專利名稱：熔化電極式電弧焊接機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熔化電極式電弧焊接機，尤其涉及改善焊接開始時的引弧性能的熔化電極式電弧焊接機。
背景技術：
采用熔化電極的電弧焊接機的引弧，在熔化電極與待焊接物接觸的同時，產(chǎn)生小的電弧，該小的電弧成長而轉移到穩(wěn)定的焊接電弧。此時，為了順利地進行引弧，需要使引弧時的起動電流的上升速度非?？?。
圖7為改善引弧的現(xiàn)有技術的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。在該圖中，交流電源AC采用單相商用交流或三相商用交流電源。一次整流電流DR1將來自交流電源AC的交流電壓變換為直流并輸出。平滑電容器C1對一次整流電流DR1的輸出進行平滑。逆變電路INV將平滑電容器C1的輸出變換為高頻脈沖電壓后輸出。變壓器INT將高頻脈沖電壓變換為適于電弧加工的電壓后輸出。二次整流電路DR2將變壓器INT的輸出變換為直流后輸出。
電抗器DCL限制短路電弧時的過大電流并緩和電流的急劇變化，控制電弧現(xiàn)象，進一步在再引弧時放出在短路時蓄積的能量并防止電弧切斷?？煽毓鑃CR，將陽極與電抗器DCL的中間端子連接，將陰極與輸出端子連接，在引弧時導通。
電壓檢測電路VD檢測焊接電壓Vw輸出焊接電壓檢測信號Vd。電壓誤差放大電路EV對由電壓設定電路VR設定的電壓設定信號Vr和焊接電壓檢測信號Vd進行誤差放大，輸出電壓誤差放大信號Ev。
電流檢測電路ID檢測焊接電流Iw輸出焊接電流檢測信號Id。電流誤差放大電路EI對由電流設定電路IR設定的電流設定信號Ir和焊接電流檢測信號Id進行誤差放大，輸出電流誤差放大信號Ei。
主控制電路SC，按照來自焊槍開關TS的焊接開始信號Ts開始工作，基于電壓誤差放大信號Ev以及電流誤差放大信號Ei輸出逆變器控制信號In、電動機控制信號Mc以及驅動信號Td。
可控硅驅動電路SR將從主控制電路SC輸出的驅動信號Td變換為可控硅SCR能可靠地導通的信號后，輸出可控硅驅動信號Sr。
1為焊槍，2為待焊接物，3為送絲輥，4為焊絲(熔化電極)。
圖8為說明圖7中所示的現(xiàn)有的熔化電極式電弧焊接機的動作的波形圖。該圖中，圖(A)表示焊接開始信號Ts，圖(B)表示焊接電壓檢測信號Vd，圖(C)表示焊接電流檢測信號Id，圖(D)表示驅動信號Td，圖(E)表示可控硅驅動信號Sr，圖(F)表示電抗器的中間端子和輸出端子之間的端子間電壓Dv。
在圖8(A)所示的時刻t＝t1中，按下焊槍開關TS，焊接開始信號Ts變?yōu)楦唠娖綍r，主控制電路SC開始工作，輸出逆變器控制信號In、電動機控制信號Mc以及驅動信號Td。
逆變電路INV，按照逆變器控制信號In工作，在焊絲4與待焊接物2接觸的時刻t＝t1～t2的期間中輸出無負載電壓。
可控硅驅動電路SR將從主控制電路SC輸出的驅動信號Td變換為可控硅SCR能可靠地導通的圖8(E)所示的可控硅驅動信號Sr并輸出。
在時刻t＝t2中，焊絲4與待焊接物2接觸。此時可控硅元件SCR根據(jù)圖8(E)中所示的可控硅驅動信號Sr而處于導通狀態(tài)，因此電抗器DCL的中間端子和輸出端子通過電抗器元件SCR短路。此外，如果將輸入端子和中間端子的電感值設為(L1)，將中間端子和輸出端子的電感值設為(L2)，則將中間端子的位置設置在L1≤L2的點，如果電抗器DCL的中間端子和輸出端子之間短路，則電抗器DCL的電感值只為L1，如圖8(C)所示焊接電流檢測信號Id比較陡峭地上升。
