用于以ac波形脈沖焊接的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種將脈沖焊接(500,700,900,1100)波形提供至要被焊接的工件(W)的脈沖焊接焊機(jī)和脈沖焊接的方法。焊接波形(W)具有多個(gè)焊接周期并且周期中的每個(gè)具有液滴轉(zhuǎn)移峰值脈沖和具有第一極性的本底部分(1130)，以及相反極性部分(1150)，所述相反極性部分(1150)在液滴轉(zhuǎn)移峰值脈沖之前并且在本底部分(1130)之后。
【專利說明】用于以AC波形脈沖焊接的設(shè)備和方法
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本美國專利申請(qǐng)是2011年10月6日遞交的、題為“用于控制脈沖弧焊系統(tǒng)減少飛濺的方法(METHOD TO CONTROL AN ARC WELDING SYSTEM TO REDUCE SPATTER) ”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/267，153的部分繼續(xù)申請(qǐng)，并且要求該美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/267，153的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/267，153的全部內(nèi)容通過引用被并入本文，并且美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/267，153要求2010年10月22日遞交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/405，895以及2010年11月12日遞交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/413，007的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/405，895和美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/413，007公開的全部內(nèi)容每篇通過引用被并入本文。
[0003]發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0004]與本發(fā)明一致的裝置、系統(tǒng)和方法涉及焊接，并且更具體地涉及用于以AC波形脈沖焊接的裝置、系統(tǒng)和方法。
_5] 通過引用并入
[0006]本發(fā)明一般地涉及在美國專利N0.6，215，100和N0.7，304，269中的每篇所描述的一般類型的焊接系統(tǒng)中在飛濺和熱量輸入方面的改善，該美國專利N0.6，215，100和N0.7，304, 269整個(gè)公開的全部內(nèi)容通過引用被并入本文。
_7] 相關(guān)技術(shù)描述
[0008]在電弧焊接中，常見的焊接工藝為主要是在利用外保護(hù)氣的情況下使用實(shí)心焊絲焊條的脈沖焊接。MIG焊接使用間隔的脈沖，該間隔的脈沖首先熔化推進(jìn)的焊絲焊條的端部并且然后通過電弧使得熔融金屬從焊絲的端部到達(dá)工件。在脈沖焊接工藝的每個(gè)脈沖周期期間轉(zhuǎn)移(transfer)熔融金屬的球狀團(tuán)。在特定脈沖周期期間，特別是在焊接焊條非常靠近工件操作的應(yīng)用中，熔融金屬在從推進(jìn)的焊絲焊條被完全釋放前與工件接觸。這在推進(jìn)的焊絲焊條和工件之間創(chuàng)建短接電路(short circuit)(又稱短路(short))。符合期望的是，快速消除或清除短路來獲得與適當(dāng)?shù)拿}沖焊接相關(guān)聯(lián)的一致性(consistency)。然而，清除短路將會(huì)導(dǎo)致生成不期望的飛濺。這樣的飛濺導(dǎo)致焊接工藝的低效率并且可能會(huì)導(dǎo)致飛濺超過工件的熔融金屬，該熔融金屬隨后可能不得不使用例如磨具來被移除。
[0009]通過將這樣的途徑與如參照附圖在本申請(qǐng)其余內(nèi)容中闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行比較，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及已提出的途徑的其他限制和缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目標(biāo)是提供被改善的脈沖焊接設(shè)備和脈沖焊接的方法。這個(gè)目標(biāo)根據(jù)權(quán)利要求I至8被解決。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案是具有焊接功率轉(zhuǎn)換器的脈沖焊接設(shè)備，所述焊接功率轉(zhuǎn)換器輸出具有多個(gè)焊接周期的焊接模型，其中所述周期中的每個(gè)具有第一部分、峰值脈沖部分和本底部分。功率轉(zhuǎn)換器將焊接波形提供至焊條和至少一個(gè)工件來焊接所述至少一個(gè)工件。焊機(jī)還具有AC焊接模塊，所述AC焊接模塊將峰值脈沖部分和本底部分中的每個(gè)以第一極性提供至工件并且將第一部分以第二極性提供至工件，第二極性與第一極性相反。在焊接周期中的每個(gè)中，第一部分在峰值脈沖部分之前并且在本底部分之后出現(xiàn)。本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案和/或特征從權(quán)利要求書、說明書和/或附圖中是可推理的。
[0011]附圖簡要說明
[0012]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:
[0013]圖1圖示說明在焊接電流回路中包括開關(guān)模塊的電弧焊接系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的框圖；
[0014]圖2圖示說明圖1的系統(tǒng)的部分的示例性實(shí)施方案的示意圖，包括焊接電流回路中的開關(guān)模塊；
[0015]圖3圖不說明圖1和圖2的開關(guān)I旲塊的不例性實(shí)施方案的不意圖；
[0016]圖4圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法的第一示例性實(shí)施方案的流程；
[0017]圖5圖示說明根據(jù)圖4的方法由未使用圖1-3的開關(guān)模塊的常規(guī)脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的常規(guī)脈沖輸出電流波形的實(shí)施例；
[0018]圖6圖示說明在具有系繩狀連接部分(tethered connect1n)的自由飛行(free-flight)轉(zhuǎn)移過程中使用高速視頻技術(shù)發(fā)現(xiàn)的迸發(fā)(exploding)飛派工藝；
[0019]圖7圖示說明根據(jù)圖4的方法由使用圖1-3的開關(guān)模塊的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的脈沖輸出電流波形的實(shí)施例；
[0020]圖8圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法的另一示例性實(shí)施例的流程；
[0021]圖9圖示說明根據(jù)圖8的方法由使用圖1-3的開關(guān)模塊的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)產(chǎn)生的脈沖輸出電流波形的實(shí)施例；
