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焊接装置

阅读：334发布：2021-02-24

IPRDB可以提供焊接装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种能够实现稳定的熔滴的生长及稳定的电弧的产生的焊接装置。焊接装置(100)具备电源电路(102)、电源控制装置(104)。电源控制装置(104)如下方式控制电源电路(102)：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间(Ta1)内输出高电平电流，在电弧期间的后期的第2电弧期间(Ta2)内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流。电源控制装置(104)还按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生高电平电流的方式控制电源电路(102)。电源控制装置(104)还按照减小平均电压(Va)与设定电压(Vr)的电压差的方式使振幅中心电流增减。由此，在变更了设定电压的情况下等，迅速消除平均电压与设定电压之差变大，并防止电弧不稳定。，下面是焊接装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接，该焊接装置具备：电源电路，其用于向焊炬与母材之间提供电压；和

控制部，其控制所述电源电路的电压，

所述控制部按照如下方式控制所述电源电路：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间内输出高电平电流，在所述电弧期间的后期的第2电弧期间内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流，所述控制部按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生所述高电平电流的方式来控制所述电源电路，所述控制部按照焊接电压的平均值与焊接电压的电压设定值之间的电压差减小的方式来使所述振幅中心电流增减。

2.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接，该焊接装置具备：电源电路，其用于向焊炬与母材之间提供电压；和

控制部，其控制所述电源电路的电压，

3.一种焊接装置，其通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接，该焊接装置具备：电源电路，其用于向焊炬与母材之间提供电压；和

控制部，其控制所述电源电路的电压，

所述控制部按照如下方式控制所述电源电路：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间内输出高电平电流，在所述电弧期间的后期的第2电弧期间内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流，所述控制部按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生所述高电平电流的方式来控制所述电源电路，所述控制部在焊接电压的平均值与焊接电压的电压设定值之间的电压差是第1范围时，根据所述电压差来使所述振幅中心电流增减，在所述电压差为不同于所述第1范围的第2范围的情况下，根据所述电压差来使所述第1电弧期间增减。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的焊接装置，其中，所述波形是三角波或正弦波。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的焊接装置，其中，所述控制部在所述短路期间中检测到熔滴的缩颈的情况下进行减少短路电流的缩颈检测控制。

说明书全文

焊接装置

技术领域

[0001] 本发明涉及焊接装置，特别是涉及进行二氧化碳电弧焊接的焊接装置。

背景技术

[0002] 在特公平4-4074号公报(专利文献1)中，公开了在消耗电极与母材之间反复进行短路和电弧产生的消耗电极式电弧焊接方法。该消耗电极式电弧焊接方法反复进行熔滴的形成过程和熔滴向母材的过渡过程。

[0003] 图13是用于说明反复进行短路和电弧产生的消耗电极式电弧焊接方法的图。

[0004] 参照图13，在反复进行短路和电弧产生的消耗电极式电弧焊接方法中，按照顺序反复执行以下说明的(a)～(f)的过程。(a)熔滴与熔池接触的短路初期状态、(b)熔滴与熔池的接触变得可靠从而熔滴向熔池过渡的短路中期状态、(c)熔滴向熔池侧过渡后在焊丝与熔池之间的熔滴中产生了缩颈的短路后期状态、(d)短路变开路而产生了电弧的状态、(e)焊丝的前端熔融而熔滴生长的电弧产生状态、(f)熔滴生长且即将与熔池短路之前的电弧产生状态。

[0005] 【专利文献1】JP特公平4-4074号公报

[0006] 【专利文献2】JP专利第4702375号说明书

[0007] 在JP特公平4-4074号公报所示的现有的短路过渡焊接中，规则性地产生电弧和短路。但是，在利用高的电流(焊丝的直径为1.2mm且超过200A的电流)通过二氧化碳电弧焊接法进行焊接时，在伴随短路的熔滴过渡中，因电弧反力而熔滴在焊丝上部隆起(せり上がり)，电弧时间被延长而难以产生周期性的短路，会不规则地产生电弧和短路。

[0008] 由此，若短路与电弧的周期不规则地变动，则短路时的熔滴尺寸变得不确定，焊道焊边(bead toe)部的一致性变差。

[0009] 此外，由于高的电流对熔池在不规则的位置上作用过大的电弧力，因此使熔池变大且使其不规则地振动，特别是向焊接方向的相反侧按压熔池，从而容易产生驼峰焊道。

[0010] 特别是，为了提高生产性，要求焊接速度高，在高速焊接中因上述问题的影响引起的焊接品质的劣化变得显著。另外，为了将焊接速度设为高速，需要加快焊丝进给速度以获取单位熔敷量。伴随于此，具有焊接电流变高的关系。

[0011] 此外，大多焊接装置具有设定了设定电流或焊丝进给速度时，能够自动确定推荐电压(也称为一元电压)的功能。相对于此，也有很多是观察焊接的结果的同时操作员将焊接电压设定为不同于推荐电压的电压。但是，若使设定电压相对于推荐电压极端地上升或下降，则电弧容易变得不稳定。

[0012] 此外，在变更了设定电压时等平均电压与设定电压之差暂时变大时，电弧也容易变得不稳定。平均电压与设定电压之差大是指，即使变更设定，平均电压(输出电压或者电弧长度)不会相应地产生变化，表示难以调整焊接条件。此时，通过调整设定电压是难以管理输入热量或焊道形状。

