專利名稱：具有多個獨立焊絲進給的gmaw系統(tǒng)的制作方法
具有多個獨立焊絲進給的GMAW系統(tǒng)
斗i去'左石+Je
-j ，I 、 ，乂s 、
本發(fā)明涉及氣體保護金屬極電弧焊(GMAW)系統(tǒng)，更具體地， 涉及具有多個單獨可選且分別控制的焊絲進給(或進料)的GMAW
更大靈活性的作用。、、5 ''、 ， '一'、 、 背景技術(shù)：
氣體保護金屬極電弧焊(GMAW)是工業(yè)應(yīng)用中普遍采用的焊接 金屬工件的方法。如現(xiàn)有技術(shù)圖1中所示，GMAW系統(tǒng)典型地包括帶 有噴嘴2的焊炬(或焊槍)1、電源3、配置成向焊炬1進給焊絲5的 焊絲進給裝置4以及保護氣體供應(yīng)/網(wǎng)絡(luò)6。在優(yōu)選用途中，為了保持 焊炬與預置工件7之間恒定的導電嘴到機件(tip-to-work)距離而對 焊炬1進行調(diào)節(jié)。如現(xiàn)有技術(shù)圖la中所示，焊槍包括電供能導電嘴8, 該導電嘴在焊槍噴嘴2內(nèi)軸向?qū)什⑶冶慌渲贸赏ㄟ^接觸焊絲5來充 電。被充電的焊絲5與工件7之間的外加電壓產(chǎn)生居間電弧。電弧產(chǎn) 生的熱能將坪絲5熔化成球狀的、短路的、或飛沫樣式，并焊穿工件 7以形成焊接。因此，GMAW焊接過程典型地包括引弧期、焊接期主 過程(其典型地產(chǎn)生末端焊口)以及隨后的焊口填充期。
對于本發(fā)明，焊絲進給被典型地用來將焊絲材料引入主要由電弧 限定的加熱區(qū)，例如包括環(huán)繞巻筒被纏繞的焊絲和用于經(jīng)由焊炬限定 的電極導電管來驅(qū)使焊絲前進的驅(qū)動機構(gòu)的類型的焊絲進給。大部分 常規(guī)裝置以響應(yīng)于接縫尺寸和所需沉積速度的可變進給速度來提供 焊絲。例如， 一些焊絲進給器供給焊絲的速度是從50到1200ipm。最 后，本領(lǐng)域還公知的是在焊接較厚工件的地方采用具有相同成分和進 給速度的雙焊絲進給。
GMAW焊絲典型地具有實芯結(jié)構(gòu)，或者復合結(jié)構(gòu)，其中實芯焊絲 可由鋼、鋁或相關(guān)合金形成，復合型包括焊劑芯或金屬芯焊絲。例如， 硅青銅焊絲常用于銅焊應(yīng)用。根據(jù)諸如焊接縫使用質(zhì)量、所需沉積速 度和接縫形狀等因素來選擇優(yōu)選的焊絲尺寸和成分。在一些情況中，還要考慮焊接過程中所預料到的由基體材料所損耗的，蒸發(fā)材料的量 和類型，以便能提供富含損耗材料的焊絲成分。
如果沒有適當考慮這些因素，就會出現(xiàn)操作和性能顧慮。例如，
到的效率。不適當?shù)暮附z'^擇會導致生產(chǎn)率低':焊接質(zhì)量差、過多的 飛賊和末端處過大的焊口、以及對焊接后處理的需求。進一步地，一 旦選擇了不適當?shù)暮附z成分，焊縫會有比基體材料小得多的剪切強 度，并由此在組件中出現(xiàn)過早斷裂區(qū)。 涉及具有恒定進給速度控制的常規(guī)焊絲進給裝置的其它顧慮也 在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷過。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當意識到的是， 由于不相等的初始力和不穩(wěn)定性，主接縫焊接期的最佳進給速度常常 在焊口填充和引弧期間產(chǎn)生過多飛濺和熔池變形，而引弧和焊口填充 的最佳進給速度又不足以在坪接主過程中提供必需的材料投送量。而 且，當熱能輸入錯了時，不能實時調(diào)整焊絲進給速度。
因此，盡管提供了所需的材料以實現(xiàn)適當焊接，常規(guī)GMAW焊 絲進給裝置仍然有各種顧慮。所以，本領(lǐng)域仍然需要一種焊絲進給裝 置，其通過提供更大靈活性和對悍絲投送量更多的控制，致力于解決 這些顧慮。

發(fā)明內(nèi)容
