專利名稱：啟動和使用組合填充焊絲輸送和高強度能量源的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
某些實施方案涉及填充焊絲熔覆應用。更具體地，某些實施方案涉及啟動和使用組合填充焊絲輸送和能量源系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，用于釬焊、熔敷(cladding)、堆焊 (buildingup)、填充以及表面硬化(hard-facing)熔覆應用中的任一個。
背景技術：
傳統(tǒng)的填充焊絲焊接方法(例如，氣體保護鎢極弧焊(GTAW)填充焊絲方法)提供增加的沉積率以及超過單獨傳統(tǒng)弧焊速度的焊接速度。引導焊炬的填充焊絲由單獨的電源來電阻加熱(resistance-heated)。焊絲通過導電管被朝向工件輸送并且延伸超過所述管。 延伸部分是被電阻加熱的，以致延伸部分接近或達到熔點并且接觸熔池。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，焊絲輸送可能會滑脫(slip)或出現(xiàn)故障(faulter)，并且焊絲中的電流可能會導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導致焊穿和飛濺。產(chǎn)生這樣的電弧的風險在工藝開始時較高，其中焊絲初始地與工件接觸很小部分(small point)。如果焊絲中的初始電流過高，該部分可能被燒掉，導致產(chǎn)生電弧。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的其余部分中參照附圖所闡述的本發(fā)明的實施方案相比，對本領域技術人員來說這樣的手段的進一步的局限性和缺點將會變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案包括啟動和使用組合填充焊絲輸送器和能量源系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的第一實施方案包括啟動和使用組合焊絲輸送和能量源系統(tǒng)的方法，用于釬焊、熔敷、堆焊、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個。所述方法包括通過電源在至少一個阻性填充焊絲和工件之間施加感測電壓，以及將所述至少一個阻性填充焊絲的遠側(cè)端朝向所述工件送進。所述方法還包括感測何時所述至少一個阻性填充焊絲的所述遠側(cè)端第一次與所述工件接觸。所述方法還包括響應于所述感測，在限定的時間間隔關閉到所述至少一個阻性填充焊絲的所述電源。所述方法還包括在所述限定的時間間隔結(jié)束時打開所述電源，以施加通過所述至少一個阻性填充焊絲的加熱電流。所述方法還包括至少在施加所述加熱電流的同時將來自高強度能量源的能量施加到所述工件，以加熱所述工件。所述高強度能量源可以包括激光裝置、等離子弧焊(PAW)裝置、氣體保護鎢極弧焊(GTAW)裝置、氣體保護金屬極弧焊(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。從如下的說明書、權利要求書和附圖，所要求保護的本發(fā)明的這些和其他特點和實施方案以及圖示說明的本發(fā)明的實施方案的細節(jié)將會被更加完整地理解。


圖1圖示說明組合填充焊絲輸送器和能量源系統(tǒng)的示例性實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、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個；圖2圖示說明由圖1的系統(tǒng)所使用的啟動方法的實施方案的流程圖；圖3圖示說明由圖1的系統(tǒng)所使用的啟動之后的方法的實施方案的流程圖；圖4圖示說明與圖3的啟動之后的方法相關聯(lián)的一對電壓和電流波形的第一示例性實施方案；以及圖5圖示說明與圖3的啟動之后的方法相關聯(lián)的一對電壓和電流波形的第二示例性實施方案。
具體實施例方式術語“熔覆(overlaying) ”在本文以廣義的方式被使用，并且可以涉及包括釬焊、 熔敷、堆焊、填充以及表面硬化的任何應用。例如，在“釬焊(brazing)”應用中，填充金屬通過毛細作用被分布在接縫的緊密配合的(closely fitting)表面之間。然而，在“硬釬焊 (braze welding) ”應用中，填充金屬被形成為流入空隙。然而，如文本所使用的，這兩種技術都被廣義地稱為熔覆應用。圖1圖示說明組合填充焊絲輸送器和能量源系統(tǒng)100的示例性實施方案的功能性示意方框圖，系統(tǒng)100用于實現(xiàn)釬焊、熔敷、堆焊、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個。 系統(tǒng)100包括激光子系統(tǒng)，該激光子系統(tǒng)能夠?qū)⒓す馐?10聚焦到工件115上，以加熱工件 115。激光子系統(tǒng)為高強度能量源。該系統(tǒng)的其他實施方案可以包括起到高強度能量源作用的等離子弧焊子系統(tǒng)、氣體保護鎢極弧焊子系統(tǒng)、氣體保護金屬極弧焊子系統(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。激光子系統(tǒng)包括可操作地相互連接的激光裝置 120和激光電源130。激光電源130提供功率以操作激光裝置120。