CN112008200A - 电弧焊接装置以及电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电弧焊接装置，在自耗电极式的埋弧焊接中，即使是焊丝的突出长度变动的情况，也能将相对于熔融部分的焊丝前端部的位置维持固定，能实现稳定的埋弧状态。电弧焊接装置具备：模式设定电路，其选择以埋弧进行焊接的第1模式、或以明弧进行焊接的第2模式；进给速度控制电路，其对进给速度进行控制，使得在突出长度变长的情况下，焊丝的进给速度变快，在突出长度变短的情况下，进给速度变慢；和电压控制电路，其对电源部的输出进行控制，使得在突出长度变长的情况下，输出电压变大，在突出长度变短的情况下，输出电压变小。与焊丝的突出长度相应的进给速度的变化量所对应的输出电压的变化量，在第1模式设定时比第2模式设定时更小。

Description

电弧焊接装置以及电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及自耗电极式的电弧焊接装置以及电弧焊接方法。

背景技术

作为焊接方法之一，有自耗电极式的气体保护电弧焊接法。气体保护电弧焊接法是使对母材进给的焊丝与母材之间产生电弧、通过电弧的热来焊接母材的手法，特别是为了防止成为高温的母材的氧化，一边对焊接部周边喷射惰性气体一边进行焊接。若是5mm程度的薄板，就能以单道来焊接母材的对接接缝。

另外，有通过与一般的气体保护电弧焊接法相比更高速进行焊丝的进给、提供大电流来实现9～30mm的厚板的单道焊接的技术。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，就会由于电弧的热而在母材形成凹状的熔融部分，焊丝的前端部进入被熔融部分包围的空间。通过焊丝的前端部进入比母材表面更深部，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没空间，将在进入埋没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。将以埋弧进行的焊接称作埋弧焊接。另一方面，将不形成凹状的熔融部分的电弧、或焊丝前端部不侵入凹状的熔融部分的通常的电弧称作明弧。

在专利文献1中公开了一种自耗电极式的电弧焊接装置，即使在焊丝的突出长度变动的情况下也能得到稳定的电弧。

在具有恒电压特性控制和与其类似的特性的一般的消耗式电极电弧焊接中，由于若焊丝突出长度变化则焊接电流变化，因此与此相伴的熔深深度的变化、电弧状态的变化经常成为问题。其中这里所说的突出长度，是指从导电嘴到母材表面的距离，而不是指焊接中作为个体而存在的焊丝的长度(从导电嘴前端到电弧产生点的长度)。为了解决该问题，有通过自动调整与焊接电流有相关的焊丝进给速度来将焊接电流维持成如设定值那样的技术。

但仅进行焊丝进给速度的调整，虽然能将焊接电流维持得如设定值那样，但不能固定地维持合适的电弧长度，焊接会不稳定化。在专利文献1 所涉及的电弧焊接装置中，通过与进给速度同时自动调整设定电压，能将电弧长度保持固定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平5-205451号公报

但在专利文献1记载的电弧焊接装置中，未考虑埋弧焊接和明弧焊接的特性。

与通常的明弧比较，在埋弧中，出于下述的理由而需要更精密地控制电弧长度、及焊丝前端位置。

第1，若焊丝前端位置上升到比熔融部分的上端更上侧，就不再是埋弧。

第2，在以通过在熔融部分深的位置使电弧产生来得到深的熔深为特征的埋弧中，焊丝前端位置的变化给熔深深度带来较大影响。

第3，特别在利用旋转过渡或钟摆过渡来将埋弧稳定化的情况下，若焊丝前端位置变深，就变得难以支撑熔融部分的侧壁，埋弧的稳定性降低。

另外，与通常的明弧比较，在埋弧中，为了使焊丝前端位置变化而需要的电压变化量较小，在使用专利文献1的控制技术的情况下，若直接使用在通常的明弧中所使用的进给速度变化量/设定电压变化量，后者的影响较大而不能将焊丝前端位置维持固定。