发明内容

[0013] 本发明的目的在于提供一种能够实现稳定的熔滴的生长以及稳定的电弧的产生的焊接装置。

[0014] 概括而言，本发明是通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接的焊接装置，具备：用于向焊炬与母材之间提供电压的电源电路；和控制电源电路的电压的控制部。控制部按照如下方式控制电源电路：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间内输出高电平电流，在电弧期间的后期的第2电弧期间内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流。控制部还按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生高电平电流的方式来控制电源电路。控制部还按照焊接电压的平均值与焊接电压的电压设定值之间的电压差减小的方式使振幅中心电流增减。

[0015] 本发明的其他方面是通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接的焊接装置，具备：用于向焊炬与母材之间提供电压的电源电路；和控制电源电路的电压的控制部。控制部按照如下方式控制电源电路：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间内输出高电平电流，在电弧期间的后期的第2电弧期间内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流。控制部还按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生高电平电流的方式来控制电源电路。控制部还按照焊接电压的平均值与焊接电压的电压设定值之间的差减小的方式使第1电弧期间增减。

[0016] 本发明的另一方面是通过使用二氧化碳作为保护气体并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接的焊接装置，具备：电源电路，其用于向焊炬与母材之间提供电压；和控制部，其控制电源电路的电压。控制部按照如下方式控制所述电源电路：在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间内输出高电平电流，在电弧期间的后期的第2电弧期间内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流。控制部还按照在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生高电平电流的方式来控制电源电路。控制部还在焊接电压的平均值与焊接电压的电压设定值之间的差是第1范围时，根据电压差来使振幅中心电流增减，在电压差为不同于第1范围的第2范围时，根据电压差使第1电弧期间增减。

[0017] 优选波形是三角波或正弦波。

[0018] 优选控制部在短路期间中检测到熔滴的缩颈的情况下，进行减少短路电流的缩颈检测控制。

[0019] (发明效果)

[0020] 根据本发明，在二氧化碳电弧焊接方法中，通过在电弧期间初期的电流上叠加以一定频率且适合熔滴的尺寸的振幅进行增减的波形来输出电流，从而能够实现稳定的熔滴生长。由此，在电弧初始阶段不会产生不需要的短路，能够得到高的焊接稳定性。此外，在根据焊接装置所设定的推荐电压变更了设定电压等情况下，可迅速消除平均电压与设定电压之差变大，能够防止电弧变得不稳定。

附图说明

[0021] 图1是实施方式1的焊接装置的框图。

[0022] 图2是表示了在实施方式1的焊接装置中进行焊接时的焊接电压及焊接电流的动作波形图。

[0023] 图3是表示了图2的t＝t3时的焊接部分的状态的图。

[0024] 图4是表示了图2的t＝t4时的焊接部分的状态的图。

[0025] 图5是表示了图2的t＝t5时的焊接部分的状态的图。

[0026] 图6是表示了图2的t＝t7时的焊接部分的状态的图。

[0027] 图7是表示了实施方式2的焊接装置100A的结构的框图。

[0028] 图8是表示了实施方式3的焊接装置100B的结构的框图。

[0029] 图9是表示了实施方式4的焊接装置100C的结构的框图。

[0030] 图10是表示了在实施方式4的焊接装置中进行焊接时的焊接电压、焊接电流、控制信号的动作波形图。

[0031] 图11是表示了是表示了实施方式5的焊接装置100D的结构的框图。

[0032] 图12是表示了是表示了实施方式6的焊接装置100E的结构的框图。

[0033] 图13是用于说明反复进行短路与电弧产生的消耗电极式电弧焊接方法的图。

[0034] 符号说明

[0035] 1焊丝；2母材；3电弧；4焊炬；5进给辊；6熔滴；7熔池；100，100A～100E焊接装置；102，102A电源电路；104，104A～104E 电源控制装置；106进给装置；AD电弧检测电路；DR驱动电路；DVH电压误差分配电路；EH电压放大电路；EI电流误差放大电路；FC进给控制电路；FH频率设定电路；FR进给速度设定电路；G1R，G2R增益设定电路；ID电流检测电路；IHCR振幅中心电流设定电路；IR焊接电流设定电路；NA与非电路；ND缩颈检测电路；NOT反转电路；R限流电阻器；SW外部特性切换电路；TM计时器电路；TR1，TR2晶体管；VA电压平均化电路；VD电压检测电路；VH电压误差电路；VR焊接电压设定电路；VTN检测基准值设定电路；WH振幅设定电路；WL1电抗器；WM进给电动机。

具体实施方式

[0036] 以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。另外，在图中，对相同或相应部分附加同一符号，并不再重复说明。另外，在本实施方式中说明的焊接方法是反复短路状态和电弧状态的焊接方法，不同于脉冲电弧焊接方法。

[0037] [实施方式1]

[0038] 图1是实施方式1的焊接装置的框图。

[0039] 参照图1，焊接装置100包括电源电路102、电源控制装置104、焊丝进给装置106、焊炬4。

[0040] 电源控制装置104按如下方式进行控制：控制电源电路102，使输出给焊炬4的焊接电流Iw及焊接电压Vw成为适合焊接的值。

[0041] 焊丝进给装置106向焊炬4进给焊丝1。虽然未图示，但是以二氧化碳为主成分的保护气体是从焊炬4的前端部分放出的。在从焊炬4的前端突出的焊丝1与母材2之间产生电弧3，使焊丝1熔融来焊接母材2。焊丝进给装置106包括进给速度设定电路FR、进给控制电路FC、进给电动机WM、进给辊5。

