专利名称：熔化电极式电弧焊接机的制作方法
技术领域：
本发明涉及熔化电极式电弧焊接机，尤其涉及改善焊接开始时的引弧性能的熔化电极式电弧焊接机。
背景技术：
采用熔化电极的电弧焊接机的引弧，在熔化电极与待焊接物接触的同时，产生小的电弧，该小的电弧成长而转移到稳定的焊接电弧。此时，为了顺利地进行引弧，需要使引弧时的起动电流的上升速度非常快。
图7为改善引弧的现有技术的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。在该图中，交流电源AC采用单相商用交流或三相商用交流电源。一次整流电流DR1将来自交流电源AC的交流电压变换为直流并输出。平滑电容器C1对一次整流电流DR1的输出进行平滑。逆变电路INV将平滑电容器C1的输出变换为高频脉冲电压后输出。变压器INT将高频脉冲电压变换为适于电弧加工的电压后输出。二次整流电路DR2将变压器INT的输出变换为直流后输出。
电抗器DCL限制短路电弧时的过大电流并缓和电流的急剧变化，控制电弧现象，进一步在再引弧时放出在短路时蓄积的能量并防止电弧切断。可控硅SCR，将阳极与电抗器DCL的中间端子连接，将阴极与输出端子连接，在引弧时导通。
电压检测电路VD检测焊接电压Vw输出焊接电压检测信号Vd。电压误差放大电路EV对由电压设定电路VR设定的电压设定信号Vr和焊接电压检测信号Vd进行误差放大，输出电压误差放大信号Ev。
电流检测电路ID检测焊接电流Iw输出焊接电流检测信号Id。电流误差放大电路EI对由电流设定电路IR设定的电流设定信号Ir和焊接电流检测信号Id进行误差放大，输出电流误差放大信号Ei。
主控制电路SC，按照来自焊枪开关TS的焊接开始信号Ts开始工作，基于电压误差放大信号Ev以及电流误差放大信号Ei输出逆变器控制信号In、电动机控制信号Mc以及驱动信号Td。
可控硅驱动电路SR将从主控制电路SC输出的驱动信号Td变换为可控硅SCR能可靠地导通的信号后，输出可控硅驱动信号Sr。
1为焊枪，2为待焊接物，3为送丝辊，4为焊丝(熔化电极)。
图8为说明图7中所示的现有的熔化电极式电弧焊接机的动作的波形图。该图中，图(A)表示焊接开始信号Ts，图(B)表示焊接电压检测信号Vd，图(C)表示焊接电流检测信号Id，图(D)表示驱动信号Td，图(E)表示可控硅驱动信号Sr，图(F)表示电抗器的中间端子和输出端子之间的端子间电压Dv。
在图8(A)所示的时刻t＝t1中，按下焊枪开关TS，焊接开始信号Ts变为高电平时，主控制电路SC开始工作，输出逆变器控制信号In、电动机控制信号Mc以及驱动信号Td。
逆变电路INV，按照逆变器控制信号In工作，在焊丝4与待焊接物2接触的时刻t＝t1～t2的期间中输出无负载电压。
可控硅驱动电路SR将从主控制电路SC输出的驱动信号Td变换为可控硅SCR能可靠地导通的图8(E)所示的可控硅驱动信号Sr并输出。
在时刻t＝t2中，焊丝4与待焊接物2接触。此时可控硅元件SCR根据图8(E)中所示的可控硅驱动信号Sr而处于导通状态，因此电抗器DCL的中间端子和输出端子通过电抗器元件SCR短路。此外，如果将输入端子和中间端子的电感值设为(L1)，将中间端子和输出端子的电感值设为(L2)，则将中间端子的位置设置在L1≤L2的点，如果电抗器DCL的中间端子和输出端子之间短路，则电抗器DCL的电感值只为L1，如图8(C)所示焊接电流检测信号Id比较陡峭地上升。
此外，由于电抗器DCL的输入端子以及输出端子和中间端子缠绕在同一个铁心上，因此通过中间端子和输出端子之间的电压在输出端子和中间端子间感应出交流电压。因此，在时刻t＝t4中，如图8(F)所示，可控硅元件SCR被反向偏置而自动地处于非导通状态。
如上所述，提出了下述改善引弧性能的方法将可控硅SCR的阳极侧与电抗器DCL的中间端子连接，将可控硅SCR的阴极侧与输出端子连接，在引弧时使可控硅SCR导通，短路电抗器DCL(例如专利文献1)。
