CN102794549B - 焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种焊接装置，通过将二氧化碳用作保护气体，交替反复短路状态与电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接。控制电源电路，从而在短路期间后续的电弧期间的初期的第一电弧期间(Ta1)中输出高电平电流，在电弧期间的后期的第二电弧期间(Ta2)中输出与进行了恒压控制的焊接电压相对应的电弧电流。与供给焊丝的速度的速度设定值在指定范围(X2)外的情况相比，在速度设定值在指定范围(X2)内的情况下，增加重叠到高电平基值电流上的以指定周期增减的波形的振幅。据此，在短路转移区域中和在珠滴转移区域中都能够进行稳定的焊接。

Description

焊接装置

技术领域

该发明涉及焊接装置，尤其涉及进行二氧化碳电弧焊接的焊接装置。

背景技术

JP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与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执行熔滴的形成过程与熔滴向母材的转移过程。

图16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。

参照图16，在反复进行短路与电弧产生的消耗电极式电弧焊接方法中，以下说明的(a)～(f)的过程依次反复执行。(a)熔滴与熔融池接触的短路初始状态；(b)熔滴与熔融池的接触变得可靠，熔滴向熔融池转移的短路中期状态；(c)熔滴向熔融池侧转移，焊丝与熔融池之间的熔滴产生了缩颈的短路后期状态；(d)短路断开，产生了电弧的状态；

(e)焊丝的前端熔融，熔滴生长的电弧产生状态；以及(f)熔滴生长，即将与熔融池短路的电弧产生状态。

专利文献1：JP特公平4-4074号公报

在特公平4-4074号公报中示出的以往的短路转移焊接中，规则地产生电弧与短路。但是，在以较大的电流(＞200A)通过二氧化碳电弧焊接法进行焊接的情况下，在与短路相伴随的珠滴(globule)转移中，由于电弧反作用力，熔滴向焊丝上部上压，电弧时间延长，周期性的短路产生变得困难，不规则地产生电弧与短路。

如上所述，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稳定，焊缝的焊趾的一致性变差。

另外，较高的电流对熔融池在不规则的位置处施加过大的电弧力作用，因而使熔融池较大且不规则地振动，特别是将熔融池向与焊接方向相反侧推出，从而容易产生凹凸不平焊道。

特别是，为了提高生产性，需要使焊接速度为高速，在高速焊接中由于上述间题的影响导致的焊接质量劣化变得显著。此外，为了使焊接速度为高速，需要加快送丝速度以争取单位焊接量。存在着与此相伴焊接电流变高的关系。

但是，由于焊接速度、送丝速度、焊接电流根据焊接对象进行各种选择，所以焊接装置在发生伴随上述短路的珠滴转移的焊接速度区域、送丝速度区域或者焊接电流区域(以下称为珠滴转移区域)以外的区域(例如短路转移区域)中也被使用。因此，要求焊接装置在珠滴转移区域内外进行稳定的焊接。特别是，在与珠滴转移的区域相比焊丝前端的熔滴尺寸较小，熔融池也较小的短路转移区域(低碳钢实芯，焊丝直径1.2mm，大致焊接电流100A以下)中，或者即使处于珠滴转移区域中但处于较高的电流域中，若焊接装置的控制与珠滴转移区域的较低的电流域进行同样的控制，则熔融池、焊丝前端的熔滴容易变得不规则，损坏焊缝外观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在珠滴转移区域内外进行稳定焊接的焊接装置。

对本发明进行概括，本发明是一种焊接装置，通过将二氧化碳用作保护气体，交替反复短路状态与电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接，包括：电源电路，用于在焊枪与母材之间提供电压；以及控制部，控制电源电路的电压。控制部控制电源电路，从而在短路期间后续的电弧期间的初期的第一电弧期间中输出高电平电流，在电弧期间的后期的第二电弧期间中输出与进行了恒压控制的焊接电压相对应的电弧电流。此外，控制部控制电源电路，从而将以指定周期增减的波形重叠到高电平基值电流上并产生高电平电流。此外，与焊接电流的电流设定值或者对焊枪供给焊丝的速度的速度设定值在指定范围外的情况相比，在电流设定值或者速度设定值在指定范围内的情况下，控制部增加波形的振幅。

较为理想的是，电源电路构成为能够在控制部的控制下可变地控制对焊枪供给电流的供给路径的电感值，控制部在电流设定值或者速度设定值比指定范围小的情况下，与电流设定值或者速度设定值在指定范围内的情况相比，减少第二电弧期间中的电源电路的电感值。

