用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于執(zhí)行產(chǎn)生減少的飛濺的脈沖焊接工藝的電弧焊接機(jī)(100)和方法。所述焊接機(jī)在推進(jìn)的焊條(E)和工件(W)之間產(chǎn)生電流。所述焊接機(jī)(100)具有短路檢測能力，來在推進(jìn)的焊條和工件之間出現(xiàn)短接電路時檢測短路情況。所述焊接機(jī)(100)在具有電氣開關(guān)和阻抗路徑的焊接機(jī)(100)的焊接電路路徑中還可以包括開關(guān)模塊(110)?？梢宰粉櫠搪烽g隔出現(xiàn)的時間并且可以基于追蹤的短路間隔生成消隱信號，來預(yù)計(jì)脈沖焊接工藝的下一脈沖周期中的下一短路間隔。消隱信號可以被用來在消隱間隔期間通過經(jīng)由開關(guān)模塊(110)引入附加的阻抗到焊接電路路徑中或者通過控制所述焊接工藝的波形的部分而減少焊接電路路徑中的焊接電流。
【專利說明】用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法和系統(tǒng)
[0001]本美國專利申請要求2010年10月22日遞交的美國臨時專利申請序列號N0.61/405，895的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該美國臨時專利申請序列號N0.61/405，895通過引用被整體并入本文。
[0002]本美國專利申請要求2010年11月12日遞交的美國臨時專利申請序列號N0.61/413，007的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該美國臨時專利申請序列號N0.61/413，007通過引用被整體并入本文。
[0003]于2007年12月4日被授權(quán)的美國專利N0.7，304, 269的優(yōu)選實(shí)施方案部分和附圖通過引用被并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]特定的實(shí)施方案涉及脈沖電弧焊接設(shè)備和工藝。更具體地，特定的實(shí)施方案涉及在脈沖電弧焊接工藝期間對焊接焊條和工件之間形成的短接電路進(jìn)行預(yù)計(jì)(anticipating)或者通過減少短路時間期間的輸出電流來對該短接電路做出反應(yīng)以減少飛派(spatter)。
【背景技術(shù)】
[0005]在電弧焊接中，常見的焊接工藝為主要是在利用外保護(hù)氣的情況下使用實(shí)心絲焊條的脈沖焊接。MIG焊接使用間隔的脈沖，該間隔的脈沖首先熔化推進(jìn)的絲焊條的端部并且然后通過電弧使得熔融金屬從焊絲的端部到達(dá)工件。在脈沖焊接工藝的每個脈沖周期期間轉(zhuǎn)移(transfer)熔融金屬的球狀團(tuán)。在特定脈沖周期期間，特別是在焊接焊條非?？拷ぜ僮鞯膽?yīng)用中，熔融金屬在從推進(jìn)的絲焊條被完全釋放前與工件接觸。這在推進(jìn)的絲焊條和工件之間創(chuàng)建短接電路(又稱短路)。符合期望的是，快速消除或清除短路來獲得與適當(dāng)?shù)拿}沖焊接相關(guān)聯(lián)的一致性(consistency)。然而,清除短路將會導(dǎo)致生成不期望的飛濺。這樣的飛濺導(dǎo)致焊接工藝的低效率并且可能會導(dǎo)致飛濺超過工件的熔融金屬，該熔融金屬隨后可能不得不使用例如磨具來被移除。
[0006]通過將這樣的途徑與如參照附圖在本申請其余內(nèi)容中闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行比較，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及已提出的途徑的其他限制和缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的電弧焊接系統(tǒng)和方法。這一目的根據(jù)權(quán)利要求1、9、16和21的特征來解決。本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖電弧焊接工藝期間的飛濺的電弧焊接系統(tǒng)和方法。在焊接操作期間，通過減少在焊接焊條和工件之間出現(xiàn)短路的時間期間的焊接輸出電流來減少飛濺。在一個實(shí)施方案中，包括電氣開關(guān)和阻抗路徑的開關(guān)模塊被并入電弧焊接系統(tǒng)的電源的焊接電流回路。在脈沖焊接操作的非短路情況期間，電氣開關(guān)被閉合或處于工作中(on)，允許焊接電流通過開關(guān)經(jīng)歷最小阻抗來自由回到電源。然而，當(dāng)在焊接工藝期間短路被預(yù)計(jì)或發(fā)生時，電氣開關(guān)被斷開或打開，迫使焊接電流不得不流經(jīng)開關(guān)模塊的阻抗路徑，導(dǎo)致焊接電流的水平低于否則的情形。在短路間隔(short interval)期間生成的低電流在短路被清除時導(dǎo)致創(chuàng)建更少的飛濺。脈沖周期期間短路出現(xiàn)的時間可以被追蹤，并且與對應(yīng)于預(yù)計(jì)的短路的時間間隔交疊(overlap)的消隱間隔(blanking interval)可以被這樣施加，以致在消隱間隔期間開關(guān)被斷開。在說明書、附圖和權(quán)利要求書中公開進(jìn)一步的實(shí)施方案和特征。
[0008]從以下的說明、附圖和權(quán)利要求書將更完整地理解要求保護(hù)的本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)和實(shí)施方案，以及本發(fā)明的圖示說明的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1圖示說明在焊接電流回路中包括開關(guān)模塊的電弧焊接系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的框圖；
[0010]圖2圖示說明圖1的系統(tǒng)的部分的示例性實(shí)施方案的示意圖，包括焊接電流回路中的開關(guān)模塊；
[0011]圖3圖不說明圖1和圖2的開關(guān)|旲塊的不例性實(shí)施方案的不意圖；
