本公開大體上涉及焊接型電力供應(yīng)器以及提供焊接型電力的領(lǐng)域。更具體來說，本公開涉及用于空氣碳弧切割的焊接型電力供應(yīng)器以及提供用于空氣碳弧切割的焊接型電力。

背景技術(shù)：

有許多已知類型的焊接型電力供應(yīng)器。如本文所使用，焊接型電力表示適用于電弧焊接、等離子體電弧切割或感應(yīng)加熱的電力。如本文所使用，焊接型系統(tǒng)是可提供焊接型電力的系統(tǒng)，并且可包含控制與電力電路、送絲機和附屬設(shè)備。如本文所使用，焊接型電力供應(yīng)器是可提供焊接型電力的電力供應(yīng)器。

提供焊接型電力以及設(shè)計用于提供焊接型電力的系統(tǒng)提出了獨特挑戰(zhàn)。焊接型系統(tǒng)常從一個位置移動到另一位置，并且以不同的輸入來使用，如單相或三相或115v、230v、460v、575v等或50hz或60hz信號。被設(shè)計成用于單輸入的電力供應(yīng)器不能跨越不同的輸入電壓提供一致的輸出，并且這些電力供應(yīng)器中在特定的輸入電平下安全地操作的部件當(dāng)在替代的輸入電平下工作時可能會損壞。并且，大多數(shù)領(lǐng)域的電力供應(yīng)器被設(shè)計成用于相對穩(wěn)定的負(fù)載。另一方面，焊接是一種非常動態(tài)的過程，并且很多的變量影響輸出電流和負(fù)載，例如，電弧長度、焊條類型、防護物類型、空氣流、工件上的灰塵、熔池大小、焊縫取向、操作員的技術(shù)，并且最后一點是被確定為最適合應(yīng)用的焊接工藝的類型。這些變量不斷變化，并且導(dǎo)致不斷變化且不可預(yù)測的輸出電流和電壓。許多領(lǐng)域的電力供應(yīng)器被設(shè)計成用于低電力輸出。焊接型電力供應(yīng)器是高電力的，并且存在著許多問題，例如，開關(guān)損耗、線路損耗、熱損傷、感應(yīng)損耗以及電磁干擾的產(chǎn)生。因此，焊接型電力供應(yīng)器設(shè)計人員面臨著許多獨特的挑戰(zhàn)。

此外，焊接型電力供應(yīng)器或系統(tǒng)常常是為一種或多種特定的工藝銷售的，例如，焊條焊接、tig、mig、脈沖焊接、埋弧焊接、加熱、切割，且最大輸出電力或電流可以是從一百以下安培到五百以上安培的任意值。一些焊接工藝是使用受控電流(cc)輸出來執(zhí)行的，并且其它是使用受控電壓(cv)輸出來執(zhí)行的。專用于單個工藝和單個輸出的焊接型電力供應(yīng)器是較容易設(shè)計的。然而，許多用戶偏愛多工藝的焊接型電力供應(yīng)器，以便避免針對每一工藝而具有一個電力供應(yīng)器。

有許多用于焊接型電力供應(yīng)器中的不同拓?fù)?。開關(guān)電力供應(yīng)器常用于實現(xiàn)輸出控制?，F(xiàn)有技術(shù)的一種用于各種工藝的焊接型電力供應(yīng)器描述在第13/839235號專利公開中，該專利公開是作為us-2014-0021180-a1公開并以引用方式并入本文中。此電力供應(yīng)器良好適用于使用輸出逆變器的脈沖寬度調(diào)制來控制輸出。所述電力供應(yīng)器包含預(yù)調(diào)節(jié)器、高電壓分割式總線以及堆疊式逆變器輸出?，F(xiàn)有技術(shù)的另一種良好適用于輸出的pwm控制的焊接型電力供應(yīng)器描述在也以引用方式并入本文中的第8455794號專利中。

