用于通過控制焊接電流進行電弧焊接的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于通過控制焊接電流進行電弧焊接的方法和設(shè)備。一種用于執(zhí)行電弧焊接的方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備兩個工件，每個工件具有熔化部分，兩個工件相互抵靠；準(zhǔn)備焊接電極，其是非熔解型電極，用于對兩個工件執(zhí)行電弧焊接，該焊接電極被設(shè)置為面向兩個工件；給焊接電極施加焊接電流以使兩個工件被焊接；以及執(zhí)行電流改變步驟以改變將被減小的焊接電流的量以便使兩個工件中的至少一個工件的熔化部分向著另一個工件移動以粘著到另一個工件的熔化部分或粘著到另一個工件本身。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種用于電弧焊接的方法和設(shè)備。 用于通過控制焊接電流進行電弧焊接的方法和設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 專利文獻JP-A-2002-001534公開了一種焊接方法和焊接設(shè)備，其中水平地互相 抵靠的基體金屬的上部部分使用TIG(鎢極惰性氣體）焊接被接合。
[0003] 在基于如上所述的傳統(tǒng)技術(shù)的焊接方法和設(shè)備中，可能會發(fā)生分離熔化。這種分 離熔化涉及其中基體金屬不彼此融合的缺陷。
[0004] 在分離熔化中有兩種主要情形。第一種情形是兩種基體金屬都熔化但熔化部分彼 此分離。第二種情形是只有其中一種基體金屬熔化。
[0005] 第一種情形的原因可能是在基體金屬之間有大的堅直臺階或基體金屬之間有大 的水平間隙。第二種情形的原因可能是基體材料與接地電極接觸不良。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實施例提供了 一種在電弧焊接中有效地抑制分離熔化的方法和設(shè)備。
[0007] 作為本公開的一方面，用于執(zhí)行電弧焊接的方法包括以下步驟：準(zhǔn)備兩個工件，每 個工件具有相對于堅直方向位于其上端的上部部分，兩個工件的兩個上部部分在垂直于堅 直方向的水平方向上相互抵靠；準(zhǔn)備焊接電極，其是非熔解型電極，用于對兩個工件執(zhí)行電 弧焊接，該焊接電極被設(shè)置為面向兩個工件；給焊接電極施加焊接電流以使兩個工件被焊 接；以及執(zhí)行電流改變步驟以改變將被減小的焊接電流的量以便使包括在兩個工件中的至 少一個工件的上部部分中的熔化部分向著另一個工件移動以粘著到另一個工件的熔化部 分或粘著到另一個工件本身。
[0008] 根據(jù)以上描述的方法，通過執(zhí)行電流改變步驟，兩個工件通過熔化部分被橋接。因 此，分離熔化的發(fā)生被最小化。
[0009] 作為本公開的另一方面，用于執(zhí)行電弧焊接的設(shè)備包括：非熔解型焊接電極；焊 接電源，其為非熔解型焊接電極提供焊接電流以使兩個工件被焊接；以及控制單元，其控制 焊接電流。兩個工件的每一個具有包括將被焊接的熔化部分的一部分，并且兩個工件的部 分互相抵靠?？刂茊卧淖儗⒈粶p小的焊接電流的量以使兩個工件中的至少一個工件的熔 化部分向著另一個工件移動以粘著到另一個工件的熔化部分或粘著到另一個工件本身。 [0010] 根據(jù)如上所描述的本公開的設(shè)備，控制單元執(zhí)行電流改變控制以允許熔化部分橋 接兩個工件。因此，分離熔化的發(fā)生被最小化。
[0011] 用于上面所述的或權(quán)利要求中的元件的括號中的參考標(biāo)記指示了這些元件與下 面提供的實施例中描述的特定裝置的關(guān)系。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 在附圖中：
[0013] 圖1是一般地示出根據(jù)本公開的第一實施例的電弧焊接設(shè)備的示意圖；
[0014] 圖2是電流波形圖，示出了通過電弧焊接設(shè)備控制焊接電流的控制波形；
[0015] 圖3是示出了當(dāng)提供焊接電流時焊接行為的說明圖；
[0016] 圖4是示出在初始恒定電流步驟P1時的焊接行為的說明圖；
[0017] 圖5是示出了在電流升高步驟P2時的焊接行為的說明圖；
[0018] 圖6是示出了在電流下降步驟P3時的焊接行為的說明圖；
[0019] 圖7是示出了在第二恒定電流步驟P1時的熔化部分的狀態(tài)的說明圖；
[0020] 圖8是電流波形圖，其示出了根據(jù)本公開的第二實施例通過電弧焊接設(shè)備控制焊 接電流的控制波形；