[0012]圖4圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法的第一示例性實(shí)施方案的流程；
[0013]圖5圖示說明根據(jù)圖4的方法由未使用圖1-3的開關(guān)模塊的常規(guī)脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的常規(guī)脈沖輸出電流波形的實(shí)施例；
[0014]圖6圖示說明在具有系繩狀連接部分(tethered connection)的自由飛行(free-flight)轉(zhuǎn)移過程中使用高速視頻技術(shù)發(fā)現(xiàn)的迸發(fā)(exploding)飛派工藝；
[0015]圖7圖示說明根據(jù)圖4的方法由使用圖1-3的開關(guān)模塊的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的脈沖輸出電流波形的實(shí)施例；
[0016]圖8圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法的另一示例性實(shí)施例的流程；以及
[0017]圖9圖示說明根據(jù)圖8的方法由使用圖1-3的開關(guān)模塊的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的脈沖輸出電流波形的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在弧焊工藝期間，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對小的時候，熔融金屬可以經(jīng)由接觸轉(zhuǎn)移過程(例如，表面張力轉(zhuǎn)移或STT工藝)或具有系繩狀連接部分的自由飛行轉(zhuǎn)移過程(例如，脈沖焊接工藝)被轉(zhuǎn)移。在接觸轉(zhuǎn)移過程中，焊接焊條末端上的熔融金屬球與工件進(jìn)行接觸(即，短路)并且在熔融金屬球開始與焊條末端基本上分離之前開始“濕潤進(jìn)入(wet into)”工件上的熔池(molten puddle)。
[0019]在自由飛行轉(zhuǎn)移過程中，熔融金屬球與焊條末端分開并且朝向工件“飛越”(flyacross)電弧。然而，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對小的時候，飛越電弧的熔融金屬球可以與工件進(jìn)行接觸(即，短路)，而熔融金屬的細(xì)系繩狀部分(thin tether)仍使熔融金屬球與工件末端接觸。在這樣的系繩狀自由飛行轉(zhuǎn)移情形下，如本文圖6中所圖示說明的，當(dāng)熔融金屬球與工件進(jìn)行接觸時，由于通過系繩狀部分的電流快速增大，熔融金屬的細(xì)系繩狀部分趨于迸發(fā)而導(dǎo)致飛濺。[0020]圖1圖示說明在焊接輸出回路中包括開關(guān)模塊110并且提供焊接輸出121和122的電弧焊接系統(tǒng)100的示例性實(shí)施方案的框圖。系統(tǒng)100包括能夠?qū)⑤斎牍β兽D(zhuǎn)換為焊接輸出功率的功率轉(zhuǎn)換器120。例如，功率轉(zhuǎn)換器120可以為逆變型功率轉(zhuǎn)換器或斬波型功率轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)100還包括絲送進(jìn)器130，絲送進(jìn)器130能夠?qū)⒑附雍附zE送進(jìn)通過例如將焊接焊絲E連接到焊接輸出121的焊槍(未示出)。
[0021]系統(tǒng)100還包括可操作地連接在功率轉(zhuǎn)換器120和焊接輸出121之間的分流器140，來將焊接輸出電流送進(jìn)到系統(tǒng)100的電流反饋傳感器150，以感測由功率轉(zhuǎn)換器120產(chǎn)生的焊接輸出電流。系統(tǒng)100還包括可操作地連接在焊接輸出121和焊接輸出122之間的電壓反饋傳感器160，來感測由功率轉(zhuǎn)換器120產(chǎn)生的焊接輸出電壓。作為可替換的方式，開關(guān)模塊110可以被包括在流出焊接電流路徑中，例如介于功率轉(zhuǎn)換器120和分流器140之間，或者介于分流器140和焊接輸出121之間。
[0022]系統(tǒng)100還包括可操作地連接到電流反饋傳感器150和電壓反饋傳感器160的高速控制器170，來接收以信號161和162的形式表征焊接輸出的感測的電流和電壓。系統(tǒng)100還包括可操作地連接到高速控制器170的波形發(fā)生器180，來接收來自高速控制器170的命令信號171，該命令信號171告知波形發(fā)生器如何實(shí)時調(diào)試焊接波形信號181。波形發(fā)生器180產(chǎn)生輸出焊接波形信號181并且功率轉(zhuǎn)換器120可操作地連接到波形發(fā)生器180，來接收輸出焊接波形信號181。功率轉(zhuǎn)換器120通過基于輸出焊接波形信號181將輸入功率轉(zhuǎn)換為焊接輸出功率來生成調(diào)制的焊接輸出(例如，電壓和電流)。
[0023]開關(guān)模塊110可操作地連接在功率轉(zhuǎn)換器120和焊接輸出122之間，焊接輸出122在操作期間連接到焊接工件W。高速控制器170也可操作地連接到開關(guān)模塊110來提供開關(guān)命令信號(或消隱信號(blanking signal)) 172到開關(guān)模塊110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，高速控制器170可以包括邏輯電路、可編程微控制器以及控制器存儲器。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，高速控制器170可以使用感測的電壓信號161、感測的電流信號162或者這二者的組合來在每個脈沖周期期間確定在推進(jìn)的焊條E和工件W之間何時出現(xiàn)短路、何時短路要被清除以及何時短路已經(jīng)實(shí)際上被清除。這樣的確定何時出現(xiàn)短路以及何時短路被清除的方案在本領(lǐng)域中是公知的，并且例如在美國N0.7，304，269中被描述，美國N0.7，304，269的部分內(nèi)容通過引用被并入本文。高速控制器170可以命令波形發(fā)生器180在出現(xiàn)短路被/或短路被清除時改變波形信號181。例如，當(dāng)短路被確定為已經(jīng)被清除時，高速控制器170可以命令波形發(fā)生器180在波形信號181中包括等離子升壓脈沖(plasma boost pulse)(參見圖7的脈沖750),來防止在清除前一短路之后立即出現(xiàn)另一短路。