響應(yīng)于該需求，本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)選不同焊絲成分和直徑的 多個獨立焊絲進給的GMAW系統(tǒng)。其中，本發(fā)明對提供熔池形狀的 精確控制、確定焊縫成分上更大的靈活性以及減少的飛濺和平穩(wěn)引弧 非常有用。該改進的焊接系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)來說可導致更高效 的焊接。例如，優(yōu)選考慮熱能數(shù)據(jù)和/或觀測數(shù)據(jù)，以便在引弧、焊接 主過程和焊口填充期間能夠為每個進給采用最大能量效率的焊絲進 給速度。而且，同時應(yīng)當意識到的是，由于本創(chuàng)造性系統(tǒng)可在實質(zhì)上 更寬的應(yīng)用范圍上被適當采用，所以與焊絲巻筒轉(zhuǎn)換相關(guān)的停工期也 減少了。最后，本發(fā)明的用途還包括能夠?qū)τ糜趶秃辖饘俳Y(jié)合體和層 疊的熱輸入進行實時控制和調(diào)整。
本發(fā)明的第一個方面涉及一種適于在一個焊接過程中焊接多個 工件的氣體保護金屬極電弧焊系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括GMAW焊炬、多根焊絲以及至少一個前進機構(gòu)。該GMAW焊炬包括限定出用于焊絲進 給的多個孑L/開口的新導電嘴。該焊炬和工件 一起被配置成引起居間動 態(tài)電弧和熱區(qū)，所述熱區(qū)在鄰近該電弧處具有工作溫度。每根焊絲都 有末端并且優(yōu)選具有不同直徑、化學成分以及物理和機械特征。該開 口被配置成同時接收焊絲，以便每一個末端都進入該區(qū)。最后，該前 進機構(gòu)被配置成以預定進給速度將每根焊絲驅(qū)使前行進入該區(qū)。
本發(fā)明的第二個方面涉及一種采用多個獨立焊絲進給焊接多個 工件的方法，其中，每個工件都有一定厚度和成分，并且每個進給都 有一定的焊絲直徑和成分，并進一步具有拉伸和剪切強度、熔化溫度， 以及在融化時的動態(tài)粘滯度和內(nèi)聚力。該方法包括多個步驟，所述多 個步驟包括相對于工件固定進給。期望的第一總焊絲投送量(沉積或 消耗速度)是以工件厚度和成分為基準的。然后確定產(chǎn)生期望的焊絲 投送量的第一進給速度。最后，具有預定直徑和物理特征的焊絲以確 定進給速度致動前進，從而產(chǎn)生第一焊絲投送。
通過下文對優(yōu)選實施例和附圖的詳細描述可以明顯看出本發(fā)明 的其它方面和優(yōu)勢。


下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)GMAW系統(tǒng)的示意性立視圖，特別示出了焊炬、 電源、焊絲進給裝置和保護氣體供應(yīng)罐和網(wǎng)絡(luò)；
圖la是現(xiàn)有技術(shù)焊炬噴嘴的透視圖，特別示出了單根焊絲進給、 保護氣體管道和常規(guī)導電嘴；
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的由具有多根焊絲進給和相關(guān)電弧 的GMAW焊炬焊接的多個工件的透視圖，特別示出了電弧區(qū)和傳給 焊池的總焊絲投送量；
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的多個工件和多焊絲進給GMAW 焊炬噴嘴的局部立視圖，特別示出了熱區(qū)傳感器以及多根焊絲進給與 導電嘴之間的相互關(guān)系；
圖3a是圖3中的導電嘴和焊絲進給沿線A-A的截面圖3b是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的錐形導電嘴和會聚的焊絲進給 的局部立^L圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的導電嘴和焊絲進給的截面圖，特
別示出了三根焊絲和附加槽；
圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的多焊絲進給GMAW系統(tǒng)的示意 立視圖，特別示出了多個前進機構(gòu)、焊絲進給和熱區(qū)傳感器以及與其 通信耦接的控制器；