[0021] 圖9是電流波形圖，其示出了根據(jù)本公開的第三實施例通過電弧焊接設(shè)備控制焊 接電流的控制波形。

【具體實施方式】
[0022] 參考附圖，以下描述本公開的一些實施例。在以下提供的實施例的描述中，為了省 略不必要的解釋，實施例之間彼此相同或類似的部件被給予相同的參考數(shù)字。
[0023] (第一實施例）
[0024] 以下首先參考圖1至7描述根據(jù)本公開的第一實施例的電弧焊接方法和電弧焊接 設(shè)備。圖1是一般地示出根據(jù)第一實施例的電弧焊接設(shè)備10的示意圖。圖1中示出的電 弧焊接設(shè)備10是非熔解電極型電弧焊接設(shè)備，其包括焊接電極11。非熔解電極型電弧焊接 設(shè)備是使用如焊接電極11的非熔解電極執(zhí)行電弧焊接的電弧焊接設(shè)備。
[0025] 特別地，電弧焊接設(shè)備10是執(zhí)行TIG (鎢極惰性氣體）焊接的TIG焊接設(shè)備。TIG 焊接是使用鎢作為焊接電極11并使用惰性氣體作為保護氣體的焊接。
[0026] 除了焊接電極11，焊接設(shè)備10還包括焊炬12、焊接電源13、接地電極14和15、控 制單元16、保護氣體供給單元17、輸氣管18和導(dǎo)線19。焊極電極11由焊炬12保持并通過 導(dǎo)線19電連接至焊接電源13。焊接電源13對應(yīng)于電壓施加裝置，其在焊接電極11和兩個 工件（也就是基體金屬）1和2兩端施加電壓。
[0027] 焊接電源13是供給直流焊接電流的直流型焊接電源。該焊接電源13被供給來自 商用電源的三相交變電流功率。焊接電源13將三相交變電流整流以轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?。例如，?用直流逆變器型焊接電源作為焊接電源13。
[0028] 兩個工件1和2在水平地互相抵靠的狀態(tài)下被固定至例如一夾具（沒有示出）。 工件1和2是用于SC(分段導(dǎo)體）交流發(fā)電機的銅線圈。工件1和2均由無氧銅形成。工 件1和2分別電連接至接地電極14和15。
[0029] 焊接電源13電連接至控制單元16?？刂茊卧?6用作控制裝置，其控制焊接電流， 并由此給焊接電源13輸出控制信號。
[0030] 焊炬12通過輸氣管18與保護氣體供給單元17連接。保護氣體供給單元17用作 給焊炬12供給保護氣體的保護氣體供給裝置。來自保護氣體供給單元17的供給至焊炬12 的保護氣體從焊接電極11周圍吹向工件1和2。
[0031] 控制單元16控制焊接電源13使得焊接電流波形將變成如圖2所示的控制波形。 當(dāng)焊接電流的狀態(tài)如圖2所示轉(zhuǎn)變時，焊接步驟以恒定電流步驟P1--> 電流升高步驟 P2->電流下降步驟P3 ->恒定電流步驟P1的順序被執(zhí)行。
[0032] 在恒定電流步驟P1，使焊接電流基本恒定。在電流升高步驟P2,焊接電流被升高。 在電流下降步驟P3,焊接電流被降低。特別地，控制單元16在恒定電流步驟P1執(zhí)行恒定電 流控制C1使得焊接電流基本保持恒定，在電流升高步驟P2執(zhí)行電流升高控制C2使得焊接 電流增加，以及在電流下降步驟P3執(zhí)行電流下降控制C3使得焊接電流減小。
[0033] 電流升高步驟P2和電流下降步驟P3均對應(yīng)于電流改變步驟，在電流改變步驟焊 接電流的量被改變。換句話說，在電流改變步驟P2和P3,控制單元16分別執(zhí)行電流改變控 制C2和C3,使得焊接電流的量將被改變。
[0034] 在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3，焊接單元16使控制波形成形為矩形波。在 從電流升高步驟P2到電流下降步驟P3的轉(zhuǎn)變中，控制單元16允許焊接電流的急劇下降。 換句話說，控制單元16在很短的時間內(nèi)（例如大約1至10ms)相當(dāng)大地使焊接電流下降。
[0035] 在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3,控制單元16允許在這些步驟之間控制波 形是對稱的。因此，通過在電流下降步驟P3的熱輸入的量的減少消除了在電流升高步驟P2 的熱輸入的量的增加。
[0036] 參考圖3至6,以下描述通過傳送具有如圖2中所示的控制波形的焊接電流所展示 的焊接行為。在焊接電極11和工件1和2的兩端施加電壓時，允許焊接電流在它們之間通 過。然后，在焊接電極11和工件1和2之間產(chǎn)生電弧。由電弧產(chǎn)生的大量的熱熔化了工件 1和2的頭部。
