在焊接操作期間檢測熔滴從焊絲的分離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所描述的發(fā)明一般地關(guān)于用于在焊接工藝中改進(jìn)的熔滴分離檢測的方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]氣體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW)，有時(shí)以它的子類型惰性氣體保護(hù)(MIG)焊或活性氣體保護(hù)(MAG)焊來稱謂，是半自動(dòng)或自動(dòng)的電弧焊接工藝，其中連續(xù)的并且可消耗的絲電極(“焊絲”)和保護(hù)氣體通過焊槍被送進(jìn)。
[0004]脈沖噴射金屬過渡(GMAW-P)使用軸向噴射金屬過渡的高能量并且使該高能量(峰)電流與較低能量(本底)電流交替。每個(gè)循環(huán)被稱為周期，并且該周期可以每秒重復(fù)幾百次。噴射或脈沖噴射焊接工藝是自由飛行(free flight)過渡，其中所形成的熔滴從焊絲分離、穿過等離子體并且進(jìn)入焊池。
[0005]當(dāng)與軸向噴射過渡或其他焊接工藝相比時(shí)，脈沖能量產(chǎn)生合乎期望的熔合特征并且顯著地降低熱量輸入。脈沖的動(dòng)態(tài)性允許使用GMAW-P以用于不在適當(dāng)位置(out-of-posit1n)的焊接。因此，容易看出，需要的是一種動(dòng)態(tài)的方式來提供用于熔滴從焊絲分離(以及熔滴分離點(diǎn))的檢測的更準(zhǔn)確的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在使用保護(hù)氣體的焊接操作期間檢測熔滴從焊絲分離的方法，所述方法包括以下步驟:在焊接工藝期間在一系列焊接周期中將焊接信號提供到焊條，每個(gè)所述焊接周期包括脈沖輸出，所述脈沖輸出由本底輸出狀態(tài)與疊加的高輸出脈沖狀態(tài)構(gòu)成，在所述疊加的高輸出脈沖狀態(tài)期間，所述焊條加熱至熔滴并且被箍斷并且與所述焊條的端部分開；在所述焊接工藝期間測量至少一個(gè)焊接參數(shù)；計(jì)算所述至少一個(gè)焊接參數(shù)的隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；在所述焊接操作的電弧期間檢測至少一個(gè)焊接參數(shù)的所述導(dǎo)數(shù)內(nèi)的峰標(biāo)志；以及基于所述檢測的步驟降低與所述焊接工藝一起使用的所述脈沖輸出的至少一個(gè)焊接參數(shù)的量值。所述至少一個(gè)焊接參數(shù)選自由電流、電壓、電阻以及功率組成的組。所述方法可以進(jìn)一步包括監(jiān)測從所述脈沖的開始到所述脈沖的終止的持續(xù)時(shí)間的步驟。所述方法可以進(jìn)一步包括以下步驟:使用所述持續(xù)時(shí)間作為針對所述脈沖的下一周期的閾值；以及基于所述使用的步驟終止所述脈沖的下一周期。所述方法可以進(jìn)一步包括使用所述持續(xù)時(shí)間作為用于針對下一周期的所述焊接工藝的自適應(yīng)控制的輸入的步驟。而且，所述方法可以進(jìn)一步包括使用持續(xù)時(shí)間作為脈沖的周期之間的熔滴尺寸一致性和焊絲送進(jìn)速度一致性的標(biāo)記的步驟。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在使用保護(hù)氣體的焊接操作期間檢測熔滴從焊絲分離的方法，所述方法包括以下步驟:在焊接工藝期間在一系列焊接周期中將焊接信號提供到焊條，每個(gè)所述焊接周期脈沖輸出，所述脈沖輸出由本底輸出狀態(tài)與疊加的高輸出脈沖狀態(tài)構(gòu)成，在所述疊加的高輸出脈沖狀態(tài)期間，所述焊條加熱至熔滴并且被箍斷并且與所述焊條的端部分開；在所述焊接工藝期間計(jì)算至少一個(gè)特征的隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，所述至少一個(gè)特征選自由電壓、電流、電阻以及功率組成的組；在所述焊接操作的電弧期間檢測所述計(jì)算的步驟內(nèi)的峰標(biāo)志；以及基于所述檢測的步驟更改與所述焊接工藝一起使用的所述脈沖輸出。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在使用保護(hù)氣體的焊接操作期間檢測熔滴從焊絲分離的方法，所述方法包括以下步驟:在焊接工藝期間在一系列焊接周期中將焊接信號提供到焊條，每個(gè)所述焊接周期包括脈沖輸出，所述脈沖輸出由本底輸出狀態(tài)與疊加的高輸出脈沖狀態(tài)構(gòu)成，在所述疊加的高輸出脈沖狀態(tài)期間，所述焊條加熱至熔滴并且被箍斷并且與所述焊條的端部分開；在所述脈沖焊接工藝期間測量至少一個(gè)焊接參數(shù)；計(jì)算所述至少一個(gè)焊接參數(shù)的隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；在所述焊接操作的電弧期間識別所述至少一個(gè)焊接參數(shù)的所述隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)內(nèi)的峰標(biāo)志；基于所述識別的步驟降低與所述脈沖焊接工藝一起使用的所述脈沖輸出的至少一個(gè)焊接參數(shù)的量值；監(jiān)測從所述脈沖輸出的開始到所述脈沖輸出的至少一個(gè)焊接參數(shù)的量值的所述降低的持續(xù)時(shí)間；以及使用所述持續(xù)時(shí)間作為用于針對所述脈沖輸出的下一周期的所述脈沖焊接工藝的自適應(yīng)控制的輸入。
[0009]當(dāng)按照附圖、詳細(xì)說明以及所附的權(quán)利要求書來查看時(shí)，本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、特征以及實(shí)施方案將是明晰的。