系統(tǒng)100還包括熱填充焊絲輸送器子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)能夠提供至少一個阻性填充焊絲140，以在靠近激光束110處與工件115接觸。熱填充焊絲輸送器子系統(tǒng)包括填充焊絲輸送器150、導電管160以及熱焊絲電源170。在操作期間，引導激光束110的填充焊絲140 由來自熱焊絲焊接電源170的電流來電阻加熱，該熱焊絲焊接電源170可操作地連接于導電管160和工件115之間。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，熱焊絲焊接電源170是脈沖直流(DC) 電源，然而交流(AC)或其他類型的電源也是可能的。焊絲140通過導電管160從填充焊絲輸送器150被朝向工件115輸送，并且延伸超過管160。焊絲140的延伸部分是被電阻加熱的，以致該延伸部分在接觸到工件上的熔池之前接近或達到熔點。激光束110用于熔化工件115的基底金屬的一些以形成熔池，并且還將焊絲140熔化到工件115上。電源170提供電阻熔化填充焊絲140所需的大部分能量。根據(jù)本發(fā)明的某些其他實施方案，輸送器子系統(tǒng)可以能夠同時提供一個或更多個焊絲。例如，第一焊絲可以被用于表面硬化和/或為工件提供耐腐蝕性(corrosion resistance)，而第二焊絲可以被用于對工件增加構造。系統(tǒng)100還包括運動控制子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)能夠沿工件115以相同方向125(至少是相對而言)移動激光束110(能量源)和阻性填充焊絲140，以致激光束110和阻性填充焊絲140保持為相對于彼此是固定的關系。根據(jù)各種實施方案，工件115和激光/焊絲組合之間的相對運動可以通過實際上移動工件115或通過移動激光裝置120和熱焊絲輸送器子系統(tǒng)來實現(xiàn)。在圖1中，運動控制子系統(tǒng)包括可操作地連接到機器人190的運動控制器 180。運動控制器180控制機器人190的運動。機器人可操作地連接(例如，機械地固定) 到工件115，以在方向125上移動工件115，從而激光束110和焊絲140沿工件115有效地移動。根據(jù)本發(fā)明可替換的實施方案，激光裝置110和導電管160可以被整合到單個頭部 (head)中。該頭部可以通過可操作地連接到該頭部的運動控制子系統(tǒng)沿工件115被移動。總地來說，存在高強度能量源/熱焊絲可以相對于工件被移動的數(shù)種方法。例如， 如果工件是圓形的，高強度能量源/熱焊絲可以為靜止的并且該工件可以在該高強度能量源/熱焊絲下被轉(zhuǎn)動。可替換地，機器手或線性拖車(tractor)可以平行于該圓形工件移動，并且當該工件被轉(zhuǎn)動時，該高強度能量源/熱焊絲可以連續(xù)移動或者例如每次繞轉(zhuǎn)進行一次調(diào)位，以熔覆該環(huán)形工件的表面。如果工件是扁平的或至少不是圓形的，如圖1中所示，該工件可以在高強度能量源/熱焊絲下被移動。然而，機器手或線性拖車或者甚至是橫梁式安裝的支架可以被用于相對于工件移動高強度能量源/熱焊絲頭部。系統(tǒng)100還包括感測和電流控制子系統(tǒng)195，該子系統(tǒng)195可操作地連接工件115 和導電管160(即，有效地連接熱焊絲電源170的輸出)并且能夠測量工件115和熱焊絲 140之間的電位差(S卩，電壓V)以及通過工件115和熱焊絲140的電流(I)。感測和電流控制子系統(tǒng)195可以能夠進一步從所測量的電壓和電流計算電阻值(R = V/I)和/或功率值(P = v*I)。一般而言，當熱焊絲140與工件115接觸時，熱焊絲140與工件115之間的電位差為零伏特或者非常接近零伏特。因而，如在文本中稍后被詳細描述的，感測和電流控制子系統(tǒng)195能夠感測何時阻性填充焊絲140與工件115接觸并且可操作地連接熱焊絲電源170，以能夠響應于該感測而進一步控制通過阻性填充焊絲140的電流。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，感測和電流控制器195可以為熱焊絲電源170的一體的部分。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，運動控制器180還可以可操作地連接激光電源130和/ 或感測和電流控制器195。以這種方式，運動控制器180和激光電源130可以相互通信，從而激光電源130知曉何時工件115正在運動，并且從而運動控制器180知曉激光裝置120 是否在工作狀態(tài)(active)。類似地，以這種方式，運動控制器180與感測和電流控制器195 可以相互通信，從而感測和電流控制器195知曉何時工件115正在運動，并且從而運動控制器180知曉熱填充焊絲輸送器子系統(tǒng)是否在工作狀態(tài)。這樣的通信可以用于協(xié)調(diào)系統(tǒng)100 的各種子系統(tǒng)之間的活動。圖2圖示說明圖1的系統(tǒng)100所使用的啟動方法200的實施方案的流程圖。在步驟210中，通過電源170在至少一個阻性填充焊絲140和工件115之間施加感測電壓。感測電壓可以通過熱焊絲電源170在感測和電流控制器195的命令下來施加。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施方案，施加的感測電壓并不提供足夠的能量來大幅地加熱焊絲140。在步驟220 中，將至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端朝向工件115送進。該送進是由焊絲輸送器150 實現(xiàn)的。在步驟230中，感測何時至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端第一次與工件115 接觸。例如，感測和電流控制器195可以命令熱焊絲電源170提供通過熱焊絲140的非常低的電流水平(例如，3至5安培)。這樣的感測可以通過下列內(nèi)容來實現(xiàn)感測和電流控制器195測量填充焊絲140(例如，通過導電管160)和工件115之間的約為零伏特(例如， 0. 4V)的電位差。當填充焊絲140的遠側(cè)端對工件115短路(即，與工件接觸)時，填充焊絲140和工件115之間將不存在明顯的(高于零伏特的)電壓水平。
