CN88102525A - 消耗电极式电弧焊机 - Google Patents

Abstract

本发明做成其动作是如没有预定的第1时限以上的接触短路则反复进行根据基本脉冲周期使脉冲电流和基板电流交替输出，如存在第1时限以上的接触短路则对其后的接触短路期间中的焊接输出，按不比脉冲电流的上升速度快的预定的第1轨迹进行恒电流控制，在第1时限以上的接触短路之后如电弧再生则以电弧再生时为时间起点对第2时限开始计数，同时在第2时限内进行和脉冲电流部及基极电流部都不同的第3焊接输出控制，以后返回到基本脉冲周期内的动作。

Description

本发明涉及一种电弧焊机，该电弧焊机使作为消耗电极的焊接用丝自动进给，同时使焊丝熔滴移动到作为被焊物的母材上，且使在电弧焊机焊接时所产生的飞溅物发生量减低。

在已有的脉冲MIG（金属电极惰性气体保护）焊接方法中，由于是流过脉冲电流，使焊丝熔融金属积极地作为喷射状态，而过渡到母材金属上，故和用一定的直流电流的所谓通常的MIG焊接方法相比，具有各种的不同特性。大的特性的差异点在于焊接输出低电流时MIG焊接是在反复产生短路和电弧下使焊接进行下去的，而在脉冲MIG焊接法中能使焊丝熔融金属以喷射状态过渡到母材上。如进行在喷射状态下的过渡，则和短路过渡焊接不同，在发生飞溅这一点上产生有很大差别。即如进行喷射过渡焊接，则飞溅物的发生量与通常的短路过渡焊接相比是极小的，这就成为脉冲MIG焊接法的一大特征。但是在脉冲MIG焊接方法中如将电压设定得低，并使弧长缩短，则会使电极丝和母材金属之间发生短路现象，而如果电压过低则短路发生的次数增多，和通常的MIG焊接法相同，飞溅物产生较多，这是不受欢迎的。

图1是在已有的脉冲MIG焊机中测定的飞溅物发生量对电弧电压的曲线。如图1所示，如电弧电压降低则飞溅物的发生会激增的理由与焊丝和母材作接触短路、或以不接触方式发生电弧等焊接部分的状态无关，而是由于根据在焊机的内部所作成的定时已施加上了脉冲电流的缘故。以下就此作详细说明。

已有的脉冲MIG焊机，如前所述，为了能在与焊接部分的状态无关下，根据焊机内部所作成的定时来施加脉冲电流，而把电弧电压设定得低时，即并不是在焊丝的前端与母材不接触下，使焊丝前端的熔融块全部成为喷射状而过渡到母材上（喷射过渡），而是在当焊丝的前端与母材接触后焊丝前端的熔融块通过因短路电流而产生的收缩力和熔融金属的表面张力而过渡到母材上（短路过渡）的概率很高时，因短路过渡而发生的飞溅逐渐增多。将该电弧电压设定得低是为了使焊接速度加快并防止咬边等的焊接缺陷而进行的，但同时其结果是使之发出很大的飞溅，从而有损于脉冲MIG焊接的所谓飞溅物少这一长处。特别由于要在与焊接部分的状态无关下加脉冲电流，使飞溅物的发生更为显著。此事将用图2进行说明。

图2a，b都是将混杂有短路过渡的电弧电压值设定得低时的已有的脉冲MIG焊机的焊接电流波形的时间推移和焊接部分的熔滴过渡状态的时间推移对应地进行表示的。在图2中，9为焊丝，10为母材，91为焊接电弧，92则表示飞溅物。图2a是在焊丝9与母材10接触短路的情况下直接加下一个脉冲电流的场合，熔融金属由于脉冲电流的强力的收缩力在时刻t₆处随着飞溅物的飞散而被解除短路。图2b是在加上下一脉冲电流前的时刻t₅时解除短路的场合，由于在焊丝的前端的熔融部分形状和已过渡的熔融金属的形状成为针状之前加下一脉冲电流，故在时刻t₆处脉冲电流会发生很多的飞溅物92。

以上是有关脉冲MIG焊接的已有技术，也是已有的脉冲MIG焊机中将电弧电压设定得低时，飞溅物激烈增加的原因。

本发明是为了解决已有的脉冲MIG焊机存在的问题而作出的，是为了实现如高速焊接时那样即使把电弧电压设定得很低，使之成为混杂有短路过渡的焊接，飞溅物的发生也很少的电弧焊机。

