啟動和停止熱焊絲系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】啟動和停止熱焊絲系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)
[0001]本申請是要求2011年8月17日遞交的美國專利申請N0.13/212，025的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益的部分繼續(xù)申請，所述美國專利申請N0.13/212，025是2009年I月13日遞交的美國專利申請N0.12/352，667的部分繼續(xù)；所述美國專利申請N0.13/212，025和所述美國專利申請N0.12/352,667的全部內(nèi)容通過引用被并入。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的啟動熱焊絲工藝的方法、根據(jù)權(quán)利要求11和14的熱焊絲系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求15的停止熱焊絲工藝的方法。本主題的發(fā)明一般地涉及用于啟動和/或停止例如在恪覆(overlaying)、焊接和/或其他接合(joining)應(yīng)用中使用的熱焊絲工藝的系統(tǒng)和方法。更特別地，某些實施方案涉及使用與高強(qiáng)度能量源組合的受控的填充焊絲送進(jìn)器和能量源系統(tǒng)來啟動和/或停止熱焊絲工藝的系統(tǒng)和方法，以用于熔覆、接合和焊接應(yīng)用中的任一個。
技術(shù)背景
[0003]在熱焊絲或填充焊絲工藝中，高強(qiáng)度能量源(如，例如激光器、不可消耗的鎢電極或者其他高能量電弧或等離子工藝)被用來加熱并熔化工件以形成熔池。填充焊絲被朝向工件和恪池推進(jìn)。焊絲由單獨的能量源來電阻加熱(resistance-heated)，以使焊絲接近或達(dá)到它的熔點并且接觸熔池。加熱的焊絲被送進(jìn)到熔池中以用于執(zhí)行熱焊絲工藝。從而，填充焊絲到熔池的轉(zhuǎn)移通過簡單地將填充焊絲熔化到熔池中而發(fā)生。可替換地，當(dāng)焊絲進(jìn)入熔池時，填充焊絲可以是固態(tài)的。例如，當(dāng)填充焊絲進(jìn)入熔池時，30%的填充焊絲可以是固態(tài)的。因為填充焊絲被預(yù)先加熱到或接近它的熔點，它在熔池中的存在將不會顯著地冷卻或固化熔池而是被迅速地消耗到熔池中。發(fā)起或停止熱焊絲工藝的一個問題是在分別引入焊絲或者從熔池縮回焊絲時焊絲飛濺的出現(xiàn)。在熔池完全形成之前，熔池是不穩(wěn)定的，這在焊絲引入到熔池中時導(dǎo)致焊絲飛濺。如圖7所圖示說明的，在焊絲引入時熔池的不穩(wěn)定性可以在熱焊絲工藝的電壓、電流或功率跡線中看出。圖7所示出的是在已知的熱焊絲工藝開始時在電壓/電流/功率跡線中的振蕩。電壓跡線中的振蕩至少部分是因為焊絲和工件之間由于熔池的不完全形成的緣故而導(dǎo)致的重復(fù)起弧事件。在熱焊絲工藝結(jié)束時，焊絲被保持在熔池中以避免焊絲飛濺，但為了將焊絲與熔池分開，熱焊絲工藝必須停止并且切斷焊絲。從而，對于啟動和/或停止熱焊絲工藝而言存在這樣的需要，即當(dāng)引入焊絲或者從熔池縮回焊絲時將焊絲飛濺最小化。
[0004]通過將常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及已提出的手段與如在本申請的其余部分中參照附圖所闡述的本發(fā)明的實施方案相比，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說這樣的手段的進(jìn)一步的局限性和缺點將會變得明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是要克服這些限制和缺點。該問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的啟動熱焊絲工藝的方法、根據(jù)權(quán)利要求11和14的熱焊絲系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求15的停止熱焊絲工藝的方法來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明的實施方案包括啟動和停止組合填充焊絲送進(jìn)器和能量源系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的第一實施方案提供填充焊絲和工件之間的熱焊絲工藝的方法。