通過限制輸出在焊接過程的開始期間產(chǎn)生焊接的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于在焊接過程中提供改進(jìn)開始的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)可以包括電源電路和控制電路。所述電源電路可以產(chǎn)生焊接輸出功率。所述控制電路可以與所述電源電路通訊，從而在焊接過程的開始期間控制至少一個焊接參數(shù)直到控制電路確定了焊接能量輸出超過了能量輸出閾值。
【專利說明】通過限制輸出在焊接過程的開始期間產(chǎn)生焊接的系統(tǒng)及方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年5月26日提交的美國臨時專利申請第61/490，329號以及2011年10月14日提交的美國臨時專利申請第61/547，668號的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引
用結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003]本申請通常涉及改善焊機(jī)的電弧特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]焊接系統(tǒng)能夠經(jīng)受在焊接過程的開始過程中由于焊件和填充焊絲的溫度并未穩(wěn)定導(dǎo)致的不穩(wěn)定操作。另外，焊接系統(tǒng)能夠反復(fù)地熄滅，其表明為一連串的電極和工件的碰撞。熄滅能夠是可聽見的，并且可以通過金屬惰性氣體(MIG)焊槍透露給用戶的手。熄滅延長并且阻礙焊接的初始化，使得難以實(shí)現(xiàn)最佳穩(wěn)態(tài)設(shè)置。遇到這些問題的焊接系統(tǒng)不能提供最佳焊接。
[0005]本公開討論通過在焊接過程的開始處提供基于例如輸出電壓和進(jìn)絲設(shè)置的受控電流脈沖來優(yōu)化開始特性。另外，本公開討論通過在焊接過程的開始處優(yōu)化例如輸出電壓、送絲速度以及電感來優(yōu)化開始特性并且防止熄滅。
[0006]提供了一種用于在焊接過程中提供改進(jìn)的開始的系統(tǒng)。在一個實(shí)施中，電源電路產(chǎn)生了用于焊接過程的焊接輸出功率?？刂齐娐房梢耘c電源電路通訊以便控制焊接過程的開始。控制電路可以配置為接收進(jìn)絲設(shè)置或電壓設(shè)置的選擇，并且在焊接過程的開始處提供一個時間段的電流脈沖。電流脈沖可以具有基于進(jìn)絲設(shè)置或電壓設(shè)置的峰值，或者所述時間段可以為基于進(jìn)絲設(shè)置的預(yù)定義時間段。
[0007]在另一個實(shí)施中，電源電路產(chǎn)生焊接輸出功率?？刂齐娐房梢耘c電源電路通訊，以便在焊接過程的開始期間控制至少一個焊接參數(shù)直到控制電路確定了焊接能量輸出超過了能量輸出閾值或者提供焊接輸出功率的時間超過了時間閾值。
[0008]還提供了一種用于在焊接過程的開始期間生成焊接的方法。所述方法包括通過電源電路產(chǎn)生焊接輸出功率。所述方法包括通過與電源電路通訊的控制電路連續(xù)地確定焊接能量輸出或者提供焊接輸出功率的時間。所述方法包括通過控制電路在焊接過程的開始期間控制焊接參數(shù)直到焊接能量輸出超過能量輸出閾值或者直到時間超過時間閾值。
[0009]在對參考附圖的下面的描述以及所附的并且形成本說明書的一部分的權(quán)利要求進(jìn)行閱讀之后，本申請的進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]此處描述的附圖僅用于說明的目的，并且不旨在以任何方式限制本公開的范圍。
[0011]圖1是焊接系統(tǒng)的不意圖；[0012]圖2a為包含圖1的焊接系統(tǒng)的外殼的立體圖；
[0013]圖2b為圖2a的外殼上的界面的前視圖；
[0014]圖3為示出在啟動過程中控制輸出功率的方法的流程圖；
[0015]圖4為示出在焊接啟動過程中加快過程穩(wěn)定性的方法的流程圖；
[0016]圖5為示出在焊接啟動過程中加快過程穩(wěn)定性的另一個方法的流程圖；
[0017]圖6為在圖3的方法已經(jīng)與圖4或圖5的方法結(jié)合的情況下的波形；以及
[0018]圖7為用于執(zhí)行本文描述的方法的處理系統(tǒng)的示意圖。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，在全部附圖中對應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相似或?qū)?yīng)的部件或特征。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本文中使用的關(guān)于量(quantity)或數(shù)學(xué)關(guān)系的術(shù)語“大致上”包括(I)在列舉的量或與列舉的量有不明顯的差別的數(shù)量(amount)的關(guān)系或用于預(yù)期目的或功能的關(guān)系中的變化，或者(2)在列舉的量或產(chǎn)生相同特性的數(shù)量的關(guān)系中的變化。