[0022]圖10圖示說明依據(jù)能夠執(zhí)行AC焊接的本發(fā)明的附加示例性實(shí)施方案的附加焊接系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0023]圖11圖示說明能夠由圖10中的系統(tǒng)產(chǎn)生的焊接波形的實(shí)施例；以及
[0024]圖12圖示說明能夠由圖10所示的系統(tǒng)產(chǎn)生的另一焊接波形的實(shí)施例。
[0025]詳細(xì)描沭
[0026]現(xiàn)在將在下面通過參照附圖描述本發(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。
[0027]在弧焊工藝期間，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對(duì)小的時(shí)候，熔融金屬可以經(jīng)由接觸轉(zhuǎn)移過程(例如，表面張力轉(zhuǎn)移或STT工藝)或具有系繩狀連接部分的自由飛行轉(zhuǎn)移過程(例如，脈沖焊接工藝)被轉(zhuǎn)移。在接觸轉(zhuǎn)移過程中，焊接焊條末端上的熔融金屬球與工件進(jìn)行接觸(即，短路)并且在熔融金屬球開始與焊條末端基本上分離之前開始“濕潤進(jìn)入(wet into) ”工件上的熔池(molten puddle)。
[0028]在自由飛行轉(zhuǎn)移過程中，熔融金屬球與焊條末端分開并且朝向工件“飛越”(flyacross)電弧。然而，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對(duì)小的時(shí)候，飛越電弧的熔融金屬球可以與工件進(jìn)行接觸(即，短路)，而熔融金屬的細(xì)系繩狀部分(thin tether)仍使熔融金屬球與工件末端接觸。在這樣的系繩狀自由飛行轉(zhuǎn)移情形下，如本文圖6中所圖示說明的，當(dāng)熔融金屬球與工件進(jìn)行接觸時(shí)，由于通過系繩狀部分的電流快速增大，熔融金屬的細(xì)系繩狀部分趨于迸發(fā)而導(dǎo)致飛濺。
[0029]圖1圖示說明在焊接輸出回路中包括開關(guān)模塊110并且提供焊接輸出121和122的電弧焊接系統(tǒng)100的示例性實(shí)施方案的框圖。系統(tǒng)100包括能夠?qū)⑤斎牍β兽D(zhuǎn)換為焊接輸出功率的功率轉(zhuǎn)換器120。例如，功率轉(zhuǎn)換器120可以為逆變型功率轉(zhuǎn)換器或斬波型功率轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)100還包括絲送進(jìn)器130，絲送進(jìn)器130能夠?qū)⒑附雍附zE送進(jìn)通過例如將焊接焊絲E連接到焊接輸出121的焊槍(未示出)。
[0030]系統(tǒng)100還包括可操作地連接在功率轉(zhuǎn)換器120和焊接輸出121之間的分流器140，來將焊接輸出電流送進(jìn)到系統(tǒng)100的電流反饋傳感器150，以感測由功率轉(zhuǎn)換器120產(chǎn)生的焊接輸出電流。系統(tǒng)100還包括可操作地連接在焊接輸出121和焊接輸出122之間的電壓反饋傳感器160，來感測由功率轉(zhuǎn)換器120產(chǎn)生的焊接輸出電壓。作為可替換的方式，開關(guān)模塊110可以被包括在流出焊接電流路徑中，例如介于功率轉(zhuǎn)換器120和分流器140之間，或者介于分流器140和焊接輸出121之間。
[0031]系統(tǒng)100還包括可操作地連接到電流反饋傳感器150和電壓反饋傳感器160的高速控制器170，來接收以信號(hào)161和162的形式表征焊接輸出的感測的電流和電壓。系統(tǒng)100還包括可操作地連接到高速控制器170的波形發(fā)生器180，來接收來自高速控制器170的命令信號(hào)171，該命令信號(hào)171告知波形發(fā)生器如何實(shí)時(shí)調(diào)試焊接波形信號(hào)181。波形發(fā)生器180產(chǎn)生輸出焊接波形信號(hào)181并且功率轉(zhuǎn)換器120可操作地連接到波形發(fā)生器180，來接收輸出焊接波形信號(hào)181。功率轉(zhuǎn)換器120通過基于輸出焊接波形信號(hào)181將輸入功率轉(zhuǎn)換為焊接輸出功率來生成調(diào)制的焊接輸出(例如，電壓和電流)。
[0032]開關(guān)模塊110可操作地連接在功率轉(zhuǎn)換器120和焊接輸出122之間，焊接輸出122在操作期間連接到焊接工件W。高速控制器170也可操作地連接到開關(guān)模塊110來提供開關(guān)命令信號(hào)(或消隱信號(hào)(blanking signal)) 172到開關(guān)模塊110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，高速控制器170可以包括邏輯電路、可編程微控制器以及控制器存儲(chǔ)器。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，高速控制器170可以使用感測的電壓信號(hào)161、感測的電流信號(hào)162或者這二者的組合來在每個(gè)脈沖周期期間確定在推進(jìn)的焊條E和工件W之間何時(shí)出現(xiàn)短路、何時(shí)短路要被清除以及何時(shí)短路已經(jīng)實(shí)際上被清除。這樣的確定何時(shí)出現(xiàn)短路以及何時(shí)短路被清除的方案在本領(lǐng)域中是公知的，并且例如在美國N0.7，304，269中被描述，美國N0.7，304，269的全部內(nèi)容通過引用被并入本文。高速控制器170可以命令波形發(fā)生器180在出現(xiàn)短路被/或短路被清除時(shí)改變波形信號(hào)181。例如，當(dāng)短路被確定為已經(jīng)被清除時(shí)，高速控制器170可以命令波形發(fā)生器180在波形信號(hào)181中包括等離子升壓脈沖(plasma boost pulse)(參見圖7的脈沖750),來防止在清除前一短路之后立即出現(xiàn)另一短路。
[0034]圖2圖示說明圖1的系統(tǒng)100的部分的示例性實(shí)施方案的示圖，包括在焊接電流回路中的開關(guān)模塊110。功率轉(zhuǎn)換器120可以包括逆變電源123以及續(xù)流二極管124。由于焊接輸出路徑中的各種電器部件，焊接輸出路徑將具有固有的焊接電路電感210。開關(guān)模塊110被示出為具有與阻抗路徑112 (例如，高額定功率電阻的網(wǎng)絡(luò))并聯(lián)的電氣開關(guān)111 (例如，功率晶體管電路)。
[0035]在焊接波形的脈沖周期期間，當(dāng)沒有出現(xiàn)短路時(shí)，電氣開關(guān)111通過來自高速控制器170的開關(guān)命令信號(hào)172被命令為是閉合的。當(dāng)電氣開關(guān)111被閉合時(shí)，電氣開關(guān)111在輸出焊接回路中提供非常低的阻抗路徑，允許焊接電流通過開關(guān)111自由返回到功率轉(zhuǎn)換器120。阻抗路徑112仍出現(xiàn)在焊接輸出回路中，而大部分電流將流過由閉合的開關(guān)111提供的低阻抗路徑。然而，當(dāng)短路被檢測到時(shí)，電氣開關(guān)111通過來自高速控制器170的開關(guān)命令信號(hào)172被命令為是斷開的。當(dāng)電氣開關(guān)111被斷開時(shí)，流過開關(guān)111的電流被切斷并且被迫使來流過阻抗路徑112，由于阻抗路徑112提供的阻抗，導(dǎo)致電流的水平(level)被降低。