圖6是與根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的，和三個焊絲進給巻筒相互作 用的輸入軸和離合器總成的透視圖，其中中間巻筒是松開的；
圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的單個驅(qū)動機構(gòu)的透視圖，該驅(qū)動 機構(gòu)包括與三個焊絲進給機構(gòu)巻筒相耦接的傘齒輪變速器，其中相鄰 巻筒是松開的；以及
圖8根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的，焊接復合層疊的多焊絲進給 GMAW系統(tǒng)的局部立視圖，特別示出了在焊接過程的六個不同時期所 用到的焊絲進給。
具體實施例方式
如圖2-8所示，本發(fā)明涉及一種氣體保護金屬極電弧焊(GMAW) 系統(tǒng)IO，其具有多個獨立且分別可控的焊絲(或稱焊條)進給。該系 統(tǒng)10包括焊炬12，該焊炬包括改良噴嘴12a、手柄126(手工操作處) 和主體12c。如本領(lǐng)域所知，焊炬12起到產(chǎn)生電弧和相關(guān)熱區(qū)14的 作用，該熱區(qū)具有足以熔化多個工件16、 18的基體材料的最低工作 溫度，其中焊接的規(guī)范(如工作溫度、移動速度、電壓等)取決于工 件尺寸和成分。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當意識到的是，16規(guī)格 低碳鋼的氣體保護金屬極電弧焊需要至少160amps，以及采用百分之 一百的二氧化碳保護氣體。然而，應(yīng)當意識到的是，本發(fā)明可被用于 焊接普通商用金屬工件(如低碳鋼、高強度鋼、低合金鋼、不銹鋼和 鋁)，而且為了該目的，起到了在沒有轉(zhuǎn)換的情況下擴展適于焊接的 基體材料范圍的作用。最后，對本發(fā)明來說，熱區(qū)14通常包括焊絲 與工件之間的電弧以及緊鄰電弧的空間(圖2)。
如前所述，還應(yīng)當意識到的是，適當?shù)碾姌O直徑與要焊接的工件 的厚度和成分有關(guān)，其中在焊接較薄金屬時優(yōu)選較小的焊絲直徑。而 且，G M AW電源的輸出電壓也必須與所選的焊絲鋼絲的額定電壓相匹 配。
包括多個獨立焊絲進給可通過改變焊絲材料投送量來模擬大部分種類的總焊絲成分和直徑，從而使得創(chuàng)造性系統(tǒng)10能夠更加容易 地滿足這些優(yōu)選和需求。在所示實施例中，呈現(xiàn)了示例性的三焊絲進
給2(k7力，c;然而應(yīng)當意識到的是，可采用更多或更少的焊絲進給，其 中進給數(shù)量的增加與系統(tǒng)便利性和多樣性直接成正比，而與系統(tǒng)復雜
性和噴嘴擁擠度成反比。
該系統(tǒng)包括帶有導電嘴32的改良焊炬12，所述焊炬限定出至少 一個并且優(yōu)選為多個的開口 22 (圖3),所述開口被配置成接收進給 20。該焊炬12優(yōu)選限定出多于進給數(shù)量的多個開口 ，為的是具有至 少一個附加孔24用來便于附加焊絲進給的供應(yīng)或其它供應(yīng)，例如保 護氣體流。例如在圖4中，限定有四個開口 22,其中一個是附加孔 24。因此，焊炬主體12c和噴嘴12a被配置成一起限定出開口 22。如 圖3所示，噴槍主體12c可尤其包括與保護氣體管道28同軸對齊的 單個電極管道26。在電極管道26內(nèi)，優(yōu)選布置多個套管30，從而將 焊絲進給20fl力,c分開。套管30可由絕緣材料制成。
噴嘴12a的內(nèi)工作(inner-working )包括電供能導電嘴32(圖3-4)。 在單獨的焊絲進給中，隨著進給機構(gòu)20被持續(xù)地引導入電弧區(qū)14, 導電嘴32起到接觸并由此供能焊絲進給20的作用。這樣，創(chuàng)造性導 電嘴32由導電材料(例如銅)構(gòu)成，并且限定出開口的末端22"。套 筒30優(yōu)選具有柔性末端段，以便其能與相應(yīng)的末端22"相連。為了 容納多個焊絲進給20,創(chuàng)造性導電嘴32優(yōu)選其直徑稍大于可比較的 常規(guī)導電嘴的直徑。例如，和常規(guī)噴嘴一起使用的合適的創(chuàng)造性導電 嘴32可具有約為10mm的直徑。
