专利名称：用于在短弧焊接期间断开短路的方法以及用于短弧焊接的焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在短弧焊接期间断开或切断短路的方法，当发生短路时，开始时帧，其中执行确定的电流轮廓以便在时帧中断开短路，并且如果时帧超出则增加电流。另外，本发明涉及一种用于短弧焊接的焊接装置，其具有至少一个电源、控制单元以及与它们相连的焊炬。
背景技术：
已知方法的缺点是在任何短路期间，不考虑短路持续的时间，执行具有相同数值或参数和波形的相同的电流轮廓。因此，对工艺没有影响，并且焊接质量几乎得不到改进。这种方法例如从W02008/137371A2、W02009/040620A1、EP0324960A1 或 DE2342710C3 中获得。
发明内容
本发明的目的是建立一种如上所述用于在短弧焊接期间断开或切断短路的方法以及一种如上所述用在所述方法中的焊接装置，以便显著地改进焊接质量并且保持焊接过程的稳定性。已知方法和焊接装置的缺点将会被消除或至少减小。通过上述方法实现了所述目的，其中，在短路期间在指定的时帧截止之后，检测用于断开所述短路的电流轮廓，并且储存或保存至少一个数值或参数，并且根据所储存的数值或参数改变后续短路的时帧中的至少一个数值或参数。这里的优点在于，因为用于断开短路的主动改变，所以时帧中电流的增加可以被设置得更平直，从而获得具有更少飞溅释放的软弧，因为当断开短路时更平直的增加曲线会产生更低的弧压力，这导致更少的材料被释放。这意味着，利用显著更短弧的作业也是可以的，因为没有过程变得不稳定及保持该状态的危险，即不会发生“断断续续的声音”。这是因为所述过程通过改变在新短路期间的数值或参数而防止它发生，因为这导致短路在时帧内显著早地断开，从而恢复稳定性。如果在时帧截止之后，用于断开短路的电流增加速度di/dt能稳定地加速，特别是指数地加速，则能非常迅速地断开短路。另一个优点是检测电流增加速度或者断开短路的时间，由于用这种方法大致参数被确定并且可以在新的短路期间被应用在后续时帧中。然而，能够检测、改变或者适应更进一步的参数。如果在后续发生的短路期间时帧截止，则根据上次所储存的电流增加时间或者速度di/dt增加时帧中的电流，在时帧中触发改变，从而允许更快地断开短路，因此提高了过程稳定性。在一个措施中，它包括将数值或者参数(特别是电流增加时间或速度)重新设置成在时帧中断开短路时的初始值，保持过程稳定性是有利的，并因此可以获得几乎没有焊接飞溅的光滑的短路断开。
然而，另一个有利的措施包括当时帧截止时将电流增加速度渐进地增加直至最大值，并且保持该最大值直至断开短路，因为这提供了焊接装置部件的更长寿命，同时通过优化选择尺寸而降低了制造成本。另一个优点是，这还有助于减少焊接飞溅，因为当断开短路时仅施加特定的最大电流，因此可以在断开期间相应地观察电弧压力。另一个有利的措施包括当在整个时帧期间一直保持之前短路时，改变时帧中的电流增加速度，并且当前发生的短路的电流增加速度适应于之前完成的短路的断开，因为这导致后续短路的更快断开，从而显著地改进过程稳定性。进一步有利的措施包括一旦已经实现能被预设的电流增加速度di/dt就保持电流增加速度，因为这使得能够获得非常强的电流，因此能够可靠地断开短路。然而，其它有利的措施包括在超出时帧之后对多个时帧重设数值或参数，因为通过这个方法，缓慢地实施重设成初始值，从而保证了过程的稳定性。进一步的措施具有以下优点，关于何时将断开短路检测时帧，藉此对下一个时帧进行相应的改变，因为通过这种方法可以执行任何期望的电流轮廓。而且，本发明的目的通过上述焊接装置而实现，所述焊接装置的控制单元被设计成执行上述方法。优点是正如以上已经描述的，通过适应于之前的短路断开，改进了质量和稳定性，因为这导致了通过改变电流轮廓断开后续时帧中的短路。通过根据之前断开过程改变电流轮廓，可以抵消熔池的波动。在说明书中描述了进一步有利的实施例。并且还从所述说明书理解了由此产生的优势。
