具有兩個(gè)波形發(fā)生器的混合式脈沖-短路焊接系統(tǒng)和方法
【專利摘要】通過產(chǎn)生兩個(gè)不同的電流波形，然后比較用于控制間隔的波形值以選擇哪一個(gè)波形來提供較大的電流來產(chǎn)生焊接功率。兩個(gè)波形用于不同的過渡模式，比如一個(gè)用于脈沖電弧部分，并且另一個(gè)用于短路過渡模式或者用于短路清除。波形可以由狀態(tài)機(jī)的設(shè)置來編程。在比較中的相對(duì)優(yōu)先級(jí)或平衡可以受用戶輸入的影響。所得混合式工藝具有噴射過渡和短路過渡模式兩個(gè)方面。
【專利說明】具有兩個(gè)波形發(fā)生器的混合式脈沖-短路焊接系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是2011年11月9日申請(qǐng)的名稱為“混合式脈沖_短路焊接方式(HybridPulsed-Short Circuit Welding Regime) ”，申請(qǐng)?zhí)枮?1/557，817的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的非臨時(shí)專利申請(qǐng)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明一般涉及焊機(jī)，并且更具體地涉及被配置為執(zhí)行焊接操作的焊機(jī)，在焊接操作中，當(dāng)焊絲從焊槍被推進(jìn)時(shí)，將脈沖波形施加到焊絲上。
[0004]大范圍的焊接系統(tǒng)和焊接控制方式已被實(shí)施用于各種用途。在連續(xù)焊接操作中，金屬惰性氣體(MIG)技術(shù)通過從焊槍饋送由惰性氣體防護(hù)的焊絲而允許連續(xù)焊縫的形成。將電功率施加到焊絲，并且通過工件來閉合電路以維持使焊絲和工件熔化的電弧來形成所需的焊接。
[0005]高級(jí)形式的MIG焊接是基于焊接電源中的脈沖功率的產(chǎn)生。也就是，可以實(shí)行各種脈沖方式，在這些脈沖方式中，電流和/或電壓脈沖由電源控制電路控制以調(diào)整來自焊絲的金屬液滴的形成和沉積，以維持焊池所需的熱冷分布，控制焊絲和焊池之間的短路等。
[0006]這些脈沖方式雖然在許多應(yīng)用中非常有效，但也可能存在缺點(diǎn)。例如，依賴于過渡模式，工藝可能限制移動(dòng)速度，產(chǎn)生過多的飛濺(要求已焊接工件的及時(shí)清理)，達(dá)不到最佳滲透，或者這些和其他效果的任意組合。此外，某些脈沖工藝，如在材料傳輸?shù)膰娚淠Ｊ较碌牟僮鞴に嚕赡苡捎谔囟ǖ膽?yīng)用而運(yùn)行過熱。其他方面，如短路工藝，可能運(yùn)行溫度較低，但是可能又產(chǎn)生飛濺和其他不需要的焊接效果。
[0007]因此，在提高焊接質(zhì)量和靈活性的同時(shí)，有必要允許在脈沖波形方式中的焊接中采用改進(jìn)的焊接策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了被設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)這些需求的焊接系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施例，焊接系統(tǒng)包括第一波形發(fā)生器和第二波形發(fā)生器，其中第一波形發(fā)生器被配置為產(chǎn)生用于第一過渡模式的焊接電流的第一波形，第二波形發(fā)生器被配置為產(chǎn)生用于第二過渡模式的焊接電流的第二波形。比較元件被配置為比較第一波形和第二波形的值，并且處理電路被配置為提供基于比較的控制波形。電源轉(zhuǎn)換電路提供基于控制波形的焊接功率輸出。
[0009]根據(jù)另一方面，焊接系統(tǒng)包括第一波形發(fā)生器和第二波形發(fā)生器，第一波形發(fā)生器被配置為產(chǎn)生用于焊接電流的脈沖電弧波形，第二波形發(fā)生器被配置為產(chǎn)生焊接電流的短路清除(short-clearing)波形。比較元件比較脈沖電弧波形和短路清除波形的值，并且處理電路提供基于比較的控制波形。電源轉(zhuǎn)換電路隨后提供基于控制波形的焊接電源輸出。
