包括感应加热系统的焊接系统、感应加热系统、和对焊接或切割工件加热的方法

专利名称：包括感应加热系统的焊接系统、感应加热系统、和对焊接或切割工件加热的方法
包括感应加热系统的焊接系统、感应加热系统、和对焊接或切割工件加热的方法对相关申请的交叉引用本申请是美国临时专利申请61/346，961的非临时专利申请，该申请名称为“高沉积弧焊接”，于2010年5月21日提交，该申请通过引用并入本文。
背景技术：
本发明一般涉及焊接或切割系统，且更具体地涉及用于焊接或切割过程的感应加热系统。焊接是在各种工业应用中变得日益常用的处理。这样的焊接操作用于多种类型的店内(in-shop)以及现场的各种环境中的重工制造。例如，焊接操作可用于制造管线、桥梁、建筑结构、产油设施、储油罐、水塔、以及多种其它结构和组件。而且，具有各种组分、尺寸、几何形状等的宽范围的各金属可使用焊接处理而形成或接合。例如，大金属板(例如，厚度1/2英寸或更大)可端对端地接合和焊接以形成“对焊”。类似接头例如可形成在段的各管之间。不过，对焊可能需要大量消耗物(例如填充材料)和多次(pass)焊接操作，以形成高质量焊接。此外，将被焊接的金属板可能需要制备，例如切割会机加工将被焊接的部件的边缘。例如，两个部件中的至少一个的边缘可在焊接之前倾斜化。不幸的是，随着将被焊接的板的厚度增大，焊接时间、焊接消耗物、焊接变形、和板制备成本增加，而焊接生产率(例如焊接速度)降低。在特定应用中，可能希望将工件预热到所希望的温度范围。这可有助于达到所希望的焊接温度，其中由焊弧加入额外热量。这种类型的加热结构可例如依赖于感应加热线圈，感应加热线圈围绕工件卷绕并工作预定时间，或直到达到所希望的温度。线圈然后被移除，可继续进行焊接操作。已提出依赖于激光加热的系统。然而，所有这些结构的效率略低，并可能相当昂贵。而且，根据加热源的类型，这些结构可能无法达到更大型工件可能希望的更闻温度。

发明内容
在示例性实施例中，一种焊接系统包括焊接动力供应器；送丝器，其联接到所述焊接动力供应器；焊枪，其联接到所述送丝器，并被配置为基于来自所述焊接动力供应器的动力而输出来自所述送丝器的丝以产生焊弧。所述焊接系统进一步包括感应加热系统，其邻近于所述焊枪设置，并被配置为将工件的在所述焊弧前方的局部区域加热到至少约0. 5的同系温度。在另一示例性实施例中，一种辅助焊接加热系统包括感应动力供应器，其被配置以产生交流电；降压变压器，其联接/耦合(couple)到所述感应动力供应器；和感应加热线圈，其邻近于焊枪而设置。感应加热线圈联接/耦合(couple)到所述降压变压器，并被配置以接收所述交流电和在焊接工件中感应生成涡流，从而将在行进焊弧之前的所述焊接工件加热到至少约0. 5的同系温度。
在进一步的实施例中，一种用于对焊接工件加热的方法，包括设置感应加热线圈，所述感应加热线圈被配置以接收交流电和在焊接工件中感应生成涡流，感应加热线圈邻近于所述焊接工件并沿焊部的方向处于所述焊枪的前方。所述方法进一步包括通过感应动力供应器产生交流电；将来自所述感应动力供应器的所述交流电传送到降压变压器；将来自所述降压变压器的所述交流电传送到所述感应加热线圈。


通过阅读以下参照附图的详细描述，本发明的这些和其它特征、方面、和优点将被更好地理解，在各图中相同/相似的字符总是表示相同/相似的部分，其中图1是包括感应加热系统的示例性焊接系统的结构图，其中，感应加热系统被配置为在焊接过程之前增高焊接位置的温度。图2是例示出根据本公开内容各方面的图1的焊接系统和感应加热系统的示例性功能部件的结构图。图3是例示出根据本公开内容各方面的图1的感应加热系统的示例性功能部件的结构图。图4是示例性感应加热线圈的立体图，所述感应加热线圈被配置为在焊接过程之前增进焊接位置的熔化。图5是根据现有技术中已知焊接过程的通过对焊而结合的两个板的示意图。图6是根据本公开内容各方面的通过对焊而结合的两个板的示意图。