[0025]圖2圖示說明圖1的系統(tǒng)100的部分的示例性實(shí)施方案的示圖，包括在焊接電流回路中的開關(guān)模塊110。功率轉(zhuǎn)換器120可以包括逆變電源123以及續(xù)流二極管124。由于焊接輸出路徑中的各種電器部件，焊接輸出路徑將具有固有的焊接電路電感210。開關(guān)模塊110被示出為具有與阻抗路徑112 (例如，高額定功率電阻的網(wǎng)絡(luò))并聯(lián)的電氣開關(guān)111 (例如，功率晶體管電路)。
[0026]在焊接波形的脈沖周期期間，當(dāng)沒有出現(xiàn)短路時，電氣開關(guān)111通過來自高速控制器170的開關(guān)命令信號172被命令為是閉合的。當(dāng)電氣開關(guān)111被閉合時，電氣開關(guān)111在輸出焊接回路中提供非常低的阻抗路徑，允許焊接電流通過開關(guān)111自由返回到功率轉(zhuǎn)換器120。阻抗路徑112仍出現(xiàn)在焊接輸出回路中，而大部分電流將流過由閉合的開關(guān)111提供的低阻抗路徑。然而，當(dāng)短路被檢測到時，電氣開關(guān)111通過來自高速控制器170的開關(guān)命令信號172被命令為是斷開的。當(dāng)電氣開關(guān)111被斷開時，流過開關(guān)111的電流被切斷并且被迫使來流過阻抗路徑112，由于阻抗路徑112提供的阻抗，導(dǎo)致電流的水平被降低。
[0027]圖3圖示說明圖1和圖2的開關(guān)模塊110的示例性實(shí)施方案的示意圖。如所示的，開關(guān)模塊110包括晶體管電路111和電阻網(wǎng)絡(luò)112。開關(guān)模塊110可以包括用于安裝模塊110的各種電氣部件(例如，包括晶體管電路111、電阻網(wǎng)絡(luò)112、LED以及狀態(tài)邏輯電路)的電路板。
[0028]圖4圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)100防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法400的第一示例性實(shí)施方案的流程。步驟410表示開關(guān)模塊110的開關(guān)111正常被閉合(沒有短路情況)的操作。在步驟420中，如果沒有檢測到短路，則開關(guān)111保持為閉合的(沒有短路情況)。然而，如果檢測到短路，則在步驟430中，開關(guān)111被命令來在短路間隔期間(即，焊條被短路到工件的時間段)經(jīng)歷斷開和閉合連續(xù)事件。
[0029]步驟430中的斷開/閉合連續(xù)事件通過在第一次檢測到短路時斷開開關(guān)111來開始。在第一時間段(例如，短路間隔的第一個10%)開關(guān)111保持為斷開的。這快速減少輸出電流，從而短路不會以導(dǎo)致大量飛濺的方式立刻被破壞。在第一時間段后，開關(guān)被再次閉合并且輸出電流在第二時間段期間是傾斜的而導(dǎo)致開始熔融短路，來形成窄的頸部而試圖與焊條分開并且清除短路。在該第二時間段期間，由于電流是傾斜的，執(zhí)行dv/dt檢測方案來預(yù)計(jì)何時短路將會被清除(即，何時頸部將會斷開(break))。這樣的dv/dt方案在本領(lǐng)域中是公知的。然后，就在短路要被清除之前(例如，在短路間隔的最后10%期間)，開關(guān)111被再次斷開，以再一次快速地降低輸出電流來防止在頸部實(shí)際斷開時(即，當(dāng)短路被實(shí)際清除時)的過渡飛濺。
[0030]在步驟410中，如果短路(焊條和工件之間的短路)仍存在，則開關(guān)111保持?jǐn)嚅_。然而，如果短路已經(jīng)被清除，則在步驟450中，開關(guān)111被再次閉合。以這種方式，在短路情況期間，開關(guān)111經(jīng)歷斷開/閉合連續(xù)事件并且當(dāng)開關(guān)被斷開時流過焊接輸出路徑的電流被減少，導(dǎo)致減少的飛濺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，方法400在高速控制器170中被實(shí)施。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，系統(tǒng)100能夠以120kHz的速率做出反應(yīng)(即，開關(guān)模塊110可以以該高速率在開和關(guān)之間被切換)，為短路的檢測和短路清除的檢測提供充分的反應(yīng)來以有效的方式實(shí)施方法400。
[0031]根據(jù)略微簡單些的可替換實(shí)施方案，響應(yīng)于推進(jìn)的焊條和工件之間的短路檢測，通過在至少一確定的時間段斷開開關(guān)111，由此增加焊接電路路徑中的阻抗，焊接電路路徑的電流被減少，而不是上面結(jié)合圖4所描述的經(jīng)歷斷開/閉合連續(xù)事件。對大部分脈沖周期來說，確定的時間段具有允許短路被清除而無需首先增加焊接電路路徑的電流的持續(xù)時間。在給定脈沖周期期間，如果短路在確定的時間段已經(jīng)如所期望的期滿之前被清除，則工藝?yán)^續(xù)脈沖周期的下一部分。然而，如果短路沒有在確定的時間段內(nèi)被清除，則在確定的時間段后，開關(guān)111立即被再次閉合，導(dǎo)致焊接電路路徑的電流再一次增加并且清除短路。在這樣的可替換實(shí)施方案中，響應(yīng)于短路的檢測，在確定的時間段的至少一部分，開關(guān)111被簡單地?cái)嚅_。在大多數(shù)脈沖周期中，電流無需被增加來清除短路。
[0032]此外，作為一種選擇，當(dāng)推進(jìn)的焊條和工件之間的短路被檢測到時,推進(jìn)的焊條的速度可以被減慢。減慢推進(jìn)的焊條的速度幫助更容易地清除短路而不增加如否則的情況要增加的那么多材料到短路部分。為減慢推進(jìn)的焊條的速度，推進(jìn)焊條的絲送進(jìn)器的馬達(dá)可以被關(guān)閉并且可以制動馬達(dá)。根據(jù)各種實(shí)施方案，制動可以為機(jī)械制動或者電氣制動。
