具有提供用于控制ac弧焊工藝的高/低阻抗的橋接電路的焊接電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接電源和方法。本發(fā)明的某些實施方案涉及弧焊。更特別地，本發(fā)明的某些實施方案涉及用于提供受控的AC弧焊工藝的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)背景
[0002]某些現(xiàn)有技術(shù)的焊接系統(tǒng)在焊接電源中使用橋接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提供AC焊接能力。半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被用在具有雙輸出電流路徑的焊接電源中，所述雙輸出電流路徑被配置來共享一共同路徑，以使在共享路徑中每路輸出可以產(chǎn)生(induce)相反極性的流。在實踐中，許多焊接電源被這樣配置并且可以只需要添加第二套整流器件來實現(xiàn)第二路徑。開關(guān)可以被置于每個電源支路(leg)的非共享路徑中，并且通過連接的焊接輸出電路路徑的電流方向由有源支路確定。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以與幾乎任何電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一起使用，提供靈活性以及被添加到現(xiàn)有設(shè)計的電源的潛在性。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許過零輔助電路的容易實現(xiàn)。阻塞二極管(blocking d1de)可以被用來保護(hù)電源中的器件免受過零期間發(fā)生的高壓瞬變的影響。
[0003]對于某些短路過渡焊接工藝(如，舉例來說，表面張力過渡工藝)而言，輸出電流在工藝中的某些點處必須迅速地衰減到特定的值。在現(xiàn)有技術(shù)中，多種技術(shù)已經(jīng)被用來在DC正應(yīng)用和DC負(fù)應(yīng)用中獲得輸出電流中的這樣的迅速的降低。然而，在AC弧焊工藝中迅速地降低正和負(fù)兩個方向上的輸出電流，同時保持泄漏電流和飛濺為最小的程度并且同時在熔融金屬球從電極轉(zhuǎn)移到工件之后允許電弧容易地在可消耗的電極和工件之間重建，這樣的能力是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。
[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)人員來說這樣的系統(tǒng)和方法的進(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)明的實施方案包括用于提供受控的AC弧焊工藝的系統(tǒng)和方法。出于迅速地衰減電弧電流而不讓電流趨于零(這會使得難以保持電弧)的目的，用來在AC輸出焊接機(jī)器的焊接電路中引入高阻抗路徑的裝置被提供。AC焊接、可變極性焊接(例如，以任一極性的DC焊接)以及其他混合焊接工藝被支持。主橋接電路和輔助橋接電路的配置允許通過焊接輸出電路路徑的輸出焊接電流的方向切換，并且選擇性地提供一個或更多個高阻抗路徑來迅速地衰減電弧電流。高阻抗路徑有助于熔融金屬球(熔滴)從可消耗電極到工件的低飛濺轉(zhuǎn)移，并且進(jìn)一步有助于在熔融金屬球被轉(zhuǎn)移時可消耗電極和工件之間的電弧的重建或保持。一般而言，當(dāng)在焊接工藝期間熔滴將要從可消耗的焊絲電極的端部轉(zhuǎn)移到工件時(例如，表面張力可以被用來以低飛濺的方式將熔滴移過去)，高阻抗路徑阻斷(quench)電流。
[0006]本發(fā)明的一個實施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(zhuǎn)換電路被配置來將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以是以半橋輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的變壓器。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以包括DC輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以是例如基于逆變器的電路或基于斬波器的電路。