專利名稱：電弧焊設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接例如鐵的基底(base)材料的設(shè)備和方法。本發(fā)明尤其涉及方便在基底材料上查看焊接點(diǎn)的電弧焊設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)電弧焊方法的類型，非自耗(nonconsumable)電極被移動接近于基底材料，在電極和基底材料之間施加了其上疊加有高頻電壓的高電壓。然后，把電極移動到離開基底材料，在電極和基底材料之間形成電弧，由此用其熱量熔化基底材料。然而，這種類型的方法需要熟練的操作技能，因?yàn)槠涔逃械睦щy在于在所需焊接點(diǎn)處創(chuàng)建熔融焊接池(molten weld pool)。
考慮到上述問題，JP H10-006006A公開了一種電弧焊設(shè)備，其適于向操作者指明工件上的焊接點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備提供了用于照明焊接點(diǎn)的狹縫(slit)光源，用于監(jiān)控熔融焊接池的電弧監(jiān)控器，以及圖像合成器?，F(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備適于操作者在電弧監(jiān)控器的顯示屏上觀察焊接點(diǎn)。
然而，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備具有以下問題。狹縫光源和電弧監(jiān)控器的配備使現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備具有復(fù)雜化的，并因此昂貴的結(jié)構(gòu)。并且，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備使得操作者必須在焊接操作期間交替和重復(fù)性地查看每一個(gè)監(jiān)控器和基底材料，導(dǎo)致了較差的操作性。
考慮到上述問題，本發(fā)明的特點(diǎn)是提供一種便宜和可操作的電弧焊設(shè)備和方法，其允許把基底材料上的焊接點(diǎn)適當(dāng)?shù)刂甘窘o操作者。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是提供一種電弧焊設(shè)備和方法，其在電弧焊操作期間防止產(chǎn)生高頻率噪音。
本發(fā)明的又一個(gè)特點(diǎn)是提供一種電弧焊設(shè)備和方法，其允許在電弧焊操作期間具有平穩(wěn)的電弧過渡(transition)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)發(fā)明的一個(gè)方面的電弧焊設(shè)備包括主電源電路，操作開關(guān)，控制電路。主電源電路適于在焊炬(welding torch)和基底材料之間施加電弧電壓，因此在其中流過了焊弧電流。操作開關(guān)適于操作者使用，以提供產(chǎn)生焊弧的指示(下文中稱為起弧(arc start)指示)?？刂齐娐愤m于控制主電源電路，從而主電源電路使引弧電流(pilot arc current)流過焊炬(torch)和基底材料，直到提供了起弧指示。引弧電流具有比焊弧電流更小的值。
隨著引弧電流流過焊炬和基底材料，引弧被建立，以照明基底材料，由此允許操作者可以觀察基底材料上的焊接點(diǎn)。
根據(jù)發(fā)明的另一方面，該設(shè)備進(jìn)一步包括高頻電壓產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生高頻電壓?？刂齐娏骺刂聘哳l電壓產(chǎn)生電路，使得只有當(dāng)設(shè)備開啟后、通過操作開關(guān)提供第一起弧指示時(shí)，高頻電壓產(chǎn)生電路才產(chǎn)生疊加在電弧電壓上的高頻電壓。
當(dāng)提供第一起弧指示時(shí)，在焊炬和基底材料之間施加疊加有高頻電壓的電弧電壓，因此便于產(chǎn)生焊弧。引弧電流的通路持續(xù)存在，直到提供另一個(gè)起弧指示。因此，當(dāng)提供另一個(gè)起弧指示時(shí)，引弧電流因此允許形成沒有高頻電壓疊加在弧電壓上的從引弧到焊弧的平穩(wěn)過渡。特別是，該設(shè)備使得只有當(dāng)設(shè)備啟動之后，高頻電壓才疊加在電弧電壓之上，而不用考慮起弧和止弧(arc stop)指示被怎樣經(jīng)常地重復(fù)。因此，該設(shè)備防止了高頻噪音的產(chǎn)生。