[0033]圖5圖示說明根據(jù)圖4的方法400或者上面所描述的簡單些的可替換方法由未使用圖1-3的開關(guān)模塊110的常規(guī)脈沖電弧焊接機(jī)得到的常規(guī)脈沖輸出電流波形500的實(shí)施例。如從圖5的波形500可見的，在峰值脈沖510被激發(fā)(fire)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時間520，持續(xù)例如直到短路被清除的時間530。時間520和530限定短路間隔540。如在圖5中可見的，峰值脈沖510在多個脈沖周期或焊接工藝周期期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期或脈沖周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。在常規(guī)系統(tǒng)中，當(dāng)短路發(fā)生時，相比于電感，在焊接輸出路徑中存在非常小的阻抗。即使電源被關(guān)斷，電流繼續(xù)流動。
[0034]再次參見圖5，在短路間隔540期間，由于在焊條E和工件W之間缺乏電弧(阻抗變得非常低)并且由于焊接電路電感210用來保持電流在焊接輸出路徑中流動，所以輸出電流趨于增加，甚至是在功率轉(zhuǎn)換器120被逐步調(diào)整回到(phase back)最小水平。在短路被清除之前電流趨于增加(即，在熔融金屬短路與焊條E分開之前)。然而，以這樣的增加的電流水平，當(dāng)短路被破壞或清除時，增加的電流水平趨于導(dǎo)致熔融金屬迸發(fā)而導(dǎo)致飛濺。
[0035]圖6圖示說明在具有系繩狀連接部分的自由飛行轉(zhuǎn)移過程中使用高速視頻技術(shù)發(fā)現(xiàn)的迸發(fā)的飛濺過程。高峰值脈沖(例如，510)導(dǎo)致熔融金屬球610朝向工件W突出，在球610和焊條E之間創(chuàng)建窄的系繩狀部分620。當(dāng)球610朝向工件W飛越電弧時，系繩狀部分620變窄并且最后通過系繩狀部分620在焊條E和工件W之間出現(xiàn)短路。在焊接焊條非常靠近工件操作的操作中幾乎每個脈沖周期都趨于出現(xiàn)這種情況。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，對于自由飛行轉(zhuǎn)移脈沖焊接工藝，系繩狀部分620創(chuàng)建初期的短路并且大量電流可以開始流過窄的系繩狀部分620。如圖6中所示的，逐漸增加的電流水平最終導(dǎo)致相對細(xì)的熔融系繩狀部分620迸發(fā)而創(chuàng)建飛濺630。然而，通過并入如本文上面所描述的開關(guān)模塊110和方法400 (或簡單些的可替換方式)，所創(chuàng)建的飛濺630可以被大大減少。
[0036]圖7圖示說明根據(jù)圖4的方法400由使用圖1_3的開關(guān)模塊110的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)100得到的脈沖輸出電流波形700的實(shí)施例。如從圖7的波形700可見的，在峰值脈沖710被激發(fā)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時間720，持續(xù)例如直到短路被清除的時間730。時間720和730限定短路間隔740。如在圖7中可見的，峰值脈沖710在多個脈沖周期或焊接工藝周期期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。然而，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對小的時候，幾乎每個周期都可以出現(xiàn)短路。
[0037]再次參見圖7，在短路間隔740期間，當(dāng)短路首次出現(xiàn)并且同樣當(dāng)短路要被清除時開關(guān)模塊110的開關(guān)111被斷開，導(dǎo)致輸出電流流過阻抗路徑112并且因此導(dǎo)致電流水平減少。作為實(shí)施例，開關(guān)信號172可以為當(dāng)檢測到短路時由高到低的邏輯信號，使得開關(guān)斷開。類似地，當(dāng)短路被清除時，開關(guān)信號172可以從低到高來再次閉合開關(guān)111。當(dāng)開關(guān)111被斷開時，阻抗路徑112加重焊接輸出路徑的負(fù)載，允許續(xù)電流快速下降到期望的水平。在短路被清除之前，電流趨于減少，并且以這樣的減少的電流水平，當(dāng)短路被破壞或清除時，熔融金屬趨于以非迸發(fā)的方式(unexplosive manner)箍斷(pinch off),消除或至少減少所創(chuàng)建的飛濺的量。同樣，在圖1的波形700中，用于幫助防止在剛剛清除短路之后立即出現(xiàn)另一短路的等離子升壓脈沖750是更為卓越的并且潛在地為更有效的。
[0038]圖8圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)100防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法800的另一示例性實(shí)施方案的流程。根據(jù)實(shí)施方案，方法800由控制器170執(zhí)行。高速控制器170追蹤短路出現(xiàn)和/或短路清除的時間并且提供在至少下一脈沖周期期間何時短路間隔940 (出現(xiàn)短路和短路被清除的時候之間的時間)(見圖9)將會出現(xiàn)的估計(jì)。從這樣的估計(jì)，消隱間隔960(見圖9)可以被確定，這用來生成消隱信號172。
[0039]根據(jù)已知的技術(shù)，在方法800的步驟810中，系統(tǒng)100檢測脈沖焊接波形的重復(fù)脈沖周期期間短路出現(xiàn)和/或這些短路的清除。在步驟820中，在脈沖周期內(nèi)檢測到的短路的出現(xiàn)和/或清除的時間(例如，通過高速控制器170)被追蹤。在步驟830中，基于追蹤結(jié)果估計(jì)下一脈沖周期的短路間隔940的位置和持續(xù)時間(見圖9)。在步驟840中，基于下一脈沖周期的短路間隔的估計(jì)的位置確定至少下一脈沖周期的交疊消隱間隔960。在步驟850中，消隱信號(一種開關(guān)信號)172(例如，通過控制器170)被生成來在下一脈沖周期期間施加到開關(guān)模塊110。
