與焊接熔池一起使用移動可消耗焊絲的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】控制填充焊絲(140)的系統(tǒng)(100)和方法被提供。系統(tǒng)(100)包括高強度能量源(130)，所述高強度能量源(130)被配置來加熱至少一個工件(115)，以在至少一個工件(115)的表面上創(chuàng)建熔池(145)。填充焊絲送進器(150)被配置來將填充焊絲(140)送進到所述熔池(145)中，并且行進方向控制器被配置來在行進方向上推進高強度能量源(130)和填充焊絲(140)，以將填充焊絲(140)沉積在至少一個工件(115)上。系統(tǒng)(100)還包括填充焊絲(140)控制器(195)，所述填充焊絲(140)控制器(195)被配置來在填充焊絲(140)的送進和推進期間在至少第一方向上移動填充焊絲(140)。至少第一方向被控制，以獲得由熔池(145)形成的焊道的所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)。
【專利說明】與焊接熔池一起使用移動可消耗焊絲的方法和系統(tǒng)
[0001]本申請要求美國臨時專利申請如.61/668，818的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時專利申請^0.61/668,818的全部內(nèi)容通過引用被并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的控制填充焊絲的方法，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求8的用于控制填充焊絲的系統(tǒng)。某些實施方案涉及在恪覆、焊接以及接合應(yīng)用中使用填充焊絲。更特別地，某些實施方案涉及在用于釬焊、恪敷(。匕況丨叩)、堆焊0X111(11118即)、填充、表面硬化恪覆、接合以及焊接應(yīng)用中的任一個的系統(tǒng)和方法中控制填充焊絲。
技術(shù)背景
[0003]傳統(tǒng)的填充焊絲焊接方法(例如，氣體保護鎢極弧焊扣1仙0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(dǎo)焊炬的填充焊絲由單獨的電源來電阻加熱。焊絲通過導(dǎo)電管被朝向工件送進并且延伸超過所述管。延伸部分是被電阻加熱的，以使延伸部分接近或達到熔點并且接觸焊接熔池。鎢電極可以被用于加熱和熔化工件以形成熔池。電源提供電阻熔化仏II⑶11610填充焊絲所需的大部分能量。在某些情況下，焊絲送進可能會滑脫(8110或出現(xiàn)故障，并且焊絲中的電流可能會導(dǎo)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(dǎo)致焊穿和飛濺。此外，因為傳統(tǒng)的填充焊絲方法使用電弧來將填充材料轉(zhuǎn)移到焊縫，得到所期望的焊縫輪廓和/或控制焊接熔池的冷卻率可能是困難的。
[0004]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(lǐng)域技術(shù)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】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的問題是要克服限制和缺點。該問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的控制填充焊絲的方法以及通過根據(jù)權(quán)利要求8的用于控制填充焊絲的系統(tǒng)來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明的實施方案包括在用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、焊接以及接合應(yīng)用中的任一個的系統(tǒng)和方法中控制填充焊絲。在一些實施方案中，所述方法包括利用高能量熱源加熱至少一個工件，以在至少一個工件的表面上創(chuàng)建熔池，以及將填充焊絲送進到熔池中。所述方法還包括在行進方向上推進高能量熱源和填充焊絲中的每個，以將填充焊絲沉積在至少一個工件上。在填充焊絲的送進和推進期間填充焊絲在至少第一方向上被移動，其中至少第一方向不同于行進方向。所述方法進一步包括在至少第一方向上控制至少填充焊絲的移動，以獲得由熔池形成的焊道的所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)
