CN102950364A - 焊接电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不使作业效率下降，能够为了防止熔透焊道的烧穿而使母材冷却的焊接电源(PS1)。在使用涂药电弧焊条(2)进行封底焊接用的焊接电源(PS1)中，主焊接电流设定电路(IWR)输出主焊接电流设定信号(Iwr)，低电平电流设定电路(LWR)输出由高速脉冲构成的低电平电流设定信号(Lwr)。电流设定切换电路(SW)在切换起动开关(BS)输出高电平信号期间输出低电平电流设定信号(Lwr)作为电流设定控制信号(Ir)，在输出低电平信号期间输出主焊接电流设定信号(Iwr)作为电流设定控制信号(Ir)。电源主电路(PM)基于电流设定控制信号(Ir)而向涂药电弧焊条(2)与母材(4)之间供电。能够大幅度地提高作业效率，且不需要焊接作业者的技能。

Description

焊接电源

技术领域

本发明涉及一种使用涂药电弧焊条进行封底焊接用的焊接电源。

背景技术

在涂药电弧焊条与母材之间产生电弧而进行焊接的涂药电弧焊作为简便的焊接方法而被广泛利用(例如，参照专利文献1)。作为管等的对接接头的焊接而进行基于涂药电弧焊的单侧焊接，但在单侧焊接中，进行将调好的波形的焊道形成在与坡口侧相反的背侧的封底焊接。

使用涂药电弧焊条的封底焊接中，焊接作业者在焊接中观察熔池的状态，当使电弧持续几秒钟而判断为熔融至背侧时，为了防止因向母材进入的热量过多引起的熔透焊道的烧穿，而使涂药电弧焊条迅速地从母材离开。延长电弧长而使电弧电压超过电源的无负载电压，从而切断电弧，在该状态下经过几秒钟使熔池冷却。在烧穿的可能性消失后，再次使涂药电弧焊条与熔池短路而产生电弧进行几秒钟焊接。之后，反复进行上述的动作来进行封底焊接。

【专利文献1】日本特开2003-88955号公报

上述的使用涂药电弧焊条的封底焊接为了防止熔透焊道的烧穿，而频繁地进行如下动作：使涂药电弧焊条迅速地从母材远离，以便于切断电弧使母材冷却，之后，使涂药电弧焊条接近母材而再次进行起弧。而且，当再次进行起弧时，有时起弧会失败。因此，会降低作业效率，还需要焊接作业者的技能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在使用涂药电弧焊条的封底焊接中，不降低作业效率，且不切断电弧，而能够冷却母材以免发生熔透焊道的烧穿的焊接电源。

为了解决上述的课题，本发明的第一方面涉及一种焊接电源，其特征在于，具备：

主焊接电流设定电路，其设定主焊接电流并输出主焊接电流设定信号；

低电平电流设定电路，其设定平均电流值小于所述主焊接电流且由100Hz以上的高速脉冲构成的低电平电流并输出低电平电流设定信号；

切换起动机构，其供焊接作业者切换输出高电平信号和低电平信号；

电流设定切换电路，其根据所述高电平信号输出低电平电流设定信号作为电流设定控制信号，根据所述低电平信号输出所述主焊接电流设定信号作为所述电流设定控制信号；

电流检测电路，其检测焊接电流并输出电流检测信号；

电流误差放大电路，其将所述电流设定控制信号与所述电流检测信号的误差放大并输出电流误差放大信号；

电源主电路，其基于所述电流设定控制信号向涂药电弧焊条与母材之间供电。

本发明的第二方面以第一方面为基础，其特征在于，

所述切换起动机构是一种切换起动开关，在所述焊接作业者将其接通时输出所述高电平信号，在所述焊接作业者将其切断时输出所述低电平信号。

本发明的第三方面以第一方面为基础，其特征在于，

所述焊接电源具备检测焊接电压并输出电压检测信号的电压检测电路，

所述切换起动机构是一种切换判别电路，在所述焊接作业者使所述涂药电弧焊条从所述母材离开而使所述电压检测信号成为预先设定的低电平电流通电阈值以上时，输出所述高电平信号，在所述焊接作业者使所述涂药电弧焊条接近所述母材而使所述电压检测信号成为预先设定的主焊接电流通电阈值以下时，输出所述低电平信号。

本发明的第四方面以第一至第三方面中的任一方面为基础，其特征在于，

所述焊接电源具备设定所述低电平电流的占空比的低电平电流占空比设定电路，

所述低电平电流占空比设定电路将所述低电平电流的占空比设定成10～30％。

发明效果

本发明的焊接电源无需在使用涂药电弧焊条的封底焊接中为了防止熔透焊道的烧穿而像现有技术那样进行如下动作：使涂药电弧焊条迅速地从母材远离而切断电弧使母材冷却，之后，使涂药电弧焊条接近母材而再次进行起弧。因此，能够大幅度地提高作业的效率，且不需要焊接作业者的技能。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的焊接电源的框图。