[0040]圖9圖示說明根據(jù)圖8的方法800由使用圖1-3的開關(guān)模塊110的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)100得到的脈沖輸出電流波形900的實(shí)施例。如從圖9的波形900可見的，在峰值脈沖910被激發(fā)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時間920，持續(xù)例如直到短路被清除的時間930。時間920和930限定短路間隔940。如在圖9中可見的，峰值脈沖910在焊接工藝期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。然而，在電弧長度相對短(即，焊條相對靠近工件操作)的焊接工藝期間，短路可以發(fā)生在幾乎每個脈沖周期中。
[0041]根據(jù)方法800，脈沖周期內(nèi)短路出現(xiàn)和/或短路清除的時間被確定并且逐個脈沖周期被追蹤。以這種方式，控制器170可以估計(jì)在下一個或接下來的脈沖周期中可能將會出現(xiàn)的短路間隔的位置。然而，在脈沖焊接工藝開始時，在任何實(shí)質(zhì)性追蹤信息是可獲得的之前，短路間隔的位置可以為基于例如經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者來自前一焊接工藝的儲存數(shù)據(jù)的儲存的默認(rèn)位置。消隱信號172可以被調(diào)試或者改變來在消隱信號172中形成消隱間隔960，消隱間隔960在時間上交疊下面的脈沖周期(一個或多個)的估計(jì)的短路間隔940。理想地，消隱間隔960在下一脈沖周期的短路間隔940之前不久(例如，在時間920之前)開始并且在下面的脈沖周期的短路間隔940之后不久(例如，在時間930之后)結(jié)束，由此時間交疊。在一個實(shí)施方案中，只追蹤短路出現(xiàn)的時間，而不追蹤短路清除的時間。在這樣的實(shí)施方案中，基于經(jīng)驗(yàn)知識，消隱間隔的持續(xù)時間被設(shè)置為持續(xù)足夠長來用于清除短路。
[0042]以這種方式，下一脈沖周期期間的短路的實(shí)際出現(xiàn)無需在開關(guān)模塊110的開關(guān)111可以被斷開之前被檢測。在脈沖焊接工藝進(jìn)行時，短路間隔的位置可以隨著焊條和工件之間的距離的偏移或變化而偏移或變化。然而，在該實(shí)施方案中，由于短路間隔的位置隨著時間被追蹤，所以消隱信號的位置可以被調(diào)試來有效地遵循并且預(yù)計(jì)短路間隔。通過在消隱間隔960期間斷開開關(guān)111，電流下降并且預(yù)期的是，系繩狀部分將出現(xiàn)并且在消隱間隔960期間斷開。
[0043]經(jīng)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)示出，在特定脈沖焊接情況下使用如本文所描述的開關(guān)模塊110，清除短路時的焊接輸出電流水平可以從約280安培減少到約40安培，使得所產(chǎn)生的飛濺的量有很大的不同。一般地，將電流減少到50安培以下似乎顯著地減少飛濺。此外，行進(jìn)速度(例如，60-80英寸/分鐘)和沉積速率能夠被保持。
[0044]在焊接焊條和工件之間出現(xiàn)短路的時間段期間減少焊接輸出電流水平的其他裝置和方法也是可能的。例如，在可替換的實(shí)施方案中，焊接電源的控制拓?fù)淇梢员慌渲脕碓诙搪返臅r間期間控制輸出電流到被高度調(diào)整的水平。在短路間隔期間，電流可以控制短路電流到較低水平(例如，50安培以下)來減少飛濺。例如，參見圖1，開關(guān)模塊110可以被禁用或省略，允許電流在焊接輸出電路路徑中自由流動?？刂破?70被配置來命令波形發(fā)生器180在消隱間隔期間改變焊接工藝的輸出焊接波形信號181的部分，來減少通過焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流。因此，在該可替換的實(shí)施方案中，控制器170通過波形發(fā)生器180和功率轉(zhuǎn)換器120而不是經(jīng)由開關(guān)模塊110減少消隱間隔期間的電流。如果焊接電路的電感210是充分低的，則這樣的可替換實(shí)施方案可以工作得相當(dāng)好。
[0045]簡要概述，公開了用于執(zhí)行產(chǎn)生減少的飛濺的脈沖焊接工藝的電弧焊接機(jī)和方法。焊接機(jī)在推進(jìn)的焊條和工件之間產(chǎn)生電流。焊接機(jī)具有短路檢測能力，來在推進(jìn)的焊條和工件之間出現(xiàn)短接電路時檢測短路情況。焊接機(jī)被控制來減少在短路時間期間推進(jìn)的焊條和工件之間的電流，以減少當(dāng)短路被清除時熔融金屬的飛濺。
[0046]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器追蹤在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間短路間隔出現(xiàn)的時間。追蹤可以基于對在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路出現(xiàn)的檢測以及對在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路清除的檢測中的至少一個。該方法還包括基于所述追蹤估計(jì)脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔的時間位置。該方法還包括基于所述估計(jì)確定至少下一脈沖周期的消隱間隔。該方法還可以包括基于消隱間隔生成至少下一脈沖周期的消隱信號。該方法還可以包括響應(yīng)于消隱信號在消隱間隔期間增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少在消隱間隔期間通過焊接電路路徑的焊接電流。增加阻抗可以包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。根據(jù)實(shí)施方案，電氣開關(guān)與開關(guān)模塊中的阻抗路徑并聯(lián)。該方法可以包括通過改變消隱間隔期間的焊接工藝的波形的部分，在至少下一脈沖周期的消隱間隔期間減少通過焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的焊接電流，其中波形由焊接系統(tǒng)的波形發(fā)生器生成。根據(jù)實(shí)施方案，消隱間隔在時間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔并且在時間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔。
