熱焊絲焊接電源供應(yīng)器的制造方法
【專利說明】熱焊絲焊接電源供應(yīng)器
[0001]本申請(qǐng)要求2012年8月10日遞交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/681，983的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/681，983的全部?jī)?nèi)容通過弓I用被并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于在釬焊(brazing)、恪敷(cladding)、堆焊(building up)、填充、恪覆(overlaying)、焊接以及接合(joining)應(yīng)用中使用的系統(tǒng)，涉及根據(jù)權(quán)利要求9的低電壓、低電感電源供應(yīng)器，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求11的釬焊、熔敷、堆焊、填充、熔覆、焊接以及接合至少一個(gè)工件的方法。某些實(shí)施方案涉及控制在熱填充焊絲工藝中的加熱電流，所述熱填充焊絲工藝在釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化(hard-facing)熔覆、焊接以及接合應(yīng)用中被使用。更特別地，某些實(shí)施方案涉及在用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接應(yīng)用中的任一個(gè)的系統(tǒng)和方法中，被用來控制填充焊絲中的加熱電流的電源供應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0003]傳統(tǒng)的填充焊絲焊接方法(例如，氣體保護(hù)鎢極弧焊(GTAW)填充焊絲方法)可以提供增加的沉積率以及超過單獨(dú)傳統(tǒng)弧焊速度的焊接速度。在這樣的焊接操作中，引導(dǎo)焊炬的填充焊絲可以由單獨(dú)的電源來電阻加熱(resistance-heated)。焊絲通過導(dǎo)電管被朝向工件送進(jìn)并且延伸超過所述管。延伸部分是被電阻加熱的，以有助于填充焊絲的熔化。鎢電極可以被用于加熱和熔化工件以形成熔池。電源提供電阻熔化(resistance-melt)填充焊絲所需的大部分能量。在某些情況下，焊絲送進(jìn)可能會(huì)滑脫(slip)或出現(xiàn)故障(falter)，并且焊絲中的電流可能會(huì)導(dǎo)致在焊絲末端和工件之間產(chǎn)生電弧。這樣的電弧的額外的熱量可能會(huì)導(dǎo)致焊穿和飛濺，這不利地影響焊接質(zhì)量。
[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(qǐng)的其余部分中參照附圖所闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案相比，對(duì)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(diǎn)將會(huì)變得明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]目標(biāo)是要克服前述的限制和缺點(diǎn)，尤其要避免焊穿和飛濺。該問題通過根據(jù)權(quán)利要求I的用于在釬焊、熔敷、堆焊、填充、熔覆、焊接以及接合應(yīng)用中使用的系統(tǒng)，通過根據(jù)權(quán)利要求9的低電壓、低電感電源供應(yīng)器，以及通過根據(jù)權(quán)利要求11的釬焊、熔敷、堆焊、填充、熔覆、焊接以及接合至少一個(gè)工件的方法來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明的實(shí)施方案涉及在用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接應(yīng)用中的任一個(gè)的系統(tǒng)和方法中，被用來控制填充焊絲中的加熱電流的低電壓、低電感電源供應(yīng)器。低電壓、低電感電源供應(yīng)器供應(yīng)電流通過填充焊絲，以電阻加熱至少填充焊絲的延伸部分。電源供應(yīng)器被配置為具有40至70微亨利范圍內(nèi)的輸出電感、20至50安培范圍內(nèi)的飽和電流以及小于或等于13伏特的開路電壓。所述系統(tǒng)還包括高強(qiáng)度能量源和焊絲送進(jìn)器，所述高強(qiáng)度能量源被配置來加熱工件以創(chuàng)建熔池，所述焊絲送進(jìn)器被配置來將填充焊絲送進(jìn)到熔池。
[0006]本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)一步包括釬焊、熔敷、堆焊、填充、熔覆、焊接以及接合工件的方法。所述方法包括加熱工件來創(chuàng)建熔池以及將填充焊絲送進(jìn)到熔池。所述方法還包括供應(yīng)電流通過填充焊絲，以電阻加熱至少填充焊絲的延伸部分。電阻加熱包括使用如上面所討論的以及下面所進(jìn)一步討論的低電壓、低電感電源供應(yīng)器。所述方法的實(shí)施方案可以包括至少在使用低電壓、低電感電源供應(yīng)器將電阻加熱應(yīng)用到填充焊絲的同時(shí)將來自高強(qiáng)度能量源的能量施加到所述工件，以加熱所述工件。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，所述方法包括基于使用者輸入來設(shè)置所述所期望的溫度。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述使用者輸入是焊絲送進(jìn)速度和填充焊絲類型中的至少一個(gè)。所述高強(qiáng)度能量源可以包括激光裝置、等離子弧焊(PAW)裝置、氣體保護(hù)鎢極弧焊(GTAW)裝置、氣體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW)裝置、焊劑芯弧焊(FCAW)裝置以及埋弧焊(SAW)裝置中的至少一個(gè)。
