采用旋轉(zhuǎn)電極的金屬芯焊接方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了采用金屬芯焊接電極并帶有電極（44）和電弧強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的方法和系統(tǒng)。電極（44）可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制組件（62）而運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)控制組件（62）包括位于焊炬（24）內(nèi)的電機(jī)（66）。電弧僅在金屬芯電極（44）的護(hù)套和工件（14）（或焊坑）之間建立，提供了獨(dú)特的傳送方式來(lái)強(qiáng)化沉積、行進(jìn)速度以及其它焊接和工藝特性。
【專利說(shuō)明】采用旋轉(zhuǎn)電極的金屬芯焊接方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及焊接技術(shù)，更具體涉及尤其在自動(dòng)化焊接應(yīng)用中采用金屬芯焊絲電極來(lái)提高性能的改進(jìn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)焊接操作來(lái)連接工件的多種技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展。這些技術(shù)包括多種多樣的工藝和材料，其中大部分現(xiàn)代工藝涉及可消耗電極或非消耗電極與工件之間產(chǎn)生的電弧。這些工藝通常被分組成這些類別，例如恒電流工藝、恒電壓工藝、脈沖工藝等等。然而，在這些工藝之間進(jìn)行進(jìn)一步劃分也是普遍的，對(duì)于消耗電極來(lái)添加填料金屬到焊縫中的工藝尤其如此。幾乎在所有此類工藝中，所選擇的工藝都與填料材質(zhì)及其形態(tài)密切相關(guān)，在某些工藝中只能唯一地采用特定類型的電極。例如，某些類型的金屬惰性氣體(MIG)保護(hù)焊工藝，其構(gòu)成了一個(gè)大組的一部分，有時(shí)被稱作氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)。
[0003]在GMAW焊接中，采用焊絲形式的電極被推進(jìn)焊池消耗，通過(guò)電極焊絲和工件之間的電弧的熱量而熔化。焊絲從繞絲筒連續(xù)地穿過(guò)焊槍進(jìn)行傳送，在焊槍處電荷被傳送給焊絲來(lái)產(chǎn)生電弧。用于此類工藝中的電極構(gòu)型通常被稱作實(shí)芯焊絲、藥芯焊絲，或者被稱作金屬芯焊絲。每種類型相對(duì)于其它類型都被認(rèn)為具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為了優(yōu)化它們的性能，需要對(duì)焊接工藝和焊接配置進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)節(jié)。例如，實(shí)芯焊絲雖然比其它類型的焊絲便宜，但通常需要與惰性保護(hù)氣體一起使用，而惰性保護(hù)氣體卻是相當(dāng)昂貴的。藥芯焊絲可以不需要單獨(dú)的保護(hù)氣體供給，但本身卻比實(shí)芯焊絲要更加昂貴。金屬芯焊絲需要保護(hù)氣體，但是這些氣體可以被調(diào)節(jié)為比實(shí)芯焊絲所需要的保護(hù)氣體便宜的混合物。雖然金屬芯焊絲相對(duì)于其它電極類型具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是它的采用并不像實(shí)芯焊絲那樣普遍。
[0004]所有上述三種電極類型都可以使用不同的傳送方式，傳送指的是從電極頂端將金屬移動(dòng)到前進(jìn)焊道的機(jī)械和機(jī)電現(xiàn)象。存在著多種此類傳送方式，例如短路傳送、球形傳送、噴射傳送以及脈沖噴射傳送。實(shí)踐中，傳送物理學(xué)可能表現(xiàn)為上述方式的混合，雖然通常選擇工藝和電極來(lái)維持特定的傳送方式，但在焊接期間實(shí)際的材料傳送可以在它們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0005]雖然早就認(rèn)識(shí)到，采用金屬芯焊絲電極相對(duì)于實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲電極在很多方面都具有優(yōu)勢(shì)，但是需要對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)來(lái)提高它們的性能和被采用度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)總結(jié)了新研發(fā)的設(shè)計(jì)成滿足此類需要的工藝和金屬芯焊絲電極的組合。