用于控制電弧焊接工藝的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于控制電弧焊接工藝的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及焊接系統(tǒng)，并且更具體地講，涉及控制電弧焊接工藝的參數(shù)。
[0002] 為了實現(xiàn)各種目的已經(jīng)實施了各式各樣的焊接系統(tǒng)和焊接控制制度。在連續(xù)焊接 操作中，氣體保護金屬電弧焊（GMW)技術(shù)通過從焊炬供給由惰性氣體或活性氣體保護的 填充材料而允許用于形成連續(xù)焊珠。電能被施加于焊絲并且回路通過工件來形成以維持熔 化焊絲和工件以形成所期望的焊縫的電弧。某些相關(guān)工藝不使用保護氣體，并且可以依靠 焊絲中的成分來形成并保護進行的焊接。
[0003] 在其各種形式中，GMAW焊接涉及在形成電極并朝著工件前進的焊絲上施加受控的 電壓和電流以在電極與工件之間建立電弧。焊絲電極通常由與焊接電源耦接的送絲機供 給，盡管在一些系統(tǒng)中，送絲機可以集成在電源中，或者焊絲可以由焊炬供給（例如，"拉絲 焊槍"）。一般而言，人類操作者可以握住并控制焊炬，或者焊炬可以是自動化系統(tǒng)的一部 分，通常由機器人設(shè)備操作。焊接參數(shù)可以設(shè)置用于所有的這些工藝，包括電流和電壓水 平、送絲速度等。對于手動應(yīng)用，由操作者調(diào)節(jié)行進速度（焊炬前進以形成焊縫的速率），而 在自動化應(yīng)用中，這可以提前設(shè)置用于特定的焊縫和工件。
[0004] 在GMW和相關(guān)的焊接工藝中，各種焊接參數(shù)受到控制以維持電極與工件之間的 焊接電弧所期望的電弧長度。恒定的電弧長度可以提供相對一致的焊珠輪廓和焊縫熔深， 這可以增強焊縫的某些結(jié)構(gòu)質(zhì)量和美學(xué)特征。GMW焊接系統(tǒng)一般利用電壓反饋來維持焊接 電弧上均勻的電壓降，該電壓降與均勻的電弧長度大致對應(yīng)。不幸的是，難以精確地確定由 于電極在其朝著工件前進時延伸體的變化引起的焊接電弧上的電壓降以及難以解釋的其 他電壓降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在第一實施例中，一種焊接系統(tǒng)包括電極和電源，所述電極被配置成朝著工件前 進，并且所述電源被配置成提供電力流（交流、直流、脈沖等）到所述電極用于在所述電極 與所述工件之間產(chǎn)生焊接電弧。所述焊接系統(tǒng)還包括第一傳感器和第二傳感器，所述第一 傳感器被配置成感測所述焊接電弧的光強度，并且所述第二傳感器被配置成感測通過所述 電源提供到所述電極的電流。此外，所述焊接系統(tǒng)包括控制器，所述控制器與所述第一傳感 器和所述第二傳感器通信地耦接并且被配置成相關(guān)于所述電流修改所述光強度。所述控制 器被配置成基于所述修改的光強度控制所述焊接系統(tǒng)的焊接參數(shù)。
[0006] 在另一個實施例中，一種方法包括通過光傳感器檢測由焊接系統(tǒng)的電極與工件之 間產(chǎn)生的焊接電弧發(fā)出的光強度。所述方法還包括通過電流傳感器檢測從所述焊接系統(tǒng)的 電源提供到所述電極的電力的電流。此外，所述方法包括通過所述焊接系統(tǒng)的控制電路，相 關(guān)于所述檢測的電流修改所述檢測的光強度以確定所述焊接電弧修改的光強度。另外，所 述方法包括基于所述修改的光強度控制所述焊接系統(tǒng)的焊接參數(shù)。
[0007] 在另外的實施例中，焊接系統(tǒng)包括控制電路。所述控制電路被配置成接收表示所 述焊接系統(tǒng)的電極與工件之間的焊接電弧的光強度的信號；接收表示供應(yīng)到所述電極用于 產(chǎn)生所述焊接電弧的電力的電流的信號。此外，所述控制電路被配置成相關(guān)于表示所述電 流的所述信號修改表示所述光強度的信號。另外，所述控制電路被配置成基于所述修改的 表示所述光強度的信號提供控制信號到所述焊接系統(tǒng)的電源。
【附圖說明】
[0008] 當參考附圖閱讀以下詳細說明時，會更加明白本發(fā)明的這些和其他特征、方面和 優(yōu)點，附圖中相似的附圖標記代表在整個附圖中相似的零件，其中：
[0009] 圖1是可以使用弧光控制系統(tǒng)的焊接系統(tǒng)的實施例的框圖；
[0010] 圖2是用于操作圖1的焊接系統(tǒng)的方法的實施例的工藝流程圖；
[0011] 圖3是安裝在焊炬上的光傳感器的實施例的透視圖；
[0012] 圖4是用于檢測焊接電弧的光強度的傳感器的實施例的前視圖；
[0013] 圖5是用于操作圖1的焊接系統(tǒng)的方法的實施例的工藝流程圖；
[0014] 圖6是用于說明響應(yīng)送絲速度的變化自動調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的實施例的曲線圖；
[0015] 圖7是基于圖1的焊接系統(tǒng)的感測參數(shù)之間的相位變化所確定的有效增益值的實 施例的曲線圖；
[0016] 圖8是用于提供弧光控制的控制電路的實施例的概略圖示；并且