此外，由于電抗器DCL的輸入端子以及輸出端子和中間端子纏繞在同一個鐵心上，因此通過中間端子和輸出端子之間的電壓在輸出端子和中間端子間感應出交流電壓。因此，在時刻t＝t4中，如圖8(F)所示，可控硅元件SCR被反向偏置而自動地處于非導通狀態(tài)。
如上所述，提出了下述改善引弧性能的方法將可控硅SCR的陽極側與電抗器DCL的中間端子連接，將可控硅SCR的陰極側與輸出端子連接，在引弧時使可控硅SCR導通，短路電抗器DCL(例如專利文獻1)。
在熔化電極式電弧焊接機中，在引弧時設置在焊接電源內的輸出路徑上的電抗器的電感值較大，因此引弧電流的上升變慢，引弧性能變差。在現(xiàn)有技術中，為了提高引弧性能，在電抗器中設置中間端子，并且在電抗器的輸出端子和中間端子之間并聯(lián)設置有可控硅元件，在焊絲與待焊接物接觸的引弧時，使可控硅元件導通，使電抗器的中間端子和輸出端子短路，減小電感值，使起動電流的上升提前。
但是，由于可控硅元件不能自行截止，因此將電抗器的中間端子和輸入端子之間產(chǎn)生的反向感應電壓加入到可控硅元件的陽極、陰極間而進行切斷。因此，如果使用可控硅元件，則僅電抗器的中間端子和輸出端子之間短路，由于未短路的電抗器的輸入端子和中間端子之間的電感值的影響，起動電流的上升不能說充分，限制引弧性能的提高。
專利文獻1日本特開昭55-36048號公報。

發(fā)明內容
在此，在本發(fā)明中，提供一種能夠解決上述課題的熔化電極式電弧焊接機。
為了解決上述課題，第一發(fā)明的熔化電極式電弧焊接機，經(jīng)由設置在焊接電源內的輸出路徑中的電抗器，將輸出供給在消耗電極和待焊接物之間，上述熔化電極式電弧焊接機具備引弧電路，其串聯(lián)連接開關元件的源極側和二極管的陽極側，上述電抗器的輸入端子與上述開關元件的漏極側連接，上述電抗器的輸出端子與上述二極管的陰極側連接；和引弧控制電路，其在被輸入焊接開始信號時，使上述開關元件導通，在上述熔化電極和待焊接物之間以預定的時間通過大電流的起動電流，接著如果上述起動電流的通電結束，則過渡到小電流的初始電流，在上述初始電流通電時，使上述開關元件截止。
第二發(fā)明根據(jù)第一發(fā)明所述的熔化電極式電弧焊接機，其特征在于，上述引弧控制電路，在從上述大電流的起動電流過渡到上述小電流的初始電流時，設定預定的下降時間。
第三發(fā)明根據(jù)發(fā)明1～2中任一項所述的熔化電極式電弧焊接機，其特征在于，上述引弧控制電路，在上述初始電流通電結束并過渡到比上述初始電流大的穩(wěn)定焊接電流時，使上述開關元件截止。
發(fā)明效果根據(jù)第一發(fā)明，由于在電抗器的輸入端子和輸出端子之間并聯(lián)連接開關元件，在引弧時使開關元件導通，使電抗器短路，因此引弧時的電抗器的電感值變小，起動電流的上升沿變得陡峭，提高了引弧性能。此外，由于在起動電流的通電結束通過小電流的初始電流時，使開關元件截止，因此降低了由于開關元件截止所引起的浪涌電壓，防止開關元件的劣化。
根據(jù)第二發(fā)明，如果在從大電流的起動電流過渡到小電流的初始電流時，進一步降低小電流的初始電流，則會有下述情況電抗器通過開關元件短路，由于電感值減小，因此在過渡到初始電流時電流急劇減少，發(fā)生電流的降低，引起電弧切斷。但是，從起動電流過渡到初始電流時，由于設置預定的下降時間，使起動電流緩慢減少，電流的下降減少，順利地進行從起動電流到初始電流的過渡。
根據(jù)第三發(fā)明，在比初始電流大的穩(wěn)定焊接電流的過渡開始時，使開關元件截止，因此在逆變電路以最大的脈沖寬度工作時，使開關元件截止。通過電抗器供給的電流由于電流下降變小，防止電弧切斷。