所述焊接電源還包括主橋接電路，所述主橋接電路被可操作地連接到所述功率轉(zhuǎn)換電路并且被配置來在所述焊接電源的控制器的命令下切換通過焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的方向，所述焊接輸出電路路徑被可操作地連接到所述焊接電源的焊接輸出。所述主橋接電路可以被配置為例如半橋電路或全橋電路。所述主橋接電路可以包括例如至少兩個開關(guān)晶體管。所述焊接電源進(jìn)一步包括輔助橋接電路，所述輔助橋接電路被可操作地連接到所述主橋接電路并且被配置來在所述焊接電源的所述控制器的命令下在所述功率轉(zhuǎn)換電路和所述焊接輸出電路路徑之間引入高阻抗路徑。所述輔助橋接電路可以包括例如至少兩個開關(guān)晶體管和至少一個電阻器。根據(jù)各種實施方案，所述至少一個電阻器的電阻值可以小于兩歐姆或者小于一歐姆。所述功率轉(zhuǎn)換電路、所述主橋接電路和所述輔助橋接電路可以被配置來在所述焊接電源的所述控制器的命令下提供DC正焊接操作、DC負(fù)焊接操作和AC焊接操作中的任一個。根據(jù)可替換的實施方案，所述主橋接電路和所述輔助橋接電路可以處于所述焊接電源的外部，例如具有可操作地連接到所述焊接電源的模塊的形式。
[0007]本發(fā)明的一個實施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括用于將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流的裝置以及用于切換通過焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的方向的裝置，以提供至少AC焊接操作，所述焊接輸出電路路徑被可操作地連接到所述焊接電源的焊接輸出。所述焊接電源還包括用于將所述輸出電流的水平迅速地降低到經(jīng)調(diào)節(jié)的非零水平的裝置，以提供可消耗的焊接電極的端部處的熔融金屬球到工件上的焊縫熔池中的低飛濺潤入(wet-1n)，并且在所述熔融金屬球已經(jīng)轉(zhuǎn)移(transfer)到所述工件之后立即提供所述可消耗的焊接電極的所述端部和所述工件之間的電弧的自動重建。
[0008]本發(fā)明的一個實施方案是一種方法。所述方法包括在焊接電源中將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流。所述方法還包括在所述焊接電源的控制器的命令下，從第一方向到第二方向切換通過焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的方向，所述焊接輸出電路路徑被可操作地連接到所述焊接電源的焊接輸出。所述方法進(jìn)一步包括在所述焊接電源的所述控制器的命令下，選擇性地切換通過所述焊接電源內(nèi)的高阻抗路徑的所述輸出電流，以在保持通過所述焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的所述第二方向的同時將所述輸出電流的水平降低到經(jīng)調(diào)節(jié)的非零水平。所述方法還可以包括在所述焊接電源的所述控制器的命令下，從所述第二方向到所述第一方向切換通過所述焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的方向；并且進(jìn)一步，在所述焊接電源的所述控制器的命令下，選擇性地切換通過所述焊接電源內(nèi)的高阻抗路徑的所述輸出電流，以在保持通過所述焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的所述第一方向的同時將所述輸出電流的水平降低到經(jīng)調(diào)節(jié)的非零水平。所述高阻抗路徑可以包括至少一個開關(guān)晶體管和至少一個電阻器。
[0009]本發(fā)明的一個實施方案是一種在焊接電源內(nèi)生成焊接輸出電流波形的方法。所述方法包括生成所述焊接輸出電流波形的正電流部分，跟在所述焊接輸出電流波形的所述正電流部分后面的是所述焊接輸出電流波形的負(fù)電流部分。所述正電流部分和所述負(fù)電流部分中的每個包括本底電流段，跟在所述本底電流段后面的是第一低電流轉(zhuǎn)變段，跟在所述第一低電流轉(zhuǎn)變段后面的是箍縮電流段，跟在所述箍縮電流段后面的是第二低電流轉(zhuǎn)變段，跟在所述第二低電流轉(zhuǎn)變段后面的是峰值電流段，跟在所述峰值電流段后面的是尾拖(tail-out)電流段。通過在所述第一低電流轉(zhuǎn)變段的時間期間以及在所述第二低電流轉(zhuǎn)變段的時間期間分別切換通過所述焊接電源內(nèi)的高阻抗路徑的所述焊接輸出電流波形，所述第一低電流轉(zhuǎn)變段和所述第二低電流轉(zhuǎn)變段每個被調(diào)節(jié)到非零水平，所述非零水平比所述本底電流段的水平更靠近零電流水平。