[0036]圖3圖不說明圖1和圖2的開關(guān)I旲塊110的不例性實(shí)施方案的不意圖。如所不的，開關(guān)模塊110包括晶體管電路111和電阻網(wǎng)絡(luò)112。開關(guān)模塊110可以包括用于安裝模塊110的各種電氣部件(例如，包括晶體管電路111、電阻網(wǎng)絡(luò)112、LED以及狀態(tài)邏輯電路)的電路板。
[0037]圖4圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)100防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法400的第一示例性實(shí)施方案的流程。步驟410表示開關(guān)模塊110的開關(guān)111正常被閉合(沒有短路情況)的操作。在步驟420中，如果沒有檢測到短路，則開關(guān)111保持為閉合的(沒有短路情況)。然而，如果檢測到短路，則在步驟430中，開關(guān)111被命令來在短路間隔期間(即，焊條被短路到工件的時(shí)間段)經(jīng)歷斷開和閉合連續(xù)事件。
[0038]步驟430中的斷開/閉合連續(xù)事件通過在第一次檢測到短路時(shí)斷開開關(guān)111來開始。在第一時(shí)間段(例如，短路間隔的第一個(gè)10%)開關(guān)111保持為斷開的。這快速減少輸出電流，從而短路不會(huì)以導(dǎo)致大量飛濺的方式立刻被破壞。在第一時(shí)間段后，開關(guān)被再次閉合并且輸出電流在第二時(shí)間段期間是傾斜的而導(dǎo)致開始熔融短路，來形成窄的頸部而試圖與焊條分開并且清除短路。在該第二時(shí)間段期間，由于電流是傾斜的，執(zhí)行dv/dt檢測方案來預(yù)計(jì)何時(shí)短路將會(huì)被清除(即，何時(shí)頸部將會(huì)斷開(break))。這樣的dv/dt方案在本領(lǐng)域中是公知的。然后，就在短路要被清除之前(例如，在短路間隔的最后10%期間)，開關(guān)111被再次斷開，以再一次快速地降低輸出電流來防止在頸部實(shí)際斷開時(shí)(即，當(dāng)短路被實(shí)際清除時(shí))的過渡飛濺。
[0039]在步驟410中，如果短路(焊條和工件之間的短路)仍存在，則開關(guān)111保持?jǐn)嚅_。然而，如果短路已經(jīng)被清除，則在步驟450中，開關(guān)111被再次閉合。以這種方式，在短路情況期間，開關(guān)111經(jīng)歷斷開/閉合連續(xù)事件并且當(dāng)開關(guān)被斷開時(shí)流過焊接輸出路徑的電流被減少，導(dǎo)致減少的飛濺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，方法400在高速控制器170中被實(shí)施。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，系統(tǒng)100能夠以120kHz的速率做出反應(yīng)(即，開關(guān)模塊110可以以該高速率在開和關(guān)之間被切換)，為短路的檢測和短路清除的檢測提供充分的反應(yīng)來以有效的方式實(shí)施方法400。
[0040]根據(jù)略微簡單些的可替換實(shí)施方案，響應(yīng)于推進(jìn)的焊條和工件之間的短路檢測，通過在至少一確定的時(shí)間段斷開開關(guān)111，由此增加焊接電路路徑中的阻抗，焊接電路路徑的電流被減少，而不是上面結(jié)合圖4所描述的經(jīng)歷斷開/閉合連續(xù)事件。對(duì)大部分脈沖周期來說，確定的時(shí)間段具有允許短路被清除而無需首先增加焊接電路路徑的電流的持續(xù)時(shí)間。在給定脈沖周期期間，如果短路在確定的時(shí)間段已經(jīng)如所期望的期滿之前被清除，則工藝?yán)^續(xù)脈沖周期的下一部分。然而，如果短路沒有在確定的時(shí)間段內(nèi)被清除，則在確定的時(shí)間段后，開關(guān)111立即被再次閉合，導(dǎo)致焊接電路路徑的電流再一次增加并且清除短路。在這樣的可替換實(shí)施方案中，響應(yīng)于短路的檢測，在確定的時(shí)間段的至少一部分，開關(guān)111被簡單地?cái)嚅_。在大多數(shù)脈沖周期中，電流無需被增加來清除短路。
[0041]此外，作為一種選擇，當(dāng)推進(jìn)的焊條和工件之間的短路被檢測到時(shí),推進(jìn)的焊條的速度可以被減慢。減慢推進(jìn)的焊條的速度幫助更容易地清除短路而不增加如否則的情況要增加的那么多材料到短路部分。為減慢推進(jìn)的焊條的速度，推進(jìn)焊條的絲送進(jìn)器的馬達(dá)可以被關(guān)閉并且可以制動(dòng)馬達(dá)。根據(jù)各種實(shí)施方案，制動(dòng)可以為機(jī)械制動(dòng)或者電氣制動(dòng)。
[0042]圖5圖示說明根據(jù)圖4的方法400或者上面所描述的簡單些的可替換方法由未使用圖1-3的開關(guān)模塊110的常規(guī)脈沖電弧焊接機(jī)得到的常規(guī)脈沖輸出電流波形500的實(shí)施例。如從圖5的波形500可見的，在峰值脈沖510被激發(fā)(fire)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時(shí)間520，持續(xù)例如直到短路被清除的時(shí)間530。時(shí)間520和530限定短路間隔540。如在圖5中可見的，峰值脈沖510在多個(gè)脈沖周期或焊接工藝周期期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期或脈沖周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。在常規(guī)系統(tǒng)中，當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，相比于電感，在焊接輸出路徑中存在非常小的阻抗。即使電源被關(guān)斷，電流繼續(xù)流動(dòng)。
[0043]再次參見圖5，在短路間隔540期間，由于在焊條E和工件W之間缺乏電弧(阻抗變得非常低)并且由于焊接電路電感210用來保持電流在焊接輸出路徑中流動(dòng)，所以輸出電流趨于增加，甚至是在功率轉(zhuǎn)換器120被逐步調(diào)整回到(phaseback)最小水平。在短路被清除之前電流趨于增加(即，在熔融金屬短路與焊條E分開之前)。然而，以這樣的增加的電流水平，當(dāng)短路被破壞或清除時(shí)，增加的電流水平趨于導(dǎo)致熔融金屬迸發(fā)而導(dǎo)致飛濺。
[0044]圖6圖示說明在具有系繩狀連接部分的自由飛行轉(zhuǎn)移過程中使用高速視頻技術(shù)發(fā)現(xiàn)的迸發(fā)的飛濺過程。高峰值脈沖(例如，510)導(dǎo)致熔融金屬球610朝向工件W突出，在球610和焊條E之間創(chuàng)建窄的系繩狀部分620。當(dāng)球610朝向工件W飛越電弧時(shí)，系繩狀部分620變窄并且最后通過系繩狀部分620在焊條E和工件W之間出現(xiàn)短路。在焊接焊條非常靠近工件操作的操作中幾乎每個(gè)脈沖周期都趨于出現(xiàn)這種情況。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，對(duì)于自由飛行轉(zhuǎn)移脈沖焊接工藝，系繩狀部分620創(chuàng)建初期的短路并且大量電流可以開始流過窄的系繩狀部分620。如圖6中所示的，逐漸增加的電流水平最終導(dǎo)致相對(duì)細(xì)的熔融系繩狀部分620迸發(fā)而創(chuàng)建飛濺630。然而，通過并入如本文上面所描述的開關(guān)模塊110和方法400 (或簡單些的可替換方式)，所創(chuàng)建的飛濺630可以被大大減少。