[0047]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制器，該控制器被配置用于在焊接系統(tǒng)的脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間追蹤短路間隔出現(xiàn)的時間。該控制器還被配置用于基于所述追蹤估計(jì)脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔的時間位置。該控制器還被配置用于基于所述估計(jì)確定至少下一脈沖周期的消隱間隔?？刂破鬟€可以被配置用于基于消隱間隔生成至少下一脈沖周期的消隱信號。根據(jù)實(shí)施方案，消隱間隔在時間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔并且在時間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔。該系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑中并且可操作地連接到控制器的開關(guān)模塊。開關(guān)模塊被配置來響應(yīng)于消隱信號在消隱間隔期間增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少消隱間隔期間通過焊接電路路徑的焊接電流。開關(guān)模塊包括并聯(lián)的電氣開關(guān)和阻抗路徑?？刂破骺梢员慌渲糜糜诿詈附酉到y(tǒng)的波形發(fā)生器，來通過改變消隱間隔期間焊接工藝的波形的部分，在至少下一脈沖周期的消隱間隔期間減少通過焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的焊接電流?？刂破鬟€可以被配置來檢測脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路的出現(xiàn)，并且檢測在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路清除的出現(xiàn)。
[0048]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器檢測在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間的短路。該方法還包括在第一時間段增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來響應(yīng)于檢測到短路而減少通過焊接電路路徑的焊接電流。該方法還包括在第一時間段之后緊接著的第二時間段降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來增加通過焊接電路路徑的焊接電流。該方法還包括在預(yù)計(jì)清除短路時，在第二時間段之后緊接著的第三時間段增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少通過焊接電路路徑的焊接電流。增加阻抗可以包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。降低阻抗可以包括閉合設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。該方法還可以包括檢測到短路已經(jīng)被清除，并且響應(yīng)于檢測到短路已經(jīng)被清除而降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗。
[0049]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器檢測在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間工件和推進(jìn)的焊條之間的短路。該方法還包括響應(yīng)于檢測其中的短路，在確定的時間段的至少一部分降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的電流，在脈沖弧焊工藝的大部分脈沖周期期間，確定的時間段具有允許短路被清除而無需首先增加焊接電路路徑的電流的持續(xù)時間。降低電流可以包括增加焊接電路路徑的阻抗。增加阻抗可以 包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)，其中開關(guān)模塊包括與阻抗路徑并聯(lián)的電氣開關(guān)。該方法還可以包括如果短路沒有被清除，則在確定的時間段之后立即增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的電流。增加電流可以包括降低焊接電路路徑的阻抗。降低阻抗可以包括閉合設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括與阻抗路徑并聯(lián)的電氣開關(guān)。該方法還可以包括響應(yīng)于檢測到焊條和工件之間的短路而減慢推進(jìn)的焊條的速度。減慢推進(jìn)的焊條的速度可以包括關(guān)閉推進(jìn)焊條的絲送進(jìn)器的馬達(dá)并且制動所述馬達(dá)。根據(jù)各種實(shí)施方案，所述制動可以為機(jī)械制動或者電氣制動。
[0050]盡管已經(jīng)參照特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進(jìn)行各種改變，并且可以替換等同物，而不會偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以進(jìn)行許多修改來使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)，而不會偏離本發(fā)明的范圍。因此，不是意圖將本發(fā)明限定為所公開的特定實(shí)施方案，相反，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍的所有實(shí)施方案。