圖1示出了根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例的電弧焊設(shè)備的電路圖；圖2示出了由電弧焊設(shè)備執(zhí)行的操作；圖3示出了由根據(jù)發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的電弧焊設(shè)備執(zhí)行的操作。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電焊弧設(shè)備20的電路圖。
參考該圖，設(shè)備20包括用于輸出電弧電流的主電源電路21，以及用于控制電路21的控制電路22。
電路21具有電源開關(guān)SW，整流器電路1，倒相器(inverter)電路2，和輸出電路23。開關(guān)SW開啟或者關(guān)閉來自AC電源的電源輸入。電路1對輸入到輸入端INPUT的AC電源電壓進(jìn)行整流。電路2包括用于轉(zhuǎn)換整流電壓的轉(zhuǎn)換元件。提供電路23，用于把電路2的輸出傳遞給輸出端7以及輸出端8?；撞牧?0與輸出端7相連，焊炬9與輸出端8相連。應(yīng)當(dāng)注意到，半導(dǎo)體控制元件可以可選地替代電路1。
電路23具有倒相變壓器3，輸出整流器4，以及平滑電路。變壓器3將電路2的輸出電壓轉(zhuǎn)換成預(yù)定電壓。整流器4對變壓器3的輸出電壓進(jìn)行整流。平滑電路具有電抗器5和電容器6，為平穩(wěn)整流器4的輸出電壓提供平滑。
設(shè)備20進(jìn)一步包括高頻電壓產(chǎn)生電路13，變壓器14，檢測線圈16，以及電弧電流檢測電路17。電路13產(chǎn)生高頻電壓。變壓器14把該高頻電壓疊加在電路2的輸出上，也就是電路23的輸出高電壓。線圈16與輸出端8相串聯(lián)。電路17檢測流過線圈16的電流，由此確定電弧電流的值。
電路22具有第一控制電路11，第二控制電路12，和第三控制電路18。電路11適于控制電路1和2的工作。電路12適于控制電路13的工作。電路18根據(jù)電路17檢測的電弧電流值和操作開關(guān)FS(將在后面描述)是否處于開或關(guān)的狀態(tài)而向電路11和12輸出控制信號。電路11響應(yīng)于脈寬調(diào)制(PWM)控制電路，以通過PWM控制在電路2中開啟或關(guān)閉轉(zhuǎn)換元件。
設(shè)備20具有與其相連的操作開關(guān)FS。開關(guān)FS是具有踏板的腳踏開關(guān)(foot switch)，用于操作者壓下，以提供產(chǎn)生焊弧的指示(下文中被稱作起弧指示)。開關(guān)FS把起弧信號或者止弧信號發(fā)送給電路18。開關(guān)FS正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)送出止弧信號。當(dāng)操作者壓下踏板時(shí)，開關(guān)FS被開啟，并且發(fā)送出起弧信號。
設(shè)備20以下述方式工作。
圖2示出了由設(shè)備20執(zhí)行的操作。
當(dāng)開關(guān)SW開啟時(shí)，AC電源電壓被輸入到電路1并且被電路1整流。整流后的電壓被接著輸入到電路2。此時(shí)，開關(guān)FS處于踏板沒有被壓下的關(guān)閉狀態(tài)。因此，電路11并不觸發(fā)電路2。
當(dāng)壓下踏板而使開關(guān)FS處于開啟狀態(tài)時(shí)，起弧信號被發(fā)送到電路18。然后，電路18確定開關(guān)FS是否是在設(shè)備20開啟之后第一次被開啟。特別是，電路18確定電路17是否檢測到零值電弧電流。零值電弧電流的檢測意味著自從設(shè)備20開啟之后開關(guān)FS第一次被開啟。
一旦確定電路17檢測到零值電弧電流，電路18就把用于產(chǎn)生焊弧的控制信發(fā)送號給電路11和12。因此，電路11和12分別觸發(fā)電路2和13。被觸發(fā)的電路2引起了在焊炬9和基底材料10之間施加的電路23的高電壓輸出。同時(shí)，被觸發(fā)的電路13使變壓器14把高頻電壓疊加到高電壓上。高頻電壓疊加其上的高電壓允許在焊炬9和基底材料10之間具有高溫的焊弧15的平穩(wěn)建立，由此產(chǎn)生幾十安培(圖4示出的實(shí)施例中是50安培)的焊弧電流IA。電弧15的熱量熔化了基底材料10。焊條于是被放入到電弧15中并且被熔化，從而使基底材料10熔化。電路12幾乎在電弧15產(chǎn)生的同時(shí)去掉電路13的激勵(lì)。