在步驟MO中，響應于該感測，在限定的時間間隔(例如，數(shù)毫秒)關閉到至少一個阻性填充焊絲140的電源170。感測和電流控制器195可以命令電源170關閉。在步驟 250中，在該限定的時間間隔結(jié)束時打開電源170，以施加通過至少一個阻性填充焊絲140 的加熱電流。感測和電流控制器195可以命令電源170打開。在步驟沈0中，至少在施加加熱電流的同時將來自高強度能量源110的能量施加到工件115，以加熱工件115。作為一種選擇，方法200可以包括響應于該感測停止焊絲140的送進，在限定的時間間隔結(jié)束時重新啟動焊絲140的送進(即，重新送進)，以及在施加加熱電流之前確認填充焊絲140的遠側(cè)端仍與工件115接觸。感測和電流控制器195可以命令焊絲輸送器150 停止輸送并且命令系統(tǒng)100等待(例如，數(shù)毫秒)。在這樣的實施方案中，感測和電流控制器195可操作地連接焊絲輸送器150，以命令焊絲輸送器150開始和停止。感測和電流控制器195可以命令熱焊絲電源170施加加熱電流來加熱焊絲140，并且再次朝向工件115輸送焊絲140。一旦啟動方法被完成，系統(tǒng)100可以進入啟動之后的操作模式，其中激光束110和熱焊絲140被相對于工件115移動，以實現(xiàn)釬焊應用、熔敷應用、堆焊應用或者表面硬化應用中的一個。圖3圖示說明圖1的系統(tǒng)100所使用的啟動之后的方法300的實施方案的流程圖。在步驟310中，沿工件115移動高強度能量源(例如，激光裝置120)和至少一個阻性填充焊絲140，以致至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端引導該高強度能量源(例如，激光裝置)或者與該高強度能量源(例如，激光裝置120) —致，從而當至少一個阻性填充焊絲140被朝向工件115輸送時，來自該高強度能量源(例如，激光裝置120)(例如，激光束 110)和/或被加熱的工件115(即，工件115被激光束110加熱)的能量將填充焊絲140 的遠側(cè)端熔化到工件115上。運動控制器180命令機器人190相對于激光束110和熱焊絲 140移動工件115。激光電源130提供功率來操作激光裝置120形成激光束110。當被感測和電流控制器195命令時，熱焊絲電源170提供電流至熱焊絲140。在步驟320中，感測何時至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端將要脫離與工件115 的接觸(即，提供預告能力)。這樣的感測可以由感測和電流控制器195內(nèi)的預告電路測量下列內(nèi)容中的一個的變化率來實現(xiàn)填充焊絲140和工件115之間的電位差(dv/dt)，通過填充焊絲140和工件115的電流(di/dt)，填充焊絲140和工件115之間的電阻(dr/dt)， 或者通過填充焊絲140和工件115的功率(dp/dt)。當變化率超過預先限定的值時，感測和電流控制器195正式地預測將要出現(xiàn)脫離接觸。這樣的預告電路在弧焊領域是公知的。當焊絲140的遠側(cè)端由于加熱的緣故變得高度熔融時，該遠側(cè)端開始從焊絲140 箍斷(pinch off)到工件115上。例如，在那時，因為隨著焊絲的遠側(cè)端的箍斷其截面快速減小，電位差或電壓增加。因此，通過測量這樣的變化率，系統(tǒng)100可以預知何時該遠側(cè)端將要箍斷并脫離與工件115的接觸。再有，如果完全脫離接觸，感測和電流控制器195可以測量到顯著大于零伏特的電位差(即，電壓水平)。如果不采取步驟330中的措施，該電位差可以導致在焊絲140的新的遠側(cè)端和工件115之間形成電弧。在步驟330中，響應于感測至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端將要脫離與工件 115的接觸，切斷(或者至少大幅度減少，例如，減少95% )通過至少一個阻性填充焊絲140 的加熱電流。當感測和電流控制器195確定接觸將要脫離時，控制器195命令熱焊絲電源 170切斷(或者至少大幅度減少)提供至熱焊絲140的電流。以這種方式，避免形成不必要的電弧，防止出現(xiàn)任何不期望的效果，例如，飛濺或焊穿。在步驟340中，感測何時至少一個阻性填充焊絲140的遠側(cè)端由于焊絲140持續(xù)朝向工件115送進而再次與工件115接觸。這樣的感測可以通過以下內(nèi)容來實現(xiàn)感測和電流控制器195測量填充焊絲140(例如，通過導電管160)和工件115之間約為零伏特的電勢差。當填充焊絲140的遠側(cè)端對工件115短路時(即，與工件接觸)，填充焊絲140和工件115之間將不存在高于零伏特的明顯的電壓水平。