焊絲預(yù)熱系統(tǒng)和方法
【專利說明】焊絲預(yù)熱系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的參見引用
[0002]本申請是2013年2月5日提交的標(biāo)題為“焊絲預(yù)熱系統(tǒng)和方法”的美國臨時(shí)申請?zhí)枮?1/761，007的非臨時(shí)專利申請，在此為了所有目的，將該美國臨時(shí)專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本申請中。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明通常涉及焊接機(jī)，更具體地，涉及配置為在焊接執(zhí)行前對焊絲執(zhí)行預(yù)熱操作的焊接機(jī)。
[0004]許多各種不同的焊接系統(tǒng)和焊接控制模式已經(jīng)為了各種各樣的目的而實(shí)施。在連續(xù)焊接操作中，金屬惰性氣體(MIG)技術(shù)允許通過從焊炬供給由惰性氣體保護(hù)的焊絲來形成連續(xù)的焊縫。電源施加于焊絲并且通過工件來完成回路以維持焊弧，所述焊弧熔化焊絲和工件來形成期望的焊接。
[0005]MIG焊的先進(jìn)形式是基于焊接電源中的脈沖功率的產(chǎn)生。也就是說，各脈沖模式可在以下情況下執(zhí)行，通過電源控制電路控制電流和/或電壓脈沖以調(diào)節(jié)焊絲的金屬滴液的形成和凝結(jié)，維持期望的熔池加熱和冷卻輪廓，控制焊絲和熔池之間的短路等等。然而，其他焊接模式也存在并且通常用于提供不是脈沖的功率。各模式可依靠“焊條正極”或“焊條負(fù)極”的極性，并且本發(fā)明可以涉及任意和所有這些極性。
[0006]雖然在許多應(yīng)用中非常有效，但根據(jù)焊接是以“冷”焊條還是以“熱”焊條啟動，MIG焊接技術(shù)可經(jīng)歷不同的初始焊接性能。通常，冷焊條啟動可認(rèn)為是焊條尖端和鄰近金屬處在或相當(dāng)靠近周圍環(huán)境溫度的啟動。熱焊條啟動，相比之下，通常是那些焊條尖端和鄰近金屬被升溫得更高但低于焊絲熔點(diǎn)的啟動。在一些應(yīng)用中，人們認(rèn)為，當(dāng)焊條是熱的時(shí)候，將促進(jìn)焊弧引燃和焊接啟動。然而，該領(lǐng)域的現(xiàn)狀沒有提供一種設(shè)計(jì)為確保焊條在焊接開始前被加熱的模式。
[0007]因此，有需要提供改進(jìn)的焊接策略，該焊接策略提供具有已加熱的焊條的焊接啟動以便提尚焊接性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開涉及設(shè)計(jì)為回應(yīng)這些需求的方法和系統(tǒng)。依照某些方面，焊接方法包括接收表明焊接工藝啟動的信號，并且在引燃焊弧前，控制施加于焊接焊條的電壓或電流來預(yù)熱焊條。監(jiān)測反饋電壓和電流來確定預(yù)熱的結(jié)束，并且然后，依照期望的焊接協(xié)議結(jié)束預(yù)熱并引燃焊弧。
[0009]依照另一方面，焊接方法包括接收表明焊接工藝啟動的信號，并且，在引燃焊弧前，自動地控制施加于焊接焊條的電壓或電流來預(yù)熱焊條。然后，當(dāng)焊條達(dá)到基于監(jiān)測到的施加于焊接焊條的電流和電壓來確定的期望的電阻或期望的功率水平時(shí)，結(jié)束預(yù)熱，并且然后，依照期望的焊接協(xié)議引燃焊弧。
[0010]根據(jù)進(jìn)一步的方面，焊接系統(tǒng)包括電源、信號源以及電流和電壓監(jiān)測傳感器，所述電源包括配置為合作以向焊接焊條提供焊接電流和電壓的電源轉(zhuǎn)換電路和控制電路，所述信號源配置為提供焊接工藝啟動信號。所述控制電路配置為，在引燃焊弧前，控制施加于焊接焊條的電壓和電流來預(yù)熱焊條，且監(jiān)測施加的電壓和電流來確定預(yù)熱的結(jié)束，并且依照期望的焊接協(xié)議來結(jié)束預(yù)熱并引燃焊弧。
【附圖說明】
[0011]當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將會更好理解，在整個(gè)附圖中相同的字符表示相同的部分，其中:
[0012]圖1是示例性MIG焊系統(tǒng)的示意性表示，所述示例性金屬惰性氣體電弧焊系統(tǒng)示出了連接到送絲機(jī)并用于執(zhí)行焊接操作的電源，在所述焊接操作中在焊接開始前焊條已經(jīng)加熱；
[0013]圖2是用于圖1中示出的類型的焊接電源的示例性控制電路元件的示意性表示；
[0014]圖3是示出焊接工藝中的示例性步驟的流程圖，在所述焊接工藝中焊條被預(yù)熱；并且