[0042] 电源电路102包括电源主电路PM、电抗器WL1及WL2、晶体管TR1、电压检测电路VD、电流检测电路ID。

[0043] 电源主电路PM以3相200V等商用电源(未图示)为输入，根据后述的误差放大信号Ea进行基于逆变器控制的输出控制，输出适合电弧焊接的焊接电流Iw及焊接电压Vw。虽然未图示，但是电源主电路PM例如构成为包括：对商用电源进行整流的1次整流器、对整流后的直流进行平滑的电容器、将平滑后的直流变换为高频交流的逆变器电路、将高频交流降压至适合电弧焊接的电压值的高频变压器、对降压后的高频交流进行整流的2次整流器、和以误差放大信号Ea为输入并基于进行脉冲宽度调制控制的结果驱动上述的逆变器电路的驱动电路。

[0044] 电抗器WL1和电抗器WL2使电源主电路PM的输出平滑。与电抗器WL2并联连接晶体管TR1。晶体管TR1根据在之后图2中说明的第2电弧期间内成为低电平的“与非”(NAND)逻辑信号Na，仅在第2电弧期间Ta2内截止。

[0045] 进给速度设定电路FR输出与预先确定的恒定进给速度设定值相当的进给速度设定信号Fr。进给控制电路FC以相当于进给速度设定信号Fr的值的进给速度向进给电动机WM输出用于进给焊丝1的进给控制信号Fc。通过焊丝进给装置106的进给辊5的旋转，焊丝1经过焊炬4内被进给，在与母材2之间产生电弧3。

[0046] 电流检测电路ID检测焊接电流Iw，输出焊接电流检测信号Id。电压检测电路VD检测焊接电压Vw，并输出焊接电压检测信号Vd。

[0047] 电源控制装置104构成为包括：电弧检测电路AD、计时器电路TM、与非(NAND)电路NA、反转电路NOT、增益设定电路G1R、振幅中心电流设定电路IHCR、频率设定电路FH、振幅设定电路WH、焊接电流设定电路IR、电流误差放大电路EI、焊接电压设定电路VR、电压误差电路VH、电压放大电路EH、电压平均化电路VA、外部特性切换电路SW。

[0048] 电弧检测电路AD以焊接电压检测信号Vd为输入，通过焊接电压检测信号Vd的值成为阈值以上的情况，判断为产生了电弧时，输出成为高(High)电平的电弧检测信号Ad。计时器电路TM以电弧检测信号Ad为输入，输出在电弧检测信号Ad为低(Low)电平的期间、及电弧检测信号Ad成为高电平起的预先确定的期间内成为高电平的计时器信号Tm。与非电路NA接收计时器信号Tm通过反转电路NOT被反转的信号、和电弧检测信号Ad作为输入，并输出与非逻辑信号Na。

[0049] 焊接电压设定电路VR输出由操作员等设定的焊接电压设定信号Vr(相当于图2的设定电压Vr)。电压平均化电路VA输出将焊接电压检测信号Vd平均化之后的平均电压检测信号Va。电压误差电路VH计算出焊接电压设定信号Vr与平均电压检测信号Va之差，输出电压误差信号Vh。电压放大电路EH是将电压误差信号Vh放大至用于进行电源主电路PM的反馈控制的动作电压(电压放大信号Eh)的电压放大电路。

[0050] 增益设定电路G1R输出预先确定的第1增益设定信号G1r。振幅中心电流设定电路IHCR以第1增益设定信号G1r和电压误差信号Vh作为输入，输出如下式(1)所示的振幅中心电流设定信号Ihcr。

[0051] Ihcr＝Ihcr0+G1r*Vh ...(1)

[0052] 在此，Ihcr表示振幅中心电流设定信号，Ihcr0表示规定的基准振幅中心电流设定信号，G1r表示第1增益设定信号，Vh表示电压误差信号。G1r例如可设为10～50(A/V)。这表示相对于电压偏差1V，振幅中心电流设定信号Ihcr的变化幅度是10～50A。

[0053] 频率设定电路FH输出预先确定的频率设定信号Fh。振幅设定电路WH输出预先确定的振幅设定信号Wh。焊接电流设定电路IR以振幅中心电流设定信号Ihcr、频率设定信号Fh及振幅设定信号Wh为输入，输出焊接电流设定信号Ir。电流误差放大电路EI放大焊接电流设定信号Ir与焊接电流检测信号Id之间的误差，输出电流误差放大信号Ei。

[0054] 外部特性切换电路SW作为输入而接收计时器信号Tm、电流误差放大信号Ei及电压放大信号Eh。

[0055] 外部特性切换电路SW在计时器信号Tm为高电平时被切换到输入端子a侧，将电流误差放大信号Ei作为误差放大信号Ea来输出。此时，电流误差被反馈至电源主电路PM，因此进行恒流控制。

[0056] 外部特性切换电路SW在计时器信号Tm为低电平时被切换到输入端子b侧，将电压放大信号Eh作为误差放大信号Ea来输出。通过这些模块，控制焊接电流Iw。此时，电压误差被反馈至电源主电路PM，因此进行恒压控制。