所執(zhí)行的一種焊接型工藝是空氣碳弧切割(cac-a)。cac-a涉及使用碳-石墨電極，并且電極與工件之間的電弧使金屬的一部分熔融，而空氣射流經(jīng)過電弧以吹走熔融金屬。所述工藝用于切割和刨削，并且可以手動進行或機械化。cac-a是使用焊條焊接模式或cv模式而在現(xiàn)有技術(shù)的焊接電力供應(yīng)器上執(zhí)行。現(xiàn)有技術(shù)的焊接型電力供應(yīng)器不包含cac-a模式。如本文所使用的cac-a模式表示專用于空氣碳弧切割(cac-a)的焊接型電力供應(yīng)器的模式，并且包含用于cac-a的控制方案。

因為現(xiàn)有技術(shù)的焊接型電力供應(yīng)器不具有cac-a模式，所以控制與輸出電力沒有被設(shè)計成用于cac-a，并且所述工藝可能是困難的。有不同cac-a技術(shù)，包含沿著表面掠過以使表面平滑，在表面處輕觸以移除小區(qū)域以及刨削大區(qū)域。為cac-a提供電力可能是麻煩的，這是因為輕觸和掠過可包含簡短的電弧中斷。當(dāng)使用焊接型電力供應(yīng)器時，cac-a啟動可能特別困難，這是因為啟動算法是用于另一工藝(例如，焊條焊接)。并且，電流輸出的改變是針對另一工藝(例如，焊條焊接)而不是針對cac-a來定制的。因此，需要包含cac-a模式的焊接型電力供應(yīng)器。優(yōu)選地，所述焊接型電力供應(yīng)器包含適用于cac-a的啟動算法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的第一方面，一種使用焊接型電力供應(yīng)器進行空氣碳弧切割的方法包括：選擇cac-a模式和所選擇的電流設(shè)定點；以及停用輸出中的焊條焊接下降。設(shè)定大于焊條焊接挖掘斜率的cac-a挖掘斜率以及大于焊條焊接挖掘閾值的cac-a挖掘閾值。設(shè)定大于焊條焊接熱啟動電流的cac-a熱啟動電流以及cac-a熱啟動時間和cac-a熱啟動延遲時間。設(shè)定大于電流設(shè)定點的cac-a啟動電流以及cac-a啟動電流時間。還設(shè)定小于焊條焊接轉(zhuǎn)換速率的cac-a轉(zhuǎn)換速率。使用焊接型電力供應(yīng)器而提供電力，以使得當(dāng)檢測到開路并接著在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流時，提供cac-a啟動電流持續(xù)cac-a啟動電流時間。當(dāng)電流高于cac-a挖掘閾值時并在cac-a啟動電流時間之后，以cac-a轉(zhuǎn)換速率增大電流直到以電流設(shè)定點提供電流為止。當(dāng)檢測到開路并且沒有在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流時，提供熱啟動電流持續(xù)cac-a熱啟動時間。當(dāng)檢測到開路并且沒有在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流，并且輸出電壓小于cac-a挖掘閾值時，增加cac-a熱啟動時間。

根據(jù)本公開的第二方面，一種使用焊接型電力供應(yīng)器以提供輸出而進行空氣碳弧切割(cac-a)的方法包含：選擇cac-a模式；以及在cac-a模式中以所選擇的電流設(shè)定點提供電流。

根據(jù)本公開的第三方面，一種焊接型電力供應(yīng)器包含：用戶模式選擇器，包含空氣碳弧切割(cac-a)模式；電力電路，接收輸入電力并提供cac-a電力，并且具有控制輸入；以及控制器，具有連接到控制輸入的控制輸出。控制器具有響應(yīng)于cac-a模式的cac-a控制模塊，并且具有指示輸出電流和/或指示輸出電壓的反饋。

在一個實施例中，當(dāng)處于cac-a模式中時，停用輸出中的焊條焊接下降。

在各種實施例中，設(shè)定大于焊條焊接挖掘斜率的cac-a挖掘斜率以及大于焊條焊接挖掘閾值的cac-a挖掘閾值，并且當(dāng)輸出電壓小于挖掘閾值時，以挖掘斜率提供輸出。

