文中使用的“计算机”或“处理元件”或“计算机设备”包括(但不限于)任何可以储存、取回(retrieve)和处理数据的经编程或可编程电子装置。“非瞬时计算机可读介质”包括(但不限于)CD-ROM、可移除的闪存卡、硬盘驱动器、磁带以及软盘。
[0027]如本文中使用的“焊接工具”指的是(但不限于)焊枪、焊炬或者出于将由焊接电源提供的电力施加到可消耗的焊丝的目的而接受可消耗的焊丝的任何焊接装置。
[0028]如本文中使用的“焊接输出电路路径”指的是这样的电气路径，所述电气路径从焊接电源的焊接输出的第一侧、通过第一焊接线缆(或焊接线缆的第一侧)、到焊接电极、到工件(通过焊接电极和工件之间的短路或电弧)、通过第二焊接线缆(或焊接线缆的第二侦D并且回到焊接电源的焊接输出的第二侧。
[0029]如本文中使用的“焊接线缆”指的是这样的电气线缆，所述电气线缆可以被连接在焊接电源和焊接电极以及工件(例如通过焊丝送进器)之间，以提供电功率来在焊接电极和工件之间创建电弧。
[0030]如本文中使用的“焊接输出”可以指的是电气输出电路或焊接电源的输出端口或端子，或者指的是由电气输出电路或焊接电源的输出端口提供的电功率、电压或电流。
[0031]如本文中使用的“计算机存储器”指的是被配置来储存可以由计算机或处理部件取回的数字数据或信息的储存装置。
[0032]如本文中使用的“控制器”指的是逻辑电路和/或处理部件以及涉及控制焊接电源的相关联的软件或程序。
[0033]术语“信号”、“数据”和“信息”可以在本文被可互换地使用并且可以为数字或模拟的形式。
[0034]术语“AC焊接”在本文被一般地使用并且可以指的是实际的AC焊接、正负双极性的DC焊接、可变极性焊接以及其他混合焊接工艺。
[0035]图1图示说明焊接电源100的示例性实施方案的示意方框图，其中所述焊接电源100被可操作地连接到可消耗的焊接电极E和工件W。焊接电源100包括功率转换电路110，所述功率转换电路110提供焊接电极E和工件W之间的焊接输出功率。功率转换电路110可以是基于半桥输出拓扑结构的变压器。例如，功率转换电路110可以是逆变器类型，所述逆变器类型包括焊接变压器的(例如，如由主侧和次侧所分别描述的)输入功率侧和输出功率侧。其他类型的功率转换电路也是可能的，如，举例来说，具有DC输出拓扑结构的斩波器类型。焊丝送进器5朝向工件W送进可消耗的焊丝焊接电极E。焊丝送进器5、可消耗的焊接电极(焊条)E以及工件W不是焊接电源100的一部分而是可以经由焊接输出线缆可操作地连接到焊接电源100。
[0036]焊接电源100进一步包括波形发生器120和控制器130。波形发生器120在控制器130的命令下生成焊接波形。由波形发生器120生成的波形调制功率转换电路110的输出，以在电极E和工件W之间产生焊接输出电流。
[0037]焊接电源100可以进一步包括电压反馈电路140和电流反馈电路150，以监测电极E和工件W之间的焊接输出电压和电流并且将所监测的电压和电流提供回控制器130。反馈电压和电流可以被控制器130用来作出关于更改由波形发生器120生成的焊接波形的决定和/或作出例如影响焊接电源100的安全操作的其他决定。
[0038]焊接电源100还包括具有主桥接电路160和辅助桥接电路170的混合桥接电路180。主桥接电路160被可操作地连接到功率转换电路110并且被配置来通过低阻抗焊接输出电路路径(包括电极E和工件W)切换输出电流的方向，所述低阻抗焊接输出电路路径在控制器130的命令下被可操作地连接到焊接电源100的焊接输出。辅助桥接电路被可操作地连接到主桥接电路并且被配置来在控制器130的命令下在功率转换电路110和焊接输出电路路径之间引入高阻抗路径。根据一个实施方案，在通过焊接输出电路路径的输出电流的所规定的方向(极性)这个意义上来说，高阻抗路径模仿低阻抗路径。这样的混合桥接电路的详细实施例和操作稍后在本文中被详细描述。
[0039]图2图示说明焊接输出电流波形200的示例性实施方案。波形200被设计用于被称为表面张力过渡(STT)工艺的短路过渡焊接工艺。波形200包括本底电流段210、箍缩电流段220、峰值电流段230以及尾拖电流段240。在本底电流段210和箍缩电流段220之间的是第一低电流转变段215。再有，在箍缩电流段220和峰值电流段230之间的是第二低电流转变段225。
[0040]在使用波形200的焊接操作期间，在如图2所图示说明的时间A期间(即，在本底电流段210期间)，熔融金属球250在可消耗的焊接电极260的端部产生。在如图2所图示说明的时间B期间(即，在第一低电流转变段215期间)，熔融金属球260与工件270短路并且电流被降低，允许熔融金属球250润湿到工件270上的熔池中。在如图2所图示说明的时间C期间(即，在箍缩电流段220期间)，斜坡箍缩电流被施加到短路处以帮助熔融金属球250从电极260的端部箍缩到工件270上的熔池中。在如图2所图示说明的时间D期间(即，在第二低电流转变段225期间)，电流被降低，在熔融金属球250已经从电极260箍断而清除短路之后，允许焊接电弧280容易地在电极260和工件270之间重建。在如图2所图示说明的时间E期间(即，在峰值电流段230期间)，峰值电流被施加来设定合适的重建电弧的电弧长度并且开始从电极的端部熔化新的熔融金属球。在尾拖电流段240期间，所产生的热量通过控制电流从峰值电流水平转变到本底电流水平的速率来控制。波形在焊接工艺期间重复以形成焊缝。