较为理想的是，波形是三角波或正弦波。

较为理想的是，控制部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检出控制。

发明效果

根据本发明，在发生短路转移的电流域中使重叠到高电平基值电流上的三角波的振幅变小或者为零，在发生珠滴转移的电流域中使三角波的振幅达到最大振幅。据此，在发生短路转移的电流域中和在发生珠滴转移的电流域中都能够减少熔滴的飞散，进行飞溅较少的焊接。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的焊接装置的模块图。

图2是表示图1的振幅设定电路WH以及电感设定电路LR中存储的函数的一例的图。

图3是一般的焊接装置的等效电路图。

图4是表示对应于式(5)的等效电路的图。

图5是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在发生珠滴转移的电流域中的低电流域中进行焊接时的焊接电压以及焊接电流的动作波形图。

图6是表示图5的点Pa处的焊接部分的状态的图。

图7是表示图5的点Pb处的焊接部分的状态的图。

图8是表示图5的点Pc处的焊接部分的状态的图。

图9是表示图5的点Pd处的焊接部分的状态的图。

图10是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在发生短路转移的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

图11是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在珠滴转移区域中的较高的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

图12是表示实施方式2所涉及的焊接装置100A的结构的模块图。

图13是表示用实施方式2所涉及的焊接装置进行焊接时的焊接电压以及焊接电流与控制信号的动作波形图。

图14是表示用实施方式2所涉及的焊接装置在发生短路转移的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

图15是表示用实施方式2所涉及的焊接装置在珠滴转移区域中的较高的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

图16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。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，对图中相同或相应的部分标注相同符号，不重复进行其说明。

此外，本实施方式中说明的焊接方法是反复短路状态与电弧状态的焊接方法，与脉冲电弧焊接方法不同。

实施方式1

图1是实施方式1所涉及的焊接装置的模块图。

参照图1，焊接装置100包括电源电路102、电源控制装置104、送丝装置106、以及焊枪4。

电源控制装置104控制电源电路102，控制使得对焊枪4输出的焊接电流Iw以及焊接电压Vw成为适合于焊接的值。

送丝装置106对焊枪4供给焊丝1。以二氧化碳为主要成分的保护气体从焊枪4的前端部分放出。在从焊枪4的前端突出的焊丝1与母材2之间产生电弧3，焊丝1熔融并焊接母材。送丝装置106包括供给速度设定电路FR、供给控制电路FC、供给电动机WM、以及供给辊5。

电源电路102包括电源主电路PM、电阻值Rio、电抗器DCL、电压检测电路VD、以及电流检测电路ID。

电源主电路PM以三相200V等商业电源(未图示)为输入，按照后述的电流误差放大信号Ei进行基于逆变器控制的输出控制，输出输出电压E以及焊接电流Iw。虽然未图示，但电源主电路PM例如包括如下部件而构成：对商业电源进行整流的一次整流器、对整流了的直流进行平滑的电容器、将平滑了的直流转换为高频交流的逆变器电路、将高频交流降压至适合于电弧焊接的电压值的高频变压器、对降压了的高频交流进行整流的二次整流器、以及以电流误差放大信号Ei为输入进行脉冲宽度调制控制，基于其结果驱动上述逆变器电路的驱动电路。

电抗器DCL对电源主电路PM的输出进行平滑。

供给速度设定电路FR输出相当于预先确定的供给速度设定值的供给速度设定信号Fr。供给控制电路FC对供给电动机WM输出用于以相当于供给速度设定信号Fr的值的供给速度供给焊丝1的供给控制信号Fc。

焊丝1通过送丝装置106的供给辊5的转动经过焊枪4内被供给，在与母材2之间产生电弧3。

电流检测电路ID检测焊接电流Iw，并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。

电源控制装置104包括如下部件而构成：电弧检测电路AD、定时器电路TM、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、第一焊接电流设定电路IR1、电感设定电路LR、输出电压设定电路ER、第二焊接电流设定电路IR2、焊接电流设定切换电路SW、以及电流误差放大电路EI。

电弧检测电路AD接收焊接电压检测信号Vd作为输入信号，通过焊接电压检测信号Vd的值达到阈值以上判别电弧的产生后，输出变为高(High)电平的电弧检测信号Ad。定时器电路TM接收电弧检测信号Ad作为输入信号，输出从电弧检测信号Ad变为高电平起预定期间中为高电平的定时器信号Tm。

振幅中心电流设定电路IHCR输出作为预先确定的高电平基值电流的振幅中心电流设定信号Ihcr。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接收从供给速度设定电路FR输出的供给速度设定信号Fr作为输入信号，按照预先确定的函数输出振幅设定信号Wh。