在一個替代中，cac-a挖掘斜率是約30安培/伏特，并且cac-a挖掘閾值是約25伏特。

在另一替代中，設(shè)定大于焊條焊接熱啟動電流的cac-a熱啟動電流以及cac-a熱啟動時間和cac-a熱啟動延遲時間，并且當(dāng)檢測到開路并且沒有在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流時，提供熱啟動電流持續(xù)cac-a熱啟動時間。

在一個替代中，cac-a挖掘斜率是至少24安培/伏特，cac-a挖掘閾值是至少23伏特，cac-a熱啟動電流約兩倍于電流設(shè)定點，cac-a熱啟動時間是約100毫秒，cac-a熱啟動延遲時間是至少150毫秒，cac-a啟動電流比電流設(shè)定點大至少10％，cac-a啟動電流時間是約10毫秒，并且cac-a轉(zhuǎn)換速率是約125安培/毫秒。

在一個實施例中，cac-a熱啟動電流約兩倍于電流設(shè)定點，cac-a熱啟動時間是約100毫秒，并且cac-a熱啟動延遲時間是約200毫秒。

在各種實施例中，當(dāng)檢測到開路并且沒有在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流，并且輸出電壓小于cac-a挖掘閾值時，增加cac-a熱啟動時間。

在各種替代中，cac-a啟動電流比電流設(shè)定點大了約12.5％，并且cac-a啟動電流時間是約10毫秒，并且cac-a轉(zhuǎn)換速率是約125安培/毫秒或200安培/毫秒。

在另一替代中，當(dāng)檢測到開路并在熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流時，提供cac-a啟動電流持續(xù)cac-a啟動電流時間，并且接著以cac-a轉(zhuǎn)換速率增大電流直到以電流設(shè)定點提供電流為止。

在一個實施例中，cac-a控制模塊包含cac-a啟動模塊。

在各種實施例中，cac-a控制模塊包含具有大于焊條焊接挖掘閾值的挖掘閾值并具有挖掘斜率的cac-a挖掘模塊。

在另一實施例中，cac-a啟動模塊包含響應(yīng)于反饋輸入的大于焊條焊接熱啟動電流的cac-a熱啟動電流、cac-a熱啟動時間、cac-a熱啟動延遲時間。

在一個實施例中，cac-a啟動模塊包含響應(yīng)于輸出電壓小于cac-a挖掘閾值的cac-a增大熱啟動模塊。

在各種實施例中，cac-a啟動模塊包含具有cac-a啟動電流時間和cac-a轉(zhuǎn)換速率并響應(yīng)于反饋輸入的焊接啟動模塊。

在另一實施例中，cac-a控制模塊包含下降停用模塊。

其它主要特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將在查閱附圖、具體實施方式和權(quán)利要求書之后變得明顯。

附圖說明

圖1是焊接型電力供應(yīng)器的框圖；以及

圖2是用于圖1的焊接型電力供應(yīng)器的控制器。

在詳細(xì)解釋至少一個實施例之前，應(yīng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于以下描述中所闡述或附圖中所圖示的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實施例，或以各種方式實踐或進行。并且，應(yīng)理解，本文所使用的用語和術(shù)語是出于描述的目的且不應(yīng)視為限制性的。相同參考標(biāo)記用于表示相同部件。

具體實施方式

雖然參照特定焊接型電力供應(yīng)器、電力電路、控制器和控制模塊來說明本公開，但應(yīng)了解，在一開始，其它焊接型電力供應(yīng)器、電力電路、控制器和控制模塊也可用于實施本發(fā)明。

通常，焊接型電力供應(yīng)器包含專門被設(shè)計成用于cac-a的操作模式，其中在所述操作模式中，提供cac-a電力。電弧啟動和閉環(huán)控制特別良好適用于cac-a。例如在焊接型電力供應(yīng)器的前面板上的用戶模式選擇器允許用戶指定輸出應(yīng)該用于cac-a。優(yōu)選實施例提出其它模式包含焊條焊接、tig、mig，并且可提供cc或cv。