所涉及的工藝依靠旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)電弧，有時(shí)被稱作“旋轉(zhuǎn)電弧”，通常通過(guò)移動(dòng)電極頂端和采用金屬芯焊絲電極。非常出乎預(yù)料的是，相信強(qiáng)制電弧運(yùn)動(dòng)和金屬芯焊絲的使用提供了非常巨大的改進(jìn)，基于以前已知的旋轉(zhuǎn)電弧技術(shù)或金屬芯焊絲焊接技術(shù)的使用，這些改進(jìn)是無(wú)法獲得或可預(yù)測(cè)到的。進(jìn)一步相信，由于強(qiáng)制電弧運(yùn)動(dòng)和金屬芯焊絲的協(xié)同作用，電弧特性、焊池特性以及滲透特性都是獨(dú)一無(wú)二的。通過(guò)調(diào)節(jié)下列因素例如工藝參數(shù)、金屬芯焊絲的尺寸和類型、運(yùn)動(dòng)的量、頻率和模式等等，可以得到進(jìn)一步的增強(qiáng)特性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]當(dāng)參照附圖閱讀下文的【具體實(shí)施方式】時(shí)，本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)都將變得更好理解，全部附圖中相同的標(biāo)記代表相同的部分，其中:
[0008]圖1是采用本技術(shù)某些方面的示例性焊接系統(tǒng)的圖示；
[0009]圖2是與圖1中的系統(tǒng)一起使用的金屬芯電極末端的具體視圖；
[0010]圖3是代表根據(jù)本技術(shù)某些方面的金屬芯電極運(yùn)動(dòng)的視圖；
[0011]圖4是金屬芯焊絲運(yùn)動(dòng)采用圓形模式的前進(jìn)焊道的圖示；
[0012]圖5是金屬芯焊絲采用橢圓形路徑的前進(jìn)焊道的近似示圖；
[0013]圖6是金屬芯焊絲采用不同取向的橢圓形路徑的前進(jìn)焊道的另一個(gè)示圖；
[0014]圖7是采用運(yùn)動(dòng)的金屬芯焊絲電極的前進(jìn)焊道的示例性電弧位置和傳送方式的示圖；以及
[0015]圖8是一起不出了金屬芯電極移動(dòng)和不例性強(qiáng)化傳送軌跡的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1示出了示例性焊接系統(tǒng)10，該系統(tǒng)采用金屬芯焊絲電極的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)10設(shè)計(jì)成產(chǎn)生焊縫12和工件14。焊縫可以是任意類型和以任意期望的方式取向，包括對(duì)接焊縫、搭接焊縫、斜焊縫、立式焊縫等等。該系統(tǒng)包括能量供給裝置16，能量供給裝置16通常連接到氣源18和電源20例如電網(wǎng)。其它電源當(dāng)然也可以采用，包括發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式電源堆等等。送絲機(jī)22連接到電源20并為焊槍24提供金屬芯焊絲。如下所具體描述，在焊道形成期間，金屬芯焊絲被強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)來(lái)引起金屬芯焊絲的護(hù)套與工件之間的電弧運(yùn)動(dòng)。
[0017]在示出的實(shí)施例中，能量供給裝置16包括功率轉(zhuǎn)換電路26，功率轉(zhuǎn)換電路26連接到控制電路28，控制電路28管理功率轉(zhuǎn)換電路的操作以產(chǎn)生適合于焊接操作的電能輸出。能量供給裝置可以按照多種工藝、焊接機(jī)制等進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)劃來(lái)產(chǎn)生輸出功率，其包括恒電流工藝、恒電壓工藝、脈沖工藝、短路傳送工藝等等。在目前所考慮的實(shí)施例中，控制電路28控制功率轉(zhuǎn)換電路26來(lái)產(chǎn)生脈沖焊接機(jī)制，該焊接機(jī)制幫助材料從金屬芯焊絲傳送到前進(jìn)焊道。然而，其它焊接機(jī)制當(dāng)然也可以應(yīng)用。操作者界面30允許焊接操作者既可以改變焊接工藝，也可以改變焊接設(shè)置。另外，在某些所考慮的實(shí)施例中，操作者界面可以允許選擇和/或修改與焊槍運(yùn)動(dòng)和金屬芯焊絲相關(guān)的某些參數(shù)。最后，能量供給裝置可以包括閥32，閥32用來(lái)調(diào)整來(lái)自氣源18的保護(hù)氣體的流量。
