專利名稱：短路焊機(jī)的制作方法
本申請(qǐng)是1998年1月9日提出的先前共同待決申請(qǐng)S.N.09/004,707的部分繼續(xù)。
本發(fā)明涉及借助于電弧的焊接技術(shù)，更具體地說，涉及一種用于短路焊接，特別是用于把諸如兩個(gè)管段之類的兩塊鋼板焊接在一起，的改進(jìn)方法和設(shè)備。
本發(fā)明涉及在美國(guó)專利證書No.4,972,064中描述的一般類型的濺射受控系統(tǒng)和加熱控制系統(tǒng)的改進(jìn)。在此編入該先前頒發(fā)的專利供參考，該專利是背景信息，用于在本發(fā)明特別指向的濺射控制領(lǐng)域的概念討論。
還編入美國(guó)專利證書No.5,676,857供參考。該先前頒發(fā)的專利在此偏入供參考，用作背景信息和用于把管段焊接在一起的討論。
本發(fā)明涉及使用可消耗電極的電弧焊接領(lǐng)域，并且更具體地說，涉及一種通過使用有芯電極把諸如兩個(gè)管段之類的兩塊鋼板短路電弧焊接在一起的改進(jìn)設(shè)備和方法。
在焊接大直徑管端部的技術(shù)中，按常規(guī)是加工每根管的端部，以提供一個(gè)外部坡口和一個(gè)窄的平臺(tái)階；及把加工的端部軸向?qū)?zhǔn)，使臺(tái)階靠緊，但通常有間隔關(guān)系以形成一條包括在管的兩個(gè)端部之間的間隙的焊接槽。一旦管子到位，一個(gè)或多個(gè)焊頭就繞管子運(yùn)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)360°的焊接。焊接通常以幾個(gè)步驟進(jìn)行。首先，完成根部焊道，其中至少熔化管子的內(nèi)邊緣或臺(tái)階，并且在臺(tái)階之間的間隙中填充焊接金屬。此后，完成幾條填充劑焊道，在其中填滿由坡口形成的空隙，從而焊接金屬至少與管子的外表面一樣高。
剛好在根部焊道之前和期間，管子的端部必須彼此準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)，從而在兩個(gè)管端部之間形成優(yōu)質(zhì)焊縫。根部焊道是焊接操作的非常關(guān)鍵部分。一旦完成根部焊道，就保證了管子的對(duì)準(zhǔn)，并且能開始沿著線的下一個(gè)接縫的焊接。因而，在根部焊道期間，必須敷設(shè)100％完好的焊道。焊道的完好性意味著兩個(gè)臺(tái)階的完全熔化明顯透到管子的內(nèi)表面、和臺(tái)階之間完全填充有焊接金屬。焊接金屬在間隙中的沉積是困難的，因?yàn)楸仨毻ㄟ^繞管子運(yùn)動(dòng)焊接頭進(jìn)行焊接，從而隨著繞管子形成根部焊道，焊接位置從下手焊接、豎直向上或向下焊接至頂焊變化。在根部焊道期間，管段必須在整個(gè)根部焊道中保持對(duì)準(zhǔn)，以便形成優(yōu)質(zhì)焊縫。一般地，把管子夾持在一起以保持管子在焊接期間對(duì)準(zhǔn)。除焊接位置復(fù)雜和管子對(duì)準(zhǔn)的擔(dān)心之外，在根部焊道期間形成的焊接金屬應(yīng)該充滿管段之間的間隙，但不允許焊接金屬穿過間隙和累積在管子的內(nèi)表面上。焊道應(yīng)該相對(duì)于管子內(nèi)部形成較光滑的表面，管子內(nèi)部如果有的話也只有很小的進(jìn)入到管內(nèi)部的突出物。焊道在管內(nèi)的過分突出能1)產(chǎn)生與行進(jìn)在管內(nèi)部以檢測(cè)管道系統(tǒng)的完好性的設(shè)備有關(guān)的問題，和2)當(dāng)流體經(jīng)管道系統(tǒng)傳送時(shí)造成有害的流體混合和湍流。
為了克服焊道突入到管內(nèi)部的問題，通常實(shí)際上從管內(nèi)部形成根部焊道。這樣一種焊接方法保證在根部焊道期間焊道的臺(tái)階受到控制，從而防止進(jìn)入管線內(nèi)部的有害突出。然而，這樣一種焊接方法要求專門設(shè)計(jì)和高成本的設(shè)備。此外，這樣一種焊接方法非常耗時(shí)，且在各種類型的用途中成本太高。而且，這樣一種焊接方法僅能用于大直徑管子。小直徑管子不能在管子內(nèi)部容納焊接設(shè)備。防止焊道突入到管子內(nèi)部的另一種焊接方法是，使用定位在管子內(nèi)側(cè)上且在管段之間的間隙上方的擋板或支撐靴。擋板防止在焊道的根部焊道期間，焊道突入到管段的內(nèi)部。然而，擋板的使用也非常耗時(shí)，并且限于較大直徑的管子。此外，擋板在多種情況下，在根部焊道的敷設(shè)期間被焊接到管段的內(nèi)部。因此，以后必須除去擋板，在焊接板的除去期間，既可能成本較高，又可能不利地?fù)p壞焊道。
一種克服與過去管子焊接方法有關(guān)的多種問題的焊接設(shè)備公開在美國(guó)專利證書No.5,676,857中。該專利通過使用一個(gè)帶有在繞管周緣的軌道上連續(xù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)焊接刮器的焊接設(shè)備，公開了一種對(duì)兩個(gè)管段端部焊接的改進(jìn)。焊接刮器包括一個(gè)專用短路電源，以把根部焊道施加在管子的兩個(gè)端部之間。該發(fā)明公開了，通過使用具有適當(dāng)刮器速度和焊絲速度的這種焊接系統(tǒng)，經(jīng)坡口的每個(gè)邊緣只有輕微的燒傷出現(xiàn)，并且一個(gè)小的平焊縫形成在管子的內(nèi)部，由此消除了從管子內(nèi)部伸展初始根部焊道或在管內(nèi)側(cè)使用諸如擋板之類的其他類型設(shè)備的需要。盡管在美國(guó)專利證書No.5,676,857中公開的焊接方法克服了與把管段焊接在一起有關(guān)的幾個(gè)問題，但與根部焊道的焊接金屬合金成分、和保護(hù)根部焊道不受大氣的不利影響有關(guān)的問題仍是一個(gè)問題。
短路電源設(shè)計(jì)成借助于一根實(shí)心線電極使用，并且在焊接期間，通過使用各種類型的保護(hù)氣體和保護(hù)氣體的混合物保護(hù)焊接金屬免受大氣的影響。盡管實(shí)心線和保護(hù)氣體的使用在多種情況下產(chǎn)生優(yōu)良的焊道，但短路焊接方法當(dāng)用來把管段焊接在一起時(shí)有幾種限制。因?yàn)槭褂脤?shí)心線電極，所以焊道成分限于在短路焊接中使用的電極的可用合金成分。焊接金屬的成分應(yīng)該密切地與金屬管的成分相匹配，以形成堅(jiān)固和耐用的焊道。因?yàn)楣茏拥某煞謱⒁罁?jù)管子所使用的用途而變化，所以產(chǎn)生與得到形成焊接金屬的實(shí)心線電極有關(guān)的問題，該焊接金屬以最佳的性能連接管段。