[0057] 图2是表示了在实施方式1的焊接装置中进行焊接时的焊接电压及焊接电流的动作波形图。

[0058] 参照图1、图2，焊接是通过反复短路期间Ts和电弧期间来推进的。电弧期间分为初始的第1电弧期间Ta1、和后期的第2电弧期间Ta2。

[0059] 在时刻t0～t2的短路期间Ts内，焊丝1和母材2接触，从而流过短路电流，在焊丝1的前端产生焦耳热而焊丝1的前端部变成高温。

[0060] 在时刻t2，若焊丝1的前端部的熔滴过渡而产生电弧，则电源控制装置104根据焊接电压急速上升的情况，判断电弧产生了。根据此，电源控制装置104将控制切换到恒流控制，过渡到第1电弧期间Ta1。焊接电流上升直到高电平电流(振幅中心是振幅中心电流Ihcr)为止。之后，作为一定期间焊接电流，流过高电平电流。该高电平电流被抑制在不会产生电弧力引起的熔滴的隆起程度的电流值。将在该第1电弧期间Ta1内流过的焊接电流称作高电平电流。

[0061] 若在焊接装置100中设定焊丝进给速度或焊接电流(平均值)，则对应的推荐电压(一元电压)Vcr(未图示)是确定的。相对于此，操作员可根据焊接电压设定信号Vr设定设定电压Vr。

[0062] 并且，电源控制装置104根据设定电压Vr(对应于焊接电压设定信号Vr)与平均电压Va(对应于平均电压检测信号Va)之间的电压差，使振幅中心电流Ihcr增减。

[0063] 在平均电压Va高于设定电压Vr时，通过降低振幅中心电流Ihcr，从而能够防止焊丝在电弧期间初期(第1电弧期间Ta1)过度熔融，在电弧期间后半阶段(第2电弧期间Ta2)的恒压控制下输出电压容易下降。

[0064] 相反，在平均电压Va低于设定电压Vr时，通过提高振幅中心电流Ihcr，从而在电弧期间初期(第1电弧期间Ta1)使焊丝充分熔融，在电弧期间后半阶段(第2电弧期间Ta2)的恒压控制下输出电压容易上升。

[0065] 进而，在图2的例中，在高电平电流上叠加了进行增减的波形(例如三角波)。另外，即使是不在高电平电流上叠加进行增减的波形的情况下，如上所述，也可以使振幅中心电流Ihcr增减并将其作为高电平电流。但是，通过叠加增减波形可获得更高品质的焊接。

[0066] 焊丝的熔融速度Vm可表示为Vm＝αI+βI2R。在此，α、β表示系数，I表示焊接电流，R表示焊丝从焊炬前端的接触片突出的部分(突出长度)的电阻值。已知，若使焊接电流I增加，则焊丝的熔融速度Vm也会变大。

[0067] 但是，若增加焊接电流I，则对熔滴作用的向上的电弧力也会增加。电弧力与焊接电流I的平方成比例。另一方面，由于还向熔滴作用重力，因此以重力与电弧力恰好平衡的电流值为界，若电流值大，则作用向上的力，若电流值小，则作用向下的力。若在焊接电流I上叠加交流电流，则对熔滴交替地作用向上的力和向下的力。本申请的发明人发现，与整体增加电流来连续地对熔滴作用向上的力时相比，通过这样增减电流交替地对熔滴作用向上或向下的力，熔滴更稳定，能够降低溅射。因此，在本实施方式中，在第1电弧期间内增减电流，实现熔滴的稳定且阶段性的生长。

[0068] 在第1电弧期间Ta1的时刻t3～t6的期间内，在振幅中心电流Ihcr上叠加以下说明的三角波。

[0069] 叠加的三角波以振幅中心电流Ihcr(200～400A)为中心，是2.5kHz～5kHz的频率，第1电弧期间Ta1是0.3ms～3.0ms。振幅是±50～100A。例如，也可以是将振幅中心电流Ihcr设定为Ihcr＝400A、频率设定为f＝4kHz、第1电弧期间设定为Ta1＝1.0ms，叠加的三角波设定为4周期。另外，叠加的波形并不限于三角波，也可以是正弦波等其他波形。

[0070] 以下，详细说明第1电弧期间Ta1内的焊接部分的状态。

[0071] (1)三角波的0～1/2周期

[0072] 图3是表示了图2的t＝t3时的焊接部分的状态的图。t＝t3是三角波的叠加开始的时刻。

[0073] 参照图3，在焊丝1的前端与母材2之间产生电弧3。通过电弧3产生的热，焊丝1的前端被加热，前端部熔融，形成熔滴6。通过进给装置向母材2方向进给焊丝1。

[0074] 由于叠加的电流，焊丝熔融速度增加且熔滴变大，施加于熔滴的力在1/4周期内成为最大，熔滴因电弧反力而隆起被加速。但是，随着向1/2周期而电流减少，电弧反力也降低，因此能够防止隆起。

[0075] 图4是表示了图2的t＝t4时的焊接部分的状态的图。t＝t4是经过了三角波的1/2周期的时刻。如图4所示，焊丝1的前端部的熔滴6生长一点，成为隆起了一点的状态。

[0076] (2)三角波的1/2～3/4周期

[0077] 该期间内，通过电源控制装置104，使焊接电流减少得比振幅中心电流Ihcr还多，进一步降低对熔滴的电弧反力。

[0078] (3)三角波的3/4～1周期

[0079] 在三角波的3/4～1周期内，从三角波的下侧峰值到振幅中心电流Ihcr，再次使焊接电流增加。

[0080] 图5是表示了图2的t＝t5时的焊接部分的状态的图。t＝t5是经过了三角波的1周期的时刻。如图5所示，通过降低电弧反力，作用于熔滴6的重力和电弧反力恰好处于平衡状态。由此，消除熔滴6的隆起，处于熔滴6下垂的状态。

[0081] 并且，反复规定次数来在振幅中心电流Ihcr上叠加在(1)～(3)中说明的三角波。由此，防止电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。

