CN109693016B - 电弧焊接装置以及电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

电弧焊接装置具备：对焊丝(5)与母材(4)间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路(11)；和使焊接电压所涉及的电源电路(11)的设定电压周期性变动的控制部(12)。电弧焊接装置通过焊接电流的提供使焊丝(5)的前端部与母材(4)间产生电弧，使前端部进入通过电弧形成于母材(4)的被凹状的熔融部分包围的空间来对母材(4)进行焊接。电弧焊接装置具备检测焊接电压的电压检测部(13)和检测焊接电流的电流检测部(14)，控制部(12)基于检测到的焊接电压以及焊接电流来控制焊接电流的提供，从而得到恒电压特性，在焊接电流的降低时暂时容许从恒电压特性的背离从而维持给定的下限电流值以上的焊接电流。

Description

电弧焊接装置以及电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及电弧焊接装置以及电弧焊接方法。

背景技术

在焊接方法之一中有自耗电极式的电弧焊接法。自耗电极式电弧焊接法是使进给到母材的被焊接部的焊丝与母材之间产生电弧、用电弧的热来焊接母材的手法。已知在母材是磁性材料的情况下，由于在母材产生的磁场而引起称作磁偏吹的电弧偏转现象或电弧中断现象，这成为焊接的不稳定化以及焊接缺陷的原因。

特别在焊接中使焊接电流周期性变动的电弧焊接中，在焊接电流的降低时易于产生磁偏吹引起的电弧中断。在产生磁偏吹的情况下，电弧因磁而较大偏转，结果是电弧长度伸长，因此电弧的电阻变大，焊接电流降低，处于电弧电压上升的倾向。

在现有的脉冲电弧焊接技术中，根据焊接电流的降低或电弧电压的上升倾向来探测磁偏吹的产生，通过将焊接电流保持得高来增强电弧的刚直性，或控制焊丝进给速度来缩短电弧长度，来防止磁偏吹(例如专利文献1-4)。

另一方面，研讨如下技术：与一般的气体保护电弧焊接法相比，通过高速进行焊丝的进给，提供大电流，来实现9～30mm的厚板的单道焊接。具体地，通过以约5～100m/分进给焊丝，提供300A以上的大电流，能实现厚板的单道焊接。若进行焊丝的高速进给以及大电流提供，就会因电弧的热而在母材形成凹状的熔融部分，焊丝的前端部进入到被熔融部分包围的空间。通过焊丝的前端部进入到比母材表面更深部，熔融部分贯通到母材的厚度方向背面侧，能进行单道焊接。以下将被凹状的熔融部分包围的空间称作埋空间，将在进入到埋空间的焊丝的前端部与母材或熔融部分之间产生的电弧适宜称作埋弧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2015-147245号公报

专利文献2：JP特开2015-157298号公报

专利文献3：JP特开2016-2564号公报

专利文献4：JP特开2016-13573号公报

但在现有的方法中，由于需要用于探测磁偏吹的时间，因此在从发生磁偏吹起到电弧中断防止控制发挥作用为止出现延迟，有不能有效果地防止磁偏吹的情况。另外，在400A以上的大电流焊接中，焊接电流自身产生出的磁场变大，与不足400A的情况比较易于产生磁偏吹，在现有的电流控制中有不能充分维持电弧的刚直性的情况。特别在埋弧焊接中，由于因电弧力而在熔融金属内形成空间，因此难以缩短电弧长度。另外，即使过度降低电弧电压来强制缩短电弧长度，电弧也会成为埋得非常深的状态，不能担保焊接稳定性，根据情况会出现短路，从而电弧非常不稳定化。因此在现有的方法中不能有效果地抑制磁偏吹。

发明内容

本发明的目的在于，提供电弧焊接装置以及电弧焊接方法，通过进行焊接控制，使得在恒电压特性的埋弧焊接中焊接电流不会低于给定的下限电流值，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接装置一种电弧焊接装置，具备：通过对焊丝与母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路；和使焊接电压所涉及的所述电源电路的设定电压周期性变动的控制部，所述电弧焊接装置通过焊接电流的提供来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，使所述前端部进入由通过该电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，是自耗电极式的电弧焊接装置，所述电弧焊接装置具备：检测由所述电源电路施加的焊接电压的电压检测部；和检测由所述电源电路提供的焊接电流的电流检测部，所述控制部基于由所述电压检测部以及所述电流检测部检测到的焊接电压以及焊接电流来控制焊接电流的提供，以得到恒电压特性，在焊接电流的降低时暂时容许从恒电压特性的背离，由此维持给定的下限电流值以上的焊接电流。