優(yōu)選實施例提出，當(dāng)處于cac-a模式中時，通常為焊條焊接模式提供的下降被停用。這允許cac-a模式中的va曲線延伸到單元的全容量，而不是隨著電壓上升到高于30v而下降。下降特性減小可用電力，這對于cac-a來說通常不是有益的。

在優(yōu)選實施例中，cac-a模式還具有約23伏特到約25伏特的cac-a挖掘閾值，這大于典型18.5v焊條焊接挖掘閾值。cac-a挖掘斜率是約24到30安培/伏特，這大于典型8安培/伏特焊條焊接挖掘斜率。此情況改進短路清除，對于長焊接電纜來說特別如此。替代方案允許使用其它cac-a挖掘閾值和其它cac-a挖掘斜率，但優(yōu)選的是，它們大于焊條焊接值。如本文所使用，cac-a挖掘斜率是在處于cac-a模式中時的挖掘v-a曲線的斜率。如本文所使用，cac-a挖掘閾值是在處于cac-a模式中時的一種閾值，在低于所述閾值時，使用cac-a挖掘v-a曲線。如本文所使用，在表示參數(shù)時，“約”表示+/-10％。如本文所使用，焊條焊接挖掘斜率是在處于焊條焊接模式中時的挖掘v-a曲線的斜率。如本文所使用，焊條焊接挖掘閾值是在處于焊條焊接模式中時的一種閾值，在低于所述閾值時，使用焊條焊接挖掘v-a曲線。

在優(yōu)選實施例中，在cac-a模式中，提供專門用于cac-a的重燃邏輯。專用重燃/啟動在各種cac-a技術(shù)(正常、掠過、輕觸)上提供通用性。熱啟動良好地工作以將電弧初始化，但對于掠過來說，較難以控制。優(yōu)選實施例提供熱啟動與“光”熱啟動的組合以及良好適用于掠過與輕觸兩者的獨特焊接啟動狀態(tài)。

優(yōu)選實施例提出cac-a熱啟動狀態(tài)包含約兩倍于焊條焊接熱啟動電流的初始cac-a熱啟動電流?？商峁┢渌點ac-a熱啟動電流，包含較接近焊條焊接熱啟動量值的電流。cac-a熱啟動電流優(yōu)選大于焊條焊接熱啟動電流。如本文所使用，cac-a熱啟動電流是在處于cac-a模式中時的熱啟動電流。如本文所使用，焊條焊接熱啟動電流是在處于焊條焊接模式中時的熱啟動電流。

提供cac-a熱啟動電流持續(xù)cac-a熱啟動時間。在其它實施例中，優(yōu)選cac-a熱啟動時間是約100毫秒，或高達約150毫秒。如果輸出電壓低于cac-a挖掘閾值，那么延長cac-a熱啟動時間。如本文所使用，cac-a熱啟動時間是在處于cac-a模式中時提供熱啟動電流的時間。替代方案允許不延長cac-a熱啟動時間和/或使用不同cac-a熱啟動時間。

在優(yōu)選實施例中，cac-a重燃是由cac-a重燃算法處置。如果在中斷的cac-a延遲時間內(nèi)檢測到電流，那么算法確定其重燃并過渡到cac-a焊接啟動狀態(tài)。如果在cac-a熱啟動延遲時間內(nèi)檢測到電流(或電弧)，那么提供cac-a熱啟動(上文所述)。cac-a熱啟動延遲時間是至少150毫秒，并且優(yōu)選是約200毫秒。在其它實施例中，cac-a熱啟動延遲時間多于或少于200毫秒。所述時間應(yīng)被選擇成使得焊接型電力供應(yīng)器在需要時而不是在重燃時提供熱啟動。如本文所使用，cac-a熱啟動延遲時間是在處于cac-a模式中時在電弧中斷之后沒有提供熱啟動電流的延遲時間。

