專利名稱：脈沖焊接的系統(tǒng)和方法
技術領域：
概括地講本發(fā)明涉及焊接領域，特別是涉及脈沖焊接的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
電弧焊接是運用電弧以在工件上提供熔化金屬池或熔潭中的填充材料焊接金屬的工藝。已經(jīng)開發(fā)了不同的電弧焊接方法，其中自耗焊絲或焊條材料被熔化并傳送到工件上。許多電弧焊接工藝，如金屬惰性氣體(MIG)技術在焊接電弧周圍采用遮蔽氣體來抑制熔化金屬的氧化或氮化作用。也可以使用非惰性遮蔽氣體如CO2，因此這些工藝有時統(tǒng)稱為氣體金屬電弧焊接(GMAW)。其他電弧遮蔽工藝類似地提供蒸汽或熔渣的保護遮蔽來覆蓋電弧和熔化焊接熔池。在MIG焊接的情況下，熔化金屬可以通過幾個機制或工藝從自耗焊絲或焊條傳送到工件上，包括短路焊接，噴射電弧焊接和脈沖焊接。短路焊接技術包括在每個焊接周期的一部分的期間熔化金屬電氣連接焊條和焊接熔池二者，其中熔化材料在與焊條分離前接觸(即電氣短接到)工件或其焊接熔池。這種焊接有破壞焊接熔池的飛濺和未焊縫(cold lapping)的傾向，此時在焊接熔潭中沒有足夠能量來使填充材料正確熔合到該工件。另外，與脈沖或噴射焊接相比，短路焊接技術有低熔敷率的缺點。無接觸或無短路焊接方法包括熔化金屬通過電磁力從焊條未端跨越焊弧傳送到工件，其中焊條理想地從未與工件發(fā)生電氣接觸(無短路狀態(tài))。無短路焊接包括所謂的噴射電弧或脈沖焊接工藝。噴射電弧焊接是一個相對高能量的工藝，其中小熔滴從焊條推進到工件，典型地采用恒定電壓(CV)產(chǎn)生足夠的電流來以每秒幾百滴的速率提供焊條分離的恒定金屬流。這個技術展示了相當高熱量輸入，并且僅在一個有限范圍的焊接部位是有用的。噴射焊接也易于燒穿薄的工件材料。
脈沖焊接提供電弧焊接可供選擇的無接觸工藝，它利用較低熱量在工件上產(chǎn)生較小的流動的金屬熔潭。這有助于不適當部位的焊接并改善焊接工藝的不同的機械狀態(tài)，而沒有短路焊接的高飛濺問題，也沒有在噴射焊接中出現(xiàn)的燒穿危險，特別對于薄的工件。脈沖焊接是由施加在焊條上的電信號高速操作來執(zhí)行的，并設計成無飛濺的工藝，在比噴射或熔滴傳送法更低的熱量輸入下工作。通常地，脈沖MIG工藝包括在每一個焊接周期順序中，在焊條末端形成一滴熔化金屬(熔化條件)，然后使用電傳送脈沖(傳送條件)傳送熔化材料，該滴的傳送通過電弧發(fā)生，每個脈沖一滴，而不將焊條與工件短路。與恒壓焊接工藝不同，脈沖焊接在每個焊接周期中使用高能脈沖來啟動傳送條件，然后焊接電流下降到本底電流電平開始熔化焊條末端以形成下一個熔化金屬球。在這點上，脈沖焊接在每個熔球傳送到工件后可使工件冷卻，因此脈沖焊接比噴射焊接更不易燒穿薄的材料。而且，脈沖焊接不會象短路焊接的情況那樣遇受飛濺問題或未焊縫。隨著焊條的改進，脈沖焊接工藝直接通過焊弧傳送小熔滴，每個脈沖期間是一滴。
理想地，通過本底電流加熱焊條在焊條末端形成熔化的金屬滴或球，然后由無短路的高電流脈沖將該熔化金屬滴或球通過電弧轉移到工件上。通過電收縮(pinch)作用該脈沖更適宜使熔化金屬從焊條上分離，在此之后，熔化金屬團或滴通過電弧被推到工件的焊接熔池。在這點上，用于分離和推動熔化金屬到工件上的電流脈沖的能量是整個脈沖焊接工藝的重要參數(shù)。施加在熔滴上、使熔滴收縮并從焊條上分離的電收縮作用大致與在電流脈沖期間的施加電流成比例，并且，在每一點上，在熔滴分離期間更高的脈沖電流導致更快地向工件傳送，從而導致更好的焊接過程。然而，電弧電流也在工件的焊接熔池上施加磁力，推動熔潭向下遠離焊條末端，其中這個向下的力可向外推動熔化金屬并在焊條下方導致熔潭凹陷(depresion)。對于高脈沖電流電平這種凹陷和相關的電磁力可導致焊接熔潭極端搖動，特別是當焊接金屬鋁或具有低比重的其它材料時候，導致焊珠外觀差，并且金屬過度滲透到工件中。
因此，需要定制球分離脈沖以便精確地控制收縮作用，同時減小熔潭搖動，其中理想地設置電流脈沖的幅度和形狀來提供熔潭搖動最小的平穩(wěn)金屬傳送。當然，這是一個折衷，其中不包含足夠能量的脈沖可導致短路情況和相關的飛濺問題。特別地，相對弱的脈沖可能在小球接合熔潭之前熔化金屬不會完全從焊條剩余部分分離，導致大量的飛濺。因此，電流脈沖必需具有一定的最小的能量，允許給定量的熔化金屬有效的傳送以避免短路情況。但是，如果電流脈沖中的能量過大，就會發(fā)生嚴重的熔潭搖動。由于這個內(nèi)在折衷，電流脈沖的長度通常被延長，以保證小球在沒有短路的情況下傳送，同時允許一定量的熔潭搖動和/或多余的工件加熱。然而，這種為避免短路情況的過度補償不是普遍可以接受的，特別是對更易受影響的工藝，如很薄的工件。而且，對于給定的焊絲大小、化學性質(zhì)、遮蔽氣體混合物和焊絲進給速度，焊接脈沖參數(shù)可能需要定制以最小的電弧長度和飛濺條產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧。非最佳焊條電流波形導致過度飛濺或過長的電弧長度，其中長電弧可導致污染的焊接并減緩整個焊接進行速度。
除了生成脈沖幅度和寬度外，對于有效脈沖焊接工藝，本底電流和熔化條件的持續(xù)時間可能需要調(diào)整。例如，本底電流電平一般影響供給工件的總熱量并且控制在焊條末端的熔化球的形成。另外，一部分脈沖能量也可以在球分離之前作用于熔化焊條材料。焊條加熱包括利用電流從送絲裝置電連接(支架)流過焊絲到焊絲末端的電阻加熱，以及在隨有效電弧電流變化的焊絲末端的陽極加熱，其中陽極加熱在每個焊接周期中一般產(chǎn)生熔化能量的主要部分。在這點上，隨著伸展或伸出長度(如，從支架到焊條末端的距離)的增加，每個周期加熱的大部分是利用電流流過焊絲產(chǎn)生的電阻加熱。相反地，隨著伸出長度的減小，更少的加熱是由焊絲的電阻加熱的。至于傳送的材料尺寸的變化，如果在傳送條件開始時熔球太小，當收縮力試圖分離熔滴時，脈沖電流可能導致熔球被“伸展”或拉伸，在此情況下，熔球的底部可能接觸焊接熔潭(短路)，導致飛濺。相反地，如果形成的熔球較大，脈沖電流將趨向于分離熔滴，而不“伸展”熔團。因此，對于給定的焊接工藝，最好選擇或調(diào)整脈沖形狀以及本底熔化電流的電平和持續(xù)時間，從而僅僅最小量的脈沖能量有助于附加的焊條加熱，其中脈沖電流波形本質(zhì)上僅作為分離熔滴的手段。但是，如果施加高電流脈沖時每個焊接周期的熔化金屬球的體積是可重復的并且是一致的，這種情況才可達到。在常規(guī)的脈沖焊接工藝中，焊接波形(如本底電流和高電流傳送脈沖)在一系列的焊接周期中是無變化重復的，其中最好選擇固定的波形達到在每個周期中合適的熔球大小、電弧長度和傳送特性，以提供良好的性能和焊接質(zhì)量。然而，由于條件、材料、溫度等隨著時間或從一個工件到下一個工件的變化，工藝的變化是不可避免的。