短路电弧焊接的电源及利用该电源的自动焊接机制造技术

一种用于电弧焊接的电源。该电源包括：切换元件ＰＴＲ、ＮＴＲ，其用来切换来自电源电路ＰＭＣ的直流电压的极性。元件ＰＴＲ与切换元件ＴＲ１和电阻Ｒ１并联。同样，元件ＮＴＲ与切换元件ＴＲ２和电阻Ｒ２并联。颈缩确定器ＮＤ确定出焊条和基材之间的熔接部分是否出现收缩部。当在“正极”模式下出现收缩部时，切换元件ＰＴＲ切断，切换元件ＴＲ１处于导通状态。当在“负极”模式下出现收缩部时，切换元件ＮＴＲ切断，切换元件ＴＲ２处于导通状态。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用来进行短路电弧焊接的电源。本专利技术还涉及一种自动焊接机或者是一种采用这种电源的焊接器。如下所述，本专利技术的电源在设计上用来进行“颈缩电流控制”以及“电极的极性切换控制”。
技术介绍
现有技术中，电弧焊接广泛应用于金属工件的焊接中从而将两个或多个金属部件焊接在一起。以汽车工业为例，其中需要将金属组件焊接在一起以构成例如汽车座椅的框架。这种焊接框架可具有多个搭接，每个联接都具有一个不超过50mm的焊接长度。通常来讲，这种框架是由管、加强板等能够通过自动CO2电弧焊连接在一起的构件构成。用来制做框架的(管、加强板等)材料厚度可在0.7mm到2.0mm之间变化。为了实现可靠的连接，框架的焊缝(即搭接接头)必须具有足够的熔化深度。此外，电弧焊接中形成的焊渣不能粘在所获得的焊件上。一般来讲，CO2电弧焊是一种短路电弧焊，其中在短路形成并断开时容易形成焊渣。特别是在短路断开时，容易产生较大量的焊渣。日本专利文献JP-B2-4-4074公开了一种防止焊渣形成的技术。在该常规方法中，焊条带正电(“正电极”模式)以进行短路电弧焊接，其中为了减少焊渣要对焊接电流Iw进行控制。图5所示为焊接电流Iw(曲线A)的波形，其具体展示了熔球1a从焊条1转变为基材2的情况(相态B～相态E)。从图5可以看出，当焊条1上形成的熔球1a与基材2上的熔池2a接触时，焊条1和基材2形成短路(参见相态B)。此时，焊接电流Iw下降以减少焊渣的形成。然后，焊接电流Iw升高从而在熔接部分2b上施加一个更强的电磁收缩力(参见相态C)。这能促使熔球从焊条1转移到基材2。由于收缩力的升高，熔接部分2b转变成收缩部2c(参见相态D)。当收缩部2c被检测出来时，焊接电流Iw会在电弧形成之前迅速下落。这种电流下降的工艺，被称为“颈缩电流控制”，其能大大地降低电弧重起时产生的焊渣。为了获得这种电流下落，电源的DC输出与一个切换元件相连，其中有一个电阻与该切换元件并联。在未检测出收缩部时，切换元件保持在导通状态从而使旁边的电阻短路。一旦检测出收缩部，切换元件就关断从而使DC电源输入到电阻。由此可使焊接电流Iw迅速下降。在收缩部2c形成的时候，熔接部分2b的电阻升高。这种电阻的上升会反映在焊接电压的变化速率(dv/dt)以及焊接电流(dR/dt)的变化速率上。因此，可通过速率dv/dt或者dR/dt的监测来检测出收缩部2c。在图5的相态D之后，电弧3再次形成(参见相态E)。为了保持电弧3，焊接电流Iw升高。在短路期间，必须对焊接电流Iw进行精确控制。因此电源的输出特性必须是恒定电流特性。另一方面，在电弧再次生成期间，电源应具有恒定电势的特性从而使电弧具有合适的长度。尽管上述这种现有的技术有助于焊渣的减少，但其仍会出现图6A和6B所示的缺陷。特别是在这些图中将两个金属板焊接起来的时候。其中每一个金属板的厚度都相对较小(例如小于1mm)。此外，上下板之间不可避免会出现缝隙。当现有的这种焊接技术来焊薄板时，由于会有过多的热量输入，因此下板可能会形成烧穿孔。现在参见图7，图7所示为常规焊接电流Iw的波形图(例如参见日本专利文献JP-A-11-226730)。Tep期间的焊接电流Iw以“正极”模式供入，而Ten期间的焊接电流Iw则以“负极”模式供入。恰当地设定周期T(＝Tep+Ten)以及焊接电流Iw极性交替变化的速率Tep/(Tep+Ten)，现有的这种技术就能够使熔融的深度很浅。因此，就可避免图6A-6B所示的烧穿孔问题。然而这种交变的现有技术很容易在焊条与基材之间出现短路和短路断开时产生大量的焊渣。
技术实现思路