图2是表示图1的振幅设定电路WH以及电感设定电路LR中存储的函数的一例的图。如图2的下部所示，在设定电流(焊接平均电流)处于发生短路转移的电流域中时，设定振幅设定信号Wh以使重叠于高电平基值电流的三角波的振幅为零。

另外，随着设定电流超过150A而变高，使三角波的振幅增加，在发生珠滴转移的电流域中的低电流域中，设定振幅设定信号Wh以达到最大振幅IHA。

另外，设定电流进一步变高后，设定振幅设定信号Wh使得在300A时三角波的振幅为零。

图1的振幅设定电路WH输出以此方式设定的振幅设定信号Wh。设定电流与送丝速度存在大致的比例关系，通常对焊接装置设定送丝速度。

焊丝的熔融速度Vm用Vm＝αI+βI²R表示。此处，α、β表示系数，I表示焊接电流，R表示焊丝从焊枪前端的接触片突出的部分(突出长度)的电阻值。可以知道，增加焊接电流I后，焊丝的熔融速度Vm也变大。

若进行良好的焊接，则通常焊丝的熔融速度Vm与送丝速度一致。

因此，在图2的横轴上，一起标注设定电流和与其对应的送丝速度。

此外，并不限定于该对应关系，一起标注的对应的送丝速度为一例，根据焊接条件(焊丝直径等)不同，对应的供给速度发生各种变化。在此情况下，也能够通过实验事先求出并设定相对于送丝速度的三角波振幅的函数。

此外，较为理想的是，如图2的上部所示，除了根据送丝速度改变三角波的振幅设定以外，还可以改变恒压控制中的电感的值。即，在发生短路转移的低电流域中，通过减小恒压控制中的电感的值来增加短路的次数。由此，熔滴的尺寸更适当地得到控制。图2的上部所示的函数存储在图1的电感设定电路LR中。

再次参照图1，第一焊接电流设定电路IR1接收振幅中心电流设定信号Ihcr、频率设定信号Fh以及振幅设定信号Wh作为输入信号，输出第一焊接电流设定信号Ir1。

在电源控制装置104中，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、以及第一焊接电流设定电路IR1是用于产生后面说明的电弧期间初期的高电平电流的电路。

在电源控制装置104中，电感设定电路LR、输出电压设定电路ER、以及第二焊接电流设定电路IR2是用于在后面说明的电弧期间后期中根据送丝速度改变电抗器并进行恒压控制的电路。此处，在第二焊接电流设定电路IR2的说明之前，说明电子电抗器控制。

图3是一般的焊接装置的等效电路图。E表示恒压源，Lm表示目标电感值，Rio表示焊接装置内外的电阻值。该电阻值Rio是焊接电源内部的线路电阻值以及焊接用电缆的电阻值的合计值。另外，v表示施加于负载的电压，i表示流至负载的焊接电流。图3的等效电路能够用下式(1)表示。

E＝Rio·i+Lm·di/dt+v…(1)

在上式中，电阻值Rio是较小的值，因而能够忽略。因此，式(1)变为下面的式(2)。

E＝Lm·di/dt+v…(2)

整理式(2)，变为下式(3)。

di/dt＝(E-v)/Lm…(3)

对两边进行积分，变为下式(4)。

i＝∫((E-v)/Lm)·dt…(4)

此处，将焊接电流i置换为第二焊接电流设定值Ir2，将输出电压E置换为输出电压设定值Er，将目标电感值Lm置换为电感设定值Lr后，得到下式(5)。

Ir2＝∫((Er-v)/Lr)·dt…(5)

图4是表示对应于式(5)的等效电路的图。在图4中，检测焊接电压v，控制使得相当于恒流源CC的焊接电流i的第二焊接电流设定值Ir2成为上述式(5)的计算值。

通过进行上述电子电抗器控制，能够电子地形成期望的电感值Lr。

在图1中，焊接电流i的通电路径中存在电阻值Rio以及基于电抗器DCL等的焊接装置内外的电感值Lio。电阻值Rio是由焊接电源内部以及外部的线路产生的电阻值。如上所述，该电阻值Rio较小，因而能够忽略。电感值Lio是焊接电源内部设置的电抗器以及由焊接用电缆的线路产生的电抗器的合计的电感值。

电感值Lio为20～50μH左右。后述的电感设定信号Lr的值是包含该电感值Lio的目标值。即，若Lr＝100μH，即使Lio在20～50μH中变化，也控制电源电路102使得电源电路102的整体的电感值为100μH。

输出电压设定电路ER输出预先确定的输出电压设定信号Er。电感设定电路LR接收来自供给速度设定电路FR的供给速度设定信号Fr作为输入信号，输出基于预先确定的设定函数计算出的值的电感设定信号Lr。

