抹除脉冲焊接系统和方法
【专利说明】抹除脉冲焊接系统和方法
[0001]相关申请的参见引用
[0002]本申请是2012年12月 12 日提交的标题为“Dabbing Pulsed Welding System andMethod(抹除脉冲焊接系统和方法)”的美国临时专利申请序列N0.61/736，393的非临时专利申请，兹为了所有目的以参见方式引入其全部内容。
【背景技术】
[0003]本发明总体涉及焊机，并且尤其涉及一种配置为实施一种焊接操作的焊机，在该焊接操作中，当焊丝从焊炬被推进时，脉冲波形被施加到焊丝。
[0004]为了各种目的，各种各样的焊接系统和焊接控制机制已被实施。在连续焊接操作中，金属惰性气体(MIG)保护焊技术允许通过供应受来自焊炬的惰性气体保护的焊丝形成连续焊缝。电功率被施加到焊丝并且电路通过工件而完成以保持将焊丝和工件融化的弧以形成所希望的焊缝。
[0005]MIG焊接的改进形式是基于在焊接功率源中产生脉冲功率。也就是说，可实施各种脉冲机制，在该各种焊接机制中，电流和/或电压脉冲受到功率源控制电路的指令以调节来自焊丝的金属液滴的形成和沉积，以保持熔池的所希望的加热和冷却轮廓，以控制焊丝和熔池之间的短路等。
[0006]尽管此类脉冲机制在许多应用中非常有效，但是此类脉冲机制可受到缺陷的制约。例如，根据传递模式，工艺可或者限制行进速度、产生过多的飞溅(需要及时清理经焊接的工件)、提供不理想的穿透，或这些或其它效果的组合。此外，某些脉冲工艺(例如，以材料传递的喷洒模式操作的脉冲工艺)可对特定应用运行过热。其它焊接工艺(例如短路工艺)可运行过冷，但也可又产生飞溅和其它不需要的焊接效果。
[0007]此外，在某些焊接条件下和使用某些焊接电极时，训练为在电极和工件之间实施循环短路的脉冲焊接工艺可将过多能量施加到焊缝。例如，使用包芯焊丝电极时，电极可被施加到焊丝的过多电流加热，尤其因为焊接电流趋于通过能够比实心焊丝更容易融化的焊丝外皮流动。因此，弧可闪耀(变长)。然而，为了跨越间隔、降低烧穿并且增加行进速度，期望的是，将弧长保持在最低值。但是，这导致焊丝距离渐增的熔池太近并且需要额外的电流以清除短路，再次导致对包芯焊丝的外皮的加热，并且引起弧闪耀。
[0008]因此，存在对允许提高焊接质量和灵活性的同时允许以脉冲波形机制进行焊接的改进焊接策略的需要。
【发明内容】
[0009]本发明提供了设计为响应于此类需求的焊接系统。根据一个示例性实施方式，焊接系统包括处理电路，该处理电路配置为提供控制波形，该控制波形包括峰值阶段，该峰值阶段之后紧跟抹除阶段，该抹除阶段之后跟着背景阶段；和功率转换电路，该功率转换电路配置为基于控制波形提供焊接功率输出。
[0010]本发明还提供了用于焊接的方法，例如，根据一个方面，产生用于焊接功率输出的波形，该波形包括峰值阶段，该峰值阶段之后紧跟抹除阶段，该抹除阶段之后跟着背景阶段；以及，根据控制波形将输入功率转换为焊接功率。
【附图说明】
[0011]图1是根据本技术的方面的用于实施脉冲焊接操作的示例性MIG焊接系统的图示，其示出了联接到送丝器的功率源；
[0012]图2是用于图1所示类型的焊接功率源的示例性控制电路构件的图示；
[0013]图3是根据本技术的用于将熔融金属从焊接电极抹除进入熔池的示例性波形的图示；
[0014]图4是在具体实施期间的以此种波形的一系列脉冲为形式的电压和电流的图示；
[0015]图5是示出了实施此种焊接机制的某些控制逻辑的流程图；
[0016]图6是根据本技术的用于将熔融金属从焊接电极抹除进入熔池的另一示例性波形的图示；
[0017]图7是示出了实施图6的焊接机制的某些控制逻辑的流程图；以及
[0018]图8是示出了根据本技术的产生功率关闭信号的某些控制逻辑的流程图。
【具体实施方式】
[0019]现转向附图，并且首先参见图1，示例性焊接系统被示出为包括经由导线或导电管14彼此联接的功率源10和送丝器12。在所示实施例中，功率源10与送丝器12分离，从而送丝器可被放置为距离功率源一定距离而靠近焊接地点。然而，应当理解的是，在一些实施方式中，送丝器可与功率源一体化。在此类情况下，导电管14将在系统内部。在送丝器与功率源分离的实施例中，通常在功率源上和在送丝器上提供端子以允许将导线或导电管联接到系统，以允许将电力和气体从功率源提供到送丝器，并且允许在该两个装置之间交换数据。
