專利名稱：多電弧焊接的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電弧焊接領(lǐng)域，特別涉及具有多電弧的DC或AC焊接的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)管段的電弧焊接通常包括自動焊接操作，其中兩個或多個焊條沿兩導(dǎo)管段之間的間隔的路徑一致地地移動，導(dǎo)管段在下面稱為工件。第一焊條融化以布置焊珠，該焊珠填滿導(dǎo)管段之間的根部間隙。接下來焊條被融化并以連續(xù)層的方式沉積以填滿導(dǎo)管段之間的間隙，從而完成焊接導(dǎo)管的接合。在自動焊接操作中使用多焊條以產(chǎn)生多電弧包括級聯(lián)安排并一致地移動的每個焊條使用分開的電源。這個公知的技術(shù)包含在多件專利中，例如Stava的專利6,207,929，引用在這里作為背景技術(shù)。使用單獨的電源來驅(qū)動每個焊條和工件之間的電弧，每個電弧由其專用的電源獨立地控制。本發(fā)明涉及使用中心抽頭扼流圈的系統(tǒng)，該扼流圈是俄亥俄州Lincoln Electric Company ofCleveland公司經(jīng)常使用的元件并在諸如Stava的專利6,051,810的多件專利中公開，引用在這里作為背景技術(shù)。Stava的兩件專利顯示了導(dǎo)出本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)以及在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中使用的元件。因此，不需要討論現(xiàn)有技術(shù)的級聯(lián)操作的焊條的細(xì)節(jié)或中心抽頭扼流圈的細(xì)節(jié)。
當(dāng)使用多電弧時，例如具有級聯(lián)安排的焊條的自動焊接過程，用來產(chǎn)生焊接過程中的電弧的每個焊條使用分開的電源已變?yōu)槠胀ǖ膶嵺`。這樣的系統(tǒng)和方法昂貴并包括很大的空間和重量，特別是在焊接操作中電源必須圍繞管道移動的時候。為了減少具有兩個或多個電弧的自動焊接的成本和重量，提出了單個電源，其中安裝在電源內(nèi)部的扼流圈限制電流量，特別是當(dāng)一個電弧不可避免地短路時。這解決了過流問題，但是存在更基本的問題。當(dāng)一個電弧短路時，從電源至扼流圈的所有電流被導(dǎo)入短路的焊條。因此，與其它焊條相關(guān)的電弧或多個電弧被熄滅且當(dāng)短路消除時必須重新啟動。為了減輕該問題，通常級聯(lián)焊條安排以噴射(spary)模式操作，以減少偶然的短路，從而消除一個電弧的短路熄滅其他電弧的問題。該問題的解決方案很大程度減小了使用級聯(lián)焊條的焊接操作或自動焊接過程的通用性(versatility)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括具有多電弧的電弧焊接的系統(tǒng)和方法，其中該處理并不僅限于噴射焊接，一個電弧的短路不會熄滅級聯(lián)安排的焊條組中的其它電弧。依照本發(fā)明，提供一種分別以在第一和第二焊條與所有焊條公共的工件之間的第一和第二電弧焊接的系統(tǒng)，該公共工件可以為管道分開的部分，該管道通過在第一焊條和第二焊條一致地移動時順序地融化它們而結(jié)合。在該系統(tǒng)中，這些焊條是由單個電源驅(qū)動，且第一電感器與所述第一焊條串聯(lián)，第二電感器與所述第二焊條串聯(lián)。這些電感器可以包括單個部件或多個電感器，并具有足夠的感抗來存儲足夠的能量以保持與所述焊條中的一個焊條相關(guān)存在的電弧一個選擇的總時間，在該時間基本沒有電流通過這一個焊條。以這樣的方式，當(dāng)一個焊條和工件短路時，其他電弧維持一時間周期，該時間周期由與每個焊條串連的一個電感器或多個電感器的感抗確定。優(yōu)選的電弧維持時間是在1.0ms至10ms的總范圍之內(nèi)，更好地是在4.0-6.0ms的總范圍之內(nèi)。依照本發(fā)明的另一方面，各個電弧的電感器以Stava的專利6,051,810所示的中心抽頭扼流圈的形式纏繞在單個或公共鐵芯上。
依照本發(fā)明的另一方面，每個焊條與一個或多個電感器串聯(lián)，其中每一個電感器為中心抽頭扼流圈的一部分。通過使用一個以上的中心抽頭扼流圈，多個電感器可以由單個電源驅(qū)動，該電源具有以樹型安排的具有一個或多個中心抽頭扼流圈上的串聯(lián)電感器單個電源驅(qū)動。
依照本發(fā)明的又另一方面，在額外的焊條和工件之間提供額外的電弧。該額外的焊條由該相同的電源所驅(qū)動，并具有與該額外焊條串聯(lián)的電弧維持電感器。換句話說，多個焊條級聯(lián)安裝并由單個電源操作，該電源具有與每個焊條串聯(lián)的電感器，以在其它焊條之一短路時維持電弧。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種與給定工件形成電弧的至少兩個獨立的焊條進(jìn)行電弧焊接的方法，該工件可以是導(dǎo)管段的端部。該方法包括所述焊條相對于所述工件在焊接路徑上一致地移動；將電流從單個電源提供給所述焊條；和插入與每個焊條串聯(lián)的感抗，當(dāng)減少的電流從電源施加給任一個所述焊條時，例如當(dāng)焊條之一和工件之間為短路時，維持電弧給定的時間。本方法的另一方面在于焊接電流由變換器提供，且所述電流由電流脈沖序列產(chǎn)生，該電流脈沖序列以大于18kHz的速率生成。這個過程優(yōu)選地是自動焊接過程，從而焊條一致地移動并且焊接電流為DC電流或AC電流。