因此，需要改進的脈沖焊接方法和系統(tǒng)，通過它們對于給定的傳送脈沖和本底電流焊接波形，在沒有短路狀態(tài)并且沒有焊接熔池污染或熔潭搖動的情況下，可實現(xiàn)可重復的高速度和高沉積率的脈沖焊接操作。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在說明本發(fā)明的一個或多個方面的概要，以便幫助對它的基本的理解，其中這個概要不是本發(fā)明的廣泛概況，并且不是試圖鑒別本發(fā)明的一些要素，也不是試圖描繪本發(fā)明的范圍。相反地，本概要的主要目的是在下文更詳細的說明之前以簡單的形式說明本發(fā)明的一些概念。本發(fā)明涉及脈沖焊接的裝置和方法，其中根據(jù)施加在焊條上能量的大小控制熔化金屬傳送的開始。采用本發(fā)明可使脈沖焊接更容易，其中熔化材料的大小(如體積)在傳送脈沖初始一般是一致的，所以可以定制脈沖波形以產(chǎn)生良好的傳送特性，幾乎沒有來自加在焊條加熱上的傳送脈沖的能量。而且，基于施加的能量的脈沖的開始允許以最少或接近最少能量傳送脈沖來取得可重復的無短路球傳送且無過度的脈沖加熱，其中脈沖主要是用于傳送熔球(如，從焊條上分開或分離熔化材料)。因此，在每個焊接周期期間選定的恒量的能量施加在焊絲上，用于焊絲的加熱，其中當施加與電弧電流和電壓波動或其它過程變化無關的預定量的能量時，焊接電源或與其相關的控制器起動傳送脈沖。該施加的能量可與在焊條末端的熔化材料的體積關聯(lián)，所以傳送熔球的大小實質(zhì)上每個周期都是相同的。這個可預測的熔球大小又允許定制傳送脈沖的大小和形狀以正確地分離熔球，而無拉伸、無短路和無脈沖能量大量用于焊條加熱，由此可預測體積的熔化金屬可在每個焊接周期可重復地傳送。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供在脈沖焊接工藝中用于焊接工件的脈沖焊接系統(tǒng)，其中熔球在每個焊接周期通過按照施加給焊條的能量起動的脈沖來傳送。該系統(tǒng)包括送絲裝置，引導焊絲或焊條移向工件，以及在多個脈沖焊接周期中提供焊接信號給焊條的電源，其中每個周期包括熔化條件和傳送條件，其中熔化金屬在其接觸工件前從焊條末端分離(例如，無短路)。在本發(fā)明的這個方面，電源提供脈沖以至少部分地根據(jù)在焊接周期中施加給焊條能量的數(shù)量起動傳送條件。
該系統(tǒng)可在任何類型的脈沖焊接工藝中使用，包括潛弧焊(SAW)，金屬隋性氣體(MIG)焊接，金屬活性氣體(MAG)焊接等，其中熔化金屬在其接觸工件前從焊條末端分離。而且，本發(fā)明對于使用任何類型的焊絲或焊條的焊接都是有效的，包括但不限于實心焊條和具有內(nèi)芯及外部護套的有心焊條(如焊劑芯焊條)。另外，該脈沖焊接工藝可在任何類型的工件材料上進行，諸如金屬和合金，例如鋁、鋼等。
電源可以包含或連接的控制器，基于施加的能量提供控制輸入信號，該電源根據(jù)該信號提供焊接信號以生成具有熔化條件和傳送條件的一連串脈串焊接周期。在一個實施例中，當在焊接周期中施加給焊條的能量達到預定能量值時，控制器提供控制輸入信號?？刂破骺砂粋€能量測量系統(tǒng)，它接收代表焊接信號電流和電壓的信號，并且它隨著時間積分電流和電壓的乘積，以判定或計算在整個或部分周期中施加的能量。將合計的施加能量與參考值比較，并且當總施加能量值達到參考值時起動該傳送脈沖，由此按照施加的能量開始脈沖。能量確定也可以考慮施加的能量和熔化材料體積之間的不同的相關性，例如，對于交流脈沖焊接波形的正和負部分，電流-電壓乘積以不同比例因數(shù)或常數(shù)換算(scaled)，由此總的確定能量反映了熔化材料的體積，并且當?shù)玫揭欢ǖ那虼笮r起動該脈沖。
本發(fā)明的另一方面涉及用于提供控制輸入信號給脈沖焊接電源的一個控制系統(tǒng)或控制器。該控制系統(tǒng)包含一個能量測量系統(tǒng)，用于測量在每個焊接周期中施加在焊條上的能量。當在該焊接周期中施加在焊條的能量達到預定能量值時，該控制系統(tǒng)提供該控制輸入信號，從而在焊接信號中提供的脈沖起動每個焊接周期的傳送條件。
根據(jù)本發(fā)明的又另一方面，提供用于焊接工件的一個方法。該方法包括在一連串的脈沖焊接周期中提供焊接信號給焊條，每個焊接周期包括熔化條件和一個無短路條件的傳送條件。該方法進一步包括確定在每個焊接周期中施加給焊條的能量并且至少部分地根據(jù)在焊接周期中施加給焊條能量值提供脈沖來起動傳送條件。在一個實施例中，當施加的能量達到預定能量值時，提供脈沖來起動傳送條件。施加的能量可使用任何適合的技術進行確定，諸如通過積分在每個周期期間焊接電壓和焊接電流的瞬時乘積。該焊接信號在熔化條件期間可包含交流電流，具有正電弧部分和一個負電弧部分，以及能量確定，該能量確定包括積分在正電弧部分期間的焊接電壓、焊接電流和第一常數(shù)的瞬時乘積，以及積分在負電弧部分期間的焊接電壓、焊接電流和第二常數(shù)的瞬時乘積，其中在優(yōu)選的實施例中第二常數(shù)大約是第一常數(shù)的二倍。


下面的說明和附圖詳細地闡明本發(fā)明的某些例證性的實施例，它們表明可執(zhí)行本發(fā)明的原理的幾個示例方式。本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎特征從結合附圖考慮的本發(fā)明的下面的詳細說明中將變得清楚了，其中圖1是表示可執(zhí)行本發(fā)明的一個或多個方面的示范的脈沖焊接系統(tǒng)的示意圖。
圖2和圖3是表示常規(guī)的直流和交流脈沖焊接波形圖，包括固定時長的焊接周期序列。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的脈沖焊接系統(tǒng)的部分示意圖，它有一個電源和具有能量測量系統(tǒng)的控制器。
圖5是說明配置用于直流脈沖焊接的圖4的焊接機中的能量測量系統(tǒng)的細節(jié)的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的圖4和圖5的焊接機中實施能量控制的示范的直流脈沖焊接波形圖。
圖7A-7F是說明在圖4和圖5的焊接機中焊條末端的熔化金屬球的形成和最終分離的部分側視圖。
圖7G是沿著圖7A的線7G-7G的斷面的部分平面視圖，顯示在圖4和圖5中的焊接機中的實心焊條E。
圖7H是沿著圖7A的線7G-7G的斷面的部分平面視圖，顯示在圖4和圖5的焊接機中可選擇的使用的焊劑芯焊條，它具有粒狀焊劑和合金材料的芯和外部護套。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的脈沖焊接系統(tǒng)中的一個示范的直流脈沖焊接方法的流程圖。
圖9是說明在配置用于交流脈沖焊接的圖4的焊接機中的能量測量系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。
圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明在圖4和圖5的焊接機中實施能量控制的示范的交流脈沖焊接波形的圖；和圖11是說明根據(jù)本發(fā)明在脈沖焊接系統(tǒng)中的示范的交流脈沖焊接方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個或多個實施例或實施在下文中結合附圖進行說明，其中相同的標記用來指示相同的部件，并且其中所示的結構和波形不一定按比例繪制。本發(fā)明涉及脈沖焊接的方法和裝置，并且基于每個脈沖焊接周期施加在焊條的能量提供傳送或釋放脈沖的被控起動。在這點上，本發(fā)明是針對脈沖焊接工藝和設備，其中焊接電源在一連串的焊接周期中施加焊接信號給自耗焊接焊條上，每個周期具有熔化條件，在該期間作為來自電源的焊接電流的結果，熔化金屬形成在焊條的末端，和一個傳送條件，其中焊接信號中的高電流脈沖導致熔化金屬在接觸工件或它的焊接熔池之前從焊條上分離(例如焊條和工件無短路)。本發(fā)明可在直流脈沖焊接機以及交流脈沖焊接應用中實現(xiàn)，并且一般可適用于任何類型或形式的焊接設備以及任何脈沖焊接操作。
首先參照圖1，說明一個脈沖焊接系統(tǒng)或脈沖焊接機10，用于執(zhí)行脈沖焊接工藝或在工件W上的操作WP，其中本發(fā)明的一個或多個不同方面可在示范的焊接機10或其它脈沖焊接系統(tǒng)中實現(xiàn)。焊接機10可執(zhí)行任何脈沖焊接工藝，如潛弧焊(SAW)、金屬隋性氣體(MIG)焊接、金屬活性氣體(MAG)焊接等，其中在熔化金屬接觸工件之前該熔化金屬從焊條末端分離(例如，在穩(wěn)定狀態(tài)操作中焊條和工件之間無短路)。而且，脈沖焊接工藝WP可在任何類型的工件材料上執(zhí)行，如金屬和合金，例如鋁、鋼等。
焊接機10包含一個電源20和一個送絲裝置12，該送絲裝置工作以便通過卷軸16的操作引導自耗焊絲或焊條E從卷盤14移向工件W，一個或多個卷盤由馬達M驅動?？梢允褂萌魏晤愋偷暮附z或焊條E，諸如實心絲焊條，具有內(nèi)芯和外部護套的含心焊條(如焊劑芯焊條)等，如在下面對于圖7A-7H的更詳細地圖示和說明的。焊條E通過送絲裝置12的一個電氣觸點18，觸點18與電源20的一個輸出端20a連接，其中工件W連接到第二個電源輸出端20b和地。電源20提供輸出焊接信號，它在多個焊接周期中根據(jù)在下面敘述的脈沖焊接波形生成通過焊條E和工件W的焊接電流，其中本底電流在每個周期的熔化或加熱條件期間加熱焊條E，而在每個周期的傳送條件期間高電流脈沖用來從焊條E上分離熔化金屬而無短路。
簡要地參照圖2和圖3，常規(guī)的脈沖焊接技術一般易受工藝變動的影響，導致間歇短路和如上面所述的其它問題。圖2闡明顯示通常具有相等的持續(xù)時間或周期長度54的焊接周期序列的直流脈沖焊接電流波形52的圖50，其中每個周期包含傳送脈沖56，其中提供時間56a的相對高的脈沖電流Ip，并且提供在每個周期的熔化條件期間的固定時間58的較低的本底電流電平IB。在過去，，脈沖持續(xù)時間56a是固定的，并且到達熔化條件的長度58以調(diào)整直流脈沖焊接操作的熱量。圖3提供顯示交流脈沖焊接電流波形62的圖60，它也有固定周期長度64。如圖60中所示的，每個交流脈沖焊接周期包含在正電流電平Ip的持續(xù)時間66a的傳送脈沖66，以及交流加熱條件，在此加熱狀態(tài)期間電流起初是在時間68a的正的本底電流電平IB+。然后加熱電流下降到時間68b的負的本底電流電平IB-，最后在下一個傳送脈沖66之前回到時間68c的正電平。如上所述，固定周期長度54和64以及在該傳送中的固定電流電平和焊接周期的熔化部分導致常規(guī)的脈沖焊接系統(tǒng)易于加工偏差，導致每個周期中傳送熔化金屬球的尺寸的不希望的偏差、間歇短路、飛濺、焊接熔潭搖動和/或其它不利結果。
現(xiàn)在參照圖4-7，說明示范的焊接系統(tǒng)110，用于執(zhí)行脈沖焊接工藝或在工件W上的操作WP，其中，依照本發(fā)明，傳送球尺寸一致性是員根據(jù)施加在焊接焊條E上的能量的數(shù)量選擇地啟動每個脈沖焊接周期的傳送條件來控制的。為了達到熔化焊條材料的一致的體積而與電弧電流和電壓波動無關，示范的焊接機110使用能量確定來總計在每個周期中施加的能量，并且當總施加的能量達到預定閾值啟動該傳送脈沖。而且，該施加的能量可與在焊條E末端形成的熔化金屬的體積關聯(lián)，其中示范的焊接機110能夠進一步適合于考慮當進行交流脈沖焊接時對于不同施加電流的極性的不同體積的熔化速率。焊接系統(tǒng)110首先在直流脈沖焊接(圖4-8)的內(nèi)容中加以說明和描述，其后在交流脈沖焊接應用(圖9-11)中示出。
圖4中表示示范的脈沖焊接機110為在單個機架110a中的組合電源120和控制器130，以及分開安置的送絲裝置112，雖然其它的實施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的，其中送絲裝置112和電源120裝在單個外殼中(未示出)。送絲裝置112從一個供給卷盤或卷筒114拉焊絲E，并且通過卷軸116和一個相應的驅動馬達M引導焊條E移向工件W，其中前進的焊絲E與一個或多個觸點118電連接，以接收來自電源120的焊接信號，所以通過焊條E建立焊接電流以便生成在在焊條E和工件W之間的焊接電弧(如在下面的圖7A-7F中所示的焊接電弧A)。送絲裝置112的觸點118與電源120的第一輸出端120a連接，并且第二電源輸出端120b與工件W和地連接。在本發(fā)明的范圍中任何合適的送絲系統(tǒng)或裝置112可以用來引導焊條E移向工件W。系統(tǒng)110進一步包含一個電壓傳感器122，它提供檢測的電壓信號Va給控制器130來指示檢測的焊接電壓(如電弧電壓)，和在返回路徑中的電流傳感器124(如分流器)，用于檢測提供給焊條E的焊接電流(如電弧電流)，并提供檢測電流信號Ia給控制器130，其中在本發(fā)明范圍中，任何合適的傳感器、分流器或其它裝置可以用于檢測焊接電壓和電流，以便確定在一個脈沖焊接周期中施加的能量。
電源120可以是為脈沖焊接工件W提供焊接信號形式的電力給焊條E的任何設備，諸如由俄亥俄州The Lincoln Electric Company of Cleveland公司出售的Lincoln Power Wave 455和其它Power Wave電源，其中所示電源120在線L1-L3上從外部電源(未示出)接收單相或多相交流輸入電力，并包含第一和第二輸出端120a和120b，以及用來接收來自于控制器130的控制輸入信號130a的控制輸入端120c。在操作中，電源120提供輸出焊接信號，它根據(jù)控制信號130a在多個焊接周期中產(chǎn)生通過焊條E和工件W的焊接電流和生成它們之間電弧A，其中控制器130可以與電源120分離或安裝在其內(nèi)部，并且它可以是任何適當?shù)挠布?、軟件或其組合。控制器130包含一個能量測量系統(tǒng)132，它操作以便分別基于檢測的電流和電壓信號Ia和Va確定在每個脈沖焊接周期中施加給焊條E的能量，并且還包含一個波形控制系統(tǒng)134，它根據(jù)脈沖焊接波形提供控制信號130a。而且，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供控制輸入信號130a，使得至少部分地基于總的施加能量在焊接信號中提供傳送脈沖，來觸發(fā)每個焊接周期的傳送條件。