所述高阻抗路徑可以包括至少一個開關(guān)晶體管和至少一個電阻器。當(dāng)所述焊接輸出電流波形被施加到具有可消耗的焊接電極和工件的焊接輸出電路路徑時，所述第一低電流轉(zhuǎn)變段的所述經(jīng)調(diào)節(jié)的非零水平可以提供所述可消耗的焊接電極的端部處的熔融金屬球到所述工件上的焊縫熔池中的低飛濺潤入。另外，當(dāng)所述焊接輸出電流波形被施加到具有可消耗的焊接電極和工件的焊接輸出電路路徑時，所述第二低電流轉(zhuǎn)變段的所述經(jīng)調(diào)節(jié)的非零水平可以在熔融金屬球從所述可消耗的焊接電極的端部轉(zhuǎn)移到所述工件之后立即提供所述可消耗的焊接電極的端部和所述工件之間的電弧的自動重建。
[0010]本發(fā)明的一個實施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括混合橋接電路，所述混合橋接電路被配置來提供AC焊接輸出電流并且進(jìn)一步被配置來為所述AC焊接輸出電流選擇性地提供高阻抗路徑。所述高阻抗路徑包括至少一個晶體管開關(guān)和至少一個電阻器。
[0011]本發(fā)明的一個實施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括混合橋接電路，所述混合橋接電路被配置來提供AC焊接輸出電流并且進(jìn)一步被配置來為所述AC焊接輸出電流選擇性地提供低阻抗路徑和高阻抗路徑，其中所述高阻抗路徑模仿(mimic)所述低阻抗路徑的極性。
[0012]本發(fā)明的一個實施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括具有低阻抗路徑和高阻抗路徑的混合橋接電路，其中所述混合橋接電路被配置用于選擇性地中斷所述低阻抗路徑，以迫使輸出電流通過所述高阻抗路徑來增加跨負(fù)載的電壓，所述負(fù)載被連接到所述焊接電源的焊接輸出。
[0013]從下面的說明書、權(quán)利要求書和附圖，將更完整地理解本發(fā)明的被圖示說明的實施方案的詳細(xì)內(nèi)容。
【附圖說明】
[0014]圖1圖示說明焊接電源的示例性實施方案的示意方框圖，所述焊接電源被可操作地連接到可消耗的焊接電極和工件；
[0015]圖2圖示說明焊接輸出電流波形的示例性實施方案；
[0016]圖3圖示說明圖1的焊接電源的一部分的第一示例性實施方案的示意圖，所述焊接電源具有主橋接電路和輔助橋接電路；
[0017]圖4A-4B圖示說明圖3中的焊接電源部分在實現(xiàn)圖2的AC形式的焊接輸出電流波形時的操作；
[0018]圖5圖示說明圖1的焊接電源的一部分的第二示例性實施方案的示意圖，所述焊接電源具有主橋接電路和輔助橋接電路；
[0019]圖6A-6B圖示說明圖5中的焊接電源部分在實現(xiàn)圖2的AC形式的焊接輸出電流波形時的操作；
[0020]圖7圖示說明圖1的焊接電源的一部分的第三示例性實施方案的示意圖，所述焊接電源具有主橋接電路和輔助橋接電路；
[0021]圖8A-8B圖示說明圖7中的焊接電源部分在實現(xiàn)圖2的AC形式的焊接輸出電流波形時的操作；
[0022]圖9圖示說明圖1的焊接電源的一部分的第四示例性實施方案的示意圖，所述焊接電源具有主橋接電路和輔助橋接電路；以及
[0023]圖10A-10B圖示說明圖9中的焊接電源部分在實現(xiàn)圖2的AC形式的焊接輸出電流波形時的操作。
【具體實施方式】
[0024]下面為可以在本公開中使用的示例性術(shù)語的定義。所有術(shù)語的單復(fù)數(shù)形式都落入各自的含義中:
[0025]如本文中使用的“軟件”或“計算機(jī)程序”包括(但不限于)一個或更多個計算機(jī)可讀和/或可執(zhí)行指令，這些指令致使計算機(jī)或其他電子裝置以所需方式執(zhí)行功能、動作和/或行為。這些指令可以實現(xiàn)為各種形式，如，包括得自動態(tài)鏈接庫的單獨(dú)應(yīng)用程序或代碼的子程序、算法、模塊或程序。軟件還可以實現(xiàn)為各種形式，如，獨(dú)立程序、函數(shù)調(diào)用、小服務(wù)程序(servlet)、小應(yīng)用程序(applet)、應(yīng)用程序、儲存在存儲器、操作系統(tǒng)的一部分中的指令或其他類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，軟件的形式取決于(例如)對所需應(yīng)用的要求、對軟件的運(yùn)行環(huán)境的要求和/或設(shè)計者/編程者的需要等。
[0026]如本