CN115697612A

CN115697612A - 焊接装置

Info

Publication number: CN115697612A
Application number: CN202180040915.3A
Authority: CN
Inventors: 玉川健太; 堀江宏太
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2023-02-03
Also published as: JPWO2021251267A1; WO2021251267A1

Abstract

在通过对电极(TE)与被加工物(W)之间施加交流电压来产生电弧的焊接装置，设置：电容器(31)；充电电路(34)，对电容器(31)进行充电；放电电路(35)，进行通过电容器(31)的放电使通过电弧放电而从钨电极(TE)流向被加工物(W)的电流增加的放电动作；和控制装置(40)，在将交流电压的极性从正极性切换为反极性时，使放电电路(35)在交流电压的周期的5％以下的放电期间连续地进行放电动作。

Description

焊接装置

技术领域

本公开涉及通过在电极与被加工物之间施加交流电压来产生电弧的焊接装置。

背景技术

专利文献1中公开的焊接装置具备：逆变器电路，将交流电压的极性切换为将被加工物设为比电极高电位的正极性、将所述被加工物设为比所述电极低电位的反极性；电容器；充电电路，对所述电容器进行充电；放电电路，进行通过所述电容器的放电使通过电弧放电而从所述电极流向所述被加工物的电流增加的放电动作；和控制部，在将所述交流电压的极性从所述正极性切换为所述反极性时，使所述放电电路进行所述放电动作。该焊接装置中，在将所述交流电压的极性从所述正极性切换为所述反极性时，通过电容器的放电来使通过电弧放电而从电极流向被加工物的电流增加，因此难以发生电弧中断。另外，交流电压的频率被设定为500Hz，控制部使放电电路进行所述放电动作的放电期间被设定为从将所述交流电压的极性从正极性切换为反极性起300μ秒。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-89093号公报

发明内容

-发明要解决的课题-

然而，在专利文献1中，使放电电路进行所述放电动作的期间占交流电压的周期的15％，因此基于放电动作的焊接电流的变化量较大影响焊接电流的有效值，可能导致焊接时的不良情况。该问题在以较小的电流进行焊接的情况下特别显著。具体地说，在较低的电流域，焊接电流的有效值上升，被加工物为薄板等的情况下，可能发生被加工物烧穿的现象等。

本公开鉴于这点而作出，其目的在于，抑制放电动作所导致的焊接时的不良情况。

-解决课题的手段-

在本公开的一方式中，焊接装置通过对电极与被加工物之间施加交流电压来产生电弧，所述焊接装置的特征在于，具备：逆变器电路，将所述交流电压的极性切换为将所述被加工物设为比所述电极高电位的正极性、和将所述被加工物设为比所述电极低电位的反极性；电容器；充电电路，对所述电容器进行充电；放电电路，进行通过所述电容器的放电使通过电弧放电而从所述电极流向所述被加工物的电流增加的放电动作；和控制部，在将所述交流电压的极性从所述正极性切换为所述反极性时，使所述放电电路在所述交流电压的周期的5％以下的放电期间连续地进行所述放电动作。

通过该方式，相比于将放电期间设为比交流电压的周期的5％长的情况，能够减小基于放电动作的焊接电流的变化量对焊接电流的有效值带来的影响，因此能够抑制因放电动作所导致的焊接时的不良情况。

-发明效果-

通过本公开，能够抑制因放电动作所导致的焊接时的不良情况。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式所涉及的焊接装置的概要结构的图。

图2是焊接电源的电路图。

图3是第2逆变器电路的电路图。

图4是充电电路的电路图。

图5是放电电路的电路图。

图6是表示极性切换信号、焊接电流、电容器的电压、充电信号以及放电信号的时序图。

图7是反极性的期间中一直使其进行放电动作的情况下的相当于图6的图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本公开的实施方式。

图1表示本公开的实施方式所涉及的焊接装置1。该焊接装置1具备焊炬10和焊接电源20。该焊接装置1是焊炬10为非自耗电极式的焊炬的交流TIG焊接装置。

焊炬10具有喷出从未图示的气体供给装置供给的保护气体SG的喷嘴11。在喷嘴11的内侧，大致筒状的筒夹12沿着喷嘴11的喷出方向而被配设。在该筒夹12的内侧，固定棒状的钨电极TE。

