具有可行的焊絲進(jìn)給速率的自動(dòng)確定及焊絲進(jìn)給速率的輔助的部分手動(dòng)選擇的焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】具有可行的焊絲進(jìn)給速率的自動(dòng)確定及焊絲進(jìn)給速率的輔助的部分手動(dòng)選擇的焊接系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年I月3日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2007/000037、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00780002796.2、發(fā)明名稱為“具有可行的焊絲進(jìn)給速率的自動(dòng)確定及焊絲進(jìn)給速率的輔助的部分手動(dòng)選擇的焊接系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及焊絲供給焊接設(shè)備，并且在特定實(shí)施例中，涉及用于控制焊絲電極進(jìn)給(wire electrode advancement)的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]通常的金屬焊接技術(shù)采用由電弧生成的熱量使工件轉(zhuǎn)變?yōu)槿刍癄顟B(tài)，以便于焊接處理。一種使用這種電弧原理的技術(shù)就是焊絲供給焊接(wire-feed welding)。本質(zhì)上，焊絲供給焊接涉及將電流從電源傳送到非?？拷ぜ碾姌O中。當(dāng)足夠靠近時(shí)，從電極到工件的電流電弧構(gòu)成電路并且產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)焊接工件。通常，電極被消耗并且成為焊接點(diǎn)自身的一部分。因此，進(jìn)給新的焊絲電極以取代消耗掉的電極并且維持焊接電弧。如果能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)焊接設(shè)備，則可平穩(wěn)地進(jìn)行焊絲供給進(jìn)給和電弧循環(huán)，從而提供良好的焊接點(diǎn)。
[0004]傳統(tǒng)地，在焊接操作中，無(wú)一例外地根據(jù)特定的焊接點(diǎn)和焊接用的材料，操作者選擇提供給焊接位置的焊接源的等級(jí)和類型。例如，操作者可以在各種類型和尺寸的焊絲電極中選擇，范圍從焊絲電極的直徑到制造焊絲電極的材料。然而，不同種類的焊絲電極在焊接設(shè)備的不同操作設(shè)定下都很好地執(zhí)行。也就是說(shuō)，不同種類的焊絲電極在例如不同的電壓范圍和焊絲供給速度下都很好地操作。例如，給定的0.023英寸的低碳鋼焊絲電極可以在17伏特下以每分鐘250英寸的焊絲供給速度很好地工作，而0.035英寸的低碳鋼可以在19伏特下以每分鐘230英寸的焊絲供給速度很好地工作。
[0005]傳統(tǒng)上，焊接設(shè)備依賴于操作者的知識(shí)和洞察力來(lái)選擇對(duì)于所使用的焊絲電極和焊接條件來(lái)說(shuō)最合適電壓和焊絲供給設(shè)定。不幸的是，在許多情況下，焊接操作者是這個(gè)領(lǐng)域的新手，特別是在便攜式焊接設(shè)備的情況下。如果操作者不能正確地調(diào)節(jié)電壓和焊絲供給速度設(shè)定，則電弧可能不足以產(chǎn)生很好的焊接點(diǎn)，或者根本不能產(chǎn)生焊接點(diǎn)。進(jìn)一步，在傳統(tǒng)的設(shè)備中，焊絲供給速度控制和電壓控制彼此之間完全獨(dú)立，因此使得操作者很難在焊接進(jìn)行時(shí)調(diào)節(jié)這兩項(xiàng)參數(shù)。
[0006]因此，存在著提供用于控制焊絲供給焊接設(shè)備的改進(jìn)的裝置和方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本技術(shù)提供了一種能夠自動(dòng)地確定焊絲電極的進(jìn)給速率的焊接系統(tǒng)。例如，設(shè)備可包括:控制電路，用于響應(yīng)來(lái)自焊接系統(tǒng)的電壓選擇設(shè)備的信號(hào)來(lái)確定焊絲電極的進(jìn)給速率。因此，根據(jù)操作者所選擇的電壓-經(jīng)由電源選擇設(shè)備來(lái)選擇-控制電路將會(huì)相應(yīng)地確定合適的焊絲電極進(jìn)給的速率并且控制進(jìn)給機(jī)構(gòu)(例如，電動(dòng)馬達(dá))。有利地，電壓等級(jí)與焊絲供給速度控制的相互聯(lián)系可非常便于缺少經(jīng)驗(yàn)的操作者的使用，并且進(jìn)一步，可便于例如在焊接處理中對(duì)兩個(gè)操作參數(shù)進(jìn)行獨(dú)自的調(diào)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]當(dāng)參考所附的附圖來(lái)閱讀下面的【具體實(shí)施方式】時(shí)，可以更好地理解本發(fā)明的這些和其他的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中，相同的標(biāo)記在所有的附圖中表示相同的部件，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本技術(shù)的示例性實(shí)施例的焊絲供給焊接系統(tǒng)的圖示；