具体实施例方式如下文中详细所述，将描述被配置为在弧焊过程之前加热焊接位置的感应加热系统的实施例。感应加热系统适于恰在焊弧到达焊接位置之前将焊接接头(weld joint)的局部区域加热到更高温度。由焊弧产生的热量于是用于使工件高于熔点并使焊丝电极熔化。结果，焊接过程能够以更快速度进行，和/或具有更强穿透性，和/或具有更佳机械性能，由此提高焊接过程的生产率和/或质量。而且，与先前的感应加热技术相比，执行加热集中得多。感应加热系统包括感应加热线圈，感应加热线圈在待焊接工件的表面近处定位并邻近于焊枪。由动力供应器产生的交流电流动通过感应加热线圈，感应加热线圈在待焊接工件中感应生成涡流。涡流流动通过工件，由此对工件进行电阻加热。通过对传输到感应线圈的交流电的频率进行控制，可在处理中的焊部前方紧邻处控制感应线圈与工件表面的距离、感应线圈的行进速度、和工件被加热到的温度。特别地，工件可被加热到0. 5或更高的同系温度(homologous temperature)。在本公开内容中所使用的材料的“同系温度”是指，材料实际温度与材料熔化温度的比率，这两种温度均以绝对温度形式(例如开尔文度)表示。以下所描述的系统可用于各种不同的焊接过程。例如，所述感应加热系统可用于埋弧焊(SAW)、自保护药芯弧焊(FCAW)、金属芯弧焊(MCAW)、搅拌摩擦焊(FSW)、螺柱焊接、闪光对焊、等离子焊、点焊、缝焊、激光焊、钨极气体保护弧焊(GTAW)，等等。现在转向附图，图1例示出示例性的焊接系统10，用于对焊接操作进行供能、控制、和供料。焊接系统10包括焊接动力供应器12、送丝器14、和焊枪16。动力供应器12可为需要动力源18的基于功率变换器或逆变器的焊接动力供应器。可以在动力源设置多种不同的电路设计，可以预见到多种不同的焊接形式(例如，直流、交流、脉冲、短路，等等)。任何这些传统的电路和处理技术可结合本发明的感应加热技术使用。在其他实施例中，焊接动力供应器12可为发电机或交流发电机焊接动力供应器，可包括内燃机。焊接动力供应器12还可包括用户界面20，在需要时用于调节各种焊接参数(例如电压和电流)和用于连接动力源18。此外，气体源22可被联接到焊接动力供应器12。气体源22是供应到焊枪16的保护气体之源。气体源22还将保护气体供应到辅助保护气体扩散器24。例如，在特定实施例中，气体源22可供应氩气。应认识到，保护气体通过焊枪16和辅助气体扩散器24施加于液体焊接熔池的位置，以防止吸收到可能导致焊部发生冶金损伤的大气气体。如图所示，焊接动力供应器12联接到焊接送丝器14。例如，焊接动力供应器12可通过送给器动力导线、焊接缆线、气体软管、和控制缆线联接到焊接送丝器14。在例示实施例中所示的焊接送丝器14将焊丝提供到焊枪16用于焊接操作。可使用各种焊丝。例如，焊丝可以是实心(solid)碳钢、实心铝、实心不锈钢、复合保护药芯焊丝，等等。本发明可用于任意适合类型的电极，并适用于任意适合的丝组分。而且，焊丝的厚度可根据使用焊丝的焊接应用而改变。例如，焊丝可为0. 045,0. 052、1/16、3/32、1/8、或任何其它直径。而且，焊接送丝器14可封装有各种内部部件，例如，送丝驱动系统、电动马达组件、电动马达，等等。焊接送丝器14可进一步包括控制面板(未示出)，以允许用户设定一个或多个送丝参数，例如送丝速度。在所示的实施例中，辅助保护气体扩散器24也通过气体软管26联接到焊接送丝器14。不过，焊接送丝器14可被用于任意送丝过程，包括气体操作(气体金属弧焊(GMAW))或无气操作(保护金属弧焊(SMAW)或自保护药芯弧焊(FCAff))o如图所示，焊丝通过第一缆线28送给到焊枪16。第一缆线28还可将气体供应到焊枪16。如进一步所示，第二缆线30将焊接动力供应器12联接到工件32 (典型地利用一夹)，从而在焊接t呆作过程中在焊接动力供应器12与焊枪16之间完成电路。示例性焊接系统10还包括感应加热系统34。如前所述，感应加热系统34包括感应加热线圈36和感应动力供应器38。感应动力供应器38包括用户界面40。