本文所使用的表述“再次接觸”是指這樣的情形，其中焊絲140朝向工件115送進，并且焊絲140(例如，通過導電管160)和工件115之間所測量的電壓大約為零伏特，而無論焊絲140的遠側(cè)端是否實際上完全從工件115箍斷。在步驟350中，響應于感測至少一個阻性填充焊絲的遠側(cè)端再次與工件接觸， 重新施加通過至少一個阻性填充焊絲的加熱電流。感測和電流控制器195可以命令熱焊絲電源170重新施加加熱電流以繼續(xù)加熱焊絲140。該過程可以在熔覆應用期間持續(xù)。例如，圖4分別圖示說明與圖3的啟動之后的方法300相關聯(lián)的一對電壓和電流波形410和420的第一示例性實施方案。導電管160和工件115之間的電壓波形410由感測和電流控制器195來測量。通過焊絲140和工件115的電流波形420由感測和電流控制器195來測量。當阻性填充焊絲140的遠側(cè)端將要脫離與工件115的接觸時，電壓波形410的變化率(即，dv/dt)將超過預先確定的閾值，指示箍斷將要發(fā)生(見波形410的點411處的斜率)。作為可替換的方案，通過填充焊絲140和工件115的電流的變化率(di/dt)，填充焊絲140和工件115之間的電阻的變化率(dr/dt)，或者通過填充焊絲140和工件115的功率的變化率(dp/dt)可以作為替代被用來指示箍斷將要發(fā)生。這樣的變化率預告技術在本領域是公知的。在那時，感測和電流控制器195將命令熱焊絲電源170切斷(或者至少大幅度減少)通過焊絲140的電流。在一段時間間隔430之后(例如，在點412處電壓水平回到約為零伏特)，當感測和電流控制器195感測填充焊絲140的遠側(cè)端再次與工件115良好接觸時，感測和電流控制器195命令熱焊絲電源170使通過阻性填充焊絲140的電流朝向預先確定的輸出電流水平450斜坡增加(見斜坡42幻。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，從設定點值440開始斜坡增加。 當能量源120和焊絲140相對于工件115移動時，以及當焊絲140由于焊絲輸送器150而朝向工件115送進時，該過程重復。以這種方式，焊絲140的遠側(cè)端和工件115之間的接觸在很大程度上被保持，并且防止在焊絲140的遠側(cè)端和工件115之間形成電弧。加熱電流的斜坡幫助防止當不存在箍斷情況或電弧情況時將電壓的變化率無意中理解為這樣的情況。 由于加熱電路中的電感，任何大的電流變化都可能會導致獲得錯誤的電壓讀取值。當電流逐漸地斜坡增加時，電感效應被減少。圖5分別圖示說明與圖3的啟動之后的方法相關聯(lián)的一對電壓和電流波形510和 520的第二示例性實施方案。導電管160和工件115之間的電壓波形510由感測和電流控制器195來測量。通過焊絲140和工件115的電流波形520由感測和電流控制器195來測量。當阻性填充焊絲140的遠側(cè)端將要脫離與工件115的接觸時，電壓波形510的變化率(即，dv/dt)將超過預先確定的閾值，指示箍斷將要發(fā)生(見波形510的點511處的斜率)。作為可替換的方案，通過填充焊絲140和工件115的電流的變化率(di/dt)，填充焊絲140和工件115之間的電阻的變化率(dr/dt)，或者通過填充焊絲140和工件115的功率的變化率(dp/dt)可以作為替代被用來指示箍斷將要發(fā)生。這樣的變化率預告技術在本領域是公知的。在那時，感測和電流控制器195將命令熱焊絲電源170切斷(或者至少大幅度減少)通過焊絲140的電流。在一段時間間隔530之后(例如，在點512處電壓水平回到約為零伏特)，當感測和電流控制器195感測填充焊絲140的遠側(cè)端再次與工件115良好接觸時，感測和電流控制器195命令熱焊絲電源170施加通過阻性填充焊絲140的加熱電流(見加熱電流水平 525)。當能量源120和焊絲140相對于工件115移動時，以及當焊絲140由于焊絲輸送器 150而朝向工件115送進時，該過程重復。以這種方式，焊絲140的遠側(cè)端和工件115之間的接觸在很大程度上被保持，并且防止在焊絲140的遠側(cè)端和工件115之間形成電弧。因為在這種情況下加熱電流不是逐漸地成斜坡的，由于加熱電路中的電感，特定的電壓讀取值當是無意的或錯誤的時可能會被忽視。綜上所述，公開了一種啟動和使用組合焊絲輸送和能量源系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)，用于釬焊、熔敷、堆焊、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個。高強度能量被施加到工件上以加熱該工件。在施加的高強度能量處或就在施加的高強度能量前方，將一個或更多個阻性填充焊絲朝向該工件輸送。何時該一個或更多個阻性填充焊絲的遠側(cè)端在施加的該高強度能量處或靠近施加的該高強度能量與該工件接觸的感測被實現(xiàn)。基于該一個或更多個阻性填充焊絲的該遠側(cè)端是否與該工件接觸來控制到該一個或更多個阻性填充焊絲的加熱電流。該施加的高強度能量和該一個或更多個阻性填充焊絲以相對于彼此是固定的關系沿工件以相同的方向被移動。盡管已經(jīng)參照某些實施方案描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員將理解，可以進行各種改變并且等同方案可以被替代，而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可以進行許多修改來使特定情形或材料適用于本發(fā)明的教導，而不偏離其范圍。因此，并不意圖將本發(fā)明限于所公開的特定實施方案，本發(fā)明將包括落入所附權利要求書的范圍內(nèi)的所有實施方案。參考編號