在本发明中，恒电压特性的埋弧焊接中焊接电压以及焊接电流周期性变动。若通过该周期的变动而焊接电流变小，就易于产生磁偏吹引起的电弧中断。为此，控制部控制焊接电流的提供，以得到恒电压特性，在焊接电流的降低时，通过暂时容许从恒电压特性的背离来维持给定的下限电流值以上的焊接电流。通过确保一定的焊接电流，能维持电弧的刚直性，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。另外，不需要用于探测磁偏吹的产生的运算时间，能没有延迟地抑制磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接装置中，所述控制部具备：算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供的恒电压控制部；比较由所述电流检测部检测到的焊接电流的电流值和阈值的比较部；和在检测到的电流值不足阈值的情况下将由所述恒电压控制部控制的焊接电流的电流值限制在所述下限电流值以上的限制部。

在本发明中，控制部在电流检测部中检测到的焊接电流的电流值为阈值以上的情况下对焊接电流的提供进行控制，以得到恒电压特性，在焊接电流的电流值不足阈值的情况下，视作处于易于产生磁偏吹的状态，将焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上。

因此能没有延迟地应对磁偏吹的预兆，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接装置中，所述控制部具备：算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供的恒电压控制部；比较由所述恒电压控制部算出的电流值和阈值的比较部；和在算出的电流值不足阈值的情况下将被所述恒电压控制部控制的焊接电流的电流值限制在所述下限电流值以上的限制部。

在本发明中，控制部算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值，基于算出的电流值来控制焊接电流的提供。然后控制部在算出的电流值为阈值以上的情况下，对焊接电流的提供进行控制，以得到恒电压特性，在该电流值不足阈值的情况下，视作处于易于产生磁偏吹的状态，将焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上。

因此能更早期地探测磁偏吹的预兆，能更有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接装置中，所述电弧焊接装置具备：对被所述限制部限制所述电流值的时间进行计时的计时部；和对所述限制部设定所述下限电流值的下限电流设定部，所述下限电流设定部在限制所述电流值的时间为给定时间以上的情况下使所述下限电流值增大。

在本发明中，在限制焊接电流的电流值的时间持续给定时间以上的情况下，认为处于易于产生磁偏吹的状态，因此下限电流设定部使下限电流值增大。通过使下限电流值增大，能更加增强电弧的刚直性，能更有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接装置中，焊接电流的平均值为400A以上，所述下限电流值为所述平均值的4分之1以上。。

在本发明中，由于焊接电流的平均值是400A以上的大电流，因此焊接电流自身产生出的磁场变大，与不足400A的情况比较易于产生磁偏吹。为此控制部进行控制，使得焊接电流不会低于该焊接电流的平均值的4分之1。

通过这样设定焊接电流的下限电流值，能更有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本发明所涉及的电弧焊接方法使通过对焊丝以及母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路的设定电压周期性变动，来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，并使所述前端部进入由通过所述电弧形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，是自耗电极式的电弧焊接方法，检测由所述电源电路施加以及提供的焊接电压以及焊接电流，基于检测到的焊接电压以及焊接电流来控制焊接电流的提供，以得到恒电压特性，在焊接电流的降低时，通过暂时容许从恒电压特性的背离来维持给定的下限电流值以上的焊接电流。

在本发明中，能确保一定的焊接电流并维持电弧的刚直性，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

发明的效果

根据本发明，通过进行焊接控制，使得在恒电压特性的埋弧焊接中焊接电流不会低于给定的下限电流值，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

附图说明

图1是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。

图2是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的次序的流程图。

图3是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的示意图。

图4是表示限制焊接电流带来的电弧中断防止效果的说明图。

图5是表示通过限制焊接电流而让电弧中断产生次数减低的柱形图。

图6是表示本实施方式2所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。

图7是表示本实施方式3所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。

附图标记的说明

1、201、301 焊接电源

2 焊炬

3 焊丝进给部

4 母材

5 焊丝

5a 前端部

6 熔融部分

6a 埋空间

61 底部

62 侧部

7 电弧

11 电源电路

12、212、312 控制部

12a 输出电压设定部

12b 恒电压控制部

12c 差分放大部

12d 下限电流设定部

12e 比较部

12f 限制部

12g 计时部

13 电压检测部

14 电流检测部

15 进给速度控制部

41 第1母材

42 第2母材

R 电阻

L 电抗

E 设定电压

V 焊接电压

I 焊接电流

Vd 焊接电压的电压值

Id 焊接电流的电流值

Er 输出电压设定值

Irc 焊接电流控制设定值

ΔI 差分值

Imin 下限电流值

具体实施方式

以下基于表示本实施方式的附图来详述本发明。

(实施方式1)