短路焊接過程的另一種限制在于，必須使用保護(hù)氣體來保護(hù)焊道免受環(huán)境的不利影響。焊接設(shè)備必須包括用來存儲(chǔ)保護(hù)氣體和把保護(hù)氣體引導(dǎo)到焊接區(qū)域的裝置。這樣一種裝置必須包括用于保護(hù)氣體容器的安裝裝置、調(diào)節(jié)器、流量計(jì)、軟管、和在焊接期間把保護(hù)氣體引導(dǎo)到焊接區(qū)域所必需的其他材料。保護(hù)氣體防止大氣中的氧、氮、氫、和其他化合物與熔化的金屬起反應(yīng)和/或被捕獲在熔化金屬中。這些元素導(dǎo)致焊道中的氣孔、焊道的破裂、焊接金屬的濺射等，這能顯著損害焊道的強(qiáng)度和質(zhì)量。保護(hù)氣體在受控室內(nèi)環(huán)境中的使用，在防止環(huán)境對(duì)焊道的不利影響方面是有效的；然而，保護(hù)氣體在室外環(huán)境中的使用，在焊接期間對(duì)風(fēng)的影響高度敏感。為了使這些影響最小，繞電極的周界必須建立專用屏蔽，以在焊接期間保護(hù)保護(hù)氣體不受風(fēng)的影響。使大氣對(duì)焊道影響最小的這種屏蔽或其他焊接配置的使用，既昂貴又顯著，使焊接設(shè)備布置復(fù)雜。
鑒于與在各種類型的環(huán)境中的管段焊接、和用來產(chǎn)生具有基本上類似于正在焊接在一起的管子成分的成分的高質(zhì)量焊道有關(guān)的問題，需要一種在管子焊接期間能克服這樣的問題的改進(jìn)焊接方法和設(shè)備。
本發(fā)明涉及一種把兩塊鋼板，最好在鋼板的一側(cè)，短路電弧焊接在一起的方法和設(shè)備。最好，短路電弧焊接的方法和設(shè)備用來把管段同時(shí)焊接在一起，并且形成兩個(gè)管段之間的根部焊道；然而，本發(fā)明具有更廣的用途，并且能用來在各種環(huán)境中以各種方式把各種金屬物體焊接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，提供有兩個(gè)管段，定位在一起并且在兩個(gè)管段的端部之間形成一條槽；一個(gè)焊接支架，繞由兩個(gè)管段形成的槽定位；一根可消耗有芯電極；一個(gè)帶有正和負(fù)端子的電源；一個(gè)焊接電流電路，跨過管段之間的槽和可消耗有芯電極，施加具有給定時(shí)基外形的焊接電流。管段最好通過使用夾緊裝置對(duì)準(zhǔn)。夾緊裝置把管段保持在一起，至少直到根部焊道已經(jīng)施加到管段之間槽上。最好管段對(duì)準(zhǔn)，從而在由兩個(gè)管段形成的槽中存在一個(gè)小間隙。焊接支架最好至少繞槽的圓周延伸180°，并且最好繞槽的圓周延伸360°。焊接支架設(shè)計(jì)成，當(dāng)它繞槽的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿繞管子周緣固定的軌道滑動(dòng)。焊接支架包括一個(gè)與滾子或其他類型的滑動(dòng)軸承連接允許焊接支架沿繞槽的圓周的軌道以希望速度滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。焊接支架包括一個(gè)在焊接過程期間可控制地向槽運(yùn)動(dòng)可消耗有芯電極的機(jī)構(gòu)。用來控制有芯電極運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)可以與焊接期間用來可控制地繞槽運(yùn)動(dòng)支架的機(jī)構(gòu)裝在一起，或者與之分離。焊接電流電路包括一個(gè)在短路狀態(tài)期間用來控制電流流動(dòng)的第一電路，其中在可消耗有芯電極端部處的熔化金屬通過表面張力作用主要傳送到槽內(nèi)的熔化金屬池中。傳送電流包括跨過短路熔化金屬的大電流收聚脈沖，該脈沖有助于熔化金屬?gòu)碾姌O向焊池傳送。焊接電流電路還包括一個(gè)產(chǎn)生熔化電流的第二電路。該熔化電流是穿過電弧的大電流脈沖，當(dāng)電極遠(yuǎn)離焊池時(shí)，該電弧最好具有用來熔化在可消耗有芯電極端部處的相對(duì)恒定量金屬的預(yù)選擇量的能量或瓦特?cái)?shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，有芯電極包括一個(gè)在有芯電極內(nèi)的焊劑系統(tǒng)，以在焊接過程期間提供保護(hù)氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可消耗有芯電極包括在芯中的合金金屬，以便得到基本上與焊接在一起的管子成分類似的焊道成分。具有與管段成分密切匹配的成分的焊道形成堅(jiān)固、耐用、高質(zhì)量的焊道。一些有芯電極需要保護(hù)氣體，特別是當(dāng)用來熔化合金時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電流電路的第二電路在發(fā)弧狀態(tài)的初始部分期間提供高能增加。當(dāng)焊絲遠(yuǎn)離焊池時(shí)，大電流增加最好具有用來熔化可消耗焊絲端部上的較恒定體積金屬的預(yù)選擇的I(t)面積、或能量。在等離子體增加期間產(chǎn)生的能量最好足以產(chǎn)生具有不大于焊絲直徑兩倍的直徑的球形金屬丸。最好在初始大電流等離子體增加電流之后，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)保持大電流，并且然后接著在一個(gè)時(shí)間段上衰減，直到希望量的能量或瓦特?cái)?shù)施加到電極上以熔化希望體積的電極。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，焊接電流電路限制指向電極能量的量，以便防止在焊道施加期間管段端部的不必要熔化、和/或在焊接期間保持焊道過熱，由此防止熔化金屬穿過管段端部之間的間隙和進(jìn)入管段內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電流電路包括一個(gè)產(chǎn)生本底電流的電路。本底電流是在短路狀態(tài)結(jié)束之后保持剛好維持電弧必需的值以上的低值電流。本底電流最好在整個(gè)焊接循環(huán)中保持，以保證在焊接期間電弧不會(huì)偶然熄滅。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊機(jī)包括一個(gè)在焊接過程期間用來在極性之間移動(dòng)以得到希望焊池?zé)崃康目刂破鳌?br> 通過使用林肯電氣公司(Lincoln Electric Company)的STT焊機(jī)、或借助于有芯電極由該焊機(jī)實(shí)施的STT短路焊接過程，得到一種無氣體焊接過程。這允許在世界偏遠(yuǎn)區(qū)域中的管子焊接。當(dāng)使用自保護(hù)有芯電極時(shí)，極性通常是陰電極。當(dāng)使用STT焊機(jī)的陰電極過程時(shí)，工件池是熱的，并且池的冷卻需要允許焊道縮回的時(shí)間。因此，STT過程涉及減小本底電流以減小池中的熱量。該校正減小了整個(gè)焊接過程中的熱量。通過把STT焊機(jī)的極性顛倒成陽(yáng)電極狀態(tài)，工件池成為過冷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，STT焊機(jī)或過程在整個(gè)焊接過程期間在標(biāo)準(zhǔn)陰電極極性至陽(yáng)電極極性之間移動(dòng)。以這種方式，控制熱量而不改變本底電流的值。通過調(diào)節(jié)負(fù)電極與正電極焊接的比值，把池的加熱控制到選擇的溫度。