權利要求
1.一種啟動和使用組合焊絲輸送和能量源系統(tǒng)(100)的方法，用于釬焊、熔敷、堆焊、 填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個，所述方法包括通過電源在至少一個阻性填充焊絲(140)和工件(11 之間施加感測電壓；將所述至少一個阻性填充焊絲(140)的遠側(cè)端朝向所述工件(11 送進；感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端第一次與所述工件(115)接觸；響應于所述感測，在限定的時間間隔關閉到所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述電源；在所述限定的時間間隔結(jié)束時打開所述電源，以施加通過所述至少一個阻性填充焊絲 (140)的加熱電流；以及至少在施加所述加熱電流的同時將來自高強度能量源的能量施加到所述工件(115)， 以加熱所述工件(115)。
2.如權利要求1所述的方法，還包括沿所述工件(11 移動所述高強度能量源和所述至少一個阻性填充焊絲(140)，以致所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端引導所述高強度能量源或者與所述高強度能量源一致，從而當所述至少一個阻性填充焊絲(140)被朝向所述工件(11 輸送時，來自所述高強度能量源和/或所述被加熱的工件(11 的能量將所述填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端熔化到所述工件(11 上；感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件(115) 的接觸；響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件 (115)的接觸，切斷或至少減少通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流；感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115)接觸；以及響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115)接觸，重新施加通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲 (140)的所述遠側(cè)端與所述工件(11 接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(11 之間的約零伏特的電位差。
4.如權利要求1至3中的一項所述的方法，還包括響應于所述感測，停止所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述送進；在所述限定的時間間隔結(jié)束時，重新啟動所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述送進；以及在施加所述加熱電流之前，確認所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端仍與所述工件(11 接觸。
5.如權利要求2或如引用權利要求2時的權利要求3或如引用權利要求2時的權利要求4所述的方法，其中所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件的接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲和所述工件之間的電位差，通過所述至少一個阻性填充焊絲和所述工件的電流，所述至少一個阻性填充焊絲和所述工件之間的電阻，以及通過所述至少一個阻性填充焊絲和所述工件的功率中的一個的變化率；和/或所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲的所述遠側(cè)端再次與所述工件接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲和所述工件之間的約零伏特的電位差。
6.如權利要求1至5中的一項所述的方法，其中所述高強度能量源包括激光裝置 (120)、等離子弧焊裝置、氣體保護鎢極弧焊裝置、氣體保護金屬極弧焊裝置、焊劑芯弧焊裝置以及埋弧焊裝置中的至少一個。
7.一種啟動和使用組合焊絲輸送和能量源的系統(tǒng)(100)，用于釬焊、熔敷、堆焊、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個，所述系統(tǒng)(100)包括用于在至少一個阻性填充焊絲(1409和工件(115)之間施加感測電壓的裝置；用于將所述至少一個阻性填充焊絲(140)的遠側(cè)端朝向所述工件(115)送進的裝置；用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端第一次與所述工件 (115)接觸的裝置；用于響應于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端第一次與所述工件(115)接觸而在限定的時間間隔阻斷通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的電流的裝置；用于在所述限定的時間間隔結(jié)束時施加通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的加熱電流的裝置；以及用于至少在施加所述加熱電流的同時將高強度能量施加到所述工件(11 的裝置。