[0010]圖2是根據(jù)本技術(shù)的示例性實(shí)施例的焊絲供給焊接系統(tǒng)控制的圖示；
[0011]圖3是根據(jù)本技術(shù)的示例性實(shí)施例的焊絲供給焊接系統(tǒng)控制的圖示；和
[0012]圖4是根據(jù)本技術(shù)的示例性實(shí)施例的焊絲供給焊接系統(tǒng)控制面板的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如下面所詳細(xì)討論的一樣，根據(jù)特定實(shí)施例，本技術(shù)提供了用于控制在焊接設(shè)備中的焊絲電極的進(jìn)給的方法和裝置。例如，結(jié)合有本技術(shù)的金屬惰性氣體(MIG)焊接系統(tǒng)可包括用于使焊絲供給速度和電壓等級(jí)相聯(lián)系或是將電壓等級(jí)和焊絲供給速度相聯(lián)系的“自動(dòng)”設(shè)定。因此，在這樣的系統(tǒng)中，如果操作者將要對(duì)焊絲電極調(diào)節(jié)電壓，則焊絲供給速度將會(huì)被自動(dòng)地調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)新的電壓設(shè)定?？蛇x地，所選擇的焊絲供給速度可自動(dòng)地確定輸出電壓等級(jí)。有利地，電壓等級(jí)控制與焊絲供給控制之間的相互聯(lián)系的關(guān)系可幫助操作者獲得期望的性能，并且進(jìn)一步，可通過(guò)單個(gè)輸入旋鈕來(lái)便于焊接設(shè)備的多功能控制。圖1示出了包括這種焊絲供給控制技術(shù)的實(shí)施例的示例性焊接系統(tǒng)。實(shí)際上，系統(tǒng)10可用于便攜式使用，并且通常由經(jīng)驗(yàn)較少的操作者來(lái)設(shè)置這種系統(tǒng)。然而，在繼續(xù)說(shuō)明之前，值得注意的是，下面的討論僅涉及本技術(shù)的示例性實(shí)施例。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)不應(yīng)該被視為局限于在這里所說(shuō)明的這些實(shí)施例。
[0014]回到示例性焊接系統(tǒng)10，它包括用于相對(duì)于工件14來(lái)定義焊接操作的位置的焊炬12。將焊炬12放置在靠近工件14的位置處以使由電源16提供的電流-電源16可將到來(lái)的交流(ac)電能轉(zhuǎn)換為合適的直流(dc)電能-經(jīng)由焊炬電纜18傳送到焊炬12，以形成從焊炬12到工件14的電弧?？傊?，這種電弧構(gòu)成了從電源16經(jīng)由焊炬電纜18到焊炬，再到焊絲電極，再到工件14，并且在工件14的末端回到通常接地的電源16的電路。有利地，這種電弧產(chǎn)生可使工件14和/或填充金屬轉(zhuǎn)化為熔化狀態(tài)的相對(duì)大量的熱量，以便于焊接。
[0015]為了產(chǎn)生電弧，示例性系統(tǒng)10包括用于向焊炬電纜18并且繼而向焊炬12提供可消耗的焊絲電極的焊絲供給裝置20。焊炬12經(jīng)由位于頸部組件(neck assembly)的觸頭(未示出)引導(dǎo)電流到焊絲電極，從而在出口的焊絲電極與工件14之間產(chǎn)生電弧。
[0016]為了在焊接中保護(hù)焊接區(qū)域免受污染，為了加強(qiáng)電弧性能并且改善所得到的焊接點(diǎn)，示例性系統(tǒng)10包括用于經(jīng)由焊炬電纜18向焊炬12供給惰性保護(hù)氣體的氣體源22。然而，值得注意的是，可以使用包括各種流體和微粒固體在內(nèi)的多種保護(hù)氣體來(lái)保護(hù)焊接位置。此外，特定的焊絲電極可被設(shè)計(jì)為用來(lái)在無(wú)需保護(hù)材料的條件下操作。
[0017]通過(guò)緊固到手柄26的觸發(fā)器24的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接源(例如，焊接電流、焊絲電極以及保護(hù)氣體)的進(jìn)給。通過(guò)壓下觸發(fā)器24 (箭頭28)，設(shè)置在觸發(fā)器24中的開(kāi)關(guān)閉合，弓丨起指令焊接源進(jìn)入焊炬電纜18的電信號(hào)的發(fā)送。例如，壓下觸發(fā)器24可對(duì)控制電路30發(fā)出信號(hào)，繼而電路30啟動(dòng)用于使焊絲電極進(jìn)給到焊炬電纜18的馬達(dá)32，開(kāi)啟閥門以使保護(hù)材料流動(dòng)，并且指令電源向焊絲電極輸出期望的電能等級(jí)。有利地，控制電路30包括存儲(chǔ)器部件34，用于存儲(chǔ)編程指令、命令程序、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)等?？刂齐娐?0還包括處理設(shè)備，諸如處理器36、編程邏輯電路(PLC)、以及其他類型的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接系統(tǒng)10的控制。