[0045]圖7圖示說明根據(jù)圖4的方法400由使用圖1_3的開關(guān)模塊110的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)100得到的脈沖輸出電流波形700的實(shí)施例。如從圖7的波形700可見的，在峰值脈沖710被激發(fā)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時(shí)間720，持續(xù)例如直到短路被清除的時(shí)間730。時(shí)間720和730限定短路間隔740。如在圖7中可見的，峰值脈沖710在多個(gè)脈沖周期或焊接工藝周期期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。然而，當(dāng)焊條末端和工件之間的距離是相對(duì)小的時(shí)候，幾乎每個(gè)周期都可以出現(xiàn)短路。
[0046]再次參見圖7，在短路間隔740期間，當(dāng)短路首次出現(xiàn)并且同樣當(dāng)短路要被清除時(shí)開關(guān)模塊110的開關(guān)111被斷開，導(dǎo)致輸出電流流過阻抗路徑112并且因此導(dǎo)致電流水平減少。作為實(shí)施例，開關(guān)信號(hào)172可以為當(dāng)檢測到短路時(shí)由高到低的邏輯信號(hào)，使得開關(guān)斷開。類似地，當(dāng)短路被清除時(shí)，開關(guān)信號(hào)172可以從低到高來再次閉合開關(guān)111。當(dāng)開關(guān)111被斷開時(shí)，阻抗路徑112加重焊接輸出路徑的負(fù)載，允許續(xù)電流快速下降到期望的水平。在短路被清除之前，電流趨于減少，并且以這樣的減少的電流水平，當(dāng)短路被破壞或清除時(shí)，熔融金屬趨于以非迸發(fā)的方式(unexplosive manner)箍斷(pinch off),消除或至少減少所創(chuàng)建的飛濺的量。同樣，在圖7的波形700中，用于幫助防止在剛剛清除短路之后立即出現(xiàn)另一短路的等離子升壓脈沖750是更為卓越的并且潛在地為更有效的。
[0047]圖8圖示說明用于使用圖1的系統(tǒng)100防止脈沖電弧焊接工藝中的飛濺的方法800的另一示例性實(shí)施方案的流程。根據(jù)實(shí)施方案，方法800由控制器170執(zhí)行。高速控制器170追蹤短路出現(xiàn)和/或短路清除的時(shí)間并且提供在至少下一脈沖周期期間何時(shí)短路間隔940 (出現(xiàn)短路和短路被清除的時(shí)候之間的時(shí)間)(見圖9)將會(huì)出現(xiàn)的估計(jì)。從這樣的估計(jì)，消隱間隔960(見圖9)可以被確定，這用來生成消隱信號(hào)172。
[0048]根據(jù)已知的技術(shù)，在方法800的步驟810中，系統(tǒng)100檢測脈沖焊接波形的重復(fù)脈沖周期期間短路出現(xiàn)和/或這些短路的清除。在步驟820中，在脈沖周期內(nèi)檢測到的短路的出現(xiàn)和/或清除的時(shí)間(例如，通過高速控制器170)被追蹤。在步驟830中，基于追蹤結(jié)果估計(jì)下一脈沖周期的短路間隔940的位置和持續(xù)時(shí)間(見圖9)。在步驟840中，基于下一脈沖周期的短路間隔的估計(jì)的位置確定至少下一脈沖周期的交疊消隱間隔960。在步驟850中，消隱信號(hào)(一種開關(guān)信號(hào))172(例如，通過控制器170)被生成來在下一脈沖周期期間施加到開關(guān)模塊110。
[0049]圖9圖示說明根據(jù)圖8的方法800由使用圖1_3的開關(guān)模塊110的圖1的脈沖電弧焊接機(jī)100得到的脈沖輸出電流波形900的實(shí)施例。如從圖9的波形900可見的，在峰值脈沖910被激發(fā)之后，短路可以出現(xiàn)，例如開始于時(shí)間920，持續(xù)例如直到短路被清除的時(shí)間930。時(shí)間920和930限定短路間隔940。如在圖9中可見的，峰值脈沖910在焊接工藝期間以有規(guī)律的間隔被激發(fā)。在任何給定的周期期間，短路情況可以發(fā)生或者可以不發(fā)生。然而，在電弧長度相對(duì)短(即，焊條相對(duì)靠近工件操作)的焊接工藝期間，短路可以發(fā)生在幾乎每個(gè)脈沖周期中。
[0050]根據(jù)方法800，脈沖周期內(nèi)短路出現(xiàn)和/或短路清除的時(shí)間被確定并且逐個(gè)脈沖周期被追蹤。以這種方式，控制器170可以估計(jì)在下一個(gè)或接下來的脈沖周期中可能將會(huì)出現(xiàn)的短路間隔的位置。然而，在脈沖焊接工藝開始時(shí)，在任何實(shí)質(zhì)性追蹤信息是可獲得的之前，短路間隔的位置可以為基于例如經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者來自前一焊接工藝的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存的默認(rèn)位置。消隱信號(hào)172可以被調(diào)試或者改變來在消隱信號(hào)172中形成消隱間隔960，消隱間隔960在時(shí)間上交疊下面的脈沖周期(一個(gè)或多個(gè))的估計(jì)的短路間隔940。理想地，消隱間隔960在下一脈沖周期的短路間隔940之前不久(例如，在時(shí)間920之前)開始并且在下面的脈沖周期的短路間隔940之后不久(例如，在時(shí)間930之后)結(jié)束，由此時(shí)間交疊。在一個(gè)實(shí)施方案中，只追蹤短路出現(xiàn)的時(shí)間，而不追蹤短路清除的時(shí)間。在這樣的實(shí)施方案中，基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，消隱間隔的持續(xù)時(shí)間被設(shè)置為持續(xù)足夠長來用于清除短路。
[0051]以這種方式，下一脈沖周期期間的短路的實(shí)際出現(xiàn)無需在開關(guān)模塊110的開關(guān)111可以被斷開之前被檢測。在脈沖焊接工藝進(jìn)行時(shí)，短路間隔的位置可以隨著焊條和工件之間的距離的偏移或變化而偏移或變化。然而，在該實(shí)施方案中，由于短路間隔的位置隨著時(shí)間被追蹤，所以消隱信號(hào)的位置可以被調(diào)試來有效地遵循并且預(yù)計(jì)短路間隔。通過在消隱間隔960期間斷開開關(guān)111，電流下降并且預(yù)期的是，系繩狀部分將出現(xiàn)并且在消隱間隔960期間斷開。
[0052]經(jīng)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)示出，在特定脈沖焊接情況下使用如本文所描述的開關(guān)模塊110，清除短路時(shí)的焊接輸出電流水平可以從約280安培減少到約40安培，使得所產(chǎn)生的飛濺的量有很大的不同。一般地，將電流減少到50安培以下似乎顯著地減少飛濺。此外，行進(jìn)速度(例如，60-80英寸/分鐘)和沉積速率能夠被保持。