在優(yōu)選實施例中，在cac-a模式中，提供cac-a啟動狀態(tài)。cac-a啟動狀態(tài)包含在熱啟動之后或在省去熱啟動時提供cac-a啟動電流。提供cac-a啟動電流持續(xù)cac-a啟動電流時間。在優(yōu)選實施例中，優(yōu)選實施例具有約1.125倍于設(shè)定點的cac-a啟動電流，并且cac-a啟動電流時間是約10毫秒。如果輸出電壓小于cac-a挖掘閾值，那么提供cac-a啟動電流持續(xù)延長的時間，優(yōu)選直到電壓上升到高于cac-a挖掘閾值為止，或持續(xù)固定時間段。替代方案允許使用其它cac-a啟動電流、其它cac-a啟動電流時間、省去延長的時間和/或使用不同閾值。如本文所使用，cac-a啟動電流是在處于cac-a模式中時在熱啟動之后或在省去熱啟動時的輸出電流。如本文所使用，cac-a啟動電流時間是提供cac-a啟動電流的時間。

在優(yōu)選實施例中，當(dāng)處于cac-a模式中時，在初始cac-a熱啟動或cac-a啟動狀態(tài)之后，輸出電流轉(zhuǎn)換速率受到限制(相對于焊條焊接轉(zhuǎn)換速率)。在各種實施例中，轉(zhuǎn)換速率優(yōu)選限于約125安培/毫秒或小于200安培/毫秒。替代方案包含提供其它轉(zhuǎn)換速率，包含cv工藝特有的轉(zhuǎn)換速率。如本文所使用，cac-a轉(zhuǎn)換速率是在處于cac-a模式中時輸出電流在正常操作的開始時(在熱啟動之后，等等)增大的速率。如本文所使用，焊條焊接轉(zhuǎn)換速率是在處于焊條焊接模式中時輸出電流在正常操作的開始時(在熱啟動之后，等等)增大的速率。

替代方案提出可省去或修改上述狀態(tài)中的一個或更多個，但cac-a電力仍由焊接型電力供應(yīng)器提供。如本文所使用，cac-a電力是適用于cac-a的電力。

在優(yōu)選實施例中，上述cac-a模式是使用焊接型電力供應(yīng)器的輸出的數(shù)字pwm控制來實施的，以在處于cac-a模式中提供用于cac-a的期望輸出。在優(yōu)選實施例中，焊接型電力供應(yīng)器100(圖1)包含電力電路102、控制器104和模式選擇器105。電力電路104的輸出是焊接或cac-a電弧106。電力供應(yīng)器100可以是多工藝焊接型電力供應(yīng)器，但本發(fā)明將參照cac-a操作模式來解釋。如本文所使用，控制器是合作以控制焊接型電力供應(yīng)器的數(shù)字或模擬電路、軟件和部件。它們可處于一個位置中，或可在若干位置上分布。

控制器104優(yōu)選是數(shù)字脈沖寬度控制器，例如，第8455794號專利中所述的數(shù)字脈沖寬度控制器?？刂破?04還可以是例如us-2014-0021180-a1中所述的控制器。替代方案提供模擬控制器、具有離散元件的數(shù)字控制器、使用dsp的控制器以及使用其它電路的控制器。

電力電路102優(yōu)選是us-2014-0021180-a1所示的電力電路，其中所述電力電路包含預(yù)調(diào)節(jié)器、高電壓分割式總線以及作為輸出轉(zhuǎn)換器的堆疊式全橋逆變器輸出電路。電力電路102還可以使用第8455794號專利中所示的電力電路來實施。替代方案允許使用不具有預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電路(堆疊式逆變器)、半橋輸出轉(zhuǎn)換器或其它輸出轉(zhuǎn)換器(例如，斬波器、降壓器等)以及使用中間級。