该设定函数在图2的上部示出。

第二焊接电流设定电路IR2接收上述输出电压设定信号Er、上述焊接电压检测信号Vd以及上述电感设定信号Lr作为输入信号，基于上述式(5)进行第二焊接电流设定信号Ir2＝∫((Er-Vd)/Lr)·dt的计算并输出。该积分的计算在焊接过程中进行。

焊接电流设定切换电路SW接收定时器信号Tm、第一焊接电流设定信号Ir1以及第二焊接电流设定信号Ir2作为输入信号。

焊接电流设定切换电路SW在定时器信号Tm为高(High)电平时切换至输入端子a侧，将第一焊接电流设定信号Ir1作为焊接电流设定信号Ir输出。

焊接电流设定切换电路SW在定时器信号Tm为低(Low)电平时切换至输入端子b侧，将第二焊接电流设定信号Ir2作为焊接电流设定信号Ir输出。

电流误差放大电路EI放大焊接电流设定信号Ir与上述焊接电流检测信号Id的误差，并输出电流误差放大信号Ei。在焊接电流设定切换电路SW将第一焊接电流设定信号Ir1作为焊接电流设定信号Ir输出时，即在后面图5以后所示的初期的第一电弧期间Ta1中，电流误差被反馈到电源主电路PM，因而进行恒流控制。

在焊接电流设定切换电路SW将第二焊接电流设定信号Ir2作为焊接电流设定信号Ir输出时，即，在后期的第二电弧期间Ta2与短路期间Ts中，电源电路102的电感值被进行电子电抗器控制，从而成为焊接电流设定信号Ir的值，进行恒压控制。

对进行该恒压控制的理由进行说明。在图3所示的等效电路图中，假设恒压电源的电压为E、目标电感值为Lm、焊接电流为i。对此，在将焊接电流i置换为第二焊接电流设定值Ir2，将输出电压E置换为输出电压设定值Er，并将目标电感值Lm置换为电感设定值Lr时，导出上述式(5)。相反，若基于该式(5)，第二焊接电流设定电路IR2设定为使第二焊接电流设定信号Ir2流动，则电源主电路PM成为恒压电源。

图5是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在发生珠滴转移的电流域中的低电流域中进行焊接时的焊接电压以及焊接电流的动作波形图。

参照图5，通过反复短路期间Ts与电弧期间来进行焊接。电弧期间分为初期的第一电弧期间Ta1与后期的第二电弧期间Ta2。焊丝供给速度的设定值Fr例如为650cm/min。此时，根据图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为最大值IHA。

参照图1、图5，在时刻t0～t1的短路期间Ts中，焊丝1与母材2接触，短路电流流动，在焊丝1的前端产生焦耳热，焊丝1的前端达到高温。

在时刻t1时，焊丝1的前端部的熔滴转移并产生电弧后，电源控制装置104根据焊接电压急剧上升的现象判别产生了电弧。与此相应，电源控制装置104将控制切换为恒流控制，转移到第一电弧期间Ta1。焊接电流上升至以振幅中心电流Ihc为中心值的高电流。随后，在一定期间中作为焊接电流流动高电平电流。该高电平电流被抑制为不发生由电弧力造成的熔滴上压的程度的电流值。将在该第一电弧期间Ta1中流动的焊接电流称为高电平电流。

在进行良好的焊接的情况下焊接速度与焊丝的熔融速度Vm一致。焊丝的熔融速度Vm用Vm＝αI+βI²R表示。此处，α、β表示系数，I表示焊接电流，R表示焊丝从焊枪前端的接触片突出的部分(突出长度)的电阻值。可以知道，增加焊接电流I后，焊丝的熔融速度Vm也变大。

但是，增加焊接电流I后，对熔滴起作用的向上的电弧力也增加。电弧力与焊接电流I的平方成比例。另一方面，重力也对熔滴起作用，因而以重力与电弧力正好平衡的电流值为界，电流值变大则向上的力起作用，电流值变小则向下的力起作用。若使交流电流重叠于焊接电流I，则向上的力与向下的力交替地对熔滴起作用。本申请发明人发现，以此方式增减电流从而使上下朝向的力交替地对熔滴起作用的做法与整体上增加电流使向上的力连续对熔滴起作用的做法相比，熔滴比较稳定，能够减少飞溅。对此，在本实施方式中，在第一电弧期间中增减电流，以实现熔滴的稳定且阶段性的生长。