[0010]本發(fā)明還提供用于焊接的方法，例如，根據(jù)一個(gè)方面，包括產(chǎn)生用于第一過渡模式的焊接電流的第一波形，以及產(chǎn)生用于第二過渡模式的焊接電流的第二波形。比較用于控制間隔(intervals)的第一波形值和第二波形值，并且基于比較產(chǎn)生控制波形。輸入功率(incoming power)隨后轉(zhuǎn)換成基于控制波形的焊接功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示例性MIG焊接系統(tǒng)的代表圖，其示出了根據(jù)本技術(shù)各方面的耦合到送絲機(jī)以執(zhí)行脈沖焊接操作的電源。
[0012]圖2是用于圖1所示類型焊接電源的示例性控制電路元件的代表圖。
[0013]圖3是示出了在組合或混合式脈沖焊接工藝中的示例性步驟的流程圖。
[0014]圖4是示出了一組根據(jù)混合式脈沖焊接工藝產(chǎn)生的并應(yīng)用于焊接的波形的電壓和電流曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，并首先參照?qǐng)D1，示例性焊接系統(tǒng)被示出為包括通過導(dǎo)線或?qū)Ч?4相互耦合的電源10和送絲機(jī)12。在示出的實(shí)施例中，電源10與送絲機(jī)12是分開的，這樣以使得送絲機(jī)可以被定位在離焊接位置附近的電源有一段距離處。然而，應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施例中，送絲機(jī)和電源可以是整體式的。在這樣的情況下，導(dǎo)管14將內(nèi)置于系統(tǒng)。在送絲機(jī)與電源分開的實(shí)施例中，終端通常被設(shè)置在電源和送絲機(jī)上以允許導(dǎo)線或?qū)Ч荞詈系较到y(tǒng)進(jìn)而允許功率和氣體從電源被提供給送絲機(jī)，并且允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行交換。
[0016]系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為給焊槍16提供焊絲、功率和保護(hù)氣體。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的是，焊槍可以是多種不同的類型，并且通常允許將焊絲和氣體饋送到鄰近工件18的位置，在此位置形成焊接點(diǎn)以連接兩個(gè)或多個(gè)金屬件。第二導(dǎo)線通常延伸到焊接工件以便閉合電源和工件之間的電路。
[0017]系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為允許由操作者來選擇數(shù)據(jù)的設(shè)置，具體地是通過設(shè)置在電源上的操作者接口 20。操作者接口通常將被并入電源的前面板，并且可以允許例如焊接工藝、將要使用的焊絲類型、電壓和電流設(shè)置等的設(shè)置選擇。具體地，系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為允許MIG焊接采用各種鋼、鋁或其他被引導(dǎo)通過焊槍的焊絲。這些焊接設(shè)置被輸送到電源內(nèi)的控制電路22。
[0018]控制電路(下面將更詳細(xì)地描述)操作以控制被施加到焊絲以進(jìn)行所需焊接操作的焊接功率輸出的產(chǎn)生。在某些目前預(yù)期的實(shí)施例中，例如，控制電路適用于調(diào)節(jié)脈沖MIG焊接方式，脈沖MIG焊接方式可以具有熔融金屬?gòu)暮附z到進(jìn)行中的焊接的熔融焊池的短路過渡和噴射過渡的方面。正如下面更充分描述的那樣，這些過渡模式可以通過更改用于在焊絲和焊池，工件或所有這些之間形成的電弧的電流和電壓脈沖的操作參數(shù)來控制。而且，公開的脈沖焊接技術(shù)可以是“混合式”技術(shù)，其具有短路方式和噴射方式的特性。在“短路”模式下，熔融材料的液滴在焊接電弧的加熱影響下形成在焊絲上，并且這些液滴通過焊絲和液滴及焊池之間的短路或接觸被周期性地輸送到焊池。在“噴射”模式下，熔融材料從金屬絲端頭朝著焊池以噴射狀的方式被周期性地分撒?！懊}沖焊接”或“脈沖MIG焊接”是指在其中產(chǎn)生脈沖功率波形以便控制進(jìn)入正在進(jìn)行的焊池的金屬液滴的沉積的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，可以實(shí)施專門的脈沖焊接方式，該方式中，在“混合式”類型的過渡模式下產(chǎn)生具有短路焊接和噴射焊接兩種特性的脈沖。