為了減小由一個電弧短路從而熄滅另一個電弧而引起的不一致焊接，本發(fā)明提供以一部分或多部分的形式與每個電弧串聯(lián)的電感器。這些電感器部分纏繞在鐵芯上，具有適當(dāng)鐵芯材料、氣隙、橫截面面積和導(dǎo)線匝數(shù)，從而與每個電弧串聯(lián)的感抗存儲足夠的能量，以維持在與電感器部分連接的焊條端點的電弧。選擇這些電感器的尺寸以提供足夠的能量來維持電弧約1.0-10.0ms的期間，優(yōu)選地為約4.0-6.0ms的時間。這個時間取決于在焊接過程中所經(jīng)歷的正常短路時間，其中短路通常持續(xù)小于5.0ms。選擇與焊條并聯(lián)的單獨電感器尺寸以適應(yīng)各種短路時間。術(shù)語“電感器”意味著串聯(lián)的一個或多個線圈部分。
與每個電弧串聯(lián)的單獨電感器或感抗的概念進(jìn)一步簡化了，依照優(yōu)選實施例，使用有時叫做“扼流圈”的中心抽頭電感器。電源連接到該中心抽頭，而電感器的每個繞組連接至電弧或隨后的中心抽頭電感器或扼流圈，以插入與每個電弧串聯(lián)的一個或多個電感器。當(dāng)中心抽頭扼流圈和導(dǎo)向相同數(shù)量的電弧諸如一個電弧的每個線圈部分一起使用時，流過中心抽頭和從一個繞組流到一個或給定數(shù)目的電弧的電流傾向于引起鐵芯中的磁通量變小。由于電流流過中心抽頭和流過相對繞組或線圈，鐵芯中的磁通量被抵消。這種磁通量抵消效應(yīng)是優(yōu)先使用中心抽頭扼流圈而不是獨立扼流圈或電感器的原因。使用中心抽頭扼流圈和均衡數(shù)目的電弧，在正常操作期間鐵芯保持接近處于平衡，具有相同的電流流過每個線圈部分。因此，與僅使用具有各自的獨立鐵芯的獨立電感器的本發(fā)明相比，中心抽頭扼流圈需要更小的鐵芯。
本發(fā)明用于MIG，TIG，脈沖焊接，AC焊接和掩埋(submerged)電弧焊接。這對噴射焊接的益處較小，因為發(fā)生單個短路通常比較小。依照本發(fā)明的一方面，反饋電流或反饋電壓被用來控制電源。在電流反饋操作中，分流器與連接該中心抽頭的該電感器串聯(lián)，并且信號被反饋至電源控制電路以維持流過中心抽頭電感器的期望的電流。當(dāng)使用恒定電壓或電壓反饋控制時，電感器的中心抽頭和工件之間的電壓被反饋回電源控制電路以維持恒定電壓。在這些反饋電路中，在本發(fā)明中使用的電弧維持電感器之前檢測電壓和電流。然后，電感器可以安裝作為遠(yuǎn)離電源的網(wǎng)絡(luò)。因此它們接近該焊條，從而由電源引起較少的感抗導(dǎo)入單個焊條。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法使用與多電弧焊接操作的每個焊條串聯(lián)的感抗，從而一個電弧的短路不會馬上熄滅其他電弧。
本發(fā)明的另一目的在于提供如上面定義的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法可以容易地在標(biāo)準(zhǔn)電源上使用，該標(biāo)準(zhǔn)電源用于驅(qū)動一系列焊條在自動焊接過程中一致地移動。
本發(fā)明的又一目的在于提供如上面定義的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法允許使用包括兩個或多個并聯(lián)電弧的焊接過程的單個電源。
本發(fā)明的又一目的在于提供如上面定義的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法可以使用在各種焊接過程并利用DC和AC焊接電流。
這些和其他目的及優(yōu)點從下面結(jié)合附圖的描述中得到。


圖1是說明本發(fā)明涉及的現(xiàn)有系統(tǒng)的示意圖；圖2是說明本發(fā)明的廣義方面的接線圖；圖2A是沿圖2的線2A-2A的放大的橫截面視圖；圖3是說明圖2所示的本發(fā)明的實施例的接線圖，具有與該電感器分開的鐵芯，電感器具有相互耦合的鐵芯變壓器；圖4是使用中心抽頭扼流圈的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接線圖；圖4A是沿圖4的線4A-4A的放大的橫截面視圖；圖5是說明用于管道焊接的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的現(xiàn)場應(yīng)用的示意圖；圖6是顯示與圖2和4所示的本發(fā)明的實施例相關(guān)的電壓和電流的一系列曲線；圖7是說明用于三個并聯(lián)電弧的本發(fā)明的接線圖；圖8是組合的接線圖和具有適當(dāng)電壓和電流控制的本發(fā)明的優(yōu)選實施例圖；圖9是兩個以上并聯(lián)電弧和使用三個中心抽頭扼流圈的本發(fā)明使用的接線圖；圖10是說明依照本發(fā)明使用的控制反饋環(huán)路安排的類似圖8的視圖；圖11是具有三個并聯(lián)電弧的本發(fā)明的實施例的接線圖；圖12是多個并聯(lián)電弧使用單個電源的本發(fā)明的實施例的示意布局圖，圖中示出四個并聯(lián)電弧。
具體實施例方式