圖1為本發(fā)明的實施方式1相關的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。
圖2為圖1所示的引弧控制電路的詳細圖。
圖3為說明實施方式1的動作的波形圖。
圖4為實施方式2相關的第二引弧控制電路的詳細圖。
圖5為用于說明實施方式2的動作的波形圖。
圖6為實施方式3相關的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。
圖7為現(xiàn)有技術的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。
圖8為說明現(xiàn)有技術的動作的波形圖。
圖中1-焊槍；2-被加工物；3-送絲電動機；4-焊絲；C1-平滑電容器；D1-二極管；D2-保護用二極管；DCL-電抗器；DR1-一次整流電路；DR2-二次整流電路；EI-電流誤差放大電路；Ei-電流誤差放大信號；EV-電壓誤差放大電路；Ev-電壓誤差放大信號；FF-觸發(fā)電路；FF2-第二觸發(fā)電路；Ff-觸發(fā)信號；Ff2-第二觸發(fā)信號；IC-電流比較電路；IC2-第二電流比較電路；Ic-電流比較信號；Ic2-第二電流比較電路；ID-電流檢測電路；Id-輸出電流檢測電路；IR-電流設定電路；Ir-電流設定信號；IRF-基準電流設定電路；IRF2-第二基準電流設定電路；Irf-基準電流設定值(信號)；Irf2-第二基準電流設定值(信號)；Ir-電流設定信號；In-逆變器控制信號；INT-變壓器；INV-逆變電路；INV2-二次側逆變電路；Mc-電動機控制電路；OR-或邏輯電路；SC-主控制電路；SE-引弧控制電路；SE2-第二引弧控制電路；Se-引弧控制信號；Se2-第二引弧控制信號；SR-可控硅驅動電路；Sr-可控硅驅動信號；ST-引弧電路；SCR-可控硅元件；TM-計時電路；Tm-計時信號；TS-焊槍開關；TR-開關元件；Td-驅動信號；VD-電壓檢測電路；VR-電壓設定電路；Vr-電壓設定信號。
具體實施例方式
(實施方式1)圖1為本發(fā)明的實施方式1相關的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。在該圖中，與圖6中所示的現(xiàn)有技術的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖相同符號的結構部件，進行相同的動作，因此省略說明，僅對符號不同的構成部件進行說明。
在圖1所示的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖中，引弧電路ST通過開關元件(例如IGBT)TR以及二極管D1形成，電抗器DCL的輸入端子與開關元件TR的漏極側連接，輸出端子與二極管D1的陰極側連接。此外，由于開關元件(IGBT)的反向電壓的耐壓較低，因此一般將保護用二極管D2設置在組件內部。僅由該開關元件TR使電抗器DCL短路或解除短路，在解除短路時對電抗器DCL充電的能量，通過設置在開關元件中的保護用二極管D2而倒流，能量不能充分被充電。因此，通過在開關元件TR上串聯(lián)二極管D1，防止電抗器DCL的能量的倒流。
圖2為圖1所示的引弧控制電路SE的詳細圖，由觸發(fā)器電路FF、電流比較電路IC、基準電流設定電路IRF、計時電路TM以及或邏輯電路OR形成。
電流比較電路IC，對預定的基準電流設定值Irf和焊接電流檢測信號Id進行比較，如果比基準電流設定值Irf高，則使電流比較信號Ic為低電平并輸出。