用户界面40可包括按钮、旋钮、表盘，等，以允许操作者调整感应动力供应器38的各种操作参数。例如，用户界面40可被配置为使操作者能够设定和调节由感应动力供应器38产生的交流电的频率。类似地，用户界面40可使操作者能够选择感应加热线圈36的所希望的温度。用户界面40还可包括一个或多个显示器，显示器被配置以将系统反馈提供到操作者(例如，感应加热线圈36的实时温度、感应加热线圈36相对于工件32的行进速度，等)。感应动力供应器38通过电线导体44而联接到降压变压器42。更特别地，两个电线导体44从感应动力供应器38导引到变压器42，每个电线导体44导引到柔性管或导管内。而且，感应加热系统34可为空冷或液冷系统。例如，冷却剂可流动到导引每个电线导体44的柔性管内。在特定实施例中，一个导引电线导体44的柔性管包含进入变压器42的流动冷却剂，而另一导引电线导体44的柔性管包含从变压器流动到对冷却剂除热的换热器或其它装置的流动冷却剂。交流电流出变压器42并通过电导体46供应到感应加热线圈36。如下文中详细所述，电导体46可具有中空芯并也可导引流动冷却剂通过感应加热线圈36。在所示的实施例中，感应加热线圈36接近于工件32设置。当交流电流动通过感应加热线圈36时，涡流在工件32内生成和感应。涡流抵制于工件32的电阻而流动，由此在工件32中产生局部加热。如图所示，感应加热线圈36在焊枪16前方定位。换言之，对沿方向48操作和行进的焊枪16而言，感应加热线圈36设置在焊枪16前方(即，沿焊接接头并在由焊枪16形成的焊弧50之前)。结果，感应加热线圈36在焊弧50前方紧邻处加热工件32的局部区域52，由此恰在焊弧50之前升高局部区域52的温度。例如，感应加热线圈36可以将局部区域52的温度升高到约0. 5,0. 55,0. 6,0. 65,0. 7,0. 75或更大的同系温度。本领域技术人员应认识到，这样的温度通常显著高于传统上的“预热”温度。例如，工件32可由钢制成，并可具有约1800K的熔化温度。对于钢制工件32而言，感应加热线圈36可将局部区域52加热到约1300K(即，约0.72的同系温度)。再如，工件32可由铝制成，并可具有约933K的熔化温度。对于铝制工件32而言，感应加热线圈36可将局部区域52加热到约622K( S卩，约0. 66的同系温度)。换言之，感应加热线圈36可提供使工件32的局部区域52熔化所需热量的约半数或过半的热量。因此，当焊枪16沿方向48行进时，焊弧50使工件32的局部区域52达到熔化温度所需提供的热量更少。因此，更多的由焊弧50生成的热量可用于熔化焊丝，这使焊枪16能够以更高速度完成工件32的焊接。如图所示，焊接动力供应器12和感应动力供应器38也可以联接。例如，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可利用硬线、通过无线连接、在网络上、或通过其他方式联接。如在下文中更详细所述，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可在示例性焊接系统10的操作过程中交换数据和信息。更特别地，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可协作起作用(例如利用相互反馈)以调节示例性焊接系统10的各种操作参数。应注意，对图1所示的示例性焊接系统10的修改可根据本发明的各方面进行。虽然所示实施例在弧焊处理的应用环境中进行描述，不过本发明的各特征也可用于各种其它适合的焊接或切割系统或处理。例如，感应加热系统34可以用于等离子切割系统或用于板弯曲系统。更特别地，感应加热系统34可以设置在等离子切刀前方以增加等离子切部前方局部区域的温度(即，使局部区域的温度升高到至少0. 5的同系温度)，由此能够增加切割速度。而且，虽然感应加热系统34在本实施例中位于焊枪16的前方，不过感应加热系统34也可位于其它位置。例如，感应加热系统34可位于焊枪16之后以在工件32焊接和熔融之后对焊接位置提供热处理。