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種在兩塊金屬板之間形成高質(zhì)量焊道的短路電弧焊接系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種在把兩塊金屬板焊接在一起期間準(zhǔn)確跟蹤希望電流分布的短路電弧焊接系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種沿兩個(gè)管段端部之間的槽形成高質(zhì)量根部焊道的短路電弧焊接系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供一種把控制量的能量施加到電極上以在兩個(gè)管段之間的槽中形成焊道、而不會(huì)使熔化金屬穿過槽且進(jìn)入管子內(nèi)部的短路電弧焊接系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于，提供一種形成焊道而不需要外部保護(hù)氣體的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于，提供一種如上定義的產(chǎn)生具有基本上與要焊接的管子的成分類似的焊道的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，在短路焊接設(shè)備中使用有芯電極以形成高質(zhì)量焊道。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于，提供一種短路焊接的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法涉及在焊接過程期間改變焊接電流的極性。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法在一個(gè)循環(huán)或從一個(gè)循環(huán)到下一個(gè)循環(huán)期間通過調(diào)節(jié)陽(yáng)電極電流與陰電極電流的比值控制焊池的熱量。
本發(fā)明的另一目的在于一種STT焊機(jī)的操作，而不需要保護(hù)氣體，并且通過極性比值調(diào)節(jié)來控制焊池溫度。
由如下與附圖一起進(jìn)行的描述，其他目的和優(yōu)點(diǎn)將成為顯然。


圖1是連線圖，表明本發(fā)明焊接控制電路的寬廣方面；圖2是兩個(gè)管段端部之間的槽和在形成根部焊道的槽中的電極位置的部分視圖；圖3是電極管嘴和其中的有芯電極的剖視圖；圖4是曲線圖，表明在本發(fā)明中使用的系統(tǒng)和方法中采用的單個(gè)焊接循環(huán)的代表性曲線外形，其中電極是正觸點(diǎn)而工件是負(fù)觸點(diǎn)；圖5是類似于圖4中所示的單個(gè)焊接循環(huán)的顛倒曲線外形，其中電極是負(fù)的而工件是正的；圖6是使用短路程序在焊接過程中實(shí)現(xiàn)選擇焊接循環(huán)的極性的方法的一種焊機(jī)的連線圖；圖7是具有直線極性的焊接電流的曲線；圖8是具有相反極性的焊接電流的曲線；圖9是在本發(fā)明所示的實(shí)施例中使用的極性選擇器的方塊圖；圖10是焊接電流的曲線，表示最佳實(shí)施例的一種改進(jìn)；及圖11是在焊接過程期間用來從一個(gè)極性移動(dòng)到另一個(gè)極性的極性選擇器的方塊圖；現(xiàn)在參考其中表示僅為了表明本發(fā)明最佳實(shí)施例的目的而不是為了限制本發(fā)明的目的的附圖，圖1表明連接到一個(gè)直流電源上的一種短路電弧焊接系統(tǒng)。最佳類型的短路焊接是表面張力傳遞(SURFACE TENSION TRANSFER)或STT類型的焊接。用于該類型焊接的焊接電路和控制裝置公開在美國(guó)專利證書No.4,972,064中，該專利包含在這里。因此，下面將只進(jìn)行焊接電路的一般討論。
電源是最好由諸如煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類的馬達(dá)10組成的直流電源，馬達(dá)10向一個(gè)發(fā)電機(jī)12供給動(dòng)力以產(chǎn)生交流電流13。交流電流13然后由整流器14整流以形成直流電流20。一個(gè)相控制器16控制整流器14以產(chǎn)生基本均勻的直流電流20。直流電流20然后引導(dǎo)到一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器30中。脈沖的形狀由成形電路32控制，由此用直流電流20經(jīng)輸出端子34、36產(chǎn)生希望脈沖。如能理解的那樣，電源不必是整流的輸出，而能是任何其他適當(dāng)?shù)闹绷髟础?br> 來自脈沖寬度調(diào)制器30的直流電流穿過一個(gè)包括可消耗有芯電極50和工件60的焊接區(qū)域。
參照工件60的焊接，電極50在電極50與工件60接合時(shí)的短路狀態(tài)、與其中電極50遠(yuǎn)離工件60的發(fā)弧狀態(tài)之間交替。在發(fā)弧狀態(tài)期間，為了在以后的短路狀態(tài)下隨著電極向工件進(jìn)給而熔化電極端部和保持熔化的目的，在工件60與電極50之間產(chǎn)生電弧。該類型的焊接循環(huán)示意地表明在圖4和5中。如圖4和5中所示，焊接循環(huán)在短路狀態(tài)與等離子體狀態(tài)之間交替。