[0018]送絲機(jī)22通常包括控制電路，控制電路通常用標(biāo)記34示出，控制電路控制繞絲筒36的焊絲供給。繞絲筒36包含一定長(zhǎng)度的金屬芯焊絲，在焊接期間金屬芯焊絲被消耗。焊絲通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件38前進(jìn)，通常通過(guò)在控制電路34控制下的小型電機(jī)的使用來(lái)進(jìn)行。焊絲、氣體、控制和反饋數(shù)據(jù)可以通過(guò)焊接電纜40在送絲機(jī)22和焊槍44之間進(jìn)行交換。工件14通過(guò)電纜42也連接到能量供給裝置，從而形成連通電極44的電路回路，此時(shí)電弧在電極和工件之間被建立。如下更具體描述，從焊槍中推出的電極44被強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，例如以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式，如標(biāo)記46所示。
[0019]圖1所示的焊接系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成人工操作，雖然本技術(shù)中的大部分應(yīng)用是自動(dòng)化的。也就是說(shuō)，焊槍24固定到機(jī)器人，機(jī)器人按程序來(lái)定位焊炬相對(duì)于工件的期望位置。然后機(jī)器人可以執(zhí)行在電極和工件之間啟動(dòng)電弧，并沿著預(yù)定的路徑正確地導(dǎo)引焊槍和推進(jìn)焊槍和/或工件，此時(shí)焊道被建立來(lái)連接兩個(gè)部件。如下更具體描述，在此類自動(dòng)化應(yīng)用中，本技術(shù)能夠顯著提高行進(jìn)速度和改進(jìn)焊道特性。
[0020]本技術(shù)被具體設(shè)計(jì)來(lái)與圖2中示出類型的金屬芯焊絲配合使用。此類焊絲通常包括由金屬制成的護(hù)套46，護(hù)套46包裹住金屬內(nèi)芯50。各種已知的技術(shù)都可以用來(lái)生產(chǎn)此類金屬芯焊絲，此類技術(shù)不屬于本發(fā)明的范圍。金屬芯焊絲的特性可以根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行選擇，具體取決于所要連接部件的冶金學(xué)、所使用的保護(hù)氣體種類以及焊道的預(yù)期填充體積等等。在圖示的實(shí)施例中，金屬芯焊絲的某些幾何尺寸可以有助于增加電極運(yùn)動(dòng)的好處。例如，焊絲通常選擇具有理想的直徑52。該直徑包括護(hù)套的壁厚54和內(nèi)芯的直徑56。這些參數(shù)可以改變和優(yōu)化來(lái)增強(qiáng)焊絲的性能，并提供對(duì)下列特性的改進(jìn)，如電弧建立、電弧維持、材料傳送、形成焊道的冶金學(xué)以及焊道的滲透等等。使用在本技術(shù)中的合適的焊絲的例子包括選自Hobart Brothers公司標(biāo)識(shí)為“Matrix”的優(yōu)質(zhì)金屬芯焊絲(Premium MetalCore Wire)。
[0021]圖3示出了通常應(yīng)用中焊絲的運(yùn)動(dòng)方式。如圖3所示，接縫58形成于工件之間，從此處伸出的帶有電極44的焊槍被定位在意向接縫的附近。隨后電弧在電極和下方將要連接的金屬之間建立。電極從接觸件60中伸出，接觸元件60能夠運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)電極和已建立的電弧運(yùn)動(dòng)。為使接觸件運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制組件62被設(shè)置在焊槍中。雖然可以采用大量的技術(shù)用于推動(dòng)此類運(yùn)動(dòng)，但在目前預(yù)期的設(shè)置中，通過(guò)電機(jī)66帶動(dòng)凸輪64進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)系統(tǒng)的控制電路對(duì)電機(jī)66自身進(jìn)行控制和供電。