[0006]在一些實施方案中，所述系統(tǒng)包括高強度能量源，所述高強度能量源被配置來加熱至少一個工件，以在至少一個工件的表面上創(chuàng)建熔池。填充焊絲送進器被配置來將填充焊絲送進到熔池中。行進方向控制器被配置來在行進方向上推進高強度能量源和填充焊絲中的每個，以將填充焊絲沉積在至少一個工件上。所述系統(tǒng)還包括填充焊絲控制器，所述填充焊絲控制器被配置來在填充焊絲的送進和推進期間在至少第一方向上移動填充焊絲，其中至少第一方向不同于所述行進方向。在至少第一方向上至少填充焊絲的移動被控制，以獲得由熔池形成的焊道的所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)。
[0007]所述方法還包括至少在應(yīng)用加熱電流的流動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、等離子弧焊八1)裝置、氣體保護鎢極弧焊(以八們裝置、氣體保護金屬極弧焊((?^)裝置、焊劑芯弧焊裝置以及埋弧焊(31)裝置中的至少一個。
[0008]從如下的說明書、權(quán)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以及圖示說明的本發(fā)明的實施方案的細(xì)節(jié)將會被更加完整地理解。
[0009]附圖簡要說明
[0010]通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會更加明顯，在所述附圖中:
[0011]圖1圖示說明組合填充焊絲送進器和能量源系統(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、表面硬化熔覆、接合以及焊接應(yīng)用中的任一個；
[0012]圖2八-圖2(:圖示說明控制可以被圖1的系統(tǒng)使用的填充焊絲的方法；
[0013]圖3八和圖38圖示說明控制可以被圖1的系統(tǒng)使用的填充焊絲的方法；以及
[0014]圖4八和圖48圖示說明控制可以被圖1的系統(tǒng)使用的填充焊絲的方法。
[0015]詳細(xì)描沐
[0016]現(xiàn)在將在下面通過參照所附的附圖描述本發(fā)明的示例性實施方案。所描述的示例性實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。相似的參考編號在通篇中涉及相似的要素。
[0017]已知的是，在焊接操作中，焊接/接合操作典型地將多個工件接合在一起，其中填充金屬與工件金屬中的至少一些相結(jié)合來形成接頭。由于期望增加焊接操作中的產(chǎn)品生產(chǎn)量，一直存在對這樣的更快的焊接操作的需求，所述焊接操作并不產(chǎn)生具有不合標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量的焊縫。這對于使用類似技術(shù)的熔敷/表面化操作來說也是如此。注意的是，盡管以下討論中的許多將涉及“焊接”操作和系統(tǒng)，但本發(fā)明的實施方案并不僅限于接合操作，而是可以被類似地用于熔敷、釬焊、熔覆等類型的操作。另外，需要提供這樣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以在不利的環(huán)境狀況下(例如，在遙遠(yuǎn)的工作場所)迅速地焊接。如下面所描述的，本發(fā)明的示例性實施方案提供超過現(xiàn)有焊接技術(shù)的顯著的優(yōu)點。這樣的優(yōu)點包括，但不限于，使用多個填充焊絲、調(diào)整焊縫輪廓、控制焊接熔池的冷卻率、減少的導(dǎo)致工件輕度變形的總熱量輸入、非常高的焊接行進速度、非常低的飛濺率、沒有保護措施(8^161(11^)的焊接、以高的速度焊接電鍍的或蓋覆的材料而幾乎沒有或沒有飛濺，以及以高的速度焊接復(fù)合材料。