本发明的装置作成其动作为如没有预定的第1时限以上的接触短路，则反复进行根据基本脉冲周期交替地输出脉冲电流和基极电流，如存在第1时间以上的接触短路时，使其后的接触短路期间中的焊接输出根据不比脉冲电流的上升速度快的预定的第1轨迹，而进行恒电流控制，在第1时限以上的接触短路之后，如电弧再生，则以电弧再生为时间起点，对第2时限开始时间计数，同时在第二时限内进行了与脉冲电流部和基极电流部都不同的第3焊接输出控制之后返回到上述基本脉冲周期内的动作。为此，本发明的焊机由下列各部分构成，即对作为消耗电极的焊丝是与作为被焊物的母材处于接触短路还是处于不接触而发生电弧中进行判断，然后输出电弧-短路判断信号的电弧-短路判定电路部;以上述电波-短路判断信号作为输入信号之一，并输出波形转换信号及指示加脉冲电弧焊接的脉冲电流的时间起点的脉冲同步信号的倾斜波-脉冲控制电路部，其中上述波形转换信号是连续指示以下几种波形即，指示脉冲电弧焊接波形，该波形的用途是当接触短路在预定的第1时限以下的场合将作为预定的基本脉冲周期的第3时限内用脉冲电流部和基极电流部进行时间分割后输出，且使焊丝作喷射过渡来进行焊接，还指示短路过渡焊接波形，该波形是当接触短路在上述第1时限以上的场合从其第1时限的经过时点起使焊丝进行短路过渡而进行焊接，还指示当该接触电路解除，电弧发生后直到预定的第2时限经过之前的上述短路过渡焊接波形，以上述脉冲同步信号作为输入信号之一，输出用脉冲电流部和基极电流部对上述第3时限内作时间分割后的脉冲控制信号的脉冲波形电路;以上述电弧-短路判断信号作为输入信号之一，输出有在接触短路中使焊接输出随着不比脉冲电流上升速度快的预定的第1轨迹而指示恒电流输出，且在电弧再生后的电弧发生中指示与脉冲电流部和基极电流部都不同的第3焊接输出控制的倾斜波控制信号的倾斜波波形电路部;及根据上述波形转换信号将上述脉冲控制信号和上述倾斜波控制信号中的任一个信号有选择地输入到驱动焊接输出控制元件的驱动电路部的转换元件。

图1为在已有的脉冲MIG焊机中的相对于电弧电压的飞溅物发生量的图;

图2为使已有的脉冲MIG焊机的焊接电流波形和熔滴过渡状态相对应地进行表示的时间的推移的图;

图3为含有本发明的构成的电弧焊机的方块电路图;

图4为图3的主要部分的时间图;

图5为本发明的电弧焊机的倾斜波-脉冲控制电路部的具体电路图;

图6为表示图5的触发器集成电路的动作真值的图;

图7为图5的主要部分的信号的时间图;

图8为将根据本发明的溅出物发生量的数据记入已有电弧焊机的数据的图;

图9为使在已有的短路过渡焊机的时间推移上的焊接输出波形和熔滴过渡状态对应地进行表示的图。

图3为说明本发明的构成图。

在图3中1为电弧焊机的输入端子，2为主变压器部分，3为整流平滑电路部分，4为焊接输出控制元件，5为阻流圈，6为分流器，7为输出端子，8为通电用接触触头，9为焊丝，10为母材。11为焊接电流值检出电路部，12为焊接电压值检出电路部。

13为电弧-短路判断电路部，输出电弧-短路判断信号V_AS。14为倾斜波-脉冲控制电路部，输出脉冲同步信号Vtp和波形转换信号V_F2。15为脉冲波形电路部，输出脉冲控制信号。16为倾斜波形电路部，输出倾斜波控制信号Vd。17为转换元件，根据上述波形转换信号的H（高）、L（低）状态选择上述脉冲控制信号V_P或上述倾斜波控制信号中的任一个信号作为驱动信号V_Q进行输出。18为对应于上述驱动信号V_Q对上述焊接输出控制元件4进行驱动的驱动电路部。又图中Ia表示焊接电流，Va表示焊接电压。