[0037] 在這種情形下，如圖3所示，當(dāng)工件1和2的頭部彼此間隔開時，焊接電流II在焊 接電極11和工件1之間被傳送，而焊接電流12在焊接電極11和工件2之間被傳送。從而， 焊接電流II和焊接電流12分別產(chǎn)生磁場B1和B2,并還分別產(chǎn)生電磁力Fel和Fe2。
[0038] 因而，如圖4所示，在初始恒定電流步驟P1，在熔化部分la和2a彼此離開的方向 上，排斥力Frl和Fr2將分別作用在熔化部分la和2a上。換句話說，在從一個工件離開的 方向上，排斥力作用在另一個工件的熔化部分上。在這種情形下，由于表面張力的作用，熔 化部分la和2a將分別留在工件1和2上。
[0039] 圖4示出了在工件1和2上分別形成熔化部分la和2a的狀態(tài)。然而，這種熔化 部分有時可在僅一個工件上形成。例如，在僅一個工件上形成熔化部分的原因可能是在工 件1和2的頭部之間有堅直臺階。
[0040] 如圖5所示，由于與恒定電流步驟P1相比在電流升高步驟P2焊接電流升高，電磁 力增加。因此，分別作用在熔化部分la和2a上的排斥力Frl和Fr2也增加。因而，熔化部 分la和2a移動以彼此離開。換句話說，一個工件上的熔化部分移動以從另一個工件離開。
[0041] 如果分別作用在熔化部分la和2a上的排斥力Frl和Fr2過度大，熔化部分la和 2a將會克服表面張力的作用并會從工件1和2滴落。因此，焊接電流被設(shè)置在產(chǎn)生允許熔 化部分la和2a通過表面張力的作用分別留在工件1和2上的排斥力Frl和Fr2的水平。
[0042] 如圖6所示，由于與電流升高步驟P2相比在電流下降步驟P3焊接電流降低，電磁 力減小。因此，分別作用在熔化部分la和2a上的排斥力Frl和Fr2也減小。
[0043] 因而，熔化部分la和2a在彼此靠近的方向上移動并由此在允許它們彼此接近的 方向上慣性力Fil和Fi2分別作用在熔化部分la和2a上。換句話說，慣性力Fil作用在 工件1上的熔化部分la上以在接近工件2的方向上移動熔化部分la。類似地，慣性力Fi2 作用在工件2上的熔化部分2a上以在接近工件1的方向上移動熔化部分2a。
[0044] 結(jié)果，如圖7所示，熔化部分la和2a形成跨越工件1和2的橋接。特別地，當(dāng)熔 化部分la和2a分別在工件1和2兩者上形成時，熔化部分la和2a將彼此粘著并彼此融 合。當(dāng)在僅一個工件上形成熔化部分時，熔化部分粘著到在另一個工件上的工件。
[0045] 如果分別作用在熔化部分la和2a上的慣性力Fil和Fi2過度大，熔化部分la和 2a將進行超過表面張力的作用的移動并會從工件1和2滴落。因此，焊接電流被設(shè)置在產(chǎn) 生允許熔化部分la和2a通過表面張力的作用分別留在工件1和2上的慣性力Fil和Fi2 的水平。
[0046] 在熔化部分la和2a將工件1和2橋接后，排斥力Frl和Fr2將不再產(chǎn)生。因此， 當(dāng)?shù)诙愣娏鞑襟EP1被執(zhí)行以恢復(fù)焊接電流時，通過熔化部分la和2a橋接兩個工件1 和2的狀態(tài)被維持為如圖7所示那樣。
[0047] 以這種方式，兩個工件1和2通過熔化部分la和2a橋接并且因此工件1和2被 彼此接合。因此，分離熔化的發(fā)生被最小化。
[0048] 如將從之前的描述理解的，本實施例中焊接電流被改變以在熔化部分la和2a中 引起擺動。通過擺動，熔化部分la和2a形成跨越工件1和2的橋接。
[0049] 在本實施例中，由于工件1和2均由無氧銅形成，熔化部分la和2a的表面張力比 較強。熔化部分la和2a的強的表面張力很難允許熔化部分la和2a擺動。
[0050] 據(jù)此，在本實施例的電流升高步驟P2和電流下降步驟P3,控制波形被成形為矩形 波以確保焊接電流的急劇改變。因此，分別作用在熔化部分la和2a上的排斥力Frl和Fr2 被大大改變以可靠地引起熔化部分la和2a的擺動。
[0051] 在本實施例的電流升高步驟驟P2和電流下降步驟P3 (電流改變控制C2和C3)，焊 接電流被減小使得兩個工件中的至少一個工件的熔化部分朝向另一個工件移動以粘著到 另一個工件的熔化部分或粘著到另一個工件本身。
[0052] 從而，兩個工件1和2通過（多個）熔化部分被橋接以使得分離熔化的發(fā)生最小 化。
[0053] 在本實施例中，電流改變步驟P2和P3 (電流改變控制C2和C3)包括增加焊接電 流的電流升高步驟P2 (電流升高控制C2)以及跟隨電流升高步驟P2 (電流升高控制C2)并 降低焊接電流的電流下降步驟P3 (電流下降控制C3)。
[0054] 從而，由于焊接電流大大降低，確保工件1和2中的至少一個的熔化部分朝向另一 個工件可靠地移動。