因此接觸件和電極被推動(dòng)以預(yù)定的模式和預(yù)定的頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所述模式和頻率由運(yùn)動(dòng)控制組件62的幾何尺寸和控制來(lái)決定。如圖3所示，接觸件的頂端和電極可以從接觸件的中心線運(yùn)動(dòng)預(yù)定的距離或偏心距68。如下所述，各種模式都可以用于此類運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中電極44前進(jìn)以形成預(yù)期的焊道。而且，整個(gè)組件以期望的行進(jìn)速度運(yùn)動(dòng)，如標(biāo)記70所示。如下所述，電極運(yùn)動(dòng)與金屬芯焊絲的組合可以顯著地提高所得到的焊道質(zhì)量，并且與通過(guò)單一電極運(yùn)動(dòng)或單一使用金屬芯焊絲所能獲得的行進(jìn)速度相比，該組合允許更高的行進(jìn)速度。
[0022]圖4示出了示例性的前進(jìn)焊道72，連同電極44的特定運(yùn)動(dòng)模式一起示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，焊道跟隨著焊池或焊坑74前進(jìn)，焊池或焊坑74由熔化的金屬組成，熔化的金屬來(lái)源于加熱電極和工件母材的周?chē)饘佟D4中的電極以大體上圓形模式運(yùn)動(dòng)，如標(biāo)記76所示。目前可以預(yù)期的是，此類運(yùn)動(dòng)與焊槍的行進(jìn)速度協(xié)調(diào)一致，以使電極充分地靠近焊坑74和工件的周邊區(qū)域，從而維持電弧并使電弧在這些區(qū)域之間運(yùn)動(dòng)，并維持焊坑同時(shí)加熱電極和周?chē)饘?。如下所述，也可以預(yù)期的是，其它協(xié)調(diào)因素也可以運(yùn)用，例如送絲速度、電極運(yùn)動(dòng)的速率或頻率以及焊接工藝的脈沖頻率(例如用來(lái)形成電弧的電流和電壓)等等。也就是說(shuō)，預(yù)期的焊接工藝可以“開(kāi)環(huán)”執(zhí)行，不需要電極運(yùn)動(dòng)和其它焊接參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，或者可以“閉環(huán)”執(zhí)行，電極運(yùn)動(dòng)需要和一個(gè)或多個(gè)工藝變量協(xié)調(diào)化和/或同步化。
[0023]圖5示出了電極運(yùn)動(dòng)的另一種可能模式，此種情況下是以大體上橢圓形的模式78。此種情況下的橢圓具有沿著焊縫和焊炬行進(jìn)方向的長(zhǎng)軸80和垂直于所述行進(jìn)方向的短軸82。另外，圖6示出了又一種可能模式，命名為橫向橢圓形模式84，其中橢圓形運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)軸80垂直于焊縫和焊炬的行進(jìn)方向。然而，應(yīng)該注意的是，任何期望的模式都可以采用，此外，運(yùn)動(dòng)控制組件可以被調(diào)整來(lái)適應(yīng)執(zhí)行這些模式。例如Z字形模式、“8”字形模式以及橫交往復(fù)線形等模式都可以采用并根據(jù)具體的焊接情況進(jìn)行優(yōu)選。
[0024]圖7示出了示例性的沉積和滲透方案，當(dāng)使用被強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的金屬芯焊絲時(shí)，相信該方案是可行的。也就是說(shuō)，電極44在待連接的工件86和88之間運(yùn)動(dòng)。形成的焊道90滲透到工件中，并且隨著焊道的推進(jìn)形成大體上平整的表面。在圖7中，標(biāo)記94指的是焊絲的護(hù)套48朝向工件86的最大路徑，而標(biāo)記94代表護(hù)套48距離工件88的最大路徑。
[0025]相信在金屬芯焊絲和工件和/或前進(jìn)的焊坑之間建立的電弧僅存在于護(hù)套48和這些元件之間。因此，獨(dú)特的傳送位置被建立，如標(biāo)記98所示?？梢杂^察到，所形成的焊縫比通過(guò)采用實(shí)芯焊絲電極的電極運(yùn)動(dòng)所建立的類似焊縫要更加平整。另外相信的是，對(duì)母材的滲透得到了增強(qiáng)，如標(biāo)記100所示。