在熔化电极式电弧焊接机中，在引弧时设置在焊接电源内的输出路径上的电抗器的电感值较大，因此引弧电流的上升变慢，引弧性能变差。在现有技术中，为了提高引弧性能，在电抗器中设置中间端子，并且在电抗器的输出端子和中间端子之间并联设置有可控硅元件，在焊丝与待焊接物接触的引弧时，使可控硅元件导通，使电抗器的中间端子和输出端子短路，减小电感值，使起动电流的上升提前。
但是，由于可控硅元件不能自行截止，因此将电抗器的中间端子和输入端子之间产生的反向感应电压加入到可控硅元件的阳极、阴极间而进行切断。因此，如果使用可控硅元件，则仅电抗器的中间端子和输出端子之间短路，由于未短路的电抗器的输入端子和中间端子之间的电感值的影响，起动电流的上升不能说充分，限制引弧性能的提高。
专利文献1日本特开昭55-36048号公报。
发明内容
在此，在本发明中，提供一种能够解决上述课题的熔化电极式电弧焊接机。
为了解决上述课题，第一发明的熔化电极式电弧焊接机，经由设置在焊接电源内的输出路径中的电抗器，将输出供给在消耗电极和待焊接物之间，上述熔化电极式电弧焊接机具备引弧电路，其串联连接开关元件的源极侧和二极管的阳极侧，上述电抗器的输入端子与上述开关元件的漏极侧连接，上述电抗器的输出端子与上述二极管的阴极侧连接；和引弧控制电路，其在被输入焊接开始信号时，使上述开关元件导通，在上述熔化电极和待焊接物之间以预定的时间通过大电流的起动电流，接着如果上述起动电流的通电结束，则过渡到小电流的初始电流，在上述初始电流通电时，使上述开关元件截止。
第二发明根据第一发明所述的熔化电极式电弧焊接机，其特征在于，上述引弧控制电路，在从上述大电流的起动电流过渡到上述小电流的初始电流时，设定预定的下降时间。
第三发明根据发明1～2中任一项所述的熔化电极式电弧焊接机，其特征在于，上述引弧控制电路，在上述初始电流通电结束并过渡到比上述初始电流大的稳定焊接电流时，使上述开关元件截止。
发明效果根据第一发明，由于在电抗器的输入端子和输出端子之间并联连接开关元件，在引弧时使开关元件导通，使电抗器短路，因此引弧时的电抗器的电感值变小，起动电流的上升沿变得陡峭，提高了引弧性能。此外，由于在起动电流的通电结束通过小电流的初始电流时，使开关元件截止，因此降低了由于开关元件截止所引起的浪涌电压，防止开关元件的劣化。
根据第二发明，如果在从大电流的起动电流过渡到小电流的初始电流时，进一步降低小电流的初始电流，则会有下述情况电抗器通过开关元件短路，由于电感值减小，因此在过渡到初始电流时电流急剧减少，发生电流的降低，引起电弧切断。但是，从起动电流过渡到初始电流时，由于设置预定的下降时间，使起动电流缓慢减少，电流的下降减少，顺利地进行从起动电流到初始电流的过渡。
根据第三发明，在比初始电流大的稳定焊接电流的过渡开始时，使开关元件截止，因此在逆变电路以最大的脉冲宽度工作时，使开关元件截止。通过电抗器供给的电流由于电流下降变小，防止电弧切断。
图1为本发明的实施方式1相关的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。
图2为图1所示的引弧控制电路的详细图。
图3为说明实施方式1的动作的波形图。
图4为实施方式2相关的第二引弧控制电路的详细图。
图5为用于说明实施方式2的动作的波形图。
图6为实施方式3相关的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。
图7为现有技术的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。
图8为说明现有技术的动作的波形图。