[0018]圖1圖示說明組合填充焊絲送進器和能量源系統(tǒng)100的示例性實施方案的功能性示意方框圖，所述系統(tǒng)100用于執(zhí)行釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆以及接合/焊接應(yīng)用中的任一個。系統(tǒng)100包括激光子系統(tǒng)130/120，所述激光子系統(tǒng)130/120能夠?qū)⒓す馐?10聚焦到工件115上，以加熱工件115并且形成焊接熔池145。激光子系統(tǒng)是高強度能量源。激光子系統(tǒng)可以是任何類型的高能量激光源，包括但不限于二氧化碳、
%-片((11810、丫 8-光纖、光纖傳遞或直接二極管激光器系統(tǒng)。進一步地，甚至如果白光或石英激光器類型的系統(tǒng)具有足夠的能量，可以使用它們。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電子束、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。下面的說明書將反復(fù)地涉及激光系統(tǒng)、光束和電源供應(yīng)器，然而，應(yīng)該理解的是，這種涉及是示例性的，因為任何高強度能量源可以被使用。例如，高強度能量源可以提供至少5001八1112。
[0019]應(yīng)該注意的是，高強度能量源(例如本文所討論的激光裝置120)應(yīng)該是具有足夠的功率來為所期望的焊接操作提供必需的能量密度的類型。就是說，激光裝置120應(yīng)該具有足夠的功率，以貫穿焊接工藝創(chuàng)建并且保持穩(wěn)定的焊接熔池，并且也達到所期望的焊接熔深。例如，針對一些應(yīng)用，激光器應(yīng)該具有“穿透”被焊接的工件的能力。這意味著激光器應(yīng)該具有足夠的功率來完全地熔透工件，同時在激光器沿工件行進時保持所述熔深水平。示例性激光器應(yīng)該具有1欣至20欣范圍內(nèi)的功率容量，并且可以具有5欣至20欣范圍內(nèi)的功率容量。更高功率的激光器可以被利用，但這可以變得非常昂貴。
[0020]激光子系統(tǒng)130/120包括可操作地彼此連接的激光裝置120和激光電源供應(yīng)器130。激光電源供應(yīng)器130提供功率來操作激光裝置120。激光裝置120允許對焊接熔池145的尺寸和深度的精確控制，因為激光束110可以容易被聚焦/去焦或者具有非常容易被改變的它的光束強度。由于這些能力，分布在工件115上的熱量可以被精確地控制。這種控制允許非常窄的焊接熔池的創(chuàng)建，以用于精確焊接以及將工件115上的焊接區(qū)域的尺寸最小化。
[0021]系統(tǒng)100還包括填充焊絲送進器子系統(tǒng)，所述填充焊絲送進器子系統(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。當(dāng)然，理解的是，關(guān)于本文的工件115，熔池(即焊接熔池145)被認(rèn)為是工件115的一部分，因此涉及到與工件115接觸包括與焊接熔池145接觸。填充焊絲送進器子系統(tǒng)包括填充焊絲送進器150、導(dǎo)電管(0011^80^ ^6) 160以及焊絲電源供應(yīng)器170。在操作期間，填充焊絲140由來自電源供應(yīng)器170的電流來電阻加熱，所述電源供應(yīng)器170被可操作地連接在導(dǎo)電管160和工件115之間。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，電源供應(yīng)器170是脈沖直流(00電源供應(yīng)器，然而交流(八0或其他類型的電源供應(yīng)器也是可能的。在一些示例性實施方案中，填充焊絲140被電源供應(yīng)器170預(yù)先加熱到它的熔點或接近它的熔點。從而，它在焊接熔池145中的出現(xiàn)將不會明顯使熔池145冷卻或凝固并且填充焊絲145被迅速地消耗到焊接熔池145中。