[0051]參考標(biāo)號:
[0052]100電弧焊接系統(tǒng)510峰值脈沖
[0053]110開關(guān)模塊520時間
[0054]111電氣開關(guān)530時間
[0055]112阻抗路徑540短路間隔
[0056]120功率轉(zhuǎn)換器610球
[0057]121焊接輸出620系繩
[0058]122焊接輸出630飛濺[0059]123逆變電源700電流波形
[0060]124續(xù)流二極管710峰值脈沖
[0061]130絲送進(jìn)器720時間
[0062]140分流器730時間
[0063]150電流反饋傳感器740短路間隔
[0064]160電壓反饋傳感器800方法
[0065]161信號810步驟
[0066]162信號820步驟
[0067]170高速控制器830步驟
[0068]171命令信號840短路間隔
[0069]172開關(guān)命令信號850步驟
[0070]180波形發(fā)生器900輸出電流波形
[0071]181波形信號910峰值脈沖
[0072]210電路電感920時間
[0073]400方法930時間
[0074]420步驟940短路間隔
[0075]430步驟960消隱間隔
[0076]440步驟
[0077]450步驟E焊接焊絲
[0078]500波形W焊接工件
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法，所述方法包括: 使用焊接系統(tǒng)(100)的控制器(170)追蹤(820)在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間短路間隔(540、940)出現(xiàn)的時間； 基于所述追蹤估計(jì)(830)所述脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔(540、940)的時間位置；以及 基于所述估計(jì)確定(840)至少下一脈沖周期的消隱間隔(960)。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括基于所述消隱間隔(960)生成(850)至少下一脈沖周期的消隱信號(172)。
3.如權(quán)利要求2的方法，還包括響應(yīng)于所述消隱信號(172)增加在所述消隱間隔(960)期間所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的阻抗，來減少所述消隱間隔(960)期間通過所述焊接電路路徑的焊接電流。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中增加所述阻抗的步驟包括斷開設(shè)置在所述焊接電路路徑中的開關(guān)模塊(110)的電氣開關(guān)(111)。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述電氣開關(guān)(111)與阻抗路徑(112)并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)的方法，還包括通過在所述消隱間隔(960)期間改變所述焊接工藝的波形的部分來在至少下一脈沖周期的所述消隱間隔(960)期間減少通過所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的焊接電流，其中所述波形由所述焊接系統(tǒng)(100)的波形發(fā)生器(180)生成。
7.如權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)的方法,其中所述消隱間隔(960)在時間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔并且在時間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔。
8.如權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)的方法，其中所述追蹤(820)的步驟基于在所述脈沖焊接工藝的脈沖周期期間對短路的出現(xiàn)和/或所述短路的清除的檢測。
9.一種用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)(100)包括控制器(170)，所述控制器(170)被配置來: 追蹤(820)在焊接系統(tǒng)(100)的脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間短路間隔(540、940)出現(xiàn)的時間； 基于所述追蹤估計(jì)(830)所述脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔(540、940)的時間位置；以及 基于所述估計(jì)確定(840)至少下一脈沖周期的消隱間隔(960)。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制器(170)進(jìn)一步被配置來基于所述消隱間隔(960)生成(850)至少下一脈沖周期的消隱信號(172)。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑中并且可操作地連接到所述控制器(170)的開關(guān)模塊(110)，其中所述開關(guān)模塊(110)被配置來響應(yīng)于所述消隱信號(172) 增加在所述消隱間隔(960)期間所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的阻抗，來減少在所述消隱間隔(960)期間通過所述焊接電路路徑的焊接電流。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)模塊(110)包括并聯(lián)的電氣開關(guān)(111)和阻抗路徑(112)。
13.如權(quán)利要求9-12中的一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述控制器(170)進(jìn)一步被配置來命令所述焊接系統(tǒng)(100)的波形發(fā)生器(180)通過在所述消隱間隔(960)期間改變所述焊接工藝的波形的部分來在至少下一脈沖周期的所述消隱間隔(960)期間減少通過所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的焊接電流。