末端部分22a優(yōu)選為并行(圖3)且間隔的，以便能夠用單個電 弧將焊絲進給共同熔化。這樣，在《^等于末端部分直徑的最大值時， 相鄰末端部分2 2 o優(yōu)選間隔不大于c/w 。x的5倍，并且更優(yōu)選為不大于 6/目，的2倍(圖3a)?？商鎿Q地，導電嘴32可由更耐熱且更耐用的材 料(例如金屬陶瓷)構(gòu)成，其中提供銅嵌件(未示出)來供能焊絲。 還可進一步采用可替換的導電嘴32結(jié)構(gòu)，例如錐形導電嘴32a (圖 3b),其將焊絲進給會聚到電弧區(qū)14內(nèi)的一點，從而促進焊絲材料擴 散/混合并且增大電弧熱通量密度。
每個進給20包括細長焊絲(亦即，焊絲段)34，其具有一定焊 絲成分、長度(/)和直徑(c/);這樣，在所示實施例(圖3-4)中反映出三根焊絲34a，b，c。每根焊絲成分優(yōu)選具有低于區(qū)14最低工作溫 度的熔化溫度。每個直徑都要進行配置，以便焊絲34被緊密容納(亦 即，在0.15mm公差內(nèi))在相應(yīng)末端部分22a中，因為所述公差是確 保維持它們之間的接觸所必需的。每根焊絲34與其余每一個直徑相 比，優(yōu)選具有實質(zhì)上不同(如，至少大或小15%)的直徑。更優(yōu)選地， 每個直徑比其余每一個直徑至少大或小20%,最優(yōu)選為至少大或小 25%。例如，第一焊絲為1.2mm直徑時，第二焊絲優(yōu)選具有不小于 1.4mm的直徑，第三焊絲優(yōu)選具有不大于0.9mm直徑。
每根焊絲34優(yōu)選具有實質(zhì)上不同的成分，從而提供增加的便利 性和應(yīng)用的多樣性，其中術(shù)語"實質(zhì)上不同的成分"應(yīng)包含在GMAW 情況下功能上不等同的材料成分。為了給操作者提供不同的選擇以及 改變焊縫機械特征的能力，要對焊絲成分進行優(yōu)選地選擇。更具體地， 優(yōu)選焊絲34由實質(zhì)上不同的成分構(gòu)成，以便每根焊絲34具有不同的 拉伸(或剪切)強度，從而使系統(tǒng)10具有多種材料選擇來提供期望 的焊縫強度。優(yōu)選焊絲34由實質(zhì)上不同的成分構(gòu)成，以便每根焊絲 在熔化時具有不同的流動度(或動態(tài)粘滯度)。這就使系統(tǒng)IO具有多 種材料選擇來成形和控制熔池17 (圖2)。更優(yōu)選地，每根焊絲比其 余焊絲34的每一根具有至少大或小25%的流動度。最后，優(yōu)選焊絲 34還可由實質(zhì)上不同的成分構(gòu)成，以便在熔化時每根焊絲34具有不 同的填隙或分子力，例如金屬鍵、離子鍵、電磁或內(nèi)聚力。例如對于 內(nèi)聚力，應(yīng)當意識到的是，有最高內(nèi)聚力(也就是表面張力)的焊絲 成分可被用于在引弧期最小化飛濺，這樣材料就更能保持其完整性。
在本發(fā)明的另一個方面，系統(tǒng)10被配置成具有不同的焊絲進給 速度，并且更優(yōu)選地，每個進給速度都是單獨可控的，從而可以分別 調(diào)整。為此，系統(tǒng)10進一步包括與每個焊絲進給20驅(qū)動耦接的至少 一個前進機構(gòu)36 (圖5 )。更優(yōu)選地，具有單獨電機38的多個獨立可 操作的機構(gòu)36驅(qū)動耦接到相等數(shù)量的進給20，其中每個機構(gòu)36只咬 合一個進給20。最后，如本領(lǐng)域所知，每個進給20進一步包括可旋 轉(zhuǎn)的焊絲巻筒40，該巻筒貯存單獨纏繞的一根焊絲34，并由相應(yīng)的 ^/L構(gòu)36驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
例如，通過改變給機構(gòu)36的動力輸入可提供多種進給速度，這 也是本領(lǐng)域公知的。例如，如圖5圖釋的，多個分壓器42可被設(shè)在電源43與電機38的中間從而實現(xiàn)可變電機輸出。分壓器42是增量 式，并更優(yōu)選為滑動可調(diào)的。