图4为表示图1的各信号和各输出的时间的推移情况的时间图，图4的各波形表示的记号与图3所记载的同一记号的信号和输出相对应。

图4的T₁期间，属在上述第3时限内未发生接触短路的场合，此时电弧-短路判断部13成为维持着输出有表示电弧状态的H（高）电平的电弧-短路判断信号V_AS的状态。据此，倾斜波-脉冲控制电路部14输出波形转换信号V_F2维持着L（低）电平的脈冲焊接方式的信号，同时在时刻t₁₀，输出指示开始加脉冲电流的脉冲同步信号Vtp，并对作为基本脉冲周期的第3时限进行时间计数。脉冲波形电路部15根据上述脉冲同步信号的后沿来确定预定的脉冲电流值，基极电流值及在第3时限内的脉冲电流和基极电流的时间比，以输出脉冲控制信号V_P。转换元件17因指示波形转换信号V_F2为脉冲焊接方式，故选择脉冲控制信号V_P作为驱动信号V_Q，并使其输入到驱动电路部18。据此，焊接输出控制元件4将焊接电流控制成跟随脉冲控制信号V_P的轨迹。

图4的T₂时间为在基极电流期间的时刻t₂₂存在有微小接触短路的场合，该接触短路在为第1时限t_p1计数完毕以前的时刻t₂₃上由于熔融部分的振动等而自然地被解除，并存在有电弧再生的场合。该场合由于接触短路期间t_S2比第1时限t_P1短，故通过倾斜波-脉冲控制电路14的工作，波形转换信号V_F2成为仍然维持着指示脉冲焊接方式的低电平，且脉冲同步信号Vtp也通过对作为基本脉冲周期的第3时限t_P3进行计数后，转换到下一个期间的T₃期间。据此，以下的动作与上述T₁期间的场合相同。

在图4的T₃期间中在时刻t₃₂进行接触短路，即使在经过第1时限t_P1后的时刻t₃₃，也未解除接触短路，通过加上跟随上述第1轨迹的短路电流，在时间t₃₄解除接触短路而发生电弧，在此后的电弧发生中的第2时限t_P2内再次表示没有接触短路的场合。该场合通过倾斜波-脉冲控制电路部14的作用在经过第1时限t_P1后的t₃₃时刻，成为第3时限t_P3的计数中断、且成为对第3时限t_P3的时间开始计数的准备状态，同时使波形转换信号V_F2从L（低）电平转为H（高）电平，并指示出已从脉冲焊接方式转为短路过渡焊接（倾斜波焊接）方式。据此，转换元件17选择倾斜波控制信号Vd而输入到驱动电路部18上，焊接输出控制元件4随着倾斜波波形电路16所作成的接触短路时的上述第1轨迹而控制焊接输出，电弧再生后在第2时限t_P2期间，成为上述第3的焊接输出控制的结果;从时刻t₃₃起到V₅₀之间的焊接电流Ia成为与脉冲电流部和基极电流部都不同的电流。且在对第2时限t_P2进行时间计数完了的时刻t₅₀上，通过倾斜波-脉冲控制电路14的作用对第3时限t_P3开始时间计数，并使脉冲同步信号Vtp在一定时限t_P0期间成为L（低）电平，同时使波形转换信号V_F2从H电平转换为L电平，并指示出已从短路过渡焊接方式返回到脉冲焊接方式而进行输出。

根据以上的作用在接触短路解除后的第2时限的期间，通过第3焊接输出控制在焊丝前端形成用于下一个熔滴过渡的熔融块，通过从时刻t₅₀起所加给的下一个脉冲电流，熔滴从焊丝脱离成喷射状，而能继续进行平稳的一个脉冲1滴（过渡）的脉冲电弧焊接。

又关于第3焊接输出控制在本发明中表示有在图4的t_P2期间，Vd信号随着时间经过而减小的控制例。

但是其结果是实际上的焊接输出并不限于恒电源控制，由于根据焊接电弧的阻抗来确定输出，故实际上成为大致上是恒电压特性的场合是很多的。这样的控制方法已经由已有的短路过渡焊接用的电弧焊机实际应用，故关于实现此法的电路例已被省略。