[0021]現(xiàn)在參考圖1，提供了用于焊接系統(tǒng)100的電源。電源110接收輸入功率112，其可以是例如220伏特AC輸電線的交流輸電線。但是，應(yīng)當(dāng)理解，電源110能夠適合于接收一定范圍的電壓，例如在187至276伏特AC之間。此外，還可以基于應(yīng)用和所需的焊接輸出功率將電源配置為其他電壓范圍。電源110提供可用作焊接輸出功率116的直流電源輸出電壓114。在一些實(shí)施中，電源110可以用作棒焊接(也稱為保護(hù)式金屬電弧焊接或SMAW)或各種其他焊接應(yīng)用，比如MIG (金屬惰性氣體，也稱為氣體保護(hù)金屬極電弧焊接或GMAW)、藥芯焊絲電弧焊接、TIG (鎢極惰性氣體保護(hù)焊接，也稱為氣體保護(hù)鎢極電弧焊接或GTAW)、等離子電弧或其他焊接過程。因此，在一個實(shí)例中，焊接輸出功率116的電流返回引線可以提供至待焊接的部件118，并且供應(yīng)電壓可以提供至電極，例如焊棒(stick) 120或焊絲(wire)122。因此，由于焊棒120與部件118接觸，因此電弧可以形成，其熔化基底金屬和電極并且配合以形成焊接。在其他實(shí)施中，輸出電壓可以通過焊絲122提供，該焊絲122可以持續(xù)地供給至部件以形成連續(xù)焊接。在TIG模式中不熔化電極，而是通常僅熔化基底金屬。
[0022]電源110可以控制輸出電壓和輸出電流以及焊絲的供給，從而優(yōu)化焊接過程。另夕卜，電源Iio可以連接至一組配件124，該配件124包括例如遠(yuǎn)程送絲器126、拉絲焊槍(spool gun) 128或推式/拉式焊槍130。此外，電源110可以例如通過8引腳連接器連接至另一組配件132。第二組配件132可以包括MIG焊槍134、智能焊槍136、腳踏開關(guān)138、掛件(pendant) 140、TIG焊槍142和/或遠(yuǎn)程控制/觸發(fā)器144。
[0023]在電源110內(nèi)，輸入功率112可以提供至斷路器或開關(guān)154。電力可以從斷路器154提供至電源電路150。電源電路150可以調(diào)節(jié)輸入功率以提供焊接輸出功率116以及用于為各個附加的配件提供電力以維持焊接過程。電源電路150還可以與控制電路152通訊?？刂齐娐?52可以允許用戶控制各個焊接參數(shù)，以及提供各個控制信號至電源電路150從而控制焊接過程的各個方面。來自斷路器154的電力可以提供至電源電路150的EMI濾波器156。電力從EMI濾波器156被提供至輸入電橋158。電力可以從輸入電橋158提供至調(diào)理電路162。調(diào)理電路162可以包括升壓電路、變壓器以及功率因數(shù)校正電路。電力從調(diào)理電路162提供至逆變器160，其中電力轉(zhuǎn)換為DC信號114從而提供焊接輸出功率116。電力也可以提供至偏置電路170，以便為電源110的多個內(nèi)部或外部配件提供電力，促進(jìn)電源的操作和焊接過程。例如，偏置電路170可以提供電力至氣體電磁閥172、風(fēng)扇174以及其他配件設(shè)備。此外，將電力提供至與馬達(dá)166通訊的馬達(dá)驅(qū)動電路164。馬達(dá)166可以與配置成將焊絲122供給至用于產(chǎn)生焊接的焊槍的供給機(jī)構(gòu)168通訊?？刂齐娐?52可以將控制信號提供至電源電路150中的前述任意電路，以便優(yōu)化焊接過程和電源110的性能?？刂齐娐?52可以包括脈寬調(diào)制器182和處理器184，用于根據(jù)用戶設(shè)置以及各個反饋信號分析各個焊接特性并且計算各個焊接參數(shù)。此外，接口電路186可以提供為控制顯示器188，該顯示器188可以為焊接系統(tǒng)的用戶提供信息。顯示器188可以包括LED顯示器、IXD顯示器或各個其他已知的顯示器技術(shù)。顯示器可以將各個菜單選擇提供給用戶，以及提供在焊接過程中的各種反饋，該各種反饋包括各個參數(shù)的值或者之前焊接特性的圖形?？刂蒲b置190也可以與接口電路186通訊，以允許用戶提供比如各個焊接參數(shù)的輸入從而控制焊接過程的操作。
[0024]電源110可以進(jìn)一步包括減壓設(shè)備(VRD)電路192，檢測待焊接的部件118和電極之間的接觸的低電源電路。當(dāng)在電極和工件之間檢測到開路條件時，VRD電路192可以將最大開路電壓降低至安全水平。當(dāng)產(chǎn)生接觸和/或負(fù)載低于閾值電阻時，VRD電路192可以不再降低電壓，并且從而可以允許焊接系統(tǒng)100以全功率操作。VRD電路192可以與定時器194通訊。定時器194可以實(shí)施為作為控制電路152的部分的軟件，或者可以由電子電路構(gòu)成。
