[发明专利]弧焊方法和弧焊设备

说明书

技术领域

本发明涉及在由金属材料组成的母材和电极之间生成电弧以将金属材料彼此焊接的弧焊方法，以及能够进行这种焊接工作的弧焊设备。

背景技术

弧焊方法是已知的。例如，JP-A-2001-054263公开了一种使用TIG(钨极惰性气体)焊接的弧焊方法的技术，其中从具有非常高的熔点的钨棒到母材生成电弧以用热量来熔化母材。

例如，JP-B-3948767也公开了一种控制高频AC的电流波形或电压的技术。这种技术被用于提高针对由低熔点的金属材料(例如，铜、铝、锌、镁或这些材料的合金)制成的薄板或薄壁管道进行TIG焊接而生成的电弧的稳定性。

此外，例如，JP-A-2001-018067公开了一种利用预定范围的频率和峰值电流来进行TIG焊接的技术。具体地，在这种技术中，基于脉冲的峰值电流(Ip)来设置电弧长度(Da)，以便电弧长度处于通过关系0.5≤Da≤(Ip-120)/30表示的范围内，以防止电弧向焊接槽的侧壁偏心。

此外，例如，JP-A-S49-115957公开了一种用具有1kHz到100kHz的频率的高频脉冲来进行弧焊的技术。在这样的情况下，通过关断晶体管来设置通过主电流(I_D)的开路时间(t₁)，并且通过导通晶体管来设置通过DC基值电流(I_B)的闭路时间(t₂)。

然而，上述专利文献中公开的技术的使用在对具有10ppm氧含量的金属材料(例如，铜)进行弧焊的情况下产生一些问题。具体地，在这种情况下，金属材料被熔化的要焊接部分(以下称为″焊接部分″)被烧穿，或者在焊接成功的情况下，接点的形状不会一致。在这种情形中，焊接部分的烧穿会引起焊接强度的退化，并且接点形状的不一致会导致焊接强度的不均匀。

考虑到上述问题是由以下原因引起的。在预定弧焊(例如，TIG焊接、MIG(金属极电弧惰性气体)焊接和MAG(金属极电弧活性气体)焊接)中，使惰性气体(也称作″保护气体″)流动以便将母材与空气屏蔽开。已知向惰性气体中加入氧会降低熔化金属的表面张力。当包含氧的金属材料被用作母材时，母材的内含的氧在母材被熔化时出现。这提供了与向惰性气体中加入氧的状态等价的状态，从而降低熔化金属的表面张力。在通过这种方式降低熔化金属的表面张力的情况下，连续增加电弧力会引起焊接部分的烧穿，或者如果焊接成功，会使接点的形状不一致。

在JP-B-3948767公开的技术中，通过高频AC来允许交替重复生成从母材到电极的电弧的事件和生成从电极到母材的电弧的事件。通常，电弧已经到达的金属被熔化。因此，即使使用高熔点的电极，电极以及母材会显著熔化。当电极被熔化时，电弧的生成路径会根据电极熔化的方式而改变。这会引起母材的部分的不期望烧穿。相应地，如果成功进行焊接，则不期望的烧穿往往使接点的形状不一致，这会带来问题。

为了解决JP-B-3948767的问题，可以应用JP-A-S49-115957中公开的技术。具体地，如图4A到4D所示，DC基值电流(I_B)在一个极的一侧(即在正极侧或在负极侧)不断通过，而通过晶体管的通/断控制，主电流(I_P)通过或未通过。通过这种方式，仅在从电极到母材的方向生成电弧，因此电弧生成路径得到稳定。然而，当含有氧的金属材料被用作母材时，焊接部分会根据所设置的主电流(I_P)和DC基值电流(I_B)的大小而烧穿，或者在焊接成功的情况下，接点的形状不会一致。

为了焊接母材中的金属材料，需要生成电弧。另外，由于长时间向同一个焊接部分生成电弧，该焊接部分更加可能烧穿，或者在焊接成功的情况下，接点的形状往往不一致(不规则)。

发明内容

鉴于上述问题做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种弧焊方法和弧焊设备，其能够在含有氧的金属材料被用作母材时尽可能多地抑制电弧的生成，防止焊接部分的烧穿，并且使焊接部分处的接点的形状比常规技术中更加一致。