类似地，特定实施例可包括多于一个感应加热系统34或线圈(即，第一感应加热系统34或线圈位于焊枪16前方以在焊接前将局部区域52的温度升高到至少0. 5的同系温度，第二加热系统34位于焊枪16之后以对已经熔融的焊接位置提供热处理)。图2是例示出示例性焊接系统10的特定内部部件的结构图。如前所述，动力源18可向焊接动力供应器12和/或感应动力供应器38供能。焊接动力供应器12向焊接送丝器14提供动力，且焊接动力供应器12联接到工件32，由此在焊接操作过程中在焊接动力供应器12与焊枪16之间完成电路。感应动力供应器38生成交流电，所述交流电供应到变压器42，变压器42随后将电流导引到感应加热线圈36。如前所述，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可联接并被配置以交换信息和数据(例如，操作参数、设定状态、用户输入，等)，从而使焊接动力供应器12和感应动力供应器38能够协作起作用。焊接动力供应器12包括多个内部部件以调整焊接系统10的各种操作参数。在所示的实施例中，焊接动力供应器12包括控制电路54、处理器56、记忆电路58、和界面电路60。控制电路54被配置以将控制信号施加于焊接动力供应器12和/或焊接送丝器14。例如，控制电路54可将与焊接动力供应器12所提供电压或电流相关的控制信号提供到焊接送丝器14。控制电路54也可提供用于调整焊接送丝器14操作的控制信号，例如脉宽调制(PWM)信号，用以调整焊接送丝器14中的马达组件的占空比，等等。控制电路54进一步联接到处理器56、记忆电路58和界面电路60。界面电路60联接到焊接动力供应器12的用户界面20。如前所述，用户界面20被配置以使操作者能够输入和控制焊接动力供应器12的各种设定状态。例如，用户界面20可包括菜单，用于选择焊接送丝器14的所希望的电压或电流输出。此外，用户界面20可包括焊接处理或焊丝材料和直径的菜单或清单。应认识到，不同的焊接处理、焊丝材料和焊丝直径可能具有不同的特性，并可能要求改变各种操作参数的配置。例如，要求改变数值的配置参数可以包括电压输出、电流输出、送丝速度、送丝扭矩，等等。对于各种焊接处理、焊丝材料和焊丝直径中的每种，对这种配置参数以及其它参数的预设值可存储在记忆电路58中。在示例中，用户可从焊接动力供应器12的用户界面20上显示的多种不同焊接处理的菜单中选择一焊接处理。用户界面20将焊接处理的选择通讯传送到界面电路60，界面电路60将所述选择通讯传送到处理器56。处理器56然后取回被存储在记忆电路58中的用于焊接处理的特定的配置参数。此后，处理器56将配置参数发送到控制电路54，从而使控制电路54可将适合的控制信号施加于焊接送丝器14。在特定实施例中，如下所述，焊接动力供应器12的控制电路54还可将配置参数通讯传送到感应动力供应器38。在所示实施例中，感应动力供应器38包括控制电路62、处理器64、记忆电路66、和界面电路68。控制电路62被配置为将控制信号施加于感应动力供应器38和/或变压器42。例如，控制电路62可将与感应动力供应器38所供应交流电相关的控制信号(例如，交流频率)提供到变压器42。此外，控制电路62还可调整用于感应动力供应器38和/或变压器42的冷却系统。如前所述，感应加热系统34可以使用空气或冷却剂在整个感应加热系统34中提供循环冷却。例如，控制电路62可以调整通过变压器42和感应加热线圈36的液体冷却剂的流动，从而使感应加热系统34保持所希望的温度。控制电路62进一步联接到处理器64、记忆电路66和界面电路68。界面电路68联接到感应动力供应器38的用户界面40。如前所述，感应动力供应器38的用户界面40使操作者能够调整感应动力供应器38的一种或多种操作参数或者设定状态。例如，用户界面40可使用户能够从设计菜单中选择感应加热线圈36的特定设计。应认识到，不同的感应加热线圈36的设计可具有不同的配置参数。