因此，應(yīng)當意識到，系統(tǒng)10的優(yōu)選實施例設(shè)想采用多個常規(guī)焊 絲進給機構(gòu)36來驅(qū)動相等數(shù)量的進給20,其中每個機構(gòu)36均被配置 成將相應(yīng)的焊絲段34驅(qū)使前行至創(chuàng)造性導電嘴32。然而，可替換地， 可用單個驅(qū)動機構(gòu)36來驅(qū)動進給20。例如，機構(gòu)36可包括離合器 44,該離合器被配置成選擇性促使單個電機38和輸入驅(qū)動軸46咬合 和松開相應(yīng)巻筒40。圖6大體示出了咬合三焊絲進給機構(gòu)巻筒40的 輸入軸和離合器總成，其中外側(cè)兩個巻筒是被咬合的，而中間巻筒是 松開的。
如圖7所示，單個機構(gòu)36可與復合變速器(如齒輪箱)48相耦 接，所述復合變速器被配置成可選擇且可調(diào)整地咬合焊絲進給20。在 這種結(jié)構(gòu)中，輸入軸46驅(qū)動變速器48，從而產(chǎn)生預計輸出。在圖7 所示的示例性變速器48中，采用一系列傘齒輪50和用于切換的磁性 繼電器52來實現(xiàn)可選擇的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。在圖7中，三個巻筒40中的兩 個被經(jīng)由變速器48的軸46咬合并驅(qū)動。在進一步被可替換地配置成 提供更大可調(diào)整性的方案中，多個不同的驅(qū)動機構(gòu)36和至少一個變 速器48可被共同配置，以便機構(gòu)36中的每一個都能選擇性和進給20 中的每一個咬合。
最后，優(yōu)選驅(qū)動機構(gòu)36中的每一個進一步包括一組豎直層疊的 輥子54(圖5)。如本領(lǐng)域所知，輥子54具有共同的尺寸，并且被配 置成抓住并進一步驅(qū)使焊絲34前進，從而引導它們進入開口 22。
在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)10還包括與才幾構(gòu)36和焊炬12通信耦4妻 的控制器56(圖5)。該控制器56被可編程地配置成分別自動致動機 構(gòu)36中的每一個，改變它們各自的進給速度，并且在確認適當?shù)暮?絲進給之后致動焊炬12。優(yōu)選控制器56因此被配置成接收輸入并且 基于該輸入促使進給速度進行調(diào)整。在這方面，優(yōu)選系統(tǒng)10進一步 包括用于確定應(yīng)用特征的傳感技術(shù)。例如，可操作來檢測悍絲34實 際運動的第一傳感器58 (圖5)可被安置在每個巻筒40的出口附近， 以便傳感器58能夠檢測各個焊絲34的末端，然后向控制器56報警 從而結(jié)束焊接過程。
可操作來確定電弧區(qū)特征的第二傳感器60在焊接過程中可相對
ii于焊炬噴嘴12"和區(qū)14進行安置。例如，最好如圖3所示，傳感器 60可以是附接到噴嘴12a的熱電偶，并且被配置成檢測區(qū)溫度。在這 種結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選傳感器60進一步產(chǎn)生關(guān)于溫度或其衍生的相關(guān)電弧 區(qū)特征數(shù)據(jù)，例如估算或外推熱的輸入能量值。第一和第二傳感器 58,60都通信耦接到控制器56 (亦即，通過適當?shù)慕虩o線技術(shù)或直 接布線)，從而能夠?qū)?shù)據(jù)作為輸入信號傳輸給控制器56?？刂破?6 被配置成基于接收到的輸入信號改變連續(xù)輸出信號。因此，系統(tǒng)10 優(yōu)選為有閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。