图1是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。本实施方式1所涉及的电弧焊接装置是进行埋弧焊接的自耗电极式的气体保护电弧焊接机，具备焊接电源1、焊炬2以及焊丝进给部3。

焊炬2由铜合金等导电性材料构成，向母材4的被焊接部引导焊丝5，并具有提供电弧7(参考图3)的产生所需的焊接电流I的圆筒形状的导电嘴。导电嘴与插通其内部的焊丝5接触，将焊接电流I提供给焊丝5。另外，焊炬2形成围绕导电嘴的中空圆筒形状，具有向被焊接部喷射保护气体的喷嘴。保护气体用于防止通过电弧7熔融的母材4以及焊丝5的氧化。保护气体例如是碳酸气体、碳酸气体以及氩气体的混合气体、氩等惰性气体等。

焊丝5例如是实心焊丝，其直径为0.9mm以上1.6mm以下，作为自耗电极发挥功能。焊丝5例如是以卷成螺旋状的状态线收容在包装桶的包装焊丝、或卷绕在焊丝盘的盘焊丝。焊丝5的材质能使用YGW11、YGW12、YGW15、YGW17、YGW18、YGW19等实心焊丝。但也可以将药芯焊丝、金属芯焊丝、其他新的焊丝作为焊丝5运用。

焊丝进给部3具有将焊丝5向焊炬2进给的进给辊和使该进给辊旋转的电动机。焊丝进给部3通过使进给辊旋转来从包装桶或焊丝盘将焊丝5拉出，将拉出的焊丝5向焊炬2定速提供。焊丝5的进给速度例如是约5～100m/分。另外，相关的焊丝5的进给方式是一例，并没有特别限定。

焊接电源1是恒电压特性的电源，具备经由供电线缆与焊炬2的导电嘴以及母材4连接的电源电路11。电源电路11是输出被PWM控制的直流的电路，通过对焊丝5以及母材4间施加焊接电压V来提供焊接电流I。另外焊接电源1具备：控制焊接电流I的提供的控制部12、电压检测部13以及电流检测部14、和控制焊丝5的进给速度的进给速度控制部15。

电压检测部13检测用电源电路11对焊丝5以及母材4间施加的焊接电压V，将检测到的电压值Vd输出到控制部12。

电流检测部14检测从焊接电源1经由焊炬2提供给焊丝5并流过电弧7的焊接电流I，将检测到的电流值Id输出到控制部12。

控制部12具备输出电压设定部12a、恒电压控制部12b、差分放大部12c、下限电流设定部12d、比较部12e以及限制部12f。构成控制部12的各结构部可以由硬件构成，也可以构成为软件的功能部。另外，自不必说，也可以以硬件构成一部分，以软件构成其他部分。以下说明为控制部12是具有CPU、ROM、RAM、输入输出部等的计算机，通过执行控制程序的CPU的运算处理来软件地实现各结构部。

输出电压设定部12a将表示有恒电压特性的焊接电源1的输出电压E的输出电压设定值Er输出给恒电压控制部12b。输出电压设定部12a基于对焊接电源1设定的焊接电流I的平均电流设定值、频率设定值以及振幅设定值来生成设为目标的频率、用于以电流振幅以及平均电流使焊接电流I周期性变动的任意波形的输出电压设定值Er，将生成的输出电压设定值Er输出到恒电压控制部12b。输出电压设定值Er例如是以矩形波状的信号表征的周期性增减的值。

上述平均电流设定值是用于设定周期性变动的焊接电流I的平均电流的数值。在实施本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的情况下，平均电流设定值为300A以上的平均电流，优选将平均电流设为300A以上1000A以下的平均电流，更优选是500A以上800A以下的平均电流。

上述频率设定值是用于设定用于使母材4以及焊丝5间的焊接电压V以及焊接电流I周期性变动的频率的数值。在实施本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的情况下，频率设定值是10Hz以上1000Hz以下的频率，优选50Hz以上300Hz以下的频率，更优选是80Hz以上200Hz以下的频率。