例如，不同的设计可能具有不同的最大操作温度，并且可能需要不同的交流电频率以实现所希望的温度。类似地，用于冷却感应加热系统34的冷却剂可具有不同的配置参数(例如，传热系数、粘度、流速，等)。这种配置参数以及其它参数的预设值可存储在记忆电路66中。例如，用户界面40可将用户对感应加热线圈36的设计选择通讯传送到界面电路68，界面电路68可将所述选择通讯传送到处理器64。处理器64然后可以取回被存储在记忆电路66中的用于感应加热线圈36的特定的配置参数。此后，处理器64将配置参数发送到控制电路62，从而使控制电路62可将适合的控制信号施加于感应动力供应器38和变压器42。如前所述，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可以通过硬线、无线连接、网络连接、或类似方式相互联接。特别地，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可被配置为相互收发与焊接系统10操作相关的数据和信息。例如，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可相互通讯以协调感应加热线圈36和焊枪16沿工件32的速度。应认识到，在特定的实施例中，感应加热线圈36和焊枪16均被设计为自动操作。结果，焊接动力供应器12和感应动力供应器38可联接和配置为随着感应加热线圈36和焊枪16沿工件32以方向48行进而在感应加热线圈36与焊弧50之间保持恒定的距离。例如，焊枪16和感应加热线圈36可均具有传感器，所述传感器被配置以测量沿工件32的行进速度或者温度。再如，焊接动力供应器12可将用户所选择的焊接处理(即，由操作者通过用户界面20而选择的焊接处理)通讯传送到感应动力供应器38。更特别地，焊接动力供应器12的控制电路54可将对焊接处理的选择通讯传送到感应动力供应器38的控制电路62。此后，感应动力供应器38的控制电路62可基于用户选择的焊接处理而对各种操作参数中的任意项进行修改。例如，控制电路62可基于所选择的焊接处理而启始或终止所述处理，或者调整被提供到感应加热线圈36的交流电的频率或幅度、或者通过变压器42和/或感应加热线圈36的冷却剂的流速，以实现所希望的感应加热线圈36的最高温度。更特别地，对于所选择的焊接处理，处理器64可以从记忆电路66中取回用于所选择的焊接处理的配置参数，并将配置参数发送到控制电路62。类似地，感应动力供应器38的控制电路62可将操作信息或数据发送到焊接动力供应器12的控制电路54。例如，控制电路62可将感应加热线圈36的温度数据(例如，最高温度或实时温度)发送到焊接动力供应器12的控制电路54。此后，响应于从感应动力供应器38接收的数据，焊接动力供应器12的控制电路54可以调节焊接动力供应器和/或焊接送丝器14的一种或多种操作参数。例如，基于从感应动力供应器38的控制电路62接收的感应加热线圈36的温度数据，焊接动力供应器12的控制电路54可启始或终止所述焊接处理，或者调节焊接送丝器14的送丝速度或扭矩。应认识到，在感应加热线圈36向焊弧50前方工件32的局部区域52提供较高温度时，可能需要较慢的送丝速度。应注意，在特定的实施例中，用于生成和控制感应加热动力和焊接动力的动力供应器和控制电路可以组合。也就是说，一些或所有所述电路可设置在单一的动力供应器中，特定的电路可实现多功能(例如，操作者界面部件)。此外，中央控制器可将协调和同步命令提供到焊接/切割系统和感应系统。还应注意，在目前的论述中，虽然根据焊接系统设计有时参照焊枪和相邻感应加热系统的行进或运动，不过焊枪和感应加热系统实际上可被取代，而在其它系统中，这些装置可保持基本静止，且一个或多个工件移动。例如可为这样的情况在特定的机械或自动操作中，在埋弧焊应用中，等。这两种情形均意在被涵盖在本发明中，对移动焊枪和感应加热系统的参照描述应被理解为包括在这些部件和一个或多个工件之间的任何相对运动。