[0019]控制電路由此耦合到電源轉(zhuǎn)換電路24。該電源轉(zhuǎn)換電路適于產(chǎn)生輸出功率，如最終被施加到在焊槍處焊絲的脈沖波形。各種電源轉(zhuǎn)換電路都可以被應(yīng)用，包括斬波器，升壓電路，降壓電路，逆變器，轉(zhuǎn)換器等。這些電路的配置可以是本領(lǐng)域公知的類型和本領(lǐng)域內(nèi)的類型。電源轉(zhuǎn)換電路24如箭頭26所示耦合到電源。應(yīng)用到電源轉(zhuǎn)換電路24的電力可以源于電網(wǎng)，但也可以使用其他電源，如由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、電池、燃料電池或其他可選源產(chǎn)生的電力。最終，圖1所示的電源包括接口電路28，接口電路28被設(shè)計(jì)用于允許控制電路22與送絲機(jī)12交換信號(hào)。
[0020]送絲機(jī)12包括稱合到接口電路28的額外(complimentary)接口電路30。在一些實(shí)施例中，多引腳接口可以設(shè)置在元件和在接口電路間延伸的多導(dǎo)線電纜上以允許如焊絲饋送速度，工藝，選定的電流，電壓或功率電平等這樣的信息被設(shè)置在電源10或送絲機(jī)12上，或電源10和送絲機(jī)12兩者上。
[0021 ] 送絲機(jī)12還包括耦合到接口電路30的控制電路32。正如下面將更充分描述的那樣，控制電路32允許焊絲饋送速度根據(jù)操作者的選擇可以被控制，并且允許這些設(shè)置通過接口電路反饋給電源。控制電路32耦合到送絲機(jī)上的操作者接口 34，操作者接口 34允許選擇一個(gè)或多個(gè)焊接參數(shù)，尤其是焊絲饋送速度。操作者接口還允許選擇如工藝，使用的焊絲類型，電流，電壓或功率設(shè)置等這樣的焊接參數(shù)?？刂齐娐?2還耦合到調(diào)節(jié)到焊槍的保護(hù)氣體流的氣體控制閥36。一般來說，這些氣體是在焊接的時(shí)候提供并且焊接前立即打開且隨著焊接持續(xù)一段短時(shí)間。施加到氣體控制閥36的氣體通常以在加壓瓶中的形式被提供，如附圖標(biāo)記38所示。
[0022]送絲機(jī)12包括在控制電路36的控制下向焊槍并由此向焊接應(yīng)用饋送焊絲的元件。例如，焊絲40的一個(gè)或多個(gè)線軸被安置在送絲機(jī)中。焊絲42從線軸上退繞并且逐漸被饋送到焊槍。線軸可以與離合器44相關(guān)聯(lián)，當(dāng)焊絲將被饋送到焊槍時(shí)離合器松開線軸。離合器也可以被調(diào)節(jié)以保持最小的摩擦力水平從而避免線軸的自由旋轉(zhuǎn)。饋送電機(jī)46被設(shè)置為與饋送輥48接合以將焊絲從送絲機(jī)向焊槍推送。實(shí)際上，其中一個(gè)輥48機(jī)械耦合到電機(jī)并且被電機(jī)旋轉(zhuǎn)以從送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)焊絲，同時(shí)匹配輥向焊絲偏置以保持兩個(gè)輥和焊絲之間的良好接觸。一些系統(tǒng)可以包括多個(gè)這種類型的輥。最后，轉(zhuǎn)速計(jì)50可以被提供用于檢測(cè)電機(jī)46、輥48或任何其他相關(guān)聯(lián)元件的轉(zhuǎn)速以便提供實(shí)際的焊絲饋送速度的指示。來自轉(zhuǎn)速計(jì)的信號(hào)被反饋給控制電路36，例如用于如下描述的校準(zhǔn)。
[0023]應(yīng)該注意到的是，也可以實(shí)施其他的系統(tǒng)布置和輸入方案。例如，焊絲可以從大容量存儲(chǔ)容器(例如圓筒)或送絲機(jī)外部的一個(gè)或多個(gè)線軸被饋送。類似地，焊絲可以從“線軸槍(spool gun) ”被饋送,在線軸槍中線軸被安裝在焊槍上或其附近。如本文所述,焊絲饋送速度設(shè)置可以通過在送絲機(jī)上的操作者輸入34或電源的操作者接口 20或其兩者被輸入。在焊槍上具有焊絲饋送速度調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)中，這也可以是用于設(shè)置的輸入。
