CN102205456B - 等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，通过将第一峰值电流(Ipm)的通电和第一基值电流(Ibm)的通电作为一个脉冲周期(Tf)进行重复，来产生熔化极惰性气体保护电弧，在第一基值电流(Ibm)的通电期间的一部分或者全部期间内通上第二峰值电流(Ipp)，且在所述脉冲周期(Tf)的其他期间内通上第二基值电流(Ibp)，来产生等离子电弧，其中，控制第二峰值电流(Ipp)或者其通电期间(Tpp)，使得由第二峰值电流(Ipp)以及第二基值电流(Ibp)形成的等离子焊接电流(Iwp)的平均值等于预先设定的电流设定值。这样，在用一个焊炬产生熔化极惰性气体保护电弧以及等离子电弧的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法中，当在通上两电弧的焊接电流中使用脉冲波形时，能够防止母材的组织的恶化以及破裂，得到良好的焊接质量。

Description

等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接(plasmaMIG welding)方法，其采用一个焊炬使熔化极惰性气体保护(MIG：MetalInert Gas)电弧和等离子电弧同时产生，来进行焊接。

背景技术

在现有技术中，提案了对等离子焊接方法和熔化极惰性气体保护焊接方法进行组合的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法(参照例如专利文献1)。在这种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法中，通过在经由焊炬来进给的焊丝与母材之间通上熔化极惰性气体保护焊接电流，来使熔化极惰性气体保护电弧产生。与此同时，通过按照包围焊丝的方式来供给氩气(argon)等气体，并经由该气体在焊炬与母材之间通上等离子焊接电流，来使等离子电弧产生。焊丝作为使熔化极惰性气体保护电弧产生的电极发挥功能，并且，通过其前端进行熔融而成为熔滴来辅助母材的接合。因此，等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法多使用于厚板的高效率焊接、薄板的高速焊接等。

关于上述熔化极惰性气体保护焊接电流，为了抑制溅射(sputter)的产生、且稳定地供给熔滴，一般使用直流的脉冲波形。因此，熔化极惰性气体保护焊接方法是一般的熔化极惰性气体保护脉冲焊接方法。在包含熔化极惰性气体保护电弧脉冲焊接方法在内的熔化电极式电弧焊接方法中，将焊接中的电弧长维持成适当值是重要的，故要进行电弧长控制。上述等离子焊接电流使用直流或者直流脉冲波形。在此，公开了一种现有技术：通上由第一峰值电流以及第一基值电流形成的熔化极惰性气体保护焊接电流来使熔化极惰性气体保护电弧产生，且通上由第二峰值电流以及第二基值电流形成的等离子焊接电流来使等离子电弧产生，在这种情况下，在上述第一峰值电流通电中通上上述第二基值电流，且在上述第一基值电流通电中通上上述第二峰值电流(参照专利文献2)。即，在熔化极惰性气体保护焊接电流以及等离子焊接电流中使用脉冲波形，并且，使相位错开以使相互的峰值电流通电不叠加。这样，不会发生因相互的峰值电流叠加而引起的对母材的热输入变得过多的情况，故而在铝材的焊接中，能够防止组织的恶化以及破裂，能够得到好的焊接质量。在以后的说明中，当仅记载了电弧长时，其指的是熔化极惰性气体保护电弧的电弧长。以下，关于该现有技术进行说明。

图9是表示现有技术的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的波形图。该图(A)表示熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，该图(B)表示熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm，该图(C)表示等离子焊接电流Iwp。由于对熔化极惰性气体保护电弧的供电是通过恒压控制来进行，故表示了电流以及电压波形，且由于对等离子电弧的供电是通过恒流控制来进行，故仅表示了电流波形。以下，参照该图进行说明。

如该图(A)所示，在时刻t1～t2的峰值期间Tp内通上第一峰值电流Ipm，在时刻t2～t3的基值期间Tb内通上第一基值电流Ibm。该峰值期间Tp和基值期间Tb合起来为脉冲周期Tf。而且，与该熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的通电相对应，如该图(B)所示，在峰值期间Tp内，在焊丝与母材之间施加第一峰值电压Vpm，在基值期间Tb内，施加第一基值电压Vbm。