圖5中示出一種直流脈沖焊接工藝WP的示范的能量測量系統(tǒng)132，其中乘法器132a接收電流和電壓傳感器信號Ia和Va并且提供輸出(如功率信號)給積分器132b。積分器132b積分或合計來自波形控制系統(tǒng)134、在時間T期間的功率產(chǎn)物(power product)，并且向比較器132c提供合計的能量輸出。比較器132c比較在給定焊接周期期間的總能量和參考值REF，參考值REF可以是任何預定值，并且向波形控制系統(tǒng)134提供比較器輸出信號或其狀態(tài)轉移。這樣配置的、示范的能量測量系統(tǒng)132提供比較器輸出以表示在每個焊接周期中的時間，在該時間施加在焊條E的總能量達到參考值REF。雖然圖4和5中的實施例是以電路結構形式來說明的，但是本發(fā)明的原理也能在其它硬件、軟件或組合的硬件/軟件設備中采用，例如，其中能量確定可以在波形發(fā)生器134中基于檢測的或預測的電流和電壓條件進行計算，以確定何時已在焊條E末端形成適當體積的熔化焊條。在這點上，當預定量X的能量(焦耳)已傳送給焊條E時，直流脈沖焊接能量確定可按照下面等式(1)進行(1)X＝Va*Ia*T，其中當合計的施加能量大于或等于X預選值(圖5中的REF)時，控制器130根據(jù)比較器輸出中的轉變自動地生成信號130a，使得電源120提供夾斷(pinch)電流脈沖來起動焊接周期的傳送條件。
再參照圖6和圖7A-7F，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，施加給焊條E的能量可與在給定周期中在焊條末端已熔化的熔化材料的量或體積關聯(lián)，并且比較器輸出可用于可控制地起動相應的傳送電流脈沖，由此熔滴或球的大小每個周期都是均勻的。這個新穎的脈沖焊接能量控制有助于避免或減輕上概述的短路條件和相關的飛濺問題，并且也有助于減輕由多余電弧力引起的焊池污染或熔潭搖動，從而也許脈沖焊接工藝WP通過選擇給定的焊條材料類型、線焊接速度、沉積率、熱量控制要求和/或其它相關工藝變量的預定閾值REF來最優(yōu)化。
圖6提供說明在系統(tǒng)110的直流脈沖焊接操作中使用本發(fā)明的能量控制概念的一個示范的電弧電流波形152的圖150，其中每個焊接周期154包含具有持續(xù)時間156a、電平Ip的電流脈沖156的傳送條件和具有在本底電流電平IB、受控的可變持續(xù)時間ΔT的加熱或熔化條件，其中每個周期154的持續(xù)時間根據(jù)施加的焊條能量確定是可變化的。在這點上注意，如圖6所示那樣，154周期可定義為以脈沖條件開始，或可選擇地定義為以該脈沖條件結束，或可選擇任何的任意點作為一個周期的起點，其中本發(fā)明設想脈沖焊接周期的任何定義，其中存在傳送條件和熔化條件且無短路。
參照圖6和7A，圖150表示示范的直流脈沖焊接周期154，焊條電流152在時間T1從本底電流電平IB變化到較高脈沖電平Ip，以開始具有傳送條件的周期154。圖6中的脈沖持續(xù)時間156a從時間T1到一個時間T3保持脈沖電流Ip，該持續(xù)時間可以是固定時間，定制給給定的焊接操作WP、工件加熱相關因素或其它考慮。本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點在于由于當一般可預計的固定大小的熔球B準備傳送時脈沖156開始，所以脈沖156可設為最小持續(xù)時間或寬度156a，從而保證球成功地推進而無過多脈沖加熱，其中球B在T1和T3之間的某個中間時間T2噴出(如，本發(fā)明的球大小均勻的優(yōu)點允許時間T3緊接在T2之后)。圖7A說明焊條E和在時間T2與T3之間移出的熔化金屬球B，其中球B通過電弧A而不短路焊條E傳送到工件W或其熔化金屬焊池。能量合計是在周期154期間的任何適當時間開始，例如在T1，雖然在本發(fā)明范圍內(nèi)也可在其它時間開始施加能量的計算。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，電流Ia在時間T3從脈沖電平Ip下降到本底電流電平IB，時間T3在T2之后相對不久。在這點上，在時間T2和T3之間的圖6中的脈沖156的陰影部分可在某種程度上幫助在時間T3隨后形成的球B的熔化，如圖7B所示的，其中使用本發(fā)明可以最小化這種脈沖加熱的量，從而在每個周期154中脈沖156操作主要用于移出熔球B。
如圖6和7C-7E進一步說明的，本底電流電平IB在時間T3以后整個加熱條件中是持續(xù)的，同時控制器130(例如，及其能量測量系統(tǒng)132)積分焊接電流Ia和焊接電壓Va的瞬時乘積，并且連續(xù)地檢查在電流周期154中的總的施加能量是否已達到預選的值REF(上面的圖5)。因此這個熔化或加熱條件操作在圖150中的時間T4、T5和T6是連續(xù)的，分別對應于圖7C，7D和7E，本底電流電平IB加熱焊條E以向在焊條末端的熔化材料B提供更多的焊條材料，可以選擇本底電流電平IB以促進由電弧A或其它考慮引起的工件加熱的控制。而且，在焊接信號中施加的電流和電壓不需要是恒定的，因為不管這樣的信號變化該能量合計保證球大小均勻。而且，根據(jù)本發(fā)明，基于能量測量(例如，當總的施加能量達到相應于期望的球體積的預定值時)，在時間T7(圖7F)結束該加熱時間ΔT并且施加下一個脈沖156，由此每個焊接周期154的持續(xù)時間可一個周期一個周期地變化，以實現(xiàn)球大小均勻。一旦下個周期154已開始，能量確定設備或軟件被復位或重新起動，并且能量測量系統(tǒng)132開始合計下一個周期154的瞬時功率。這樣，調(diào)節(jié)焊接工藝WP(圖4)來抵消工藝波動，由此即使電弧電壓Va和/或電流Ia變化，該控制將適當?shù)卣{(diào)整熔化或加熱時間ΔT以得到期望的能量(焦耳X)，并且因此得到期望的傳送球B的大小。
如圖7A，7G和7H所示，本發(fā)明的多個方面可以使用任何類型的焊絲或焊條E來實施。圖7G描繪沿圖7A中的線7G-7G的斷面圖，顯示在圖4和圖5的焊接機中的實心焊條E。圖7H顯示另一個可能的實施例，其中焊條是焊劑芯焊條，它具有有粒狀焊劑及合金材料的芯E1和在芯E1周圍形成的外護套E2。