[0082] 另外，为了容易进行三角波的叠加，第1电弧期间Ta1的电感值WL1小于下一个第2电弧期间Ta2(电感值是WL1+WL2)的电感值。

[0083] 以下，详细说明第2电弧期间Ta2内的焊接部分的状态。

[0084] 再次参照图2，在时刻t2，结束第1电弧期间Ta1，转移到第2电弧期间Ta2。在第2电弧期间Ta2内，电源控制装置104增大电源电路102的电感值，为了进行电弧长度控制，将控制从恒流控制切换到恒压控制。该切换在图1中相当于将外部特性切换电路SW从端子a切换到端子b。由于电感大，因此焊接电流随着电弧负荷而缓慢地减少。此外，焊接电压也缓慢地减少。

[0085] 图6是表示了图2的t＝t7时的焊接部分的状态的图。

[0086] 如图6所示，在第1电弧期间Ta1内形成的熔滴不会隆起，在第2电弧期间Ta2内增大一点的同时，向熔池侧靠近。防止因隆起引起的电弧长度的变化且通过恒压控制来调整电弧长度，电弧力的变化比较缓慢，因此使熔池振动的情况较少。并且，由于焊接电流缓慢地减少，因此向母材的热输入充分进行，焊道的焊边部的熔合变得良好。

[0087] 在图2的时刻t8，若熔滴与熔池接触而产生短路，则焊接电压会急剧下降。图1的电源控制装置104在因该焊接电压的急剧下降而判断为短路时，以期望的上升速度使焊接电流增加。因焊接电流的上升，对熔滴的上部作用电磁夹紧力，从而产生缩颈部分，熔滴6向熔池7过渡。

[0088] 如以上说明，实施方式1所示的焊接方法是进行低溅射控制的二氧化碳电弧焊接法，不同于脉冲电弧焊接方法。

[0089] 即，实施方式1所示的焊接方法是反复短路状态和电弧状态的焊接方法。在这种焊接方法中，若为了提高焊接速度而增加焊接电流，则在熔滴过渡区域内进行焊接，短路状态和电弧状态的反复不规则。

[0090] 因此，在实施方式1所示的焊接方法中，在固定期间的第1电弧期间Ta1内输出高电平电流，在该第1电弧期间Ta1内进行恒流控制，叠加交流电流例如三角波、或正弦波这样周期性变化的固定频率的低频电流。由此，防止熔滴因电弧反力而被隆起，能够实现稳定的熔滴的生长。

[0091] 并且，对于高电平电流的振幅中心而言，根据设定电压Vr(对应于焊接电压设定信号Vr)与平均电压Va(对应于平均电压检测信号Va)之间的电压差，使振幅中心电流Ihcr增减。

[0092] 在平均电压Va高于设定电压Vr时，通过降低振幅中心电流Ihcr，从而防止焊丝在电弧期间初期(第1电弧期间Ta1)过渡熔融，在电弧期间后半(第2电弧期间Ta2)阶段的恒压控制下容易降低输出电压。

[0093] 相反，在平均电压Va低于设定电压Vr时，通过提高振幅中心电流Ihcr，在电弧期间初期(第1电弧期间Ta1)使焊丝充分熔融，在电弧期间后半(第2电弧期间Ta2)阶段的恒压控制下容易提高输出电压。

[0094] 若经过第1电弧期间Ta1，则为了在第2电弧期间Ta2内进行电弧长度控制，将焊接电源的控制从恒流控制切换到恒压控制。将焊接电源的电抗器的电感值设定得比第1电弧期间Ta1还大，使焊接电流缓慢地减少。由此，电弧力的变换变得缓慢，因此使熔池振动的情况变少。而且，由于焊接电流缓慢地减少，因此向母材的输入热量充分，焊道的焊边部的熔合良好。

[0095] 在上述的实施方式1中，为了在第2电弧期间Ta2内将焊接电源的电抗器的电感值设定得比第1电弧期间Ta1还大，插入实际的电抗器WL2。取而代之，也可以以电子方式控制电抗器来增大电感值。

[0096] 在上述的实施方式1中，在短路期间Ts内，可以在恒压控制的状态下，使电流上升至期望的值，或者也可以切换到恒流控制而使电流上升至期望的值。

[0097] 此外，在上述的实施方式1中表示了在高电平电流上叠加三角波的例，但是即使在不叠加三角波的情况下，基于设定电压Vr与平均电压Va的电压差来改变高电平电流，也能够防止电弧变得不稳定的情况。

[0098] [实施方式2]

[0099] 在实施方式1中，基于设定电压Vr与平均电压Va的电压差来改变了高电平电流的大小，但在实施方式2中，基于设定电压Vr与平均电压Va的电压差来改变图2所示的高电平电流的期间(第1电弧期间Ta1)。

[0100] 图7是表示了实施方式2的焊接装置100A的结构的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式1的部分，对与实施方式1相同的部分附加同一符号，不再重复说明。

[0101] 参照图7，焊接装置100A包括电源电路102、电源控制装置104A、焊丝进给装置106、和焊炬4。

[0102] 电源控制装置104A在图1所示的电源控制装置104的结构中代替增益设定电路G1R而包括增益设定电路G2R。增益设定电路G2R输出预先确定的第2增益设定信号G2r。增益设定电路G2R的输出被输入到计时器电路TM。

[0103] 在图1中，振幅中心电流设定电路IHCR基于电压误差信号Vh输出了振幅中心电流设定信号Ihcr，但是在图7中，振幅中心电流设定电路IHCR输出预先确定的振幅中心电流设定信号Ihcr。