8.如權利要求8所述的系統(tǒng)，還包括用于沿所述工件(11 移動所述施加的高強度能量和所述至少一個阻性填充焊絲 (140)的裝置，以致所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端引導所述施加的高強度能量或者與所述施加的高強度能量一致，從而當所述至少一個阻性填充焊絲(140)被朝向所述工件(11 輸送時，所述施加的高強度能量和/或所述被加熱的工件(11 將所述填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端熔化到所述工件(11 上；用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件 (115)的接觸的裝置；用于響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件(115)的接觸而切斷或至少減少通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流的裝置；用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115) 接觸的裝置；以及用于響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件 (115)接觸而重新施加通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流的裝置。
9.如權利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中所述用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端與所述工件(115) 接觸的裝置包括用于測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)之間的約零伏特的電位差的裝置；和/或還包括用于響應于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)第一次與所述工件(115)接觸而使所述至少一個阻性填充焊絲(140)停止送進的裝置；用于響應于所述限定的時間間隔的結(jié)束而使所述至少一個阻性填充焊絲(140)重新送進的裝置；以及用于在施加所述加熱電流之前，確認所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端仍與所述工件(11 接觸的裝置。
10.如權利要求8或如引用權利要求8時的權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件(115)的接觸的裝置包括用于測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件 (115)之間的電位差，通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(11 的電流，所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)之間的電阻，以及通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)的功率中的一個的變化率的裝置；和/或所述用于感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件 (115)接觸的裝置包括用于測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)之間的約零伏特的電位差的裝置。
11.一種用于實現(xiàn)熔覆應用的系統(tǒng)(100)，所述熔覆應用包括釬焊、熔敷、堆焊以及表面硬化中的任一個，所述系統(tǒng)(100)包括高強度能量子系統(tǒng)，所述高強度能量子系統(tǒng)能夠?qū)⒏邚姸饶芰渴┘拥焦ぜ?11 上以加熱所述工件；填充焊絲輸送器子系統(tǒng)，所述填充焊絲輸送器子系統(tǒng)能夠提供至少一個阻性填充焊絲 (140)以在靠近所述施加的高強度能量處與所述工件接觸；運動控制子系統(tǒng)，所述運動控制子系統(tǒng)能夠沿所述工件(115)以相同的方向移動所述施加的高強度能量和所述至少一個阻性填充焊絲(140)，以致所述施加的高強度能量和所述至少一個阻性填充焊絲(140)保持為相對于彼此是固定的關系；以及感測和電流控制子系統(tǒng)，所述感測和電流控制子系統(tǒng)能夠感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)與所述工件(115)接觸并且響應于所述感測控制通過所述至少一個阻性填充焊絲的電流。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)能夠提供啟動方法，所述方法包括 通過電源在至少一個阻性填充焊絲(140)和工件(11 之間施加感測電壓；將所述至少一個阻性填充焊絲(140)的遠側(cè)端朝向所述工件(115)送進； 感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端第一次與所述工件(115)接觸；響應于所述感測，在限定的時間間隔關閉到所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述電源；在所述限定的時間間隔結(jié)束時打開所述電源，以施加通過所述至少一個阻性填充焊絲 (140)的加熱電流；以及至少在施加所述加熱電流的同時將所述高強度能量施加到所述工件(115)，以加熱所述工件。