圖8說明根據(jù)本發(fā)明使用直流脈沖焊接周期序列焊接工件的一個示范的方法200。雖然該示范的工藝或方法200和本發(fā)明的其它方法在下面作為一系列動作或事件來說明和描述，但很清楚本發(fā)明不局限于說明的這些動作或事件的次序。例如，根據(jù)本發(fā)明，一些動作可能以不同次序發(fā)生和/或者同時與除這里說明和/或描述之外的其它動作或事件一起發(fā)生。另外，可能不要求所有說明的步驟實施根據(jù)本發(fā)明的方法。而且，本發(fā)明的方法可以與這里說明和描述的各種系統(tǒng)和設備結合起來執(zhí)行，以及與未說明的其它系統(tǒng)一起執(zhí)行。在202-208，在傳送條件期間(在上面的圖6的脈沖持續(xù)時間156a期間)施加高電流傳送或釋放脈沖，并且在每個直流脈沖焊接周期154中的210-214(時間ΔT)進行控制時長的加熱條件。
根據(jù)在前一個周期中施加給焊條E的能量的數(shù)量，在202起動傳送或釋放脈沖，其中在202焊條電流Ia變到脈沖電流電平Ip并且在204施加的能量測量開始。如上所指出的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)施加的能量測量可以在給定的周期中的其它點開始。而且，在本發(fā)明的方法中可以采取任何形式的能量確定，包括但不限于如在上面的圖5的例子中說明的積分或合計瞬時施加的功率(如電流×電壓乘積)。在脈沖起動之后的一些時間(如在圖6中的時間T2)，在206熔球B從焊條E上分離或釋放，并且其后在208脈沖156結束(如在圖6中的時間T3)。在210開始本底加熱，在時間T3焊接電流Ia減少到較低電平IB，并且在212進行確定該總的施加能量是否已達到預定值X(如，圖5中的比較器132c已確定積分器132b的能量輸出是大于或等于閾值REF)。如果是否(在212為否)，在214維持該電流(Ia＝IB)。在212再次檢測這個條件并且在212和214該方法200繼續(xù)進行，直到預定的能量電平已施加給焊條E(在212為是)，此時，加熱周期ΔT結束，并且在202起動另一個釋放脈沖以開始另一個直流脈沖焊接周期。
現(xiàn)在參照圖9-11，本發(fā)明還可應用于交流脈沖焊接操作，例如，鋁的交流焊接中。在這種情況下，當焊條電流極性翻轉(焊條負極性)時，電弧能量更多集中于焊條E，與焊條E為正極時的相同能量形成的球相比，導致形成更大的球B(如，在交流焊接波形的焊條負極性部分期間更快地熔化)。在這樣的交流焊接應用中，仍然希望傳送均勻尺寸的熔球或熔滴B，其中可設置控制器130以計算(account for)交流波形正和負極性電弧部分的不同熔化速率，并且當合計值達到預定閾值時起動熔化材料B從焊條E末端的傳送，因此，在交流脈沖焊接工藝中能夠實現(xiàn)球大小的均勻性。在圖9所示的一個實施例中，使用合適的第一和第二常數(shù)或比例因數(shù)K1和K2按照下面等式(2)計算總的施加能量，可以計算極性相關的能量集中(2)X＝K1(Va+*Ia+*T+)+K2(Va-*Ia-*T-)，其中Va+和Ia+是在波形為正(正極性焊條部分)的時間T+期間的正焊接電壓和電流值，而Va-和Ia-是在負極性焊條時間T-期間的焊接電壓和電流值。而且，在所述的例子中，第一常數(shù)K1是一，而第二常數(shù)K2大約是二，但是在本發(fā)明范圍內(nèi)可以使用任何適當?shù)某?shù)和比率。
如圖9所示，對于這樣的交流脈沖焊接，控制器130可包括一個能量測量系統(tǒng)232，其中一個乘法器232a接收傳感器信號Ia和Va并且提供輸出(如瞬時功率)給一對平行的比例乘法器232b和232d。所示例子中的第一比例乘法器232b將乘法器232a的功率輸出乘以第一常數(shù)K1(如，本例中為一)，并且向第一積分器232c提供輸出。積分器232c合計僅在焊條電流為正(如，從焊條E流向工件)的時間T+期間產(chǎn)生的功率，其中第一積分器232c根據(jù)來自波形發(fā)生器134的T+信號進行控制。因此，當電流Ia為正時，第一積分器232c積分乘法器232b的輸出，并且當電流為負時停止積分。類似地，第二平行通路包括第二比例乘法器232d(如，將乘法器232a的功率輸出乘以第二常數(shù)K2，本例中約為二)，和第二積分器232e，它操作用來根據(jù)從波形發(fā)生器134發(fā)出的T-信號來合計來自乘法器232d的比例功率(scaled power)，從而當電流Ia為負時，第二積分器232e積分乘法器232d的輸出，并且當電流回到正時停止積分。使用加法器232f來求積分器232c和232e的輸出的和，并提供輸入給比較器232g。像在上面圖5的直流脈沖焊接例子中那樣，當加法器232f的總能量輸出達到參考值REF時，比較器232g的輸出躍變，并且波形發(fā)生器134使用這個輸出信號電平躍變提供控制信號130a給電源120以啟動傳送脈沖。
再參照圖10，圖250說明焊接電流Ia的示范的交流脈沖焊接電流波形252，其中焊接電流Ia是使用具有圖9的控制器130的焊接機110生成的時間函數(shù)。像采用上述的直流脈沖焊接那樣，使用交流焊接波形250產(chǎn)生多個焊接周期254，分別包括傳送條件，其中提供電平Ip、持續(xù)時間256a的電流脈沖256以在無短路的情況下從焊條E的末端分離熔化金屬，和加熱條件，在該加熱條件期間焊條電流Ia加熱焊條E以在其上形成金屬熔球B，其中加熱或熔化條件包括正和負電流極性。在時間T11啟動釋放或傳送脈沖256，在時間T13前提供高值Ip的電流Ia，其中脈沖持續(xù)時間256a(如，T13-T11)可最小化，使得球B實際上在T13的脈沖256終止之前的短時間的時間T12釋放，其中圖7A說明焊條E和在時間T12與T13之間的移出的熔化金屬球B。熔化條件在T13開始，其中在時間T14之前焊條電流Ia下降到正本底電流電平IB+，并且從時間T14直到時間T15由此轉變到的負本底電流電平IB-。其后，從T15到T16電流Ia再次變?yōu)镮B+，并且根據(jù)基于施加給焊條E的能量的信號130a，在T16結束相應的時間ΔT以便根據(jù)本發(fā)明的通過能量控制來實現(xiàn)球大小的均勻性。因此在T16下一個周期從基于能量測量(如，當總施加能量達到相應于期望球體積的預定值時)的下一個脈沖256的施加(圖7F)開始，因此每個焊接周期254的時長可一個周期一個周期地變化以保證球大小的均勻性。像上面的直流脈沖焊接例子那樣，能量確定被復位，并且能量測量系統(tǒng)132開始合計下一個周期254的瞬時功率。在這點上注意，在本發(fā)明范圍內(nèi)在一個交流脈沖焊接周期中電流可變化極性任意次數(shù)，并且加熱條件波形不必像所示的例子那樣是平坦的，而且脈沖256可以在波形252上的任何點提供，其中所示的波形僅僅是一個例子。此外，如同上面討論的，本發(fā)明的能量確定和比較方面可以選擇地使用軟件、硬件或其組合來實現(xiàn)，其中所示的控制器130僅僅是在本發(fā)明范圍內(nèi)的一個實施例。