[0041]作为实施例，100安培的本底电流保持电极和工件之间的电弧并且有助于基底金属受热。在电极最初与工件上的焊池短路之后，电流被迅速地降低以确保稳定短路(solidshort)。箍缩电流随后被施加来将熔融金属向下挤到焊池中，同时监测来自电信号的液桥(liquid bridge)的颈缩。当液桥将要断开时，电源通过将电流降低到大约50安培来起作用。紧随电弧重建之后，峰值电流被施加以产生等离子体的力，向下推动焊池来防止意外短路并且加热熔池和焊接接头。指数形的尾拖段被调整来调节总热输入，并且本底电流段用作精密热控制。
[0042]根据本发明的实施方案，通过切换通过焊接电源100内的高阻抗路径的焊接输出电流波形200，第一低电流转变段215和第二低电流转变段225的电流被迅速地降低并且被调节到非零水平，所述非零水平比本底电流段210的水平更靠近零电流水平。通过迅速地降低电流并且调节到低的非零水平，飞溅被降低，熔融金属球的低飞溅转移被便利，并且电弧280容易以可靠的方式在电极260和工件270之间重建。如本文下面所详细描述的，本发明的实施方案提供混合桥接电路，所述混合桥接电路在控制器130的控制下以适当的时间在高阻抗路径中切换，同时提供AC焊接操作。本文所描述的方法的某些方面还可以被用于非短路焊接工艺，其中熔融金属球在接触工件之前脱离电极并且跨电弧转移而电弧不熄灭。在这样的非短路焊接工艺中，混合桥接电路的高阻抗路径可以被用来便利熔融金属球跨电弧的低飞溅转移，同时保持电弧。
[0043]图3图示说明图1的焊接电源100的一部分的第一示例性实施方案的示意图，所述焊接电源100具有包括主桥接电路160和辅助桥接电路170的混合桥接电路180。同样在图3中图示说明的是功率转换电路110的一部分310，其中功率转换电路110是中心抽头或半桥拓扑结构(例如，基于逆变器的电路)。图3的混合桥接电路180具有半桥拓扑结构的形式，其中功率转换电路110提供被配置来共享共同路径的双输出电流路径，以使每个输出路径可以在共享的路径中产生相反极性的流。主桥接电路160包括开关晶体管311和312。辅助桥接电路170包括开关晶体管313和314和电阻器315。根据实施方案，开关晶体管是绝缘栅双极晶体管(IGBTs)。有源缓冲电路181被用来限制跨桥接电路180的电压(例如，大致在300V和600V之间)以导致通过输出电路路径的输出电流迅速下降。如本文结合图2以及图4A至图4B所描述的，图3的混合桥接电路180提供AC焊接操作并且提供高阻抗路径，以将焊接输出电流调节到低的水平来进行飞溅控制并且在焊接工艺期间以特定时间间隔重建电极E和工件W之间的焊接电弧。焊接输出端子191和192被示出并且表征焊接电源的焊接输出，电极E和工件W可以通过焊接线缆路径被连接到焊接电源的焊接输出。
[0044]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200时的操作。图4A图示说明图3的电路在焊接输出电流波形200的正部分期间的操作。在本底电流段210、箍缩电流段220、峰值电流段230以及尾拖电流段240的时间期间(在图4A的顶部中通过波形的加粗部分示出)，主桥接电路160的开关晶体管311导通(ON)而主桥接电路160的开关晶体管312断开(OFF)。结果，如由图4A的顶部中的实箭头所指示的，焊接输出电流流过低阻抗路径。
[0045]在电流衰减以及低电流转变段215和225的时间期间(在图4A的底部中通过波形的加粗部分示出)，只有辅助桥接电路170的开关晶体管313导通。结果，如由图4A的底部中的实箭头所指示的，焊接输出电流流过由开关晶体管313和电阻器315所提供的高阻抗路径，提供电极E和工件W之间的高电位降，因而允许焊接输出电流迅速地衰减并且被调节到一确定的低的水平。这创建了电极E和工件W之间的高电位情况，根据已知的等式V = L(di/dt)，其中V是电压，L是电感，di是电流的变化并且dt是时间的变化，因而迫使焊接输出电流迅速地衰减。
[0046]根据本发明的实施方案，电阻器315的值小于两欧姆(例如，一欧姆)。根据另一个实施方案，电阻器315的值小于一欧姆(例如，0.5欧姆)。再次，利用混合桥接电路180的焊接输出电流的这种迅速衰减和调节提供低飞溅条件以及电极E和工件W之间的电弧的可靠重建。图4A-4B示出的负载表征电极E和工件W之间的电弧以及将电极E和工件W连接到焊接电源的焊接线缆路径(即，焊接输出电路路径)的电阻和电感。然而，电极E、工件W和焊接线缆路径不是焊接电源的一部分。将辅助桥接电路170提供到主桥接电路160允许对通过负载的焊接输出电流的中断进行更好的控制。
[0047]类似地，图4B图示说明图3的电路在焊接电流波形的负部分期间的操作。在本底电流段210、箍缩电流段220、峰值电流段230以及尾拖电流段240的时间期间(在图4B的顶部中通过波形的加粗部分示出)，主桥接电路160的开关晶体管312导通而主桥接电路160的开关晶体管311断开。结果，焊接输出电流如由图4B的顶部中的实箭头所指示的流动。在电流衰减以及低电流转变段215和225的时间期间