在熔化极惰性气体保护焊接中，为了得到良好的焊接质量，实施将电弧长维持成适当值的电弧长控制。通常，该电弧长控制是利用熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm与电弧长大致成正比的关系来控制脉冲周期，使得熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm的平均值等于预先设定的电压设定值。熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm的平均值，是使熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm通过低通滤波器而生成的。此电弧长控制的方式称作频率调制控制。在这种情况下，将峰值期间Tp、第一峰值电流Ipm、以及第一基值电流Ibm设定为规定值，使其成为常数的脉冲参数。将第一峰值电流Ipm设定在临界值以上，并将其与峰值期间Tp合在一起称作单位(unit)脉冲条件。该单位脉冲条件设定为在1个脉冲周期中进行1次熔滴过渡。第一基值电流Ibm设定为小于临界值的数十A左右的小电流值。单位脉冲条件以及第一基值电流Ibm根据焊丝的材质、直径、气体的种类等设定成适当值。上述的脉冲周期Tf是成为反馈控制中的操作量的参数，通过频率调制控制来应对电弧负载的变动而过渡性地时刻变化。当电弧状态处于稳定状态时，脉冲周期Tf是大致为一定值的恒定值。若焊丝的进给速度变化，则为了维持适当的电弧长，需要使熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值也与之对应地变化。这是由于电弧长是由进给速度与熔融速度之间的平衡来决定的，而熔融速度又与熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值成正比。即，由于在基于频率调制控制的电弧长控制中，若进给速度变化，则使电压设定值与其对应地变化成适当值，故脉冲周期Tf的恒定值会发生变化。换言之，在频率调制控制中，脉冲周期Tf随着进给速度而变化。

另一方面，等离子焊接电流Iwp与熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm同步。在此，若将自峰值期间Tp的结束时刻t2起经过了规定延迟期间Td的时刻设置为t21，则如该图(C)所示，在时刻t1～t21的期间内通上预先设定的第二基值电流Ibp，在时刻t21～t3的期间内通上预先设定的第二峰值电流Ipp。即，在等离子焊接电流Iwp的波形中，作为规定值的延迟期间Td、第二峰值电流Ipp以及第二基值电流Ibp是常数的脉冲参数，其周期与上述的脉冲周期Tf相同。通过这样，进行控制使得第一峰值电流Ipm的通电与第二峰值电流Ipp的通电不叠加。

专利文献1：JP特开2008-229641号公报

专利文献2：JP特开2008-105039号公报

在上述现有技术中，在进给速度恒定的情况下，脉冲周期Tf应对熔化极惰性气体保护电弧的负载变动而过渡性地变化。进一步地，脉冲周期Tf的恒定值随进给速度变化而与其对应地变化。这样，在熔化极惰性气体保护电弧中，通过脉冲周期Tf变化而将电弧长维持成适当值，成为稳定的电弧状态。另一方面，相对于等离子焊接电流Iwp，若脉冲周期Tf变化，则随之等离子焊接电流Iwp的平均值会变化。这是因为，如上所述，由于作为脉冲参数的延迟期间Td、第二峰值电流Ipp、以及第二基值电流Ibp是规定值，故若周期变化，则其平均值会变化。等离子焊接电流Iwp的平均值按照母材的焊接接头、板厚、焊接速度等进行设定以形成良好的焊道。然而，如上所述，若根据频率调制控制，脉冲周期Tf变化，则等离子焊接电流Iwp的平均值也会强制性地变化。其结果是，产生焊道变差的情况。

发明内容

为此，本发明的目的在于，提供一种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，即使是在对熔化极惰性气体保护焊接电流进行频率调制控制而使得脉冲周期变化的情况下，也能够将等离子焊接电流的平均值维持成规定值。

为了解决上述课题，本发明的第一方案是一种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，通过将第一峰值电流的通电和第一基值电流的通电作为一个脉冲周期进行重复，从而在焊丝与母材之间产生熔化极惰性气体保护电弧，并通过频率调制控制使所述脉冲周期变化，来控制所述熔化极惰性气体保护电弧的电弧长，通过在所述第一基值电流的通电期间的一部分或者全部期间内通上第二峰值电流，在所述脉冲周期的其他期间内通上第二基值电流，从而在所述母材与按照包围所述焊丝的方式配置的等离子电极之间产生等离子电弧，其中，控制所述等离子焊接电流的波形参数，使得由所述第二峰值电流以及所述第二基值电流形成的等离子焊接电流的平均值等于预先设定的电流设定值。

本发明的第二方案是：在本发明的第一方案的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法中，所述波形参数的控制为：将所述第二基值电流以及所述第二峰值电流的通电期间设定为规定值，通过反馈控制来使所述第二峰值电流变化，使得所述等离子焊接电流的平均值等于所述电流设定值。

本发明的第三方案是：在本发明的第一方案的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法中，所述波形参数的控制为：将所述第二基值电流以及所述第二峰值电流设定为规定值，通过反馈控制来使所述第二峰值电流的通电期间变化，使得所述等离子焊接电流的平均值等于所述电流设定值。

根据本发明，使相位错开使得熔化极惰性气体保护焊接电流的第一峰值电流的通电与等离子焊接电流的第二峰值电流的通电不叠加，且即使因熔化极惰性气体保护焊接电流的频率调制控制而引起脉冲周期变化，也能够进行控制使得等离子焊接电流的平均值成为规定值。因此，不会发生因相互的峰值电流叠加而引起的对母材的热输入变得过多的情况，并且，由于能够将来自等离子电弧的热输入设定为规定值，故在铝材的焊接中，能够防止组织的恶化以及破裂，能够得到良好的焊接质量。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式1的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的焊接装置的构成图。