在Stava的專利6,207,929中，兩個級聯(lián)安排的焊條一致地移動，且由各自的電源驅(qū)動。這樣的系統(tǒng)示意地表示為圖1的現(xiàn)有技術(shù)，其中級聯(lián)的焊條10、12和工件14產(chǎn)生平行的電弧并且分別連接至第一電源20和第二電源22。引線24、26連接電源到工件，該工件可以是導(dǎo)管段的兩個分隔的端部。本發(fā)明包含使用諸如焊條10和12的至少兩個焊條的焊接過程，這些焊條由單個電源驅(qū)動。在過去，多電弧使用單個電源的系統(tǒng)通常包括如圖2所示的扼流圈30。該扼流圈連接至電感器10和12的并聯(lián)電弧來限制在焊條10、12之一短路時電流。然而，在電弧之一短路時該普通的扼流圈不防止電弧熄滅。因此，短路使得焊接過程中斷和復(fù)雜的重起技術(shù)。為了解決這個問題，本發(fā)明表示在圖2中，其中由輸出終端32，34表示的單個電源通過電路40連接至焊條10、12。獨立的電感器或串連的電感器42，44具有由鐵芯的材料、氣隙、橫截面面積和線圈匝數(shù)控制的感抗。電感器42，44的感抗與電弧A1和電弧A2串聯(lián)。從而，足夠的能量存儲在電感器中，在基本上沒有電流導(dǎo)向該焊條時維持與該焊條之一相關(guān)的一個電弧一個選擇的時間。電流的轉(zhuǎn)換是在電弧之一和工件14短接時發(fā)生的。電路40構(gòu)成本發(fā)明的最概況。電感器42，44具有感抗，在另一電弧短路時維持電弧。依照標(biāo)準(zhǔn)實踐，電感器或感抗42、44具有線圈50、60和中心鐵芯52，62。這些電抗器通常稱為扼流圈，用于限制電焊期間流通的電流。在本發(fā)明中，扼流電感器、電抗器等等在可得到小電流時用來將存儲的電流饋送至電弧或等離子區(qū)。如圖2A所示，鐵芯52的橫截面面積為寬a和高b的乘積。這個橫截面面積與匝數(shù)的數(shù)目和鐵芯的材料一起產(chǎn)生足夠的感抗，以維持電弧至少10.0ms，優(yōu)選地在4.0-6.0ms的通用范圍。在本發(fā)明的實際實施中，感抗使得電弧A1或電弧A2在另一電弧短路時維持約5.0ms。電路40說明本發(fā)明的最概況，在另一電弧短路時維持電弧A1、A2之一。在圖3中顯示圖2的實施例的一些更改，電路40’包括具有繞組70a、72a和鐵芯70b、72b的電感器70、72。依照本發(fā)明的這個實施例，這些鐵芯是相互耦合的變壓器，如標(biāo)號80所示。從而，引線32被分支為分別連接電感器70、72的引線32a、32b。通過這個實施例，在電路40’的正常操作期間，由通過鐵芯70a、72a的電流引起的鐵芯通量為相反的方向而抵消。圖2所示的寬的概念的這個更改提供一個優(yōu)點，該優(yōu)點在圖4所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例中更好地獲得。
現(xiàn)在參照圖4所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，焊條10、12的電路A包括一個中心抽頭扼流圈或電感器100，其具有連接至引線32的抽頭102、端部104、端部106和線圈或纏繞單個鐵芯120的電感部分110、112。中心抽頭扼流圈或電感器具有分別與焊條10、12串聯(lián)的輸出引線130、132。當(dāng)然，焊條通常為從卷盤提供并從引線130、132接收焊接電流的有芯的或者實芯(solid)的焊絲。在這個實施例中，線圈或電感部分110、112具有相同的匝數(shù)，從而由兩個分隔的線圈引起的鐵芯120中的磁通量通常相互抵消。如圖4A所示，鐵芯120的尺寸為寬x和高y的乘積。使用如圖4所示的中心抽頭扼流圈或電感器，而不是圖2中的獨立的電感器，鐵芯120的尺寸(x，y)可以比鐵芯52的尺寸(a，b)小很多。實際上，使用中心抽頭電感器使得該鐵芯從鐵芯52的橫截面至少減小50％。減小鐵芯尺寸以獲得相同的電弧持續(xù)功率是使用中心抽頭扼流圈比僅使用獨立的電感器的一個優(yōu)點。使用中心抽頭扼流圈的能力是本發(fā)明的一個優(yōu)點，本發(fā)明在圖2中概括地顯示并在圖4中準(zhǔn)確地實現(xiàn)。在操作中，在電弧A1或A2的短路不會熄滅相對的電弧。與特定焊條10、12串聯(lián)的扼流圈100的部分的感抗維持不短路的電弧。本發(fā)明以兩個平行的電弧表示，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于使用額外的電弧。因此，本發(fā)明被廣義地定義為第一和第二電弧，其描述結(jié)合了由單個電源驅(qū)動的任意數(shù)量的多路電弧。
本發(fā)明的實際實施表示在圖5中，其中電源200用來將具有分隔槽206的導(dǎo)管段202、204焊接在一起，該分隔槽206由單個電源200驅(qū)動的焊條10、12焊接和填滿。焊條一致地移動并自動地圍繞槽206，從而來自焊條10和12的熔化的金屬被導(dǎo)入槽206中。來自兩個焊條的金屬將焊接段202、204焊接在一起。電弧維持電感器或感抗裝置位于電感器網(wǎng)絡(luò)210中。這個網(wǎng)絡(luò)是如圖3所示的電路40’，但是可以是類似圖2的電路40或圖4的電路A的電路。遠(yuǎn)端電感器網(wǎng)絡(luò)210具有來自電源200的輸入引線212。該引線連接至終端212a。終端214a連接至輸出引線214，形成與包括分開的導(dǎo)管段202、240的工件的電連接。