[0024]來自電源的功率以常規(guī)的方式通常通過焊接電纜52被施加到焊絲。類似地，保護(hù)氣體被進(jìn)給通過送絲機(jī)和焊接電纜。在焊接操作期間，焊絲穿過焊接電纜護(hù)套向著焊槍16被推進(jìn)。在焊槍內(nèi)，額外的牽引電機(jī)54可以設(shè)置有相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)輥，尤其是用于鋁合金焊絲。電機(jī)54被調(diào)節(jié)用以提供所需的焊絲饋送速度(如下將更充分描述)。焊槍上的觸發(fā)開關(guān)56提供反饋到送絲機(jī)并由此反饋到電源的信號(hào)以使操作者能夠啟動(dòng)和停止焊接工藝。也就是，一旦按下觸發(fā)開關(guān)，氣體流就開始，焊絲被推進(jìn)，功率被施加到焊接電纜52并且通過焊槍被施加到正在被推進(jìn)的焊絲。這些過程在下面更詳細(xì)的細(xì)節(jié)中還將被描述。最后，工件電纜和夾具58允許從電源通過焊槍，電極(焊絲)和工件來閉合電路以在操作期間保持焊弧。
[0025]在本描述的所有方面中應(yīng)該注意到，雖然焊絲饋送速度可以由操作者“設(shè)置”，但由控制電路控制的實(shí)際速度一般由于多種原因而將在焊接期間變化。例如，用于“準(zhǔn)備期(run in)”(用于引弧的焊絲的初始饋送)的自動(dòng)算法可以使用從設(shè)置速度導(dǎo)出的速度。類似地，各種焊絲饋送速度的緩變(ramped)增加或減小在焊接期間可以被控制。其他的焊接工藝可以要求“磨頂槽(catering)”階段，在該階段，焊絲饋送速度被改變以填補(bǔ)焊接后的缺失(depressions)。更進(jìn)一步,在脈沖焊接方式中,焊絲饋送速度可以周期性地或循環(huán)地改變。
[0026]圖2示出了用于控制電路22的示例性實(shí)施例，控制電路22被設(shè)計(jì)為在圖1所示類型的系統(tǒng)中發(fā)揮作用。整體電路，這里以附圖標(biāo)記60標(biāo)示，包括上述的操作者接口 20和接口電路28，接口電路28用于從如送絲機(jī)、焊槍和各種傳感器和/或致動(dòng)器這樣的下游元件傳送參數(shù)并向這些元件傳送參數(shù)。電路包括處理電路62,處理電路62本身可以包括一個(gè)或多個(gè)專門應(yīng)用或一般用途的處理器，其被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行焊接方式，進(jìn)行焊接方式中實(shí)施的波形的計(jì)算等。處理電路與驅(qū)動(dòng)電路64相關(guān)聯(lián)，驅(qū)動(dòng)電路64將來自處理電路的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸挥脕斫o電源轉(zhuǎn)換電路24的電開關(guān)供電的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。一般來說，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)來自處理電路的這些控制信號(hào)做出反應(yīng)以允許電源轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生在用于本公開中所描述類型的脈沖焊接方式的控制波形。處理電路62也和記憶電路66相關(guān)聯(lián)，記憶電路66也可以包括(例如用于提供實(shí)施的焊接方式，存儲(chǔ)焊接參數(shù)，存儲(chǔ)焊接設(shè)置，存儲(chǔ)錯(cuò)誤日志等的)永久和臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種或多種類型。
[0027]如上所述，本脈沖焊接技術(shù)允許實(shí)施短路過渡模式和噴射過渡模式兩方面的“混合式”方法，并且可以被調(diào)節(jié)或平衡以提供所期望的焊接特性。如圖2所示的實(shí)施例中，方案是由兩個(gè)單獨(dú)的波形發(fā)生器執(zhí)行的，也就是電弧部分波形發(fā)生器68和短路部分波形發(fā)生器70。每一個(gè)波形發(fā)生器循環(huán)地產(chǎn)生電流，如果產(chǎn)生的特定波形將被處理用于控制驅(qū)動(dòng)電路64的話，該電流將被施加到焊槍。然而，這兩種波形實(shí)際上被比較和處理，以使得用于焊接的所得波形是由每一個(gè)發(fā)生器產(chǎn)生的波形的組合。