通过附图更详细地解释本发明，其中整个说明书中的所有披露可以被认为是相同部件以类似方式具有相同附图标记。而且，所显示的示例性实施例的单个特征也可以构成根据本发明的单个方案。在附图中图1显示了焊接机器或者焊接装置的示意性视图；图2示意性显示了在短弧焊接期间用于断开短路的时间电流轮廓，其中具有电流限制；图3显示了在短弧焊接期间用于断开短路的时间电流轮廓的另外的示意性图表， 其中具有限制的电流增加速度；图4显示了在短弧焊接期间用于断开短路的电流轮廓的不同实施例，其中具有数个改变过程；以及图5显示了在短弧焊接期间用于断开短路的电流轮廓的实施例，其中检测持续时间。
具体实施例方式作为导言，请注意附图将结合在一起进行描述，其中在不同的示例实施例中，相同的附图标记和/或相同的部件名称被用来指代相同的部件，并且整个说明书中所有的披露将被认为是相同的部件具有相同的附图标记和/或相同的部件以类似的方式命名。而且， 用在说明书中的位置信息，诸如顶部、底部、侧部等等表示直接描述和显示的附图，并且如果位置改变的话必须被重新解释以适应新的方位。具有类似功能的类似部件具有相同附图标记，但有不同的下标。而且，所显示和描述的不同示例性实施例的单个特征或者特征组合也可以构成根据本发明的单个具有创造性的方案(或多个方案)。图1显示了用于许多不同过程和/或操作(诸如MIG/MAG焊接和/或TIG焊接或者电极焊接、双丝/串联焊接操作、等离子操作或者钎焊和软焊操作等)的焊接装置1和/ 或焊接设施。焊接装置1包括具有布置在其中的电力元件3的电源2、控制单元4和另外的部件和电线(未显示)，诸如开关元件、控制阀等。所述控制单元4可以与控制阀连接，控制阀在用于气体5的供应管线中布置在气体储罐6与(焊)炬7之间，所述气体5特别是保护气体，诸如二氧化碳、氦气或氩气等等。另外，正如MIG/MAG焊接常用的，控制单元4还可以被用来控制电线进给单元8， 其中借助供应管线从供应卷10和/或线圈向焊炬7区域供应附加材料和/或焊接电线9。 当然，与电线进给单元8是位于车子12上的附加装置相比(如图1所示)，从现有技术中已知，可以将电线进给单元8集成到焊接装置1中，特别是集成到电源2的壳体11中。这被称作紧凑型焊接装置1。这里，还可以将电线进给单元8直接设置在焊接装置1的顶部上， 即电源2的壳体11形成在顶面上，用于接纳电线进给单元8，使得可以省略车子12。还可以使电线进给单元8将焊接电线9和/或焊炬7外的附加材料供应至加工地点，在这种情况下，优选将非熔融电极设置在焊炬7内，这在TIG焊接中是普遍的。借助焊接管线(未显示)从电源2的电力元件3向焊炬7 (特别是电极和/或焊接电线9)供应用于在电极和/或焊接电线9和工件14(优选由一个或多个部分组成)之间建立电弧13(特别是工作电弧)的电流，其中待焊接工件14借助另外的用于进一步电势的焊接管线(特别是返回导线)(未显示)连接至电源2，从而可以通过电弧13和/或被建立的等离子束建立用于加工的电子电路。当使用具有内部电弧13的焊炬时，两个焊接管线 (未显示)均通向焊炬，使得能够在焊炬内部建立合适的电子电路，正如可能对于等离子焊炬的情况。为了冷却焊炬7，借助冷却装置15和可能的中间部件(诸如流量控制器)，焊炬7 可以与液体箱(特别是具有水位指示计17的水箱16)相连，其中在致动焊炬7时将启动所述冷却装置15，特别是用于水箱16中的液体的液体泵，以便实施对焊炬7的冷却。如在示例性实施例中所显示的，在小车上放置电源2之前，冷却装置15被设置在小车12上。焊接设施的各个部件(即，电源2，电线进给单元8以及冷却装置1 被形成为使得它们具有相应的突起和/或凹槽，从而它们能够安全地一个位于一个顶部地堆叠或放置。焊接装置1，尤其是电源2进一步包括输入和/或输出装置18，用于设置和/或获取并显示焊接装置1的所有不同的焊接参数、操作模式或焊接程序。已经由输入和/或输出装置18设置的焊接参数、操作模式或焊接程序被传送至控制单元4，然后控制单元4致动焊接设施和/或焊接装置1的各个部件和/或限定用于调节或控制的相应的设置点。这里， 还可以在使用合适的焊炬7时借助焊炬7执行设置过程，在这种情况下焊炬7配有焊炬输入和/或输出装置19。在这种情况下，焊炬7优选借助数据总线(特别是串联数据总线) 连接至焊接装置1，特别是电源2或电线进给单元8。为了启动焊接过程，焊炬7通常包括启动开关(未显示)，因此能够通过致动启动开关而点燃电弧13。为了保护使用者免遭电弧13的巨大热辐射，焊炬7可以配有热保护护罩20。而且，在所显示的示例性实施例中，焊炬7借助软管组21连接至焊接装置1和/或焊接设施，所述软管组21通过防翘曲部件22附接至焊炬7。在软管组21中，从焊接装置1 到焊炬7布置各个管线，诸如供应管线和/或用于焊接电线9的管线、用于气体5的管线、用于冷却回路的管线、用于数据传输的管线等，而返回导线优选单独地连接至焊炬7。通过耦接装置(未显示)将软管组21连接至电源2或电线进给单元8，同时通过防翘曲部件将软管组21中的各个管线附接至焊炬7或焊炬7内。为了确保软管组21的合适的应力释放， 软管组21可以借助应力释放装置(未显示)连接至电源2的壳体11或者电线进给单元8。