图中1-焊枪；2-被加工物；3-送丝电动机；4-焊丝；C1-平滑电容器；D1-二极管；D2-保护用二极管；DCL-电抗器；DR1-一次整流电路；DR2-二次整流电路；EI-电流误差放大电路；Ei-电流误差放大信号；EV-电压误差放大电路；Ev-电压误差放大信号；FF-触发电路；FF2-第二触发电路；Ff-触发信号；Ff2-第二触发信号；IC-电流比较电路；IC2-第二电流比较电路；Ic-电流比较信号；Ic2-第二电流比较电路；ID-电流检测电路；Id-输出电流检测电路；IR-电流设定电路；Ir-电流设定信号；IRF-基准电流设定电路；IRF2-第二基准电流设定电路；Irf-基准电流设定值(信号)；Irf2-第二基准电流设定值(信号)；Ir-电流设定信号；In-逆变器控制信号；INT-变压器；INV-逆变电路；INV2-二次侧逆变电路；Mc-电动机控制电路；OR-或逻辑电路；SC-主控制电路；SE-引弧控制电路；SE2-第二引弧控制电路；Se-引弧控制信号；Se2-第二引弧控制信号；SR-可控硅驱动电路；Sr-可控硅驱动信号；ST-引弧电路；SCR-可控硅元件；TM-计时电路；Tm-计时信号；TS-焊枪开关；TR-开关元件；Td-驱动信号；VD-电压检测电路；VR-电压设定电路；Vr-电压设定信号。
具体实施例方式
(实施方式1)图1为本发明的实施方式1相关的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。在该图中，与图6中所示的现有技术的熔化电极式电弧焊接机的电连接图相同符号的结构部件，进行相同的动作，因此省略说明，仅对符号不同的构成部件进行说明。
在图1所示的熔化电极式电弧焊接机的电连接图中，引弧电路ST通过开关元件(例如IGBT)TR以及二极管D1形成，电抗器DCL的输入端子与开关元件TR的漏极侧连接，输出端子与二极管D1的阴极侧连接。此外，由于开关元件(IGBT)的反向电压的耐压较低，因此一般将保护用二极管D2设置在组件内部。仅由该开关元件TR使电抗器DCL短路或解除短路，在解除短路时对电抗器DCL充电的能量，通过设置在开关元件中的保护用二极管D2而倒流，能量不能充分被充电。因此，通过在开关元件TR上串联二极管D1，防止电抗器DCL的能量的倒流。
图2为图1所示的引弧控制电路SE的详细图，由触发器电路FF、电流比较电路IC、基准电流设定电路IRF、计时电路TM以及或逻辑电路OR形成。
电流比较电路IC，对预定的基准电流设定值Irf和焊接电流检测信号Id进行比较，如果比基准电流设定值Irf高，则使电流比较信号Ic为低电平并输出。
触发电路FF，由驱动信号Td的上升沿而被置位，将输出变为高电平并输出，由电流比较信号Ic的上升沿而被复位，将输出变为低电平。此时，在作为置位信号的驱动信号Td为高电平的期间中禁止复位。
计时电路TM根据触发信号Ff的上升沿，输出预定时间的计时信号Tm。
图3为说明本发明的实施方式1相关的熔化电极式电弧焊接机的动作的波形图。在该图中，图(A)表示焊接开始信号Ts，图(B)表示驱动信号Td，图(C)表示焊接电压检测信号Vd，图(D)表示焊接电流检测信号Id，图(E)表示电流比较信号Ic，图(F)表示触发信号Ff，图(J)表示计时信号Tm，图(H)表示引弧控制信号Se。
接下来，采用上述的波形图，对实施方式1相关的熔化电极式电弧焊接机的动作进行说明。图3(A)中所示的时刻t＝t1中，从焊枪开关TS输出焊接开始信号Ts并变为高电平时，主控制电路SC按照焊接开始信号Ts开始工作，输出图3(B)所示的驱动信号Td、省略图示的逆变器控制信号In以及电动机控制信号Mc。
图2所示的触发电路FF，在置位端子输入驱动信号Td，根据驱动信号Td的上升沿，使图3(F)所示的触发信号Ff变为高电平并输出到或逻辑电路OR。或逻辑电路OR执行或逻辑并使图3(H)所示的引弧控制信号Se变为高电平并输出。如果电弧开始控制信号Se变为高电平，则图1所示的引弧电路ST使开关元件TR导通，电抗器DCL短路。
逆变电路INV根据逆变器控制信号In进行工作，在焊丝4与待焊接物2接触之前的时刻t＝t1～t2的期间中，输出无负载电压，电压检测电路VD检测无负载电压，输出图3(C)所示的焊接电压检测信号Vd。
在时刻t＝t2，如果焊丝4与待焊接物2接触，则通过起动电流。此时开关元件TR已通过图3(H)所示的引弧控制信号Se处于导通状态，电抗器DCL被短路。因此，由于不受电抗器DCL的电感的影响，如图3(D)所示起动电流急剧上升，因此容易产生电弧。
电流比较电路IC对基准电流设定值Irf和焊接电流检测信号Id进行比较，在时刻t＝t3中，如果比基准电流设定值Irf高，则判断已通过起动电流，使电流比较信号Ic变为低电平后输出。