在时刻t1～t2的第一电弧期间中，使以下说明的三角波重叠于振幅中心电流Ihc。振幅中心电流Ihc相当于由振幅中心电流设定信号Ihcr设定的高电平基值电流。

三角波以振幅中心电流Ihc(200～400A)为中心，采用2.5kHz～5kHz的频率、±50～100A的振幅，第一电弧期间Ta1为0.3ms～3.0ms。例如，振幅中心电流Ihc为Ihc＝400A，振幅为IHA＝±100A，频率为f＝4kHz，第一电弧期间为Ta1＝1.0ms，可以设定第一电弧期间的长度与重叠的波形的频率，使得重叠的三角波为4个周期。此外，重叠的波形不限定于三角波，也可以是正弦波等其他波形。此外，图5中重叠3个周期的三角波，但三角波的重叠不限定于3个周期，还能够适当增减。

以下详细说明第一电弧期间Ta1中的焊接部分的状态。

(期间1)三角波的0～1/2周期

图6是表示图5的点Pa处的焊接部分的状态的图。点Pa是三角波的重叠开始的点。

参照图6，在焊丝1的前端与母材2之间产生电弧3。利用电弧3产生的热，焊丝1的前端被加热，前端部熔融并形成熔滴6。焊丝1由供给装置向母材2的方向供给。

由于重叠的电流，焊丝熔融速度增加，熔滴变大，施加于熔滴的力在1/4周期时达到最大，由于电弧反作用力熔滴的上压加速。但是，随着向1/2周期接近电流减少，与此相伴电弧反作用力也降低，因而能够防止上压。

图7是表示图5的点Pb处的焊接部分的状态的图。点Pb是经过了三角波的1/2周期的点。如图7所示，焊丝1的前端部的熔滴6稍稍生长，变为稍微上压的状态。

(期间2)三角波的1/2～3/4周期

该期间中，通过电源控制装置104，焊接电流与振幅中心电流Ihc相比减少，对熔滴的电弧反作用力进一步降低。

(期间3)三角波的3/4～1周期

在三角波的3/4～1周期中，焊接电流从三角波的下侧峰值再次增加，达到振幅中心电流Ihc。

图8是表示图5的点Pc处的焊接部分的状态的图。点Pc是经过了三角波的1个周期的点。如图8所示，由于电弧反作用力降低，作用于熔滴6的重力与电弧反作用力达到合适的平衡。由此，熔滴6的上压消除，熔滴6变为下垂的状态。

并且，将(期间1)～(期间3)中说明的三角波反复三次并与振幅中心电流Ihc重叠。据此，能够在防止由电弧反作用力造成的上压的同时渐渐增加熔滴尺寸，形成期望尺寸的熔滴。

此外，为了容易进行三角波的重叠，使第一电弧期间Ta1的电感值比接下来的第二电弧期间Ta2小。第二电弧期间Ta2的电感值基于由图2的上部所示的函数决定的电感设定值Lr确定。

以下详细说明第二电弧期间Ta2中的焊接部分的状态。

再次参照图5，在时刻t2时，第一电弧期间Ta1结束，转移到第二电弧期间Ta2。在第二电弧期间Ta2中，电源控制装置104增大电源电路102的电感值，为了进行电弧长控制将控制从恒流控制切换为恒压控制。

该切换在图1中相当于将SW从端子a切换为端子b。由于电感较大，所以焊接电流波形根据电弧负载缓慢减少。另外，焊接电压也缓慢减少。

图9是表示图5的点Pd处的焊接部分的状态的图。

如图9所示，在第一电弧期间Ta1中形成的熔滴并不上压，在第二电弧期间Ta2中稍微变大，同时向熔融池侧接近。由上压造成的电弧长的变化被防止，并且通过恒压控制调整电弧长，电弧力的变化变得缓慢，因而较少使熔融池振动。此外焊接电流缓慢减少，因而对母材的热输入充分进行，焊缝的焊趾的密封度变好。

在时刻t3时，熔滴与熔融池接触而产生短路后，熔滴急剧下降。通过该焊接电压的急剧下降判别出短路后，以期望的上升速度增加焊接电流。由于焊接电流的上升，在熔滴的上部电磁收缩力起作用而产生缩颈，熔滴6向熔融池7转移。

如以上所说明的那样，实施方式1所示的焊接方法是进行低飞溅控制的二氧化碳电弧焊接法，与脉冲电弧焊接方法不同。

即，实施方式1所示的焊接方法是反复变为短路状态与电弧状态的焊接方法。在这种焊接方法中，为了提高焊接速度而增加焊接电流后，在珠滴转移区域中进行焊接，短路状态与电弧状态的反复变得不规则。

对此，在实施方式1所示的焊接方法中，在一定期间的第一电弧期间Ta1中输出高电平电流，在该第一电弧期间Ta1中进行恒流控制，重叠交流电流，例如像三角波或正弦波这样周期变化的一定频率、一定振幅的低频电流。由此，防止熔滴由于电弧反作用力而上压，能够使熔滴的形成较为稳定。