再來參照圖11，說明根據(jù)本發(fā)明的另一個示范的脈沖焊接方法300，其中使用交流焊接電流。在302，在按照前一個周期中施加給焊條E的能量所確定的時間啟動釋放脈沖，焊條電流Ia變到脈沖電平Ip。在304，開始該電流周期的施加能量的測量，其中在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該測量可以在給定周期中的其它點開始。在脈沖啟動之后的一些時間，在306熔球B從焊條E上釋放(如在圖10中的時間T12)，并且脈沖156其后在308結束(如在圖10中的時間T13)。在310，交流本底加熱從焊接電流Ia開始，在周期254的熔化條件的第一正電弧部分期間從時間T13到時間T14該焊接電流Ia減少到正本底電平IB+，然后在312，從時間T14到時間T15電流Ia反轉到負本底電流電平IB-。其后在314，通過將電流變回為IB+(T15)開始第二正極性部分。在316，進行確定總施加的能量是否已達到預定值X，如果沒有達到(在316為否)，在318維持該電流(Ia＝IB+)，并在316和318重復此過程，直到預定的能量電平已施加給焊條E(在316為是)，此時(在圖10中的時間T16)，在302啟動另一個釋放脈沖以開始下一個交流脈沖焊接周期。
本發(fā)明已經(jīng)對于一個或多個示范的實例或實施施進行說明或描述。然而，在閱讀和理解這個說明書和附圖后本領域的其他技術人員將會進行等效變更和修改。特別是關于上述部件(組合、裝置、系統(tǒng)、電路等)執(zhí)行的不同功能，除非另有說明，用于描述部件的這些術語(包括對“裝置”的引用)試圖對應于執(zhí)行所述部件的特定功能的任何部件(也就是功能等效)，即使不是結構上等效于執(zhí)行本發(fā)明的示范的實施例中所說明的功能的所公開的結構。另外，雖然本發(fā)明的特定特征可能僅對于幾個實施例之一已經(jīng)公開了，如可能希望的和對于任何給定的或特別的應用有利，這樣的特征可以與其它實施例的一個或多個其它特征組合。再者，就在詳細說明中和/或在權利要求中使用的術語“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“有”或其變化來說，這些術語試圖包含了與術語“包括”類似的方式。
權利要求
1.在一個脈沖焊接工藝中用于焊接工件的脈沖焊接系統(tǒng)，所述的脈沖焊接系統(tǒng)包括適于引導焊條移向工件的送絲裝置；具有與所述焊條相連接的一個輸出端和一個控制輸入端的電源，在一連串的焊接周期中所述電源根據(jù)在所述控制輸入端的控制輸入信號在所述輸出端提供焊接信號，每個所述焊接周期包括熔化條件，在該熔化條件期間所述焊接信號加熱所述焊條的一端以在所述端形成熔化金屬，和傳送條件，其中在所述熔化金屬接觸所述工件前所述熔化金屬從所述焊條的所述端分離；和連接到所述電源的所述控制輸入端的控制器，所述控制器包括一個能量測量系統(tǒng)，用于確定在每個所述焊接周期中施加在所述焊條的能量，當在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量達到預定的能量值時，所述控制器提供所述控制輸入信號，從而在所述焊接信號中提供一個脈沖以起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
2.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述控制器和與所述輸出端連接的電壓傳感器，所述電壓傳感器適于檢測焊接電壓并且提供指示所述焊接電壓的檢測電壓信號給所述控制器；和與所述控制器并與所述電源的所述輸出端連接的電流傳感器，所述電流傳感器適于檢測由所述電源提供給所述焊條的焊接電流和提供指示所述焊接電流的檢測電流信號給所述控制器；其中所述能量測量系統(tǒng)適于在每個所述焊接周期中基于所述檢測電壓信號和所述檢測電流信號產(chǎn)生一個功率信號，作為所述焊接電流和所述焊接電壓的瞬時乘積，其中所述能量測量系統(tǒng)適于積分所述功率信號以提供指示施加在所述焊條的所述能量的能量信號，和其中所述能量測量系統(tǒng)還適于將所述能量信號與所述預定能量值進行比較，并且當所述能量信號達到所述預定能量值時，使所述控制器在所述焊接信號中提供所述脈沖以起動所述傳送條件。
3.根據(jù)權利要求2所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間所述控制器提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括交流電流的所述焊接信號，和其中所述熔化條件包括正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條。
4.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間所述控制器提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括交流電流的所述焊接信號，并且其中所述熔化條件包含正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條。
5.根據(jù)權利要求4所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述能量測量系統(tǒng)計算所述能量作為在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的能量與在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的能量之和。
6.根據(jù)權利要求3所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述能量測量系統(tǒng)計算所述能量作為在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的能量與在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的能量之和。