图2是构成图1的焊接装置的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM的模块图。

图3是构成图1的焊接装置的等离子焊接电源PSP的模块图。

图4是在实施方式1中，当进给速度为低速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。

图5是在实施方式1中，当进给速度为高速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。

图6是本发明的实施方式2相关的等离子焊接电源PSP的模块图。

图7是在实施方式2中，当进给速度为低速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。

图8是在实施方式2中，当进给速度为高速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。

图9是表示现有技术中的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的波形图。

(附图标记说明)

1a：焊丝

1b：等离子电极

2：母材

3a：熔化极惰性气体保护电弧

3b：等离子电弧

4：供电端(チツプ)

7：进给辊

51：等离子喷嘴

52：保护气体喷嘴

61：中心气体

62：等离子气体

63：保护气体

EI：电流误差放大电路

Ei：电流误差放大信号

EV：电压误差放大电路

Ev：电压误差放大信号

FC：进给控制电路

Fc：进给控制信号

FR：进给速度设定电路

Fr：进给速度设定信号

Fw：进给速度

IAR：电流设定电路

Iar：电流设定信号

IAV：电流平均值计算电路

Iav：电流平均值信号

Ibm：第一基值电流

IBMR：第一基值电流设定电路

Ibmr：第一基值电流设定信号

Ibp：第二基值电流

IBPR：第二基值电流设定电路

Ibpr：第二基值电流设定信号

ID：电流检测电路

Id：电流检测信号

Ipm：第一峰值电流

IPMR：第一峰值电流设定电路

Ipmr：第一峰值电流设定信号

Ipp：第二峰值电流

IPPR：第二峰值电流设定电路

Ippr：第二峰值电流设定信号

IRC：电流设定控制电路

Irc：电流设定控制信号

Iwm：熔化极惰性气体保护焊接电流

Iwp：等离子焊接电流

NOT：逻辑非电路

Not：逻辑非信号

OD：接通延迟电路

Od：接通延迟信号

PM：电源主电路

PSM：熔化极惰性气体保护焊接电源

PSP：等离子焊接电源

SI：电流误差积分电路

SI2：第二电流误差积分电路

Tb：基值期间

Td：延迟期间

Tf：脉冲周期

Tfs：脉冲周期信号

Tod：接通延迟期间

TP：峰值期间

Tpp：第二峰值电流通电期间

TPPR：第二峰值电流通电期间设定电路

Tppr：第二峰值电流通电期间设定信号

TPPS：第二峰值电流通电期间定时电路

Tpps：第二峰值电流通电期间定时信号

TPR：峰值期间设定电路

Tpr：峰值期间设定信号

TPS：峰值期间定时电路

Tps：峰值期间定时信号

VAV：电压平均值计算电路

Vav：电压平均值信号

Vbm：第一基值电压

VD：电压检测电路

Vd：电压检测信号

VF：电压/频率变换电路

Vpm：第一峰值电压

VR：电压设定电路

Vr：电压设定信号

Vwm：熔化极惰性气体保护焊接电压

Vwp：等离子焊接电压

WM：进给电动机

WT：焊炬

具体实施方式

以下，参照附图，关于本发明的实施方式进行说明。

[实施方式1]

本发明的实施方式1，当通过针对熔化极惰性气体保护焊接电流的频率调制控制来使脉冲周期变化时，反馈控制第二峰值电流值，使得由第二峰值电流以及第二基值电流形成的等离子焊接电流的平均值等于预先设定的电流设定值。

图1是用于实施本发明的实施方式1相关的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的焊接装置的构成图。以下，参照该图，关于各构成物进行说明。

本焊接装置包括由虚线包围的焊炬WT、熔化极惰性气体保护焊接电源PSM、以及等离子焊接电源PSP。焊炬WT是在保护气体喷嘴52内将等离子喷嘴51、等离子电极1b、以及供电端(チツプ)4配置在同心轴上的构造。从保护气体喷嘴52与等离子喷嘴51之间的间隙，供给诸如氩气、氩气与二氧化碳的混合气体等的保护气体63。在等离子喷嘴51与等离子电极1b之间，供给诸如氩气、氩气与二氧化碳的混合气体等的等离子气体62。在等离子电极1b与供电端4之间，供给诸如氩气、氩气与二氧化碳的混合气体等的中心(center)气体61。

从设置在供电端4上的贯通孔来进给焊丝1a。供电端4对焊丝1a进行导通。焊丝1a通过以进给电动机WM为驱动源的进给辊7的旋转来进给。等离子电极1b由诸如铜或者铜合金组成，并由经过图外的路径的冷却水间接地进行水冷却。等离子喷嘴51由诸如铜或者铜合金组成，并通过形成通冷却水的流路，来进行直接冷却。在焊炬WT通常由机器人(图示省略)保持的状态下，使之相对母材2进行移动。在焊丝1a的前端与母材2之间产生熔化极惰性气体保护电弧3a。在等离子电极1b与母材2之间，产生由等离子气体62进行热限制的等离子电弧3b。因此，熔化极惰性气体保护电弧3a成为被等离子电弧3b包围的状态。因此，等离子电弧3b有限制熔化极惰性气体保护电弧3a的形状扩大的作用。