操作中，在從操作者接收到與該應(yīng)用相關(guān)的結(jié)構(gòu)信息(如，工件 厚度、層疊構(gòu)造和成分等)之后，優(yōu)選實施例56被可編程地配置成 確定期望的總焊絲投送量。然后，控制器56被配置成為焊絲進給20 中的每一個確定進給速度，以便能得到期望的投送量。為此，優(yōu)選控 制器56包括投送的可查詢數(shù)據(jù)庫62以及給定焊絲進給20組和應(yīng)用 的進給速度。
替換數(shù)據(jù)庫62或除數(shù)據(jù)庫62之外，可采用復雜算法，其基于焊 絲進給20的材料特征計算因而產(chǎn)生的熔池和接縫特性，并進一步優(yōu) 化進給20(亦即，確定其優(yōu)選速度)，從而獲得熔池或接縫特性。有 該情況下，用于給定應(yīng)用的算法確定然后可被存儲在數(shù)據(jù)庫62中以 用于將來的調(diào)用。 一旦確定了進給速度，優(yōu)選控制器56就自動致動 噴槍12并且通過傳送適當信號給驅(qū)動機構(gòu)36，從而以進給速度驅(qū)使 進給20前行進入到區(qū)14。
在操作的第二種模式中，優(yōu)選控制器56進一步被配置成確定多 個異步應(yīng)用時期(或階段)的每一個的總焊絲投送量，并且通過確定 這些時期期間的焊絲進給20中每一個分別的進給速度來獲得這些投 送量。例如，在第一個時期確定和生成引弧投送量，以便最小化飛濺 并減少熱能；在第二個時期可確定和生成主焊縫填充投送量，從而控 制熔池形狀并得到期望的接縫強度。最后，在第三個時期確定和生成 焊口填充投送量。對于引弧和焊口填充階段，應(yīng)當意識到的是，總焊 絲投送量優(yōu)選通過最小可用焊絲投送量提供。
圖8示出了操作的第二種模式，并且示出了采用具有小型、中型 和大型焊絲進給20的三焊絲GMAW系統(tǒng)10單程焊接復合層疊的工 件。應(yīng)當意識到的是，復合層疊構(gòu)造，如此處所示，更好地反映了實際工業(yè)應(yīng)用并且突出了本發(fā)明的益處。在開始階段(l)時，焊炬噴 嘴12"和工件短路從而提供典型為約0.5至ls持續(xù)時間的引弧。在這 個時期以適當?shù)囊『附z進給速度單獨進給最小的焊絲(就直徑而
言)。在階段(2),已經(jīng)完成了引弧并且開始對包括兩塊板的層疊部 分進行主接縫填充。此處，進給中型(或"工作")焊絲，噴嘴12"開 始移動從而跟隨計劃好的接縫準線，并且結(jié)束小型焊絲進給。應(yīng)當意 識到的是，階段(1)和階段(2)的開始是在同一空間但以不同次數(shù) 進行的。在階段(3)，層疊變成包括具有第一高度的三塊板的部分， 并且在中型焊絲進給上加上了大型焊絲進給。在階段(4)，相比階段 (3 )層疊是高度減小的三塊板部分。此處，結(jié)束中型焊絲進給而只 保留大型焊絲進給。在階段(5)，層疊回到了階段(2)的構(gòu)造，并 且同樣，再次單獨進給中型焊絲。最后，在階段(6),在雙板層疊和 焊接通道的結(jié)束時，提供焊口填充焊絲投送量，其中和階段(l)一 樣單獨進給小型焊絲。
在示例性應(yīng)用中，在要焊接兩塊低碳鋼工件(分別為0.8mm和 1.2mm厚)時，在引弧階段用0.9mm直徑的鋼絲(ER70-S3 )提供適 當?shù)目偤附z投送量，并且采用200ipm的進給速度；在接縫填充階段， 是用l.lmm直徑的鋼絲(ER70-S6)，并且采用500ipm的進給速度； 在焊口填充階段，是用ER70-S-3焊絲，采用300ipm的進給速度。
應(yīng)當意識到的是，在無需過度實驗的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員就可很容易地確定未修改的焊炬部件、傳感器58,60和驅(qū)動機構(gòu)部 件如電機38、焊絲巻筒40、離合器44和滾子54，以及適當?shù)目刂破?編程、處理和存儲規(guī)格的制造和設(shè)計，并且這些都沒有在本文中作進 一步的描述。