[0022]電源供應(yīng)器170、填充焊絲送進器150以及激光電源供應(yīng)器130可以被可操作地連接到感測和控制單元195?？刂茊卧?95可以控制焊接參數(shù)，例如焊絲送進速度、焊絲溫度以及焊接熔池溫度一一僅舉幾例。為了實現(xiàn)這個目的，控制單元195可以接收這樣的輸入，例如被電源供應(yīng)器130和170使用的功率、導(dǎo)電管160處的電壓、通過填充焊絲(一個或多個)的加熱電流(一路或多路〉、針對填充焊絲(一個或多個)的所期望的和實際的溫度(一個或多個)等等。2011年8月17日遞交的、題為“啟動和使用用于焊接的組合填充焊絲送進和高強度能量源的方法和系統(tǒng)(161:110(1 八 11(1 8781:6111 丁0八 11(1 1)86 001111311181:1011^11161- 111-0 ^66(1 ^11(1 1111:611811:7 21161~87 80111~06 ？01~ 胃61 (11118)，，的美國專利申請^0.13/212，025，其全部內(nèi)容通過引用被并入，描述包括示例性監(jiān)測和控制方法的示例性感測和控制單元，所述感測和控制單元可以被并入本發(fā)明。
[0023]在本發(fā)明的示例性實施方案中，焊縫輪廓，即焊接熔池145的形狀和/或尺寸，可以通過控制焊絲140相對于焊接熔池145的移動來改變。如圖1所圖示說明的，填充焊絲140在焊接熔池145中的作用位置可以通過控制導(dǎo)電管160的填充焊絲馬達1730來控制。馬達1730移動或平移導(dǎo)電管160，以使焊絲140相對于焊接熔池145的位置在焊接期間被移動。在示例性實施方案中，填充焊絲140在與激光束110相同的位置處對焊接熔池145起作用。在這樣的情況下，激光束110可以有助于熔化填充焊絲140。然而，在其他示例性實施方案中，填充焊絲140可以遠(yuǎn)離激光束110對相同的焊接熔池145起作用。當(dāng)然，當(dāng)電弧型加熱子系統(tǒng)代替激光子系統(tǒng)被使用時，填充焊絲140遠(yuǎn)離電弧對焊接熔池145起作用。在一些示例性實施方案中，填充焊絲馬達1730將控制導(dǎo)電管160，以使焊絲140在焊接熔池145內(nèi)的移動與激光束110的移動相協(xié)調(diào)。在這方面，馬達1730可以被可操作地連接到感測和控制單元195并且與感測和控制單元195通信和丨或直接與激光動作控制子系統(tǒng)1710/1720通信。激光動作控制子系統(tǒng)1710/1720包括馬達1710和光學(xué)器件驅(qū)動單元1720。馬達1710移動或平移激光器120，以使光束110相對于焊接熔池145的位置在焊接期間移動。就是說，當(dāng)激光束110和焊絲140在焊接工藝期間相對于工件115(即，焊縫的方向(見箭頭111))被移動時，激光束110也可以相對于焊接熔池145被移動。例如，基于焊接參數(shù)，馬達1710可以與焊縫的方向一致地來回地、沿焊縫的寬度來回地、以圓形的模式、以橢圓形的模式等等來平移光束110。可替換地，或者除了移動激光束110之外，光學(xué)器件驅(qū)動單元1720可以控制激光器120的光學(xué)器件，所述光學(xué)器件控制激光束110的形狀和/或強度。例如，光學(xué)器件驅(qū)動單元1720可以導(dǎo)致光束110的焦點相對于工件115的表面移動或改變，因而改變焊接熔池145的熔透或深度。在一些示例性實施方案中，光學(xué)器件驅(qū)動單元1720可以導(dǎo)致激光器120的光學(xué)器件改變光束110的形狀并且因而改變焊接熔池145的形狀。激光動作控制子系統(tǒng)1710/1720的操作在2011年8月7日遞交的題為“啟動和使用用于焊接的組合填充焊絲送進和高強度能量源的方法和系統(tǒng)(此訪0(1 ^(1 878^6.11
丁0 8^811)56 &&七 1011 卩11161 評11*6 卩66(1 111^130111*06
^01-”并且其全部內(nèi)容通過引用被并入的美國專利申請如.13/212,025中被進一步討論。