熔化极惰性气体保护焊接电源PSM是用于通过经由供电端4在焊丝1a与母材2之间施加熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm来通上熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的电源。从熔化极惰性气体保护焊接电源PSM对进给电动机WM发送进给控制信号Fc，从而控制焊丝1a的进给速度。另外，从熔化极惰性气体保护焊接电源PSM输出后述的峰值期间定时信号Tps到等离子焊接电源PSP。当从熔化极惰性气体保护焊接电源PSM施加熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm时，使焊丝1a在“+”侧。熔化极惰性气体保护焊接电源PSM是恒压特性的电源，对其进行控制，以使熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm等于预先设定的电压设定信号Vr(图示省略)的值。另外，熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值根据焊丝1a的进给速度来决定其值。

等离子焊接电源PSP是用于通过在等离子电极1b与母材2之间施加等离子焊接电压Vwp来通上等离子焊接电流Iwp的电源。当从等离子焊接电源PSP施加等离子焊接电压Vwp时，使等离子电极1b在“+”侧。等离子焊接电源PSP是恒流特性的电源，对其进行控制以使形成等离子焊接电流Iwp的第二峰值电流以及第二基值电流为规定值。

图2是构成上述的图1的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM的模块图。以下，参照该图，关于各模块进行说明。

电源主电路PM将3相200V等商用电源(图示省略)作为输入，依照后述的电流误差放大信号Ei进行逆变控制等的输出控制，并输出熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm以及熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm。该电源主电路PM，图示虽省略，但其由以下构成：一次整流电路，其对商用电源进行整流；电容器，其平滑整流后的直流；逆变器电路，其将平滑后的直流变换成高频交流；逆变变压器(inverter transformer)，其将高频交流降压成适合电弧焊接的电压值；二次整流电路，其对降压后的高频交流进行整流；电抗器(reactor)，其平滑整流后的直流；和驱动电路，其依照后述的电流误差放大信号Ei来进行PWM调制控制，并基于其结果来驱动逆变器电路。焊丝1a穿过供电端4内部，由与进给电动机WM结合的进给辊7来实施进给，并与母材2之间产生熔化极惰性气体保护电弧3a。焊炬的构造与图1相同，在此简化来进行图示。

电压检测电路VD检测脉冲波形的熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm，并输出电压检测信号Vd。电压平均值计算电路VAV计算该电压检测信号Vd的平均值，并输出电压平均值信号Vav。该平均值的计算是通过经由低通滤波器来进行的。

进给速度设定电路FR输出预先设定的进给速度设定信号Fr。进给控制电路FC将用于以由该进给速度设定信号Fr决定的进给速度Fw来进给焊丝1a的进给控制信号Fc输出到进给电动机WM。

电压设定电路VR输出预先设定的电压设定信号Vr。电压误差放大电路EV对该电压设定信号Vr与上述的电压平均值信号Vav之间的误差进行放大，并输出电压误差放大信号Ev。电压/频率变换电路VF输出具有与该电压误差放大信号Ev的值对应的频率的脉冲周期信号Tfs。该脉冲周期信号Tfs是在每个脉冲周期中仅短时间为高电平(High level)的触发信号。

峰值期间设定电路TPR输出预先设定的峰值期间设定信号Tpr。若上述的脉冲周期信号Tfs成为高电平，则峰值期间定时电路TPS将仅在由上述的峰值期间设定信号Tpr的值决定的期间内为高电平的峰值期间定时信号Tps输出到后述的电流设定控制电路IRC，并且，还输出到等离子焊接电源PSP。当该峰值期间定时信号Tps为高电平时，成为峰值期间，而当为低电平(Low level)时，成为基值期间。

第一基值电流设定电路IBMR输出预先设定的第一基值电流设定信号Ibmr。第一峰值电流设定电路IPMR输出预先设定的第一峰值电流设定信号Ipmr。电流设定控制电路IRC，在上述峰值期间定时信号Tps为低电平时，将上述第一基值电流设定信号Ibmr作为电流设定控制信号Irc输出，而在为高电平时，将上述第一峰值电流设定信号Ipmr作为电流设定控制信号Irc输出。

电流检测电路ID检测脉冲波形的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，并输出电流检测信号Id。电流误差放大电路EI对上述电流设定控制信号Irc与上述电流检测信号Id之间的误差进行放大，输出电流误差放大信号Ei。上述的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM，按照脉冲周期变化来进行频率调制控制以使熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm的平均值等于电压设定信号Vr的值，故为恒压特性的电源。

图3是构成上述的图1的等离子焊接电源PSP的模块图。以下，参照该图，对各模块进行说明。

电源主电路PM将3相200V等商用电源(图示省略)作为输入，依照后述的电流误差放大信号Ei进行逆变控制等的输出控制，输出等离子焊接电流Iwp。该等离子焊接电流Iwp经过等离子电极1b、等离子电弧3b、母材2来进行通电。焊炬的构造与上述的图1相同，但在此简化来进行图示。