如以上那样，若在埋弧中进行与明弧同样的控制，相对于熔融部分的焊丝前端位置就会发生变动。在埋弧中，存在该焊丝前端位置的变动会带来埋弧的不稳定化这样的技术的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电弧焊接装置以及电弧焊接方法，即使是焊丝的突出长度发生变动的情况，也能将相对于熔融部分的焊丝前端部的位置维持固定，能实现稳定的埋弧状态。

本方案所涉及的电弧焊接装置具备对向母材进给的焊丝提供焊接电流的电源部，是自耗电极式的电弧焊接装置，具备：模式设定电路，其选择：使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材的第1模式、或者不形成凹状的所述熔融部分或不使所述焊丝的前端部进入所述熔融部分来焊接所述母材的第2模式；进给速度控制电路，其对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；电压控制电路，其对所述电源部的输出电压进行控制，在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述电源部的输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述电源部的输出电压变小，对于与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量，在第1模式设定时比第2模式设定时小。

在本方案中，在焊丝的突出长度变动的情况下，通过使焊丝的进给速度变动，能维持焊接电流(参考图5)。另外，通过使进给速度变动并使电源部的输出电压变动，能维持电弧长度(参考图7、图8)。

不仅在明弧中，在埋弧中也基本上能提供使焊丝的进给速度以及输出电压变动来将焊接电流以及电弧长度维持固定。但在埋弧中，电弧长度的变化比较平缓(参考图9)，若与明弧同样地使输出电压变动，相对于凹状的熔融部分的焊丝前端位置就会变化，埋弧就会不稳定化。

为此在本方案中，与焊丝的突出长度相应的进给速度的变化量所对应的输出电压的变化量控制成第1模式设定时(埋弧)比第2模式设定时(明弧)小。

通过如此地使输出电压变动，无论在埋弧焊接以及明弧的哪一者中，都能在突出长度变动时将焊接电流以及电弧长度维持固定。换言之，即使焊丝的突出长度发生变化，也能将电弧稳定地维持。

本方案所涉及的电弧焊接装置中，所述焊丝的直径越大，所述第1模式设定时的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量与所述第2模式设定时的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量的差分越大。

在本方案中，不管焊丝直径的大小怎样，都能将电弧稳定地维持。

本方案所涉及的电弧焊接装置具备对向母材进给的焊丝提供焊接电流的电源部，使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材，是自耗电极式的电弧焊接装置，具备：进给速度控制电路，其对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；和电压控制电路，其对所述电源部的输出电压进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述电源部的输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述电源部的输出电压变小，与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量被设定成得以维持所述熔融部分。

在本方案中，与上述方案同样地，在埋弧焊接中，也能在突出长度变动时将焊接电流以及电弧长度维持固定。换言之，即使焊丝的突出长度发生变化，也能将电弧维持稳定。

本方案所涉及的电弧焊接装置中，所述电源部具有恒电压特性，所述电压控制电路通过使所述电源部的设定电压周期性变动来使所述焊接电流变动，并周期性变动所述焊丝的所述前端部较深地进入所述空间的第1 状态和使所述焊丝较浅地进入所述空间的第2状态。

在本发明中，焊丝的前端部进入被凹状的熔融部分包围的埋没空间，产生埋弧。具体地，焊丝的前端部成为被熔融部分包围的状态，通过使焊接电流周期性变动，能使埋没空间中的焊丝前端位置上下移动，在前端部与熔融部分的底部以及侧部之间产生电弧。

在第1状态下，焊丝的前端部较深地进入埋没空间，通过照射到熔融部分的底部的电弧，得到深的熔深。

通过电弧的热而熔融的母材以及焊丝的熔融金属，虽然要流向埋没空间闭口、且埋没焊丝的前端部的方向，但在第2状态下，焊丝的前端部较浅地进入埋没空间，通过照射到熔融部分的侧部的电弧的力支撑熔融部分，因此埋没空间维持在稳定的状态。