在等離子體狀態(tài)期間，為了平滑和有效焊接的目的，必須在所有時(shí)間都產(chǎn)生和保持電弧。為了在焊接循環(huán)期間在各時(shí)刻減小濺射的目的，必須準(zhǔn)確地控制每秒重復(fù)幾次的焊接循環(huán)。脈沖寬度調(diào)制器30以高頻工作。在最佳實(shí)施例中，脈沖寬度調(diào)制器控制器30的工作頻率是20kHz，連續(xù)電流脈沖的寬度由在來自形狀控制器32的線路33上的電壓確定。由于反饋控制系統(tǒng)在焊接循環(huán)中要求較大的電流，所以在線路33上出現(xiàn)較高的電壓，導(dǎo)致在來自脈沖寬度調(diào)制器30的下一個(gè)脈沖期間的脈沖較寬。因而，用于焊接循環(huán)的要求電流每秒變化220,000次。因?yàn)楹附友h(huán)的最高速率一般在每秒100至400個(gè)循環(huán)左右，所以在每個(gè)焊接循環(huán)期間提供多個(gè)更新脈沖。按照已知的實(shí)踐，焊接電流電路包括一個(gè)帶有一根用來控制開關(guān)42的輸出線路40的預(yù)告電路。
焊接電路按照脈沖寬度調(diào)制器控制器30的操作把電流引導(dǎo)到工作區(qū)域，直到在收聚循環(huán)期間dr/dt(其中r是電極電阻)、di/dt或dv/dt指示一個(gè)即將到來的熔化。當(dāng)該檢測(cè)出現(xiàn)時(shí)，在線路40上的邏輯電平改變極性以斷開開關(guān)42。這把電阻器或緩沖器39安置成與主扼流器38串聯(lián)。由于主扼流器具有小的感抗，所以非常少的能量存儲(chǔ)在焊接電流電路中。因此，由電極與工件之間的焊接電路引起的電流流動(dòng)立即下降到由電阻器39確定的值。
按照本發(fā)明，有一個(gè)添加到在焊接電流電路上的一般并聯(lián)本底電流電路。該本底電流電路跨過工件連續(xù)提供五到七安培的電流，而與焊接電路的工作狀態(tài)無關(guān)。結(jié)果，本底電流保證在焊接循環(huán)期間在所有時(shí)刻都有至少五到七安培的電流在電極與工件之間通過，由此防止在焊接循環(huán)的任何階段期間在電極與工件之間的電弧熄滅。
參照?qǐng)D2和3，管邊緣70表明每個(gè)帶有在管邊緣之間形成一個(gè)槽的斜面72。管邊緣離開，從而在管邊緣之間存在一個(gè)間隙74。按照已知的實(shí)踐，最好通過夾持裝置把管邊緣定位并且固定在一起，直到至少根部焊道施加到管邊緣之間的槽上，由此填充間隙74。一根管子地線78接合管子，以在電極50與管子之間完成電弧電路。電極50通過電極管嘴80引導(dǎo)到兩個(gè)管端部之間的槽中。在焊接循環(huán)期間，電極穿過電極管嘴80進(jìn)給，以便把電極端部處的熔化金屬傳送到管端部之間的槽中以形成根部焊道。
參照?qǐng)D3，電極50是包括一個(gè)外金屬套52和一個(gè)電極芯54的可消耗有芯電極。最好金屬電極套52由碳鋼、不銹鋼或某些其他類型的金屬或金屬合金組成。最好把金屬套的成分選擇成類似于管段的基礎(chǔ)金屬成分。電極芯54最好包括焊藥和/或合金和金屬。焊藥可以包括在焊道上產(chǎn)生焊渣的化合物，以保護(hù)焊道直到它固化、以保持焊道到位直到它固化和/或在焊道形成期間保護(hù)焊接金屬。焊藥也可以包括產(chǎn)生保護(hù)氣體以保護(hù)根部焊道免受環(huán)境的不利影響的成分。最好焊藥成分包括在焊接期間產(chǎn)生保護(hù)氣體的氟化物和/或碳酸鹽，以消除在焊接期間對(duì)外部保護(hù)氣體的需要。這樣一種電極的使用大大地簡(jiǎn)化了焊接設(shè)備。消除了對(duì)用于外部保護(hù)氣體的源和裝置的需要。此外，不需要保護(hù)焊道免受環(huán)境影響的專用屏蔽，因?yàn)楸Ｗo(hù)氣體在焊道處形成，因而在所有類型的環(huán)境中保護(hù)焊道。形成在焊道上的焊渣進(jìn)一步保護(hù)焊道免受環(huán)境影響，由此導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)焊道的形成。至此，在該類型的短路焊接中沒有使用焊藥有芯電極。令人驚奇的是，焊藥有芯電極在短路焊機(jī)中工作良好，并且形成適當(dāng)保護(hù)焊道免受大氣有害影響的保護(hù)氣體和焊渣。合金添加劑最好也包括在電極芯54中。最好把合金添加劑選擇成，合金添加劑結(jié)合金屬電極套52的成分，形成具有基本上與金屬管的成分類似的成分的焊道。焊藥有芯電極向焊接方法和設(shè)備提供了這樣的通用性電極既能在焊接期間向焊道提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，而不需要外部保護(hù)氣體，又能借助于相同或近似相同的管金屬成分形成焊道，由此在所有類型的環(huán)境中和對(duì)于各種各樣的管金屬成分形成高質(zhì)量焊道。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4和5，示意地說明本發(fā)明最佳實(shí)施例的操作。圖4表示產(chǎn)生低濺射和防止焊道穿過間隙74而進(jìn)入管道系統(tǒng)的內(nèi)部的希望電流分布。該電流分布劃分成收聚部分、等離子體增加部分、等離子體部分和其中保持電弧的本底部分。在圖4中表明的電流分布中，收聚部分110包括一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)112和一個(gè)預(yù)告電路工作點(diǎn)114。電流分布的等離子體增加部分120包括一個(gè)稱作等離子體部分的衰減部分122。對(duì)于濺射控制系統(tǒng)的操作是關(guān)鍵的等離子體增加部分是在衰減部分之前的恒定電流部分；然而，衰減部分122能稱作等離子體增加部分的結(jié)束或等離子體部分的開始。在衰減部分122之后，電流控制電路移動(dòng)到保持離子體或電弧的本底電流值100。
電流控制電路按照本發(fā)明保持一個(gè)預(yù)選擇的本底電流值，由此防止通過電弧的電流值在任何時(shí)候下降到預(yù)選擇電流的低電流值以下而使電弧熄滅。
電流控制電路設(shè)計(jì)成在焊接循環(huán)的等離子體增加和等離子體部分期間產(chǎn)生電極的所有熔化。當(dāng)本底電流值100出現(xiàn)時(shí)，因?yàn)橥ㄟ^僅由本底電流保持的電弧不能得到熔化電極必需的IR，所以不會(huì)發(fā)生電極50的進(jìn)一步熔化。因而，本底電流只用來保持電弧和處于熔融狀態(tài)的熔融金屬丸。選擇在電極50末端處由離子體增加和等離子體部分形成的熔融金屬量，以在電極末端處熔化預(yù)選擇體積的熔融金屬，并且一旦得到預(yù)選擇的體積就把電流的等離子體部分減小到本底電流。還選擇等離子體增加和等離子體部分的持續(xù)時(shí)間，以防止在管端部70的間隙74周圍的金屬的不必要熔化。金屬的這種過熔化能導(dǎo)致焊接金屬滲入管段的中間。在電流的等離子部分期間，在熔融金屬丸在電極末端處的形成期間，大電流的噴射力迫使熔融金屬離開焊池，直到預(yù)選擇量的熔融金屬已經(jīng)在電極的末端熔化。一旦減小電流，就允許熔融金屬形成丸，并且使槽中的熔融金屬池穩(wěn)定，由此允許在基本上為球形的丸與靜止的焊接金屬池之間的光滑接觸。通過在焊接循環(huán)的等離子體部分期間把預(yù)選擇量的能量或瓦特?cái)?shù)引導(dǎo)到電極中，控制在電極末端處的希望量的熔融金屬。在熔融金屬丸正在電極末端處形成的所有時(shí)間期間，芯部成分釋放保護(hù)氣體，以保護(hù)熔融丸和間隙74中的焊接金屬免受大氣的影響。保護(hù)氣體持續(xù)到熔融丸傳送到間隙74中的熔融金屬中。