14.如權(quán)利要求9-13中的一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述消隱間隔(960)在時間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔(540、940)并且在時間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔(540、940)。
15.如權(quán)利要求9-14中的一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述控制器(170)進(jìn)一步被配置來檢測在所述脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路的出現(xiàn)和/或所述短路的清除。
16.一種用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法，特別是根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)的方法，所述方法包括: 使用焊接系統(tǒng)(100)的控制器(170)檢測(810、420)在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間工件(W)和推進(jìn)的焊條(E)之間的短路； 響應(yīng)于檢測(420)所述短路，在第一時間段增加所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的阻抗來減少通過所述焊接電路路徑的焊接電流； 在所述第一時間段之后緊接著的第二時間段降低所述焊接系統(tǒng)(100)的所述焊接電路路徑的所述阻抗來增加通過所述焊接電路路徑的所述焊接電流；以及 在預(yù)計(jì)清除所述短路時，在所述第二時間段之后緊接著的第三時間段增加所述焊接系統(tǒng)(100)的所述焊接電路路徑的所述阻抗來減少通過所述焊接電路路徑的所述焊接電流。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中增加所述阻抗的步驟包括斷開設(shè)置在所述焊接電路路徑中的開關(guān)模塊(110)的電氣開關(guān)(111)。
18.如權(quán)利要求16或17的方法，其中降低所述阻抗的步驟包括閉合設(shè)置在所述焊接電路路徑中的開關(guān)模塊(110)的電氣開關(guān)(111)。
19.如權(quán)利要求16-18中的一項(xiàng)的方法，還包括檢測到(440)所述短路已經(jīng)被清除。
20.如權(quán)利要求19的方法，還包括響應(yīng)于檢測到(440)所述短路已經(jīng)被清除，降低所述焊接系統(tǒng)(100)的所述焊接電路路徑的所述阻抗。
21.一種用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法，特別是根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)的方法，所述方法包括: 使用焊接系統(tǒng)(100)的控制器(170)檢測(810、420)在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間工件(W)和推進(jìn)的焊條(E)之間的短路；以及 響應(yīng)于檢測(420)其中的所述短路，在確定的時間段的至少一部分降低所述焊接系統(tǒng)(100)的焊接電路路徑的電流，在所述脈沖弧焊工藝的大部分脈沖周期期間，所述確定的時間段具有允許所述短路被清除而無需首先增加所述焊接電路路徑的電流的持續(xù)時間。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中降低所述電流的步驟包括增加所述焊接電路路徑的阻抗。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中所述增加阻抗的步驟包括斷開設(shè)置在所述焊接電路路徑中的開關(guān)模塊(110)的電氣開關(guān)(111)，其中所述開關(guān)模塊(110)包括與阻抗路徑(112)并聯(lián)的所述電氣開關(guān)(111)。
24.如權(quán)利要 求21-23中的一項(xiàng)的方法，還包括如果所述短路沒有被清除，則在所述確定的時間段之后立即增加所述焊接系統(tǒng)的所述焊接電路路徑的所述電流。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中增加所述電流的步驟包括降低所述焊接電路路徑的阻抗。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中所述降低阻抗的步驟包括閉合設(shè)置在所述焊接電路路徑中的開關(guān)模塊(110)的電氣開關(guān)(111)，其中所述開關(guān)模塊(110)包括與阻抗路徑(112)并聯(lián)的所述電氣開關(guān)(111)。
27.如權(quán)利要求21-26中的一項(xiàng)的方法，還包括響應(yīng)于檢測到(440)所述焊條(E)和所述工件(E)之間的短路，減慢所述推進(jìn)的絲焊條(E)的速度。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中減慢所述推進(jìn)的絲焊條(E)的速度的步驟包括關(guān)閉推進(jìn)所述絲焊條(E)的絲 送進(jìn)器(130)的馬達(dá)并且制動所述馬達(dá)，其中所述制動優(yōu)選為機(jī)械制動或電氣制動之一。
【文檔編號】B23K9/095GK103974798SQ201280059973
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月6日
【發(fā)明者】J·A·丹尼爾, S·R·科爾, S·R·彼得斯 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司