[0024]通過能夠相對于熔池移動焊絲140，本發(fā)明的實施方案能夠調(diào)整熔池的形狀、輪廓和高度，以及在焊接期間獲得所期望的焊接熔池混合狀態(tài)。例如，如果焊接熔池145是相對大的，則焊絲140的移動將允許焊絲140在焊接丨熔敷期間遍及熔池145被相對均勻地沉積和分布。而且，在操作期間將焊絲140在不同時間遞送到熔池145的某些部分可以是可期望的。本發(fā)明的實施方案通過將焊絲140在適當(dāng)?shù)臅r間遞送到熔池145中的合適位置來允許這種情況出現(xiàn)。進一步地，焊接熔池的混合(11114118)可以通過在焊接期間相對于熔池移動焊絲140來增強。
[0025]在一些示例性實施方案中，感測和控制單元195可以使用馬達1730將焊絲140的移動與激光束110的移動同步。在示例性實施方案中，如圖2八和28所圖示說明的，激光束110和焊絲140分別通過馬達1710和1730都以圓形的模式被移動。焊絲140相對于光束110的相對位置可以通過馬達1730來調(diào)整，以確保當(dāng)光束110和焊絲140在焊縫的方向上(見箭頭111)向前移動時，焊絲140在熔池145處于它的最佳溫度的時刻入射到焊接熔池145。例如，如圖28所示，焊絲140將緊接在光束110加熱焊接熔池145之后入射到焊接熔池145上的點X。因此，本發(fā)明的實施方案可以使焊絲140跟隨光束110(或其他熱源)的移動，以將到熔池145中的焊絲140的吸收最優(yōu)化，這在圖2(:中被一般地示出。當(dāng)然，在最佳入射點上的準(zhǔn)確定時可以根據(jù)焊接熔池145的溫度、激光束110的強度、填充焊絲140的類型、填充焊絲140的送進速度等等來變化。
[0026]此外，焊絲140和激光束110可以遵循其他的模式并且它們的移動不需要被同步。例如，圖3八和圖38圖示說明這樣的實施方案，其中激光束110和填充焊絲140沿單個路線來回地被平移。根據(jù)光束110和焊絲140跨焊接熔池145的寬度(圖3八)被平移還是與焊接熔池一致地(圖38)被平移，這些實施方案可以被用來根據(jù)所期望的焊縫的形狀來按照需要延長或加寬熔池145。當(dāng)然，許多其他的模式是可能的。例如，光束110和焊絲140可以在焊接熔池145中以橢圓形的模式而不是以圖2八和圖28所示的圓形的模式被平移。當(dāng)然，這樣的模式的任何組合可以被用來按照需要延長或加寬焊接熔池145，以得到所期望的焊縫輪廓。此外，2011年8月7日遞交的題為“啟動和使用用于焊接的組合填充焊絲送進和高強度能量源的方法和系統(tǒng)(161:110(1 ^11(1 8781:6111 10 81:81-1: ^11(1 1)86 001111311181:1011 ？11161~111-0 ^66(1 ^11(130111X6 胃61 ”并且其全部內(nèi)容通過引用被并入的美國專利申請如.13/212，025，提供可以在本發(fā)明中使用的附加的模式。
[0027]在一些實施方案中，焊絲140的動作與激光束110的動作是獨立的。就是說，激光束110和焊絲140的模式不需要是相同的。例如，激光束110可以具有橢圓形的模式而焊絲140具有圓形的或來回的模式。仍然在其他實施方案中，激光束110可以相對于焊接熔池145保持靜止，而只有焊絲140相對于焊接熔池145被移動或平移。
[0028]在本發(fā)明的一些示例性實施方案中，填充焊絲140可以被用來控制焊接熔池145的冷卻率。例如，為了使焊縫冷卻和凝固，填充焊絲140可以比焊接熔池145更冷卻。這樣的焊接系統(tǒng)在位置不當(dāng)?shù)暮附觾浴柏?中可以是有優(yōu)勢的，因為焊接熔池145在它可以下陷(838)或從焊接接頭溢出之前將開始冷卻和凝固。然而，為了防止在焊接熔池145內(nèi)不合期望的局部的(或不均勻的)冷卻或凝固，馬達1730可以如上面所討論地移動焊絲140，以確保較冷卻的填充焊絲140遍及焊接熔池145被均勻地傳送。相反地，在一些焊接操作中，為了防止焊接熔池145太迅速地冷卻或凝固，具有比焊接熔池145熱的填充焊絲140可以是合乎期望的。同樣，填充焊絲140可以通過馬達1730來移動，以保持焊接熔池145的溫度一致。