[0055] 在本實施例中，焊接電流，在電流下降步驟P3(電流下降控制C3)被降低之后，被 恢復(fù)至執(zhí)行電流升高步驟P2(電流升高控制C2)之前的水平。
[0056] 因此，通過在電流下降步驟P3(電流下降控制C3)伴隨著焊接電流的下降的熱輸 入的量的減少，在電流升高步驟P2(電流升高控制C2)伴隨著焊接電流的升高的熱輸入的 量的增加可被盡可能大地消除。因此，使得熱輸入的量與在傳送恒定直流的情形下的熱輸 入相等。
[0057] 在本實施例的電流改變步驟P2和P3 (電流改變控制C2和C3)，焊接電流被改變使 得熔化部分la和2a可以通過表面張力的作用分別留在工件1和2上。
[0058] 因而，熔化部分la和2a被阻止進行超過表面張力的作用的移動并從而被阻止從 工件1和2滴落。
[0059] 在本實施例的電流改變步驟P2和P3 (電流改變控制C2和C3)，焊接電流的波形被 成形為矩形波。
[0060] 因此，焊接電流可被急劇地改變，并且因此兩個工件1和2中的至少一個的熔化部 分可以可靠地朝工件1和2中的另一個移動。例如，當(dāng)工件1和2是金屬（其能夠強化熔 化部分la和2a的表面張力）時，產(chǎn)生矩形波是有效的。
[0061](第二實施例）
[0062] 現(xiàn)在參考圖8,描述本公開的第二實施例。圖8是電流波形圖，示出了根據(jù)第二實 施例由電弧焊接設(shè)備針對焊接電流生成的控制波形。
[0063] 在上述的第一實施例中，電流升高步驟P2和電流下降步驟P3執(zhí)行一次。然而，如 圖8中所示，電流升高步驟P2和電流下降步驟P3在第二實施例中被重復(fù)執(zhí)行多次。
[0064] 當(dāng)電流升高步驟P2 (電流升高控制C2)和電流下降步驟P3 (電流下降控制C3)執(zhí) 行一次時，熔化部分la和2a不一定橋接兩個工件1和2。然而，通過重復(fù)執(zhí)行電流升高步 驟P2 (電流升高控制C2)和電流下降步驟P3 (電流下降控制C3)，熔化部分la和2a能夠可 靠地橋接兩個工件1和2。從而，分離熔化的發(fā)生被可靠地最小化。
[0065] (第三實施例）
[0066] 參考圖9,描述本公開的第三實施例。圖9是電流波形圖，示出了根據(jù)第三實施例 由電弧焊接設(shè)備針對焊接電流生成的控制波形。
[0067] 在上述的第一實施例中，在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3焊接電流的控制 波形被成形為矩形波。然而，在第三實施例中，如圖9所述，在電流升高步驟P2和電流下降 步驟P3焊接電流的控制波形被成形為三角波。
[0068] 在本實施例中，工件1和2均由工業(yè)純銅形成。當(dāng)工件1和2均由工業(yè)純銅形成 時，與工件1和2均由無氧銅形成的情形相比，熔化部分la和2a中的表面張力是弱的。
[0069] 弱的表面張力容易允許熔化部分la和2a在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3 擺動。因此，存在熔化部分la和2a可能進行超過表面張力的作用的移動以由此分別從基 體材料1和2滴落的高度可能性。
[0070] 據(jù)此，在本實施例中，控制波形在電流升高步驟P2(電流升高控制C2)和電流下降 步驟P3(電流下降控制C3)被成形為三角波。因此，與控制波形被成形為矩形波的情形相 t匕，焊接電流的變化減輕。以這種方式，作用在熔化部分la和2a上的排斥力Frl和Fr2分 別被適當(dāng)?shù)刈钚』?，并且從而熔化部分la和2a的擺動被適當(dāng)?shù)刈钚』?br> [0071] 類似于第二實施例，在本實施例中也通過重復(fù)執(zhí)行電流升高步驟P2和電流下降 步驟P3多次來可靠地最小化分離熔化的發(fā)生。
[0072](其它實施例）
[0073] 前述的實施例可被充分地組合。另外，前述的實施例可被以多種方式修改，例如， 如下面提供的。
[0074] (1)前述的實施例涉及其中本公開應(yīng)用于TIG焊接的示例。然而，本公開可應(yīng)用于 非熔解電極型電弧焊接，例如等離子體焊接。
[0075] (2)前述的實施例涉及其中本公開應(yīng)用于用于SC(分段導(dǎo)體）交流發(fā)電機的銅線 圈之間的焊接。然而，本公開可例如應(yīng)用于諸如交流發(fā)電機或啟動器的銅端子和引線之間 的焊接。
[0076] 特別地，在前述的實施例中，兩個工件1和2都是SC (分段導(dǎo)體）交流發(fā)電機的銅 線圈。然而，兩個工件1和2并不限于這些銅線圈。例如，工件1和2中的一個可以是諸如 交流發(fā)電機或啟動器的銅端子，并且工件1和2中的另一個可以是諸如交流發(fā)電機或啟動 器的引線。