網(wǎng)絡(luò)210依照本發(fā)明構(gòu)造并具有輸出引線220、222，在焊條一致地移動時，將AC或DC焊接電流導(dǎo)入平行焊條10、12以執(zhí)行自動焊接操作。焊絲進(jìn)給器230、232分別從供給卷盤或線軸234、236抽出焊絲。依照標(biāo)準(zhǔn)控制技術(shù)，為了維持適當(dāng)?shù)暮附与妷?，在電?0’的接合點82處的電壓傳感引線240將網(wǎng)絡(luò)210的電壓導(dǎo)回電源200的終端240a。本發(fā)明的這個實際實施是有意的使用到現(xiàn)在為止所描述的電路40、電路40’或電路A。每個焊條具有與單個電源串聯(lián)的感抗以維持該焊條的電弧，而不管其它電弧的瞬時短路。當(dāng)然，兩個以上的級聯(lián)焊條經(jīng)常用在導(dǎo)管焊接中。本發(fā)明可適用于在其它實施例中將要描述和表示的系統(tǒng)。所有實施例適用于圖5所示的管道焊接過程。
圖6中顯示的曲線300、310和312表示采用在圖2中概要地顯示和圖4中的優(yōu)選實施例的本發(fā)明的焊條的電壓和電流。曲線310為短路的電弧的電壓。該電弧表示為電弧A2。電壓310d在短路點310a下降至接近零并保持為低一段時間310b，該時間通常約為5.0ms。如由點310c所示，通過標(biāo)準(zhǔn)程序消除短路，該標(biāo)準(zhǔn)程序提高在焊條上的電弧電流使得短路縮小(neck)并分開(separate)。該公共短路清除電路不是本發(fā)明的一部分，為很多焊接機(jī)的公知的技術(shù)。總之，在點310a存在短路，而在點310c短路被清除。電壓電平310d是在焊接操作期間的控制電壓電平。尖峰310e是在短路突然中斷以建立電弧A2時出現(xiàn)的恢復(fù)尖峰。曲線300是使用圖4的電路A的非短路電弧A1的電流曲線。在點310a，由電弧A2吸進(jìn)高電流。當(dāng)短路消除時，這個動作減少電弧A1可用的電流，從而通過該電弧的電流以直線斜率300b減小，直到較低的電平300c。這時，通過A1的電流沿時間常數(shù)曲線300d恢復(fù)。圖4中的鐵芯120的感抗控制線條300b的斜率和電流曲線300的點或電平300c。這個感抗也控制線條300d的形狀。如圖2所示的，當(dāng)兩電弧維持電感器纏繞在獨立的鐵芯上時，非短路電弧1的電流如曲線312所示。該電流具有操作電平312a并在電弧A2短路時沿時間常數(shù)曲線312b減小。當(dāng)短路消除時，電流312迅速地和沿著時間常數(shù)曲線312c恢復(fù)。在這兩種情況中，當(dāng)電弧A2短路時仍有一定量的能量來維持電弧A1。在圖2所示的實施例中，電流降至電平312b，該電平比電平或點300c更低。該較低的電流電平是由于在獨立的電感器的鐵芯之間沒有相互耦合引起的。圖6中所示的曲線表示在中心抽頭線圈或扼流圈100用來控制兩個電弧A1、A2時本發(fā)明和圖4所示的發(fā)明的優(yōu)選實施例的概況的操作特性。
本發(fā)明包括使用與單個電源驅(qū)動的并聯(lián)電弧串聯(lián)的感抗。圖4所示的實施例是優(yōu)選的且包括用于控制兩電弧A1、A2的電路A。圖7中表示電路A的附加結(jié)構(gòu)，其中電路400控制焊條401、402和404的端部和工件406之間的三個并聯(lián)電弧A3、A4和A5。如圖4所示，電路400包括具有輸出引線130、132的中心抽頭扼流圈或線圈100。為了控制額外的并聯(lián)電弧，電路400包括具有中心抽頭412和端部414、416的第二中心抽頭扼流圈410。線圈或電感器部分420、422是如極性點所示的那樣纏繞在單個鐵芯430上，以產(chǎn)生分別連接焊條400、402的引線440、442的輸出。這三個焊條400、402和404的操作是與圖4所示的焊條10、12的操作相同。然而，與焊條404串聯(lián)的感抗包括線圈110的感抗。與電感器400串聯(lián)的感抗包括線圈112和線圈420。以類似的方式，與焊條402串聯(lián)的感抗是線圈112和線圈422的感抗。因此，中心抽頭扼流圈100、410的線圈是相等的，與電弧A3、A4串聯(lián)的感抗比與電弧A5串聯(lián)的感抗高。然而，任何電弧的短路不能激活在線圈中的可利用的能量，以維持等離子區(qū)在非短路電弧中。使用一個以上的線圈部分仍稱為與該電弧串聯(lián)的電感器。如后所述，可以使用具有串聯(lián)感抗的任意數(shù)目的并聯(lián)電弧來實現(xiàn)本發(fā)明。
如本發(fā)明的實際實施中所說明的，感抗元件是遠(yuǎn)離放置，如圖5中的網(wǎng)絡(luò)210所示。當(dāng)遠(yuǎn)離放置時，可以方便地提供反饋控制。這個優(yōu)點在圖8中表示，圖4的電路A連接到具有輸出端452、454的單個電源450和反饋控制端456。扼流圈100遠(yuǎn)離電源450安裝并通過輸出引線460、462連接至該電源，這些引線是形成反饋控制部件的引線，其中一條引線是具有輸出線472的分流器470，該輸出線具有表示電弧電流的信號。這條線連接至選擇開關(guān)480，該選擇開關(guān)480具有選擇地連接至輸出486的電流引腳482和電壓引腳484，該輸出486形成誤差放大器490的一個輸入。另一輸入492是反饋電流或反饋電源的參考值，從而誤差放大器490的輸出494具有導(dǎo)向控制端456的電平。這提供了具有電流或電壓反饋的控制環(huán)路。