图3是图1所示感应加热系统34的实施例的示意图,其中例示出感应动力供应器38、降压变压器42、和在由焊枪16所产生焊弧50前方定位的感应加热线圈36。如前所述，变压器42通过电线导体44被联接到感应动力供应器38。感应动力供应器38通过电线导体44将交流电供应到变压器42。例如，所述交流电可具有从5000Hz至300000Hz的频率，不过也可以应用其它频率。交流电从变压器42通过电导体46供应到感应加热线圈36。特别地，交流电通过被附接到变压器42基体72的动力连接部70而流出变压器42。电导体46联接到动力连接部70，例如通过软焊、硬焊或栓接而联接。如前所述，电导体46可具有中空芯，由此使冷却剂能够流动通过电导体46和感应加热线圈36，从而调整感应加热线圈36的最高温度。换言之，电导体46和感应加热线圈36可以承载交流电和冷却剂流。如图所示，变压器42由顶板74和底板76支撑。在特定实施例中，顶板74和底板76可由陶瓷或其它电绝缘材料形成。顶板74和底板76进一步联接到金属框架78。金属框架78可被配置为使得在工件32与感应加热线圈36之间的距离80可调节。金属框架78可进一步紧固到触轮(trolley)或其它可动组件，触轮或其它可动组件被配置为在多平面中沿工件32的焊接接头驱动和引导感应加热系统34。而且，触轮或其它可动组件可联接到感应动力供应器38的控制电路62，使得控制电路62可调整感应加热线圈36和这个感应加热系统34相对于工件32的运动和速度。图4是图3中所示感应加热线圈36的实施例的立体图。在所示实施例中，感应加热线圈36由方管80制成，方管80形成具有线性线圈构造的一个线圈块体82。特别地，方管80具有的宽度84可约为0. 25英寸、0. 5英寸、0. 75英寸、1. 0英寸、或更大。应认识到，由于感应加热线圈36由方管80形成，因而感应加热线圈36的高度86等于所述宽度84。而且，由方管80形成的线圈块体82进一步形成间隙88。例如，间隙88可约为0. 25英寸、0. 5英寸、0. 75英寸、1. 0英寸、或更大。在特定实施例中，线圈块体82可形成为使得间隙88的尺寸等于方管80的宽度84。而且，虽然感应加热线圈36的所例示的实施例由方管制成，不过，感应加热线圈36的其它实施例可由具有其它几何形状的管(即，圆形、椭圆形、矩形、或其它多边形的管)制成。类似地，虽然感应加热线圈36的所示实施例中的方管80形成一个线圈块体82，不过其它实施例可以具有多于一个线圈。除了线圈块体82以外，方管80包括第一线圈柱90和第二线圈柱92，第一线圈柱90和第二线圈柱92被配置为联接到电导体46。第一线圈柱90和第二线圈柱92从电导体46接收交流电并使交流电流通经过感应加热线圈36的线圈块体82。而且，第一线圈柱90和第二线圈柱92可从电导体46接收冷却剂流。特别地，冷却剂可以流动通过方管80的第一线圈柱90和第二线圈柱92，并且被导引通过方管80的线圈块体82。而且，感应加热线圈36可通过感应加热线圈通量集中器94被封装。例如，感应加热线圈通量集中器94可为盒或其它中空结构，由诸如铁氧体(ferrite)之类的材料形成。此外，感应加热线圈通量集中器94可被涂覆以一散热化合物，散热化合物被配置以将热量传递到线圈的冷却元件。图5是使用现有技术中公知焊接工艺在第一板98与第二板100之间形成的对焊接头96的实施例的示意图。更特别地，第一板98的边缘102接合于第二板100的边缘104。如图所示，第一和第二板98、100的边缘102、104倾斜。也就是说,第一和第二板98、100在接合前被机加工，并被焊接以在边缘102、104处形成倾斜表面。应认识到，对于较厚的第一和第二板98、100 (例如，0. 5英寸或更大的厚度106)，边缘102、104可能在将板98和100焊接到一起之前进行制备，例如倾斜化，以确保焊接的质量和强度。特别地，对于较厚的板98、100而言，由焊弧50产生的热量可能不足以使板98、100的厚度106达到熔化温度。因此，板98、100的边缘102、104可倾斜，以允许焊弧50穿透板98、100的厚度。