逻辑非电路NOT，如上所述，将来自熔化极惰性气体保护焊接电源PSM的峰值期间定时信号Tps作为输入，对其进行逻辑非处理，并输出逻辑非信号Not。该逻辑非信号Not是在熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的峰值期间内为低电平、在基值期间内为高电平的信号。接通延迟电路OD将该逻辑非信号Not作为输入，并输出使该信号成为高电平的状态延迟预先设定的接通延迟期间Tod的接通延迟信号Od。第二峰值电流通电期间设定电路TPPR输出预先设定的第二峰值电流通电期间设定信号Tppr。第二峰值电流通电期间定时电路TPPS将上述逻辑非信号Not、上述接通延迟信号Od、以及该第二峰值电流通电期间设定信号Tppr作为输入，自接通延迟信号Od变化成高电平的时刻起，仅在由第二峰值电流通电期间设定信号Tppr决定的期间内生成成为高电平的信号，并取该信号与逻辑非信号Not的逻辑与，输出第二峰值电流通电期间定时信号Tpps。当该第二峰值电流通电期间定时信号Tpps为高电平时，变成第二峰值电流通电的期间，当为低电平时，变成第二基值电流通电的期间。而且，该第二峰值电流通电期间定时信号Tpps成为高电平的期间，由于是与逻辑非信号Not进行过逻辑与运算的信号，故被限定在熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的基值期间内。

电流检测电路ID检测脉冲波形的等离子焊接电流Iwp，并输出电流检测信号Id。电流平均值计算电路IAV将该电流检测信号Id作为输入，并计算其平均值，且作为电流平均值信号Iav进行输出。电流设定电路IAR输出用于设定等离子焊接电流Iwp的平均值的、预先设定的电流设定信号Iar。电流误差积分电路SI将该电流设定信号Iar、以及上述电流平均值信号Iav作为输入，并输出第二峰值电流设定信号Ippr，其中，Ippr＝Ipp0+∫(Iar-Iav)·dt。在此，Ipp0是预先设定的第二峰值电流的初始值。积分在焊接中进行。第二基值电流设定电路IBPR输出预先设定的第二基值电流设定信号Ibpr。电流设定控制电路IRC将上述第二峰值电流通电期间定时信号Tpps、上述第二峰值电流设定信号Ippr、以及上述第二基值电流设定信号Ibpr作为输入，当第二峰值电流通电期间定时信号Tpps为高电平时，将第二峰值电流设定信号Ippr作为电流设定控制信号Irc进行输出，当为低电平时，将第二基值电流设定信号Ibpr作为电流设定控制信号Irc进行输出。电流误差放大电路EI对该电流设定控制信号Irc与上述电流检测信号Id之间的误差进行放大，输出电流误差放大信号Ei。通过依照该电流误差放大信号Ei来进行焊接电源的输出控制，从而通上由第二峰值电流以及第二基值电流形成的等离子焊接电流Iwp。

图4以及图5是上述的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。图4是进给速度设定得比图5的进给速度低，且通过频率调制控制而使脉冲周期Tf比图5的脉冲周期长的情况。另一方面，图5是进给速度设定得比图4的进给速度高，且通过频率调制控制而使脉冲周期Tf比图4的脉冲周期短的情况。以下，采用两个图来说明动作。

图4是表示当进给速度为低速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。该图(A)表示熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，该图(B)表示等离子焊接电流Iwp，该图(C)表示脉冲周期信号Tfs，该图(D)表示峰值期间定时信号Tps，该图(E)表示第二峰值电流通电期间定时信号Tpps。该图是通过频率调制控制而峰值期间Tp与脉冲周期Tf之间的时间比大约为1∶5的情况。以下，参照该图来说明动作。

如该图(C)所示，脉冲周期信号Tfs是在时刻t1以及时刻t3仅短时间成为高电平的触发信号。该时刻t1～t3的期间为脉冲周期Tf1。该脉冲周期Tf1按照熔化极惰性气体保护焊接电压的平均值等于电压设定信号Vr的值的方式通过频率调制控制而决定。如该图(D)所示，峰值期间定时信号Tps为自脉冲周期信号Tfs变化成高电平的时点(时刻t1以及t3)起，仅在由峰值期间设定信号Tpr决定的期间(时刻t1～t2的期间)内，成为高电平的信号。因此，如该图(D)所示，峰值期间定时信号Tps在时刻t1～t2的峰值期间Tp内为高电平，在时刻t2～t3的基值期间Tb内为低电平。如该图(A)所示，熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，在峰值期间定时信号Tps为高电平的峰值期间Tp内通上第一峰值电流Ipm，在低电平的基值期间Tb内通上第一基值电流Ibm。