[0029]在圖2八-圖38所示出的實施方案中，填充焊絲140在焊接操作期間尾隨(廿41)光束110。然而，這不是必需的，因為填充焊絲140可以被設(shè)置在領(lǐng)先的位置。進一步地，具有在行進方向上與光束110—致的焊絲140不是必需的，而是焊絲可以從任何方向入射熔池，只要填充焊絲140與光束110對相同的焊接熔池145起作用。
[0030]在上面所討論的實施方案中，只有一個填充焊絲被使用。然而，本發(fā)明不限于將單個填充焊絲引導(dǎo)到焊接熔池145。與大多數(shù)的焊接工藝不同，填充焊絲140在焊接工藝期間與焊接熔池145接觸并且陷入焊接熔池145中。這是因為這種工藝不用焊接電弧來轉(zhuǎn)移填充焊絲140而是簡單地將填充焊絲140熔化到焊接熔池145中。因為在本文所描述的焊接工藝中沒有焊接電弧產(chǎn)生，多于一個填充焊絲可以被引導(dǎo)到任何一個焊接熔池，即，送進器子系統(tǒng)可以能夠同時提供一個或更多個焊絲。通過增加到給定的焊接熔池的填充焊絲的數(shù)量，焊接工藝的整體熔敷率可以被顯著地增加而不需要在熱量輸入上的顯著增加。因此，考慮的是，留隙焊根(01)611 1-00^)焊接接頭可以以單個焊道被填充。此外，與填充焊絲的熔敷率一起，焊縫的形狀和特性可以通過使用附加的填充焊絲來如所期望的改變。在這樣的程度上，即多個填充焊絲被利用并且都如本文所描述的被加熱，本發(fā)明的實施方案可以針對每個焊絲使用單個電源供應(yīng)器170。
[0031]在一些示例性實施方案中，如圖4八和圖48所圖示說明的，兩個填充焊絲入射焊接熔池145。兩個或更多個填充焊絲被使用的實施方案類似于上面所討論的實施方案。從而，為簡潔起見，只有相關(guān)的區(qū)別將被討論。如圖4八和圖48所示，第二填充焊絲140’在寬度方向上與焊絲140 —致地入射焊接熔池145。然而，這種配置不是限制性的并且焊絲140’可以在焊縫的方向上(見箭頭111)與焊絲140 —致地入射熔池145。當(dāng)然，在焊接操作期間，焊絲140和140’不需要如圖4八和圖48所示的是在尾隨位置，而是焊絲140’或140或二者可以是在領(lǐng)先位置。焊絲140’可以由與焊絲140相同的材料構(gòu)成或者它可以根據(jù)所期望的焊縫由不同的材料構(gòu)成。例如，焊絲140’可以被用于表面硬化和/或為工件提供耐腐蝕性((301^081011 1*68181:5111(36)，而焊絲140可以被用于對工件增加構(gòu)造。
[0032]在一些示例性實施方案中，焊絲140’可以通過馬達以類似于上面所討論的焊絲140的方式被控制。例如，如圖4八和圖48所示，焊絲140’通過馬達(未示出)以順時針的模式被移動而焊絲140以逆時針的方式被移動。焊絲140和140’的移動可以如上面所討論的被控制，以獲得所期望的焊縫形狀。當(dāng)然，焊絲不限于圓形的模式或者以相反的方向移動(即，順時針和逆時針焊絲140和140’可以使用上面所討論的模式的任何組合被控制，以獲得所期望的焊縫輪廓。
[0033]在一些實施方案，第二填充焊絲可以被用來控制焊縫145的溫度。例如，第二填充物的送進率和/或溫度可以基于焊接熔池145的所期望的溫度被控制。類似于上面所討論的示例性實施方案，第二填充焊絲可以比焊接熔池的溫度更冷或更熱，并且焊絲140’可以被控制來確保焊縫145的溫度是一致的。
[0034]在圖1中，為清楚起見，激光電源供應(yīng)器130、熱焊絲電源供應(yīng)器170以及感測和控制單元195被分開示出。然而，在本發(fā)明的實施方案中，這些部件可以被一體制成為單個焊接系統(tǒng)。本發(fā)明的方面不需要將上面各個所討論的部件保持為分開的物理單元或獨立的結(jié)構(gòu)。
[0035]盡管已經(jīng)參照某些實施方案描述了本發(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(dǎo)，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(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施方案。
[0036]參考編號
[0037]100系統(tǒng)150焊絲送進器
[0038]110激光束160導(dǎo)電管
[0039]111箭頭170電源供應(yīng)器
[0040]115工件195控制單元