相應(yīng)地，比較電路72被示出為從兩個(gè)波形發(fā)生器接收輸入并且產(chǎn)生比較輸出，該比較輸出被處理以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)。雖然在圖2中是分開示出的，應(yīng)該理解的是電弧部分波形發(fā)生器、短路部分波形發(fā)生器和比較電路可以至少部分地被定義為處理電路62執(zhí)行的代碼，如存儲(chǔ)在記憶電路66中的代碼。在其他的實(shí)施例中，這些元件的一個(gè)或多個(gè)可以包括固件或硬件，至少是部分包括。由兩個(gè)波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形是對(duì)輸入做出反應(yīng)的狀態(tài)機(jī)的結(jié)果。這些輸入可以包括焊接設(shè)置，預(yù)編程邏輯和從傳感器74在焊接過程期間接收的輸入。在例如2001年9月19日授權(quán)給霍夫爾森(Holverson)等人的標(biāo)題為“具有基于狀態(tài)的控制器的焊接類型電源(Welding-Type Power Supply With A State-Based Controller) ”，專利號(hào)為 6，747, 247 的美國(guó)專利；2004年5月7日授權(quán)給霍夫爾森(Holverson)等人的標(biāo)題為“具有基于狀態(tài)的控制器的焊接類型電源(Welding-Type Power Supplyffith A State-Based Controller) ”,專利號(hào)為7，002, 103的美國(guó)專利；2006年2月3日授權(quán)給霍夫爾森(Holverson)等人的標(biāo)題為“具有基于狀態(tài)的控制器的焊接類型電源(Welding-Type Power Supply With A State-BasedController) ”，專利號(hào)為7，307，240的美國(guó)專利;以及2001年I月19日授權(quán)給Davidson等人的標(biāo)題為“具有元件間多級(jí)消息和網(wǎng)絡(luò)的焊接類型系統(tǒng)(Welding-Type System WithNetwork And Multiple Level Messaging Between Components)，，，專利號(hào)為 6，670, 579 的美國(guó)專利中具有用于焊接的狀態(tài)機(jī)的更完整的描述，上述專利均通過引用并入本公開。
[0028]圖3大體上示出了執(zhí)行所公開類型的焊接操作中的示例性步驟。工藝，大致以附圖標(biāo)記76標(biāo)示，由如附圖標(biāo)記78所示的焊接設(shè)置的配置開始。該配置可以包括，例如與其他可以預(yù)編程或其他方式進(jìn)入的焊接工藝不同，在焊接系統(tǒng)上選擇混合式焊接工藝。該配置還可以包括電壓電平、電流電平、焊絲類型等的設(shè)置。在某些實(shí)施例中，焊接設(shè)置的配置可以進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器允許材料過渡的短路模式和噴射模式之間的平衡。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的那樣，工藝可被影響，例如，被由操作者(或自動(dòng)設(shè)置中的機(jī)器人)控制的電弧環(huán)節(jié)(arc link)影響。向著短路過渡模式的平衡允許冷卻工藝，而向著噴射模式的平衡則允許具有較少的或沒有短路的加熱工藝。我們認(rèn)為控制焊接工藝的本方法允許增加的焊槍移動(dòng)速度和焊池產(chǎn)生焊縫，但具有增強(qiáng)的用于填補(bǔ)工件之間間隙的能力?；旌鲜竭^渡模式和組合的波形也允許冷卻和更密集的電弧，這至少部分由于用于清除短路的技術(shù)而減少了飛濺。