7.根據(jù)權利要求6所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述能量測量系統(tǒng)適于在每個所述焊接周期的所述正電弧部分中通過積分在所述正電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第一常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的所述能量；并且其中所述能量測量系統(tǒng)適于在每個所述焊接周期的所述負電弧部分中通過積分在所述負電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第二常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的所述能量。
8.根據(jù)權利要求7所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述第二常數(shù)大約是所述第一常數(shù)的兩倍。
9.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述焊條是實心焊條。
10.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述焊條是具有內(nèi)芯和外部護套的有心焊條。
11.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖焊接工藝是潛弧焊工藝。
12.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖焊接工藝是金屬隋性氣體焊接工藝。
13.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖焊接工藝是金屬活性氣體焊接工藝。
14.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述工件包括鋁。
15.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述工件包括鋼。
16.根據(jù)權利要求1所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間和在所述傳送條件期間，所述控制器提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括單極性電流的所述焊接信號。
17.根據(jù)權利要求16所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間和在所述傳送條件期間，所述焊接信號包括正電弧極性，在正電弧極性中焊接電流從所述焊條流向所述工件。
18.一種提供控制輸入信號給脈沖焊接電源的控制系統(tǒng)，在一連串的焊接周期中所述電源根據(jù)所述控制輸入信號提供焊接信號給在輸出端的焊條，每個所述周期包括熔化條件，在熔化條件期間所述焊接信號加熱所述焊條的一端以在所述端形成熔化金屬，和傳送條件，在傳送條件期間在所述熔化金屬接觸所述工件前所述熔化金屬從所述焊條的所述端分離，所述控制系統(tǒng)包括一個能量測量系統(tǒng)，用于確定在每個所述焊接周期中施加在所述焊條的能量，當在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量達到預定能量值時，所述控制器提供所述控制輸入信號，從而在所述焊接信號中產(chǎn)生脈沖以起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
19.根據(jù)權利要求18所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在每個所述焊接周期中所述能量測量系統(tǒng)產(chǎn)生一個功率信號作為焊接電壓和焊接電流的瞬時乘積，其中所述能量測量系統(tǒng)適于積分所述功率信號以提供指示施加在所述焊條的所述能量的能量信號，并且其中所述能量測量系統(tǒng)還適于將所述能量信號與所述預定能量值進行比較，并且當所述能量信號達到所述預定能量值時使所述控制系統(tǒng)在所述焊接信號中提供所述脈沖以起動所述傳送條件。
20.根據(jù)權利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間所述控制系統(tǒng)提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括交流電流的所述焊接信號，其中所述熔化條件包括正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條，并且其中所述能量測量系統(tǒng)計算所述能量作為在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的能量與在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的能量之和。
21.根據(jù)權利要求20所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述能量測量系統(tǒng)適于在每個所述焊接周期的所述正電弧部分中通過積分在所述正電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第一常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述正電弧部分期間施加在所述焊條上的所述能量；并且其中所述能量測量系統(tǒng)適于在每個所述焊接周期的所述負電弧部分中通過積分在負電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第二常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述負電弧部分期間施加在所述焊條上的所述能量。
22.根據(jù)權利要求21所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述第二常數(shù)大約是所述第一常數(shù)的兩倍。
23.根據(jù)權利要求18所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間所述控制系統(tǒng)提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括交流電流的所述焊接信號，其中所述熔化條件包含正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條，并且其中所述能量測量系統(tǒng)計算所述能量作為在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的能量與在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的能量之和。