[0053]在焊接焊條和工件之間出現(xiàn)短路的時(shí)間段期間減少焊接輸出電流水平的其他裝置和方法也是可能的。例如，在可替換的實(shí)施方案中，焊接電源的控制拓?fù)淇梢员慌渲脕碓诙搪返臅r(shí)間期間控制輸出電流到被高度調(diào)整的水平。在短路間隔期間，電流可以控制短路電流到較低水平(例如，50安培以下)來減少飛濺。例如，參見圖1，開關(guān)模塊110可以被禁用或省略，允許電流在焊接輸出電路路徑中自由流動(dòng)。控制器170被配置來命令波形發(fā)生器180在消隱間隔期間改變焊接工藝的輸出焊接波形信號(hào)181的部分，來減少通過焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流。因此，在該可替換的實(shí)施方案中，控制器170通過波形發(fā)生器180和功率轉(zhuǎn)換器120而不是經(jīng)由開關(guān)模塊110減少消隱間隔期間的電流。如果焊接電路的電感210是充分低的，則這樣的可替換實(shí)施方案可以工作得相當(dāng)好。
[0054]簡要概述，公開了用于執(zhí)行產(chǎn)生減少的飛濺的脈沖焊接工藝的電弧焊接機(jī)和方法。焊接機(jī)在推進(jìn)的焊條和工件之間產(chǎn)生電流。焊接機(jī)具有短路檢測能力，來在推進(jìn)的焊條和工件之間出現(xiàn)短接電路時(shí)檢測短路情況。焊接機(jī)被控制來減少在短路時(shí)間期間推進(jìn)的焊條和工件之間的電流，以減少當(dāng)短路被清除時(shí)熔融金屬的飛濺。
[0055]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器追蹤在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間短路間隔出現(xiàn)的時(shí)間。追蹤可以基于對(duì)在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路出現(xiàn)的檢測以及對(duì)在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路清除的檢測中的至少一個(gè)。該方法還包括基于所述追蹤估計(jì)脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔的時(shí)間位置。該方法還包括基于所述估計(jì)確定至少下一脈沖周期的消隱間隔。該方法還可以包括基于消隱間隔生成至少下一脈沖周期的消隱信號(hào)。該方法還可以包括響應(yīng)于消隱信號(hào)在消隱間隔期間增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少在消隱間隔期間通過焊接電路路徑的焊接電流。增加阻抗可以包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。根據(jù)實(shí)施方案，電氣開關(guān)與開關(guān)模塊中的阻抗路徑并聯(lián)。該方法可以包括通過改變消隱間隔期間的焊接工藝的波形的部分，在至少下一脈沖周期的消隱間隔期間減少通過焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的焊接電流，其中波形由焊接系統(tǒng)的波形發(fā)生器生成。根據(jù)實(shí)施方案，消隱間隔在時(shí)間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔并且在時(shí)間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔。
[0056]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制器，該控制器被配置用于在焊接系統(tǒng)的脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間追蹤短路間隔出現(xiàn)的時(shí)間。該控制器還被配置用于基于所述追蹤估計(jì)脈沖焊接工藝的至少下一脈沖周期的短路間隔的時(shí)間位置。該控制器還被配置用于基于所述估計(jì)確定至少下一脈沖周期的消隱間隔?？刂破鬟€可以被配置用于基于消隱間隔生成至少下一脈沖周期的消隱信號(hào)。根據(jù)實(shí)施方案，消隱間隔在時(shí)間上寬于至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔并且在時(shí)間上交疊至少下一脈沖周期的預(yù)期短路間隔。該系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑中并且可操作地連接到控制器的開關(guān)模塊。開關(guān)模塊被配置來響應(yīng)于消隱信號(hào)在消隱間隔期間增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少消隱間隔期間通過焊接電路路徑的焊接電流。開關(guān)模塊包括并聯(lián)的電氣開關(guān)和阻抗路徑?？刂破骺梢员慌渲糜糜诿詈附酉到y(tǒng)的波形發(fā)生器，來通過改變消隱間隔期間焊接工藝的波形的部分，在至少下一脈沖周期的消隱間隔期間減少通過焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的焊接電流。控制器還可以被配置來檢測脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路的出現(xiàn)，并且檢測在脈沖焊接工藝的脈沖周期期間短路清除的出現(xiàn)。
[0057]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器檢測在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間的短路。該方法還包括在第一時(shí)間段增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來響應(yīng)于檢測到短路而減少通過焊接電路路徑的焊接電流。該方法還包括在第一時(shí)間段之后緊接著的第二時(shí)間段降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來增加通過焊接電路路徑的焊接電流。該方法還包括在預(yù)計(jì)清除短路時(shí)，在第二時(shí)間段之后緊接著的第三時(shí)間段增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗，來減少通過焊接電路路徑的焊接電流。增加阻抗可以包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。降低阻抗可以包括閉合設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)。該方法還可以包括檢測到短路已經(jīng)被清除，并且響應(yīng)于檢測到短路已經(jīng)被清除而降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的阻抗。