总之，应当注意，对于不同的焊接操作和/或焊接装置1，诸如TIG装置或MIG/MAG 装置或等离子装置，不是所有上述部件都必须被使用和/或包括。例如可以使焊炬7形成为空气冷却式焊炬7，因此例如可以省略冷却装置15。结果，可以说，至少通过电源2、电线进给单元8和冷却装置15形成焊接装置1，其中这些可以被布置在公共壳体11中。而且， 可以布置和/或包括其它部件和/或零件，诸如电线进给单元8上的防拖曳件23或者用于气体储箱6的座25上的选装支架M等。图2至5通过图表显示了短路焊接过程，其中Y-轴显示电流I，X-轴显示时间 t。不包括短路焊接过程或者短弧焊接过程的详细描述，因为这从现有技术中已经广泛地知道，在短路焊接过程或者短弧焊接过程中，通过焊接电线9与熔池和/或工件16 (如示意性显示的)之间的短路30实现小滴四和/或材料转移。通常，在短路焊接中，当发生短路30时将增加电流I-见图2的时间点31。这里， 当发生短路30时(未示出)可以首先降低、然后增加电流I。正如在图表中所显示的，为了通过借助增加的电流I启动“收缩效应”而断开短路30，在优选可以被预先设置的确定的时帧32中连续地增加电流I (见点划和阴影线)。重要的是在断开短路30时尽可能少地形成焊接飞溅。为了将由于断开短路引起的飞溅的释放保持为最小，应当尽可能低地设置电流增加，即尽可能低地选择电流增加di/dt，以便建立平直的电流增加曲线，正如在图表中从时间点31起在时帧32中所见的。然而，通过将电流增加选择得太低，短路30经常不再在确定的时帧32中断开，因此焊接过程较可能变得不稳定。例如通过焊炬的运动(即，焊接电线9进一步浸入熔池中、熔池中波动等)造成这种不稳定性。从现有技术中已知，如果在断开短路30之前时帧32超出，则电流增加速度di/dt 保持相同，或者电流增加变得更快，从而电流I增加得更快并且短路30断开的更早。根据本发明，现在提供一种用于断开或切断待执行短路30的特殊方法，其中在保持短路30的同时时帧32已经超出之后，例如如图2中时间点33的情况，电流(特别是焊接电流，和/或电流轮廓)以电流增加时间和/或速度di/dt (该电流增加时间和/或速度 di/dt比用在时帧32中的电流增加时间和/或速度di/dt高)增加，特别是指数地增加，以便断开和/或切断短路30，并且同时，检测和/或观察电流增加时间和/或速度di/dt，使得将储存当断开短路30时在时间点；34处的电流增加时间和/或速度di/dt。因此，根据最近保存的电流增加时间和/或速度di/dt，在时帧32中执行下一次发生短路30期间(在时间点35)的电流增加，并且一旦在时帧32中断开短路30 ( S卩，在时间点36处)，就根据时间点31与时间点34之间时帧32的di/dt将电流增加时间和/或速度di/dt重新设置成初始值。根据图2，还可以使一旦从时间点33起时帧32超出，则电流增加速度渐进地增加直至指定的最大值37，并且保持在该最大值37，直到断开短路30。这里的一个优点在于能避免由于较大的电流增加而产生的过度焊接飞溅，因为电流增加被限制为特定的阙值并且不能无限地上升。如果是这种情况，则在时帧32内在下一次短路30期间将执行最大电流增加速度di/dt。如果在超过时帧32之后保持之前短路30，则在后续短路30期间在时帧 32中改变电流增加速度是非常重要的，即，必须针对之前完成的短路的断开改变当前发生的短路30的电流增加速度和/或时间di/dt。在图2所示示例性实施例中，在电流增加速度被重新设置为初始值之前，每当时帧32超出时就改变后续时帧32，即使在首次时帧32超出之后后续时帧32也超出。当然， 可以在每次超出之后，针对之前短路的数值改变后续数值(特别是电流增加速度和/或时间di/dt)，直至在时帧32中断开短路30，藉此将在后续短路30期间重新设置数值或参数。 