[0026]通過(guò)利用金屬芯焊絲的受控的、模式化的運(yùn)動(dòng)，相信能夠獲得很多好處。例如，隨著行進(jìn)速度的實(shí)質(zhì)性增加，獲得更高的沉積率是可能的，比采用兩者之一的任何單一技術(shù)能夠獲得的沉積率大約高出50-100%。而且，用更少的攻擊電弧能夠獲得更好的間隙橋接。焊縫也表現(xiàn)出更好的浸潤(rùn)、更低的飛濺以及更少的咬邊。如上所述，相比于使用實(shí)芯焊絲的旋轉(zhuǎn)電弧技術(shù)的情況下，焊道也表現(xiàn)為更加平整和更少的鼓包。
[0027]在本技術(shù)中可以變化的參數(shù)可以包括因素，例如電極的運(yùn)動(dòng)速率和電極圍繞標(biāo)準(zhǔn)或中心位置的運(yùn)動(dòng)范圍。尤其是，雖然本發(fā)明中圓形模式被采用，但本發(fā)明并不一定局限于圓形模式，相信為了獲得更加平整的焊道和更高的沉積速率，旋轉(zhuǎn)頻率可以高于50Hz，并且可以擴(kuò)大到100-150HZ，甚至更高都是可行的。另外，目前預(yù)期的旋轉(zhuǎn)直徑大約為1.5mm，但是更大的直徑，例如大約2.5mm也是可行的。而且，使金屬芯電極的運(yùn)動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))與脈沖波形、送絲速度等進(jìn)行協(xié)調(diào)和同步是可行的。提供與氣體流量同步化或協(xié)調(diào)化的電極運(yùn)動(dòng)也是可行的。上述各種參數(shù)可以有助于在母材中的滲透、電極材料的沉積、電弧的維持以及其它焊接參數(shù)。
[0028]還可以相信的是，可能由于施加在產(chǎn)生于電極頂端的熔球或噴射物上的機(jī)械力(例如離心力)，焊坑可以更好地隨著金屬芯電極的運(yùn)動(dòng)一起運(yùn)動(dòng)。因此該工藝能夠比以前的工藝?yán)鋮s得更快。對(duì)于某些類型的工件和工件冶金學(xué)，尤其是電鍍的工件，還可以提高額外的好處。進(jìn)一步，該工藝可以允許使用廉價(jià)的保護(hù)氣體，例如C02，而不是使用當(dāng)前與此類焊接電極一起使用的氬氣混合氣。
[0029]圖8示出了關(guān)于金屬芯焊接電極的運(yùn)動(dòng)和來(lái)自電極頂端的材料的強(qiáng)制傳送的示例性時(shí)序圖。在圖8中，軌跡102示出了電極頂端隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)，而軌跡104示出了強(qiáng)制傳送。在圓形運(yùn)動(dòng)模式下，從前進(jìn)的焊道、焊坑或接縫的任意具體位置中的任意具體點(diǎn)來(lái)看，都將大體上呈正弦運(yùn)動(dòng)。在此運(yùn)動(dòng)中的點(diǎn)106處，電極的護(hù)套非常接近于工件母材的邊緣。焊接工藝可以進(jìn)行調(diào)整，例如通過(guò)控制脈沖焊接機(jī)制，來(lái)強(qiáng)化或增強(qiáng)這些位置處電極材料的傳送，大體上如標(biāo)記108所示。這些時(shí)間段通常會(huì)周期性發(fā)生，如時(shí)間線110所示。這些控制機(jī)制還有很多其它控制機(jī)制都可以被預(yù)料。如上所述的協(xié)調(diào)傳送方式與金屬芯焊接電極的運(yùn)動(dòng)，尤其當(dāng)利用僅僅通過(guò)電極的護(hù)套來(lái)建立的電弧。
[0030]前述技術(shù)已經(jīng)在焊炬上進(jìn)行了測(cè)試，該焊炬包括伺服電機(jī)和凸輪，伺服電機(jī)和凸輪用來(lái)使接觸嘴在大約50Hz下以2.0mm的振幅進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。使用長(zhǎng)度為45mm的標(biāo)準(zhǔn)接觸嘴。直徑為0.045英寸的金屬芯焊接電極被采用，電極類型為ER70S-6實(shí)芯焊絲。90-10C02混合保護(hù)氣被采用。采用基于自動(dòng)接口(Auto Access)能量供給裝置的脈沖焊接機(jī)制，該能量供給裝置運(yùn)行Accu-Pulse工藝,該能量供給裝置可以從威斯康辛州(Wisconsin)的MillerElectric Mfg.0f Appleton公司購(gòu)得。基線測(cè)試以每分鐘39英寸的速度進(jìn)行,該優(yōu)化的速度能夠在12規(guī)格(gauge)的材料上得到高質(zhì)量的角焊縫。基于這些設(shè)置，行進(jìn)速度被增加到每分鐘59英寸，大約高于基線50%。測(cè)試條件不斷變化試圖來(lái)優(yōu)化焊接效果。限制性的因素顯現(xiàn)為存在咬邊。無(wú)論焊接參數(shù)如何變化，高度錯(cuò)亂的焊道和咬邊仍然存在。