图2是本发明的实施方式1的焊接电源的各信号的时间图。

图3是本发明的实施方式2的焊接电源的框图。

图4是本发明的实施方式2的焊接电源的各信号的时间图。

符号说明：

2涂药电弧焊条

3电弧

4母材

BS切换起动开关

Bs切换起动信号

BV切换判别电路

Bv切换判别信号

DR占空比设定电路

Dr占空比设定信号

E输出电压

EI电流误差放大电路

Ei电流误差放大信号

FR频率设定电路

Fr频率设定信号

Ib基本电流

IBR基本电流设定电路

Ibr基本电流设定信号

ID电流检测电路

Id电流检测信号

Ip峰值电流

IPR峰值电流设定电路

Ipr峰值电流设定信号

Ir电流设定控制信号

Iw焊接电流

IWR主焊接电流设定电路

Iwr主焊接电流设定信号

LTH低电平电流通电阈值设定电路

Lth低电平电流通电阈值设定信号

LWR低电平电流设定电路

Lwr低电平电流设定信号

PM电源主电路

PS1焊接电源

PS2焊接电源

SW电流设定切换电路

VD电压检测电路

Vd电压检测信号

Vw焊接电压

WTH焊接电流通电阈值设定电路

Wth焊接电流通电阈值设定信号

具体实施方式

[实施方式1]

基于实施例并参照附图对发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式1的焊接电源的框图。本发明的实施方式1的焊接电源，为了防止现有技术中的熔透焊道的烧穿，取代使涂药电弧焊条迅速地从母材离开以便于切断电弧使母材冷却这一情况，而通上低电平电流。即，通上主焊接电流进行封底焊接，并通上低电平电流使母材冷却，根据焊接作业者的判断而交替地通上所述电流。进行封底焊接时的主焊接电流的平均电流值为150A时，为了使母材冷却，而低电平电流形成为比主焊接电流小的平均电流值为30～50A的电流。而且为了防止因焊接电流小所引起的电弧切断，而低电平电流利用高速脉冲进行通电，并且为了增大其峰值电流与基本电流之差，而使峰值电流为基本电流的3倍以上，且为了不使平均电流值升高而使占空比为10～30％，使频率为100～500Hz，从而提高电弧的方向性。

在图1中，焊接电源PS1的电源主电路PM以3相200V等商用电源(未图示)作为输入，根据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，向涂药电弧焊条2与母材4之间输出焊接电压Vw及焊接电流Iw。在涂药电弧焊条2与母材4之间产生电弧3，涂药电弧焊条2的焊条芯发生熔融而对母材4进行焊接。此时涂药因电弧热熔化而产生气体并覆盖电弧3和熔融金属周边，而且成为焊渣而覆盖熔融金属的表面，从而保护熔融部免于遭受大气。

虽然未图示，但电源主电路PM例如包括：对商用电源进行整流的一次整流器；对整流后的直流进行平滑化的电容器；将平滑化后的直流转换成高频交流的逆变器电路；将高频交流降压成适合于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二次整流器；以电流误差放大信号Ei作为输入而进行脉冲宽度调制控制，并基于其结果而对上述的逆变器电路进行驱动的驱动电路。

主焊接电流设定电路IWR设定进行封底焊接时的焊接电流Iw而输出主焊接电流设定信号Iwr。峰值电流设定电路IPR设定低电平电流的峰值电流而输出峰值电流设定信号Ipr。基本电流设定电路IBR设定低电平电流的基本电流而输出基本电流设定信号Ibr。频率设定电路FR设定低电平电流的频率而输出频率设定信号Fr。占空比设定电路DR设定低电平电流的占空比而输出占空比设定信号Dr。低电平电流设定电路LWR输出基于设定的频率和占空比切换峰值电流设定信号Ipr和基本电流设定信号Ibr的低电平电流设定信号Lwr。

切换起动开关BS是安装在涂药电弧焊条2或遮光保护面上的按钮开关或跳动式开关或脚踏开关，当焊接作业者将其接通时输出高电平信号作为切换起动信号Bs，当切断时输出低电平信号作为切换起动信号Bs。电流设定切换电路SW在切换起动信号Bs为高电平信号时将输入端子切换成b侧，输出低电平电流设定信号Lwr作为电流设定控制信号Ir，在切换起动信号Bs为低电平信号时将输入端子切换成a侧，输出主焊接电流设定信号Iwr作为电流设定控制信号Ir。

电流检测电路ID检测焊接电流Iw而输出电流检测信号Id。电流误差放大电路EI将电流设定控制信号Ir与上述的电流检测信号Id的误差放大，而输出电流误差放大信号Ei。该电流误差反馈给电源主电路PM，从而进行定电流控制。