本方案所涉及的电弧焊接装置中，在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的低电压侧的值变动。

根据本方案，通过使变动的输出电压的低电压侧的值变动，与使高电压侧变动的情况相比，能使埋弧稳定化。

本方案所涉及的电弧焊接装置中，在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的高电压侧的值变动。

根据本方案，通过使变动的输出电压的高电压侧的值变动，与使低电压侧变动的情况相比，能形成耐磁吹的埋弧。

本方案所涉及的电弧焊接装置中，在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的平均值变动。

根据本方案，通过使变动的输出电压的平均值变动，能形成某种程度耐磁吹、稳定性也高的埋弧。

本方案所涉及的电弧焊接方法是自耗电极式的电弧焊接方法，对向母材进给的焊丝提供焊接电流，具备如下步骤：选择：使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材的第1模式、或不形成凹状的所述熔融部分或不使所述焊丝的前端部进入所述熔融部分来焊接所述母材的第2模式；对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；对输出电压进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，输出电压变小，对于与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量，在第1模式设定时比第2模式设定时更小。

在本方案中，与上述方案同样地，在埋弧焊接，也能在突出长度变动时将焊接电流以及电弧长度维持固定。换言之，即使焊丝的突出长度发生变化，也能将电弧维持稳定。

本方案所涉及的电弧焊接方法是自耗电极式的电弧焊接方法，对向母材进给的焊丝提供焊接电流，使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材，具备如下步骤：对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；对输出电压进行控制，在所述焊丝的突出长度变长的情况下，输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，输出电压变小，与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量被设定成得以维持所述熔融部分。

在本方案中，与上述方案同样地，在埋弧焊接中，也能在突出长度变动时将焊接电流以及电弧长度维持固定。换言之，即使焊丝的突出长度发生变化，也能将电弧稳定地维持。

发明的效果

根据上述，在埋弧焊接中，即使是焊丝的突出长度变动的情况，也能将相对于熔融部分的焊丝前端部的位置维持固定，能实现稳定的埋弧状态。

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是表示焊接对象的母材的侧截面图。

图4是表示埋弧状态的示意图。

图5是表示在焊丝的突出长度发生变动的情况下通过使焊丝的进给速度变动来维持焊接电流的方法的说明图。

图6是表示使焊丝的进给速度变动、维持焊接电流时的电弧长度的变化的示意图。

图7是表示通过使焊丝的进给速度变动并使设定电压变动来维持电弧长度的方法的说明图。

图8是表示通过使焊丝的进给速度变动并使设定电压变动来维持电弧长度的示意图。

图9是表示在埋弧焊接中焊丝前端位置变动的情况下的电弧长度的变动的示意图。

图10是表示设定电压的补正量的图表。

图11是表示设定电压以及焊接电流的变动的图表。

图12是表示本实施方式2所涉及的电弧焊接方法的示意图。

图13是表示本实施方式2所涉及的设定电压的控制方法的图表。

附图标记的说明

1 焊接电源

2 焊炬

3 焊丝进给部

4 母材

5 焊丝

6 熔融部分

6a 埋没空间

11 电源部

12 进给速度控制电路

11a 电源电路

11b 电压控制电路

11c 模式设定电路

11d 电流等设定电路

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的实施方式所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法的具体例。另外，本发明并不限定于这些例示，意在包含由权利要求书的范围示出、与权利要求书的范围等同的意义以及范围内的全部变更。

以下基于表示其实施方式的附图来具体说明本发明。

(实施方式1)

<电弧焊接装置>

图1是表示本实施方式所涉及的电弧焊接装置的一个结构的示意图。本实施方式所涉及的电弧焊接装置是能对板厚9～30mm的母材4以单道进行对接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。本实施方式所涉及的电弧焊接装置是半自动焊接机，能进行埋弧焊接以及明弧焊接任一者的焊接。

焊炬2由铜合金等导电性材料构成，具有向母材4的被焊接部引导焊丝5、并提供电弧7(参考图4、图8等)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。保护气体用于防止被电弧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，其直径是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收容于包装桶的桶装焊丝或卷绕在焊丝盘卷盘焊丝。