[0104] 此外，电压误差电路VH输出的电压误差信号Vh被输入到计时器电路TM，从而代替输入到振幅中心电流设定电路IHCR。

[0105] 计时器电路TM以电弧检测信号Ad、第2增益设定信号G2r和电压误差信号Vh为输入，输出在电弧检测信号Ad为低(Low)电平的期间、及电弧检测信号Ad成为高电平之后仅在第1电弧期间Ta1内成为高电平的计时器信号Tm。第1电弧期间Ta1可由下式(2)表示。

[0106] Ta1＝Ta10+G2r*Vh ...(2)

[0107] 在此，Ta1表示第1电弧期间，Ta10表示规定的基准第1电弧期间，G2r表示第2增益设定信号，Vh表示电压误差信号。另外，G2r可设为例如100～500(μs/V)。这表示相对于电压偏差1V第1电弧期间Ta1的变换幅度是100～500μs。

[0108] 另外，电源控制装置104A的其他部分的结构与图1所示的电源控制装置104相同，因此不再重复说明。

[0109] 实施方式2的焊接装置100A基于设定电压Vr与平均电压Va的电压差来改变第1电弧期间Ta1，即使在平均电压Va瞬间偏离设定电压Vr的情况下，与实施方式1相同，也能够防止电弧变得不稳定。

[0110] [实施方式3]

[0111] 在实施方式1中，根据电压差(Vr-Va)即电压误差信号Vh，仅增减了振幅中心电流设定信号Ihcr，在实施方式2中，根据该电压差，仅增减了第1电弧期间Ta1。

[0112] 在实施方式3中，在电压差上设置上下的阈值，只增减振幅中心电流设定信号Ihcr直到阈值为止，对于超过阈值的电压差或小于阈值的电压差只增减第1电弧期间Ta1。

[0113] 图8是表示了实施方式3的焊接装置100B的结构的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式1的部分，对与实施方式1相同的部分附加同一符号，不再重复说明。

[0114] 参照图8，焊接装置100B包括电源电路102、电源控制装置104B、焊丝进给装置106、和焊炬4。

[0115] 电源控制装置104B在图1所示的电源控制装置104的结构的基础上，还包括电压误差分配电路DVH、和增益设定电路G2R。增益设定电路G2R输出预先确定的第2增益设定信号G2r。

[0116] 电压误差分配电路DVH接受上限阈值Tv1及下限阈值Tv2、电压误差信号Vh与焊接电压设定信号Vr，输出电压误差分配电流信号Vri及电压误差分配时间信号Vrt。

[0117] 电压误差分配电流信号Vri代替电压误差信号Vh，与第1增益设定信号G1r一起被输入到振幅中心电流设定电路IHCR。

[0118] 此外，电压误差分配时间信号Vrt与第2增益设定信号G2r一起被输入到计时器电路TM。

[0119] 将振幅中心电流设定信号Ihcr的自基准振幅中心电流设定信号Ihcr0的增加量的上限设为Ih1。在式(1)中，增加量是G1r*Vh，因此电压差Vh＝(Vr-Va)的预先确定的上限阈值Tv1可由下式(3)表示。

[0120] Tv1＝Ih1/G1r ...(3)

[0121] 例如，在第1增益设定信号G1r为10A/V时，若将增加量的上限设为Ih1为50A，则Tv1是5V。

[0122] 电压误差分配电路DVH将电压误差信号Vh作为电压误差分配电流信号Vri来输出，直到电压误差信号Vh到达上限阈值Tv1为止。此时，与实施方式1相同，基于式(1)变更高电平电流的振幅中心。

[0123] 此外，电压误差分配电路DVH在电压误差信号Vh超过了上限阈值Tv1时，将上限阈值Tv1作为电压误差分配电流信号Vri来输出，并且将(电压误差信号Vh-上限阈值Tv1)作为电压分配时间信号Vrt来输出。此时，将高电平电流的振幅中心变更与上限阈值Tv1的电压相应的电压量。并且，对于超过上限阈值Tv1的变化量，如实施方式2中说明的那样，仅在第1电弧期间Ta1所对应的时间内进行变更。

[0124] 此外，将振幅中心电流设定信号Ihcr的自基准振幅中心电流设定信号Ihcr0的减少量的下限设为Ih2。在式(1)中，增加量是G1r*Vh，因此电压差Vh＝(Vr-Va)的预先确定的下限阈值Tv2可由下式(4)表示。

[0125] Tv2＝Ih2/G1r ...(4)

[0126] 电压误差分配电路DVH将电压误差信号Vh作为电压误差分配电流信号Vri来输出直到电压误差信号Vh到达下限阈值Tv2为止。此时，与实施方式1相同，基于式(1)来变更高电平电流的振幅中心。

[0127] 此外，电压误差分配电路DVH在电压误差信号Vh小于下限阈值Tv2时，将下限阈值Tv2作为电压误差分配电流信号Vri来输出，并且将(电压误差信号Vh-下限阈值Tv2)作为电压误差分配时间信号Vrt来输出。此时，高电平电流的振幅中心被变更了与下限阈值Tv2的电压对应的电压量。并且，对于低于下限阈值Tv2的变化量，如实施方式2中说明的那样，仅在第1电弧期间Ta1所对应的时间内进行变更。