第一电弧期间Ta1经过后，为了在第二电弧期间Ta2中进行电弧长控制，将焊接电源的控制从恒流控制切换为恒压控制。使焊接电源的电抗器的电感值与第一电弧期间Ta1相比变大，缓慢减少焊接电流。由此，电弧力的变化变得缓慢，因此使熔融池振动的现象变少。此外，焊接电流缓慢减少，因而对母材的热输入充分进行，焊缝的焊趾的密封度变好。

此外，在上述实施方式1中，在短路期间Ts中，可以保持恒压控制将电流上升至期望的值，或者切换为恒流控制将电流上升至期望的值。

图10是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在发生短路转移的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

关于图10中的短路期间Ts、初期的第一电弧期间Ta1、以及后期的第二电弧期间Ta2的意义，在图5中进行了说明，因而此处不重复说明。

在图10中，送丝速度的设定值Fr例如为250cm/min。此时，基于图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为振幅零。

因此，与图5相比观察图10的波形，时刻t11～t12的第一电弧期间Ta1中不重叠三角波。

这样，若在上压力的影响较少、熔滴的转移比较顺利的短路转移区域中，对振幅中心电流Ihc重叠三角波，则电弧力变强，无法形成稳定的短路转移状态，损坏焊缝外观。对此，在短路转移区域中，控制焊接电流，使得不对振幅中心电流Ihc重叠三角波。因此，与对全部设定电流或送丝速度一律在高电平基值电流上重叠三角波的做法相比，在低电流域中能够形成密封度较好的焊缝。

图11是表示用实施方式1所涉及的焊接装置在珠滴转移区域中的较高的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

关于图11中的短路期间Ts、初期的第一电弧期间Ta1、以及后期的第二电弧期间Ta2的意义，在图5中进行了说明，因而此处不重复说明。

在图11中，送丝速度的设定值Fr例如为900cm/min。此外，对应于该送丝速度的设定电流为280A左右。在珠滴转移区域中的较高的电流域中，若焊接装置的控制与珠滴转移区域的较低的电流域进行相同的控制，则电弧力变强，熔融值降低，电弧长变得不稳定，熔滴转移变得不稳定，损坏焊缝外观。对此，在珠滴转移区域中的较高的电流域中，基于图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为比最大振幅IHA更接近零的值。因此，与图5相比观察图11的波形，时刻t21～t22的第一电弧期间Ta1中重叠振幅较小的三角波。该振幅IHA1例如能够设定为20A左右。

如以上所说明的那样，在本实施方式中，在发生短路转移的电流域中对高电平基值电流重叠的三角波的振幅为零，随着设定电流超过150A而变高，增加三角波的振幅。并且，在发生珠滴转移的电流域中使三角波的振幅达到最大振幅，并且在设定电流进一步变高后在300A时使三角波的振幅变为零。据此，在发生短路转移的电流域中和在发生珠滴转移的电流域中，都能够减少熔滴的飞散，进行飞溅较少的焊接。

另外，在发生短路转移的低电流域中，通过减小恒压控制中的电感的值增加短路的次数。通过根据三角波的振幅的增加而增加恒压控制中的电感的值，确保对母材的热输入，能够形成密封度较好的焊缝。

实施方式2

在实施方式2中，除了实施方式1中说明的焊接方法以外，通过在电弧产生之前检测熔滴的缩颈，在电弧产生之前降低电流，以减少飞溅。

图12是表示实施方式2所涉及的焊接装置100A的结构的模块图。在以下的说明中，仅说明与实施方式1不同的部分，对与实施方式1相同的部分标注相同的符号，不重复进行说明。

参照图12，焊接装置100A包括电源电路102A、电源控制装置104A、送丝装置106、以及焊枪4。送丝装置106的结构与实施方式1相同，因而不重复进行说明。

电源电路102A除了图1所示的焊接装置100的结构以外还包括晶体管TR与减流电阻器R。晶体管TR在电源主电路PM的输出中与电阻值Rio以及电抗器DCL串联插入。减流电阻器R与晶体管TR并联连接。焊接装置100A的其他部分的结构与焊接装置100相同，因而不重复进行说明。

电源控制装置104A除了图1所示的电源控制装置104的结构以外还包括缩颈检测电路ND、缩颈检测基准值设定电路VTN、以及驱动电路DR。电源控制装置104A的其他部分的结构与电源控制装置104相同，因而不重复进行说明。