即所谓第3焊接输出控制就是指进行与脉冲电流部与基极电流部都不同的控制的输出，此乃是本发明的目的。以上是图3和图4的说明。

接着在图5中表示有在图3中的倾斜波-脉冲控制电路部14的具体的电路。在图5中，140是具有在一个集成电路中各自独立的第1定时器电路部141和第2定时器电路部142，及第3定时器电路部143等三个定时器电路部，并通过控制部144来设定各定时器电路部的动作方式和时间计数值的可编程的间隔定时器集成电路，并为通用的8253型集成电路。145为集成电路，其中内藏有在1个集成电路中独立的第1触发器电路部146和第2触发器电路部147的二个带清零-预置功能的D型触发器电路部，并为通用的7474型集成电路。148为基准时钟信号发生电路部，以一定时间的周期输出高电平和低电平的基准时钟信号V_CK。149为运算电路部，根据焊接施工状况将各定时器的动作方式和时间计数值输出到上述可编程的间隔定时器140。14A，14B，14C为逻辑积元件，14D，14E为逻辑和元件，14F，14G为逻辑反转元件。

关于在图5的电路中的各定时器，通过运算电路部149及控制部144，第一定时器电路141进行有再起动可能的一步定时器（one shot timer）的动作，该动作是以G₁端子为起动输入，以该输入从低电平转为高电平时为时间起点，并根据从CLK1端子输入的信号从高电平转为低电平的次数对第1时限开始计数，在对第1时限进行计数中将低电平从OUT1端进行输出，而在其以外的期间则将高电平的信号V_TP1从OUT1端进行输出。第2定时器电路部也和第1定时器电路部相同实现一步定时器的动作。但是在本电路中所使用的第二定时器电路部，由于即使在时间计数中使G₂输入为低电平也不会停止时间计数，故通过逻辑和元件14E为在接触短路期间中不进行时间计数，而使CLK2输入信号维持原来的高电平，从而使OUT2输出维持作为时间计数中的状态的低电平，为了能在下一电弧发生时再开始时间计数，并使其具有时间计数中的中断功能。第3定时器电路部143在Go输入为高电平时，对来自CLKo输入的信号从高电平变为低电平的次数进行计数，如该次数达到预定的次数时则进行仅在一定时间t_P0使OUTo输出为低电平，而其他期间则成为高电平的分频动作，如Go输入成为低电平，则在使OUTo输出为高电平的情况下中断的分频动作，如下一个Go输入回到高电平则重新进行使分频动作再开始的动作。

触发器集成电路147内的第1触发器电路部146和第2触发器电路部147随着图6的表示有真值的图进行动作。其中第1触发器电路部146由于使CP1输入和D₁输入维持为低电平，故而成为以CLK1输入为置位（set）输入，以PR1输入为复位（reset）输入的置位优先型R-S触发器动作。又第2触发器电路部147，通过将逻辑积元件14A，14B和逻辑和元件14D接成如图所示的连接方式，进行以V_F1信号为置位输入及以V_tp2为复位输入的边缘触发器（edge trigger）方式的R-S触发器动作。以上根据图5的电路，对于和图4相同的状态变化，其各部的信号成为如图7所示的形式，其结果则和图4相同。

又，图7的t_P波形和图4的t_P波形不同，但通过将利用图7的t_P波形的前沿的单触发脉冲发生电路加在图5的Vtp信号的前面，并以此追加的单触发脉冲发生电路的输出信号作为图3、图4的Vtp信号，和通过选用其程度在图纸上可忽视的小时限值作为图7的时限t_P0图5的电路能实现和图4大致等价的作用。另外，图5的基准时钟，发生电路部148由于利用RC振荡电路和晶体管振动子等能很容易地实现，故省略其说明。又运算电路部149是使用微型电子计算机的电路部，但其结构是通用的结构，对于可编程间隔定时器集成电路140由于是使用于第1定时器电路部141，第2定时器电路部142，第3定时器电路部143的各定时器的动作方式的设定和计数值的设定，故省略其构成例和程序例。

电弧-短路判断电路部13，在图3中由于是检出焊接电压Va，在该值比预定值高时则为电弧发生动作，而该值比预定值低时则为接触短路动作，故通过使用比较器是很容易实现的，又此方法由于是在已有的电弧焊机中也是一般使用的，故省略其详细说明。又，也可考虚不用检出焊接电压值Va的方法而用直接检出电弧光的方法来进行焊接。