本發(fā)明的上述優(yōu)選形式只如所示出的那樣使用，并且不應(yīng)當在受 限意義上用于解釋本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神的情況下，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員能很容易對本文所述的示例性實施例和操作模式 做出明顯改造。當涉及任何本質(zhì)上并未背離本發(fā)明，但卻位于本發(fā)明 所附權(quán)利要求字面范圍之外的儀器、總成或方法時，發(fā)明人特此聲明
權(quán)利要求
1、一種適于在焊接過程中焊接多個工件的氣體保護金屬極電弧焊系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括GMAW焊炬，該焊炬包括噴嘴和手柄，并且限定出至少一個開口，其中，所述開口在噴嘴內(nèi)終止，所述焊炬和工件一起被配置成在焊接過程中產(chǎn)生居間電弧和熱區(qū)，所述熱區(qū)在鄰近所述電弧處具有工作溫度；多個焊絲段，每個段都有末端和低于所述工作溫度的熔化溫度，所述至少一個開口被配置成同時接收焊絲段，以便使得每個末端都進入所述區(qū)；以及至少一個前進機構(gòu)，其驅(qū)動耦接到每段，并且被配置成以預定進給速度驅(qū)使每個段前行進入所述區(qū)。
2、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述段具有實質(zhì)上 不同的直徑。
3、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述段是由實質(zhì)上 不同的成分構(gòu)成，以便使得每個段在熔化時有不同的流動度。
4、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述段是由實質(zhì)上 不同的成分構(gòu)成，以便使得每段可產(chǎn)生具有不同剪切強度的接縫。
5、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述段是由實質(zhì)上 不同的成分構(gòu)成，以便使得每個段在熔化時有不同的內(nèi)聚力。
6、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，具有多個開口，所 述多個開口不少于所述焊炬限定出的多個段的數(shù)量，并且每個段都被 容納在單獨的開口內(nèi)。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述焊炬包括導電 嘴，所述導電嘴限定出每個開口的末端部分，并且所述部分和焊絲直 徑一起被配置，以便使得導電嘴接觸每個段。
8、 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述末端部分被配 置成將所述段會聚至所述區(qū)內(nèi)的一點。
9、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個獨立可操作的 機構(gòu)驅(qū)動耦接到多個段，并且一起被配置成以不同的進給速度驅(qū)使所 述段前行進入所述區(qū)。
10、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個機構(gòu)中的每一個都被配置成分別咬合和松開每個段。
11、 3口秋不'WJ^ iu尸/l迎日、j牙、饑，升^伴仁丁， ^TT",;^L一7y 包括單獨的電機和被配置成選擇性促使所述電機咬合和松開所述段 的離合器元件。
12、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進一步包括控制器，所述控制器通信耦接到所述機構(gòu)，并且被可編程地配置 成分別自動致動每個才幾構(gòu)，所述控制器和驅(qū)動機構(gòu) 一起被配置成產(chǎn)生和改變進給速度。
13、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被配置 成接收輸入，并且根據(jù)所述輸入促使所述進給速度被改變。