[0017] 圖9是安裝在用于控制焊接系統(tǒng)參數(shù)的焊接頭盔上的光傳感器的實施例的透視 圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明的實施例針對基于焊接系統(tǒng)產(chǎn)生的焊接電弧的感測光強度控制焊接系統(tǒng) 參數(shù)的系統(tǒng)和方法。除用于檢測光強度的光傳感器之外，焊接系統(tǒng)包括用于確定流過焊接 電極以產(chǎn)生電弧的電流的電流傳感器?？刂齐娐房梢越邮张c檢測的光強度和檢測的電流對 應(yīng)的信號，并且處理信號以確定與焊接電弧的長度成正比的修改的光強度。這可以涉及相 關(guān)于檢測的電流修改檢測的光強度。由于修改的光強度與焊接電弧長度對應(yīng)，所以焊接系 統(tǒng)可以利用修改的光強度作為主要反饋參數(shù)以控制電弧長度。更具體地講，控制電路可以 發(fā)送控制信號到用于調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的電力轉(zhuǎn)換電路。因此，電源可以以所期望的電流和/ 或電壓提供電力到電極以維持用于所期望的焊縫的合適的電弧長度的焊接電弧。
[0019] 修改的光強度可以是比系統(tǒng)元件上的電壓降（一般用于常規(guī)焊接系統(tǒng)）更精確的 電弧長度指標。在這種系統(tǒng)中，控制焊接工藝可以通過維持所期望水平的焊接電壓來實現(xiàn)。 該電壓可以包括許多不同的焊接元件上的電壓降，包括焊接引線、電纜連接、焊炬導(dǎo)電嘴的 接觸點、電極從接觸點的延伸體等。然而，用于確定系統(tǒng)上的電壓降的電壓引線可能由于接 觸點和電極延伸體而無法采集電壓降。電極延伸體上的電壓降在整個焊接操作期間變化， 使得檢測的電壓不是電弧長度完全精確的指標。與檢測的電壓不同，修改的光強度響應(yīng)朝 著工件供給的焊絲的電極延伸體的變化而變化。以此方式，當前公開的實施例中計算的修 改光強度可以提供比檢測的電壓更好的電弧長度的指標。然而，在一些實施例中，仍然可以 監(jiān)測電壓作為附加的反饋參數(shù)。例如，電壓信號可以用于檢測光強度信號的劣化或者提供 焊接參數(shù)控制的精細調(diào)節(jié)。
[0020] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1是根據(jù)本技術(shù)的焊接系統(tǒng)10的實施例的框圖。焊接系統(tǒng)10 被設(shè)計成用于在工件14上產(chǎn)生焊接電弧12。焊接電弧12可以是任何焊接類型，并且可以 按照任何所期望的方式定向，包括MIG、金屬極活性氣體（MAG)、各種波形、串聯(lián)設(shè)置等。焊 接系統(tǒng)10包括電源16,該電源可以與例如電力網(wǎng)的電力源18耦接。當然，可以利用其他 電力源，包括發(fā)電機、引擎驅(qū)動電源組等。在圖示的實施例中，送絲機20與氣源22和電源 16耦接，并且通過焊接電纜27供應(yīng)焊絲24到焊炬26。電源16提供電力流到焊絲24上， 該焊絲充當電極。焊絲24通過焊炬26供給以形成焊接電弧12,由焊接電弧12熔化，并且 沉積在工件14上。
[0021] 送絲機20通常包括控制電路，一般圖示為附圖標記28,該控制電路調(diào)節(jié)來自線軸 30的焊絲24的供給，并且命令電源16的輸出。線軸30包括在焊接操作期間消耗的一定長 度的焊絲24。通常在控制電路28的控制下通過使用電動機由焊絲驅(qū)動組件32使焊絲24 前進。此外，工件14通過連接到工作電纜36上的夾具34與電源16耦接，以便當焊絲24 與工件14之間建立焊接電弧12時完成電路。
[0022] 將焊炬26放置在靠近工件14的位置允許由電源16提供的并且送到焊炬26的電 流從焊絲24到工件14形成電弧。如上所述，這種電弧完成了一個電路，該電路包括電源16、 焊炬26、工件14和工作電纜36。特別地，在操作時，電流從電源16流到焊炬26,流到工件 14,該工件通常向后與電源16連接上。電弧產(chǎn)生相對大量的熱量，這些熱量使工件14的一 部分以及焊絲24的填充金屬過渡到熔融狀態(tài)，從而形成焊縫。
[0023] 為了在焊接期間保護焊接區(qū)不被氧化或污染，以增強電弧性能，并且為了改善所 得的焊縫，焊接系統(tǒng)10還可以從氣源22供給惰性保護氣體到焊炬26。然而，值得注意的 是，除惰性保護氣體之外或者替代惰性保護氣體，可以使用用于保護焊接位置的各種保護 材料，包括活性氣體和固體顆粒。
[0024] 焊接系統(tǒng)10可以被設(shè)計成允許由操作者選擇數(shù)據(jù)設(shè)置，特別是通過設(shè)置在電源 16上的操作界面38。操作界面38可以整合在電源16的前面板中，并且可以允許用于選擇 設(shè)置，例如焊接工藝的類型、將要使用的焊絲類型、焊接參數(shù)設(shè)置等。這些焊接設(shè)置被通信 到電源16內(nèi)的控制電路40。應(yīng)當注意的是，當在本公開中提及"GMAW"焊接時，可以在使用 或不使用惰性氣體的情況下，例如，使用藥芯焊絲或金屬芯焊絲，使用本文描述的焊接、焊 炬26和技術(shù)。
[0025] 控制電路40控制焊接系統(tǒng)10的焊接參數(shù)。更具體地講，控制電路40操作以控制 施加于焊絲24用