[0025]現(xiàn)在參考圖2a，外殼200提供為可以利用焊接系統(tǒng)100實(shí)施。外殼200可以包含電源110，并且可以進(jìn)一步包括用戶界面202和前部連接面板204。前部連接面板204例如可以用于將電源110連接至第一和第二組配件124和132，如上所述。
[0026]現(xiàn)在參考圖2b，用戶界面202的特定實(shí)施設(shè)置為可以包括可由用戶選擇的各個輸入以及各個指示器和顯示器。當(dāng)電源Iio接收輸入功率112時，電源指示器210可以指示。當(dāng)焊接過程已經(jīng)處于故障條件時，故障燈220可以指示。當(dāng)VRD為接通時VRD “開”指示器230可以指示，并且當(dāng)VRD為斷開時VRD “關(guān)”指示器232可以指示。
[0027]模式選擇輸入240可以允許用戶選擇需要的焊接過程。模式選擇輸入240可以為當(dāng)按壓時導(dǎo)致電源100循環(huán)通過的按鈕并且選擇焊接過程。三個焊接過程指示器242、244、246可以分別點(diǎn)亮例如MIG、TIG或棒焊接的選擇。MIG選擇為氣體保護(hù)金屬極電弧焊接和藥芯焊絲電弧焊接提供了適合的配置。
[0028]觸發(fā)聯(lián)鎖輸入270可以允許用戶為經(jīng)由電子開關(guān)激活的MIG、TIG和棒焊接在2T和4T模式之間選擇。2T模式允許用戶推動和保持開關(guān)來激活，并且釋放開關(guān)來停用。4T模式允許用戶推動和釋放開關(guān)來激活，然后再次推動和釋放開關(guān)來停用。當(dāng)選擇2T模式時指示器272可以點(diǎn)亮，而當(dāng)選擇4T模式時指示器274可以點(diǎn)亮。
[0029]安培數(shù)輸入252可以允許用戶選擇需要的輸出電流。送絲速度輸入254可以允許用戶選擇焊絲122的需要的送絲速度。需要的送絲速度可以為需要的穩(wěn)態(tài)送絲速度。在一些實(shí)施中，輸入252和254可以結(jié)合到可調(diào)節(jié)旋鈕中。用戶可以按壓調(diào)節(jié)旋鈕以在輸入252和254之間循環(huán)，并且之后旋動調(diào)節(jié)旋鈕以選擇需要的電流或送絲速度的值。所選擇的需要的值可以顯示在顯示器250上，其可以為超亮紅色LED顯示器。
[0030]電壓輸入262可以允許用戶選擇焊接信號的需要的輸出電壓。電感輸入264可以允許用戶選擇需要的電感，例如可以優(yōu)化焊縫特性。電弧力輸入266可以允許用戶選擇需要的電弧力性質(zhì)。下坡輸入268可以允許用戶選擇下坡時間，其為輸出電流的下坡速率的函數(shù)。在一些實(shí)施中，輸入262、264、266和268可以結(jié)合到可調(diào)節(jié)旋鈕中。用戶可以按壓調(diào)節(jié)旋鈕以在輸入262、264、266和268之間循環(huán)，并且之后旋動調(diào)節(jié)旋鈕以選擇電壓、電感、電弧力或下坡的需要的值。所選擇的需要的值可以顯示在顯示器260上，其可以為超亮紅色LED顯示器。
[0031]高級特征輸入280可以允許用戶通過各個進(jìn)一步的輸入而選擇菜單或切換(toggle)，其顯示在顯示器250和260上。MIG焊接主菜單可以為操作控制、預(yù)流程(pre-flow)、點(diǎn)焊開/關(guān)、點(diǎn)焊時間、縫合開/關(guān)(stitch on/off)、縫合時間、停頓時間、進(jìn)絲(run-1n)百分比、后流程(post-flow)、回?zé)龝r間、焊絲尖(wire sharp)和/或設(shè)置子菜單提供輸入。設(shè)置子菜單可以為送絲單元、安培數(shù)校準(zhǔn)、電壓校準(zhǔn)、焊絲速度校準(zhǔn)、電弧計時(arc hour)顯示器、VRD (開、關(guān)或被觸發(fā))、全部焊接能量(用于熱輸入計算)和/或出廠默認(rèn)值提供輸入。棒焊接主菜單可以為操作控制、熱開始開/關(guān)、熱開始時間、熱開始安培數(shù)和/或設(shè)置子菜單提供輸入。設(shè)置子菜單可以為電弧計時顯示器、VRD禁用和出廠默認(rèn)值提供輸入。TIG主菜單可以為操作控制、預(yù)流程、后流程和設(shè)置子菜單提供輸入。設(shè)置子菜單可以為電弧計時顯示器、VRD禁用和出廠默認(rèn)值提供輸入。
[0032]回?zé)龝r間可以指可調(diào)節(jié)的時間段，其中在送絲停止之后電源110可以為焊接過程提供電力以便回?zé)附z并且防止其附著在熔池中。焊絲尖指的是應(yīng)用于焊絲的預(yù)定義電流輸出的應(yīng)用，例如在馬達(dá)166斷電之后一系列快速的強(qiáng)大的電流脈沖。這阻止了熔化的金屬球凝固在焊接焊絲的末端上，并且使焊接焊絲的末端逐漸縮小至尖的點(diǎn)，當(dāng)焊接重新開始時促使更干凈的開始。當(dāng)檢測到開路時或者在達(dá)到預(yù)定義時間或條件之后，終止電流輸出。進(jìn)絲百分比指的是送絲速度的百分比。百分比可以是例如從送絲速度的大約25%到大約150%的范圍。進(jìn)絲設(shè)置可以例如允許用戶暫時地改變所選擇的送絲速度以優(yōu)化MIG焊接開始特性。