[0031 ] 在第二項(xiàng)測(cè)試中，相同的焊絲和氣體與相同的焊接能量供給裝置和焊接工藝一起被采用。然而在該測(cè)試中電極運(yùn)動(dòng)被采用，如上所述。第二項(xiàng)測(cè)試的行進(jìn)速度被設(shè)置在每分鐘59英寸。測(cè)試條件不斷變化試圖來(lái)優(yōu)化焊接效果。密集的驅(qū)動(dòng)電弧表現(xiàn)為深挖入基體金屬中并形成了成穴作用。電極運(yùn)動(dòng)工藝降低了咬邊的數(shù)量并且使焊縫表面顯著地平整化。然而，焊坑沒(méi)有推出到焊趾，最終仍然留下一些咬邊。
[0032]在第三項(xiàng)測(cè)試中，采用直徑為0.045英寸的E70C-6M Vantage和Matrix金屬芯焊絲(可以從Hobart Brothers公司購(gòu)得)。焊接混合保護(hù)氣、能量供給裝置和焊接工藝都與前面的測(cè)試相同。在這項(xiàng)使用金屬芯焊絲的測(cè)試中，電極運(yùn)動(dòng)也采用每分鐘59英寸的行進(jìn)速度設(shè)置。測(cè)試條件不斷變化試圖來(lái)優(yōu)化焊接效果。由金屬芯焊絲產(chǎn)生的電弧明顯比使用實(shí)芯焊絲的情況下要柔和。成穴作用的降低使得焊坑更好地填入焊趾中，在每分鐘59英寸的速度下幾乎消除了所有的咬邊。焊腿的大小與材料厚度(0.125英寸)相等。雖然相信需要正確的材料焊接尺寸，但是自動(dòng)化工業(yè)會(huì)過(guò)焊此類材料，從而來(lái)彌補(bǔ)在部件裝配中的誤差并便于可視化檢測(cè)。
[0033]在第四項(xiàng)測(cè)試中，采用同樣的金屬芯焊絲，但直徑為0.052。采用相同的混合保護(hù)氣、能量供給裝置和焊接工藝，同時(shí)也采用電極運(yùn)動(dòng)。測(cè)試也以每分鐘59英寸的行進(jìn)速度進(jìn)行。同樣地，測(cè)試條件也是不斷變化試圖獲得優(yōu)化的焊接效果。由金屬芯焊絲產(chǎn)生的電弧明顯要比采用實(shí)芯焊絲情況下要柔和。成穴的減少使得焊坑更好地填在焊趾處，在每分鐘59英寸的行進(jìn)速度下幾乎消除了所有的咬邊。焊腿尺寸被改善成具有更大的焊道寬度。在此項(xiàng)測(cè)試中，通過(guò)移動(dòng)焊絲上下高出接縫大約1.2mm的方式來(lái)測(cè)試工藝的穩(wěn)健性。焊縫也以1.2mm的縫隙進(jìn)行測(cè)試。焊接結(jié)果表明，該工藝即使在每分鐘59英寸的行進(jìn)速度下都具有非常穩(wěn)健的窗口。
[0034]另一項(xiàng)測(cè)試也被進(jìn)行，采用與前面測(cè)試中相同的金屬芯焊絲、混合保護(hù)氣、能量供給裝置和焊接工藝。在此項(xiàng)測(cè)試中，采用更高的行進(jìn)速度，以每分鐘80英寸的行進(jìn)速度使用在水平疊層接縫上。為了優(yōu)化焊接效果測(cè)試條件不斷變化。由金屬芯焊絲產(chǎn)生的電弧明顯比實(shí)芯焊絲的要柔和?？p隙從O變化到1.2mm并返回來(lái)測(cè)試此工藝的穩(wěn)健性。焊接結(jié)果表明，即使以每分鐘80英寸的行進(jìn)速度，此工藝也具有非常穩(wěn)健的窗口。在所有金屬芯電極測(cè)試中的飛濺物數(shù)量都顯著少于應(yīng)用在類似接縫上采用傳統(tǒng)實(shí)芯焊絲所看到的飛濺物數(shù)量。
[0035]當(dāng)然本文中僅圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很多改進(jìn)和變形都可以做。因此，應(yīng)該理解的是，所附的權(quán)利要求書(shū)試圖覆蓋所有落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神之內(nèi)的此類改進(jìn)和變形。