當(dāng)通過放開踏板關(guān)閉開關(guān)FS時(shí)，止弧信號被發(fā)送到電路18。電路18接著把這種控制信號發(fā)送給電路11，從而促進(jìn)產(chǎn)生從約0.5安培到約2安培的引弧電流IB。作為PWM控制電路的電路11執(zhí)行時(shí)間周期的PWM控制，其中電路2中的轉(zhuǎn)換元件為了該時(shí)間周期而處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，由此允許電路23輸出從約0.5安培到約2安培的微小(minute)電流。電路18也把控制信號發(fā)送到電路12，用于去掉電路13的激勵(lì)。因此，50安培的焊弧電流IA減少到從約0.5安培到約2安培的引弧電流IB。引弧電流IB產(chǎn)生引弧，其具有對于電弧焊的不充足的熱量，但提供用于照明基底材料10上的焊接點(diǎn)的充足照明。因此，引弧允許操作者在后來的焊接操作中清楚地觀察焊接點(diǎn)。而且，熔化的金屬被固化。
然后，當(dāng)開關(guān)FS再次被開啟時(shí)，起弧信號傳送到電路18。電路18確定電路17是否檢測到零值電弧電流。此時(shí)，電路17對引弧電流IB進(jìn)行檢測。因此，電路18把用于產(chǎn)生焊弧的控制信號發(fā)送給電路11，但并不把用于觸發(fā)電路13的控制信號發(fā)送給電路12。然而，一旦電路11觸發(fā)電路2，在焊炬9和基底材料10之間已經(jīng)建立的引弧就立即過渡到主焊弧。
重復(fù)上述的步驟，以在基底材料10的所需部分上實(shí)現(xiàn)焊接。
隨著開關(guān)FS被關(guān)閉，建立引弧，以照明基底材料10上的焊接點(diǎn)。因此，電弧焊設(shè)備20允許操作者在下一次開啟開關(guān)FS時(shí)容易地觀察焊接點(diǎn)。而且，在涉及重復(fù)開關(guān)開關(guān)FS的焊接操作中，只有在設(shè)備20被開啟后，高頻電壓產(chǎn)生電路13才被觸發(fā)。因此，設(shè)備20產(chǎn)生非常有限的高頻噪音量。另外，當(dāng)開關(guān)FS開啟時(shí)，高頻電壓被施加有已經(jīng)建立的引弧。因此，設(shè)備20確保在高壓上不疊加高頻電壓時(shí)焊弧的平穩(wěn)形成。
圖3示出了通過根據(jù)發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的第三控制電路18進(jìn)行控制的方法。
當(dāng)開關(guān)SW，以及隨后的開關(guān)FS開啟時(shí)，第三控制電路18把控制信號發(fā)送給第二控制電路12，用于觸發(fā)高頻電壓產(chǎn)生電路13。同時(shí)，電路18把這種控制信號發(fā)送給第一控制電路11，從而通過輸出電路23促進(jìn)引弧電流IB的輸出。不同于圖2中所示的實(shí)施例，電路11觸發(fā)倒相器電路2，從而使電路23輸出引弧電流IB。因此立即形成引弧，由此傳遞引弧電流IB。幾乎在高頻電壓開始疊加在高電壓上的同時(shí)，引弧電流IB上升。從電路13被觸發(fā)起，經(jīng)過由計(jì)時(shí)器(未示出)測量的預(yù)定時(shí)間T之后，電路18把控制信號發(fā)送給電路12，用于去掉電路13的激勵(lì)。
此時(shí)，電路18也把這種控制信號發(fā)送給電路11，從而傳遞來自電路23的焊弧電流IA。因此，在焊炬9和基底材料10之間已經(jīng)建立的引弧平穩(wěn)過渡到焊弧。后面的步驟類似于圖2示出的實(shí)施例中的內(nèi)容。
預(yù)定時(shí)間T可選地可以人工設(shè)置。
這里所述的發(fā)明很明顯可以用多種方式進(jìn)行改變。這樣的變化不被認(rèn)為是偏離本發(fā)明的精神和范圍，所有的這種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是顯而易見的，并希望包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，用于通過使焊弧電流通過焊炬和基底材料而執(zhí)行電弧焊過程，該設(shè)備包括；主電源電路，其適于輸出用于在焊炬和基底材料之間產(chǎn)生焊弧、從而流過焊弧電流的高電壓；操作開關(guān)，其適于由操作者使用，以提供產(chǎn)生焊弧的起弧指示；以及控制電路，其適于控制主電源電路，從而主電源電路使其引弧電流流過焊炬