如该图(E)所示，第二峰值电流通电期间定时信号Tpps，自该图(D)所示的峰值期间定时信号Tps变化成低电平的时刻t2起，在经过了预先设定的接通延迟期间Tod的时刻t21，成为高电平，并自该时刻起，在经过了由第二峰值电流通电期间设定信号Tppr决定的时间的时刻t22，成为低电平。因此，如该图(E)所示，第二峰值电流通电期间定时信号Tpps仅在时刻t21～t22的期间为高电平。如该图(B)所示，等离子焊接电流Iwp在该图(E)所示的第二峰值电流通电期间定时信号Tpps成为高电平的时刻t21～t22的期间内通上第二峰值电流Ipp，在成为低电平的时刻t1～t21以及时刻t22～t3的期间内通上第二基值电流Ibp。

在该图(A)所示的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形中，第一峰值电流Ipm、第一基值电流Ibm、以及峰值期间Tp是规定值，脉冲周期Tf通过频率调制控制而变化，随之基值期间Tb也发生变化。另一方面，在该图(B)所示的等离子焊接电流Iwp的波形中，第二基值电流Ibp以及第二峰值电流通电期间Tpp是规定值。而且，即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的频率调制控制而脉冲周期Tf变化，也能够控制第二峰值电流Ipp的值使得等离子焊接电流Iwp的平均值为设定值。将该控制称作电流调制控制。在该图中，第二峰值电流Ipp＝Ipp1。

图5是当进给速度为高速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。该图(A)表示熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，该图(B)表示等离子焊接电流Iwp，该图(C)表示脉冲周期信号Tfs，该图(D)表示峰值期间定时信号Tps，该图(E)表示第二峰值电流通电期间定时信号Tpps。该图是通过频率调制控制而峰值期间Tp与脉冲周期Tf之间的时间比大约为1∶2的情况。该图与图4对应，故针对相同的动作省略其说明，针对不同点加以说明。

在该图(A)所示的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形中，第一峰值电流Ipm、第一基值电流Ibm、以及峰值期间Tp分别与图4中相对应的Ipm、Ibm、以及Tp是相同值，脉冲周期Tf通过频率调制控制而变化，随之基值期间Tb也发生变化。在图4中，脉冲周期Tf＝Tf1，在该图中，脉冲周期Tf＝Tf2。Tf1＞Tf2。另一方面，在该图(B)所示的等离子焊接电流Iwp的波形中，第二基值电流Ibp、以及第二峰值电流通电期间Tpp分别与图4中相对应的Ibp、以及Tpp是相同值。而且，即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的频率调制控制而脉冲周期Tf变化，也能够控制第二峰值电流Ipp的值使得等离子焊接电流Iwp的平均值为电流设定值。在图4中，第二峰值电流Ipp＝Ipp1，在该图中，第二峰值电流Ipp＝Ipp2。Ipp1＞Ipp2。这是由于，脉冲周期Tf在该图中短，故为了得到相同的平均值，能够使第二峰值电流Ipp变小。

在该图中，列举数值例进行说明。使作为熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形参数的第一峰值电流Ipm＝450A，第一基值电流Ibm＝50A，峰值期间Tp＝2ms，并控制使脉冲周期Tf1＝10ms。另一方面，若使作为等离子焊接电流Iwp的波形参数的接通延迟的期间Tod＝0，第二基值电流Ibp＝50A，第二峰值电流通电期间Tpp＝2ms，且通过电流调制控制而第二峰值电流Ipp＝50～450A的范围变化，则等离子焊接电流Iwp的平均值能够设定在50～130A的范围。此时的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值是130A。由于等离子焊接电流Iwp的平均值在实际应用中多设定在熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值以下，故上述的设定范围并没有问题。在图5的情况下，若使脉冲周期Tf2＝4ms，则等离子焊接电流Iwp的平均值能够设定在50～250A的范围。此时的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值是250A。关于该设定范围，与上述相同。

设置接通延迟期间Tod的理由如下。在接通延迟期间Tod＝0的情况下，在图4以及图5的时刻t2，第一峰值电流Ipm呈下降沿，第二峰值电流Ipp呈上升沿。而在实际的电流波形中，由于焊接电源内部的电抗器以及外部的电缆的牵引引起的电抗器的影响，下降沿以及上升沿存在倾斜。为此，通过设置接通延迟期间Tod，防止了在下降沿与上升沿交叉的期间内电流的叠加，从而抑制了到母材的过热。

根据上述的实施方式1，使相位错开以使熔化极惰性气体保护焊接电流的第一峰值电流的通电与等离子焊接电流的第二峰值电流的通电不叠加，且即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流的频率调制控制使脉冲周期变化，也能够进行控制以使等离子焊接电流的平均值成为规定值。因此，不会发生因相互的峰值电流叠加而引起的对母材的热输入变得过多的情况，并且，由于能够将来自等离子电弧的热输入设定为规定值，故在铝材的焊接中，能够防止组织的恶化以及破裂，能够得到良好的焊接质量。进一步地，在本实施方式中，由于进行控制使等离子焊接电流的平均值始终为规定值，故来自等离子电弧的对焊丝的预热是恒定的，焊丝的熔滴过渡被稳定化，能够减少焊接烟尘以及溅射的产生。