[0058]本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于減少脈沖弧焊工藝中的飛濺的方法。該方法包括使用焊接系統(tǒng)的控制器檢測在脈沖弧焊工藝的脈沖周期期間工件和推進(jìn)的焊條之間的短路。該方法還包括響應(yīng)于檢測其中的短路，在確定的時(shí)間段的至少一部分降低焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的電流，在脈沖弧焊工藝的大部分脈沖周期期間，確定的時(shí)間段具有允許短路被清除而無需首先增加焊接電路路徑的電流的持續(xù)時(shí)間。降低電流可以包括增加焊接電路路徑的阻抗。增加阻抗可以包括斷開設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)，其中開關(guān)模塊包括與阻抗路徑并聯(lián)的電氣開關(guān)。該方法還可以包括如果短路沒有被清除，則在確定的時(shí)間段之后立即增加焊接系統(tǒng)的焊接電路路徑的電流。增加電流可以包括降低焊接電路路徑的阻抗。降低阻抗可以包括閉合設(shè)置在焊接電路路徑中的開關(guān)模塊的電氣開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括與阻抗路徑并聯(lián)的電氣開關(guān)。該方法還可以包括響應(yīng)于檢測到焊條和工件之間的短路而減慢推進(jìn)的焊條的速度。減慢推進(jìn)的焊條的速度可以包括關(guān)閉推進(jìn)焊條的絲送進(jìn)器的馬達(dá)并且制動(dòng)所述馬達(dá)。根據(jù)各種實(shí)施方案，所述制動(dòng)可以為機(jī)械制動(dòng)或者電氣制動(dòng)。
[0059]圖10至圖12描述用于脈沖焊接的進(jìn)一步設(shè)備和方法，以獲得改善的性能、飛濺控制和熱量輸入。具體地，圖10至圖12所示的實(shí)施方案利用AC焊接波形，這將在下面被更詳細(xì)地描述。
[0060]圖10描述焊接系統(tǒng)1000的示例性實(shí)施方案，所述焊接系統(tǒng)1000在構(gòu)造和操作方面類似于本文所描述的系統(tǒng)100，其中系統(tǒng)1000能夠使用脈沖焊接(包括本文所討論的實(shí)施方案)來焊接工件W。系統(tǒng)1000具有如上面所討論的類似的部件，包括波形發(fā)生器180、功率轉(zhuǎn)換器/逆變器120、分流器140、開關(guān)模塊110、高速控制器170、電壓反饋160、電流反饋150等等。然而，這個(gè)示例性實(shí)施方案還利用AC焊接模塊1010。模塊1010被構(gòu)造和配置，以能夠在焊接期間將AC焊接信號(hào)提供至工件。在圖10所示的系統(tǒng)1000中，模塊1010作為來自功率轉(zhuǎn)換器/逆變器120的分開部件被示出，并且實(shí)際上，模塊1010可以是被耦合到位于功率轉(zhuǎn)換器/逆變器120殼體之外的電源供應(yīng)器的分開模塊。然而，在其他示例性實(shí)施方案中，模塊1010可以與功率轉(zhuǎn)換器/逆變器120 —體被制成，以使它們是在單個(gè)殼體內(nèi)。就上面所描述的實(shí)施方案來說，功率變換器/逆變器120可以是用于焊接應(yīng)用能夠輸出焊接信號(hào)的已知的電源供應(yīng)器模塊的任何類型，并且如所示出的，可以包括至少一個(gè)變壓器。如圖10所示的AC焊接模塊1010的配置意圖是示例性的，并且本發(fā)明的實(shí)施方案不是限制于使用所示的配置，而是其他電路可以被用來提供如下面所描述的AC焊接信號(hào)。圖10所示的模塊1010在配置方面類似于在美國專利N0.6，215，100中所描述的AC焊接電路，該美國專利N0.6，215，100的全部內(nèi)容通過引用被并入本文，并且更具體地，如關(guān)于被并入專利的圖4所描述的。因?yàn)檫@個(gè)電路的操作和構(gòu)造在被并入的專利中被詳細(xì)討論，以使討論將不在本文被重復(fù)，因?yàn)樗ㄟ^引用被并入。然而，為清楚起見，如圖10所示的波形發(fā)生器/控制器180可以具體化為在N0.6，215，100專利的圖4中所示的控制器220。另外，即使高速控制器170與控制器180作為分開模塊被示出，在其他實(shí)施方案中，高速控制器170可以與控制器180—體被制成。同樣，如圖10所示，在一些實(shí)施方案中，如在N0.6，215，100專利中所一般地描述的，電流反饋150可以被直接耦合到控制器180，以使這個(gè)反饋可以被控制器180用于模塊1010的控制。
[0061]在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方案中，開關(guān)模塊110可以不在利用AC模塊1010的實(shí)施方案中出現(xiàn)。這是因?yàn)殚_關(guān)Ql和Q2可以以類似于上面所描述的開關(guān)模塊110的方式被利用。就是說，開關(guān)Ql和/或Q2在波形的不變極性部分期間可以以類似的方式被控制，以使開關(guān)模塊110不被利用。
[0062]如圖10所示，模塊1010具有被用來控制電流流過電感器LI的兩個(gè)開關(guān)Ql和Q2，以使電流通過焊條E和工件W的流動(dòng)可以以這樣的方式被控制，即信號(hào)的極性在焊接期間可以被顛倒。具體地，電流的流動(dòng)可以被開關(guān)Ql和Q2控制，以使焊條E在焊接波形中的一些期間是正的，并且然后針對(duì)波形的剩余部分被切換為負(fù)的。當(dāng)關(guān)閉開關(guān)Ql并且打開開關(guān)Q2時(shí)，電流流動(dòng)是這樣的以使焊條E具有正極性，并且當(dāng)關(guān)閉開關(guān)Q2并且打開開關(guān)Ql時(shí)，焊條E具有負(fù)極性。緩沖器1011和1013以類似于上面所描述的電阻112的方式被使用，并且可以被用來實(shí)現(xiàn)STT型電路控制。
[0063]其他AC焊接電源供應(yīng)器和AC焊接電路可以被采用，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。
[0064]如本申請(qǐng)的圖5、圖7和圖9所示，當(dāng)整個(gè)焊接形式具有一種極性(典型地為正)時(shí)，脈沖焊接可以被執(zhí)行。這意味著貫穿焊接工藝，電流以單個(gè)方向流動(dòng)。在一些焊接應(yīng)用中，這種單向的流動(dòng)可能是不利的。這在焊條具有正極性時(shí)是特別真實(shí)的，因?yàn)橐赃@樣的流動(dòng)，焊接電弧通常在焊條的前端和工件W之間被聚焦。一般地，這是合乎期望的，但也可以在焊接操作中液滴轉(zhuǎn)移發(fā)生之前傾向于為初始球形成在焊條的端部要求增加量的能量。
[0065]圖11描述依據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的示例性焊接波形1100。具體地，圖11示出波形1100的單個(gè)焊接周期，其中波形周期具有相反極性部分1150、峰值脈沖部分1110和本底部分1130。在所示的實(shí)施方案中，峰值脈沖部分1110是針對(duì)波形周期具有最大電流水平的波形周期的部分，并且典型地表征波形的液滴轉(zhuǎn)移部分。在已知的脈沖焊接波形中，峰值部分1110和本底部分1130( —起作為X被示出)被典型地采用，以使隨后的峰值脈沖部分1110直接跟隨之前的本底部分1130。在這樣的實(shí)施方案中，本底部分1130被用來在峰值部分1110之前開始焊條E的熔化以開始球的形成。這種熔化的表征可以在美國專利N0.7，304，269的圖7中以羅馬數(shù)字I看到。如所示出的，焊條E的端部正開始形成球，但形成是相對(duì)小的。然而，在一些焊接應(yīng)用中，這樣相對(duì)小量的初始熔化可能是不利的。另外，由于在焊接期間被輸入到工件W中的所需要的附加能量和熱量，在峰值脈沖部分1110之前電流的增加(為增加熔化)可能不是合乎期望的。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案采用具有相反極性的峰值脈沖部分1110和本底1130的電流脈沖。
