具有提供用于控制ac弧焊工艺的高/低阻抗的桥接电路的焊接电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接电源和方法。本发明的某些实施方案涉及弧焊。更特别地，本发明的某些实施方案涉及用于提供受控的AC弧焊工艺的系统和方法。
技术背景
[0002]某些现有技术的焊接系统在焊接电源中使用桥接拓扑结构来提供AC焊接能力。半桥拓扑结构可以被用在具有双输出电流路径的焊接电源中，所述双输出电流路径被配置来共享一共同路径，以使在共享路径中每路输出可以产生(induce)相反极性的流。在实践中，许多焊接电源被这样配置并且可以只需要添加第二套整流器件来实现第二路径。开关可以被置于每个电源支路(leg)的非共享路径中，并且通过连接的焊接输出电路路径的电流方向由有源支路确定。全桥拓扑结构可以与几乎任何电源拓扑结构一起使用，提供灵活性以及被添加到现有设计的电源的潜在性。全桥拓扑结构允许过零辅助电路的容易实现。阻塞二极管(blocking d1de)可以被用来保护电源中的器件免受过零期间发生的高压瞬变的影响。
[0003]对于某些短路过渡焊接工艺(如，举例来说，表面张力过渡工艺)而言，输出电流在工艺中的某些点处必须迅速地衰减到特定的值。在现有技术中，多种技术已经被用来在DC正应用和DC负应用中获得输出电流中的这样的迅速的降低。然而，在AC弧焊工艺中迅速地降低正和负两个方向上的输出电流，同时保持泄漏电流和飞溅为最小的程度并且同时在熔融金属球从电极转移到工件之后允许电弧容易地在可消耗的电极和工件之间重建，这样的能力是一个具有挑战性的问题。
[0004]通过将常规的、传统的以及已提出的手段与如在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本发明的实施方案相比，对本领域技术人员来说这样的系统和方法的进一步的局限性和缺点将会变得明显。
【发明内容】
[0005]本发明的实施方案包括用于提供受控的AC弧焊工艺的系统和方法。出于迅速地衰减电弧电流而不让电流趋于零(这会使得难以保持电弧)的目的，用来在AC输出焊接机器的焊接电路中引入高阻抗路径的装置被提供。AC焊接、可变极性焊接(例如，以任一极性的DC焊接)以及其他混合焊接工艺被支持。主桥接电路和辅助桥接电路的配置允许通过焊接输出电路路径的输出焊接电流的方向切换，并且选择性地提供一个或更多个高阻抗路径来迅速地衰减电弧电流。高阻抗路径有助于熔融金属球(熔滴)从可消耗电极到工件的低飞溅转移，并且进一步有助于在熔融金属球被转移时可消耗电极和工件之间的电弧的重建或保持。一般而言，当在焊接工艺期间熔滴将要从可消耗的焊丝电极的端部转移到工件时(例如，表面张力可以被用来以低飞溅的方式将熔滴移过去)，高阻抗路径阻断(quench)电流。
[0006]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括功率转换电路，所述功率转换电路被配置来将输入电流转换为输出电流。所述功率转换电路可以是以半桥输出拓扑结构为基础的变压器。所述功率转换电路可以包括DC输出拓扑结构。所述功率转换电路可以是例如基于逆变器的电路或基于斩波器的电路。所述焊接电源还包括主桥接电路，所述主桥接电路被可操作地连接到所述功率转换电路并且被配置来在所述焊接电源的控制器的命令下切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述主桥接电路可以被配置为例如半桥电路或全桥电路。所述主桥接电路可以包括例如至少两个开关晶体管。所述焊接电源进一步包括辅助桥接电路，所述辅助桥接电路被可操作地连接到所述主桥接电路并且被配置来在所述焊接电源的所述控制器的命令下在所述功率转换电路和所述焊接输出电路路径之间引入高阻抗路径。所述辅助桥接电路可以包括例如至少两个开关晶体管和至少一个电阻器。根据各种实施方案，所述至少一个电阻器的电阻值可以小于两欧姆或者小于一欧姆。所述功率转换电路、所述主桥接电路和所述辅助桥接电路可以被配置来在所述焊接电源的所述控制器的命令下提供DC正焊接操作、DC负焊接操作和AC焊接操作中的任一个。根据可替换的实施方案，所述主桥接电路和所述辅助桥接电路可以处于所述焊接电源的外部，例如具有可操作地连接到所述焊接电源的模块的形式。
[0007]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括用于将输入电流转换为输出电流的装置以及用于切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向的装置，以提供至少AC焊接操作，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述焊接电源还包括用于将所述输出电流的水平迅速地降低到经调节的非零水平的装置，以提供可消耗的焊接电极的端部处的熔融金属球到工件上的焊缝熔池中的低飞溅润入(wet-1n)，并且在所述熔融金属球已经转移(transfer)到所述工件之后立即提供所述可消耗的焊接电极的所述端部和所述工件之间的电弧的自动重建。