[实施方式2]

本发明的实施方式2，当通过针对熔化极惰性气体保护焊接电流的频率调制控制而脉冲周期变化时，反馈控制第二峰值电流的通电期间，使得由第二峰值电流以及第二基值电流形成的等离子焊接电流的平均值等于预先设定的电流设定值。

用于实施实施方式2相关的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的焊接装置与上述的图1相同。另外，关于构成焊接装置的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM的模块图也与上述的图2相同。但是，构成焊接装置的等离子焊接电源PSP的模块图与上述的图3相比，有一部分不同，以下，关于该不同点进行说明。

图6是实施方式2相关的等离子焊接电源PSP的模块图。在该图中，对于与上述的图3相同的模块赋予相同的符号，并省略其说明。该图删除了图3的第二峰值电流通电期间设定电路TPPR，将图3的电流误差积分电路SI置换成虚线所示的第二电流误差积分电路SI2，并追加了虚线所示的第二峰值电流设定电路IPPR。以下，关于这些模块，参照该图进行说明。

第二电流误差积分电路SI2将电流设定信号Iar以及电流平均值信号Iav作为输入，输出第二峰值电流通电期间设定信号Tppr，其中，Tppr＝Tpp0+∫(Iar-Iav)·dt。在此，Tpp0是预先设定的第二峰值电流通电期间的初始值。积分在焊接中进行。第二峰值电流设定电路IPPR输出预先设定的第二峰值电流设定信号Ippr。

图7以及图8是实施方式2的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。图7与上述的图4对应，是进给速度设定得比图8的进给速度低，且通过频率调制控制而使脉冲周期Tf比图8的脉冲周期长的情况。另一方面，图8与上述的图5对应，是进给速度设定得比图7的进给速度高，且通过频率调制控制而使脉冲周期Tf比图7的脉冲周期短的情况。以下，采用两图来说明动作。

图7是表示当进给速度为低速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。该图(A)表示熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，该图(B)表示等离子焊接电流Iwp，该图(C)表示脉冲周期信号Tfs，该图(D)表示峰值期间定时信号Tps，该图(E)表示第二峰值电流通电期间定时信号Tpps。该图是通过频率调制控制而使峰值期间Tp与脉冲周期Tf之间的时间比大约为1∶5的情况。以下，参照该图来说明动作。

如该图(C)所示，脉冲周期信号Tfs是在时刻t1以及时刻t3仅短时间成为高电平的触发信号。该时刻t1～t3的期间为脉冲周期Tf1。该脉冲周期Tf1按照熔化极惰性气体保护焊接电压的平均值等于电压设定信号Vr的值的方式通过频率调制控制被决定。如该图(D)所示，峰值期间定时信号Tps是，自脉冲周期信号Tfs变化成高电平的时点(时刻t1以及t3)起，仅在由峰值期间设定信号Tpr决定的期间(时刻t1～t2的期间)内，成为高电平的信号。因此，如该图(D)所示，峰值期间定时信号Tps在时刻t1～t2的峰值期间Tp内为高电平，在时刻t2～t3的基值期间Tb内为低电平。如该图(A)所示，熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，在峰值期间定时信号Tps为高电平的峰值期间Tp内通上第一峰值电流Ipm，在低电平的基值期间Tb内通上第一基值电流Ibm。

如该图(E)所示，第二峰值电流通电期间定时信号Tpps，自该图(D)所示的峰值期间定时信号Tps变化成低电平的时刻t2起，在经过了预先设定的接通延迟期间Tod的时刻t21，成为高电平，并自该时点起，在经过了由第二峰值电流通电期间设定信号Tppr决定的时间后的时刻t22，成为低电平。因此，如该图(E)所示，第二峰值电流通电期间定时信号Tpps仅在时刻t21～t22的期间为高电平。如该图(B)所示，等离子焊接电流Iwp在该图(E)所示的第二峰值电流通电期间定时信号Tpps成为高电平的时刻t21～t22的期间内通上第二峰值电流Ipp，在成为低电平的时刻t1～t21以及时刻t22～t3的期间内通上第二基值电流Ibp。

在该图(A)所示的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形中，第一峰值电流Ipm、第一基值电流Ibm、以及峰值期间Tp是规定值，脉冲周期Tf通过频率调制控制而变化，随之基值期间Tb也发生变化。另一方面，在该图(B)所示的等离子焊接电流Iwp的波形中，第二基值电流Ibp以及第二峰值电流Ipp是规定值。而且，即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的频率调制控制而脉冲周期Tf变化，也能够控制第二峰值电流通电期间Tpp使得等离子焊接电流Iwp的平均值成为电流设定值。将该控制称作期间调制控制。在该图中，第二峰值电流通电期间Tpp＝Tpp1。