[0029]焊接設(shè)置的配置以后，焊接工藝本身可以開始了。在圖3所示中，這由如步驟80所示其始于波形的產(chǎn)生。這些波形隨后在步驟82如上所述被比較，并且基于比較在步驟84產(chǎn)生混合波形。和其他的后焊接方法一樣，這些步驟以所需的脈沖頻率，如20Hz到400hz (通常是100-200HZ)被循環(huán)地執(zhí)行。對(duì)每一個(gè)脈沖，波形以所需的時(shí)間間隔隨之產(chǎn)生，并且比較產(chǎn)生被應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)電路和電源轉(zhuǎn)換電路以產(chǎn)生所需的電壓和電流的控制信號(hào)，如步驟86所示。雖然可以使用任何合適的控制間隔，但在本預(yù)期的實(shí)施例中，時(shí)間間隔的范圍在IOus(IOOkHz)和 IOOus(IOkHz)之間。
[0030]圖4示出了根據(jù)本技術(shù)可以應(yīng)用和產(chǎn)生的示例性波形類型。大體由附圖標(biāo)記88所示的一組波形，包括電壓波形90，電弧部分電流波形92，短路部分電流波形94，和組合或混合波形96。在脈沖工藝中，整體的控制方案包括在恒壓控制回路中的恒流脈沖波形產(chǎn)生工藝。雖然恒壓回路是基于在快頻率(通常近似50us)的電壓測(cè)量，但恒流過程是波形的基礎(chǔ)，并且調(diào)節(jié)電流控制以在峰值和基值段(background periods)期間保持固定的電壓。通常，恒壓回路在從基值電平和從峰值電平上升/下降和上升/下降到基值電平和峰值電平的緩變期間是不起作用的。該工藝保持用于焊接的良好過渡速率和良好的滲透。
[0031]由工藝保持的電壓波形90可以包括多個(gè)可由上述類型的狀態(tài)機(jī)限定的預(yù)確定的或目標(biāo)電壓電平和緩變(ramps)。例如，在示出的實(shí)施例中，在每個(gè)循環(huán)脈沖中的電壓被保持在基值電平，在該基值電平中，電流被控制以保持所需電壓。該基值電壓可以是操作者可設(shè)置的。在電壓波形的基值階段，在焊接電極的端部產(chǎn)生熔融材料球?；惦A段之后，實(shí)施可以由閉合回路電流工藝執(zhí)行的電壓緩變100。緩變率可以由工藝的內(nèi)部參數(shù)設(shè)定或被操作者設(shè)置影響。緩變之后，實(shí)施電壓峰值階段102，一般而言，這個(gè)峰值對(duì)應(yīng)于熔融球從電極端部的收聚，并且可以持續(xù)所需的一段時(shí)間，這一持續(xù)時(shí)間又可以是工藝內(nèi)部的或者操作者設(shè)置影響的。峰值電壓之后，實(shí)施下降緩變，這里再次由閉合回路電流工藝執(zhí)行。緩變104下降到拐點(diǎn)(knee) 106。拐點(diǎn)之后，短路被允許發(fā)生，這引起如附圖標(biāo)記108所示的電壓急劇下降。附圖標(biāo)記110則對(duì)應(yīng)于一段時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)熔融球在電極和焊池之間產(chǎn)生了短路。如附圖標(biāo)記110所示短路被清除，允許電壓再次上升到基值電壓。
[0032]如上所述，為產(chǎn)生所需的電壓波形，焊接系統(tǒng)產(chǎn)生兩個(gè)由波形92和94所示的電流波形。波形92由圖2中示出的電弧部分波形發(fā)生器68產(chǎn)生，而波形94則由圖2的短路部分波形發(fā)生器70產(chǎn)生。電弧部分波形92包括用于保持電壓波形的基值電壓98的基值電流，隨后是用于將電壓升到峰值電平102的電流緩變116。緩變116可以以電流閉合回路的方式執(zhí)行，隨后是峰值電流118，該峰值電流118由于要在恒壓方式中保持峰值而將稍微變化。也就是，波形92將產(chǎn)生必要的電流以保持電壓在峰值102處。電流峰值118之后，控制緩變120將電流向下帶到拐點(diǎn)122處。一旦電壓進(jìn)入如上所述的短路，電流波形92將試圖退出短路但是以如曲線的部分124所示的相對(duì)溫和的方式。短路的清除之后，波形將返回到如曲線的部分126所示的基值。
