增强金属沉积的电弧焊系统的制作方法
【专利说明】増强金属沉积的电弧焊系统
[0001] 发明背景
[0002] 本发明一般涉及焊接系统，更具体地涉及用于增强金属沉积的电弧焊供电器。
[0003] 焊接工艺在各个行业和应用中变得越来越普遍。虽然在某些情况下这种工艺可以 自动化，但很多应用继续采用手动焊接操作。这种焊接操作一般涉及这样的电极，该电极配 置成使电弧在焊炬与工件之间经过，从而加热工件以产生焊缝。在很多系统中，向焊缝提供 填充耗材，填充耗材在焊缝处熔化并沉积到焊缝中。在一些焊接系统中，填充材料送至焊缝 之前被加热，从而能更快更平滑地过渡到熔化状态进行金属沉积。
[0004] 这样的焊接系统一般包括两个电力源。一个电力源提供用于电阻加热填充耗材的 电流。另一个电力源提供用于加热工件的电力以产生并保持焊池。该第二个电力源可以包 括气体保护金属极电弧焊（GMW)供电器、气体保护钨极电弧焊（GTAW)供电器、激光器或其 他热源。不幸的是，用于加热工件和耗材的设备实现起来可能需要很高的费用。除了成本 较高之外，还可能难以将多个电力源与现有的手持式或自动化焊接系统相整合。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，焊接系统包括供电器，所述供电器配置成向焊接装置输出电力。 所述供电器配置成在电弧阶段与热丝阶段之间交替电力输出。所述电弧阶段的电力输出在 焊接电极与工件之间产生电弧。所述热丝阶段的电力输出加热所述焊接电极而不产生电 弧。
[0006] 在另一个实施例中，焊接供电器包括控制电路，所述控制电路配置成在电弧阶段 与热丝阶段之间循环从所述供电器到焊接电极的焊接电力输出。所述控制电路在所述电弧 阶段调节所述焊接电力以在所述焊接电极与工件之间产生电弧。所述控制电路在所述热丝 阶段调节所述焊接电力以加热所述焊接电极而不产生电弧。
[0007] 在另外的实施例中，焊接系统包括焊炬，所述焊炬配置成向工件引导焊接电极。所 述焊接系统还包括供电器，所述供电器配置成在电弧阶段和热丝阶段向所述焊炬提供电 力，在所述电弧阶段与所述热丝阶段之间交替进行。在所述热丝阶段，电流加热所述焊接电 极而不在所述焊接电极与所述工件之间产生电弧。
【附图说明】
[0008] 参照附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本发明的这些和其他特征、方面 和优点，所有附图中的相同符号表示相同的部件，其中：
[0009] 图1是可以实现电弧/热丝焊接过程的焊接系统的实施例的图示；
[0010] 图2是图1的焊接系统的部件的实施例在电弧阶段操作的侧视图；
[0011] 图3是图2的部件的实施例在热丝阶段操作的侧视图；
[0012] 图4是示出实现电弧/热丝焊接过程的从焊接供电器输出的电力的电流和电压的 实施例的图表；
[0013] 图5是用于经由图1的焊接系统实现电弧/热丝焊接过程的方法的实施例的工艺 流程图；并且
[0014] 图6是可以实现电弧/热丝焊接过程的焊接系统的实施例的图示。
【具体实施方式】
[0015] 本文公开的实施例涉及用于在焊接电力输出的电弧阶段与电力输出的热丝阶段 之间交替的焊接系统。在电弧阶段，过程电力可能相对较高并提供到焊炬以产生并保持电 弧，从而加热工件和电极。在热丝阶段，过程电力可能相对较低，以电阻加热焊丝而不产生 电弧。以此方式，单个供电器可能就能提供热丝焊接过程的电力和质量流管理，以控制热量 输入、稀释等。一个实施例可涉及向位于焊丝周围的感应加热元件提供电力以感应方式加 热焊丝。供电器中的控制电路可以提供信号，所述信号用于随着焊接系统在焊弧阶段和热 丝阶段之间循环而交替电力输出、焊丝送丝速度、接触点或其他焊接参数。焊接系统可以以 恒定频率在这些电力输出阶段之间循环。在一些实施例中，控制电路可以对电流和/或送 丝速度进行调整，以将系统在热丝阶段保持预定持续时间。