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以给定速度提供。在埋弧焊接的情况下，焊丝5的进给速度例如是约5～100m/分。在明弧焊接的情况下，焊丝 5的进给速度是约1～22m/分。另外，该焊丝5的进给方式是一例，并没有特别限定。

焊接电源1经由供电线缆而与焊炬2的导电嘴以及母材4连接，具备提供焊接电流I的电源部11和控制焊丝5的进给速度的进给速度控制电路 12。另外，可以分体地构成电源部11以及进给速度控制电路12。电源部 11是恒电压特性的电源，具备输出经过PWM控制的直流电流的电源电路 11a、电压控制电路11b、模式设定电路11c、电流等设定电路11d、电压检测部11e以及电流检测部11f。

模式设定电路11c是选择第1模式(参考图4、图9等)或者第2模式(参考图8)并将表示选择的模式的模式设定信号向电压控制电路11b 以及电流等设定电路11d输出的电路，在第1模式下，使焊丝5的前端部 5a进入被通过电弧7形成于母材4的凹状的熔融部分6包围的空间6a来焊接母材4，在第2模式下，不形成凹状的熔融部分6，或不使焊丝5的前端部5a进入熔融部分6，来焊接母材4。

模式设定电路11c可以是手动选择模式的结构，也可以构成为基于设定的电流、电压、进给速度来自动判定模式并进行选择。

电流等设定电路11d将表示焊接电流I的设定电流值的电流设定信号 Ir向电压控制电路11b以及进给速度控制电路12输出。在模式设定电路 11c中选择了第1模式的情况下，即，在选择了埋弧焊接的情况下，电流等设定电路11d将表示300A以上的设定电流值、优选300A以上1000A 以下的设定电流值、更优选500A以上800A以下的设定电流值的电流设定信号Ir向电压控制电路11b以及进给速度控制电路12输出。在模式设定电路11c中选择了第2模式的情况下，即，在选择了明弧焊接的情况下，电流等设定电路11d将表示例如300A的设定电流值的电流设定信号Ir向电压控制电路11b以及进给速度控制电路12输出。

另外，电流等设定电路11d是将表示焊接电源1的设定电压的输出电压设定信号Er向电压控制电路11b输出的电路。

电压检测部11e检测焊接电压V，将表示检测到的电压值的电压值信号Vd向电压控制电路11b输出。

电流检测部11f例如检测从焊接电源1经由焊炬2向焊丝5提供并流过电弧7的焊接电流I，将表示检测到的电流值的电流值信号Id向电压控制电路11b以及进给速度控制电路12输出。

电压控制电路11b是如下那样的电路：以恒电压特性动作，对电源电路11a的动作进行控制，使得从电源电路11a输出与输出电压设定信号Er 相应的电压。电压控制电路11b对存在于焊接电源1的通电路径的电阻R 以及电抗器L电子地进行控制，实现恒电压特性。

电压控制电路11b基于从电压检测部11e输出的电压值信号Vd、从电流检测部11f输出的电流值信号Id和从电流等设定电路11d输出的电流设定信号Ir以及输出电压设定信号Er来算出差分信号Ei，将算出的差分信号Ei向电源电路11a输出。差分信号Ei是表示检测到的电流值与应从电源电路11a输出的电流值的差分的信号。

电源电路11a具备：对商用交流进行交直变换的AC-DC转换器；将交直变换得到的直流通过开关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11a按照从电压控制电路11b输出的差分信号Ei来对逆变器进行PWM控制，以使差分信号Ei变小，将电压向焊丝5输出。其结果，对母材4与焊丝5间施加给定的焊接电压V，并流通焊接电流I。

另外，构成为经由未图示的控制通信线从外部对焊接电源1输出指示信号，电源部11以输出指示信号为触发，来使电源电路11a开始焊接电流I的提供。输出指示信号例如是在设于焊炬2侧的手边操作开关被操作时从焊炬2侧向焊接电源1输出的信号。

<进给速度以及设定电压的控制>

图2是表示本实施方式所涉及的电弧焊接方法的次序流程图，图3是表示焊接对象的母材4的侧截面图。首先，将要通过焊接接合的一对母材 4配置于电弧焊接装置，进行焊接模式等各种设定(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，将被焊接部即端面41a、42a对接，配置在给定的焊接作业位置。另外，也可以根据需要在第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的钢板。