图13是表示用实施方式2所涉及的焊接装置进行焊接时的焊接电压以及焊接电流与控制信号的动作波形图。此时的送丝速度的设定值Fr例如为650cm/min。此时，根据图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为最大值IHA。

图13的波形与图5的实施方式1的波形的不同之处在于，在时刻t50a时，检测出熔滴的缩颈后，使焊接电流减少，随后在时刻t51时，电弧产生。

飞溅的量与时刻t51的电弧产生时的电流值的大小成比例，因而若在电弧产生时预先降低电流值，则能够减少飞溅的产生。

参照图12、图13，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接收该缩颈检测基准值信号Vtn与图1中说明的焊接电压检测信号Vd以及焊接电流检测信号Id作为输入信号，输出的缩颈检测信号Nd在短路期间中的电压上升值ΔV达到缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻(时刻t50a)变为高电平，在再次产生电弧、焊接电压检测信号Vd的值达到电弧判别值Vta以上的时刻(时刻t51)变为低电平。因此，该缩颈检测信号Nd为高电平的期间是缩颈检出期间Tn。

此外，也可以在短路期间中的焊接电压检测信号Vd的微分值达到以与其对应的方式设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻使缩颈检测信号Nd变化为高电平。此外，也可以将焊接电压检测信号Vd的值除以焊接电流检测信号Id的值以计算出熔滴的电阻值，在该电阻值的微分值达到以与其对应的方式设定的缩颈检测基准值信号Vtn的值的时刻使缩颈检测信号Nd变化为高电平。缩颈检测信号Nd被输入电源主电路PM。电源主电路PM在缩颈检出期间Tn中停止输出。

驱动电路DR在该缩颈检测信号Nd为低电平时(非缩颈检出时)输出使晶体管TR为接通状态的驱动信号Dr。在缩颈检出期间Tn中驱动信号Dr为低电平，因而晶体管TR变为断开状态。其结果是，减流电阻器R插入到焊接电流Iw的通电路径中(从电源主电路PM到焊枪4的路径)。

该减流电阻器R的值被设定为短路负载(0.01～0.03Ω左右)的10倍以上的较大的值(0.5～3Ω左右)。因此，焊接电源内的直流电抗器以及电缆的电抗器中积蓄的能量急剧放电，如图13的时刻t50a～t51所示，焊接电流Iw急剧减少，变为小电流值。

在时刻t51时，短路断开并再次产生电弧后，焊接电压Vw变为预先确定的电弧判别值Vta以上。检测出该现象，缩颈检测信号Nd变为低电平，驱动信号Dr变为高电平。其结果是，晶体管TR变为接通状态，以后变为使用图5在实施方式1中说明的电弧焊接的控制。关于以后的第一电弧期间Ta1与第二电弧期间Ta2，在图5中进行了说明，因而不重复进行说明。

图14是表示用实施方式2所涉及的焊接装置在发生短路转移的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

关于图14中的短路期间Ts、初期的第一电弧期间Ta1、以及后期的第二电弧期间Ta2的意义，在图5中进行了说明，因而此处不重复说明。

在图14中，送丝速度的设定值Fr例如为250cm/min。此时，基于图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为振幅零。因此，与图13相比观察图14的波形，时刻t61～t62的第一电弧期间Ta1中不重叠三角波。

这样，若在上压力的影响较少、熔滴的转移比较顺利的短路转移区域中，控制焊接电流，使得不对振幅中心电流Ihc重叠三角波。因此，与对全部设定电流或送丝速度一律在高电平基值电流上重叠三角波的做法相比，在低电流域中能够形成密封度较好的焊缝。

图15是表示用实施方式2所涉及的焊接装置在珠滴转移区域中的较高的电流域中进行焊接时的焊接电流的动作波形图。

关于图15中的短路期间Ts、初期的第一电弧期间Ta1、以及后期的第二电弧期间Ta2的意义，在图5中进行了说明，因而此处不重复说明。

在图15中，送丝速度的设定值Fr例如为900cm/min。此外，对应于该送丝速度的设定电流为280A左右。此时，基于图2的下部所示的函数，由振幅设定信号Wh表示的三角波振幅设定为比最大振幅IHA更接近零的值。因此，与图13相比观察图15的波形，在时刻t71～t72的第一电弧期间Ta1中重叠振幅较小的三角波。该振幅IHA1例如能够设定为20A左右。

实施方式2所涉及的焊接装置能够减小电弧再次产生时(时刻t1)的电弧再产生时电流值，因而除了在实施方式1中说明的焊接装置收到的效果以外，还能够进一步减少电弧开始产生时的飞溅。