[0016] 现在转到附图，图1是焊接系统10的一个实施例，该系统包括经由导体或导管16 彼此耦接的供电器12和送丝器14。在所示实施例中，供电器12与送丝器14分开，这样送 丝器14就可以定位在焊接位置附近距供电器12的一段距离处。然而，应理解在一些实施 方式中，送丝器14可与供电器12相整合。在这样的情况下，导管16就位于系统内部。在 送丝器14与供电器12分开的实施例中，通常在供电器12和送丝器14上设有端子，以能够 将导体或导管16耦接到这些装置上，从而能够从供电器12向送丝器14提供电力和气体， 并能够在这两个装置之间交换数据，如以下更充分所述。
[0017] 系统10设计成向焊炬18提供焊丝、电力和保护气体。焊炬18可以采用多种不同 的类型，一般能够将丝和保护气体送至邻近工件20的位置，将在该位置形成焊缝以将两块 或多块金属接合起来。第二导体21延伸到工件20,以完成供电器12与工件20之间的电 路。
[0018] 系统10设计成使得能由操作员具体经由设在供电器12上的操作员界面22选择 数据设置。操作员界面22通常会结合到供电器12的前面板中，并且可以实现诸如焊接过 程的类型、要使用的焊丝类型、电压和电流设置等设置的选择。这些焊接设置被传送至供电 器12内的控制电路24。在所示的实施例中，系统10设计成能够实现气体保护金属极电弧 焊（GMW)。应指出在本公开中提及"GMAW"工艺时，焊炬18和此处所述的技术可以与惰性 气体一起使用或无需惰性气体，例如与药芯焊丝或金属芯焊丝一起使用。
[0019] 控制电路24起到控制生成施加到焊丝的焊接电力输出以进行所需焊接操作的作 用。在本公开的实施例中，控制电路24配置成在电弧阶段与热丝阶段之间循环焊接电力输 出。控制电路24耦接至电力转换电路26。该电力转换电路26适于产生将最终施加到焊炬 18处的焊丝的输出电力。可以采用各种电力转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、 逆变器、转换器等。电力转换电路26耦接至电力源，如箭头28所示。施加到电力转换电路 26的电力可以源自电网，但也可以使用其他电力源，例如机动发电机、电池、燃料电池或其 他替代源产生的电力。最后，图1所示的供电器12包括接口电路30,接口电路配置成使控 制电路24能够与送丝器14交换信号。
[0020] 送丝器14包括耦接至接口电路30的互补接口电路32。送丝器14还包括耦接至 接口电路32的控制电路34。控制电路34使得能够根据操作员选择来控制送丝速度。控制 电路34耦接至送丝器14上的操作员界面36,操作员界面实现一个或多个焊接参数选择，特 别是焊丝速度的选择。操作员界面36还可以实现诸如焊接过程类型、所使用的焊丝类型、 电流、电压或电力设置、电力周期频率等焊接参数的选择。控制电路34耦接至气体控制阀 门38,该阀门调节流向焊炬18的保护气体的流量。一般来说，这样的气体是在焊接时提供， 并且可以在焊接之前立即开启和/或在焊接之后短时间内开启。提供到气体控制阀门38 的气体通常以加压瓶的形式提供，如图1中的箭头40所示。
[0021] 送丝器14包括用于在控制电路34的控制下将焊丝送至焊炬18从而送至焊接应 用的部件。例如，送丝器14中容纳一个或多个焊丝盘42。如下所述，焊丝44从焊丝盘42 释放并逐步送至焊炬18。每个焊丝盘42均可与离合器46相关联，当要将焊丝44送至焊 炬18时，离合器使焊丝盘42脱离接合。离合器46可被调节成保持最低摩擦水平，以避免 焊丝盘42发生自由旋转。提供送丝马达48,其与送丝器送丝辊50相接合以将焊丝44从送 丝器14推向焊炬18。在实践中，其中一个送丝辊50机械耦接至送丝马达48,并由送丝马 达48转动以驱动来自送