上述振幅设定值是用于没定周期性变动的焊接电流I的振幅的数值。在实施本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的情况下，振幅设定值为50A以上的电流振幅，优选为100A以上500A以下的电流振幅，更优选是200A以上400A以下的电流振幅。

恒电压控制部12b通过使焊接电源1的电感电子性变动来实现给定的恒电压特性，控制焊接电流I的提供。恒电压控制部12b基于输出电压设定值Er来算出表示能得到给定的恒电压特性的焊接电流I的焊接电流控制设定值Irc，将算出的焊接电流控制设定值Irc经由限制部12f输出到差分放大部12c。

以下说明恒电压控制部12b进行的电感的电子控制。

在焊接电源1的通电路径中存在电阻R以及电抗L。电阻R的电阻值Rm是包含焊接电源1的内部的布线以及外部的供电线缆等引起的固定份的电阻的电子性形成的电阻。电抗L的电感值Lm是包含设于焊接电源1的内部的线圈以及供电线缆的引绕引起的固定份的电感的电子性形成的电感。通常电阻值Rm为0.01～0.3Ω，电感值Lm为20～500μH。

图1所示的焊接电源1与在电源电路11串联连接电阻R、电抗L、和焊炬2以及母材4的电路等效，若将焊炬2以及母材4中的电压降设为焊接电压V，则电源电路11的输出电压满足下述式。

E＝Rm·i+Lm·di/dt+v···(1)

其中

E：电源电路11的输出电压

Rm：电阻R的电阻值

Lm：电抗L的电感值

i：焊接电流I的值

v：焊接电压V的值

t：时间

若整理上述式(1)，则成为下述式(2)。

di/dt＝(E-v-Rm·i)/Lm···(2)

若对上述式(2)的两边进行积分，则成为下述式(3)。

i＝∫{(E-v-Rm·i)/Lm}·dt···(3)

这里，若分别将上述式(3)的左边的电流值i置换成用于控制电源电路11的输出的焊接电流控制设定值(Irc)，将输出电压E置换成输出电压设定值(Er)，将右边的电流值i置换成检测到的焊接电流I的电流值(Id)，将电压值v置换成检测的焊接电压V的电压值(Vd)，将电阻值(Rm)置换成外部特性倾斜度设定值(Rr)，将电感值(Lm)置换成电感设定值(Lr)，则上述式(3)用下述式(4)表征。

Irc＝∫{(Er-Vd-Rr·Id)/Lr}·dt···(4)

其中，

Irc：焊接电流控制设定值

Er：输出电压设定值

Rr：外部特性倾斜度设定值

Lr：电感设定值

Vd：焊接电压V的检测值

Id：焊接电流I的检测值

恒电压控制部12b基于输入的电压值Vd、电流值Id以及输出电压设定值Er、和对焊接电源1设定的外部特性倾斜度设定值Rr以及电感设定值Lr，来算出电流设定值的每单位时间的变化量(Er-Vd-Rr·Id)/Lr。然后恒电压控制部12b对该变化量进行积分，将积分得到的焊接电流控制设定值Irc输出到限制部12f。焊接电流控制设定值Irc所表示的焊接电流I的设定值用上述式(4)表征。

下限电流设定部12d将用于通过限制焊接电流I的下限来防止磁偏吹引起的电弧中断的下限电流值Imin输出到限制部12f。下限电流值Imin是用于将焊接电流I限制在给定的下限电流值Imin以上的设定值。下限电流值Imin期望是焊接电流I的平均电流的1/4以上，优选是该平均电流的1/3，更优选设定为该平均电流的1/2。

例如在焊接电流I的平均电流为600A、振幅为300A的情况下，将下限电流值Imin设定为300A即可。

比较部12e是用于判断是否应限制焊接电流I的结构部，将在电流检测部14检测到的焊接电流I的电流值Id和给定的阈值进行比较，将表示比较结果的比较值输出到限制部12f。具体地，比较部12e在焊接电流I的电流值Id不足阈值的情况下将负的值的比较值输出到限制部12f，在电流值Id为阈值以上的情况下，将「0」以上的值输出到限制部12f。