本主題的方法具有發(fā)起過程，所述發(fā)起過程包括在焊絲和工件之間建立電弧以便在工件中形成熔池；利用與焊絲分開的高強(qiáng)度能量源保持熔池；基于建立電弧電壓并且將加熱電流施加到焊絲，將焊絲推進(jìn)到熔池中，以便終止電弧并且使焊絲接近其熔點以用于熱焊絲工藝。根據(jù)方法的進(jìn)一步的實施方案，感測信號是至少3伏特的開路電壓。根據(jù)方法的進(jìn)一步的實施方案，高強(qiáng)度能量源是電弧產(chǎn)生裝置。根據(jù)本發(fā)明的問題還通過熱焊絲系統(tǒng)來解決，所述熱焊絲系統(tǒng)包括用于相對于工件推進(jìn)和縮回填充焊絲的遠(yuǎn)側(cè)端的送進(jìn)器。系統(tǒng)進(jìn)一步包括電源供應(yīng)器，所述電源供應(yīng)器用于將感測信號、電弧產(chǎn)生電流和加熱電流施加到所述焊絲。系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，所述控制器被耦合到所述送進(jìn)器和所述電源供應(yīng)器，用于發(fā)起熱焊絲工藝。所述控制器相對于所述工件設(shè)置所述焊絲并且調(diào)節(jié)感測信號中的每個。電弧產(chǎn)生信號和加熱電流包括:朝向所述工件推進(jìn)所述焊絲的所述遠(yuǎn)側(cè)端并且調(diào)節(jié)所述感測信號，以便確定所述遠(yuǎn)側(cè)端何時與所述工件接觸。系統(tǒng)進(jìn)一步包括從所述工件縮回所述焊絲的所述遠(yuǎn)側(cè)端并且調(diào)節(jié)所述電弧產(chǎn)生電流，以便在所述遠(yuǎn)側(cè)端和所述工件之間形成電弧來形成熔池。系統(tǒng)進(jìn)一步包括將所述焊絲推進(jìn)到所述熔池中并且調(diào)節(jié)所述加熱電流，以便將所述焊絲熔化到所述熔池中。系統(tǒng)進(jìn)一步包括高強(qiáng)度能量源，所述高強(qiáng)度能量源將熱量提供到所述熔池。根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案，電源供應(yīng)器包括多個電源，所述多個電源包括用于施加感測信號的第一電源、用于施加電弧產(chǎn)生電流的第二電源以及用于施加加熱電流的第三電源。
[0006]另一個實施方案提供停止熱焊絲工藝的方法，所述熱焊絲工藝具有將焊絲熔化到工件的熔池中的加熱電流。停止方法包括降低所述焊絲到所述熔池中的送進(jìn)率以及利用高強(qiáng)度能量源保持所述熔池。停止方法在一個方面進(jìn)一步包括:停止所述加熱電流并且將電流脈沖施加到所述焊絲，以使所述焊絲的所述遠(yuǎn)側(cè)端從所述熔池移出。停止方法的另一個或可替換的方面包括從所述熔池縮回所述焊絲，感測所述焊絲和所述工件之間的電弧的形成，并且在所述電弧被形成之前終止到所述焊絲的所述加熱電流。在停止方法的又另一個或可替換的方面中，所述焊絲從所述熔池縮回，其中所述加熱電流中的至少一些被施加到所述焊絲，以使所述焊絲斷開并與所述熔池分開，以便在所述熔池中留下一焊絲延伸部分。來自所述高強(qiáng)度能量源的能量被施加到所述焊絲延伸部分以便將所述延伸部分熔化到所述熔池中。
[0007]從如下的說明書和附圖，所要求保護(hù)的本發(fā)明的這些和其他特點以及圖示說明的本發(fā)明的實施方案的細(xì)節(jié)將會被更加完整地理解。
_8] 附圖簡要說明
[0009]通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會更加明顯，在所述附圖中:
[0010]圖1圖示說明熱焊絲系統(tǒng)的示例性實施方案的功能性示意方框圖；
[0011]圖1A是使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的詳細(xì)立體視圖；
[0012]圖2圖示說明使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的啟動方法的第一實施方案的流程圖；
[0013]圖3圖示說明使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的啟動方法的第二實施方案的流程圖；