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判断是否被输入焊接的输出指示信号。在未被输入输出指示信号、且判定为不满足焊接电流I的输出开始条件的情况下(步骤S12“否”)，焊接电源1以输出指示信号的输入等待状态进行待机。

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的进给速度控制电路12将指示焊丝的进给的进给指示信号向焊丝进给部3输出，以与电流设定信号Ir相应的速度使焊丝5进给(步骤 S13)。

接下来，焊接电源1的电源部11用电压检测部11e以及电流检测部 11f检测焊接电压V以及焊接电流I(步骤S14)，对电源部11的输出进行PWM控制，使得检测到的焊接电压V以及焊接电流I和焊接电源1的外部特性与设定的焊接条件一致(步骤S15)。

在设定了第1模式的情况下，电源部11通过将300A以上的大电流提供给焊丝5，来实现埋弧。在设定了第2模式的情况下，电源部11通过将不足300A的焊接电流I提供给焊丝5，来实现明弧。

图4是表示埋弧状态的示意图。在将300A以上的大电流提供给焊丝 5、以约5～100m/分进给焊丝5的情况下，在母材4形成通过在焊丝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进入埋没空间 6a。若焊丝5的前端部5a较深地进入埋没空间6a，则通过对凹状的熔融部分6的底部61照射的电弧7而得到深的熔深。

接下来，电压控制电路11b判定突出长度是否变动(步骤S16)。电压控制电路11b例如基于电流检测部11f中检测到的焊接电流I来检测突出长度的变动。另外，这里所说的突出长度是指从导电嘴到母材4的表面的距离，而不是在焊接中作为个体而存在的焊丝5的长度(从导电嘴前端到电弧产生点的长度)。

在判定为突出长度变动的情况下(步骤S16“是”)，进给速度控制电路12对应于突出长度的变动量来使焊丝5的进给速度变动(步骤S17)。具体地，在电流检测部11f中检测到的焊接电流I比由电流等设定电路11d 设定的电流值小的情况下，进给速度控制电路12对应于检测到的焊接电流I与设定的电流值的差分来使焊丝5的进给速度增加。在电流检测部11f 中检测到的焊接电流I比由电流等设定电路11d设定的电流值大的情况下，进给速度控制电路12对应于检测到的焊接电流I与设定的电流值的差分来使焊丝5的进给速度减少。

图5是表示在焊丝5的突出长度变动的情况下通过使焊丝5的进给速度变动来维持焊接电流I的方法的说明图、图6是表示使焊丝5的进给速度变动、将焊接电流I维持时的电弧长度的变化的示意图。图5中，横轴表示电流(A)，纵轴表示电压(v)。

首先考虑一般的外部特性控制、明弧焊接的情况。若突出长度变长，则焊丝5的电阻值上升，焊接电流I降低，焊接电压上升(图1中、状态 A到状态B)。另外，一般，由于电弧长度和焊接电压有相关，因此在相同焊丝进给速度下，焊接电压的上升意味着电弧长度伸长。若从该状态提高焊丝5的进给速度，则焊接电流I上升，最终与设定电流一致(图1中、状态B到状态C)。但在该情况下，在状态C下，虽然与状态A比较而焊丝5的进给速度上升，但焊接电流I以及焊接电压相同，成为输出不足以获得相同电弧长度的状态。因此在状态C下，与状态A相比电弧长度变短。

为此，电源部11在从状态B提高焊接电流I时，进行控制，不仅焊丝5的进给速度上升，还同时使设定电压上升。

图7是表示通过使焊丝5的进给速度变动并使设定电压变动来维持电弧长度的方法的说明图，图8是表示通过使焊丝5的进给速度变动并使设定电压变动来维持电弧长度的示意图。图7中，横轴表示电流(A)，纵轴表示电压(v)。