[0020]系统设计为将焊丝、电力和保护气体提供到焊枪16。如本领域技术人员应当理解的是，焊炬可具有多种不同的类型，并且通常允许将焊丝和气体供应到临近工件18的地点，在该地点处，将形成焊缝以连接两片或多片金属。第二导线通常延伸到焊接工件以完成功率源和工件之间的电路。
[0021]系统被设计为允许操作员尤其经由提供在功率源上的操作员界面20选择数据设置。操作员界面通常被合并到功率源的前面板中，并且可允许选择例如焊接工艺、将使用的焊丝类型、电压和电流设置等的设置。具体来说，系统被设计为允许MIG焊接使用穿过焊炬的各种铁质、铝质或其它的焊丝。这些焊接设置被传递到功率源中的控制电路22。系统可尤其适于实施为某些电极类型(例如，包芯电极)设计的焊接机制。
[0022]将在下文更加详述控制电路，控制电路操作为控制焊接功率输出的产生，该焊接功率输出施加到焊丝用于实施所希望的焊接操作。例如，在某些目前设想的实施例中，控制电路可适于调节脉冲MIG焊接机制，该脉冲MIG焊接机制“抹除”或促进熔融金属短路传递到渐增的熔池，而无须给焊缝或电极施加过多的能量。在“短路”模式中，在焊弧的加热的影响下，焊丝上形成熔融材料的液滴，并且通过焊丝和液滴和熔池之间的接触或短路它们被周期性地传递到熔池。“脉冲焊接”或“脉冲MIG保护焊接”是指其中产生脉冲功率波形的技术，例如以控制将金属液体沉积进入渐增的熔池的技术。在本发明的一个具体实施例中，可实施其中产生具有短路焊接和喷焊两者的特性的脉冲的专门的脉冲焊接机制，如 Hutchison 等人于 2012 年 10 月 18 日提交的标题为 “Hybrid Pulsed-Short CircuitWelding Regime"(混合脉冲-短路电路焊接机制)”的美国专利申请序列N0.13/655，174所述的“混合”传递模式的类型，兹以参见方式引入其全部内容。
[0023]控制电路因此联接到功率转换电路24。该功率转换电路适于产生输出功率，例如可最终施加到在焊炬处的焊丝的脉冲波形。可采用各种功率转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等。此种电路的配置可以是现有技术通常已知的类型或是其自身的类型。功率转换电路24联接到如箭头26表示的电力源。施加到功率转换电路24的功率可来自电网，但是也可以使用其它功率源，例如由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代功率源产生的功率。最后，图1所示的功率源包括接口电路28，该接口电路28设计为允许控制电路22与送丝器12交换信号。
[0024]送丝器12包括联接到接口电路28的配合接口电路30。在一些实施例中，构件两者之上可提供多引脚接口，并且多导线电缆在接口电路之间延伸以允许在功率源10上或送丝器12上或两者上设置例如送丝速度、工艺、所选的电流、电压或功率电平等的信息。
[0025]送丝器12还包括联接到接口电路30的控制电路32。如下文所更加充分描述的，控制电路32允许根据操作员的选择控制送丝速度，并且允许经由接口电路将这些设置反馈到功率源。控制电路32联接到送丝器上的操作员界面34，该操作员界面34允许选择一个或多个焊接参数，尤其是送丝速度。操作员界面还可允许选择例如工艺、利用的焊丝的类型、电流、电压或功率设置等的焊接参数。控制电路32还联接到气体控制阀门36，该气体控制阀门36调节保护气体到焊炬的流动。总的来说，此气体在焊接时提供，并且可在焊接前立即打开并且在焊接后持续片刻。如参考标号38表示的施加到气体控制阀门36的气体通常以压力罐的形式提供。
[0026]送丝器12包括在控制电路36的控制下用于将焊丝供应到焊炬并且从而供应到焊接应用的构件。例如，送丝器中容纳有一个或多个焊丝轴40。焊丝42从卷轴处展开并且逐渐供应到焊炬。卷轴可与离合器44相关联，在焊丝将被供应到焊炬时该离合器脱离卷轴。离合器还可被调节为保持最小的摩擦水平以避免卷轴的自由旋转。送丝电机46被提供为与送丝辊48接合以将焊丝从送丝器推向焊炬。在实际操作中，送丝辊48的其中一个机械地