此外，在实施方式2中，作为在检测出缩颈时急速减少焊接电流Iw的手段，说明了将减流电阻器R插入通电路径的方法。作为其他手段，也可以使用如下方法，即在焊接装置的输出端子间经由开关元件并联连接电容器，在检测出缩颈时使开关元件为接通状态，从电容器流通放电电流，以急速减少焊接电流Iw。

最后，再次参照图1以及图12等对实施方式1以及2进行总结。焊接装置100通过将二氧化碳用作保护气体，交替反复短路状态与电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接。如图1所示，焊接装置100包括：电源电路102，用于在焊枪4与母材2之间提供电压；以及电源控制装置104，控制电源电路102的电压。如图5所示，电源控制装置104控制电源电路102，从而在短路期间Ts后续的电弧期间的初期的第一电弧期间Ta1中输出高电平电流，在电弧期间的后期的第二电弧期间Ta2中输出与进行了恒压控制的焊接电压相对应的电弧电流。此外，如图5的时刻t1～t2所示，电源控制装置104控制电源电路102，从而将以指定周期增减的波形重叠到高电平基值电流(振幅中心电流Ihc)上并产生高电平电流。此外，如图2的下部所示，与焊接电流的电流设定值或者对焊枪4供给焊丝1的速度的速度设定值在指定范围(范围X2)外的情况(例如范围X1、X3)相比，在电流设定值或者速度设定值在指定范围(范围X2)内的情况下，电源控制装置104增加由振幅设定信号Wh设定的波形的振幅。

较为理想的是，如图2的上部所示，电源电路102构成为能够在电源控制装置104的控制下可变地控制对焊枪供给电流的供给路径的电感值Lio。电源控制装置104在电流设定值或者速度设定值比指定范围(范围X2)小的情况下(例如范围X1)，与电流设定值或者速度设定值在指定范围(范围X2)内的情况相比，减少第二电弧期间Ta2中的电源电路的电感值。

较为理想的是，重叠到高电平基值电流上的波形在图5等中示出了为三角波的例子，但也可以是正弦波等波形。

较为理想的是，如在实施方式2(图12～图15)中所示，电源控制装置104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检出控制。

本次公开的实施方式在所有方面均为例示，不应被认为是限制性方式。本发明的范围不由上述说明表示，而由权利要求书表示，意在包含与权利要求书同等的意义及范围内的所有变更。

符号说明：

1、焊丝；2、母材；3、电弧；4、焊枪；5、供给辊；6、熔滴；7、熔融池；100、100A、焊接装置；102、102A、电源电路；104、104A、电源控制装置；106、送丝装置；AD、电弧检测电路；DCL、电抗器；DR、驱动电路；EI、电流误差放大电路；ER、输出电压设定电路；FC、供给控制电路；FH、频率设定电路；FR、供给速度设定电路；ID、电流检测电路；IHCR、振幅中心电流设定电路；IR1、第一焊接电流设定电路；IR2、第二焊接电流设定电路；LR、电感设定电路；ND、缩颈检测电路；SW、焊接电流设定切换电路；TM、定时器电路；TR、晶体管；VD、电压检测电路；VTN、缩颈检测基准值设定电路；WH、振幅设定电路；WM、供给电动机。

Claims (3)

1.一种焊接装置，通过将二氧化碳用作保护气体，交替反复短路状态与电弧状态的二氧化碳电弧焊接方法进行焊接，其特征在于包括：

电源电路，用于在焊枪与母材之间提供电压；以及

控制部，控制所述电源电路的电压，其中，

所述控制部控制所述电源电路，从而在短路期间后续的电弧期间的初期的第一电弧期间中输出高电平电流，在所述电弧期间的后期的第二电弧期间中输出与进行了恒压控制的焊接电压相对应的电弧电流，

所述控制部控制所述电源电路，从而将以指定周期增减的波形重叠到高电平基值电流上来产生所述高电平电流，

与焊接电流的电流设定值或者对所述焊枪供给焊丝的速度的速度设定值在指定范围外的情况相比，在所述电流设定值或者所述速度设定值在所述指定范围内的情况下，所述控制部增加所述波形的振幅，

所述电源电路构成为能够在所述控制部的控制下可变地控制对所述焊枪供给电流的供给路径的电感值，

所述控制部在所述电流设定值或者所述速度设定值比所述指定范围小的情况下，与所述电流设定值或者所述速度设定值在所述指定范围内的情况相比，减少所述第二电弧期间中的所述电源电路的所述电感值。

2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于：

所述波形是三角波或正弦波。

3.根据权利要求1或2所述的焊接装置，其特征在于：

在所述短路期间中检测出熔滴的缩颈的情况下，所述控制部进行减少短路电流的缩颈检出控制。