[0008]本发明的一个实施方案是一种方法。所述方法包括在焊接电源中将输入电流转换为输出电流。所述方法还包括在所述焊接电源的控制器的命令下，从第一方向到第二方向切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述方法进一步包括在所述焊接电源的所述控制器的命令下，选择性地切换通过所述焊接电源内的高阻抗路径的所述输出电流，以在保持通过所述焊接输出电路路径的所述输出电流的所述第二方向的同时将所述输出电流的水平降低到经调节的非零水平。所述方法还可以包括在所述焊接电源的所述控制器的命令下，从所述第二方向到所述第一方向切换通过所述焊接输出电路路径的所述输出电流的方向；并且进一步，在所述焊接电源的所述控制器的命令下，选择性地切换通过所述焊接电源内的高阻抗路径的所述输出电流，以在保持通过所述焊接输出电路路径的所述输出电流的所述第一方向的同时将所述输出电流的水平降低到经调节的非零水平。所述高阻抗路径可以包括至少一个开关晶体管和至少一个电阻器。
[0009]本发明的一个实施方案是一种在焊接电源内生成焊接输出电流波形的方法。所述方法包括生成所述焊接输出电流波形的正电流部分，跟在所述焊接输出电流波形的所述正电流部分后面的是所述焊接输出电流波形的负电流部分。所述正电流部分和所述负电流部分中的每个包括本底电流段，跟在所述本底电流段后面的是第一低电流转变段，跟在所述第一低电流转变段后面的是箍缩电流段，跟在所述箍缩电流段后面的是第二低电流转变段，跟在所述第二低电流转变段后面的是峰值电流段，跟在所述峰值电流段后面的是尾拖(tail-out)电流段。通过在所述第一低电流转变段的时间期间以及在所述第二低电流转变段的时间期间分别切换通过所述焊接电源内的高阻抗路径的所述焊接输出电流波形，所述第一低电流转变段和所述第二低电流转变段每个被调节到非零水平，所述非零水平比所述本底电流段的水平更靠近零电流水平。所述高阻抗路径可以包括至少一个开关晶体管和至少一个电阻器。当所述焊接输出电流波形被施加到具有可消耗的焊接电极和工件的焊接输出电路路径时，所述第一低电流转变段的所述经调节的非零水平可以提供所述可消耗的焊接电极的端部处的熔融金属球到所述工件上的焊缝熔池中的低飞溅润入。另外，当所述焊接输出电流波形被施加到具有可消耗的焊接电极和工件的焊接输出电路路径时，所述第二低电流转变段的所述经调节的非零水平可以在熔融金属球从所述可消耗的焊接电极的端部转移到所述工件之后立即提供所述可消耗的焊接电极的端部和所述工件之间的电弧的自动重建。
[0010]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括混合桥接电路，所述混合桥接电路被配置来提供AC焊接输出电流并且进一步被配置来为所述AC焊接输出电流选择性地提供高阻抗路径。所述高阻抗路径包括至少一个晶体管开关和至少一个电阻器。
[0011]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括混合桥接电路，所述混合桥接电路被配置来提供AC焊接输出电流并且进一步被配置来为所述AC焊接输出电流选择性地提供低阻抗路径和高阻抗路径，其中所述高阻抗路径模仿(mimic)所述低阻抗路径的极性。
[0012]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括具有低阻抗路径和高阻抗路径的混合桥接电路，其中所述混合桥接电路被配置用于选择性地中断所述低阻抗路径，以迫使输出电流通过所述高阻抗路径来增加跨负载的电压，所述负载被连接到所述焊接电源的焊接输出。
[0013]从下面的说明书、权利要求书和附图，将更完整地理解本发明的被图示说明的实施方案的详细内容。
【附图说明】
[0014]图1图示说明焊接电源的示例性实施方案的示意方框图，所述焊接电源被可操作地连接到可消耗的焊接电极和工件；
[0015]图2图示说明焊接输出电流波形的示例性实施方案；
[0016]图3图示说明图1的焊接电源的一部分的第一示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有主桥接电路和辅助桥接电路；
[0017]图4A-4B图示说明图3中的焊接电源部分在实现图2的AC形式的焊接输出电流波形时的操作；
[0018]图5图示说明图1的焊接电源的一部分的第二示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有主桥接电路和辅助桥接电路；
[0019]图6A-6B图示说明图5中的焊接电源部分在实现图2的AC形式的焊接输出电流波形时的操作；
[0020]图7图示说明图1的焊接电源的一部分的第三示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有主桥接电路和辅助桥接电路；
[0021]图8A-8B图示说明图7中的焊接电源部分在实现图2的AC形式的焊接输出电流波形时的操作；
[0022]图9图示说明图1的焊接电源的一部分的第四示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有主桥接电路和辅助桥接电路；以及
[0023]图10A-10B图示说明图9中的焊接电源部分在实现图2的AC形式的焊接输出电流波形时的操作。
【具体实施方式】
[0024]下面为可以在本公开中使用的示例性术语的定义。所有术语的单复数形式都落入各自的含义中:
[0025]如本文中使用的“软件”或“计算机程序”包括(但不限于)一个或更多个计算机可读和/或可执行指令，这些指令致使计算机或其他电子装置以所需方式执行功能、动作和/或行为。这些指令可以实现为各种形式，如，包括得自动态链接库的单独应用程序或代码的子程序、算法、模块或程序。软件还可以实现为各种形式，如，独立程序、函数调用、小服务程序(servlet)、小应用程序(applet)、应用程序、储存在存储器、操作系统的一部分中的指令或其他类型的可执行指令。本领域的普通技术人员将会理解，软件的形式取决于(例如)对所需应用的要求、对软件的运行环境的要求和/或设计者/编程者的需要等。
[0026]如本