倾斜波形电路部16和脉冲波形电路部15由于也是在已有的短路过渡焊接用焊机、脉冲电弧焊接用焊机中一般使用的结构和动作，故省略其说明。

图3的变换元件17也可用市售的模拟开关集成电路等很容易地实现。

且作为图3的结构例已以主电路部的方式为二次侧斩波器方式进行表示，而即使以其为一次侧变换器控制方式也没有改变本发明的目的，且在图5的倾斜波-脉冲控制电路部14的运算电路部149上是使用微型电子计算机的，如不使用计算机，但用其他方法来进行计数值设定也能很容易地实现，在图5的各定时器上表示有对基准时钟脉冲数进行计数的方式，而即使使用由电容器和电阻组成的RC积分型定时器电路也能很容易地实现此方式。以上为本发明的内容。

如上所述，根据图3的构成及图5的电路改变电弧电压值Va，并测定了飞溅物的发生量的结果与已有的脉冲MIG焊机及已有的短路过渡（MIG）焊机相比的情况如图8所示。

图8中，a为已有脉冲MIG焊机的测定结果。又，图8中，b为用

图9那种焊接输出波形进行焊接的已有短路过渡（MIG）焊接机的测定结果。

从图8a和b中可以明白在电弧电压值Va高的领域中作为非接触方式的熔滴过渡方式的脉冲MIG焊机为低飞溅量，如通过焊接的高速化，使电弧电压值逐渐下降下去，则a和b之差变成很小，最终在电弧电压比P点低时飞溅物发出量反转，MIG焊机相比之下为低飞溅物发生量，而脉冲MIG焊机a的飞溅物发生量激增。这如图2中所说明的那样是因为接触短路的概率变大。在用强脉冲电流解除此接触短路时的飞溅量激增的缘故。

图8的c为根据本发明的电弧焊机的测定结果，在电弧电压值Va高的领域中因为接触短路的概率较低，故停留在比已有的脉冲电弧焊机的飞溅物发生量a还要小的程度。但在使电弧电压值Va变低来防止咬边等焊接缺陷的高速焊接时等接触短路的概率提高，而成为比已有的脉冲MIG焊机的溅出物发生量要远远小得多的。在本发明的场合，这是因为在没有接触短路时选择喷射过渡而在接触短路时选择短路过渡，即根据焊接部分的状况选择适当的控制方式，同时在解除接触短路后形成用于下一个熔滴过渡的焊丝前端的熔融块。

如上所述，根据本发明，能作成即使将在高速焊接时等的电弧电压设定得低，且进行混杂有短路过渡的焊接，溅出物发生量也小的脉冲MIG焊机。

此外图1和图8的飞溅物发生物-电弧电压曲线都是在下列情况下得出的，即：

焊丝：YGW15    1.2mmφ

气体：Ar+CO₂8∶2，15升/分，

焊接速度：150cm/分

焊丝送给量：9.4m/分，（约250A）

焊接姿势：在板上焊缝向下

Claims (2)

1、一种电弧焊机，其特征在于：

对作为消耗电极的焊丝与作为被焊物的母材是作接触短路状态还是不接触而发生电弧进行判断，从而在焊丝与母材处于接触短路的时间还不满预定的第1时限的场合，把作为预定的基本脉冲周期的第3时限的期间进行时间分割后用脉冲电流部和基极电流部进行输出；

在接触短路超过上述第1时限的场合，则在经过该第1时限的时点开始的短路期间中输出符合不比脉冲电流的上升速度快的预定的第1轨迹的恒定电流控制波形；在接触短路超过第1时限之后如电弧再生，则以电弧再生时作为时间起点，对第2时限开始时间计数，同时进行与脉冲电流部和基极电流部都不同的第3焊接输出控制；

在第2时限经过后返回到上述的作为基本脉冲周期的第3时限的动作。

2、一种电弧焊机，其特征在于：

对作为消耗电极的焊丝与作为被焊物的母材是作接触短路状态还是不接触而发生电弧进行判断的手段;

在焊丝与母材处于接触短路的时间还不满预定的第1时限的场合，把作为预定的基本脉冲周期的第3时限的期间进行时间分割后用脉冲电流部和基极电流部进行输出的手段;

在接触短路超过上述第1时限的场合，则在经过该第1时限的时点开始的短路期间中输出符合不比脉冲电流的上升速度快的预定的第1轨迹的恒定电流控制波形的手段;

在接触短路超过第1时限之后如电弧再生则以电弧再生时作为时间起点，对第2时限开始时间计数，同时在上述第二时限内进行与脉冲电流部和基极电流部都不同的第3焊接输出控制的手段;

指示在第2时限经过后返回到上述的作为基本脉冲周期的第3时限的动作的手段。

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