阈值至少是下限电流值Imin以下的值。

限制部12f是用于限制焊接电流I的下限的结构部，被输入焊接电流控制设定值Irc、下限电流值Imin以及比较值。限制部12f在被输入「0」以上的比较值的情况下，选择从恒电压控制部12b输出的焊接电流控制设定值Irc，将选择的焊接电流控制设定值Irc输出到差分放大部12c。在比较值是负的值的情况下，选择从下限电流设定部12d输出的下限电流值Imin，将选择的下限电流值Imin输出到差分放大部12c。

差分放大部12c将从流检测部14输出的电流值Id与从限制部12f输出的焊接电流控制设定值Irc或下限电流值Imin的差分放大，将表示该差分的放大了的差分值ΔI输出到电源电路11。即，在焊接电流I的电流值Id为阈值以上的情况下，差分放大部12c将从焊接电流控制设定值Irc减去该电流值Id而得到的差分值ΔI输出到电源电路11。在焊接电流I的电流值Id不足阈值的情况下，差分放大部12c将从下限电流值Imin减去电流值Id而得到的差分值ΔI输出到电源电路11。

电源电路11具备对商用交流进行交直变换的AC-DC转换器、将交直变换的直流通过进行开关而变换成所需的交流的逆变电路、对变换的交流进行整流的整流电路等。电源电路11按照从差分放大部12c输出的差分值ΔI来对逆变器进行PWM控制，使得差分值ΔI变小，将直流电压输出到焊丝5。其结果，对母材4以及焊丝5间施加周期性变动的焊接电压V，通电焊接电流I。电源电路11由于按照差分值ΔI对输出进行控制，使其满足上述式(4)，因此能电子性生成焊接电源1的电感设定值Lr、外部特性倾斜度设定值Rr。即，电源电路11基本作为有恒电压特性的电源而动作，在焊接电流I的降低时，能将焊接电流I提供给焊丝5，使得暂时容许从恒电压特性的背离从而维持给定的下限电流值Imin以上的焊接电流I。

另外，在焊接电源1中构成为经由未图示的控制通信线从外部输入输出指示信号，控制部12以输出指示信号为触发使电源电路11开始焊接电流I的提供。输出指示信号例如从未图示的焊接机器人输出到焊接电源1。另外，在手动的焊接机的情况下，输出指示信号在操作设于焊炬2侧的手边操作开关时从焊炬2侧输出到焊接电源1。

图2是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的次序的流程图，图3是表示本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的示意图。首先将要通过焊接接合的一对母材4配置在电弧焊接装置，进行焊接电源1的各种设定(步骤S11)。具体地，如图3所示那样准备板状的第1母材41以及第2母材42，使被焊接部即端面41a、42a对顶，配置在给定的焊接作业位置。另外，可以根据需要在第1母材41以及第2母材42设置Y形、レ形、I坡口等任意形状的坡口。第1以及第2母材41、42例如是软钢、机械结构用碳素钢、机械结构用合金钢等钢板，厚度为9mm以上30mm以下。

然后焊接电源1在频率10Hz以上1000Hz以下、平均电流300A以上、电流振幅50A以上的范围内设定焊接电流I的焊接条件。

另外，焊接电流I的条件设定可以由全部焊接作业者进行，也可以构成为焊接电源1用操作部接受本实施方式1所涉及的焊接方法的实施，自动进行全部条件设定。另外，焊接电源1可以构成为用操作部接受平均电流等一部分焊接条件，决定适合接受到的焊接条件的剩余的焊接条件，半自动地进行条件设定。

在进行各种设定后，焊接电源1判定是否满足焊接电流I的输出开始条件(步骤S12)。具体地，焊接电源1判定是否被输入焊接的输出指示信号。在判定为未被输入输出指示信号、不满足焊接电流I的输出开始条件的情况下(步骤S12“否”)，焊接电源1在输出指示信号的输入等待状态下进行待机。

在判定为满足焊接电流I的输出开始条件的情况下(步骤S12“是”)，焊接电源1的进给速度控制部15将指示焊丝的进给的进给指示信号输出到焊丝进给部3，以给定速度使焊丝5进给(步骤S13)。焊丝5的进给速度是定速，例如在约5～100m/分的范围内设定。进给速度构成为：可按照从恒电压控制部12b输出的焊接电流控制设定值Irc，由进给速度控制部15决定进给速度，也可以由焊接作业者直接设定焊丝的进给速度。