一旦在焊接循環(huán)的等離子體增加和等離子體部分期間形成熔融金屬丸，就通過把電極進(jìn)給到池中迫使熔融丸進(jìn)入熔融池中，由此形成短路狀態(tài)。當(dāng)熔融丸與熔融金屬池接合時(shí)，它通過表面張力傳送到池中。該作用使在池與電極中的焊絲之間延伸的熔融金屬最終頸縮，并且然后發(fā)生丸與焊絲的斷裂和分離。因?yàn)樵诜蛛x期間只有小的本底電流，所以出現(xiàn)如果有也非常小的濺射。最好，電流控制電路監(jiān)視熔融金屬丸的頸縮，從而當(dāng)通過電氣凹點(diǎn)迅速減小頸的直徑時(shí)，在收聚曲線110期間的電流流動(dòng)逐漸增大，直到得到即將來臨的熔化的檢測(cè)。一旦出現(xiàn)即將來臨的熔化的檢測(cè)，就把電流減小到本底電流，直到在電極末端的熔融金屬傳送到熔池中。
圖4和5表示一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)STT短路焊接循環(huán)，圖4中的循環(huán)把正端子施加到送進(jìn)的焊絲50上。在該極性情況下，與圖5中所示其中電極是負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)STT焊接循環(huán)相比，熔融金屬池較冷。利用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性、或圖5中所示陰電極狀態(tài)的短路焊接過程，有增大熔融金屬溫度的趨勢(shì)。這種情況通常通過減小STT焊機(jī)的本底電流來緩和。通過利用本發(fā)明的另一個(gè)方面，熔融金屬池的溫度由按照本發(fā)明工作的且如圖6中所示的焊機(jī)200控制。焊機(jī)200隨著電極或焊絲向工件60運(yùn)動(dòng)，在送進(jìn)的有芯金屬電極50的兩端施加焊接脈沖。本發(fā)明的主要方面是有芯電極的使用。本發(fā)明的另外方面能使用實(shí)心焊絲電極。焊機(jī)200包括一個(gè)變換器形式的切換型電源202，該變換器帶有由脈沖寬度調(diào)制器204控制的切換脈沖，連續(xù)電流脈沖的寬度由誤差放大器206輸出處的電壓確定。該放大器從與實(shí)際電弧電流成比例的電流支路208接收電壓。輸入線210把當(dāng)前電壓引導(dǎo)到放大器，放大器有來自標(biāo)準(zhǔn)控制器220的在線212中的希望電流信號(hào)?？刂破?20產(chǎn)生在線212中的電壓，該電壓設(shè)置在變換器或電源202的輸出處分別迅速出現(xiàn)的電流脈沖的寬度。變換器202的輸出級(jí)230包括一個(gè)帶有連接到一個(gè)正整流器236和一個(gè)負(fù)整流器238上的中心抽頭234的變壓器232。在控制器220中的一個(gè)極性選擇器，當(dāng)電源的輸出具有正極性時(shí)提供輸出240中的邏輯電平，而當(dāng)電源轉(zhuǎn)移成負(fù)極性時(shí)提供輸出線242中的邏輯電平。每個(gè)帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器244的開關(guān)Q1、Q2用來控制電感器L1中的電流，電感器L1帶有由開關(guān)Q1控制的一個(gè)正極性部分250和一個(gè)由開關(guān)Q2控制的負(fù)極性部分252。在線240中的邏輯電平閉合開關(guān)Q1，使電流流經(jīng)電感器部分250。在線242中的邏輯電平改變極性，使電流流入電感器L1的負(fù)極性部分252中。只要借助于線240中的邏輯電平使極性是正的，則STT焊機(jī)產(chǎn)生正的電流脈沖，以給出圖7中所示的正極性電流循環(huán)。焊接循環(huán)300表示為正循環(huán)，所有電流都具有正極性。循環(huán)300具有在短路出現(xiàn)時(shí)的開始點(diǎn)t1。本底電流向零減小。此后，收聚電流302使短路的金屬丸借助于張力傳送和電氣收聚傳送，直到產(chǎn)生頸縮，如在304處所示。電流如在部分306處指示的那樣再次急降，以減小濺射。在金屬已經(jīng)通過電氣收聚作用傳送之后，由具有最大電弧電流的等離子體增加脈沖310重新建立等離子體狀態(tài)。等離子體增加脈沖310的區(qū)域確定在送進(jìn)焊絲電極50末端處的熔融金屬丸的總尺寸。在增加脈沖之后，電流具有在本底電流314處結(jié)束的時(shí)間常數(shù)收尾312。在316處出現(xiàn)下一個(gè)短路。只要邏輯1出現(xiàn)在輸出24中，迅速產(chǎn)生的電流脈沖就具有正極性，如圖7中所示。在接收到輸出線242中的邏輯一時(shí)，焊接操作的極性顛倒。產(chǎn)生顛倒的或負(fù)極性的循環(huán)320，如圖8中所示。按照本發(fā)明的該方面，正極性電流循環(huán)300和負(fù)極性電流循環(huán)320的數(shù)量受到控制，以在焊接操作的熔融金屬池中得到希望的熱量。如果池太冷，則相對(duì)于正電流循環(huán)320的數(shù)量而增加負(fù)極性循環(huán)320的數(shù)量。希望的比值通過控制器220中的適當(dāng)選擇器電路得到，該選擇器電路示意地表示在圖9中，其中選擇器電路是用軟件實(shí)現(xiàn)的、帶有一個(gè)非顛倒輸出240和一個(gè)顛倒輸出242的觸發(fā)器350。該輸出由一個(gè)異門電路352選擇，異門電路352帶有由一個(gè)數(shù)字譯碼器354控制的一根設(shè)置輸入線352a和一根復(fù)位輸入線352b。在循環(huán)通過短路開始的時(shí)刻t1，輸入360接收輸入初始脈沖。譯碼器354的調(diào)節(jié)輸入362、364設(shè)置在輸入362處的正電流循環(huán)的數(shù)量與在輸入364處的負(fù)電流循環(huán)的數(shù)量的比值。通過調(diào)節(jié)這兩個(gè)輸入，選擇正電流循環(huán)300對(duì)負(fù)電流循環(huán)320的比值，以控制焊接過程的熱量。為了改變熱量，通過改變?cè)谳斎?62和364處的數(shù)據(jù)操縱該比值。