[0066]如圖11所示，具有相反極性的電流脈沖1150在緊接峰值脈沖部分1110之前被采用。如在I處所示，因?yàn)殡娏鞯牧鲃?dòng)是在相反的方向，電弧A相比于以其他極性的形狀或輪廓具有不同的形狀或輪廓。具體地，以負(fù)極性，電流創(chuàng)建包絡(luò)住更多焊條E而不是在焊條E的端部外被聚焦的電弧A。以不同的方式陳述，電弧A在工件W處更寬并且沿焊條E的長度延伸。通過在焊條E向上延伸電弧A，焊條E更多的表面區(qū)域被加熱，并且因此更多的熱量被輸入到焊條中，不需要增加電流。由于這個(gè)原因，焊條E端部的熔化被增加并且更大的熔球B被創(chuàng)建在焊條E的端部。進(jìn)一步地，這個(gè)更大的球B被創(chuàng)建，不需要通過焊接電源供應(yīng)器增加能量的使用。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案相比于已知的系統(tǒng)每液滴轉(zhuǎn)移使用更少的能量。如所示出的，跟隨相反極性部分1150，峰值脈沖部分1110緊接被實(shí)施。脈沖峰值部分1110和本底部分1130的影響以羅馬數(shù)字II至VII被示出，在脈沖峰值部分1110和本底部分1130之后，相反極性部分1150在下一個(gè)脈沖周期之前被重復(fù)。作為參照，羅馬數(shù)字III和IV描述在液滴轉(zhuǎn)移期間作用于焊條E上的箍縮力(pinch force)。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案能夠減少被需要來轉(zhuǎn)移液滴的能量的量和/或增加每脈沖周期所轉(zhuǎn)移的消耗品的量。
[0067]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，相反極性部分1150的峰值電流1170具有與本底部分1130相同的量值(magnitude),但它具有相反的極性。然而，在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施方案中，相反極性部分1150的峰值電流1170具有不同于本底水平1130的電流水平的電流水平。例如，當(dāng)在不適當(dāng)?shù)奈恢煤附訒r(shí)，例如在垂直向上的焊接位置，相反極性峰值1170將具有大于本底部分1130的電流量值的電流量值。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，相反極性部分1150具有至少40安培量值的峰值電流1170。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，所述量值是在5安培至80安培范圍內(nèi)。在另一示例性實(shí)施方案中，所述量值范圍是在40安培至80安培范圍內(nèi)。
[0068]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，相反極性脈沖1150的持續(xù)時(shí)間是至少
2.5msο在其他示例性實(shí)施方案中，相反極性脈沖具有在100μ s至5ms范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施方案中，持續(xù)時(shí)間是在0.5ms至5ms范圍內(nèi)。在另一示例性實(shí)施方案中，相反極性脈沖1150具有在焊接周期的15%至50%范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。進(jìn)一步地，本發(fā)明的附加實(shí)施方案具有相反極性部分1150，所述相反極性部分1150具有在所述周期的本底部分1130和相反極性部分1150的總持續(xù)時(shí)間的25%至66%范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。在圖11中，上面涉及的總持續(xù)時(shí)間將會(huì)是本底部分1130和相反極性部分1150的總和，然而在圖12中，它將會(huì)是相反極性部分1201持續(xù)時(shí)間和本底部分(其是在等離子升壓脈沖之后)的持續(xù)時(shí)間的總和。在本發(fā)明的進(jìn)一步示例性實(shí)施方案中，相反極性部分具有在本底和相反極性部分的總持續(xù)時(shí)間的25%至100%范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。應(yīng)該注意的是，在這些這樣的實(shí)施方案中，其中周期的相反極性部分消耗幾乎所有或所有的周期的本底持續(xù)時(shí)間，電流水平應(yīng)該被這樣選擇，以使由相反極性部分創(chuàng)建的熔球B沒有如此的大，以致它在周期的剩余部分期間不能被清除。如果熔球B變得太大，跟隨的峰值脈沖可能不能夠清除它。
[0069]進(jìn)一步地，注意的是，在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方案中，對(duì)于周期的相反極性部分，被定時(shí)在緊接峰值脈沖部分之前是不必需的，但是中間的電流部分可以被插入在這些部分之間。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，這個(gè)中間電流部分會(huì)是在本底的電流水平處(例如在圖11中的1130)，并且將具有相對(duì)短的持續(xù)時(shí)間。在其他實(shí)施方案中，在這個(gè)中間部分處的電流水平會(huì)低于本底部分來允許切換電流的極性。中間部分的持續(xù)時(shí)間應(yīng)該被選擇來確保它沒有干擾球B的創(chuàng)建和轉(zhuǎn)移。
[0070]圖12描述本發(fā)明的波形周期的另一示例性實(shí)施方案。具體地，圖12示出電流周期1200和電壓周期1220 二者。在這個(gè)實(shí)施方案中，周期的部分Z類似于上面以及相對(duì)于至少在美國專利N0.7，304，269的圖7中所示的波形所描述的波形周期，該美國專利N0.7，304, 269通過引用被并入本文。從而,波形的這個(gè)部分Z的詳細(xì)討論將不在這里被重復(fù)。類似于圖11所示出的波形周期，在峰值脈沖部分1205之前，相反極性脈沖部分1201被示出，具有相反極性(_)的電流量值1203。峰值脈沖部分1205在相反極性脈沖部分1201的結(jié)尾處開始，并且然后脈沖周期Z的剩余部分如之前所描述的，具有短接電路清除脈沖部分、等離子升壓部分和尖滅(tail out)部分中的至少一個(gè)。同樣在圖12中所示出的是這樣的電壓波形周期1220，其中具有量值1223的負(fù)電壓脈沖1221在電壓峰值脈沖1225之前被示出。
[0071]盡管已經(jīng)參照特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進(jìn)行各種改變，并且可以替換等同物，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以進(jìn)行許多修改來使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。因此，不是意圖將本發(fā)明限定為所公開的特定實(shí)施方案，相反，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍的所有實(shí)施方案。
[0072]參考標(biāo)號(hào):
[0073]100電弧焊接系統(tǒng)530時(shí)間
[0074]110開關(guān)模塊 540短路間隔
[0075]111電氣開關(guān) 610熔融金屬
[0076]112阻抗路徑 620窄的系繩狀部分
[0077]120功率轉(zhuǎn)換器 630創(chuàng)建飛濺
[0078]121焊接輸出 700波形
[0079]122焊接輸出 710峰值脈沖
[0080]123電源 720時(shí)間
[0081]124續(xù)流二極管 730時(shí)間
[0082]130絲送進(jìn)器 740短路間隔