接下来，焊接电源1的控制部12用电压检测部13以及电流检测部14检测焊接电压V以及焊接电流I(步骤S14)，算出焊接电流控制设定值Irc(步骤S15)。

然后控制部12判定在电流检测部14检测到的焊接电流I的电流值Id是否不足阈值(步骤S16)。在焊接电流I判定为不足阈值的情况下(步骤S16“是”)，控制部12进行限制，使得焊接电流控制设定值Irc不会低于给定的下限电流值Imin(步骤S17)。在结束了步骤S17的处理的情况下，或在判定为检测到的焊接电流I是阈值以上的情况下(步骤S16“否”)，控制部12将焊接电流控制设定值Irc或下限电流值Imin与焊接电流I的电流值Id的差分值ΔI输出到电源电路11，对焊接电流I的提供进行控制(步骤S18)。电源电路11按照从控制部12输出的差分值ΔI对焊接电源1的输出进行PWM控制，使得焊接电流I与焊接电流控制设定值Irc或下限电流值Imin一致。即，焊接电源1使输出电压设定值Er周期性变动来控制输出，使得在恒电压特性下，将焊接电流I维持为下限电流值Imin以上，并且焊接电流I以频率10Hz以上不足1000Hz、平均电流300A以上、电流振幅50A以上周期性变动。

接下来焊接电源1的控制部12判定是否停止焊接电流I的输出(步骤S19)。具体地，焊接电源1判定输出指示信号的输入是否持续。在判定为输出指示信号的输入持续、且不停止焊接电流I的输出的情况下(步骤S19“否”)，控制部12使处理回到步骤S13，继续焊接电流I的输出。在判定为停止焊接电流I的输出的情况下(步骤S19“是”)，控制部12使处理回到步骤S12。

若按照上述焊接条件以及次序使焊接电流I周期性变动，则在不会产生磁偏吹以及电弧中断的稳定状态下，如图3所示那样，在母材4形成因在焊丝5的前端部5a与被焊接部间产生的电弧7的热而熔融的母材4以及焊丝5的熔融金属所构成的凹状的熔融部分6，焊丝5的前端部5a进入埋空间6a。然后在用高速摄像机拍摄电弧7的样子时，如图3左图所示那样，确认到使第1状态和第2状态周期性变动，其中在第1状态下，焊丝5较深地进入埋空间6a，在焊丝5的前端部5a与熔融部分6的底部61间产生电弧7，在第2状态下，焊丝5较浅地进入埋空间6a，在前端部5a与熔融部分6的侧部62间产生电弧7。

如此，焊丝5的前端部5a进入埋空间6a而成为被熔融部分6包围的状态，能通过使焊接电流I周期性变动来使埋空间6a中的前端部5a的位置上下改变。

在第1状态下，焊丝5的前端部5a较深地进入埋空间6a，通过照射到熔融部分6的底部61的电弧7而得到深的熔深。

在第2状态下，焊丝5的前端部5a较浅地进入埋空间6a，由于通过照射到熔融部分6的侧部62的电弧7的力支撑熔融部分6，因此埋空间6a在稳定的状态下维持。

因此能通过使焊接电流I周期性变动来稳定地维持埋空间6a。

图4是表示限制焊接电流I带来的电弧中断防止效果的说明图。图4A以及图4B所示的图表的横轴表示时间，纵轴表示焊接电流I的值。图4A表示不限制焊接电流I的下限的情况下的焊接电流I的时间变化，图4B表示限制焊接电流I的下限时的焊接电流I的时间变化。

用于验证电弧中断防止的效果的埋弧焊接的实施条件如以下那样。母材4的板厚是19mm，焊丝5的焊丝直径是1.4mm，焊丝进给速度是22m/分，焊接电流I的平均值是600A，输出电压设定值Er是48V。焊接电源1使焊接电流I在大致±300A的振幅、频率140Hz下周期性变动。母材4为I坡口，间隙取4mm，在背衬中使用水冷铜板。

在上述焊接条件下，与磁偏吹的产生相伴，焊接电流I整体降低。如图4A所示那样，特别若在低电流区域焊接电流I减少到200A程度，就有不能维持电弧7的刚直性而来到电弧中断的情况。在图4A所示的示例中，在时间＝30(ms)时不能维持电弧7，产生电弧7中断。