[0015]圖4和5示出產(chǎn)生的并且用于預(yù)熱焊條的電壓和電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，并且首先參照圖1，示出的示例性焊接系統(tǒng)包括電源10和送絲機(jī)12，所述電源10和送絲機(jī)12經(jīng)由導(dǎo)體或?qū)Ч?4彼此連接。在示出的實(shí)施例中，電源10是和送絲機(jī)12分離開的，使得送絲機(jī)可放置在與電源相距一些距離并且靠近焊接位置處，并且導(dǎo)管14具體體現(xiàn)為在電源10和送絲機(jī)12之間傳輸控制信號和電力的焊接電纜。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，送絲機(jī)，在一些實(shí)施中，可以與電源集成。在這樣的情況中，導(dǎo)管14將在系統(tǒng)內(nèi)部。在送絲機(jī)和電源分離開的實(shí)施例中，終端通常設(shè)置在電源和送絲機(jī)上以允許導(dǎo)體或?qū)Ч苓B接至系統(tǒng)，以便允許電力和氣體從電源提供到送絲機(jī)，并且允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)設(shè)備之間交換。
[0017]該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為向焊炬16提供焊絲、電力和保護(hù)氣體。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，焊炬可以有多種不同的類型，并且通常允許將焊絲和氣體供應(yīng)到鄰近工件18的位置，在該位置形成焊接來將兩塊或更多塊的金屬接合。第二導(dǎo)體通常延伸至焊接工件，以便完成電源和工件之間的電氣回路。
[0018]該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為允許操作者選擇數(shù)據(jù)設(shè)置，尤其經(jīng)由提供在電源上的操作員接口20。操作員接口通常包含在電源的前面板中，并且可允許選擇設(shè)置，比如焊接工藝、使用的焊接類型、電壓和電流設(shè)置等等。特別地，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為提供具有被引導(dǎo)通過焊炬的各種鋼鐵、鋁或其他焊絲的MIG焊。這些焊接設(shè)置傳送到在電源內(nèi)的控制電路22。
[0019]該控制電路，在下面將更詳細(xì)的描述，操作以控制施加于焊絲用于執(zhí)行期望的焊接操作的焊接電力輸出的產(chǎn)生。在某些目前預(yù)期的實(shí)施例中，例如，控制電路可適于調(diào)節(jié)MIG焊模式，同時(shí)在焊接開始前也提供用于預(yù)熱焊絲焊條的電力。如下面更充分的描述，這樣的加熱可通過改變通過焊接電纜和焊炬而施加于焊條的電流和電壓的操作參數(shù)來控制。
[0020]因此，該控制電路連接至電源轉(zhuǎn)換電路24。所述電源轉(zhuǎn)換電路適于產(chǎn)生輸出功率，例如將最后施加于在焊炬處的焊絲的脈沖和非脈沖波形?？刹捎酶麟娫崔D(zhuǎn)換電路，包括斬波器、升壓電路、降壓電路、逆變器、整流器等等。這種電路的配置可以是在本領(lǐng)域所公知的并且是其本身的類型。電源轉(zhuǎn)換電路24連接至如箭頭26所示的電源的來源。施加于電源轉(zhuǎn)換器24的電力可起源于電力網(wǎng)，盡管也可使用其他的電力源，例如由機(jī)動發(fā)電機(jī)、電池、燃料電池或其他可供選擇的來源所產(chǎn)生的電力。最終，圖1示出的電源包括接口電路28，所述接口電路28設(shè)計(jì)為允許控制電路22與送絲機(jī)12交換信號。
[0021]送絲機(jī)12包括附贈的連接至接口電路28的接口電路30。在這些實(shí)施例中，多引腳接口可布置在這兩個(gè)元件上，并且多導(dǎo)體電纜在接口電路之間延伸以允許如送絲速度、工藝、選擇的電流、電壓或功率等級等的信息設(shè)置在電源10和送絲機(jī)12之一上或這兩者上。
[0022]送絲機(jī)12也包括連接至接口電路30的控制電路32。如下面更充分地描述，控制電路32允許送絲速度依照操作者的選擇被控制，并且允許這些設(shè)置經(jīng)由接口電路反饋到電源?？刂齐娐?2連接至送絲機(jī)上的操作員接口 34，該送絲機(jī)允許選擇一個(gè)或多個(gè)焊接參數(shù)，尤其是送絲速度。該操作員接口也可允許選擇如工藝、使用的焊絲類型、電流、電壓或功率的設(shè)置等的這樣的焊接參數(shù)。控制電路32也連接至氣體控制閥36，所述氣體控制閥36調(diào)節(jié)流向焊炬的保護(hù)氣體的流量。通常，這樣的氣體在焊接的時(shí)候提供，并且可在焊接前立刻打開并且在焊接之后很短的時(shí)間打開。如參考標(biāo)號38所代表的，施加于氣體控制閥36的氣體通常以加壓瓶的形式提供。
[0023]送絲機(jī)12包括用于在控制電路36的控制下，將焊絲送至焊炬并因此送至焊接應(yīng)用的組件。例如，焊絲40的一個(gè)或多個(gè)線軸被放置在送絲機(jī)中。