在时刻t＝t4中，将起动电流限制到预定的值(例如500A左右)，继续通过(例如约5ms)起动电流，接下来，在时刻t＝t5中，起动电流的通电结束，过渡到小电流的初始电流(例如50A左右)时，电抗器DCL被开关元件TR短路，由于电感值变小，因此产生图示省略的电流下降。此时，如图3(D)所示，如果设置预定的下降时间T1(约1ms)使电流缓慢减少，则电流的下降变地更小，顺利地进行从起动电流到初始电流的过渡。还有，即使使初始电流(例如50A左右)更小，也能从起动电流过渡到初始电流。
在时刻t＝t6，电流比较电路IC再次对基准电流设定值Irf和焊接电流检测信号Id进行比较，如果比基准电流设定值Irf低，则判断从起动电流转移到初始电流，将电流比较信号Ic变为高电平后输出。此外，由大电流的起动电流在时刻t＝t7～t9的期间形成燃烧起来的焊丝的前端，在成形结束时刻t＝t9时，小电流的初始电流过渡到稳定的焊接电流。
触发电路FF，在复位端子中输入图3(E)所示的电流比较信号Ic，根据电流比较信号Ic的上升沿将图3(F)所示的触发信号Ff变为低电平并输出。接下来，计时电路TM，根据触发信号Ff的下降沿输出预定时间的计时信号Tm。
或逻辑电路OR进行图3(F)所示的触发信号Ff和图3(J)所示的计时信号Tm或逻辑，在时刻t＝t8中将引弧控制信号Se变为低电平后输出。并且，如果引弧控制信号Se变为低电平，则开关元件TR截止，电抗器DCL的短路结束。此时，在通过小电流的初始电流时，使开关元件TR截止，因此截止所引起的浪涌电压(surge voltage)变低，可防止开关元件的劣化。
(实施方式2)
图4为实施方式2相关的第二引弧控制电路SE2的详细图，在该图中，与图2所示的实施方式1的引弧控制电路SE相同符号的结构部件进行相同动作，因此省略说明，只对符号不同的结构部件进行说明。
图4中所示的第二引弧控制电路SE2，由触发器电路FF、电流比较电路IC、基准电流设定电路IRF、第二触发器电路FF2、第二电流比较电路IC2、第二基准电流设定电路IRF2以及或逻辑电路OR形成。
第二电流比较电路IC2对预定的基准电流设定值Irf2和焊接电流检测信号Id进行比较，如果比第二基准电流设定值Irf2高，则使第二电流比较信号Ic2变为高电平并输出。
第二触发电路FF2，根据触发信号Ff的上升沿而被置位，将输出变为高电平并输出，根据第二电流比较信号Ic2的上升沿而被复位，将输出变为低电平。此时，在作为置位信号的触发信号Ff为高电平的期间中禁止复位。
或电路OR进行触发信号Ff和第二触发信号Ff2的或逻辑，输出第二引弧控制信号Se2。
图5为说明实施方式2相关的熔化电极式电弧焊接机的动作的波形图。在该图中，图(A)表示焊接开始信号Ts，图(B)表示驱动信号Td，图(C)表示焊接电压检测信号Vd，图(D)表示焊接电流检测信号Id，图(E)表示电流比较信号Ic，图(F)表示触发信号Ff，图(G)表示第二电流比较信号Ic2，图(H)表示第二触发信号Ff2，图(I)表示第二引弧控制信号Se2。
接下来，采用上述的波形图，对实施方式2相关的熔化电极式电弧焊接机的动作进行说明。此外，在图5中，时刻t＝t1～t3的期间进行与图3所示的实施方式1的动作波形图相同的动作，因此省略动作说明。
第二电流比较电路IC2对预定的第二基准电流设定值Irf2和焊接电流检测信号Id进行比较，在比第二基准电流设定值Irf2高的时刻t＝t31，将第二电流比较信号Ic2变为高电平后输出。
在时刻t＝t4，将起动电流限制为预定的值后继续。接下来，在时刻t＝t5中，结束起动电流的通电，在过渡到小电流的初始电流时，设置预定的下降时间T1，而使电流缓慢减少。
第二电流比较电路IC2，对第二基准电流设定值Irf2和焊接电流检测信号Id进行比较，在比第二基准电流设定值Irf2低的时刻t＝t51，将图5(G)所示的第二电流比较信号Ic2变为低电平并输出。
在时刻t＝t6，电流比较电路IC再次对基准电流设定值Irf和焊接电流检测信号Id进行比较，在比基准电流设定值Irf低时，判断为大致从起动电流过渡到初始电流，将电流比较信号Ic变为高电平并输出。