觸發(fā)電路FF，由驅動信號Td的上升沿而被置位，將輸出變?yōu)楦唠娖讲⑤敵?，由電流比較信號Ic的上升沿而被復位，將輸出變?yōu)榈碗娖健４藭r，在作為置位信號的驅動信號Td為高電平的期間中禁止復位。
計時電路TM根據(jù)觸發(fā)信號Ff的上升沿，輸出預定時間的計時信號Tm。
圖3為說明本發(fā)明的實施方式1相關的熔化電極式電弧焊接機的動作的波形圖。在該圖中，圖(A)表示焊接開始信號Ts，圖(B)表示驅動信號Td，圖(C)表示焊接電壓檢測信號Vd，圖(D)表示焊接電流檢測信號Id，圖(E)表示電流比較信號Ic，圖(F)表示觸發(fā)信號Ff，圖(J)表示計時信號Tm，圖(H)表示引弧控制信號Se。
接下來，采用上述的波形圖，對實施方式1相關的熔化電極式電弧焊接機的動作進行說明。圖3(A)中所示的時刻t＝t1中，從焊槍開關TS輸出焊接開始信號Ts并變?yōu)楦唠娖綍r，主控制電路SC按照焊接開始信號Ts開始工作，輸出圖3(B)所示的驅動信號Td、省略圖示的逆變器控制信號In以及電動機控制信號Mc。
圖2所示的觸發(fā)電路FF，在置位端子輸入驅動信號Td，根據(jù)驅動信號Td的上升沿，使圖3(F)所示的觸發(fā)信號Ff變?yōu)楦唠娖讲⑤敵龅交蜻壿嬰娐稯R?；蜻壿嬰娐稯R執(zhí)行或邏輯并使圖3(H)所示的引弧控制信號Se變?yōu)楦唠娖讲⑤敵?。如果電弧開始控制信號Se變?yōu)楦唠娖?，則圖1所示的引弧電路ST使開關元件TR導通，電抗器DCL短路。
逆變電路INV根據(jù)逆變器控制信號In進行工作，在焊絲4與待焊接物2接觸之前的時刻t＝t1～t2的期間中，輸出無負載電壓，電壓檢測電路VD檢測無負載電壓，輸出圖3(C)所示的焊接電壓檢測信號Vd。
在時刻t＝t2，如果焊絲4與待焊接物2接觸，則通過起動電流。此時開關元件TR已通過圖3(H)所示的引弧控制信號Se處于導通狀態(tài)，電抗器DCL被短路。因此，由于不受電抗器DCL的電感的影響，如圖3(D)所示起動電流急劇上升，因此容易產(chǎn)生電弧。
電流比較電路IC對基準電流設定值Irf和焊接電流檢測信號Id進行比較，在時刻t＝t3中，如果比基準電流設定值Irf高，則判斷已通過起動電流，使電流比較信號Ic變?yōu)榈碗娖胶筝敵觥?br> 在時刻t＝t4中，將起動電流限制到預定的值(例如500A左右)，繼續(xù)通過(例如約5ms)起動電流，接下來，在時刻t＝t5中，起動電流的通電結束，過渡到小電流的初始電流(例如50A左右)時，電抗器DCL被開關元件TR短路，由于電感值變小，因此產(chǎn)生圖示省略的電流下降。此時，如圖3(D)所示，如果設置預定的下降時間T1(約1ms)使電流緩慢減少，則電流的下降變地更小，順利地進行從起動電流到初始電流的過渡。還有，即使使初始電流(例如50A左右)更小，也能從起動電流過渡到初始電流。
在時刻t＝t6，電流比較電路IC再次對基準電流設定值Irf和焊接電流檢測信號Id進行比較，如果比基準電流設定值Irf低，則判斷從起動電流轉移到初始電流，將電流比較信號Ic變?yōu)楦唠娖胶筝敵?。此外，由大電流的起動電流在時刻t＝t7～t9的期間形成燃燒起來的焊絲的前端，在成形結束時刻t＝t9時，小電流的初始電流過渡到穩(wěn)定的焊接電流。
觸發(fā)電路FF，在復位端子中輸入圖3(E)所示的電流比較信號Ic，根據(jù)電流比較信號Ic的上升沿將圖3(F)所示的觸發(fā)信號Ff變?yōu)榈碗娖讲⑤敵?。接下來，計時電路TM，根據(jù)觸發(fā)信號Ff的下降沿輸出預定時間的計時信號Tm。