图2是本发明的实施方式1的焊接电源的各信号的时间图。该图(A)表示输出电压E的时间变化，该图(B)表示切换起动信号Bs的时间变化，该图(C)表示焊接电流Iw的时间变化。以下，参照该图进行说明。

在时刻t1，当未图示的起动信号输入到电源主电路PM时，如该图(A)所示，电源主电路PM起动而将输出电压E输出，从而对涂药电弧焊条2与母材4之间施加无负载电压。在时刻t2，焊接作业者敲掉涂药电弧焊条2的包覆筒使焊条芯露出，而与熔池短路。此时，如该图(B)所示，切换起动开关BS处于切断并输出低电平信号作为切换起动信号Bs，因此电流设定切换电路SW的输入端子处于a侧，输出利用主焊接电流设定电路IWR设定成例如150A的主焊接电流设定信号Iwr作为电流设定控制信号Ir。其结果是，如该图(C)所示，通上基于主焊接电流设定信号Iwr的值的焊接电流Iw而进行起弧。

然后，焊接作业者观察熔池的状态并进行持续几秒钟的涂药电弧焊而判断为熔融至背侧时，在时刻t3，为了防止因向母材4进入的热量过多引起的熔透焊道的烧穿，而如该图(B)所示，焊接作业者将切换起动开关BS接通时，切换起动开关输出高电平信号作为切换起动信号Bs。电流设定切换电路SW根据该高电平信号而将输入端子切换成b侧，并输出低电平电流设定信号Lwr作为电流设定控制信号Ir。该低电平电流设定信号Lwr例如通过峰值电流设定电路IPR将峰值电流Ip设定成60A，通过基本电流设定电路IBR将基本电流Ib设定成20A，利用频率设定电路FR将频率设定成200Hz，利用占空比设定电路DR将占空比设定成30％。其结果是，如该图(C)所示，通上基于低电平电流设定信号Lwr的值的焊接电流Iw，而使母材4冷却。

由于通上低电平电流而使母材4冷却，当焊接作业者判断为烧穿的可能性消失时，在时刻t4，如该图(B)所示，当焊接作业者将切换起动开关BS切断时，切换起动开关BS输出低电平信号作为切换起动信号Bs。电流设定切换电路SW根据低电平信号将输入端子切换成a侧，输出主焊接电流设定信号Iwr作为电流设定控制信号Ir。之后，反复进行上述的时刻t2～t4的动作来进行封底焊接，结束焊接。

其结果是，本发明的实施方式1的焊接电源PS1无需在使用涂药电弧焊条的封底焊接中为了防止熔透焊道的烧穿而像现有技术那样进行如下动作：使涂药电弧焊条迅速地从母材远离而切断电弧使母材冷却，之后，使涂药电弧焊条接近母材而再次进行起弧。因此，能够大幅度地提高作业的效率，且不需要焊接作业者的技能。

[实施方式2]

本发明的实施方式2的焊接电源取代本发明的实施方式1的焊接电源的将切换起动开关BS接通或切断而通上低电平电流这一情况，通过将涂药电弧焊条2从母材4稍拉开或使其接近而通上低电平电流或使低电平电流停止。即，通上主焊接电流时的电弧长例如为5mm时，将用于通上低电平电流的电弧长形成为比通上主焊接电流时的电弧长要长且不会发生电弧切断的电弧长，而设定为8～10mm。

图3是本发明的实施方式2的焊接电源的框图。在该图中，焊接电源PS2的电压检测电路VD检测焊接电压Vw而输出电压检测信号Vd。为了通上低电平电流而焊接作业者将涂药电弧焊条2从母材4拉开时的电弧长形成为例如8mm，低电平电流通电阈值设定电路LTH将与该电弧长对应的焊接电压设定为低电平电流通电阈值，并输出低电平电流通电阈值设定信号Lth。为了通上焊接电流而焊接作业者使涂药电弧焊条2接近母材4时的电弧长形成为例如5mm，焊接电流通电阈值设定电路WTH将与该电弧长对应的焊接电压设定为焊接电流通电阈值，并输出焊接电流通电阈值设定信号Wth。

在通上焊接电流Iw的情况下，切换判别电路BV以电压检测信号Vd、焊接电流通电阈值设定信号Wth及低电平电流通电阈值设定信号Lth作为输入，当电压检测信号Vd的值成为低电平电流通电阈值设定信号Lth的值以上时，输出高电平信号作为切换判别信号Bv，当电压检测信号Vd的值成为焊接电流通电阈值设定信号Wth的值以下时，输出低电平信号作为切换判别信号Bv。其他功能与图1所示的本发明的实施方式1的焊接电源PS1的框图的功能为相同功能，标注相同符号而省略说明。