触发电路FF，在复位端子中输入电流比较信号Ic，根据电流比较信号Ic的上升沿，将图5(F)所示的触发信号Ff变为低电平并输出。
在时刻t＝t10中，第二电流比较电路IC2再次对第二基准电流设定值Irf2和焊接电流检测信号Id进行比较，在比第二基准电流设定值Irf2高时，判断为从起动电流转移到稳定的初始电流，将第二电流比较信号Ic2变为高电平并输出。
第二触发电路FF2，在复位端子中输入第二电流比较信号Ic2，根据第二电流比较信号Ic2的上升沿，将图5(H)所示的第二触发信号Ff2变为低电平并输出。或逻辑电路OR进行图5(F)所示的触发信号Ff和图5(H)所示的第二触发信号Ff2或逻辑，在时刻t＝t10中将第二引弧控制信号Se变为低电平并输出。
在过渡到比初始电流大的稳定的焊接电流时，为了与焊接电流的急剧的电流增加对应，主控制电路SC使逆变电路INV以最大脉冲宽度动作。此时，如果使开关元件TR截止，则在逆变电路INV以最大脉冲宽度动作时，开关元件TR被截止，该截止所引起的电流的下降被经由介由电抗器供给的急剧电流补充，从而电流的下降变小，防止开关元件TR的截止所引起的电弧切断。
(实施方式3)图6为进行交流脉冲MIG焊接的熔化电极式电弧焊接机的电连接图。在该图中，与图1所示的本发明实施方式1的熔化电极式电弧焊接机的电连接图相同符号的结构部件进行相同动作，因此省略说明，只对符号不同的结构部件进行说明。
图6所示的二次侧逆变电路INV2设置在电抗器DCL的输出侧，使通过二次整流电路DR2以及电抗器DCL平滑为直流的输出以交流脉冲MIG所必需的低频(例如50～200Hz)工作，产生交流电弧。
除去以上所示的二次侧逆变电路INV2之外的其他电路结构，与图1所示的实施方式1相关的熔化电极式电弧焊接机的电连接图结构相同。因此，本发明的引弧时使开关元件导通、电抗器短路、使起动电流急剧上升、进行引弧的机构，在进行交流脉冲MIG焊接的熔化电极式电弧焊接机中也是有效的起动机构。
权利要求
1.一种熔化电极式电弧焊接机，通过设置在焊接电源内的输出路径中的电抗器，将输出供给在消耗电极和待焊接物之间，上述熔化电极式电弧焊接机具备引弧电路，其串联连接开关元件的源极侧和二极管的阳极侧，上述电抗器的输入端子与上述开关元件的漏极侧连接，上述电抗器的输出端子与上述二极管的阴极侧连接；和引弧控制电路，其在被输入了焊接开始信号时，使上述开关元件导通，在上述熔化电极和待焊接物之间以预定的时间通过大电流的起动电流，接着，如果上述起动电流的通电结束，则过渡到小电流的初始电流，在通过上述初始电流时，使上述开关元件截止。
2.根据权利要求1所述的熔化电极式电弧焊接机，其特征在于，上述引弧控制电路，在从上述大电流的起动电流过渡到上述小电流的初始电流时，设定有预定的下降时间。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的熔化电极式电弧焊接机，其特征在于，上述引弧控制电路，在上述初始电流通电结束并过渡到比上述初始电流大的稳定的焊接电流时，使上述开关元件截止。
全文摘要
一种熔化电极式电弧焊接机，通过设置在焊接电源内的输出路径中的电抗器，在消耗电极和待焊接物之间供给输出，上述熔化电极式电弧焊接机具备引弧电路，其串联连接开关元件的源极侧和二极管的阳极侧，电抗器的输入端子与开关元件的漏极侧连接，电抗器的输出端子与二极管的阴极侧连接；和引弧控制电路，其在被输入了焊接开始信号时，使开关元件导通，在熔化电极和待焊接物之间以预定的时间通过大电流的起动电流，接着，如果起动电流的通电结束，则过渡到小电流的初始电流，在通过初始电流时，使开关元件截止。从而即使设置在焊接电源内的输出路径的电抗器的电感为较大的值，也可使引弧性能良好。
文档编号B23K9/173GK101036956SQ200710084710
公开日2007年9月19日 申请日期2007年2月26日 优先权日2006年3月16日
发明者西坂大志, 渡谷哲治 申请人:株式会社大亨