[0033]控制電路152可以分別接收與每個輸入相關(guān)聯(lián)的每個量。此外，雖然上面的輸入顯示在特定實(shí)施中，但是每個輸入可以配置為例如刻度盤、調(diào)節(jié)旋鈕、按鈕或開關(guān)。此外，在一些實(shí)施中，一些輸入可以通過控制電路152自動地進(jìn)行選擇。哪一個輸入自動選擇并且哪一個輸入為用戶可選擇的可以取決于所選擇的焊接過程。在一些實(shí)施中，一些參數(shù)(例如焊絲直徑、材料、氣體和聯(lián)結(jié)設(shè)計)可以不被編程到控制電路152中。
[0034]現(xiàn)在參考圖3，提供了用于控制啟動功率的方法300。方法300提出通過在能量傳遞的檢測期間限制輸出的氣體保護(hù)金屬極電弧焊接和藥芯焊絲電弧焊接的改進(jìn)的初始化。本文描述的方法300可以配置為防止在啟動過程中能夠發(fā)生的反復(fù)的、爆發(fā)的熄滅。在GMAW和FCAW焊接開始的過程中，輸出參數(shù)(例如電流)被控制或改變直到輸出能量或持續(xù)的輸出功率指示出焊絲或待焊接的部件足夠的熱，從而利用最佳穩(wěn)態(tài)限制進(jìn)行操作。
[0035]本文呈現(xiàn)的步驟的順序僅僅為方法300的一個實(shí)施。本領(lǐng)域技術(shù)人員將承認(rèn)，可以改變該順序，可以同時發(fā)生一些步驟，可以省略一些步驟，并且可以進(jìn)一步增加步驟。此夕卜，涉及控制器的每個步驟可以通過配置(例如，編程)控制器來實(shí)施以執(zhí)行該步驟。
[0036]方法300開始于方框310。在方框312中，例如通過將電流限制為最大限制(例如，可以預(yù)定義為300安培)來改變電流。另外，電流可以限制為落在低于最大閾值的最小閾值之下。在方框314中，電壓可以選擇性地臨時偏置。在方框316中，系統(tǒng)可以選擇性地增加焊接電路的電感。在一些實(shí)施中，基于是否達(dá)到閾值輸出能量或者是否在時間段內(nèi)提供了持續(xù)的輸出功率，電感也臨時增加，但是為系統(tǒng)的獨(dú)立元件。電感可以通過改變比例積分回路中的常量(例如可以在軟件中實(shí)施)來改變。應(yīng)該理解，全部的方框312、314和316可以一起執(zhí)行或者以各種結(jié)合的方式執(zhí)行。
[0037]在其他一些實(shí)施中，對于棒焊接(SMAW)的電弧力調(diào)節(jié)可以被控制，并且對于TIG的一些脈沖或AC特性(例如，脈沖幅度和持續(xù)時間)可以被調(diào)節(jié)。用于調(diào)整電力傳遞的其他參數(shù)也可以被改變，直到超過下面將討論的輸出閾值。修改的限制防止在熔池完全發(fā)展之前焊絲或其他可消耗電極反復(fù)地蒸發(fā)。通過在穩(wěn)態(tài)條件建立之前縮短時間段，焊縫更好地形成并且不需要的飛濺能夠在焊件的開始點(diǎn)附近被減少。
[0038]在方框318中，控制電路152確定輸出閾值，該輸出閾值可以為輸出能量閾值或者為已經(jīng)提供輸出功率的時間閾值。輸出閾值可能是或不是預(yù)定義的，并且可以取決于本文描述的用戶可選擇的焊接參數(shù)中一個或多個或任意組合。
[0039]在方框328中，控制電路152然后不斷地確定輸出能量或者已經(jīng)提供輸出功率的時間。軟件可以通過計算輸出功率的時間積分來確定輸出能量。瞬時輸出功率為從電子反饋傳感器接收的電壓和電流測量結(jié)果的乘積。在其他實(shí)施中，為了確定輸出能量，僅需要單個的電壓或電流測量結(jié)果，這是因?yàn)檐浖梢愿鶕?jù)IEC60974-1 (2005)的11.2.3部分通過在數(shù)學(xué)上計算或利用對應(yīng)于公式1=20 (V - 14V)的查詢表來從輸出電壓確定輸出電流，其中I為輸出電流，V為輸出電壓，反之亦然。軟件也可以通過確定超過閾值的輸出功率已經(jīng)被提供了多長時間來確定提供輸出功率的時間。優(yōu)選地，時間可以為至少50毫秒，或可以為大約50毫秒。在一些實(shí)例中，僅當(dāng)輸出功率在輸出功率閾值之上時計算且增加時間。例如，當(dāng)通過IEC60974-1 (2005)的11.2.3部分的指南估計的功率的至少四分之一被提供了至少50毫秒或大約50毫秒時，達(dá)到時間閾值。當(dāng)時間累積到50毫秒(可以是不連續(xù)的)時，則達(dá)到時間閾值。