与此相对，如图4B所示那样，若在相同焊接条件下将焊接电流I的下限限制在300A，则在低电流区域也充分维持电弧7的刚直性，能防止电弧中断。

图5是表示通过限制焊接电流I从而让电弧中断产生次数减低的柱形图。图5中，左侧的2根棒表示不进行焊接电流I的电流限制的情况下的电弧中断产生次数，右侧的2根棒表示进行焊接电流I的电流限制的情况下的电弧中断产生次数。带阴影的棒以及涂黑棒分别表示进行2次焊接实验得到的结果。如从图5所示的实验结果的柱形图所明确的那样，通过限制焊接电流I能急剧减低电弧中断的产生次数。在带阴影的棒所示的实验结果中，通过进行电流限制而成功使电弧中断产生次数从89次减低到15次。

根据实施方式1所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法，进行焊接控制，使得在恒电压特性的埋弧焊接中焊接电流I不会低于给定的下限电流值Imin，由此能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

另外，本实施方式1所涉及的控制部12，将在电流检测部14检测到的焊接电流I的电流值Id不足阈值的情况视作处于易于产生磁偏吹的状态，将焊接电流控制设定值Irc限制在给定的下限电流值Imin以上。因此能没有延迟地应对磁偏吹的预兆，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

(实施方式2)

实施方式2所涉及的电弧焊接装置由于下限电流值Imin的设定所涉及的结构与实施方式1不同，因此以下主要说明上述相异点。由于其他结构以及作用效果与实施方式同样，因此在对应的部位标注同样的附图标记并省略详细的说明。

图6是表示本实施方式2所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。实施方式2所涉及的电弧焊接装置具备与实施方式1同样的焊接电源201。实施方式2所涉及的控制部212具备对通过限制部12f限制焊接电流I的电流值的时间进行计时的计时部12g。对计时部12g输入从比较部12e输出的比较值，计时部12g对被输入负的比较值的时间进行计时，在计时了给定时间以上的情况下，将使下限电流值Imin增大的变更指示输出到下限电流设定部12d。在对计时部12g输入正的比较值的情况下，将计时重置。另外，在输入给定时间以上的负的比较值后输入正的比较值的情况下，计时部12g将使下限电流值Imin变更到变更前的值的解除指示输出到下限电流设定部。

下限电流设定部12d在从计时部12g输出变更指示的情况下，使下限电流值Imin增大，将增大的下限电流值Imin输出到限制部12f。另外，下限电流设定部12d在从计时部12g输出解除指示的情况下，使下限电流值Imin回到增大前的值，将原本的下限电流值Imin输出到限制部12f。

根据实施方式2所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法，在焊接电流I的电流值Id不足阈值的状态持续给定时间以上的情况下，认为处于易于产生磁偏吹的状态，下限电流设定部12d使下限电流值Imin增大。通过如此进行控制，能使电弧7的刚直性更强，能更有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

另外，在上述实施方式中说明了仅变更下限电流值Imin的示例，但也可以使阈值也和下限电流值Imin一起增减。

(实施方式3)

实施方式3所涉及的电弧焊接装置由于磁偏吹的探测方法与实施方式1不同，因此以下主要说明上述相异点。由于其他结构以及作用效果与实施方式同样，因此对对应的部位标注同样的附图标记并省略详细的说明。

图7是表示本实施方式3所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。实施方式3所涉及的电弧焊接装置具备与实施方式1同样的焊接电源301。实施方式3所涉及的控制部312的比较部12e不是输出在电流检测部14检测到的焊接电流I的电流值Id，而是比较从恒电压控制部12b输出的焊接电流控制设定值Irc和给定的阈值，将表示比较结果的比较值输出到限制部12f。具体地，比较部12e在焊接电流控制设定值Irc不足阈值的情况下，将负的值的比较值输出到限制部12f，在焊接电流控制设定值Irc为阈值以上的情况下，将「0」以上的值输出到限制部12f。

根据实施方式3所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法，能没有延迟地应对磁偏吹的预兆，能有效果地抑制埋弧焊接中的磁偏吹以及电弧中断的产生。

本次公开的实施方式在全部点上都是例示，不应认为是限制。本发明的范围并不是上述的含义，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的以及范围内的全部变更。

Claims (5)

1.一种自耗电极式的电弧焊接装置，具备：

通过对焊丝与母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路；和

使焊接电压所涉及的所述电源电路的设定电压周期性变动的控制部，

所述电弧焊接装置通过焊接电流的提供来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，使所述前端部进入由通过该电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，