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接方法，包括: 在金屬芯焊接電極和工件之間建立電弧，所述金屬芯焊接電極包括護(hù)套和內(nèi)芯； 從焊炬中送出所述電極，同時(shí)通過(guò)位于焊炬內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制組件使所述電極以期望的模式循環(huán)地運(yùn)動(dòng)，使電弧僅維持在所述護(hù)套和工件之間；以及前進(jìn)所述焊炬或工件來(lái)建立焊道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中采用脈沖焊接工藝來(lái)建立和維持所述電弧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述脈沖焊接工藝的至少一個(gè)參數(shù)控制成與所述電極的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極以大體上圓形模式運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極以大體上橢圓形模式運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述橢圓形模式具有大體上沿著所述焊炬行進(jìn)方向的長(zhǎng)軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述橢圓形模式具有大體上垂直于所述焊炬行進(jìn)方向的長(zhǎng)軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊炬或工件以至少每分鐘59英寸的速率推進(jìn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述焊炬或工件以至少每分鐘80英寸的速率推進(jìn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極以至少60Hz的頻率運(yùn)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電極以至少I(mǎi)OOHz的頻率運(yùn)動(dòng)。
12.—種焊接系統(tǒng)，包括: 能量供給裝置，構(gòu)造成產(chǎn)生適合于焊接的能量； 送絲機(jī)，連接到所述能量供給裝置并構(gòu)造成供給金屬芯焊接電極，所述金屬芯焊接電極包括護(hù)套和內(nèi)芯； 焊炬，連接到所述送絲機(jī)并構(gòu)造成利用來(lái)自所述能量供給裝置的能量在所述電極和工件之間建立焊接電弧，同時(shí)通過(guò)位于所述焊炬內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制組件使所述電極以期望的方式循環(huán)地運(yùn)動(dòng)，使電弧僅維持在所述護(hù)套和工件之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述能量供給裝置構(gòu)造成執(zhí)行脈沖焊接工藝來(lái)產(chǎn)生用于所述電弧的脈沖能量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述能量供給裝置和/或焊炬構(gòu)造成使所述電極的循環(huán)運(yùn)動(dòng)與所述脈沖焊接工藝的脈沖協(xié)調(diào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)控制組件構(gòu)造成使所述電極以大體上圓形模式運(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)控制組件構(gòu)造成使所述電極以大體上橢圓形模式運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述橢圓形模式具有大體上沿著所述焊炬行進(jìn)方向的長(zhǎng)軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述橢圓形模式具有大體上垂直于焊炬行進(jìn)方向的長(zhǎng)軸。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)控制組件構(gòu)造成使所述電極以至少50Hz的頻率運(yùn)動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)控制組件構(gòu)造成使所述電極以50Hz和150Hz之間的頻率運(yùn)動(dòng)。`
【文檔編號(hào)】B23K9/073GK103732343SQ201280038979
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】凱文·帕加諾, 凱文·薩默 申請(qǐng)人:伊利諾斯工具制品有限公司