[〇〇77] (3)在前述的實施例中，在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3焊接電流的控制波 形被成形為矩形波或三角波。然而，在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3焊接電流的控 制波形可被以多種方式改變。例如，在電流升高步驟P2和電流下降步驟P3焊接電流的控 制波形可以被成形為正弦波。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于執(zhí)行電弧焊接的方法，包括以下步驟： 準(zhǔn)備兩個工件，每個工件具有相對于堅直方向位于其上端的上部部分，兩個工件的兩 個上部部分在垂直于堅直方向的水平方向上相互抵靠； 準(zhǔn)備焊接電極，其是非熔解型電極，用于對兩個工件執(zhí)行電弧焊接，該焊接電極被設(shè)置 為面向兩個工件； 給焊接電極施加焊接電流以使兩個工件被焊接；以及 執(zhí)行電流改變步驟以改變將被減小的焊接電流的量以便使包括在兩個工件中的至少 一個工件的上部部分中的熔化部分向著另一個工件移動以粘著到另一個工件的熔化部分 或粘著到另一個工件本身。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中： 電流改變步驟包括升高焊接電流的量的電流升高步驟和降低焊接電流的量的電流下 降步驟，電流下降步驟在電流升高步驟之后執(zhí)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中焊接電流的量在電流下降步驟被降低之后，被恢復(fù)至 執(zhí)行電流升高步驟之前的水平。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中在電流改變步驟中焊接電流的量被改變， 使得熔化部分由于表面張力的作用分別留在兩個工件上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中焊接電流的波形在電流改變步驟中被成形 為矩形波。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中焊接電流的波形在電流改變步驟中被成形 為三角波。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中電流改變步驟被重復(fù)執(zhí)行多次。
8. -種用于執(zhí)行電弧焊接的設(shè)備，包括： 非熔解型焊接電極； 焊接電源，其為非熔解型焊接電極提供焊接電流以使兩個工件被焊接；以及 控制單元，其控制焊接電流，其中兩個工件的每一個具有包括將被焊接的熔化部分的 一部分，兩個工件的部分互相抵靠， 控制單元改變將被減小的焊接電流的量以使兩個工件中的至少一個工件的熔化部分 向著另一個工件移動以粘著到另一個工件的熔化部分或粘著到另一個工件本身。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中控制單元控制焊接電流的量被升高并且隨后被降低。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中在控制焊接電流的量被降低之后，控制單元控制焊接 電流的量被恢復(fù)至在控制焊接電流升高之前的水平。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項的設(shè)備，其中控制單元控制焊接電流的量使得熔化部 分由于表面張力的作用分別留在兩個工件上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項的設(shè)備，其中控制單元控制焊接電流的波形被成形為 矩形波。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項的設(shè)備，其中控制單元控制焊接電流的波形被成形為 三角波。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項的設(shè)備，其中控制單元重復(fù)多次控制焊接電流的量被 升高并且隨后被降低。
【文檔編號】B23K9/095GK104096948SQ201410200467
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月5日
【發(fā)明者】川越禎, 鈴木和義 申請人:株式會社電裝