焊接电源20通过对焊炬10的钨电极TE与被加工物(工件)W之间施加交流电压来产生电弧A。

作业者利用该焊接装置1，使钨电极TE与被加工物W之间产生电弧A，从而在被加工物W形成熔融池P，通过将焊条R插入该熔融池P，能够形成焊缝。

详细地，如图2所示，焊接电源20具备：第1整流平滑电路21、第1逆变器电路22、第1变压器23、第2整流平滑电路24、第1以及第2电抗器25、26、第2逆变器电路27、再起弧电路30、控制装置40。

第1整流平滑电路21将从商用电源2输入的输入交流电力转换为直流电力并输出。

第1逆变器电路22例如是单相全桥型的PWM控制逆变器，具备4个开关元件(未图示)。第1逆变器电路22通过根据由控制装置40输出的开关信号S1来使这4个开关元件进行开关，从而将由第1整流平滑电路21输出的直流电力转换为交流电力并输出。在此，将第1逆变器电路22的输出电压设为第1交流电压。另外，作为第1逆变器电路22，也可以使用半桥型的逆变器等其他结构的逆变器电路。

第1变压器23使由第1逆变器电路22输出的第1交流电压变化为第2交流电压并输出。第1变压器23具有第1初级线圈23a和第1次级线圈23b。对第1初级线圈23a施加由第1逆变器电路22输出的第1交流电压。第1次级线圈23b的电压为第2交流电压。

第2整流平滑电路24将由第1变压器23输出的第2交流电压转换为第1直流电压并从正输出端子24a以及负输出端子24b输出。第2整流平滑电路24是包含4个二极管24c的二极管桥电路。

如图3所示，第2逆变器电路27是单相半桥型的逆变器电路。第2逆变器电路27具备：第1以及第2输入端子271、272、和在第1以及第2输入端子271、272之间相互串联连接的上臂开关元件273以及下臂开关元件274。向上臂开关元件273输入由控制装置40输出的极性切换信号S2，另一方面，向下臂开关元件274输入使极性切换信号S2反转的信号。第2逆变器电路27的第1输入端子271经由第1电抗器25而与第2整流平滑电路24的正输出端子24a连接。第2逆变器电路27的第2输入端子272经由第2电抗器26而与第2整流平滑电路24的负输出端子24b连接。第2逆变器电路27的输出端子275与被加工物W连接。

因此，在将上臂开关元件273接通并且将下臂开关元件274断开的状态下，第2逆变器电路27将被加工物W设为比钨电极TE高电位，另一方面，在将上臂开关元件273断开并且将下臂开关元件274接通的状态下，第2逆变器电路27将被加工物W设为比钨电极TE低电位。若将以规定的周期切换为高电平和低电平的脉冲信号作为极性切换信号S2而输入到第2逆变器电路27，则第2逆变器电路27将施加于被加工物W与钨电极TE之间的交流电压的极性周期性地切换为将被加工物W设为比钨电极TE高电位的正极性、和将被加工物W设为比钨电极TE低电位的反极性。

再起弧电路30具备：电容器31、第1二极管32、电压传感器33、充电电路34、放电电路35。

电容器31的一个电极经由第1二极管32而与第1变压器23的第1次级线圈23b的中途部连接。

第1二极管32的阴极与电容器31的一个电极连接，第1二极管32的阳极与第1变压器23的第1次级线圈23b的中途部连接。

电压传感器33测定电容器31的电压，输出测定值MV。

如图4所示，充电电路34具有：第3整流平滑电路341、第2变压器342、充电用开关元件343、驱动电路344、第2以及第3二极管345、346、第3电抗器347。

第3整流平滑电路341将从商用电源2输入的输入交流电压转换为直流电压并输出。

第2变压器342将由第3整流平滑电路341输出的直流电压减去充电用开关元件343的源极漏极间电压后得到的电压变压为充电用直流电压并输出。第2变压器342具有第2初级线圈342a和第2次级线圈342b。对第2初级线圈342a施加从由第3整流平滑电路341输出的直流电压减去充电用开关元件343的源极漏极间电压后得到的电压。第2次级线圈342b的电压为充电用直流电压。