該電壓環(huán)路使用傳感器500，該傳感器500具有分別和引線460、462相交的輸入端502、504。這個傳感器測量焊接電壓以產(chǎn)生表示在連接到選擇開關(guān)482的電壓引腳484的輸出引線506上的電壓的信號。利用開關(guān)位于圖8所示的位置，建立了電流反饋環(huán)路，用于控制電源450。通過切換開關(guān)480至引腳484，使用焊接電壓控制電源450的輸出電壓。當(dāng)然，開關(guān)480通常是數(shù)字型的，雖然表示的是模擬型的。兩個控制環(huán)路可以一致地用來控制電源。電源是一標(biāo)準(zhǔn)裝置，然而在優(yōu)選實施例中，它是其由俄亥俄州Lincoln Electric Company of Cleveland，公司開創(chuàng)的波形技術(shù)所控制。在這類的電源中，高速開關(guān)變換器具有由到一脈沖寬度調(diào)制器的信號控制的波形，該脈沖寬度調(diào)制器以超過18kHz的頻率工作。該脈沖寬度調(diào)制器的輸出控制終端552、554之間的波形和參數(shù)。從而，該變換器由波形發(fā)生器操作，該波形發(fā)生器具有連接至終端456的控制輸入。在焊接行業(yè)中這是標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。
四個并聯(lián)電弧由圖9所示的電路550控制。電路550將部件增加到圖7所示的電路400。這些增加的部件連接至輸出132。中心抽頭扼流圈560包括中心抽頭562和端部564和566，從而線圈或部件570、572具有輸出引線590、592。這些引線分別和焊條600、602串聯(lián)以產(chǎn)生電弧A6、A7。因此，電路550包括三個中心抽頭扼流圈。優(yōu)選地，所有這些扼流圈的線圈是相同的，并且與焊條400、402、600和602串聯(lián)的感抗基本是相同的。圖9所示的實施例的操作已在上面說明了。在任何電弧A3、A4、A6和A7中的短路不會熄滅任何其它電弧。
圖10-12是表示本發(fā)明的特定方面。在圖10中，沒有網(wǎng)絡(luò)210中使用的實際電感器電路的細(xì)節(jié)。該圖僅表示圖8的反饋控制結(jié)構(gòu)可以合并入如顯示了電路40’的圖5所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施中。該反饋控制由網(wǎng)絡(luò)210的遠(yuǎn)端位置允許，但是如果需要的話，可以在電源之后實施。在圖11中，電路700包括焊條702、704和706，以產(chǎn)生相對于工件708的電弧A10、A11和A12。這些電弧和電源720的輸出引線710、712串聯(lián)。每一個電感器分別裝備單獨的電感器730、732和734，可以使用任意數(shù)量的電感器。電感器提供與焊條串聯(lián)的感抗，從而在每個串聯(lián)電路中的感抗足以存儲足夠的能量，以維持與任何焊條相關(guān)的現(xiàn)有電弧一個選擇的總時間，在該時間實質(zhì)上沒有到該焊條的電流。該時間在1.0ms至10.0ms的通用范圍之內(nèi)，優(yōu)選地為4.0ms至6.0ms的通用范圍之內(nèi)。任意數(shù)量的電弧可以由電路700控制?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12，電源800具有內(nèi)部電感控制裝置。這些控制裝置位于電源的內(nèi)部，以控制多個輸出終端802、804、806和808。任意數(shù)量的這些終端可以裝備適當(dāng)?shù)膬?nèi)部網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有與這些終端串聯(lián)并連接至引線820、822、824和826的足夠的感抗。這些引線提供建立焊條和連接至終端810的工件828之間的并聯(lián)電弧A20、A22、A24和A26的電流?？梢杂删哂须娫?00的輸出的單獨終端提供任意數(shù)量的并聯(lián)電路，該電源800具有提供串聯(lián)感抗以控制各個焊條電流的內(nèi)部電路。這些串聯(lián)的感抗維持電流，但是并不僅限于電流。限制電流是扼流圈的正常功能，例如圖2所示的扼流圈30。
權(quán)利要求
1.一種以第一和第二焊條與公共工件之間的第一和第二電弧分別焊接的系統(tǒng)，其中每個所述焊條由單個電源驅(qū)動，所述系統(tǒng)包括與所述第一焊條串聯(lián)的第一電感器，與所述第二焊條串聯(lián)的第二電感器，其中每個所述電感器具有足夠的感抗來存儲足夠的能量以保持與所述焊條之一相關(guān)的已有電弧一個選擇的總時間，在該時間基本上沒有電流通過所述一個焊條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述時間在1.0ms至10ms的通用范圍之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述時間在4.0-6.0ms的通用范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中每個所述電感器具有鐵芯，該鐵芯具有參數(shù)以控制所述時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中每個所述