[0018]為了調(diào)節(jié)焊接系統(tǒng)10的操作參數(shù)，提供了一對(duì)輸入設(shè)備:焊絲供給速度控制器38和電壓控制器40。如上所述，這些輸入設(shè)備是電位計(jì)設(shè)備(即，POTS);然而，還可以想到諸如鍵盤(pán)的其他類型的輸入設(shè)備。每個(gè)POT控制器包括可定位在對(duì)應(yīng)于特定操作參數(shù)的分度位置之間的旋鈕42。例如，在所示的焊接系統(tǒng)10中，電源16輸出從十到四十伏特的操作范圍內(nèi)的電能。操作者可通過(guò)旋轉(zhuǎn)在電壓控制器40上的旋鈕42處于分度位置之間來(lái)控制對(duì)焊絲電極輸出的電壓，這些分度位置被標(biāo)記為從“ I ”到“7”。如果期望接近40V的電壓，可旋轉(zhuǎn)旋鈕42到“7”的位置。相反地，如果期望較小的輸出電壓，則可旋轉(zhuǎn)在電壓控制器40上的旋鈕42到“I”的位置。相似地，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊絲供給速度控制器38的旋鈕42處于“3”到“7”的位置之間來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的焊絲供給速度，其中，“3”的位置是最低的操作焊絲供給速度(例如，每分鐘75英寸)并且“7”表示最快(例如，每分鐘1400英寸)。
[0019]當(dāng)處于手動(dòng)模式下，基于要得到的焊接點(diǎn)類型、焊絲電極的類型和尺寸、以及其它相關(guān)因素，操作者依賴他或她的焊接洞察力來(lái)選擇合適的電壓等級(jí)和焊絲供給速度設(shè)定。然而，許多操作者可能不具有通常有助于作出上述決定的廣泛的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。結(jié)果，焊接系統(tǒng)10的不良調(diào)節(jié)成為可能。例如，如果與電壓等級(jí)設(shè)定相比較焊絲供給速度設(shè)定太慢，則可能不能形成電弧或是電弧過(guò)早地熄滅。相反地，如果對(duì)于給定的電壓等級(jí)設(shè)定來(lái)說(shuō)焊絲供給速度設(shè)定太快，則焊接點(diǎn)的質(zhì)量可能會(huì)降低。此外，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)模式下，操作者可受益于來(lái)自電壓設(shè)定方面的調(diào)節(jié)，繼而電壓設(shè)定方面的調(diào)節(jié)又受益于在焊絲供給速度設(shè)定方面的調(diào)節(jié)。不幸的是，在手動(dòng)模式下，操作者可發(fā)現(xiàn)在同時(shí)操作焊絲供給速度控制器38和電壓控制器40兩者時(shí)，很難通過(guò)壓下觸發(fā)器24來(lái)維持電弧。
[0020]為了減輕這種擔(dān)心，示例性焊接系統(tǒng)10包括在焊絲供給速度控制器38上的“自動(dòng)”設(shè)定44。如圖2所示，將焊絲供給速度控制器38放置在“自動(dòng)”設(shè)定44處會(huì)使焊接系統(tǒng)10從手動(dòng)模式過(guò)渡到更加自動(dòng)的模式。例如，通過(guò)選擇“自動(dòng)”設(shè)定44，控制電路30自動(dòng)地將電壓等級(jí)設(shè)定與焊絲供給速度設(shè)定聯(lián)系起來(lái)，自動(dòng)地基于所選擇的電壓等級(jí)設(shè)定來(lái)調(diào)節(jié)焊絲供給速度設(shè)定。如上所述，當(dāng)電壓控制器40處于“4”的位置處時(shí)，控制電路30與其處理器36和在存儲(chǔ)器34中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一起確定合適的焊絲供給速度設(shè)定，在這種情況下，焊絲供給速度設(shè)定對(duì)應(yīng)于“4”的電壓等級(jí)設(shè)定?？赏ㄟ^(guò)在存儲(chǔ)器34中存儲(chǔ)的查找表，或是通過(guò)使用合適的算法，以及各種其它關(guān)聯(lián)技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)。
[0021]此外，在電壓控制上也可實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)”設(shè)定，基于所選擇的電壓等級(jí)，系統(tǒng)確定焊絲供給速度。
[0022]在操作中，例如，通過(guò)將調(diào)節(jié)電壓控制器40設(shè)定至“3”的位置處，操作者可確定期望得到更合適的電壓設(shè)定。接下來(lái)，控制電路30將確定合適的焊絲供給速度設(shè)定-例