充电用开关元件343将第3整流平滑电路341与第2变压器342的第2初级线圈342a的连接进行接通断开。充电用开关元件343包含MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。

驱动电路344在满足电压传感器33的测定值MV小于规定的充电电压CV并且由控制装置40输出的充电信号S3是高电平这一条件时，将充电用开关元件343接通，另一方面，在不满足该条件的情况下，将充电用开关元件343断开。

第2二极管345的阴极与第3二极管346的阴极相互连接。

在第2次级线圈342b的一端，连接第2二极管345的阳极，在第2次级线圈342b的另一端，连接第3二极管346的阳极。第2次级线圈342b与第3二极管346的连接点连接于电容器31的第2逆变器电路27侧(被加工物W侧)。

第3电抗器347的一端连接于第2二极管345以及第3二极管346的连接点。第3电抗器347的另一端连接于电容器31以及第1二极管32的阴极。

因此，如上述那样构成的充电电路34在满足电压传感器33的测定值MV小于规定的充电电压CV并且充电信号S3是高电平这一条件时，使用商用电源2的交流电力来对电容器31进行充电。

如图5所示，放电电路35具有电阻351和放电用开关元件352。

电阻351的一端与钨电极TE连接。电阻351的另一端与放电用开关元件352的一端连接。放电用开关元件352的另一端与电容器31的第1二极管32侧的电极连接。

在由控制装置40输出的放电信号S4是高电平时放电用开关元件352接通，在放电信号S4是低电平时放电用开关元件352断开。

因此，上述那样构成的放电电路35在放电信号S4是高电平时，通过将钨电极TE与电容器31电连接，从而进行通过电容器31的放电来使利用电弧放电而从钨电极TE流向被加工物W的电流增加的放电动作。

控制装置40具备电流控制部41、极性切换控制部42、充电控制部43、放电控制部44。

电流控制部41基于从未图示的电流传感器输入的焊接电流I的测定值，通过PWM控制，向第1逆变器电路22输出开关信号S1以使得焊接电流I的有效值为设定值SV。在本实施方式中，焊接电流I的设定值SV被设为10A。焊接电流I的设定值SV能够通过用户向未图示的输入单元的输入来变更。

极性切换控制部42输出对施加于电极TE与被加工物W之间的交流电压的极性进行切换的极性切换信号S2。极性切换信号S2是1kHz的脉冲信号。因此，施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的频率为1kHz。

充电控制部43输出充电信号S3。充电信号S3在极性切换信号S2是高电平时为高电平，在极性切换信号S2是低电平时为低电平。

放电控制部44输出放电信号S4。放电信号S4是如下信号：在由极性切换信号S2从高电平切换为低电平时起经过25μs为止的放电期间L持续为高电平，在其他期间持续为低电平。25μs为施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的周期的2.5％的期间。换句话说，放电控制部44在施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的极性从正极性切换为反极性时，使放电电路35将所述放电动作持续进行该交流电压的周期的2.5％的放电期间L。

在如上述那样构成的焊接装置1中，如图6所示，在定时t1，电容器31的电压为充电电压CV。若在定时t1，极性切换信号S2从高电平切换为低电平，则充电信号S3从高电平变为低电平。此外，施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的极性从正极性切换为反极性，放电信号S4从低电平变为高电平。放电信号S4在从定时t1起25μs的放电期间L中，维持高电平。因此，在放电期间L中，放电用开关元件352接通，钨电极TE与电容器31电连接，从电容器31向钨电极TE流动电流。由此，在电流极性的切换时从钨电极TE流向被加工物W的电流增加，与此相应地焊接电流I的下降速度(减少速度)上升，因此相比于不使焊接电流I的下降速度上升的情况，难以发生电弧中断。此外，通过电容器31的放电，焊接电流I与电容器31的放电量相应地下降到比设定值SV的-1倍的-10A小的值。此时，通过电容器31的放电，电容器31的电压降低。这样，在放电期间L中，放电电路35进行通过电容器31的放电来使通过电弧放电而从钨电极TE流向被加工物W的电流增加的放电动作。

