交流tig焊接裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】交流TIG焊接裝置
[0001]本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/JP2011/003663，國(guó)家階段申請(qǐng)?zhí)?01180004238.6、申請(qǐng)日2011年6月28日、發(fā)明名稱為交流TIG焊接方法的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及交替重復(fù)反極性和正極性而進(jìn)行電弧焊接的交流TIG焊接裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來(lái)，出于對(duì)環(huán)境的考慮，在建筑物和車輛等中多利用輕量且再利用性良好的鋁材和鎂材，在形成其接合時(shí)經(jīng)常利用交流TIG焊接裝置。交流TIG焊接裝置是交替重復(fù)反極性和正極性而進(jìn)行電弧焊接的裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]尤其是，在生成大型建筑物的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，需要使用大電流來(lái)進(jìn)行作業(yè)。在大電流交流焊接中，尤其在想要延長(zhǎng)輸出線纜的情況下，交流焊接的極性翻轉(zhuǎn)時(shí)的開(kāi)關(guān)之際產(chǎn)生的沖擊電壓變大。存在如下問(wèn)題:有時(shí)因該沖擊電壓的大小而使得構(gòu)成二次變換器的半導(dǎo)體元件會(huì)發(fā)生破損。
[0005]因此，以往，為了進(jìn)行半導(dǎo)體元件的保護(hù)，實(shí)施以下對(duì)策，即，在極性翻轉(zhuǎn)前控制成低電流(例如100A以下)，在該低電流的狀態(tài)下進(jìn)行極性翻轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)，由此將產(chǎn)生的沖擊電壓抑制得低。
[0006]然而，在作業(yè)者失誤，或工件精度、夾具精度差的情況下，有時(shí)焊接作業(yè)中TIG電極與焊接對(duì)象物發(fā)生接觸(將該情況稱為“電極短路”或“短路”)。并且，短路狀態(tài)下與電弧狀態(tài)下相比焊接電流的降低度變得緩慢。因此，存在如下情況:即如果產(chǎn)生短路則在極性翻轉(zhuǎn)前電流未充分降低的狀態(tài)下發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)。存在如下問(wèn)題:即因在該交流焊接的極性翻轉(zhuǎn)時(shí)的開(kāi)關(guān)之際產(chǎn)生的沖擊電壓的大小而導(dǎo)致作為構(gòu)成TIG焊接裝置的二次變換器的構(gòu)成要件的半導(dǎo)體元件發(fā)生破損。
[0007]接下來(lái)，利用圖8和圖9對(duì)以往以來(lái)慣用的交流TIG焊接裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。另夕卜，圖8是表示以往的交流TIG焊接裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖，圖9是表示以往的交流TIG焊接裝置中的焊接電流波形的時(shí)間變化的圖。
[0008]利用圖9對(duì)如圖8那樣構(gòu)成的交流TIG焊接裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。另外，在以下的說(shuō)明中，對(duì)使用了使反極性期間和正極性期間交替重復(fù)而進(jìn)行焊接的非消耗電極式的交流TIG焊接裝置的示例進(jìn)行說(shuō)明。
[0009]在圖8中，交流TIG焊接裝置101具備:焊接輸出部102、焊接控制部103、電流檢測(cè)部104、設(shè)定部107、第一計(jì)時(shí)部108。并且，交流TIG焊接裝置101與具備電極109的焊炬110和作為焊接對(duì)象物的母材112電連接，并且向電極109與母材112之間供給電力，由此在電極109與母材112之間產(chǎn)生電弧111。
[0010]另外，在表示焊接電流波形的時(shí)間變化的圖9中，TEN表示正極性期間，TEP表示反極性期間，TPl表示正極性峰值期間，TBl表示正極性基值期間，TP2表示反極性峰值期間，TB2表示反極性基值期間。另外，IENP表示正極性峰值電流，IEPP表示反極性峰值電流，IENB表示正極性基值電流，IEPB表示反極性基值電流，IENl表示極性翻轉(zhuǎn)前焊接電流(短路狀態(tài)下的正極性期間的電流)，IEPl表示極性翻轉(zhuǎn)前焊接電流(短路狀態(tài)下的反極性期間的電流)。另外，El表示發(fā)生短路的時(shí)刻，E2表示再次發(fā)生電弧的時(shí)刻。
[0011]在圖8中，交流TIG焊接裝置101的焊接輸出部102的輸入為從外部供給的商用電源(例如，三相200V等)。焊接輸出部102根據(jù)來(lái)自焊接控制部103的控制信號(hào)進(jìn)行設(shè)置在焊接輸出部102的內(nèi)部的未圖示的一次變換器動(dòng)作及二次變換器動(dòng)作，從而適當(dāng)?shù)厍袚Q正極性和反極性而輸出適于焊接的焊接電壓和焊接電流。
[0012]一次變換器通常由通過(guò)PWM(Pulse Width Modulat1n)動(dòng)作或移相動(dòng)作驅(qū)動(dòng)的未圖不的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)、未圖不的 MOSFET (Metal-OxideSemiconductor Field Effect Transistor)、未圖示的一次整流二極管、平滑用電解電容器、電力轉(zhuǎn)換用變壓器等構(gòu)成。