[0128] 在实施方式3中，与设定电压的变动程度相一致地组合使用在实施方式1中说明的高电平电流的振幅中心电流Ihcr的增减、和在实施方式2中说明的第1电弧期间Ta1的变更，来防止电弧变得不稳定。

[0129] 另外，在实施方式3中，例示了在电压差位于规定范围时增减高电平电流的振幅中心电流Ihcr、在电压差位于规定范围外时改变第1电弧期间Ta1，但是也可以同时改变振幅中心电流Ihcr和第1电弧期间Ta1。

[0130] [实施方式4]

[0131] 在实施方式4中，在实施方式1中说明的焊接方法的基础上，通过在产生电弧之前检测熔滴的缩颈部分，从而在产生电弧前降低电流来减少溅射。

[0132] 图9是表示了实施方式4的焊接装置100C的结构的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式1的部分，对于与实施方式1相同的部分，附加同一符号，不再重复说明。

[0133] 参照图9，焊接装置100C包括电源电路102A、电源控制装置104C、焊丝进给装置106、和焊炬4。

[0134] 电源电路102A在图1所示的电源电路102的结构的基础上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WL1及WL2被串联地插入在电源主电路PM的输出上。与晶体管TR2并联连接限流电阻器R。电源电路102A的其他部分的结构与图1的电源电路
102相同，因此不再重复说明。

[0135] 电源控制装置104C在图1所示的电源控制装置104的结构的基础上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、驱动电路DR。电源控制装置104C的其他部分的结构与图1的电源控制装置104相同，因此不再重复说明。

[0136] 图10是表示了在实施方式4的焊接装置中进行焊接时的焊接电压、焊接电流、和控制信号的动作波形图。

[0137] 图10的波形与图2的实施方式1的波形的不同之处在于，在时刻t1a，若检测到熔滴的缩颈部分，则减少焊接电流，在之后的时刻t2，产生电弧。

[0138] 由于产生了时刻t2的电弧时的电流值的大小与溅射的量成比例，因此在产生电弧时，若降低电流值，则能够减少溅射的产生。

[0139] 参照图9、图10，缩颈检测基准值设定电路VTN输出预先确定的缩颈检测基准值信号Vtn。缩颈检测电路ND以该缩颈检测基准值信号Vtn、图1中说明的焊接电压检测信号Vd及焊接电流检测信号Id为输入，在短路期间中的电压上升值ΔV达到了缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻(时刻t1a)成为高电平，在再次产生电弧而焊接电压检测信号Vd的值成为电弧判断值Vta以上的时刻(时刻t2)，输出成为低电平的缩颈检测信号Nd。因此，该缩颈检测信号Nd的高电平的期间成为缩颈检测期间Tn。

[0140] 另外，也可以在短路期间中的焊接电压检测信号Vd的微分值到达了与其相对应地设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻，将缩颈检测信号Nd改变成高电平。并且，也可以焊接电压检测信号Vd的值除以焊接电流检测信号Id的值来计算出熔滴的电阻值，在该电阻值的微分值到达了与其相对应地设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻，将缩颈检测信号Nd变换为高电平。缩颈检测信号Nd被输入到电源主电路PM。电源主电路PM在缩颈检测期间Tn内停止输出。

[0141] 驱动电路DR在该缩颈检测信号Nd为低电平时(非缩颈部分检测时)输出使晶体管TR2处于导通状态的驱动信号Dr。在缩颈检测期间Tn内，驱动信号Dr是低电平，因此晶体管TR2处于截止状态。其结果，限流电阻器R被插入到焊接电流Iw的通电路径(从电源主电路PM到焊炬4的路径)上。该限流电阻器R的值被设定为短路负荷(0.01～0.03Ω左右)的10倍以上大的值(0.5～3Ω左右)。因此，在焊接电源内的直流电抗器及电缆的电抗器上蓄积的能量被急速放电，如图10的时刻t1a～t2所示，焊接电流Iw急剧减少，成为小电流值。

[0142] 在时刻t2，若短路变成开路而再次产生电弧，则焊接电压Vw成为预先确定的电弧判断值Vta以上。检测该情况，缩颈检测信号Nd变成低电平，驱动信号Dr变成高电平。其结果，晶体管TR2处于导通状态，以后，成为利用图2在实施方式1中说明的电弧焊接的控制。以后的第1电弧期间Ta1和第2电弧期间Ta2已在图2中说明，因此不再重复说明。

[0143] 实施方式4的焊接装置在再次产生电弧时(时刻t2)能够减小再次产生电弧时电流值，因此除了在实施方式1中说明的焊接装置所起的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的溅射。

[0144] 另外，在实施方式4中，作为在检测出缩颈时急剧减少焊接电流Iw的方法，说明了在通电路径上插入限流电阻器R的方法。但是除了该方法以外，也可以是在焊接装置的输出端子间经由开关元件并联连接电容器，在检测到缩颈时，使开关元件处于导通状态，从电容器对放电电流进行通电之后，使焊接电流Iw急速减少的方法。

[0145] [实施方式5]

[0146] 在实施方式5中，在实施方式2中说明的焊接方法的基础上，通过在产生电弧之前检测熔滴的缩颈，从而在产生电弧前降低电流来减少溅射。

[0147] 图11是表示了实施方式5的焊接装置100D的结构的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式2的部分，对与实施方式2相同的部分附加同一符号，不再重复说明。

[0148] 参照图11，焊接装置100D包括电源电路102A、电源控制装置104D、焊丝进给装置106、和焊炬4。

[0149] 电源电路102A在图7所示的电源电路102的结构的基础上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WL1及WL2被串联地插入在电源主电路PM的输出上。与晶体管TR2并联连接限流电阻器R。电源电路102A的其他部分的结构与图7的电源电路
102相同，因此不再重复说明。