控制器104經(jīng)由線路103而響應(yīng)于模式選擇器105。如上所述，當(dāng)模式選擇器105選擇cac-a模式時，控制器105實施使焊接型電力供應(yīng)器100的輸出特別適用于cac-a的許多軟件模塊(下文所述)?？刂破?04更詳細(xì)地示出在圖2中，并且包含cac-a控制模塊201。如本文所使用，模塊包含合作以執(zhí)行給定功能的軟件和硬件。如本文所使用，cac-a控制模塊(或cac-a模塊)是使焊接型電力供應(yīng)器提供專用于cac-a的輸出的控制模塊。在優(yōu)選實施例中，cac-a控制模塊201是使用軟件而實施的，而在其它實施例中，cac-a控制模塊201是使用離散部件和/或硬件而實施的。

cac-a控制模塊201包含cac-a啟動模塊203、cac-a挖掘模塊211和下降停用模塊210。cac-a啟動模塊203包含增大熱啟動模塊205和焊接啟動模塊207。當(dāng)選擇cac-a模式時，cac-a啟動模塊203被激活并實施上文針對cac-a啟動所述的方案。下降停用模塊210停用通常為焊條焊接模式提供的下降。并且，cac-a挖掘模塊211提供約25伏特的cac-a挖掘閾值以及約30安培/伏特的cac-a挖掘斜率。當(dāng)處于正常cac-a操作模式中時(在啟動和/或重燃之后)，cac-a控制模塊201響應(yīng)于反饋線路111上的反饋而限制輸出電流轉(zhuǎn)換速率，優(yōu)選限制到約125安培/毫秒。如本文所使用，cac-a挖掘模塊是在處于cac-a模式中時，使焊接型電力供應(yīng)器提供低于挖掘閾值的挖掘輸出的控制模塊。如本文所使用，下降停用模塊是用于cac-a中以停用焊接型電力供應(yīng)器的下降特征的控制模塊。

cac-a控制模塊201使用cac-a啟動模塊203以實施上文的啟動和重燃方案。cac-a增大熱啟動模塊205在中斷之后使用反饋線路107、108和/或111而監(jiān)視輸出。如果電流不流動(或沒有檢測到電弧)持續(xù)約200毫秒的熱啟動延遲時間，那么進入熱啟動模式，并且cac-a熱啟動模塊205使約兩倍于焊條焊接熱啟動電流的熱啟動電流被提供。cac-a熱啟動模塊205使cac-a熱啟動電流被提供持續(xù)cac-a熱啟動時間，優(yōu)選約100毫秒。如果來自反饋線路107和108的輸出電壓低于cac-a挖掘閾值，那么cac-a熱啟動時間由cac-a熱啟動模塊延長。在cac-a熱啟動電流結(jié)束(例如，100毫秒)之后，cac-a啟動模塊207接管所述過程。并且，如果cac-a熱啟動模塊在200毫秒的cac-a熱啟動延遲時間的情況下檢測到電流流動，那么cac-a啟動模塊207接管所述過程。如本文所使用，cac-a啟動模塊是在電流流動得以產(chǎn)生并且處于cac-a模式中時使用的控制模塊。

cac-a啟動模塊使輸出電流是cac-a啟動電流(優(yōu)選比設(shè)定點大至少10％并且更優(yōu)選大了約12.5％)持續(xù)cac-a啟動電流時間(優(yōu)選約10毫秒)。如果反饋線路107和108上的輸出電壓小于cac-a挖掘閾值，那么cac-a啟動模塊207使cac-a啟動電流被提供持續(xù)延長的時間，優(yōu)選直到電壓上升到高于cac-a挖掘閾值為止。

可對本公開進行仍落入本公開的預(yù)期范圍內(nèi)的許多修改。因此，應(yīng)清楚，已提供用于在cac-a模式中提供焊接型電力的方法和設(shè)備，其中所述方法和設(shè)備完全滿足上文所闡述的目標(biāo)和優(yōu)點。雖然本公開已描述本公開的具體實施例，但顯然，許多替代、修改和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是清楚的。因此，本發(fā)明希望涵蓋落入所主張的權(quán)利要求書的精神和廣泛范圍內(nèi)的所有這些替代、修改和變化。