本专利技术正是在上述的这种条件下提出的。由此，本专利技术的一个目的是提供一种进行无渣的短路电弧焊接电源，即使是相对很薄的基材也不出现烧穿孔。本专利技术的第一方面是提供一种用于短路电弧焊接的电源。该电源包括一个主电源电路，其用来输出直流电；一个主控制器，其用来控制主电源电路的输出并进给焊条；一个极性切换电路，其包括一个正极切换元件以及一个负极切换元件以便在主电源电路直流电的基础上有选择地以正极电压和负极电压提供电弧负载；一个第一单元，其包括一个第一切换元件以及第一电阻，该第一电阻与第一切换元件串联，该第一单元与正极切换元件并联；一个第二单元，其包括一个第二切换元件以及第二电阻，该第二电阻与第二切换元件串联，该第二单元与负极切换元件并联；一个颈缩确定电路，其至少基于焊接电压变化和焊接电流变化中的一个来确定焊条和基料之间的熔接部分中是否出现收缩部，从而输出颈缩确定信号；一个驱动电路，其仅在正极极性设定信号从外部输入到电源并且没有颈缩确定信号输出时将正极切换元件设成导通状态；一个驱动电路，其仅在负极极性设定信号从外部输入到电源并且没有颈缩确定信号输出时将负极切换元件设成导通状态；一个驱动电路，其仅在提供有正极极性设定信号并且有颈缩确定信号输出时将所述第一切换元件设成导通状态，从而使焊接电流迅速下降；一个驱动电路，其仅在提供有负极极性设定信号并且有颈缩确定信号输出时将所述第二切换元件设成导通状态，从而使焊接电流迅速下降。本专利技术的第二方面提供一种带有上述电源的自动焊接机。该焊接机进一步包括一个焊接手臂，以及手臂控制器。其中的手臂控制器用来控制焊接手臂的移动，并向电源发送焊接状态设定信号。该焊接状态设定信号可包括一个极性设定信号，该信号适应于基材的焊接区域。结合附图参考以下的说明，本专利技术的其它特征和优点将更加清楚。附图说明图1是本专利技术用于短路电弧焊接的电源第一实施方案的块图；图2是图1中电源所用信号的时间图； 图3示意性地展示了本专利技术第二实施方案的自动焊接机；图4所示为一例焊接体，其包括有加强板，该板焊接到一个薄壁管和一个厚壁管上；图5所示为常规的电弧焊接电源中所用焊接电流Iw的波形图以及熔球从焊条转移到基材时的情况；图6A和6B所示为常规电弧焊接产生的焊接缺陷；以及图7所示为另一种常规的电弧焊接电源中所用焊接电流Iw的波形图。具体实施例方式下面参考附图来描述本专利技术的优选实施方案。图1是本专利技术电弧焊接电源第一实施方案的块图。所示电源包括下面的特征。主电源电路PMC将输入的交流电转换成直流输出。其中的输入例如可以是市场上可获得的200V三相交流电。主电源电路PMC包括一个变换器INV(其包括一个对输入电进行整流的整流器)、一个高频变压器INT、第二整流器D2a～D2d，以及电抗器WL。具体地说，变换器INV将整流后的输入变为高频交流电。高频变压器INT将该高频电压变成适用于所需焊接操作的低压。第二整流器D2a～D2d对降压后的交流电进行整流从而输出正DC电和负DC电。电抗器WL使输出的DC电更为平滑。上述正负DC电通过极性切换电路SWP有选择地供到负载(即电弧3)上。为了达到选择的目的，极性切换电路SWP包括一个“正极”切换元件PTR以及一个“负极”切换元件NTR。当“正极”切换元件PTR导通时，焊条1带正电，而当“负极”切换元件NTR导通时，焊条1带负电。“正极”切换元件PTR与切换元件TR1和电阻R1形成的组合并联(其中电阻R1与切换元件TR1串联)。同样，“负极”切换元件NTR与切换元件TR2和电阻R2形成的组合并联(其中电阻R2与切换元件TR2串联)。焊条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于短路电弧焊接的电源，其特征在于，该电源包括：　　　　主电源电路，其用来输出直流电；　　　　主控制器，其用来控制主电源电路的输出并进给焊条；　　　　极性切换电路，其包括正极切换元件和负极切换元件，以便基于主电源电路的直流电有选择地以正极电压和负极电压提供电弧负载；　　　　第一单元，其包括第一切换元件以及第一电阻，该第一电阻与第一切换元件串联，该第一单元与正极切换元件并联；　　　　第二单元，其包括第二切换元件以及第二电阻，该第二电阻与第二切换元件串联，该第二单元与负极切换元件并联；　　　　颈缩确定电路，其至少基于焊接电压变化和焊接电流变化中的一个来确定焊条和基料之间的熔接部分中是否出现收缩部从而输出颈缩确定信号；　　　　驱动电路，其仅在正极极性设定信号从外部输入到电源并且没有颈缩确定信号输出时将正极切换元件设成导通状态；　　　　驱动电路，其仅在负极极性设定信号从外部输入到电源并且没有颈缩确定信号输出时，将负极切换元件设成导通状态；　　　　驱动电路，其仅在提供有正极极性设定信号并且有颈缩确定信号输出时，将所述第一切换元件设成导通状态从而使焊接电流迅速下降；以及　　　　驱动电路，其仅在提供有负极极性设定信号并且有颈缩确定信号输出时，将所述第二切换元件设成导通状态从而使焊接电流迅速下降。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：上山智之，上园敏郎，森本庆树，
申请(专利权)人：株式会社大亨，
类型：发明
国别省市：JP[日本]