【附圖說明】
[0010]本發(fā)明在特定部分和各部分的布置方面可以具有具體形式，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將在說明書中被詳細(xì)描述并且在附圖中被圖示說明，附圖構(gòu)成本發(fā)明的一部分，并且在附圖中:
[0011]圖1是圖示說明用于執(zhí)行脈沖焊接工藝的電弧焊機(jī)的組合方框圖和接線圖，所述脈沖焊接工藝采用熔滴檢測器電路實(shí)時(shí)操作來影響焊接事件上所使用的波形；
[0012]圖2是圖示說明現(xiàn)有技術(shù)的脈沖焊接工藝的電壓曲線和電流曲線的圖；
[0013]圖3是圖示說明圖1中所圖示說明的電弧焊機(jī)中各個(gè)位置的信號的圖；
[0014]圖4是類似于圖3的波形，所述波形描繪電流對時(shí)間并且將其與焊珠形成以及最終的熔滴從焊絲的分離相關(guān)聯(lián)；
[0015]圖5是圖示說明熔滴檢測器的組合方框圖和接線圖，所述熔滴檢測器用于產(chǎn)生控制信號來影響焊接事件上所使用的波形；
[0016]圖6是描繪電壓對時(shí)間、電流對時(shí)間以及電壓對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的一組波形；
[0017]圖7是控制脈沖輸出以及識別在脈沖輸出的下一周期中采用的閾值的流程圖；以及
[0018]圖8是基于實(shí)時(shí)檢測峰標(biāo)志的脈沖輸出的終止的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)在將出于圖示說明在遞交本專利申請時(shí)申請人已知的最佳模式的目的，描述實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。實(shí)施例和附圖僅僅是示例性的而不意味著要限制本發(fā)明，本發(fā)明通過權(quán)利要求的范圍和精神來衡量。現(xiàn)在參照附圖，其中示出的內(nèi)容僅是出于圖示說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的目的而不是出于限制本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的目的，圖1圖示說明用于執(zhí)行如圖2所示的脈沖焊接工藝的實(shí)施方案的電弧焊機(jī)A。盡管可以使用其他焊機(jī)架構(gòu)，示例性架構(gòu)是如俄亥俄州克利夫蘭的林肯電氣公司開創(chuàng)的通過波形技術(shù)控制的焊機(jī)。在該類焊機(jī)中，波形發(fā)生器產(chǎn)生在脈沖焊接工藝中使用的波形的輪廓。電源通過使用多個(gè)電流脈沖并且以例如超過18kHz的高頻根據(jù)從波形發(fā)生器所確定的形狀創(chuàng)建脈沖。該類技術(shù)為任何期望的焊接工藝產(chǎn)生精確的脈沖形狀。盡管將關(guān)于采用波形技術(shù)的焊機(jī)的使用來描述本發(fā)明，本發(fā)明是更寬泛的，并且可以用在其他焊機(jī)中，例如SCR(硅控制整流器)控制焊機(jī)和基于斬波器的焊機(jī)。尖頭(blip)尖峰、峰等可以在熔滴分離位置的電壓軌跡中被識別。多種技術(shù)試圖使用該尖頭、尖峰、峰等作為熔滴檢測，但與其相關(guān)的值歸因于各種因素(例如但不限于，電阻下降、焊接線纜的長度等)而不斷改變。本申請涉及導(dǎo)數(shù)檢測技術(shù)，其中峰標(biāo)志被用來檢測熔滴的分離。該技術(shù)獨(dú)立于多種因素(例如焊接線纜的長度、電阻下降等)O
[0020]如在本申請中所使用的，術(shù)語“峰標(biāo)志(peak signature) ”630將意味著預(yù)先限定的標(biāo)志、動(dòng)態(tài)限定的標(biāo)志和/或它們?nèi)魏芜m合的組合(在下面被討論)。峰標(biāo)志630是基于預(yù)先限定的特征的導(dǎo)數(shù)的，所述特征例如但不限于電壓、電流、電阻、功率等等。峰標(biāo)志630的物理表現(xiàn)可以受以下因素的影響:所使用的焊接工藝、焊條E的組成、焊絲的類型、焊絲送進(jìn)速率、脈沖寬度、脈沖幅值、脈沖的數(shù)量、焊接的持續(xù)時(shí)間、被焊接的材料、工件W的類型等。峰標(biāo)志630可以是在焊接工藝期間在焊接參數(shù)隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的波形中所檢測到的限定的樣式或特征(例如，尖峰、峰、兩個(gè)或更多個(gè)尖峰、兩個(gè)或更多個(gè)峰等)，其中限定的樣式可以是基于電流讀數(shù)的導(dǎo)數(shù)、電壓讀數(shù)的導(dǎo)數(shù)、電阻讀數(shù)的導(dǎo)數(shù)、功率的導(dǎo)數(shù)等中的至少一個(gè)的。而且，峰標(biāo)志630可以從對焊接參數(shù)(例如，電壓、電流、電阻、功率等)的導(dǎo)數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測中被實(shí)時(shí)地檢測。可替換地，峰標(biāo)志630可以通過識別至少一個(gè)限定的樣式或特征(例如但不限于尖峰(例如，正尖峰、負(fù)尖峰等))被實(shí)時(shí)地識別。在實(shí)施例中，熔滴檢測器64基于峰標(biāo)志630的實(shí)時(shí)識別來檢測熔滴檢測，所述峰標(biāo)志630的實(shí)時(shí)識別是基于針對檢測到的尖峰的閾值容限的。閾值容限可以觸發(fā)峰標(biāo)志630的檢測，并且還發(fā)起電流的降低來控制熔滴從焊絲的分離。在實(shí)施方案中，峰標(biāo)志