[0033]平行地，波形94以預(yù)短路部分128開始，預(yù)短路部分128在低電流電平處被計(jì)算直到檢測(cè)到短路。之后，如附圖標(biāo)記130所示一“潤(rùn)濕(wet)”部分被啟動(dòng)。波形的這部分將允許熔融球過渡進(jìn)入濕的焊池，一般由編程的定時(shí)執(zhí)行。潤(rùn)濕部分之后，如附圖標(biāo)記132所示進(jìn)入收聚階段。電流增加將意在從電極開始收聚球。這之后，短路清除部分134采用電流的急速上升被實(shí)施直到短路清除即將發(fā)生。上升的終止和用于短路清除的電流可以對(duì)應(yīng)于電壓正在上升的實(shí)際測(cè)量。然而，在本預(yù)期的實(shí)施例中，使用了如2010年11月12日由Davidson等人提交的，標(biāo)題為“具有短路清除預(yù)測(cè)的用于焊接的方法和裝置(Methodand Apparatus For Welding With Short Clearing Prediction)，，,申請(qǐng)?zhí)枮?12/954，451 和2010年2月12日由Davidson等人提交的，標(biāo)題為“具有短路清除預(yù)測(cè)的用于焊接的方法和裝置(Method and Apparatus For Welding With Short Clearing Prediction) ”,申請(qǐng)?zhí)枮?1/303, 735的美國(guó)專利中所述的預(yù)測(cè)技術(shù)，上述兩個(gè)專利通過引用被并入本公開。波形的短路清理部分之后，隨之電流急劇下降到如附圖標(biāo)記136所示的降低的電平，有時(shí)被指作“閃電弧(blink arc)”階段。之后，電流波形94返回到預(yù)短路電平128。
[0034]如上所述，本技術(shù)允許波形92和94在一個(gè)循環(huán)基礎(chǔ)上的比較。處理電路隨后選擇用于任何特定的控制間隔的兩個(gè)波形之間的較高者的電流。圖4中的波形96示出了所得的混合波形。在電弧階段138期間，電弧部分波形92將通常處于支配地位，并且混合波形將實(shí)施由該電弧部分波形所示的電流。在某時(shí)刻，然而，一般在短路發(fā)生期間，波形之間的平衡將致使短路部分波形94將接管至少用于短路的清除，如附圖標(biāo)記140所示。之后，電弧部分波形92將通常處于支配地位，如圖4中部分142所示。
[0035]如上所述，調(diào)節(jié)器可以被用于引起兩個(gè)波形中的其中一個(gè)或多或少地處于支配地位以改變冷卻短路工藝和加熱噴射過渡工藝之間的平衡。這可以例如通過使用能促使一個(gè)或另一個(gè)波形至少在脈沖控制的某部分期間更大的系數(shù)或乘數(shù)得以實(shí)現(xiàn)。目前可以預(yù)期到的是，在某些實(shí)施例中，可以為操作者調(diào)節(jié)平衡提供調(diào)節(jié)器?？蛇x地，通過參考如焊絲饋送速度、焊絲類型、電壓和電流設(shè)置、焊接位置等這些因素，可以改變平衡。
[0036]雖然本文僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以具有多種修改和變化。因此應(yīng)該理解的是所附的權(quán)利要求意在覆蓋落在本發(fā)明實(shí)質(zhì)中的所有這些修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.焊接系統(tǒng)包括: 第一波形發(fā)生器，其被配置為產(chǎn)生用于第一過渡模式的焊接電流的第一波形； 第二波形發(fā)生器，其被配置為產(chǎn)生用于第二過渡模式的焊接電流的第二波形； 比較元件，其被配置為比較所述第一和第二波形的值； 處理電路，其被配置為提供基于所述比較的控制波形；以及 電源轉(zhuǎn)換電路，其被配置為提供基于所述控制波形的焊接功率輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一波形包括脈沖波形，并且所述第一過渡模式包括噴射過渡模式。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖波形包括大約20到400Hz的脈沖頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖波形包括大約100到200Hz的脈沖頻率。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第二波形包括短路清除波形，并且所述第二過渡模式包括短路過渡模式。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電源轉(zhuǎn)換電路提供焊接功率輸出，所述焊接功率輸出是基于 所述第一和第二波形中提供較大的用于特定控制間隔的電流的那個(gè)波形。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制間隔在大約IOus(IOOkHz)和IOOus(IOkHz)之間。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括用戶接口，其被配置用于允許用戶輸入所述第一和第二波形的所述比較的相對(duì)優(yōu)先級(jí)。