在从定时t1经过25μs后的定时t2，放电信号S4从高电平切换为低电平。由此，放电电路35结束放电动作，焊接电流I为设定值SV的-1倍的-10A。

然后，若在定时t3，极性切换信号S2从低电平切换为高电平，则充电信号S3从低电平变为高电平，充电电路34的充电用开关元件343接通，使用商用电源2的交流电力，电容器31被充电到充电电压CV。若电容器31的电压、即电压传感器33的测定值MV达到充电电压CV，则充电用开关元件343断开，充电结束。然后，若极性切换信号S2从高电平切换为低电平，则再次重复与从上述定时t1起的动作相同的动作。

如图7所示，在将极性切换信号S2设为低电平的期间中，即将施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的极性设为反极性的期间中，在将放电信号S4一直设为高电平的情况下，在定时t2后也持续放电动作。因此，担心通过放电动作而焊接电流I变得比-10A小的期间超过25μs，基于放电动作的焊接电流I的减少量较大影响焊接电流I的有效值，导致被加工物W的烧穿等的焊接时的不良情况。

与此相对地，在本实施方式中，由于在将施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的极性从正极性切换为反极性后25μs的放电期间L，进行放电动作，因此相比于使放电期间L比25μs长的情况，通过放电动作从而焊接电流I变得比-10A小的期间变短。因此，能够减小基于放电动作的焊接电流I的变化量对焊接电流I的有效值的影响，能够抑制用于防止电弧中断的放电动作所导致的焊接时的不良情况。

这样，在本实施方式中，由于将施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的周期设为600Hz以上，因此相比于小于600Hz的情况，能够提高电弧A的集中性。因此，能够使电弧A容易摇摆的小电流焊接变得容易。

另外，在本实施方式中，将极性切换信号S2的周期、即施加于钨电极TE与被加工物W之间的交流电压的周期设为1kHz，但也可以设为600Hz以上的其他周期。

此外，在本实施方式中，将放电期间L设为对钨电极TE与被加工物W之间施加的交流电压的周期的2.5％，但也可以设为5％以下的其他周期。通过将放电期间L设为该交流电压的周期的5％以下，相比于比5％长的情况，能够减小基于放电动作的焊接电流I的变化量对焊接电流I的有效值的影响，能够抑制放电动作所导致的焊接时的不良情况。此外，通过将放电期间L设为对钨电极TE与被加工物W之间施加的交流电压的周期的3％以下，相比于比3％长的情况，能够进一步有效地抑制放电动作所导致的焊接时的不良情况。

此外，在本实施方式中，将焊接电流I的设定值SV设为10A，但也可以设为20A、30A等其他值。

产业上的可利用性

本公开的焊接装置能够抑制因放电动作所导致的焊接时的不良情况，作为通过对电极与被加工物之间施加交流电压来在电极与被加工物之间产生电弧并进行电弧焊接的焊接装置有用。

-符号说明-

1 焊接装置

27 第2逆变器电路

31 电容器

34 充电电路

35 放电电路

40 控制装置(控制部)

A 电弧

L 放电期间

TE 钨电极

W 被加工物。

Claims

1.一种焊接装置，通过对电极与被加工物之间施加交流电压来产生电弧，所述焊接装置具备：

逆变器电路，将所述交流电压的极性切换为将所述被加工物设为比所述电极高电位的正极性、和将所述被加工物设为比所述电极低电位的反极性；

电容器；

充电电路，对所述电容器进行充电；

放电电路，进行通过所述电容器的放电使通过电弧放电而从所述电极流向所述被加工物的电流增加的放电动作；和

控制部，在将所述交流电压的极性从所述正极性切换为所述反极性时，使所述放电电路在所述交流电压的周期的5％以下的放电期间连续地进行所述放电动作。

2.根据权利要求1所述的焊接装置，其中，

所述放电期间是所述交流电压的周期的3％以下。

3.根据权利要求1或者2所述的焊接装置，其中，

所述交流电压的频率是600Hz以上。