和基底材料，直到通過操作開關(guān)提供起弧指示，引弧電流具有比焊弧電流更小的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括適于產(chǎn)生高頻電壓的高頻電壓產(chǎn)生電路；其中，控制電路控制高頻電壓產(chǎn)生電路，從而只有當(dāng)在設(shè)備啟動后通過操作開關(guān)第一次提供起弧指示時(shí)，才使高頻電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生要被疊加在高電壓上的高頻電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，主電源電路包括整流器電路，用于整流電源電壓；倒相器電路，具有用于轉(zhuǎn)換整流電壓的轉(zhuǎn)換元件；輸出電路，用于把倒相器電路的輸出發(fā)送到用于焊炬和與其連接的基底材料的各輸出端，以及其中，控制電路包括PWM控制電路，其適于根據(jù)PWM控制信號開啟或者關(guān)閉轉(zhuǎn)換元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，控制電路控制主電源電路，以使引弧電流的范圍是從0.5到2安培。
5.通過使焊弧電流流過焊炬和基底材料而執(zhí)行電弧焊過程的設(shè)備，該設(shè)備包括主電源電路，包括整流器電路，用于整流電源電壓；倒相器電路，用于轉(zhuǎn)換整流電壓；以及輸出電路，用于把倒相器電路的輸出發(fā)送到用于焊炬和與其連接的基底材料的各輸出端；高頻電壓產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生高頻電壓；疊加部分，用于在倒相器電路的輸出上疊加高頻電壓；檢測部分，用于檢測通過焊炬和基底材料的弧形電流，檢測部分與輸出電路相連；操作開關(guān)，適于由操作者使用，以提供產(chǎn)生焊弧或者止弧指示的起弧指示，用于熄滅焊?。灰约翱刂齐娐?，適于根據(jù)檢測部分和操作開關(guān)的各輸出來控制主電源電路和高頻電壓產(chǎn)生電路。其中當(dāng)通過操作開關(guān)提供起弧指示時(shí)檢測部分檢測零值電弧電流，控制電路在預(yù)定的時(shí)間段觸發(fā)高頻電壓產(chǎn)生電路，使得疊加部分在倒相器電路上疊加高頻電壓，同時(shí)也觸發(fā)倒相器電路，使倒相器電路輸出焊弧電流；當(dāng)通過操作開關(guān)提供止弧指示時(shí)，控制電路觸發(fā)倒相器電路，使倒相器電路輸出比弧焊電流具有更小值的引弧電流；當(dāng)通過操作開關(guān)提供起弧指示時(shí)檢測部分檢測引弧電流，控制電路觸發(fā)倒相器電路，使倒相器電路輸出弧焊電流，而不觸發(fā)高頻電壓產(chǎn)生電路。
6.通過使焊弧電流流過焊炬和基底材料而執(zhí)行電弧焊過程的方法，該方法包括以下步驟使引弧電流從主電源電路流過焊炬和基底材料，直到操作者提供起弧指示以產(chǎn)生焊??；以及當(dāng)操作者傳遞起弧指示時(shí)，使焊弧電流從主電源電路流過焊炬和基底材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟當(dāng)操作者提供沒有引弧通過的起弧指示時(shí)，在主電源電路的輸出上疊加高頻電壓，從而產(chǎn)生用于生成焊弧的高電壓；以及在焊炬和基底材料之間施加高電壓，從而使焊弧電流流過焊炬和基底材料。
全文摘要
一種電弧焊設(shè)備，包括用于輸出電弧電流的主電源電路，用于控制主電源電路的控制電路，以及用于產(chǎn)生高頻電壓的高頻電壓產(chǎn)生電路。當(dāng)由于設(shè)備接通而第一次開啟操作開關(guān)時(shí)，控制電路觸發(fā)主電源電路，以輸出高電壓，并觸發(fā)高頻電壓產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生高頻電壓。隨著高電壓疊加在高頻電壓上，控制電路使焊弧電流流過焊炬和基底材料。然后關(guān)閉開關(guān)，控制電路使引弧電流流過焊炬和基底材料。再次開啟開關(guān)，控制電路觸發(fā)主電源電路，以輸出高電壓，由此允許平穩(wěn)的電弧過渡。
文檔編號B23K9/10GK101077546SQ20061008265
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者石井秀雄, 池田哲朗, 壇上謙三, 木下敦史 申請人:株式會社三社電機(jī)制作所