[0040]本文所預(yù)期的，操作式放大器或其他電子電路也可以用于積分電壓和電流測量結(jié)果的乘積，并且從而確定是否已經(jīng)提供了閾值輸出功率。另外，可以預(yù)期的是能夠使用更大的或更小的電流和時間值。此外，可以基于在待焊接部件處的光學(xué)、聲學(xué)或溫度測量來進(jìn)行時間閾值或輸出能量的計算。
[0041]在方框330中，控制電路152確定是否超出了輸出閾值。例如，控制電路152確定是否輸出能量超過輸出能量閾值，或者是否提供輸出功率的時間超過了時間閾值。如果沒有超過輸出閾值，則方法沿著線332至方框328。再次參考方框330，如果超過輸出閾值，則方法沿著線338至方框340。在方框340中，焊接過程以常規(guī)焊接設(shè)置進(jìn)行。例如，電流限制恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)電流限制以優(yōu)化穩(wěn)態(tài)焊接性能。穩(wěn)態(tài)電流限制可以對應(yīng)于3.75倍的標(biāo)準(zhǔn)IEC電流，然而在達(dá)到閾值之前所使用的電流限制可以為例如1.9倍的標(biāo)準(zhǔn)IEC電流。在達(dá)到閾值之前所使用的電流限制可以小于例如大約70%、或者小于60%、或者小于大約50%的穩(wěn)態(tài)電流限制。
[0042]在預(yù)先計算的輸出能量或輸出功率在接觸點(diǎn)處消散之前，通過減少電流限制(例如，最大可允許電流)，隨著焊絲被加熱至熔點(diǎn)，焊絲依舊保持完整，促進(jìn)了快速、一致的啟動特性。提高的穩(wěn)態(tài)限制允許短暫的偏移超過對持續(xù)輸出電流的電源的設(shè)計容量，使得小電源能夠?qū)崿F(xiàn)之前需要更大容量和昂貴設(shè)計的性能特性。圖6中顯示了一個設(shè)計實(shí)施的輸出。
[0043]現(xiàn)在參考圖4和圖5，提供了用于通過提供改進(jìn)的開始來推進(jìn)過程穩(wěn)定性的方法400和500。例如，當(dāng)選擇MIG焊接設(shè)置時，方法400和500每一個可以在氣體保護(hù)金屬極電弧焊接和藥芯焊絲電弧焊接中實(shí)施。本文呈現(xiàn)的步驟的順序僅僅為方法400和500的特定實(shí)施。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以改變該順序，可以同時發(fā)生一些步驟，可以省略一些步驟，并且可以進(jìn)一步增加步驟。此外，涉及控制器的每個步驟可以通過配置(例如，編程)控制器來實(shí)施以執(zhí)行該步驟。
[0044]方法400開始于方框410。在方框410中，控制電路152可以接收來自進(jìn)絲百分比輸入的進(jìn)絲百分比以及來自電壓輸入262的輸出電壓。在一些實(shí)施中，控制電路也可以接收來自其各個輸入的送絲速度、電感、回?zé)龝r間和/或焊絲尖設(shè)置。方法400可以從方框410前進(jìn)至方框420。
[0045]在方框420中，控制電路152可以確定和/或存儲用于供應(yīng)電流脈沖的預(yù)定義時間段。預(yù)定義時間段可以取決于進(jìn)絲百分比和/或輸出電壓。在一些實(shí)施中，預(yù)定義時間段可以根據(jù)公式A+B* (進(jìn)絲百分比)+C* (電壓設(shè)置)來確定，其中A、B和C每一個可以具有任意的正或負(fù)值。在特定實(shí)施中，公式可以具有值33μ S- (47.2 μ s)* (進(jìn)絲百分t匕)+ (2.11 μ s/V)* (電壓設(shè)置)。如等式所示，預(yù)定義時間段可以為進(jìn)絲設(shè)置和電壓設(shè)置的線性函數(shù)或者大致的線性函數(shù)。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他不同的函數(shù)，包括指數(shù)或二次關(guān)系。方法400可以從方框420前進(jìn)至方框430。
[0046]在方框430中，控制電路152可以確定和/或存儲電流脈沖的大小。在一些實(shí)施中，在預(yù)定義時間段期間的電流脈沖的大小可以獨(dú)立于所選擇的焊接參數(shù)。電流脈沖可以在預(yù)定義時間段的開始處具有最大值，并且根據(jù)時間的函數(shù)線性或大致上線性地減少至預(yù)定義時間段的結(jié)束處的大約為零的大小。在其他實(shí)施中，大小可以根據(jù)非線性或大致上非線性、衰減指數(shù)或大致上衰減指數(shù)、或者拋物線或大致上拋物線的函數(shù)、或者任意其他數(shù)學(xué)函數(shù)，從最大值減小至大約為零的大小。
[0047]在一些實(shí)施中，最大值具有的預(yù)定義值可以在大約250和大約1000安培之間，或者在大約400和500安培之間，并且在特定實(shí)施中，為大約450安培。在一些實(shí)施中，電流脈沖的大小在整個預(yù)定義時間段內(nèi)可以保持恒定或者大致上恒定。在其他實(shí)施中，電流脈沖的大小輪廓(magnitude profile)可以取決于電感、送絲速度、回?zé)龝r間、焊絲尖設(shè)置或其組合。方法400可以從方框430前進(jìn)至方框440。