[0014]圖4圖示說明使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的停止方法的第一實施方案的流程圖；
[0015]圖5圖示說明使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的停止方法的第二實施方案的流程圖。
[0016]圖6圖示說明使用圖1的系統(tǒng)的熱焊絲工藝的停止方法的第三實施方案的流程圖。
[0017]圖7圖示說明在現(xiàn)有技術(shù)熱焊絲工藝中的電壓、電流和功率的跡線。
[0018]詳細(xì)描沐
[0019]現(xiàn)在將在下面通過參照所附的附圖描述本發(fā)明的示例性實施方案。所描述的示例性實施方案意圖幫助理解本發(fā)明，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相似的參考編號在通篇中涉及相似的要素。
[0020]圖1圖示說明用于執(zhí)行熱焊絲工藝的系統(tǒng)100的示例性實施方案的功能性示意方框圖。術(shù)語“熱焊絲工藝”在本文以廣義的方式被使用，并且可以涉及包括熔覆、焊接或接合的任何應(yīng)用。更特別地，熱焊絲工藝包括加熱填充焊絲(例如使用電阻加熱)來執(zhí)行恪覆、焊接和/或接合工藝。恪覆工藝可以包括釬焊(brazing)、恪敷(cladding)、堆焊(building up)、填充以及表面硬化(hard-facing)。例如，在“釬焊”應(yīng)用中，填充金屬通過毛細(xì)作用被分布在接縫的緊密配合的(closely fitting)表面之間。然而，在“硬釬焊(braze welding) ”應(yīng)用中，填充金屬被形成為流入空隙。然而，如本文所使用的，這兩種技術(shù)都被廣義地稱為熔覆應(yīng)用。系統(tǒng)100包括熱填充焊絲送進(jìn)器子系統(tǒng)，所述熱填充焊絲送進(jìn)器子系統(tǒng)能夠提供至少一個受熱填充焊絲140，以與工件115接觸。當(dāng)然，理解的是，關(guān)于本文的工件115，工件中所形成的熔池116被認(rèn)為是工件115的一部分，因此就所呈現(xiàn)的任何熔池而言，涉及到與工件115接觸包括與熔池接觸。
[0021]熱填充焊絲送進(jìn)器子系統(tǒng)包括填充焊絲送進(jìn)器150、導(dǎo)電管(contact tube) 160以及熱焊絲電源供應(yīng)器170。焊絲140從填充焊絲送進(jìn)器150通過導(dǎo)電管160被朝向工件115送進(jìn)，并且延伸超過管160。熱焊絲電源供應(yīng)器170可以是脈沖直流(DC)電源供應(yīng)器，盡管交流(AC)或其他類型的電源供應(yīng)器也是可能的。從而，電源供應(yīng)器170可以被操作來將電壓或電流信號中的任一個施加到焊絲140。盡管電源供應(yīng)器170可以包括單個電源或多于一個電源，以如下面所更詳細(xì)描述的施加各種電流或建立各種電壓。應(yīng)該注意的是，盡管本文的附圖和討論涉及“焊絲(wire) ”140，這一般地意圖來意指消耗品，所述消耗品可以是傳統(tǒng)上柱狀的焊絲(其可以是固態(tài)的或有芯的)或者也可以是條狀消耗品，例如通常用于熔敷的類型。然而，為清楚起見，消耗品140將在本文被稱為“焊絲”。
[0022]在下面所更詳細(xì)描述的本主題的啟動工藝的一個方面，電源供應(yīng)器170被操作來將感測信號施加到焊絲140以確定焊絲到工件的接近度。在本主題的方法的另一個方面，電源供應(yīng)器將電流施加到焊絲，所述電流足夠來在焊絲和工件之間建立電弧。在又另一個方面，填充焊絲140由來自熱焊絲電源供應(yīng)器170的電流來電阻加熱，所述熱焊絲電源供應(yīng)器170被可操作地連接在導(dǎo)電管160和工件115之間。
[0023]示例性系統(tǒng)100還包括控制子系統(tǒng)195，所述控制子系統(tǒng)195能夠測量工件115和熱焊絲140之間的電位差(S卩，電壓V)以及通過工件115和熱焊絲140的電流(I)。在至少一個示例性實施方案中，控制子系統(tǒng)195(其可以具體為基于狀態(tài)的電流感測控制器)被可操作地連接到工件115、導(dǎo)電管160和熱焊絲電源供應(yīng)器170，以便調(diào)節(jié)電源供應(yīng)器的功能，如，例如輸出電流、電壓和/或功率。控制子系統(tǒng)195可以包括