或邏輯電路OR進行圖3(F)所示的觸發(fā)信號Ff和圖3(J)所示的計時信號Tm或邏輯，在時刻t＝t8中將引弧控制信號Se變?yōu)榈碗娖胶筝敵?。并且，如果引弧控制信號Se變?yōu)榈碗娖?，則開關元件TR截止，電抗器DCL的短路結束。此時，在通過小電流的初始電流時，使開關元件TR截止，因此截止所引起的浪涌電壓(surge voltage)變低，可防止開關元件的劣化。
(實施方式2)
圖4為實施方式2相關的第二引弧控制電路SE2的詳細圖，在該圖中，與圖2所示的實施方式1的引弧控制電路SE相同符號的結構部件進行相同動作，因此省略說明，只對符號不同的結構部件進行說明。
圖4中所示的第二引弧控制電路SE2，由觸發(fā)器電路FF、電流比較電路IC、基準電流設定電路IRF、第二觸發(fā)器電路FF2、第二電流比較電路IC2、第二基準電流設定電路IRF2以及或邏輯電路OR形成。
第二電流比較電路IC2對預定的基準電流設定值Irf2和焊接電流檢測信號Id進行比較，如果比第二基準電流設定值Irf2高，則使第二電流比較信號Ic2變?yōu)楦唠娖讲⑤敵觥?br> 第二觸發(fā)電路FF2，根據(jù)觸發(fā)信號Ff的上升沿而被置位，將輸出變?yōu)楦唠娖讲⑤敵?，根?jù)第二電流比較信號Ic2的上升沿而被復位，將輸出變?yōu)榈碗娖?。此時，在作為置位信號的觸發(fā)信號Ff為高電平的期間中禁止復位。
或電路OR進行觸發(fā)信號Ff和第二觸發(fā)信號Ff2的或邏輯，輸出第二引弧控制信號Se2。
圖5為說明實施方式2相關的熔化電極式電弧焊接機的動作的波形圖。在該圖中，圖(A)表示焊接開始信號Ts，圖(B)表示驅動信號Td，圖(C)表示焊接電壓檢測信號Vd，圖(D)表示焊接電流檢測信號Id，圖(E)表示電流比較信號Ic，圖(F)表示觸發(fā)信號Ff，圖(G)表示第二電流比較信號Ic2，圖(H)表示第二觸發(fā)信號Ff2，圖(I)表示第二引弧控制信號Se2。
接下來，采用上述的波形圖，對實施方式2相關的熔化電極式電弧焊接機的動作進行說明。此外，在圖5中，時刻t＝t1～t3的期間進行與圖3所示的實施方式1的動作波形圖相同的動作，因此省略動作說明。
第二電流比較電路IC2對預定的第二基準電流設定值Irf2和焊接電流檢測信號Id進行比較，在比第二基準電流設定值Irf2高的時刻t＝t31，將第二電流比較信號Ic2變?yōu)楦唠娖胶筝敵觥?br> 在時刻t＝t4，將起動電流限制為預定的值后繼續(xù)。接下來，在時刻t＝t5中，結束起動電流的通電，在過渡到小電流的初始電流時，設置預定的下降時間T1，而使電流緩慢減少。
第二電流比較電路IC2，對第二基準電流設定值Irf2和焊接電流檢測信號Id進行比較，在比第二基準電流設定值Irf2低的時刻t＝t51，將圖5(G)所示的第二電流比較信號Ic2變?yōu)榈碗娖讲⑤敵觥?br> 在時刻t＝t6，電流比較電路IC再次對基準電流設定值Irf和焊接電流檢測信號Id進行比較，在比基準電流設定值Irf低時，判斷為大致從起動電流過渡到初始電流，將電流比較信號Ic變?yōu)楦唠娖讲⑤敵觥?br> 觸發(fā)電路FF，在復位端子中輸入電流比較信號Ic，根據(jù)電流比較信號Ic的上升沿，將圖5(F)所示的觸發(fā)信號Ff變?yōu)榈碗娖讲⑤敵觥?br> 在時刻t＝t10中，第二電流比較電路IC2再次對第二基準電流設定值Irf2和焊接電流檢測信號Id進行比較，在比第二基準電流設定值Irf2高時，判斷為從起動電流轉移到穩(wěn)定的初始電流，將第二電流比較信號Ic2變?yōu)楦唠娖讲⑤敵觥?br> 第二觸發(fā)電路FF2，在復位端子中輸入第二電流比較信號Ic2，根據(jù)第二電流比較信號Ic2的上升沿，將圖5(H)所示的第二觸發(fā)信號Ff2變?yōu)榈碗娖讲⑤敵??