这可以被立刻执行，即，在一个时帧32中，或者对于数个后续时帧32，在一个步骤中完成所述重新设置，即，在下一个时帧32期间(如示例性实施例所示)。然而，如果根据图2，使用一种方法，其中在时帧32每次超出之后在后续时帧32中发生改变，则这种方法导致时帧32的参数(特别是电流增加速度)不被重新设置，直至在时帧32中断开短路30 ；否则在每个新的时帧32中电流增加速度适应于之前的参数。结果， 对于下一个短路30，特别是时帧32，再次增加di/dt，直至短路持续时间下降至指定数值之下，特别是在时帧32中。然而，时帧32中的电流增加速度也可以针对之前时帧32减小，这是由于电流增加速度适应于断开短路30的时间点34。通过这种方法，以比下一次短路30 的情况更高电流增加速度执行一次断开，因此时帧32中的电流增加速度可以增加或减小。图3显示了一个示例性实施例，其中电流I不再限制为最大值37，而是保持电流增加速度38，所述电流增加速度38可以被预先设置并且一旦到达该电流增加速度38就能在时间点39处看见，电流I以该速度增加直至断开短路30。如果到达最大电流增加速度38， 则一旦在时帧32中发生新的短路30，则电流I增加至该最大电流增加速度38。然而，如果没有在时帧32内再次断开短路30，则电流增加总是仅以该最大电流增加速度38进行直至断开短路30。优选地，每次时帧32超出时就对后续时帧32改变数值或参数，并且所述数值或参数不被重新设置为预设值或参数直至在时帧32中断开短路30。为完整性起见，应当注意，在以比可能的最大值更低的di/dt断开短路30时，后续短路30期间的电流在时帧 32中以一电流增加速度增加，所述电流增加速度在断开之前短路30期间已经被检测。图4显示了另外的示例性实施例，其中在超出时帧32之后重新设置数值或参数消耗数个时帧32。这里，短路30发生在时间点40，从而启动时帧32，其中电流I以可以被预设的电流增加速度增加，特别是电流增加尽可能地平直以便避免焊接飞溅。因为在确定的时帧32中没有断开短路30，所以将跟随着电流增加速度和/或特殊电流轮廓的上升以便尽可能快地断开短路30。在此期间观察电流轮廓以便检测并修改可能的后续时帧32(即，另一个短路30)的参数或数值。正如从图4中可以看见的，在时间点41断开短路30，因此电流被降低至设定值， 艮口，焊接电流，并且可以继续正常的短弧焊接操作，并且在时间点41断开短路30时检测并保存所述数值或参数。在时间点42，再次发生短路30，因此现在基于之前短路30的数值或参数进行用于断开短路30的时帧32中电流轮廓的改变。优选地，当前执行的时帧32中的电流增加速度适应于在断开最近短路30 (时间点41)时的电流增加速度。然而，可以使用变后续短路30的时帧32中的至少一个数值或参数。另一方面，在现有技术中，电流增加被改变至一固定较高数值直至在确定的短路持续时间(即，确定的时帧)已经超出之后断开短路。之后，再次重新设置参数，使得当发生新的短路时，利用预设数值开始断开程序，而在根据本发明的方案中，在新的短路的情况下，使数值适应于断开短路时的之前的数值，即， 如果用于断开短路30的确定的时帧32超出或太短，则在用于短弧焊接期间断开短路的方法中执行后续时帧32的数值或参数的改变。在这方面没有给出过程状态的详细描述，因为这从现有技术中已经是已知的。电流增加速度也可以从短路30的起点(S卩，时帧32的起点)以线性方式或者根据任何指定函数稳定地上升，并且这可以在时帧32超出之后以相同的方式或者改变的方式继续，然而，基于断开时刻，可以对下一个短路30( S卩，下一个时帧32)再次进行改变。而且，已经提到，短路30的发生是不确定的或者任意的，并且仅仅在短路30被识别之后开始时帧32。然而可以在短路30被识别时监控短路状态一个特定时间，以便确定它是“饱和” 短路30还是焊丝9仅仅短时间地浸入熔池中。只有在证明存在短路之后，才开始和/或继续时帧32。最后，应当注意，示例性实施例旨在仅仅显示执行本发明方案的可能方法，而本发明并不限制于特别显示的实施例。特别是，各个实施例的组合也是可以的，其中由于本发明技术作用的教导，本领域的普通技术人员可以自行进行各种改变。本发明的保护范围进一步涵盖执行本发明的所有可行方法，这些可行方法实施本发明所基于的并且没有被清楚描述或显示的技术方案，或者通过组合所显示和描述的实施例的各个细节可能得到的技术方案。而且，所述保护覆盖根据本发明的装置的各个部件，只要它们就其自身作用对于实施本发明是有作用的。
