下可變地控制對焊槍供給電流的供給路徑的電感值Lio。電源控制裝置104在電流設定值或者速度設定值比指定范圍(范圍X2)小的情況下(例如范圍XI)，與電流設定值或者速度設定值在指定范圍(范圍X2)內(nèi)的情況相比，減少第二電弧期間Ta2中的電源電路的電感值。較為理想的是，重疊到高電平基值電流上的波形在圖5等中示出了為三角波的例子，但也可以是正弦波等波形。較為理想的是，如在實施方式2(圖12 圖15)中所示，電源控制裝置104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檢出控制。本次公開的實施方式在所有方面均為例示，不應被認為是限制性方式。本發(fā)明的范圍不由上述說明表示，而由權利要求書表示，意在包含與權利要求書同等的意義及范圍內(nèi)的所有變更。符號說明I、焊絲；2、母材；3、電??；4、焊槍；5、供給輥；6、熔滴；7、熔融池;100、100A、焊接裝置；102、102A、電源電路；104、104A、電源控制裝置；106、送絲裝置；AD、電弧檢測電路；DCL、電抗器；DR、驅動電路；EI、電流誤差放大電路；ER、輸出電壓設定電路；FC、供給控制電路；FH、頻率設定電路；FR、供給速度設定電路；ID、電流檢測電路；IHCR、振幅中心電流設定電路；IR1、第一焊接電流設定電路；IR2、第二焊接電流設定電路；LR、電感設定電路；ND、縮頸檢測電路；SW、焊接電流設定切換電路；TM、定時器電路；TR、晶體管；VD、電壓檢測電路；VTN、縮頸檢測基準值設定電路；WH、振幅設定電 路;WM、供給電動機。
權利要求
1.一種焊接裝置，通過將二氧化碳用作保護氣體，交替反復短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接，其特征在于包括 電源電路，用于在焊槍與母材之間提供電壓；以及 控制部，控制所述電源電路的電壓，其中， 所述控制部控制所述電源電路，從而在短路期間后續(xù)的電弧期間的初期的第一電弧期間中輸出高電平電流，在所述電弧期間的后期的第二電弧期間中輸出與進行了恒壓控制的焊接電壓相對應的電弧電流， 所述控制部控制所述電源電路，從而將以指定周期增減的波形重疊到高電平基值電流上來產(chǎn)生所述高電平電流， 與焊接電流的電流設定值或者對所述焊槍供給焊絲的速度的速度設定值在指定范圍外的情況相比，在所述電流設定值或者所述速度設定值在所述指定范圍內(nèi)的情況下，所述控制部增加所述波形的振幅。
2.根據(jù)權利要求I所述的焊接裝置，其特征在于 所述電源電路構成為能夠在所述控制部的控制下可變地控制對所述焊槍供給電流的供給路徑的電感值， 所述控制部在所述電流設定值或者所述速度設定值比所述指定范圍小的情況下，與所述電流設定值或者所述速度設定值在所述指定范圍內(nèi)的情況相比，減少所述第二電弧期間中的所述電源電路的所述電感值。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的焊接裝置，其特征在于 所述波形是三角波或正弦波。
4.根據(jù)權利要求I 3中任一項所述的焊接裝置，其特征在于 在所述短路期間中檢測出熔滴的縮頸的情況下，所述控制部進行減少短路電流的縮頸檢出控制。
全文摘要
一種焊接裝置，通過將二氧化碳用作保護氣體，交替反復短路狀態(tài)與電弧狀態(tài)的二氧化碳電弧焊接方法進行焊接?？刂齐娫措娐?，從而在短路期間后續(xù)的電弧期間的初期的第一電弧期間(Ta1)中輸出高電平電流，在電弧期間的后期的第二電弧期間(Ta2)中輸出與進行了恒壓控制的焊接電壓相對應的電弧電流。與供給焊絲的速度的速度設定值在指定范圍(X2)外的情況相比，在速度設定值在指定范圍(X2)內(nèi)的情況下，增加重疊到高電平基值電流上的以指定周期增減的波形的振幅。據(jù)此，在短路轉移區(qū)域中和在珠滴轉移區(qū)域中都能夠進行穩(wěn)定的焊接。
文檔編號B23K9/16GK102794549SQ201210135100
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權日2011年5月27日
發(fā)明者井手章博, 惠良哲生 申請人:株式會社大亨