[0150] 电源控制装置104D在图7所示的电源控制装置104A的结构的基础上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、和驱动电路DR。电源控制装置104C的其他部分的构成与图7的电源控制装置104A相同，因此不再重复说明。

[0151] 此外，与缩颈检测关联的缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、驱动电路DR各自的动作已在实施方式4中说明，因此不再重复说明。

[0152] 实施方式5的焊接装置100D也能够减小再次产生电弧时的再次产生电弧时电流值，因此除了在实施方式2中说明的焊接装置所起的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的溅射。

[0153] [实施方式6]

[0154] 在实施方式6中，在实施方式3中说明的焊接方法的基础上，通过在产生电弧之前检测熔滴的缩颈，从而在产生电弧之前降低电流来减少溅射。

[0155] 图12是表示了实施方式6的焊接装置100E的结构的框图。在以下的说明中，仅说明不同于实施方式3的部分，对与实施方式3相同的部分附加同一符号，不再重复说明。

[0156] 参照图12，焊接装置100E包括电源电路102A、电源控制装置104E、焊丝进给装置106、和焊炬4。

[0157] 电源电路102A在图8所示的电源电路102的结构的基础上，还包括晶体管TR2和限流电阻器R。晶体管TR2与电抗器WL1及WL2被串联地插入在电源主电路PM的输出上。与晶体管TR2并联连接限流电阻器R。电源电路102A的其他部分的结构与图8的电源电路
102相同，因此不再重复说明。

[0158] 电源控制装置104E在图8所示的电源控制装置104B的结构的基础上，还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、和驱动电路DR。电源控制装置104C的其他部分的结构与图7的电源控制装置104B相同，因此不再重复说明。

[0159] 此外，与缩颈部分检测关联的缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、驱动电路DR各自的动作已在实施方式4中说明，因此不再重复说明。

[0160] 实施方式6的焊接装置100E也能够减小再次产生电弧时的再次产生电弧时电流值，因此除了在实施方式3中说明的焊接装置所起的效果之外，还能够进一步减少电弧产生开始时的溅射。

[0161] 另外，在实施方式6中，例示了在电压差位于规定范围时，使高电平电流的振幅中心电流Ihcr增减，在电压差位于规定范围外时，改变第1电弧期间Ta1，但是也可以同时改变振幅中心电流Ihcr和第1电弧期间Ta1。

[0162] 最后，参照图1等，再次总结实施方式1～6。

[0163] 实施方式1～6的焊接装置是通过使用二氧化碳作为保护气体中并交替地反复短路状态和电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接的焊接装置。焊接装置100、100A～100E具备：用于在焊炬4与母材2之间提供电压的电源电路102、102A；和控制电源电路
102、102A的电压的电源控制装置104、104A～104E。电源控制装置104、104A～104E控制电源电路102，102A，以便在短路期间之后接着的电弧期间的初期的第1电弧期间Ta1内输出高电平电流，在电弧期间的后期的第2电弧期间Ta2内输出与被恒压控制的焊接电压对应的电弧电流。电源控制装置104、104A～104E还控制102、102A，以便在振幅中心电流上叠加反复增减的波形来产生高电平电流。

[0164] 实施方式1、4的电源控制装置104、104C还增减振幅中心电流，以便减小焊接电压的平均值(平均电压Va)与焊接电压的电压设定值(设定电压Vr)之差。

[0165] 实施方式2、5的电源控制装置104A，104D中，控制部还使第1电弧期间增减，以便减小焊接电压的平均值(平均电压Va)与焊接电压的电压设定值(设定电压Vr)之差。

[0166] 实施方式3、6的电源控制装置104B、104E还在焊接电压的平均值(平均电压Va)与焊接电压的电压设定值(设定电压Vr)之差是第1范围(上限阈值Th1与下限阈值Th2之间)的情况下根据电压差使振幅中心电流增减，而在焊接电压的平均值(平均电压Va)与焊接电压的电压设定值(设定电压Vr)之差是不同于第1范围的第2范围(大于上限阈值Th1、或小于下限阈值Th2)的情况下，根据电压差使第1电弧期间增减。

[0167] 优选在焊接装置100、100A～100E中，反复增减的波形是三角波或正弦波。

[0168] 优选在焊接装置100C～100E中，电源控制装置104C～104E如在图10中说明的那样，在短路期间中检测出熔滴的缩颈的情况下，进行减少短路电流的缩颈部分检测控制。

[0169] 应该认为本次公开的实施方式在所有方面只是例示，并不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明展现的，而是根据专利请求的范围所展现的，试图包含与专利请求的范围均等的意思及范围内的所有变更。

标题	发布/更新时间	阅读量
焊接机-专利编号CN1223187A	2020-05-12	700
焊接转台-专利编号CN108015478A	2020-05-11	208
焊接面罩-专利编号CN107874908A	2020-05-11	808
焊接设备及其焊接方法-专利编号CN103464942A	2020-05-13	442
焊接电流源-专利编号CN103475207A	2020-05-13	684
焊接设备及其焊接方法-专利编号CN103464942B	2020-05-13	727
明弧焊接-专利编号CN1672860A	2020-05-12	820
焊接方法-专利编号CN1139477C	2020-05-12	894
焊接方法-专利编号CN1320067A	2020-05-11	166
焊接系统-专利编号CN109226997A	2020-05-11	151

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