9.焊接系統(tǒng)包括: 第一波形發(fā)生器，其被配置為產(chǎn)生用于焊接電流的脈沖電弧波形； 第二波形發(fā)生器，其被配置為產(chǎn)生用于焊接電流的短路清除波形； 比較元件，其被配置為比較所述脈沖電弧和短路清除波形的值； 處理電路，其被配置為提供基于所述比較的控制波形；以及 電源轉(zhuǎn)換電路，其被配置為提供基于所述控制波形的焊接功率輸出。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中脈沖電弧波形包括大約20到400Hz的脈沖頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖電弧波形包括大約100到200Hz的脈沖頻率。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中電源轉(zhuǎn)換電路具有焊接功率輸出，所述焊接功率輸出是基于所述第一和第二波形中的提供較大的用于特定控制間隔的電流的那個(gè)波形。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制間隔在大約IOus(IOOkHz)和IOOus(IOkHz)之間。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括用戶接口，所述用戶接口被配置為允許用戶輸入所述第一和第二波形的所述比較的相對(duì)優(yōu)先級(jí)。
15.焊接方法包括: 產(chǎn)生用于第一過渡模式的焊接電流的第一波形； 產(chǎn)生用于第二過渡模式的焊接電流的第二波形； 比較用于控制間隔的所述第一和第二波形的值，并且產(chǎn)生基于所述比較的控制波形；并且 將輸入功率轉(zhuǎn)換成基于所述控制波形的焊接功率。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一波形包括脈沖波形，并且所述第一過渡模式包括噴射過渡模式。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述脈沖波形包括大約20到400Hz的脈沖頻率。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二波形包括短路清除波形，并且第二過渡模式包括短路過渡模式。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電源轉(zhuǎn)換電路提供焊接功率輸出，所述焊接功率輸出是基于所述第一和第二波形中提供較大的用于特定控制間隔的電流的那個(gè)波形。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述控制間隔在大約IOus(IOOkHz)和IOOus(IOkHz)之間。
21.焊接系統(tǒng)包括: 調(diào)整過的金屬沉積工藝波形，其在焊接期間被分成由單獨(dú)的波形發(fā)生器連續(xù)產(chǎn)生的電弧部分和短路部分； 比較元件，其被配置成比較所述電弧和短路部分的值； 處理電路，其被配置成提供基于所述比較的控制波形；以及 電源轉(zhuǎn)換電路，其被配置成提供基于所述控制波形的焊接功率輸出。
22.焊接方法包括: 在焊接電源上同時(shí)產(chǎn)生調(diào)整過的金屬沉積工藝的電弧部分和短路部分； 根據(jù)所述調(diào)整過的金屬沉積工藝的電弧部分將焊接功率施加到焊槍；并且 在短路狀態(tài)期間，根據(jù)所述調(diào)整過的金屬沉積工藝的短路部分將焊接功率施加到焊槍； 其中所述電弧部分和所述短路部分相結(jié)合以應(yīng)用焊接功率。
【文檔編號(hào)】B23K9/09GK104023893SQ201280065873
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月9日
【發(fā)明者】理查德·馬丁·哈奇森, 詹姆斯·李·于克爾, 托德·厄爾·霍爾沃森, 布萊恩·達(dá)斯汀·馬施克, 羅伯特·R.·戴維森, 理查德·舒 申請(qǐng)人:伊利諾斯工具制品有限公司