；蜻壿嬰娐稯R進行圖5(F)所示的觸發(fā)信號Ff和圖5(H)所示的第二觸發(fā)信號Ff2或邏輯，在時刻t＝t10中將第二引弧控制信號Se變?yōu)榈碗娖讲⑤敵觥?br> 在過渡到比初始電流大的穩(wěn)定的焊接電流時，為了與焊接電流的急劇的電流增加對應，主控制電路SC使逆變電路INV以最大脈沖寬度動作。此時，如果使開關元件TR截止，則在逆變電路INV以最大脈沖寬度動作時，開關元件TR被截止，該截止所引起的電流的下降被經(jīng)由介由電抗器供給的急劇電流補充，從而電流的下降變小，防止開關元件TR的截止所引起的電弧切斷。
(實施方式3)圖6為進行交流脈沖MIG焊接的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖。在該圖中，與圖1所示的本發(fā)明實施方式1的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖相同符號的結構部件進行相同動作，因此省略說明，只對符號不同的結構部件進行說明。
圖6所示的二次側逆變電路INV2設置在電抗器DCL的輸出側，使通過二次整流電路DR2以及電抗器DCL平滑為直流的輸出以交流脈沖MIG所必需的低頻(例如50～200Hz)工作，產(chǎn)生交流電弧。
除去以上所示的二次側逆變電路INV2之外的其他電路結構，與圖1所示的實施方式1相關的熔化電極式電弧焊接機的電連接圖結構相同。因此，本發(fā)明的引弧時使開關元件導通、電抗器短路、使起動電流急劇上升、進行引弧的機構，在進行交流脈沖MIG焊接的熔化電極式電弧焊接機中也是有效的起動機構。
權利要求
1.一種熔化電極式電弧焊接機，通過設置在焊接電源內的輸出路徑中的電抗器，將輸出供給在消耗電極和待焊接物之間，上述熔化電極式電弧焊接機具備引弧電路，其串聯(lián)連接開關元件的源極側和二極管的陽極側，上述電抗器的輸入端子與上述開關元件的漏極側連接，上述電抗器的輸出端子與上述二極管的陰極側連接；和引弧控制電路，其在被輸入了焊接開始信號時，使上述開關元件導通，在上述熔化電極和待焊接物之間以預定的時間通過大電流的起動電流，接著，如果上述起動電流的通電結束，則過渡到小電流的初始電流，在通過上述初始電流時，使上述開關元件截止。
2.根據(jù)權利要求1所述的熔化電極式電弧焊接機，其特征在于，上述引弧控制電路，在從上述大電流的起動電流過渡到上述小電流的初始電流時，設定有預定的下降時間。
3.根據(jù)權利要求1～2中任一項所述的熔化電極式電弧焊接機，其特征在于，上述引弧控制電路，在上述初始電流通電結束并過渡到比上述初始電流大的穩(wěn)定的焊接電流時，使上述開關元件截止。
全文摘要
一種熔化電極式電弧焊接機，通過設置在焊接電源內的輸出路徑中的電抗器，在消耗電極和待焊接物之間供給輸出，上述熔化電極式電弧焊接機具備引弧電路，其串聯(lián)連接開關元件的源極側和二極管的陽極側，電抗器的輸入端子與開關元件的漏極側連接，電抗器的輸出端子與二極管的陰極側連接；和引弧控制電路，其在被輸入了焊接開始信號時，使開關元件導通，在熔化電極和待焊接物之間以預定的時間通過大電流的起動電流，接著，如果起動電流的通電結束，則過渡到小電流的初始電流，在通過初始電流時，使開關元件截止。從而即使設置在焊接電源內的輸出路徑的電抗器的電感為較大的值，也可使引弧性能良好。
文檔編號B23K9/173GK101036956SQ200710084710
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權日2006年3月16日
發(fā)明者西坂大志, 渡谷哲治 申請人:株式會社大亨