13.如權利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還能夠提供啟動之后的方法，所述啟動之后的方法包括沿所述工件(11 移動所述施加的高強度能量和所述至少一個阻性填充焊絲(140)， 以致所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端引導所述施加的高強度能量或者與所述施加的高強度能量一致，從而當所述至少一個阻性填充焊絲(140)被朝向所述工件 (115)輸送時，來自所述高強度能量子系統(tǒng)的所述施加的高強度能量和/或所述被加熱的工件(11 將所述填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端熔化到所述工件(11 上；感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件(115) 的接觸；響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件 (115)的接觸，切斷或至少減少通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流；感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115)接觸；以及響應于感測所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115)接觸，重新施加通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述加熱電流。
14.如權利要求11至13中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的遠側(cè)端與所述工件(11 接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(11 之間的約零伏特的電位差；和/或其中所述系統(tǒng)還能夠提供進一步包括下列內(nèi)容的所述啟動方法 響應于所述感測，停止所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述送進； 在所述限定的時間間隔結(jié)束時，重新啟動所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述送進；以及在施加所述加熱電流之前，確認所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端仍與所述工件(11 接觸。
15.如權利要求11至14中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端將要脫離與所述工件 (115)的接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(11 之間的電位差，通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)的電流，所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)之間的電阻，以及通過所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件(115)的功率中的一個的變化率；和/或所述感測何時所述至少一個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端再次與所述工件(115) 接觸的步驟是通過下列內(nèi)容實現(xiàn)的測量所述至少一個阻性填充焊絲(140)和所述工件 (115)之間的約零伏特的電位差。
全文摘要
一種啟動和使用組合焊絲輸送和能量源系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)，用于釬焊、熔敷、堆焊、填充以及表面硬化熔覆應用中的任一個。高強度能量被施加到工件(115)上以加熱所述工件(115)。在所述施加的高強度能量處或就在所述施加的高強度能量前面，將一個或更多個阻性填充焊絲(140)朝向所述工件(115)輸送。實現(xiàn)何時所述一個或更多個阻性填充焊絲(140)的遠側(cè)端在所述施加的高強度能量處或靠近所述施加的高強度能量與所述工件(115)接觸的感測?；谒鲆粋€或更多個阻性填充焊絲(140)的所述遠側(cè)端是否與所述工件(115)接觸來控制到所述一個或更多個阻性填充焊絲(140)的加熱電流。所述施加的高強度能量和所述一個或更多個阻性填充焊絲(140)以相對于彼此是固定的關系沿工件(115)以相同的方向被移動。
文檔編號B23K9/04GK102271856SQ200980154441
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權日2009年1月13日
發(fā)明者S·R·彼得斯 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司