24.一種焊接工件的脈沖焊接系統(tǒng)，所述的脈沖焊接系統(tǒng)包括適于引導焊條移向工件的送絲裝置；具有與所述焊條連接的輸出端和一個控制輸入端的電源，在一連串的焊接周期中所述電源根據(jù)在所述控制輸入端的控制輸入信號在所述輸出端提供焊接信號，每個所述焊接周期包括熔化條件，在熔化條件期間所述焊接信號加熱所述焊條的一端以在所述端形成熔化金屬，和傳送條件，在傳送條件期間在所述熔化金屬接觸所述工件前所述熔化金屬從所述焊條的所述端分離；和一個控制器，當在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量達到預定能量值時，所述控制器提供所述控制輸入信號，從而在所述焊接信號中提供一個脈沖以起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
25.根據(jù)權利要求24所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述控制器和與所述輸出端連接的電壓傳感器，所述電壓傳感器適于檢測焊接電壓和提供指示所述焊接電壓的檢測電壓信號給所述控制器；和與所述控制器并與所述電源的所述輸出端連接的電流傳感器，所述電流傳感器適于檢測由所述電源提供給所述焊條的焊接電流和提供指示所述焊接電流的檢測電流信號給所述控制器；其中所述控制器適于基于所述檢測電壓信號和所述檢測電流信號產(chǎn)生功率信號作為所述焊接電流和所述焊接電壓的瞬時乘積，其中所述控制器積分所述功率信號以提供指示施加在所述焊條的所述能量的能量信號，和其中所述控制器將所述能量信號與所述預定能量值比較，并且當所述能量信號達到所述預定能量值時在所述焊接信號中提供所述脈沖以起動所述傳送條件。
26.根據(jù)權利要求24所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于在所述熔化條件期間所述控制器提供所述控制輸入信號以產(chǎn)生包括交流電流的所述焊接信號，和其中所述熔化條件包含正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條。
27.根據(jù)權利要求26所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述控制器計算所述能量作為在所述正電弧部分期間施加在所述焊條的能量與在所述負電弧部分期間施加在所述焊條的能量之和。
28.根據(jù)權利要求27所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于還包括檢測焊接電壓的電壓傳感器；和檢測由所述電源提供給所述焊條的焊接電流的電流傳感器；其中所述控制器通過積分在所述正電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第一常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述正電弧部分期間施加在所述焊條上的所述能量；并且其中所述控制器適于在每個所述焊接周期的所述負電弧部分期間通過積分在負電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第二常數(shù)的瞬時乘積來計算在所述負電弧部分期間施加在所述焊條上的所述能量。
29.根據(jù)權利要求28所述的脈沖焊接系統(tǒng)，其特征在于所述第二常數(shù)大約是所述第一常數(shù)的兩倍。
30.一種用于焊接工件的脈沖焊接系統(tǒng)，所述的脈沖焊接系統(tǒng)包括適于引導焊條移向工件的送絲裝置；和在一連串的焊接周期中提供焊接信號給所述焊條的電源，每個所述焊接周期包括熔化條件，在熔化條件中所述焊接信號加熱所述焊條的一端以在所述端形成熔化金屬，和傳送條件，在傳送條件中在所述熔化金屬接觸所述工件前所述熔化金屬從所述焊條的所述端分離；其中所述電源在所述焊接信號中提供一個脈沖，以至少部分根據(jù)在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量值來起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
31.在脈沖焊接系統(tǒng)中用于焊接工件的方法，所述方法包括在一連串的焊接周期中提供焊接信號給所述焊條，每個所述焊接周期包括熔化條件，在熔化條件中所述焊接信號加熱所述焊條的一端以在所述端形成熔化金屬，和傳送條件，在傳送條件中在所述熔化金屬接觸所述工件前所述熔化金屬從所述焊條的所述端分離；確定在每個所述焊接周期中施加在所述焊條上的能量；和提供脈沖以至少部分地根據(jù)在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量值來起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
32.根據(jù)權利要求31所述的方法，其特征在于當在所述焊接周期中施加在所述焊條的能量達到預定能量值時提供所述脈沖以起動每個所述焊接周期的所述傳送條件。
33.根據(jù)權利要求32所述的方法，其特征在于確定所述能量包括檢測在每個所述焊接周期中的焊接電壓和焊接電流以及積分在每個所述周期期間的所述焊接電壓和所述焊接電流的瞬時乘積。
34.根據(jù)權利要求32所述的方法，其特征在于提供所述焊接信號包括在所述熔化條件期間提供交流電流，和其中所述熔化條件包括正電弧部分，在正電弧部分中所述焊接電流從所述焊條流向所述工件，和負電弧部分，在負電弧部分中所述焊接電流從所述工件流向所述焊條。
35.根據(jù)權利要求34所述的方法，其特征在于在每個所述焊接周期中確定所述能量包括檢測每個所述焊接周期中的焊接電壓和焊接電流；積分在所述正電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第一常數(shù)的瞬時乘積；和積分在負電弧部分期間的所述焊接電壓、所述焊接電流和第二常數(shù)的瞬時乘積。
36.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于所述第二常數(shù)大約是所述第一常數(shù)的兩倍。
全文摘要
提供一種脈沖焊接的系統(tǒng)和方法，其中在一系列的脈沖焊接周期中提供焊接信號給焊條，確定在每個周期施加給該焊條的能量的數(shù)量并且至少部分地基于該周期中施加的能量提供脈沖以開始每個周期的傳送條件。
文檔編號B23K9/095GK1846922SQ20061006743
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月27日 優(yōu)先權日2005年4月11日
發(fā)明者埃利奧特·K.·斯塔瓦, 魯塞爾·K.·邁爾斯 申請人:林肯環(huán)球公司