权利要求
1.一种用于在短弧焊接期间断开短路(30)的方法，当发生短路(30)时，开始时帧 (32)，其中执行确定的电流轮廓以便在时帧(32)中断开短路(30)，并且如果时帧(32)超出则增加电流，其特征在于，在短路(30)期间指定的时帧(32)截止之后，检测用于断开所述短路(30)的电流轮廓，并且储存或者保存断开所述短路(30)时的至少一个数值或者参数， 其中根据所储存的数值或者参数改变后续短路(30)的时帧(32)中的至少一个数值或者参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在短路(30)期间指定的时帧(32)截止之后，用于断开所述短路(30)的电流增加速度di/dt稳定地增加，特别是指数地增加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当断开所述短路(30)时，检测电流增加速度di/dt和/或电流增加时间。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当时帧(32)超出时，在后续发生的短路(30)期间以最近保存的电流增加时间和/或电流增加速度di/dt在时帧(32)中执行电流增加。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，当在时帧(32)中断开短路(30)时，对于后续短路(30)将所述数值或者参数，特别是电流增加时间和/或电流增加速度di/dt重置成初始值。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的方法，其特征在于，当所述时帧(32)超出时， 所述电流增加速度di/dt渐进地增加，直至一个指定的最大数值(37)，然后保持在所述最大数值(37 )，直至断开所述短路(30 )。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的方法，其特征在于，当之前的短路(30)在超出所述时帧(32)之外一直存在时，在时帧(32)中改变所述电流增加速度，其中当前发生的短路(30)的电流增加速度适应于之前完成的短路的断开。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的方法，其特征在于，在到达能被预设的电流增加速度(38) di/dt时，保持所述电流增加速度(38)。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，对许多时帧(32)执行时帧(32)超出之后的数值或参数的重设。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，检测短路(30)断开时的持续时间(45)，藉此在下一个时帧(32)中执行相应的改变。
11.一种用于短弧焊接的焊接装置(1)，具有至少一个电源(2)、控制单元(4)和所连接的焊炬(7)，其特征在于，所述控制单元(4)被设计成执行根据权利要求1至10所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于在短弧焊接期间断开短路(30)的方法，当发生短路(30)时，开始时帧(32)，其中执行确定的电流轮廓以便在时帧(32)中断开短路，并且如果时帧(32)超出则电流增加。本发明还涉及一种相应的焊接装置(1)。为了改进焊接质量，在短路(30)期间指定的时帧(32)截止之后，检测用于断开所述短路(30)的电流轮廓，并且储存或者保存断开所述短路(30)时的至少一个数值或者参数，其中根据所储存的数值或者参数改变后续短路(30)的时帧(32)中的至少一个数值或者参数。
文档编号B23K9/095GK102470475SQ201080035104
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年8月10日
发明者约瑟夫·阿特尔斯梅尔 申请人:弗罗纽斯国际有限公司