在焊丝5的突出长度伸长、使焊丝5的进给速度上升的情况下，电源部11使设定电压从电压VA上升到电压VC′。通过使设定电压上升，能如图8中状态C′所示那样，使电弧长度维持固定。若比较图6所示的状态C 和图8所示的状态C′，则图8所示的状态C′下，设定电压高，焊丝5的进给速度小。因此，在图6的状态C和图8的状态C′下，后者中电弧长度变长。

这时，由于相对于进给速度的变化量的设定电压的变化量越大，电弧长度就越长，因此，通过使用不过大或过小的适合的值，能使突出长度的变动前后(图8中、状态A和状态C′)的电弧长度相同。

在上述中，说明了第2模式、即明弧焊接中的焊接电流I和电弧长度的维持方法，但在埋弧焊接中，基本也能以同样的机制将焊接电流I和电弧长度维持固定。

但在埋弧焊接中，存在即使焊丝前端位置变动，电弧长度也难以变动的情形。

图9是表示在埋弧焊接中焊丝前端位置发生变动的情况下的电弧长度的变动的示意图。如图9所示那样，在通过电弧力将熔融金属表面压低的埋弧中，在焊丝前端位置发生变化的情况下，与此相伴，熔融金属表面的位置也向相同方向变化(图9中、虚线部分)。因此在埋弧中，即使焊丝前端位置发生变化，电弧长度也难以变化，即电压变化量变小。换言之，与明弧比较，为了使焊丝前端位置变化而需要的设定电压的变化量变小。为此，若将使用明弧调整过的、焊丝5的进给速度的变化量所对应的设定电压的补正量参数直接运用到埋弧，电压的变化就会过大，不能将焊丝前端位置保持在固定位置。例如在突出伸长的情况下，要将进给速度和设定电压都提高，但设定电压的影响变得过剩，焊丝前端位置拉高。在突出长度变短的情况下，焊丝前端位置变深。

按照上述的埋弧的特性，电源部11如以下那样控制设定电压的变动。

首先，电压控制电路11b选择与焊接模式以及焊丝直径相应的焊丝5 的设定电压的补正量(步骤S18)。该补正量是表示焊丝5的进给速度的变化量所对应的输出电压的变化量的比例的参数。第1模式下的该补正量比第2模式下的该补正量小。

图10是表示设定电压的补正量的图表。横轴表示设定电流(A)，纵轴表示设定电压的补正量(V·(m/分))。作为具体的补正量，在图10A、图10B、图10C中和通常的明弧的情况的适合范围一并示出焊丝直径

(实心焊丝)、保护气体为CO₂、埋弧焊接的情况下的适合范围。即，在本实施方式1中，作为表示焊丝5的进给速度的变化量所对应的设定电压的变化量的补正量参数，使用比明弧低、适于埋弧的值。即，设定与焊丝5的突出长度相应的进给速度的变化量所对应的设定电压的变化量，使得维持凹状的熔融部分6。通过如此地设定补正量参数，在埋弧中也能将设定电流以及焊丝前端位置保持固定。

另外，如图10A、图10B、图10C所示那样，焊丝直径越大，第1模式下的该补正量与第2模式下的该补正量的差分被设定得越大。

回到图2，步骤S18中选择了补正量的电压控制电路11b对应于突出长度的变动量和步骤S18中选择的补正量来使设定电压变动(步骤S19)。具体地，在对应于突出长度的变动量而焊丝5的进给速度增加的情况下，电压控制电路11b对设定电压进行控制，使得设定电压变大。在对应于突出长度的变动量而焊丝5的进给速度减少的情况下，电压控制电路11b对设定电压进行控制，使得设定电压变小。

接下来，焊接电源1的电源部11判定是否停止焊接电流I的输出(步骤S20)。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、不停止焊接电流I的输出的情况下(步骤 S20“否”)，电源部11使处理回到步骤S13，持续焊接电流I的输出。

在判定为停止焊接电流I的输出的情况下(步骤S20“是”)，电源部11使处理回到步骤S12。

(实施例)

