[发明专利]电弧焊接装置、恒压特性焊接电源以及电弧焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧焊接装置，恒压特性焊接电源以及电弧焊接方法。

背景技术

在立向向上(上进)焊接中，通过单焊道施工填充焊接坡口面而得到高效率的电弧焊接法，包括装置在内也被称为气电电弧焊接法，已经被较多地实用化(例如，参照专利文献1～3)。

本装置的基本的机制为：将具备焊炬、焊丝进给电动机、具有气体供给口和冷却管的滑动铜板、以及上升电动机等的专用装置(焊接机)安装于在钢板上沿着坡口长边方向铺设的轨道上，一边对坡口内进行焊接，一边配合熔池表面的上升而使焊接机自身上升。

关于这样的焊接法，考虑有几种使熔池表面的上升与专用装置的上升关联的方法。

作为第1方法，不存在关联机构。即，是完全手动型，始终一边观察熔池表面，一边人工调整上升电动机的速度。这种装置是最简单的，但需要始终进行观察，当对几米至几十米的焊接长度进行施工时，劳动负荷非常高，得到的焊接质量也不稳定。

因此，考虑自动上升机构，以使劳动负荷变小，焊接质量稳定。

即，第2方法是利用电弧光强度伴随熔池表面上升而变化的机构，将光传感器安装在装置上，并使其与上升速度关联而进行控制的方法。

然而，电弧并不始终稳定，因此光强度也受到影响，此外，由于同时产生的烟雾(fume)无规律地遮住光，因此该方法也不能说是稳定。

因此，作为第3方法，考虑到利用了电流值的对上升速度进行反馈的方法。该方法是当前最普及的方法。

在该方法中，使用恒压特性焊接电源作为焊接电源，该恒压特性焊接电源具有在决定焊丝进给速度后，输出足以使其熔化的电流的特性。焊丝通过与电流和电弧间电位差(电弧电压)的积成比例的电弧热，以及与焊丝自身的电阻率、通电间距离及电流的平方的积成比例的电阻发热的合计能量而熔化，结果，电流与通电间距离得以平衡。这里，当熔池表面上升时通电间距离变短，电阻发热减少，因此，焊接电源为了弥补熔化能量不足而要使电流输出上升。因此，如果立即读取该电流输出的上升变化，提升焊接机的上升速度，则通电间距离再次变长，电阻发热增加，熔化能量过剩，因此电流输出被降低，上升速度再次得到抑制。如果一直重复以上动作，则熔池表面的上升与焊接机的上升得到关联，无需进行监视。

即，以往仅电流与上升速度的反馈控制被实用化，针对作为对焊接质量影响巨大的较大因素的电弧长度，除了基于恒压电源的自身控制特性以外，并无任何其他控制。另外，该基于恒压电源的自身控制特性，可以说是无论适当与否都维持所设定的电弧长度的功能。

【专利文献1】日本特开昭59-130689号公报

【专利文献2】日本专利第3596723号公报

【专利文献3】日本特开2004-167600号公报

但是，作为焊接参数的电压，可以认为是与电弧长度基本等价，但是在长条的立向向上焊接中，对于电弧长度和电压，必须比向下焊接或者水平焊接更严格地考虑。其理由在于电弧力方向与熔入方向之间的差异。

图11是表示每个焊接姿势的焊接行进方向、电弧力方向以及熔入方向的示意图。(a)表示向下焊接，(b)表示立向向上焊接，白色箭头表示焊接行进方向，虚线的箭头表示电弧力方向，粗实线的箭头表示熔入方向。

如(a)所示，在向下焊接中，电弧力方向与坡口的熔入方向平行。因此，本质上容易得到较深的熔入，很难发生熔入不良。已知电弧长度影响电弧的集中性，并对熔入产生影响，但是与下面的立向向上焊接相比，该影响度较小。

另一方面，如(b)所示，在立向向上焊接中，电弧力方向与坡口宽度方向的熔入方向正交。即，电弧力不直接对熔入产生影响。在立向向上焊接的情况下，通过在电弧正下方的熔池内产生的对流，得到宽度方向的熔入。因此，对流的强度支配熔入，与热输入能量相比熔入较浅。而且熔池内对流具有敏感地受到电弧力的分布的影响的特性，微小的电弧长度的偏差会造成熔入不良。即，在立向向上焊接中，电弧长度的适当地管理对确保焊接质量是非常重要的。

另外，在(a)的向下焊接中，电弧长度较短时通常较深地熔入，与此相对，在(b)的立向焊接中，电弧长度较长时较深地熔入。这是由上述机制的不同引起的完全相反的特性。

然而，如上所述，以往没有对电弧长度和电压进行任何控制。由于通常理解为电弧长度与电压等价，因此大多将对于某个电流的电压值作为典型条件进行管理，但是，这里电压的绝对值的可靠性成为问题。

图12是表示电源输出电压、电弧电压以及电缆消耗电压之间的关系的图。