[0041]120激光裝置1710馬達
[0042]130電源供應(yīng)器1720光學(xué)器件驅(qū)動單元
[0043]140填充焊絲1730焊絲馬達
[0044]140’焊絲
[0045]145焊接熔池
【權(quán)利要求】
1.一種控制填充焊絲的方法，所述方法包括: 利用高能量熱源加熱至少一個工件，以在所述至少一個工件的表面上創(chuàng)建熔池； 將填充焊絲送進到所述熔池中； 在行進方向上推進所述高能量熱源和所述填充焊絲中的每個，以將所述填充焊絲沉積在所述至少一個工件上； 在所述填充焊絲的所述送進以及所述填充焊絲的所述推進期間在至少第一方向上移動所述填充焊絲，其中所述至少第一方向不同于所述行進方向；以及 在所述至少第一方向上控制至少所述填充焊絲的所述移動，以獲得由所述熔池形成的焊道的所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述至少第一方向上所述填充焊絲的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括: 在所述填充焊絲進入所述熔池之前，將所述填充焊絲預(yù)先加熱到或接近所述填充焊絲的熔化溫度。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其中所述高能量熱源包括激光器，所述激光器將激光束引導(dǎo)到所述至少一個工件上以創(chuàng)建所述熔池，并且所述方法還包括: 在所述高能量熱源的所述推進期間在至少第二方向上移動所述激光束，其中所述至少第二方向不同于所述行進方向， 其中獲得由所述熔池形成的所述焊道的所述所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)的所述控制還包括在所述至少第二方向上控制所述激光束的所述移動，并且 其中在所述至少第二方向上所述激光束的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的方法，還包括: 將第二填充焊絲送進到所述熔池中；以及 在所述行進方向上推進所述第二填充焊絲，以將所述第二填充焊絲沉積在所述至少一個工件上， 在所述第二填充焊絲的所述送進以及所述第二填充焊絲的所述推進期間在至少第三方向上移動所述第二填充焊絲，其中所述至少第三方向不同于所述行進方向， 其中獲得由所述熔池形成的所述焊道的所述所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)的所述控制還包括在所述至少第三方向上控制所述第二填充焊絲的所述移動，并且其中在所述至少第三方向上所述第二填充焊絲的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項所述的方法，其中在所述至少第二方向上和/或在所述至少第三方向上對所述激光束的和/或所述第二填充焊絲的所述移動的所述控制與在所述至少第一方向上對所述填充焊絲的所述移動的所述控制同步，或者其中在所述至少第二方向上和/或在所述至少第三方向上對所述激光束的和/或所述第二填充焊絲的所述移動的所述控制與在所述至少第一方向上對所述填充焊絲的所述移動的所述控制是獨立的。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項所述的方法，其中所述至少第一方向是與所述至少第三方向的方向相反的方向。
8.一種用于控制填充焊絲(140，140’)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)(100)包括: 高強度能量源，所述高強度能量源加熱至少一個工件(115)，以在所述至少一個工件(115)的表面上創(chuàng)建熔池； 填充焊絲送進器(150)，所述填充焊絲送進器(150)將填充焊絲(140，140’)送進到所述熔池中； 行進方向控制器，所述行進方向控制器在行進方向上推進所述高強度能量源和所述填充焊絲(140，140’)中的每個，以將所述填充焊絲(140，140’)沉積在所述至少一個工件(115)上；以及 填充焊絲控制器，所述填充焊絲控制器在所述填充焊絲(140，140’)的所述送進以及所述填充焊絲(140，140’)的所述推進期間在至少第一方向上移動所述填充焊絲(140，140’)，其中所述至少第一方向不同于所述行進方向， 其中在所述至少第一方向上至少所述填充焊絲(140，140’)的所述移動被控制，以獲得由所述熔池形成的焊道的所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中在所述至少第一方向上所述填充焊絲(140, 140’)的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