所述电弧焊接装置的特征在于，具备：

检测由所述电源电路施加的焊接电压的电压检测部；和

检测由所述电源电路提供的焊接电流的电流检测部，

所述控制部具备：

基于由所述电压检测部以及所述电流检测部检测到的焊接电压以及焊接电流，算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值，并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供的恒电压控制部；

比较由所述电流检测部检测到的焊接电流的电流值和阈值的比较部；和

限制部，在检测到的电流值不足阈值的情况下将被所述恒电压控制部控制的焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上，从而在焊接电流的降低时暂时容许从恒电压特性的背离，由此维持所述下限电流值以上的焊接电流，

所述电弧焊接装置还具备：

对被所述限制部限制所述电流值的时间进行计时的计时部；和

对所述限制部设定所述下限电流值的下限电流设定部，

所述下限电流设定部在限制所述电流值的时间为给定时间以上的情况下使所述下限电流值增大，

所述下限电流值的增大后，若检测出的电流值为阈值以上，则使所述下限电流值回到增大前的值。

2.一种自耗电极式的电弧焊接装置，具备：

通过对焊丝与母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路；和

使焊接电压所涉及的所述电源电路的设定电压周期性变动的控制部，

所述电弧焊接装置通过焊接电流的提供来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，使所述前端部进入由通过该电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，

所述电弧焊接装置的特征在于，具备：

检测由所述电源电路施加的焊接电压的电压检测部；和

检测由所述电源电路提供的焊接电流的电流检测部，

所述控制部具备：

基于由所述电压检测部以及所述电流检测部检测到的焊接电压以及焊接电流，算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供的恒电压控制部；

比较由所述恒电压控制部算出的电流值和阈值的比较部；和

限制部，在算出的电流值不足阈值的情况下将由所述恒电压控制部控制的焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上，从而在焊接电流的降低时暂时容许从恒电压特性的背离，由此维持所述下限电流值以上的焊接电流，

所述电弧焊接装置还具备：

对被所述限制部限制所述电流值的时间进行计时的计时部；和

对所述限制部设定所述下限电流值的下限电流设定部，

所述下限电流设定部在限制所述电流值的时间为给定时间以上的情况下使所述下限电流值增大，

所述下限电流值的增大后，若检测出的电流值为阈值以上，则使所述下限电流值回到增大前的值。

3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接装置，其特征在于，

焊接电流的平均值为400A以上，

所述下限电流值为所述平均值的4分之1以上。

4.一种自耗电极式的电弧焊接方法，使通过对焊丝以及母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路的设定电压周期性变动，来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，并使所述前端部进入由通过所述电弧形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，

所述电弧焊接方法的特征在于，

检测由所述电源电路施加的焊接电压以及由所述电源电路提供的焊接电流，

基于检测到的焊接电压以及焊接电流，算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值，并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供，

比较检测到的焊接电流的电流值和阈值，

在检测到的电流值不足阈值的情况下将焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上，从而在焊接电流的降低时，通过暂时容许从恒电压特性的背离来维持所述下限电流值以上的焊接电流，

对限制所述电流值的时间进行计时，

在限制所述电流值的时间为给定时间以上的情况下使所述下限电流值增大，

所述下限电流值的增大后，若检测出的电流值为阈值以上，则使所述下限电流值回到增大前的值。

5.一种自耗电极式的电弧焊接方法，使通过对焊丝以及母材间施加焊接电压来提供焊接电流的电源电路的设定电压周期性变动，来使所述焊丝的前端部与母材间产生电弧，并使所述前端部进入由通过所述电弧形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来对所述母材进行焊接，

所述电弧焊接方法的特征在于，

检测由所述电源电路施加的焊接电压以及由所述电源电路提供的焊接电流，

基于检测到的焊接电压以及焊接电流，算出能得到恒电压特性的焊接电流的电流值，并基于算出的电流值来控制焊接电流的提供，

比较算出的电流值和阈值，

在算出的电流值不足阈值的情况下将焊接电流的电流值限制在给定的下限电流值以上，从而在焊接电流的降低时，通过暂时容许从恒电压特性的背离来维持所述下限电流值以上的焊接电流，

对限制所述电流值的时间进行计时，

在限制所述电流值的时间为给定时间以上的情况下使所述下限电流值增大，

所述下限电流值的增大后，若检测出的电流值为阈值以上，则使所述下限电流值回到增大前的值。

Images