盡管本發(fā)明該方面的最佳實(shí)施例涉及在焊接過程期間正電流循環(huán)300與負(fù)電流循環(huán)320之間的比值的選擇，但已經(jīng)想出一種可選擇的控制概念，其中按照標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性循環(huán)啟動(dòng)每個(gè)循環(huán)320，然后在循環(huán)中的預(yù)選擇點(diǎn)處轉(zhuǎn)移到正極性循環(huán)。本發(fā)明的該方面表明在圖10中，其中電流循環(huán)400按照負(fù)極性循環(huán)開始，收聚電流部分402后面是標(biāo)準(zhǔn)等離子體增加電流部分404。按照本發(fā)明的該方面，迅速產(chǎn)生的電流脈沖的極性在等離子體增加部分404的結(jié)束410之后轉(zhuǎn)移。在點(diǎn)x處的轉(zhuǎn)移是在時(shí)間延遲TD之后。因而，借助于在點(diǎn)x處的瞬時(shí)極性轉(zhuǎn)移，把收尾部分420劃分成一個(gè)負(fù)部分422和一個(gè)正部分424。此后，電流循環(huán)是正極性，直到循環(huán)的結(jié)束430。觸發(fā)器350轉(zhuǎn)移邏輯狀態(tài)，以等待后沿檢測(cè)器454的下一個(gè)輸出，如圖11中的選擇器S′中所示。在等離子體增加部分的結(jié)束處，檢測(cè)器454讀在輸入452處的后沿，以開始在輸入460處具有人工調(diào)節(jié)時(shí)間的時(shí)間延遲456。以這種方式，通過選擇用來顛倒焊接循環(huán)400的極性的時(shí)間延遲，確定焊池的熱量。為了控制焊接操作的熱量，能進(jìn)行其他改進(jìn)，以對(duì)來自STT焊機(jī)的電流脈沖進(jìn)行正極性與負(fù)極性之間交替。
參照最佳和可選擇的實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明的諸方面。其他改進(jìn)是顯然的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過利用一個(gè)帶有一個(gè)焊絲進(jìn)給器的焊接刮器和一個(gè)沿工件外周緣上的軌道驅(qū)動(dòng)焊接刮器的機(jī)構(gòu)來焊接一個(gè)第一工件的端部和一個(gè)第二工件的端部的方法，該方法包括a.在所述焊接期間沿所述軌道連續(xù)地運(yùn)動(dòng)所述刮器；b.把初始焊道施加到在其間由所述第一和第二工件形成間隙的所述第一和第二工件的相鄰端部上，并且使用進(jìn)給到所述工件的焊絲以形成一個(gè)在工件端部之間的池；及c.在所述初始焊道期間，改變所述焊接刮器的速度和/或所述焊絲的進(jìn)給速率而不停止所述焊接刮器，同時(shí)所述焊接刮器連續(xù)地在所述工件上的所述軌道附近運(yùn)動(dòng)，以保持焊絲的端部在焊池前面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在初始焊道后施加另外的焊道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述焊絲是一根焊藥有芯金屬電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述焊藥有芯金屬電極是自保護(hù)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述焊藥有芯金屬電極包含在芯中的合金化成分，以形成具有與所述兩個(gè)工件的成分基本上相類似的成分的所述根部焊道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的方法，其中所述初始焊道通過使用包括一個(gè)短路傳送部分和一個(gè)受控熔化部分的電波制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述受控熔化部分從包括把預(yù)選擇量的能量施加到電極上或把預(yù)選擇量的功率施加到所述電極上的組中選取。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述受控熔化部分具有在每個(gè)焊接循環(huán)期間用來熔化相對(duì)恒定體積的所述電極的預(yù)選擇的I(t)區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8所述的方法，其中所述電波的所述熔化部分包括一個(gè)預(yù)選擇開始大電流部分和一個(gè)衰減電流結(jié)束部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9所述的方法，其中所述電波限制送到所述焊藥有芯電極上的所述能量，以防止熔融金屬穿過所述間隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10所述的方法，其中所述電波的所述傳送部分包括在短路狀態(tài)結(jié)束處的大電流脈沖，并且施加所述脈沖直到正好在所述短路狀態(tài)的預(yù)計(jì)結(jié)束之前。
12.根據(jù)權(quán)利要求6-11所述的方法，其中所述電波包括本底電流，所述本底電流具有大電感分量、和具有正好在整個(gè)每個(gè)焊接循環(huán)中保持的短路狀態(tài)結(jié)束之后維持電弧必需的值以上的小值。
13.根據(jù)權(quán)利要求6-12所述的方法，其中在所述焊道鋪設(shè)期間控制電波的極性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述熔化部分的至少一部分期間，把所述電波的所述極性保持為正極性。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中在所述熔化部分的至少一部分期間，把所述電波的所述極性保持為負(fù)極性。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15所述的方法，其中所述電波包括一列小寬度電流脈沖，每個(gè)脈沖具有所述焊絲相對(duì)于所述兩個(gè)工件給出的電氣極性。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16所述的方法，其中所述電波的極性在焊接循環(huán)的開始處在第一極性與第二極性之間移動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中對(duì)于第一數(shù)量的連續(xù)焊接循環(huán)選擇所述電波的一種極性，而對(duì)于第二數(shù)量的連續(xù)循環(huán)選擇所述電波的另一種極性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中連續(xù)焊接循環(huán)的所述第一數(shù)量不同于連續(xù)焊接循環(huán)的所述第二數(shù)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19所述的方法，其中所述電流脈沖具有大于約10kHz的頻率。