電感器具有鐵芯，該鐵芯具有參數(shù)以控制所述時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個所述電感器具有鐵芯，該鐵芯具有參數(shù)以控制所述時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述電感器都纏繞在公共鐵芯上，該公共鐵芯具有所述電感器的繞組極性，產(chǎn)生在所述公共鐵芯中的相對磁通量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電感器都纏繞在公共鐵芯上，該公共鐵芯具有所述電感器的繞組極性，引起在所述公共鐵芯中的相對磁通量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電感器都纏繞在公共鐵芯上，該公共鐵芯具有所述電感器的繞組極性，引起在所述公共鐵芯中的相對磁通量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電感器遠(yuǎn)離所述電源放置，該電源具有從所述電源到所述電感器的公共電源引線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括電流裝置，用于檢測在所述公共電源引線中的電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，包括電流反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述檢測電流的信號給所述電源。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括電壓裝置，用于檢測所述公共電源引線和所述電源的參考點之間的電壓。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，包括電壓反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述電壓裝置檢測的所述電壓的信號給所述電源。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，包括電壓裝置，用于檢測所述公共電源引線和所述電源的參考點之間的電壓。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，包括電壓反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述電壓裝置檢測的所述電壓的信號給所述電源。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，包括電壓裝置，用于檢測所述公共電源引線和所述電源的參考點之間的電壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，包括電壓反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述電壓裝置檢測的所述電壓的信號給所述電源。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電感器遠(yuǎn)離所述電源放置，該電源具有從所述電源到所述電感器的公共電源引線。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，包括電流裝置，用于檢測在所述公共電源引線中的電流。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，包括電流反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述檢測的電流的信號給所述電源。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，包括電壓裝置，用于檢測所述公共電源引線和所述電源的參考點之間的電壓。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，包括電壓反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述電壓裝置檢測的所述電壓的信號給所述電源。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，包括電壓裝置，用于檢測所述公共電源引線和所述電源的參考點之間的電壓。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，包括電壓反饋環(huán)路，用于傳輸表示所述電壓裝置檢測的所述電壓的信號給所述電源。
35.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
36.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
37.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
38.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
39.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電感器安裝在所述電源的附近。