[0048]在方框440中，控制電路152可以在焊接過程的開始處提供預(yù)定義時間段的電流脈沖?？刂齐娐?52以電流控制模式操作以根據(jù)上述大小輪廓控制電流脈沖。
[0049]方法500開始于方框510。在框510中，控制電路152可以接收來自進(jìn)絲設(shè)置輸入的進(jìn)絲設(shè)置以及來自電壓輸入262的需要的輸出電壓。在一些實(shí)施中，控制電路也可以接收來自它們各自輸入的送絲速度、電感、回?zé)龝r間和/或焊絲尖設(shè)置。方法500可以從方框510前進(jìn)至方框520。
[0050]在方框520中，控制電路152可以確定和存儲電流脈沖的峰值。電流脈沖可以在預(yù)定義時間段的開始處具有峰值，并且根據(jù)時間的函數(shù)線性或大致上線性地減少至在預(yù)定義時間段的結(jié)束處的大約為零的大小。在其他實(shí)施中，大小根據(jù)非線性或大致上非線性、衰減指數(shù)或大致上的衰減指數(shù)、或者拋物線或大致上的拋物線函數(shù)、或者任意其他數(shù)學(xué)函數(shù)，從最大值減小至大約為零的大小。時間段可以為預(yù)定義時間段，例如82毫秒。峰值可以根據(jù)公式A+B* (進(jìn)絲速度)+C* (電壓設(shè)置)來確定，其中A、B和C每一個可以具有任意的正或負(fù)的實(shí)數(shù)。在特定實(shí)施中，公式可以具有值217安培-(310安培)* (進(jìn)絲速度設(shè)置/100%) + (13.9安培/伏特)* (電壓設(shè)置)。進(jìn)絲速度為在進(jìn)絲期間相對于焊接送絲速度的送絲速度的百分比中的設(shè)置。例如，如果焊接送絲速度為500英寸每分鐘，并且進(jìn)絲速度設(shè)置為80%，則進(jìn)絲送絲速度將為400英寸每分鐘。電壓設(shè)置為在焊接過程中的需要電壓。如等式所示，峰值可以為進(jìn)絲設(shè)置和電壓設(shè)置的線性函數(shù)或者大致上的線性函數(shù)。在其他實(shí)施中，電流脈沖的大小在整個時間段內(nèi)可以在峰值保持恒定或者大致上恒定。方法500可以從方框520前進(jìn)至方框530。
[0051]在方框530中，控制電路152可以在焊接過程的開始處提供預(yù)定義時間段的電流脈沖。控制電路152以電流控制模式操作以便根據(jù)上述大小輪廓控制電流脈沖。
[0052]在方法400和500中的每一個中，不是在最大值處開始，而是電流脈沖可以在時間段內(nèi)首先從零增加至最大值，其能夠基于用戶選擇的或編程的焊接參數(shù)(例如進(jìn)絲百分比、輸出電壓、電感、送絲速度、回?zé)龝r間、焊絲尖設(shè)置或其組合)進(jìn)行預(yù)定義。增加可以根據(jù)線性或大致上線性的、非線性或大致上非線性的、指數(shù)增加或大致上指數(shù)增加的、對數(shù)增加或大致上對數(shù)增加的、或者拋物線或大致上拋物線的函數(shù)，或者任意其他數(shù)學(xué)函數(shù)達(dá)到最大值。在達(dá)到最大值之后，電流可以早先討論的方式下降。
[0053]在方法400和500的每一個中，其可以意在在一些實(shí)施中，預(yù)定義由電流脈沖提供的能量。即是說，電流脈沖所依賴的參數(shù)可以被設(shè)置，使得能量的預(yù)定義(例如，編程的)量通過電流脈沖來提供。能量可以通過計算輸出功率的時間積分來確定。輸出功率可以通過將輸出電壓和輸出電流相乘來確定。在其他實(shí)施中，可以不預(yù)定義能量。
[0054]在方法400和500的每一個中，電流脈沖可以減少或大幅消除在焊接過程的初始階段由于焊件和填充焊絲的溫度還未穩(wěn)定所造成的初始不穩(wěn)定操作的時間段。隨著電流脈沖的減少，熔池發(fā)展并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫度。通過電流脈沖提供的總能量可以為充分的預(yù)熱來優(yōu)化，但是也可以保持足夠低使得額外的電流無法使焊絲蒸發(fā)。因此由電流脈沖提供的充分的預(yù)熱可以加快焊接過程的穩(wěn)定。
[0055]現(xiàn)在參考圖6，提供波形圖600，其顯示了圖3的方法300連同圖4的方法400或圖6的方法500的操作。圖形600包括電流波形602以及電壓波形604，每一個在焊接過程的開始處繪制為時間的函數(shù)。方法當(dāng)相互結(jié)合使用時可以提供特別滿意的特性，并且每種結(jié)合在本文的預(yù)期之中。例如，電流限制方法300可以直接在方法400或500中的任意一個之后并與方法400或500中的任意一個結(jié)合而實(shí)施，如圖6所示。波形602和604的時間段606對應(yīng)于圖4或圖5的方法，波形602和604的時間段608對應(yīng)于圖3的方法，并且波形602和604的時間段610為穩(wěn)態(tài)波形。