[0083]140分流器 750升壓脈沖
[0084]150電流反饋傳感器800方法
[0085]160電壓反饋傳感器810步驟
[0086]161信號(hào) 820步驟
[0087]162信號(hào)830步驟
[0088]170高速控制器 840步驟
[0089]171命令信號(hào) 850步驟
[0090]172開關(guān)命令信號(hào)900波形
[0091]180波形發(fā)生器 910峰值脈沖
[0092]181波形信號(hào) 920時(shí)間
[0093]210電感930時(shí)間
[0094]220控制器 940短路間隔
[0095]400方法 960消隱間隔
[0096]410步驟1000焊接系統(tǒng)
[0097]420步驟1010焊接模塊
[0098]430步驟1011緩沖器
[0099]440步驟1013緩沖器
[0100]450 步驟 1100 波形
[0101]500波形 1110峰值脈沖部分
[0102]510峰值脈沖 1130本底部分
[0103]520時(shí)間1150相反極性部分
[0104]1200電流周期 1170峰值電流
[0105]1221負(fù)電壓脈沖 1220電壓周期
[0106]1225電壓峰值脈沖1223量值
[0107]1203電流量值 1201極性部分
[0108]1205脈沖部分 1203相反極性
[0109]B熔球A電弧
[0110]Ql開關(guān)E焊條
[0111] W工件Q2開關(guān)
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖焊接設(shè)備，所述脈沖焊接設(shè)備包括: 焊接功率轉(zhuǎn)換器(120)，所述焊接功率轉(zhuǎn)換器(120)輸出具有多個(gè)焊接周期的焊接波形(500，700,900，1100)，其中所述周期中的每個(gè)具有第一部分、峰值脈沖部分(1110)和本底部分(1130)，并且所述功率轉(zhuǎn)換器(120)將所述焊接波形提供至焊條(E)和至少一個(gè)工件(W)來焊接所述至少一個(gè)工件(W);以及 AC焊接模塊(1010)，所述AC焊接模塊(1010)將所述峰值脈沖部分(1110)和所述本底部分(1130)中的每個(gè)以第一極性提供至所述工件(W)并且將所述第一部分以第二極性提供至所述工件(W)，所述第二極性與所述第一極性相反， 其中在所述焊接周期中的每個(gè)中，所述第一部分在所述峰值脈沖部分(1110)之前并且在所述本底部分(1130)之后出現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一部分具有與所述本底部分的電流量值相同的峰值電流量值，或者其中所述第一部分具有大于所述本底部分的電流量值的峰值電流量值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述第一部分具有至少40安培的峰值電流量值，并且或者其中所述第一部分具有在5安培至80安培范圍內(nèi)的峰值電流量值；和/或其中所述第一部分具有至少2.5ms的持續(xù)時(shí)間；和/或其中所述第一部分具有在100μ s至5ms范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí) 間。
4.如權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述波形周期中的每個(gè)具有跟隨所述峰值脈沖部分的短接電路清除部分，并且所述短接電路清除部分具有與所述峰值脈沖部分和所述本底部分相同的極性。
5.如權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中在所述焊接周期中的每個(gè)中，所述峰值脈沖部分在所述第一部分之后緊接出現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述焊接周期中的每個(gè)具有周期持續(xù)時(shí)間，并且在所述周期中的每個(gè)中，所述第一部分的持續(xù)時(shí)間是在所述周期持續(xù)時(shí)間的15%至50%范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述第一部分具有第一持續(xù)時(shí)間并且所述本底部分具有第二持續(xù)時(shí)間，并且在所述周期中的每個(gè)中，所述第一持續(xù)時(shí)間是在所述第一和第二持續(xù)時(shí)間的總和的25%至100%范圍內(nèi)。
8.一種脈沖焊接方法，所述脈沖焊接方法包括: 產(chǎn)生具有多個(gè)焊接周期的焊接電流波形(500，700，900，1100)以及將所述焊接電流波形引導(dǎo)到焊接焊條(E)和要被焊接的工件(W)，其中所述焊接周期中的每個(gè)具有第一部分、峰值脈沖部分和本底部分； 其中所述峰值脈沖部分和所述本底部分中的每個(gè)以第一極性被提供，并且所述第一部分以第二極性被提供，所述第二極性與所述第一極性相反，并且 其中在所述焊接周期中的每個(gè)中，所述第一部分在所述峰值脈沖部分之前并且在所述本底部分之后出現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一部分具有與所述本底部分的電流量值相同的峰值電流量值。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一部分具有大于所述本底部分的電流量值的峰值電流量值。
11.如權(quán)利要求8至1中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一部分具有至少40安培的峰值電流量值和/或其中所述第一部分具有在40安培至80安培范圍內(nèi)的峰值電流量值。
12.如權(quán)利要求8至11中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一部分具有至少2.5ms的持續(xù)時(shí)間；和/或其中所述第一部分具有在100μ s至5ms范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。
13.如權(quán)利要求8至12中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述波形周期中的每個(gè)具有跟隨所述峰值脈沖部分的短接電路清除部分，并且所述短接電路清除部分具有與所述峰值脈沖部分和所述本底部分相同的極性。
14.如權(quán)利要求8至13中的一項(xiàng)所述的方法，其中在所述焊接周期中的每個(gè)中，所述峰值脈沖部分在所述第一部分之后緊接出現(xiàn)。
15.如權(quán)利要求8至14中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述焊接周期中的每個(gè)具有周期持續(xù)時(shí)間并且在所述周期中的每個(gè)中所述第一部分的持續(xù)時(shí)間是在所述周期持續(xù)時(shí)間的15%至50%范圍內(nèi)；和/或其中所述第一部分具有第一持續(xù)時(shí)間并且所述本底部分具有第二持續(xù)時(shí)間，并且在所述周期中的每個(gè)中所述第一持續(xù)時(shí)間是在所述第一和第二持續(xù)時(shí)間的總和的25%至100%范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B23K9/09GK104053521SQ201280066440
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月9日
【發(fā)明者】S·R·彼得斯 申請(qǐng)人:林肯環(huán)球股份有限公司