对本实施方式1所涉及的电弧焊接方法的实施例进行说明。

在焊丝直径

实心焊丝、保护气体CO₂、焊丝进给速度15.9m/ 分、设定电流500A、设定电压42.5V的焊接条件下进行埋弧焊接时，将焊丝进给速度的变化量所对应的设定电压变化量设定为0.7V(m/分)。若在该条件下实施实施方式1所涉及的电弧焊接方法，则即使让焊丝5的突出长度变化为25mm±10mm，也能在将设定电流维持的状态下，将焊丝前端位置维持在固定的状态下稳定地进行埋弧焊接。

如以上那样，在本实施方式1所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法中，即使是在埋弧焊接中焊丝5的突出长度发生变动的情况，也能将相对于熔融部分6的焊丝前端部的位置维持固定，能实现稳定的埋弧状态。

不管在埋弧焊接以及明弧的哪一者中，都能在突出长度发生变动时将焊接电流I以及电弧长度维持固定。换言之，即使焊丝5的突出长度变化，也能将电弧稳定地维持。

另外，不管焊丝直径的大小如何，都能将电弧7稳定地维持。

(实施方式2)

实施方式2所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法在使焊接电流I 周期性变动这一点、设定电压的控制方法与实施方式1不同，因此以下主要说明上述差异点。由于其他结构以及作用效果与实施方式1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11是表示设定电压以及焊接电流I的变动的图表。图11所示的各图表的横轴表示时间，图11A～图11C所示的各图表的纵轴分别是焊接电源1的设定电压、母材4以及焊丝5间的焊接电压V、焊接电流I。

在本实施方式所涉及的电弧焊接方法中，恒电压特性的电源部11如图11A所示那样使设定电压周期性变动。在实施本实施方式2所涉及的电弧焊接方法的情况下，以10Hz以上1000Hz以下的频率、优选50Hz以上 300Hz以下的频率、更优选80Hz以上200Hz以下的频率使设定电压周期性变动为好。焊接电流I的振幅是50A以上、优选100A以上500A以下、更优选200A以上400A以下。关于焊接电流I的平均值，优选将平均电流设为300A以上1000A以下，更优选设为500A以上800A以下。

若如此地使设定电压周期性变动，则如图11B以及图11C所示那样，焊接电压V以及焊接电流I周期性变动。

图12是表示本实施方式2所涉及的电弧焊接方法的示意图。若在第1 模式下提供平均电流300A以上的焊接电流I，就在母材4形成通过在焊丝 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进入埋没空间 6a。用高速度摄像机拍摄电弧7的样子，确认到：若使焊接电流I周期性变动，则如图11左图所示那样，第1状态和第2状态周期性发生变动，其中，在第1状态下，焊丝5较深地进入埋没空间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较浅地进入埋没空间6a，在前端部5a与熔融部分6的侧部62间产生电弧7。

如此地，焊丝5的前端部5a进入埋没空间6a而成为被凹状的熔融部分6包围的状态，通过使焊接电流I周期性变动，能使埋没空间6a中的前端部5a的位置上下。

在第1状态下，焊丝5的前端部5a较深地进入埋没空间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较浅地进入埋没空间6a，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，因此埋没空间 6a以稳定的状态被维持。

因此，能通过使焊接电流I周期性变动来稳定地维持埋没空间6a。

图13是表示本实施方式2所涉及的设定电压的控制方法的图表。在上述那样设定电压周期性变动的情况下，在焊丝5的突出长度变动时，电压控制电路11b例如如图13A所示那样，使变动的设定电压的低电压侧的值变动。

另外，在焊丝5的突出长度变动的情况下，电压控制电路11b也可以如图13B所示那样，使变动的设定电压的高电压侧的值变动。

进而，在焊丝5的突出长度变动的情况下，电压控制电路11b可以如图13C所示那样，使变动的设定电压的平均值变动。

在实施方式2所涉及的电弧焊接装置以及电弧焊接方法中，通过使焊接电流I周期性变动，周期性重复使焊丝前端部较深地进入埋没空间6a 的第1状态和将焊丝前端部拉高的第2状态，来将埋没空间6a维持在稳定的状态，并能得到深的熔深。