41.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的至少一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動；和與所述額外的焊條串聯(lián)的限流電感器。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中與所述額外焊條串聯(lián)的所述電流維持電感器部分地包括至少第一或第二電感器的一個。
43.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的至少一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動；和與所述額外的焊條串聯(lián)的電流維持電感器。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中與所述額外焊條串聯(lián)的所述限流電感器部分地包括至少第一或第二電感器之一。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的至少一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動；和與該額外的焊條串聯(lián)的電流維持電感器。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中與所述額外焊條串聯(lián)的所述電流維持電感器部分地包括至少第一或第二電感器之一。
47.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動，和與所述額外的焊條串聯(lián)的至少一個所述電感器。
48.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動，和與所述額外的焊條串聯(lián)的至少一個所述電感器。
49.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括在額外的焊條和所述工件之間的一個額外電弧，所述額外的焊條也由所述單個電源所驅(qū)動，和與所述額外的焊條串聯(lián)的至少一所述電感器。
50.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器中的至少一個電感器包括一個以上的線圈。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器二者都包括一個以上的線圈。
52.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器中的至少一個包括一個以上的線圈。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器二者都包括一個以上的線圈。
54.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器中的至少一個電感器包括一個以上的線圈。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中第一和第二電感器二者都包括一個以上的線圈。
56.一種分別以在第一及第二焊條和公共工件之間的第一和第二電弧進(jìn)行焊接的系統(tǒng)，其中每個所述焊條由來自單個電源的電源引線驅(qū)動，所述系統(tǒng)包括具有鐵芯、中心抽頭、第一端部、第二端部、在所述抽頭和所述第一端部之間的第一線圈部分和在所述抽頭和所述第二端部之間的第二線圈部的電感器，所述電源引線連接至所述抽頭，第一電路連接與所述第一線圈串聯(lián)的所述第一電弧，而第二電路連接與所述第二線圈串聯(lián)的所述第二電弧。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其中每個線圈具有一個電感，用來存儲足夠的能量以保持與所述焊條之一相關(guān)的已有電弧一個選擇的總時間，在該時間基本沒有電流通過所述一個焊條。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中所述時間在1.0ms至10ms的通用范圍之內(nèi)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其中所述線圈具有基本上相同匝數(shù)。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中所述線圈具有基本相同匝數(shù)。
61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其中所述線圈具有基本相同匝數(shù)。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，包括第二中心抽頭電感器，該第二中心抽頭電感器具有連接至所述第一端部的中心抽頭，與所述第一和第二電弧之一串聯(lián)的第一線圈，和連接第三焊條的第二端部，該第三焊條用于產(chǎn)生所述的三焊條和所述工件之間的的第三電弧。