此外，对焊接头96可能需要多次(pass)焊弧50操作。在制备之后，板98、100的边缘102、104通过焊接接合到一起。如图所示，在对焊接头96处，边缘98、100的边缘102、104形成间隙108。在焊接操作过程中，间隙108被填充以焊接填料110(即，焊丝)。对于具有大或宽间隙108和/或大倾斜部102、104的对焊接头96而言，可能需要充足的焊接填料110以完成焊接，导致焊接材料成本增加和焊接效率降低。此外，对焊接头96中较大的间隙108可进一步导致焊接变形加剧(即，板98、100中接近对焊接头96处的局部塑性变形)。图6是图5所示对焊接头96使用具有感应加热系统34的焊接处理在第一板98和第二板100之间形成的示意图。如图所示，所示对焊接头96形成在板98、100的边缘102、104之间。不过，不同于图5中所示的边缘102、104，在所示实施例中的边缘102、104不倾斜。在其它实施例中，边缘102、104可很轻微地倾斜。如前所述，具有感应加热系统34的焊接系统10的实施例能够使焊弧50之前的工件32的局部区域52的温度升高到约0. 5或更大的同系温度。感应加热系统34的操作(即，使涡流流动通过工件32)使得板98、100在板98、100的厚度106范围内的温度增高更均匀。结果，焊弧50使板98、100的整个厚度106达到熔化温度所需提供的热量更少。因此，边缘102、104之间的间隙108可能很小，而且可能很少需要或不需要边缘102、104倾斜。例如，间隙108可具有约0. 15英寸或更小的宽度112。因此，需要相对较小量的焊接填料110来完成对焊接头96。由于需要较少焊接填料110来完成对焊接头96，因而焊接处理可更快地完成，对焊接头96可经历更小的焊接变形。如前所述，本公开内容的各实施例包括感应加热系统34，感应加热系统34被配置为加热焊弧50前方的工件32的局部区域52。特别地，感应加热系统34可使局部区域52的温度升高到约0. 5或更大的同系温度。结果，焊弧50使工件32的焊接接头达到熔化温度所需提供的热量更少。由于感应加热系统34能够将显著量的热量提供到恰在行进中焊弧50前方的工件32的局部区域52，因而焊弧50能够以更快速度完成焊接接头。类似地，需要较少焊接填料110填充在板98、100或将被焊接表面之间的间隙108，使得材料成本更低。应认识到，所公开的感应加热系统34的实施例为焊接系统10提供相对较低的成本和相对较少维护的辅助加热源，以增加各种焊接和相关处理的效率。虽然在此仅例示和描述了本发明的特定特征，不过本领域技术人员将实现多种修改和变化。因此，应理解，所附权利要求意在涵盖处于本发明实质精神范围内的所有这样的修改和变化。
权利要求
1.一种焊接系统，包括 焊接动力供应器； 送丝器，其联接到所述焊接动力供应器； 焊枪，其联接到所述送丝器，并被配置为基于来自所述焊接动力供应器的动力而输出来自所述送丝器的丝以产生焊弧；和 感应加热系统，其邻近于所述焊枪设置，并被配置为将工件的在所述焊弧前方的局部区域加热到至少约0. 5的同系温度。
2.如权利要求1所述的焊接系统，包括 感应动力供应器，其被配置以产生交流电；和 变压器，其联接到所述感应动力供应器， 其中，所述感应加热系统包括感应加热线圈，所述感应加热线圈联接到所述变压器并被配置以接收所述交流电和在所述工件中感应生成涡流。
3.如权利要求2所述的焊接系统，其中 所述感应动力供应器包括控制电路，所述感应动力供应器联接到所述焊接动力供应器，所述控制电路被配置以基于所述焊接动力供应器和所述焊接送丝器中至少一种的操作参数而将控制信号施加于所述感应动力供应器。
4.如权利要求3所述的焊接系统，其中 所述操作参数包括所述焊接动力供应器的电压输出，所述焊接动力供应器的输出电流，所述焊接送丝器的送丝速度，或它们的组合。
5.如权利要求2所述的焊接系统，其中 所述感应加热线圈包括中空管。
6.如权利要求2所述的焊接系统，其中 所述感应加热线圈包括线性线圈构造。