另外，通过如图13A所示那样使变动的设定电压的低电压侧的值变动，与使高电压侧的值变动的情况相比，能使埋弧稳定化。

进而，通过如图13B所示那样使变动的设定电压的高电压侧的值变动，与使低电压侧的值变动的情况相比，能形成耐磁吹的埋弧。若使低电压侧的值变动，则有些耐磁吹，有些不耐磁吹，状态变得不稳定。通过使设定电压的高电压侧的值变动，针对磁吹的反应稳定，不会再有不耐磁吹的情况。

进而，通过如图13C所示那样使变动的设定电压的平均值变动，能形成某种程度耐磁吹、稳定性也高的埋弧。

另外，在本实施方式1以及2中，说明了在设定电压固定的情况下周期性变动的示例，但在其他恒电压特性控制或基于与其类似的电弧控制方法的埋弧稳定化控制中，也能运用本发明。

Claims (9)

1.一种电弧焊接装置，具备对向母材进给的焊丝提供焊接电流的电源部，是自耗电极式的电弧焊接装置，所述电弧焊接装置的特征在于，具备：

模式设定电路，其选择：使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材的第1模式、或者不形成凹状的所述熔融部分或不使所述焊丝的前端部进入所述熔融部分来焊接所述母材的第2模式；

进给速度控制电路，其对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；

电压控制电路，其对所述电源部的输出电压进行控制，在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述电源部的输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述电源部的输出电压变小，

对于与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量，在第1模式设定时比第2模式设定时小。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接装置，其特征在于，

所述焊丝的直径越大，所述第1模式设定时的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量与所述第2模式设定时的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量的差分越大。

3.一种电弧焊接装置，具备对向母材进给的焊丝提供焊接电流的电源部，使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材，是自耗电极式的电弧焊接装置，所述电弧焊接装置的特征在于，具备：

进给速度控制电路，其对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；和

电压控制电路，其对所述电源部的输出电压进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述电源部的输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述电源部的输出电压变小，

与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量被设定成得以维持所述熔融部分。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电弧焊接装置，其特征在于，

所述电源部具有恒电压特性，

所述电压控制电路通过使所述电源部的设定电压周期性变动来使所述焊接电流变动，并使所述焊丝的所述前端部较深地进入所述空间的第1状态、和使所述焊丝的所述前端部较浅地进入所述空间的第2状态周期性变动。

5.根据权利要求4所述的电弧焊接装置，其特征在于，

在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的低电压侧的值变动。

6.根据权利要求4所述的电弧焊接装置，其特征在于，

在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的高电压侧的值变动。

7.根据权利要求4所述的电弧焊接装置，其特征在于，

在所述焊丝的突出长度变动的情况下，所述电压控制电路使变动的所述设定电压的平均值变动。

8.一种电弧焊接方法，是自耗电极式的电弧焊接方法，对向母材进给的焊丝提供焊接电流，其特征在于，具备如下步骤：

选择：使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材的第1模式、或不形成凹状的所述熔融部分或不使所述焊丝的前端部进入所述熔融部分来焊接所述母材的第2模式；

对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；

对输出电压进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，输出电压变小，

对于与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量，在第1模式设定时比第2模式设定时更小。

9.一种电弧焊接方法，是自耗电极式的电弧焊接方法，对向母材进给的焊丝提供焊接电流，使所述焊丝的前端部进入被通过电弧而形成于所述母材的凹状的熔融部分包围的空间来焊接所述母材，其特征在于，具备如下步骤：

对所述焊丝的进给速度进行控制，使得在所述焊丝的突出长度变长的情况下，所述焊丝的进给速度变快，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，所述焊丝的进给速度变慢；

对输出电压进行控制，在所述焊丝的突出长度变长的情况下，输出电压变大，在所述焊丝的突出长度变短的情况下，输出电压变小，

与所述焊丝的突出长度相应的所述进给速度的变化量所对应的所述输出电压的变化量被设定成得以维持所述熔融部分。

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