[0013]另外，二次變換器通常由未圖示的使用了IGBT的半橋或全橋構(gòu)成，從而切換輸出極性。
[0014]在此，正極性是指，電弧等離子體中的電子的移動(dòng)方向?yàn)閺碾姌O109朝向母材112的方向，電極109為負(fù)而母材為正的情況。另外，反極性是指，電弧等離子體中的電子的移動(dòng)方向?yàn)閺哪覆?12朝向電極109的方向，電極109為正而母材112為負(fù)的情況。
[0015]由CPU等構(gòu)成的設(shè)定部107設(shè)定正極性峰值期間TPl (例如9.5msec)、正極性基值期間TBl (例如0.5msec)、反極性峰值期間TP2 (例如3.81msec)、反極性基值期間TB2 (例如0.47msec)、正極性峰值電流IENP (例如400A)、反極性峰值電流IEPP (例如-400A)、正極性基值電流IENB (例如100A)、反極性基值電流IEPB (例如100A)，并向焊接控制部103輸出。另外，設(shè)定可以通過(guò)作業(yè)者輸入各參數(shù)而進(jìn)行設(shè)定，也可以根據(jù)另行設(shè)定的設(shè)定電流(實(shí)效值或平均值)、頻率而利用表格或數(shù)學(xué)式等自動(dòng)地進(jìn)行設(shè)定。
[0016]由CPU等構(gòu)成的第一計(jì)時(shí)部108對(duì)從正極性期間及反極性期間的開(kāi)始算起的時(shí)間進(jìn)行計(jì)測(cè)，由CT等構(gòu)成的電流檢測(cè)部104檢測(cè)焊接電流。
[0017]焊接控制部103根據(jù)設(shè)定部107的輸出、第一計(jì)時(shí)部108所計(jì)測(cè)的經(jīng)過(guò)時(shí)間、電流檢測(cè)部104檢測(cè)的焊接電流值而將輸出指令信號(hào)向焊接輸出部102輸出。焊接控制部103將輸出指令信號(hào)向焊接輸出部102輸出，所述輸出指令信號(hào)為在正極性峰值期間中輸出正極性峰值電流、在正極性基值期間中輸出比正極性峰值電流低的正極性基值電流、在反極性峰值期間中輸出反極性峰值電流、在反極性基值期間中輸出比反極性峰值電流低的(絕對(duì)值小的)反極性基值電流的指令。
[0018]焊接輸出部102根據(jù)來(lái)自焊接控制部103的輸出指令信號(hào)，通過(guò)二次變換器的動(dòng)作使正極性期間中作為正極性期間動(dòng)作，并將輸出電極切換成電子從電極109向母材112移動(dòng)的方向。使反極性期間中作為反極性期間動(dòng)作，并將輸出電極切換成電子從母材112向電極109移動(dòng)的方向。
[0019]另外，焊接輸出部102通過(guò)一次變換器的動(dòng)作使正極性峰值期間中輸出正極性峰值電流(例如，400A)，正極性基值期間中輸出正極性基值電流(例如，100A)。并且，焊接輸出部102在反極性峰值期間中輸出反極性峰值電流(例如，-400A)，在反極性基值期間中輸出反極性基值電流(例如，-100A)。
[0020]焊接輸出部102輸出的焊接電流、焊接電壓向與交流TIG焊接裝置101連接的焊炬I1供電，并在由鎢等構(gòu)成的TIG電極即電極109的前端與鋁材等焊接對(duì)象物即母材112之間產(chǎn)生電弧111，而進(jìn)行交流TIG焊接。
[0021]接下來(lái)，利用圖9對(duì)以往的交流TIG焊接中的動(dòng)作及焊接電流波形進(jìn)行說(shuō)明。
[0022]如圖9所示，在到發(fā)生短路的時(shí)刻El之前，在正極性期間TEN，在正極性峰值期間TPl結(jié)束而向正極性基值期間TBl移行時(shí)，焊接電流從正極性峰值電流IENP(例如400A)降低到正極性基值電流IENB (例如100A)。當(dāng)正極性基值期間TBl結(jié)束時(shí)，焊接電流向反極性期間TEP移行。
[0023]另外，在反極性期間TEP，在反極性峰值期間TP2結(jié)束而向反極性基值期間TB2移行時(shí)，焊接電流從反極性峰值電流IEPP(例如，-400A)降低到反極性基值電流IEPB(例如，-100A)。當(dāng)反極性基值期間TB2結(jié)束時(shí)，焊接電流向正極性期間TEN移行。
[0024]如此，在極性翻轉(zhuǎn)前，通過(guò)使焊接電流降低到作為目標(biāo)指令值的正極性基值電流IENB或反極性基值電流IEPB，從而將極性翻轉(zhuǎn)時(shí)的因二次變換器的開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的沖擊電壓抑制得低(例如，300V左右)。由此，構(gòu)成焊接輸出部102的二次變換器的半導(dǎo)體元件不會(huì)破損。
[0025]接下來(lái)，使用圖9對(duì)以往的交流TIG焊接中電極109與母材112的發(fā)生短路時(shí)的焊接電流波形的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]如圖9所示，在發(fā)生了短路的時(shí)刻El以后的短路中的正極性期間TEN中，發(fā)出指令以使在正極性峰值期間結(jié)束而向正極性基值期間移行時(shí)，焊接電流成為正極性基值電流IENB。然而，焊接電流無(wú)法從正極性峰值電流IENP(例如，400A)降低到正極性基值電流IENB (例如，100A)。并且，焊接電流僅降低至比正極性基值電流IENB大的極性翻轉(zhuǎn)前焊接電流IENl (例如，300A)，以極性翻轉(zhuǎn)前焊接電流IENl (例如，300A)的狀態(tài)向反極性期間移行。另外，該理由在后說(shuō)明。
[0027]另外，在