[0056]描述的任意的控制器、控制電路、模塊、服務(wù)器或發(fā)動機(jī)可以在一個或多個計算機(jī)系統(tǒng)或集成控制器中實(shí)施。圖7中提供了一種示例性系統(tǒng)。計算機(jī)系統(tǒng)1000包括用于執(zhí)行指令(例如上述方法中描述的那些指令)的處理器1010。指令可以存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)中，比如存儲器1012或存儲設(shè)備1014，例如磁盤驅(qū)動器、⑶或DVD、或者存儲在處理器的內(nèi)部或外部的一些形式的非易失存儲器中(比如EPROM或閃存)。計算機(jī)可以包括顯示控制器1016，其響應(yīng)于指令以在顯示設(shè)備1018 (例如，計算機(jī)顯示器)上生成文本或圖形的顯示。此外，處理器1010可以與網(wǎng)絡(luò)控制器1020通訊以將數(shù)據(jù)或指令傳達(dá)至其他系統(tǒng)，例如其他通用計算機(jī)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制器1020可以在以太網(wǎng)或其他已知協(xié)議上通信，從而在各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖?包括局域網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)或其他常用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?分布處理或提供對信息的遠(yuǎn)程訪問。
[0057]在其他實(shí)施方案中，專用硬件實(shí)施(比如專用集成電路、可編程邏輯陣列以及其他硬件設(shè)備)能夠構(gòu)造為實(shí)施本文描述的一個或多個方法。可以包括各個實(shí)施方案的裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用能夠概括地包括多種電子和計算機(jī)系統(tǒng)。本文描述的一個或多個實(shí)施方案可以利用具有能夠在模塊之間或通過模塊通訊的相關(guān)控制和數(shù)據(jù)信號或者作為專用集成電路的部分的兩個或多個特定相互連接的硬件模塊或設(shè)備來實(shí)現(xiàn)功能。因此，本系統(tǒng)包含了軟件、固件和硬件實(shí)施。
[0058]根據(jù)本公開的各個實(shí)施方案，本文描述的方法可以通過可由計算機(jī)系統(tǒng)或處理器執(zhí)行的軟件程序來實(shí)施。此外，在一個示例性、非限制性實(shí)施方案中，實(shí)施可以包括分布式處理、組件/對象的分布式處理以及并行處理。可替代地，虛擬計算機(jī)系統(tǒng)處理可以構(gòu)造為實(shí)施如本文所描述的一個或多個方法或功能。
[0059]此外，本文描述的方法可以體現(xiàn)在計算機(jī)可讀介質(zhì)中。術(shù)語“計算機(jī)可讀介質(zhì)”包括單一介質(zhì)或多個介質(zhì)，例如集中或分布式的數(shù)據(jù)庫，和/或存儲一組或多組指令的相關(guān)聯(lián)的緩存和服務(wù)器。術(shù)語“計算機(jī)可讀介質(zhì)”還應(yīng)該包括能夠存儲、編碼或攜帶通過處理器執(zhí)行的一組指令，或者使計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行本文公開的任意一個或多個方法或操作的任意介質(zhì)。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，上述描述意味著本發(fā)明的原理的說明。該描述不旨在限制本發(fā)明的范圍或應(yīng)用，在不背離如所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明易于受到修改、變化和改變的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在焊接過程的開始期間產(chǎn)生焊接的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 電源電路，所述電源電路用于產(chǎn)生焊接輸出功率；以及 