7.如权利要求2所述的焊接系统，其中 所述感应加热系统包括感应加热线圈通量集中器，其围绕所述感应加热线圈设置。
8.如权利要求2所述的焊接系统，其中 所述感应加热系统包括冷却系统，其被配置以调整所述变压器和所述感应加热线圈中的至少一种的温度。
9.如权利要求8所述的焊接系统，其中 所述冷却系统包括液体冷却剂，其被配置以流动通过所述变压器和所述感应加热线圈中的至少一种。
10.如权利要求2所述的焊接系统，包括 可动组件，其被配置以支撑所述感应加热系统、沿焊部方向平移所述感应加热线圈、控制所述感应加热线圈在所述焊接工件上方的高度、或者进行所述支撑、平移、控制操作的组口 o
11.如权利要求1所述的焊接系统，其中 所述感应加热系统被配置为将工件的在所述焊弧前方的局部区域加热到至少约0. 5的同系温度。
12.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述感应加热系统被配置为将工件的在所述焊弧前方的局部区域加热到至少约0. 7的同系温度。
13.一种辅助焊接加热系统，包括 感应动力供应器，其被配置以产生交流电； 降压变压器，其联接到所述感应动力供应器；和 感应加热线圈，其邻近于焊枪而设置，联接到所述降压变压器，并被配置以接收所述交流电和在焊接工件中感应生成涡流，从而将在行进焊弧之前的所述焊接工件加热到至少约0.5的同系温度。
14.如权利要求13所述的辅助焊接加热系统，其中 所述辅助焊接加热系统被配置为将在所述行进焊弧之前的所述焊接工件加热到至少约0. 65的同系温度。
15.如权利要求13所述的辅助焊接加热系统，其中 所述辅助焊接加热系统被配置为将在所述行进焊弧之前的所述焊接工件加热到至少约0. 75的同系温度。
16.如权利要求13所述的辅助焊接加热系统，其中 所述感应加热线圈沿焊部的方向设置在焊枪的前方。
17.如权利要求13所述的辅助焊接加热系统，其中 所述感应加热线圈沿切部的方向设置在等离子切割器的前方。
18.如权利要求13所述的辅助焊接加热系统，其中 所述感应加热线圈沿焊部的方向设置在焊枪的后方，且所述辅助焊接 加热系统被配置为对所述工件施加热处理。
19.一种用于对焊接或切割工件加热的方法，包括 使感应加热线圈和相邻的焊枪或等离子切割枪定位在相对于工件的操作位置，所述感应加热线圈被配置以接收交流电和在所述工件中感应生成涡流，并沿焊部或切部的方向处于所述焊枪或等离子切割枪的前方； 通过感应动力供应器产生交流电； 将来自所述感应动力供应器的所述交流电传送到降压变压器； 将来自所述降压变压器的所述交流电传送到所述感应加热线圈；和 将所述工件加热到至少约0. 5的同系温度。
20.如权利要求19所述的用于对焊接或切割工件加热的方法，包括 在行进焊弧或等离子切割器的前方沿所述焊部或切部的方向平移所述感应加热线圈。
全文摘要
一种辅助焊接加热系统(34)，包括感应加热线圈(36)，其邻近于焊枪或等离子切刀(16)而设置。辅助焊接加热系统(34)进一步包括感应动力供应器(38)，其被配置以产生交流电；和降压变压器(42)，其联接到所述感应动力供应器(38)。感应加热线圈(36)联接到所述降压变压器(42)，并被配置以接收所述交流电和在焊接工件(32)中感应生成涡流，从而将在行进焊弧或等离子切刀之前的所述焊接工件(32)加热到至少约0.5的同系温度，同系温度是材料实际温度与材料熔化温度之比，实际温度和熔化温度均以绝对温度形式表示。
文档编号B23K9/10GK103038016SQ201180025068
公开日2013年4月10日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月21日
发明者托德·厄尔·霍尔沃森, 杰拉尔德·爱德华·琼斯, 瓦列里·丽莎·罗兹, 斯蒂芬·金·马登 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司