图4是本发明的实施方式2的焊接电源的各信号的时间图。该图(A)表示输出电压E的时间变化，该图(B)表示焊接电压Vw的时间变化，该图(C)表示切换判别信号Bv的时间变化，该图(D)表示焊接电流Iw的时间变化。以下，参照该图进行说明。

在时刻t1，将省略了图示的起动信号输入到电源主电路PM时，如该图(A)所示，电源主电路PM起动而将输出电压E输出，如该图(B)所示，对涂药电弧焊条2与母材4之间施加无负载电压。在时刻t2，焊接作业者敲掉涂药电弧焊条2的包覆筒使焊条芯露出，而与熔池短路，如该图(D)所示，开始焊接电流的通电。此时，电弧长为5mm以下，因此电压检测信号Vd的值为焊接电流通电阈值设定信号Wth的值以下，如该图(C)所示，切换判别电路BV输出低电平信号作为切换判别信号Bv。电流设定切换电路SW根据低电平信号而使输入端子处于a侧，输出通过主焊接电流设定电路IWR设定成例如150A的主焊接电流设定信号Iwr作为电流设定控制信号Ir。其结果是，如该图(D)所示，通上基于主焊接电流设定信号Iwr的焊接电流Iw而进行起弧。

然后，焊接作业者观察熔池的状态并进行持续几秒钟的涂药电弧焊而判断为熔融至背侧时，在时刻t3，为了防止因向母材4进入的热量过多所引起的熔透焊道的烧穿，而将涂药电弧焊条2从母材4稍拉开，使电弧长成为8mm以上时，如该图(B)所示，焊接电压Iw成为低电平电流通电阈值设定信号Lth的值以上，因此切换判别电路BV输出高电平信号作为切换判别信号Bv。电流设定切换电路SW根据该高电平信号而将输入端子切换成b侧，输出低电平电流设定信号Lwr作为电流设定控制信号Ir。该低电平电流的焊接条件与本发明的实施方式1的焊接电源的低电平电流的焊接条件相同，因此省略说明。其结果是，如该图(D)所示，通上基于低电平电流设定信号Lwr的值的焊接电流Iw，使母材4冷却。

通上低电平电流而使母材4冷却，当焊接作业者判断为烧穿的可能性消失时，在时刻t4，使涂药电弧焊条2稍接近母材4而使电弧长成为5mm以下时，如该图(B)所示，焊接电压Iw成为焊接电流通电阈值设定信号Wth的值以下，因此切换判别电路BV输出低电平信号作为切换判别信号Bv。由此，电流设定切换电路SW将输入端子切换成a侧，输出主焊接电流设定信号Iwr作为电流设定控制信号Ir。之后，反复进行上述的时刻t2～t4的动作来进行封底焊接，而结束焊接。

其结果是，本发明的实施方式2的焊接电源PS2在本发明的实施方式1的焊接电源PS1所起到的效果的基础上，由于焊接作业者仅通过使涂药电弧焊条2稍移动就能够对电流设定切换电路SW进行切换，因此能够进一步大幅度地提高作业的效率。

Claims (4)

1.一种焊接电源，其特征在于，具备：

主焊接电流设定电路，其设定主焊接电流并输出主焊接电流设定信号；

低电平电流设定电路，其设定平均电流值小于所述主焊接电流且由100Hz以上的高速脉冲构成的低电平电流并输出低电平电流设定信号；

切换起动机构，其供焊接作业者切换输出高电平信号和低电平信号；

电流设定切换电路，其根据所述高电平信号输出低电平电流设定信号作为电流设定控制信号，根据所述低电平信号输出所述主焊接电流设定信号作为所述电流设定控制信号；

电流检测电路，其检测焊接电流并输出电流检测信号；

电流误差放大电路，其将所述电流设定控制信号与所述电流检测信号的误差放大并输出电流误差放大信号；

电源主电路，其基于所述电流设定控制信号向涂药电弧焊条与母材之间供电。

2.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，

所述切换起动机构是一种切换起动开关，在所述焊接作业者将其接通时输出所述高电平信号，在所述焊接作业者将其切断时输出所述低电平信号。

3.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，

所述焊接电源具备检测焊接电压并输出电压检测信号的电压检测电路，

所述切换起动机构是一种切换判别电路，在所述焊接作业者使所述涂药电弧焊条从所述母材离开而使所述电压检测信号成为预先设定的低电平电流通电阈值以上时，输出所述高电平信号，在所述焊接作业者使所述涂药电弧焊条接近所述母材而使所述电压检测信号成为预先设定的主焊接电流通电阈值以下时，输出所述低电平信号。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的焊接电源，其特征在于，

所述焊接电源具备设定所述低电平电流的占空比的低电平电流占空比设定电路，

所述低电平电流占空比设定电路将所述低电平电流的占空比设定成10～30％。

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