10.如權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)(100)，還包括: 焊絲電源供應(yīng)器，所述焊絲電源供應(yīng)器在所述填充焊絲(140，140’)進入所述熔池之前，將所述填充焊絲(140，140’)預(yù)先加熱到或接近所述填充焊絲(140，140’)的熔化溫度。
11.如權(quán)利要求8至10中的任一項所述的系統(tǒng)(100)，其中所述高強度能量源包括激光器(120)，所述激光器(120)將激光束(110)引導(dǎo)到所述至少一個工件(115)上以創(chuàng)建所述熔池，并且所述系統(tǒng)(100)還包括: 激光束控制器，所述激光束控制器在所述高強度能量源的所述推進期間在至少第二方向上移動所述激光束(110)，其中所述至少第二方向不同于所述行進方向， 其中獲得由所述熔池形成的所述焊道的所述所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)的所述控制還包括在所述至少第二方向上控制所述激光束的所述移動，并且 其中在所述至少第二方向上所述激光束的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
12.如權(quán)利要求8至11中的任一項所述的系統(tǒng)(100)，其中在所述至少第二方向上對所述激光束(110)的所述移動的所述控制與在所述至少第一方向上對所述填充焊絲(140，140’)的所述移動的所述控制同步，和/或其中在所述至少第二方向上所述控制所述激光束(110)的所述移動與在所述至少第一方向上所述控制所述填充焊絲(140，140’)的所述移動是獨立的。
13.如權(quán)利要求8至12中的任一項所述的系統(tǒng)(100)，還包括: 第二填充焊絲送進器，所述第二填充焊絲送進器將第二填充焊絲(140’)送進到所述熔池中，所述行進方向控制器進一步被配置來在所述行進方向上推進所述第二填充焊絲(140’)，以將所述第二填充焊絲(140’)沉積在所述至少一個工件(115)上；以及 第二填充焊絲控制器，所述第二填充焊絲控制器在所述第二填充焊絲的所述送進以及所述第二填充焊絲(140’)的所述推進期間在至少第三方向上移動所述第二填充焊絲，其中所述至少第三方向不同于所述行進方向， 其中獲得由所述熔池形成的所述焊道的所述所期望的形狀、輪廓、高度、尺寸或混合狀態(tài)的所述控制還包括在所述至少第三方向上控制所述第二填充焊絲(140’)的所述移動，并且 其中在所述至少第三方向上所述第二填充焊絲(140’)的所述移動包括以下方式中的至少一種:與所述行進方向一致的來回運動、橫向于所述行進方向的來回運動、圓形運動以及橢圓形運動。
14.如權(quán)利要求8至13中的任一項所述的系統(tǒng)(100)，其中在所述至少第三方向上對所述第二填充焊絲(140’)的所述移動的所述控制與在所述至少第一方向上對所述填充焊絲(140)的所述移動的所述控制同步，和/或其中在所述至少第三方向上對所述第二填充焊絲(140’)的所述移動的所述控制與在所述至少第一方向上對所述填充焊絲(140)的所述移動的所述控制是獨立的。
15.如權(quán)利要求8至14中的任一項所述的系統(tǒng)(100)，其中所述至少第一方向是與所述至少第三方向的方向相反的方向。
【文檔編號】B23K26/00GK104487200SQ201380036001
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】E·阿什 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司