14、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括傳感器，所述傳感器相對于所述焊炬和工件定位，且在焊接過程 中可操作來確定區(qū)特征，所述傳感器被配置成產(chǎn)生相關(guān)區(qū)特征數(shù)據(jù)，并且通信耦接到所述 控制器，以便使得所述傳感器可操作地傳輸數(shù)據(jù)，并且所述控制器可 操作地接收數(shù)據(jù)，并且所述數(shù)據(jù)與所述輸入相關(guān)。
15、 一種適于在焊接過程中焊接多個工件的氣體保護金屬極電弧 焊系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括GMAW焊炬，其包括噴嘴和手柄，并且限定出至少一個開口，其 特征在于，所述開口在噴嘴內(nèi)終止，所述焊炬和工件一起被配置成在 焊接過程中產(chǎn)生居間電弧和熱區(qū)，所述熱區(qū)在鄰近所述電弧處具有工 作溫度；多個焊絲段，所述焊絲段具有實質(zhì)上不同的直徑和成分，并且每 個還有末端部分和小于所述工作溫度的熔化溫度，其中所述至少一個 開口被配置成同時接收所述焊絲段，以便使得每個末端都進入所述區(qū)；至少一個前進機構(gòu)，其驅(qū)動耦接到每個段，并且被配置成以預定 進給速度驅(qū)使每個段前行進入所述區(qū)；以及控制器，所述控制器通信耦接到所述至少一個機構(gòu)，并且被可編 程地配置成自動致動所述至少一個機構(gòu)，其中所述控制器和所述至少 一個機構(gòu)一起被配置成產(chǎn)生和改變進給速度。
16、 一種采用多個獨立焊絲進給焊接多個工件的方法，其中，每個工件都有一定厚度和成分，并且每個進給都有一定焊絲成分，熔化溫度和直徑5 所述方法包括a. 相對所述工件固定進給；b. 基于所述工件厚度和成分確定第一總焊絲投送量；c. 產(chǎn)生鄰近所述工件的熱區(qū)，其特征在于，所述區(qū)具有高于每根 焊絲熔化溫度的最小工作溫度；以及d. 確定每個進給的第一進給速度，并且以所述進給速度自動驅(qū) 使所述每個進給前行到所述區(qū)，從而產(chǎn)生所述第一總焊絲投送量。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，步驟b)和d)進 一步包括下列步驟確定第一和第二異步應(yīng)用階段，確定第二總焊絲 投送量，在第一階段上產(chǎn)生第一總焊絲投送量，確定進給中每一個的 第二進給速度，以及以第二進給速度自動致動所述進給中的每一個前 行到所述區(qū)，從而得到第二總焊絲投送量。
18、 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一應(yīng)用時 期是引弧期，所述第一進給速度被配置成使得所述第一總焊絲投送量 是可用的最小焊絲投送量。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二應(yīng)用時 期是主接縫焊接期，并且所述第二進給速度被配置成使得所述第二總 焊絲投送量提供期望的熔池形狀和化學性質(zhì)。
20、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，步驟d)進一步包給速度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有多個獨立焊絲進給的GMAW系統(tǒng)。具體地，提供了一種包括多個單獨可選和分別控制的焊絲進給的氣體保護金屬極電弧焊系統(tǒng)，以及一種采用多個單獨可選和分別控制的焊絲進給的焊接多個工件的方法，其中，所述進給優(yōu)選具有不同的焊絲直徑和成分，并且在焊接過程中結(jié)合預定焊絲投送量，從而得到具有綜合特性的熔池和接縫。
文檔編號B23K9/16GK101491858SQ20091000995
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者A·D·哈哈列夫, J·漢普頓 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司