21.根據(jù)權(quán)利要求13-20所述的方法，其中所述電源包括一個(gè)中心抽頭的電感器，該電感器帶有一個(gè)產(chǎn)生所述第一極性的第一部分和一個(gè)產(chǎn)生所述第二極性的第二部分，所述第一部分跨過所述焊絲和所述工件通過閉合一個(gè)第一開關(guān)開連接，所述第二部分跨過所述焊絲和工件通過閉合一個(gè)第二開關(guān)開連接，所述第一開關(guān)和/或所述第二開關(guān)在給定焊接循環(huán)中的選擇位置處閉合。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述選擇位置是在所述給定焊接循環(huán)的開始處。
23.根據(jù)權(quán)利要求13-22所述的方法，其中所述電波的極性作為以一種極性施加到所述焊絲和所述熔池上的能量的累計(jì)量、和以另一種極性施加到所述焊絲和所述熔池上的能量的累計(jì)量的函數(shù)而交替。
24.根據(jù)權(quán)利要求6-23所述的方法，其中所述電源是一個(gè)帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)一個(gè)整流器的輸出變壓器的變換器。
25.根據(jù)權(quán)利要求6-24所述的方法，其中所述電波通過使用一個(gè)表面張力傳送(STT)電源制成。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25所述的方法，其中相對(duì)于所述焊池觀察焊絲的端部。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-26所述的方法，包括當(dāng)焊接刮器在周緣附近運(yùn)動(dòng)時(shí)響應(yīng)焊池的觀察來改變所述刮器的速度和/或所述焊絲的進(jìn)給速率。
28.根據(jù)權(quán)利要求1-27所述的方法，其中改變由一個(gè)焊絲進(jìn)給器排出的焊絲速度，并且改變所述焊接刮器的速度。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-28所述的方法，其中由一個(gè)焊絲進(jìn)給器排出的焊絲速度是繞軌道的焊接刮器的速度的函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1-29所述的方法，其中遠(yuǎn)程改變焊接刮器的速度。
31.根據(jù)權(quán)利要求1-30所述的方法，其中所述焊接頭在所述第一與第二工件端部之間擺動(dòng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述擺動(dòng)的寬度是可調(diào)節(jié)的。
33.根據(jù)權(quán)利要求1-32所述的方法，其中所述焊接頭離所述第一和第二工件端部的高度是可調(diào)節(jié)的。
34.根據(jù)權(quán)利要求1-33所述的方法，其中所述焊接頭相對(duì)于所述第一和第二工件端部的角度是可調(diào)節(jié)的。
35.一種用來在一個(gè)第一工件和一個(gè)第二工件之間的間隙處焊接其兩個(gè)隔開端部的設(shè)備，該設(shè)備包括a.一個(gè)焊接支架，緊密地相鄰所述間隙定位；b.一個(gè)電源，連接到所述電氣支架上；c.一個(gè)焊接刮器，包括一個(gè)焊絲進(jìn)給器、一個(gè)焊接頭、一根焊絲、及一個(gè)繞所述工件周緣引導(dǎo)所述焊接刮器的機(jī)構(gòu)；d.一個(gè)連接器，把所述刮器的焊接頭連接到所述電源上；及e.一個(gè)速度控制器，在焊道的形成期間在所述工件附近連續(xù)地運(yùn)動(dòng)焊接刮器，所述速度控制器在所述焊道形成期間控制所述焊接刮器的速度。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述焊絲進(jìn)給器可控制地向所述間隙運(yùn)動(dòng)所述焊絲。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的設(shè)備，其中所述焊絲是一根焊藥有芯金屬電極。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述焊藥有芯金屬電極是自保護(hù)電極。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的設(shè)備，其中所述焊藥有芯金屬電極包含在芯中的合金化成分，以形成具有與所述工件的成分基本上相類似的成分的焊道。
40.根據(jù)權(quán)利要求35-39所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)把電流供給到所述焊絲的焊接電流電路，所述焊接電流電路包括一個(gè)產(chǎn)生傳送電流的第一電路、和一個(gè)產(chǎn)生熔化電流的第二電路，所述第二電路把足夠量的電流施加到所述焊絲上，以在所述間隙中形成根部焊道。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中所述第二電路把預(yù)選擇量的能量引導(dǎo)到所述焊絲，以在每個(gè)焊接循環(huán)期間熔化相對(duì)恒定體積的所述焊絲。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的設(shè)備，其中所述焊接電路限制引導(dǎo)到所述焊絲上的能量的量，以防止熔融金屬穿過所述間隙。
43.根據(jù)權(quán)利要求40-42所述的設(shè)備，其中在所述焊絲上的所述熔融金屬與所述間隙形成短路狀態(tài)之前，所述第一電路減小送到所述焊絲的電流量。
44.根據(jù)權(quán)利要求40-43所述的設(shè)備，其中所述第二電路產(chǎn)生一種衰減電流分布。
45.根據(jù)權(quán)利要求40-44所述的設(shè)備，其中所述第一電路控制在短路狀態(tài)結(jié)束時(shí)的大電流脈沖，并且施加所述脈沖直到剛好在所述短路狀態(tài)的預(yù)計(jì)結(jié)束之前。