控制電路，所述控制電路與所述電源電路通訊，從而在所述焊接過程的開始期間控制至少一個焊接參數(shù)，直到所述控制電路確定了焊接能量輸出超過了能量輸出閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路基于測量的輸出電壓確定所述焊接能量輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路基于測量的輸出電流確定所述焊接能量輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路配置為基于測量的電流和測量的電壓計算所述焊接輸出功率，其中所述控制電路進(jìn)一步配置為通過計算所述焊接輸出功率的時間積分確定所述焊接能量輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路連續(xù)地確定所述焊接能量輸出直到超過所述能量輸出閾值，其中在超過所述能量輸出閾值之后所述控制電路停止連續(xù)地確定所述焊接能量輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中預(yù)定義所述能量輸出閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 系統(tǒng)，其中所述控制電路限制電流直到所述控制電路確定了所述焊接能量輸出超過了所述能量輸出閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中電流被限制為大約300安培或更少。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中基于穩(wěn)態(tài)焊接電流來限制電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述控制電路確定了焊接能量輸出已經(jīng)超過了能量輸出閾值之前，所述控制電路增加電感。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路偏置輸出電壓直到所述控制電路確定了焊接能量輸出已經(jīng)超過了能量輸出閾值。
12.一種用于在焊接過程的開始期間產(chǎn)生焊接的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 電源電路，所述電源電路用于產(chǎn)生焊接輸出功率；以及 控制電路，所述控制電路與所述電源電路通訊，從而在所述焊接過程的開始期間控制至少一個焊接參數(shù)直到所述控制電路確定了持續(xù)時間已經(jīng)超過了時間閾值，其中最小預(yù)定功率輸出在所述持續(xù)時間中被提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路基于測量的輸出電壓確定所述焊接輸出功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路基于測量的輸出電流確定所述焊接輸出功率。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中僅當(dāng)焊接輸出功率超過了輸出功率閾值時，增加時間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路連續(xù)地確定時間直到超過所述時間閾值，其中在超過所述時間閾值之后所述控制電路停止連續(xù)地確定時間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中預(yù)定義所述時間閾值。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路限制電流直到所述控制電路確定了時間超過了所述時間閾值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中電流被限制為大約300安培或更少。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中基于穩(wěn)態(tài)焊接電流來限制電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中在所述控制電路確定了時間已經(jīng)超過了時間閾值之前，所述控制電路增加電感。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路偏置輸出電壓直到所述控制電路確定了時間已經(jīng)超過了時間閾值。
23.一種用于在焊接過程的開始期間產(chǎn)生焊接的方法，所述方法包括: 通過電源電路產(chǎn)生焊接輸出功率； 通過與所述電源電路通訊的控制電路連續(xù)地確定焊接能量輸出或者提供焊接輸出功率的時間； 在所述焊接過程的開始期間通過所述控制電路，控制焊接參數(shù)直到焊接能量輸出超過了能量輸出閾值 或者直到時間超過了時間閾值。
【文檔編號】B23K9/067GK103764329SQ201280037066
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】R·H·蘭伯特, G·H·帕特南 申請人:熱動力公司