[0007]從如下的說明書、權(quán)利要求書和附圖，所要求保護(hù)的本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)以及圖示說明的本發(fā)明的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)將會(huì)被更加完整地理解。
_8] 附圖簡(jiǎn)要說明
[0009]通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會(huì)更加明顯，在所述附圖中:
[0010]圖1圖示說明組合填充焊絲送進(jìn)器和能量源系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的功能性示意方框圖，所述系統(tǒng)用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆以及接合/焊接應(yīng)用中的任一個(gè);
[0011]圖2圖示說明可以在圖1的系統(tǒng)中使用的熱焊絲電源供應(yīng)器的示例性實(shí)施方案；
[0012]圖3圖示說明可以在圖1的系統(tǒng)中使用的熱焊絲電源供應(yīng)器的示例性實(shí)施方案；
[0013]圖4圖示說明可以在圖3的電源供應(yīng)器中使用的DC至DC轉(zhuǎn)換器的示例性實(shí)施方案；以及
[0014]圖5圖示說明組合填充焊絲送進(jìn)器和能量源系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的功能性示意方框圖，所述系統(tǒng)用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆以及接合/焊接應(yīng)用中的任
—個(gè)°
[0015]詳細(xì)描沐
[0016]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(shí)施方案。所描述的示例性實(shí)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(hào)在通篇中涉及相似的要素。
[0017]已知的是，在焊接操作中，焊接/接合操作典型地將多個(gè)工件接合在一起，其中填充金屬與工件金屬中的至少一些相結(jié)合來形成接頭。由于期望增加焊接操作中的產(chǎn)品生產(chǎn)量，一直存在對(duì)這樣的更快的焊接操作的需求，所述焊接操作并不產(chǎn)生具有不合標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量的焊縫。這對(duì)于使用類似技術(shù)的熔敷/表面化(surfacing)操作來說也是如此。注意的是，盡管以下討論中的許多將涉及“焊接”操作和系統(tǒng)，但本發(fā)明的實(shí)施方案并不僅限于接合操作，而是可以被類似地用于熔敷、釬焊、熔覆等類型的操作。另外，需要提供這樣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以在不利的環(huán)境狀況下(例如，在遙遠(yuǎn)的工作場(chǎng)所)迅速地焊接。如下面所描述的，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供超過現(xiàn)有焊接技術(shù)的顯著的優(yōu)點(diǎn)。這樣的優(yōu)點(diǎn)包括，但不限于，減少的導(dǎo)致工件輕度變形的總熱量輸入、非常高的焊接行進(jìn)速度、非常低的飛濺率、沒有保護(hù)措施(shielding)的焊接、以高的速度焊接電鍍的或蓋覆的材料而幾乎沒有或沒有飛派，以及以高的速度焊接復(fù)合(complex)材料。
[0018]圖1圖示說明組合填充焊絲送進(jìn)器和能量源系統(tǒng)100的示例性實(shí)施方案的功能性示意方框圖，所述系統(tǒng)100用于執(zhí)行釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆以及接合/焊接應(yīng)用中的任一個(gè)。系統(tǒng)100包括激光子系統(tǒng)130/120，所述激光子系統(tǒng)130/120能夠?qū)⒓す馐?10聚焦到工件115上來加熱工件115以創(chuàng)建熔池(即，焊接熔池145)。激光子系統(tǒng)包括可操作地彼此連接的激光裝置120和激光電源供應(yīng)器130。激光電源供應(yīng)器130提供功率來操作激光裝置120。激光子系統(tǒng)是高強(qiáng)度能量源。激光子系統(tǒng)可以是任何類型的高能量激光源，包括但不限于二氧化碳、NdiYAG, Yb-片(disk)、YB-光纖、光纖傳遞或直接二極管激光器系統(tǒng)。進(jìn)一步地，甚至如果白光或石英激光器類型的系統(tǒng)具有足夠的能量，可以使用它們。系統(tǒng)的其他實(shí)施方案可以包括起到高強(qiáng)度能量源作用的電子束、等離子弧焊子系統(tǒng)、氣體保護(hù)鎢極弧焊子系統(tǒng)、氣體保護(hù)金屬極弧焊子系統(tǒng)、焊劑芯弧焊子系統(tǒng)以及埋弧焊子系統(tǒng)中的至少一個(gè)。下面的說明書將反復(fù)地涉及激光系統(tǒng)、