63.根據(jù)權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，包括第二中心抽頭電感器，該第二中心抽頭電感器具有連接至所述第一端部的中心抽頭，與所述第一和第二電弧之一串聯(lián)的第一線圈，和連接第三焊條的第二端部，該第三焊條用于產(chǎn)生所述的三焊條和所述工件之間的的第三電弧。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的系統(tǒng)，包括第三中心抽頭電感器，該第三中心抽頭電感器具有連接至所述第二端部的中心抽頭，與所述第一和第二電弧中的另一個電弧串聯(lián)的第一線圈，和連接至第四焊條的第二端部，該第四焊條用于產(chǎn)生所述的四焊條和所述工件之間的的第四電弧。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的系統(tǒng)，其中所述線圈具有基本相同匝數(shù)。
66.一種分別以在第一及第二焊條和公共工件之間的第一和第二電弧焊接的系統(tǒng)，其中所述電弧由來自單個電源的電流產(chǎn)生的，所述系統(tǒng)包括與所述第一焊條串聯(lián)連接的第一電流維持電感器，和與所述第二焊條串聯(lián)連接的第二電流維持電感器，從而所述第一電弧的短路不會熄滅所述第二電弧至少大于1.0ms的時間。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述時間在1.0ms至10ms的通用范圍之內(nèi)。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述時間在4.0-6.0ms的通用范圍之內(nèi)。
69.根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述電感器都纏繞在公共鐵芯上，該公共鐵芯具有所述電感器的繞組極性，產(chǎn)生在所述公共鐵芯中的相對磁通量。
70.根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中每一個所述電感器具有包含基本相同匝數(shù)的繞組。
71.一種利用與給定工件形成電弧的至少兩個獨立的焊條進(jìn)行電弧焊接的方法，所述方法包括(a)相對于所述工件在焊接路徑上一致地移動所述焊條；(b)將電流從單個電源提供給所述焊條；和(c)插入與每個所述焊條串聯(lián)的感抗，當(dāng)減少的電流從所述電源施加給任一所述焊條時，維持電弧一個給定時間。
72.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中所述工件是兩個金屬塊之間的開口根部。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中所述電源是變換器，且所述電流是由以大于18kHz的速率生成的電流脈沖序列產(chǎn)生的。
74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中所述電源是變換器，且所述電流是由以大于18kHz的速率生成的電流脈沖序列產(chǎn)生的。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中所述電弧焊接是自動的過程。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，其中所述電弧焊接是自動的過程。
77.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中所述電弧焊接是自動的過程。
78.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中所述電弧焊接是自動的過程。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
80.根據(jù)權(quán)利要求77所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
81.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
82.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
83.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
84.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
85.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
86.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中所述電弧焊接電流是AC電流。
全文摘要
一種分別以第一及第二焊條和公共工件之間的第一和第二電弧進(jìn)行焊接的系統(tǒng)和方法，其中每個焊條是由單個電源驅(qū)動，該系統(tǒng)有與第一焊條串聯(lián)的第一電感器，與第二焊條串聯(lián)的第二電感器，和每個電感器具有足夠的感抗來存儲足夠的能量以維持與所述焊條之一個相關(guān)的已有電弧一個選擇的通用時間，在該時間基本沒有電流通過所述一個焊條。
文檔編號B23K9/10GK1701889SQ20051005888
公開日2005年11月30日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者喬治·D.布蘭肯希普, 埃里奧特·K.什塔瓦 申請人:林肯環(huán)球公司