图8是当进给速度为高速时的熔化极惰性气体保护焊接电源PSM以及等离子焊接电源PSP的各信号的时序图。该图(A)表示熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm，该图(B)表示等离子焊接电流Iwp，该图(C)表示脉冲周期信号Tfs，该图(D)表示峰值期间定时信号Tps，该图(E)表示第二峰值电流通电期间定时信号Tpps。该图是通过频率调制控制而使峰值期间Tp与脉冲周期Tf之间的时间比大约为1∶2的情况。该图与图7对应，故针对相同的动作省略其说明，仅针对不同点加以说明。

在该图(A)所示的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形中，第一峰值电流Ipm、第一基值电流Ibm、以及峰值期间Tp分别与图7中相对应的Ipm、Ibm、以及Tp是相同值，脉冲周期Tf通过频率调制控制而变化，随之基值期间Tb也发生变化。在图7中，脉冲周期Tf＝Tf1，在该图中，脉冲周期Tf＝Tf2。Tf1＞Tf2。另一方面，在该图(B)所示的等离子焊接电流Iwp的波形中，第二基值电流Ibp、以及第二峰值电流Ipp分别与图7中相对应的Ibp、以及Ipp是相同值。而且，即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的频率调制控制而使脉冲周期Tf变化，也能够控制第二峰值电流通电期间Tpp的时间长度使得等离子焊接电流Iwp的平均值成为电流设定值。在图7中，第二峰值电流通电期间Tpp＝Tpp1，在该图中，第二峰值电流通电期间Tpp＝Tpp2。Tpp1＞Tpp2。这是由于，脉冲周期Tf在该图中短，故为了得到相同的平均值，第二峰值电流通电期间Tpp变短。

在该图中，列举数值例进行说明。使作为熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的波形参数的第一峰值电流Ipm＝450A，第一基值电流Ibm＝50A，峰值期间Tp＝2ms，并控制使脉冲周期Tf1＝10ms。另一方面，若使作为等离子焊接电流Iwp的波形参数的接通延迟期间Tod＝0，第二基值电流Ibp＝50A，第二峰值电流Ipp＝450A，且通过期间调制控制使第二峰值电流通电期间Tpp＝0～8ms的基值期间Tb的范围内变化，则等离子焊接电流Iwp的平均值能够设定在50～370A的范围。此时的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值是130A。在图8的情况下，若使脉冲周期Tf2＝4ms，则等离子焊接电流Iwp的平均值能够设定在50～250A的范围。此时的熔化极惰性气体保护焊接电流Iwm的平均值是250A。

根据上述的实施方式2，即使通过熔化极惰性气体保护焊接电流的频率调制控制来使脉冲周期变化，也能够通过控制等离子焊接电流的第二峰值电流通电期间来将等离子焊接电流的平均值设定为规定值。因此，起到与实施方式1相同的效果。进一步地，还能够使等离子焊接电流的平均值的设定范围比实施方式1宽。

作为其他实施方式，可以对第二基值电流值进行反馈控制使得等离子焊接电流的平均值等于电流设定值。进一步地，还可以对第二峰值电流值、第二基值电流值、或者第二峰值电流通电期间之中的至少两个以上进行组合来进行反馈控制使得等离子焊接电流的平均值等于电流设定值。另外，在针对熔化极惰性气体保护电弧的频率调制控制中，可以使用第一峰值电压Vpm的瞬时值或者平均值来代替熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm的平均值。这是由于，在母材中使用铝材的情况下，相比熔化极惰性气体保护焊接电压Vwm的平均值，利用第一峰值电压Vpm的瞬时值或者平均值能够更加正确地检测电弧长。

Claims (3)

1.一种等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，通过将第一峰值电流的通电和第一基值电流的通电作为一个脉冲周期进行重复，从而在焊丝与母材之间产生熔化极惰性气体保护电弧，并通过频率调制控制使所述脉冲周期变化，来控制所述熔化极惰性气体保护电弧的电弧长，

通过在所述第一基值电流的通电期间的一部分或者全部期间内通上第二峰值电流，在所述脉冲周期的其他期间内通上第二基值电流，从而在所述母材与按照包围所述焊丝的方式配置的等离子电极之间产生等离子电弧，

该等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法的特征在于，

如果通过所述频率调制控制而所述脉冲周期发生变化，从而由所述第二峰值电流以及所述第二基值电流形成的等离子焊接电流的平均值产生变化，则控制所述等离子焊接电流的波形参数，使得所述等离子焊接电流的平均值等于预先设定的电流设定值。

2.根据权利要求1所述的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，其特征在于，

所述波形参数的控制为：将所述第二基值电流以及所述第二峰值电流的通电期间设定为规定值，通过反馈控制来使所述第二峰值电流变化，使得所述等离子焊接电流的平均值等于所述电流设定值。

3.根据权利要求1所述的等离子熔化极惰性气体保护电弧焊的焊接方法，其特征在于，

所述波形参数的控制为：将所述第二基值电流以及所述第二峰值电流设定为规定值，通过反馈控制来使所述第二峰值电流的通电期间变化，使得所述等离子焊接电流的平均值等于所述电流设定值。