46.根據(jù)權(quán)利要求40-45所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)極性控制器，所述極性控制器至少在所述熔化電流的一部分期間保持正極性。
47.根據(jù)權(quán)利要求40-46所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)極性控制器，所述極性控制器至少在所述熔化電流的一部分期間保持負(fù)極性。
48.根據(jù)權(quán)利要求40-47所述的設(shè)備，其中所述電源產(chǎn)生一列小寬度電流脈沖，諸電流脈沖構(gòu)成帶有一個(gè)短路傳送部分和一個(gè)等離子體電弧熔化部分的焊接循環(huán)，在所述循環(huán)中的所述電流脈沖的每一個(gè)具有相對(duì)于所述兩個(gè)工件的所述送進(jìn)焊絲的給定電氣極性，并且包括一個(gè)極性選擇器，以在使所述焊絲是正的第一極性與使所述焊絲是負(fù)的第二極性之間選擇所述循環(huán)中所述脈沖的極性。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其中所述極性選擇器包括在焊接循環(huán)的開始處在所述第一極性與所述第二極性之間的移動(dòng)。
50.根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的設(shè)備，其中所述極性選擇器包括一個(gè)譯碼器，具有用來對(duì)于第一數(shù)量的連續(xù)焊接循環(huán)選擇所述第一或第二極性之一的第一狀態(tài)、和用來對(duì)于第二數(shù)量的連續(xù)循環(huán)選擇所述極性中另一個(gè)的第二狀態(tài)；和一個(gè)在焊接操作期間用來在所述第一和第二狀態(tài)之間交替的裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的設(shè)備，其中所述第一數(shù)量不同于所述第二數(shù)量。
52.根據(jù)權(quán)利要求48-51所述的設(shè)備，其中所述循環(huán)每一個(gè)具有希望的電弧電流，并且包括一個(gè)檢測(cè)實(shí)際電弧電流的支路、和一個(gè)把所述實(shí)際電弧電流與所述希望電弧電流相比較以控制所述電流脈沖的寬度的誤差放大器。
53.根據(jù)權(quán)利要求48-52所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器，以便以大于約10kHz的頻率產(chǎn)生所述電流脈沖。
54.根據(jù)權(quán)利要求48-53所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)中心抽頭的電感器，帶有一個(gè)產(chǎn)生所述第一極性的第一部分和一個(gè)產(chǎn)生所述第二極性的第二部分；一個(gè)第一開關(guān)，用來在所述焊絲與所述工件之間連接所述電感器的所述第一部分；一個(gè)第二開關(guān)，用來在所述焊絲與所述工件之間連接所述電感器的所述第二部分；及所述選擇器裝置，包括用來在給定焊接循環(huán)期間閉合所述第一開關(guān)或所述第二開關(guān)的裝置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其中所述閉合出現(xiàn)在焊接循環(huán)的開始處。
56.根據(jù)權(quán)利要求40-55所述的設(shè)備，其中所述電源是一個(gè)帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)一個(gè)整流器的輸出變壓器的變換器。
57.根據(jù)權(quán)利要求40-56所述的設(shè)備，其中所述電源是一個(gè)STT電源。
58.根據(jù)權(quán)利要求35-57所述的設(shè)備，包括一個(gè)當(dāng)焊接刮器在所述工件的周緣附近運(yùn)動(dòng)時(shí)改變所述焊接刮器的速度和/或所述焊絲的進(jìn)給速率的機(jī)構(gòu)。
59.根據(jù)權(quán)利要求35或58所述的設(shè)備，其中遠(yuǎn)程改變焊接刮器的速度。
60.根據(jù)權(quán)利要求35-59所述的設(shè)備，其中所述焊絲進(jìn)給器改變由所述焊絲進(jìn)給器進(jìn)給的所述焊絲的速度。
61.根據(jù)權(quán)利要求35-60所述的設(shè)備，其中由所述焊絲進(jìn)給器排出的焊絲速度是繞所述軌道的焊接刮器的速度的函數(shù)。
62.根據(jù)權(quán)利要求35-61所述的設(shè)備，包括一個(gè)把所述焊接頭在所述第一與第二工件端部之間擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的設(shè)備，其中所述擺動(dòng)的寬度是可調(diào)節(jié)的。
64.根據(jù)權(quán)利要求35-63所述的設(shè)備，包括一個(gè)調(diào)節(jié)所述焊接頭離所述第一和第二工件端部的高度的機(jī)構(gòu)。
65.根據(jù)權(quán)利要求35-64所述的設(shè)備，包括一個(gè)調(diào)節(jié)所述焊接頭相對(duì)于所述第一和第二工件端部的角度的機(jī)構(gòu)。
66.根據(jù)權(quán)利要求35-65所述的設(shè)備，包括一個(gè)調(diào)節(jié)所述焊接頭離所述第一和第二工件端部的高度的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種在兩個(gè)管段之間的槽處短路電弧焊接兩個(gè)管段的兩個(gè)隔開端部的設(shè)備和方法。該方法和設(shè)備包括使用有芯金屬電極,并且在焊接操作期間把電極向槽運(yùn)動(dòng)。有芯電極通過一個(gè)電氣循環(huán)熔化,該循環(huán)包括一個(gè)傳送部分和一個(gè)等離子體部分?？刂频入x子體部分,以橋接在管段之間的間隙。有芯電極最好是自保護(hù)電極,并且在芯中包含合金化成分。該設(shè)備和方法具有一個(gè)控制整個(gè)焊接過程的各循環(huán)的極性的選擇器。
文檔編號(hào)B23K9/09GK1255418SQ9912152
公開日2000年6月7日 申請(qǐng)日期1999年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月27日
發(fā)明者埃里奧特·K·斯塔瓦 申請(qǐng)人:林肯環(huán)球有限公司