在弧焊应用中使用电感式放电电路重燃和稳定电弧的系统和方法
【技术领域】
[0001] 某些实施方案设及弧焊应用。更特定地，某些实施方案设及在用于针焊 化razing)、烙敷レladding)、堆焊化uildingup)、填充、表面硬化化ard-facing)烙覆 (overlaying)、接合W及焊接应用中的任一个的系统和方法中，使用电感式放电来控制起 弧。 技术背景
[0002] 在一些弧焊系统中，焊接机器需要一些非接触式起弧和重燃的手段。例如，焊接电 源供应器可W包括高频点燃电路（例如电容器放电电路或火花隙振荡电路），W辅助桥接 从电极到工件的空隙。当WAC模式焊接时，电弧稳定性是个问题，因为当极性被切换时存 在运样的可能性，即，每当波形通过零电流时，电弧可能未重新点着。的确，在零转变（zero transition)期间防止电弧焰灭几乎是不可能的。典型的电弧电压通常小于30伏并且要在 所有状况下可靠地维持电弧需要高得多的电压。取决于工艺，所需要的电压可W直至100 伏或更多。在典型的系统中，提高的（elevated)电压由焊接电路中的各种无源元件（例如 输出扼流圈）来短暂供应，但一般受限于电源供应器的开路电压（0CV)。如上面所讨论的， AC焊接是特殊情况，因为电弧在每次极性反转时焰灭，并且电源的0CV典型地不足W重建 电弧。一般地，电源供应器的0CV必须是高达100伏的0CV，W维持电弧。然而，在反转极性 时，只有约50伏的0CV加上来自输出扼流圈的任何电压来重建电弧。该电压典型地不足W 重建电弧。从而，挑战是，要提供在焊接波形经过零转变之后重燃电弧的手段。为了运个目 的，存在许多运样的方法，所述方法在波形转变到相反的极性时跨焊接引线强加（impose) 提高的电压来重燃热电离的气体。
[0003] 例如，每当AC波形改变极性时高频点燃电路可W被接通。高频点燃电路包括高电 压、高频脉冲，所述高电压、高频脉冲在电极和工件之间生成火花来发起电弧。高频点燃电 路是重燃电弧的可靠的方法。然而，来自运些高频点燃电路的电气噪声可W损坏调制解调 器焊接电源供应器中的电子器件W及设置在附近或者工作场所的其他敏感设备。其他方法 包括叠加装置或者中屯、抽头扼流圈，W在极性被切换时重建电弧。因为运些方法不使用高 电压、高频脉冲，敏感电子器件比较不容易受到由于电气噪声而变损坏的影响。然而，在极 端的状况下，焊接工艺可能仍然经历"突然焰灭（popout)"，即，电弧没有重燃。进一步地， 一旦中屯、抽头扼流电路中的能量被释放，工艺将需要等待直到它再次充电。关于叠加电路 和中屯、抽头扼流电路的附加的信息可W在美国专利No. 7, 385, 159中找到，所述美国专利 No. 7, 385, 159作为背景材料通过引用被全部并入本文。
[0004] 除了上面的内容之外，现有技术的方法没有提供低电流稳定性和波形平滑。电弧 的物理性质受性能（例如被焊接的材料、焊缝烙池尺寸、热量输入等）影响，并且电压或电 弧的长度可W是显著地高的。在运样的情况下，维持电弧必需的电压可W瞬间超出由电源 供应器提供的电压并且电弧将焰灭。
[0005] 通过将常规的、传统的W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运样的手段的进一步的局限性和缺 点将会变得明显。
【发明内容】
[0006]为了提供在焊接波形经过零转变之后重燃电弧的手段，本发明提出了根据权利要 求1的系统和根据权利要求9的方法。本发明的实施方案包括在用于针焊、烙敷、堆焊、填 充、表面硬化烙覆、接合W及焊接应用中的任一个的系统和方法中，使用电感式放电来控制 起弧。所述系统包括输出系统，所述输出系统提供包括正时段（positiveperiod)和负时 段的输出波形。正时段在转变到负时段之前包括正衰减时段，并且负时段在转变到所述正 时段之前包括负衰减时段。所述系统进一步包括电感式放电和稳定系统，所述电感式放电 和稳定系统包括至少一个电感器。优选地，所述至少一个电感器是在300微亨至900微亨 之间。至少一个电感器在从正时段到负时段之间的转变时段W及从负时段到正时段的转变 时段期间在电极和工件之间重燃电弧。至少一个电感器在所述正时段的至少一部分W及所 述负时段的至少一部分期间提供稳定电流来稳定所述电弧。所述系统可W进一步包括缓冲 电路，W便利所述正衰减时段和所述负衰减时段。优选地，所述缓冲电路包括电容器，所述 电容器是在500微法至1500微法的范围内。
[0007] 所述方法包括将输出波形提供到电极和工件中的一个。输出波形包括正时段和负 时段。正时段在转变到负时段之前包括正衰减时段，并且负时段在转变到正时段之前包括 负衰减时段。所述方法还包括提供至少一个电感器W及控制至少一个电感器在从正时段到 负时段之间的转变时段W及从负时段到正时段的转变时段期间在电极和工件之间重燃电 弧。至少一个电感器在所述正时段的至少一部分W及所述负时段的至少一部分期间提供稳 定电流来稳定电弧。
[0008] 所述方法还可W包括提供电感式放电和稳定电路，W在AC和DC两种应用中发起 和/或重燃电弧并且在低电流操作期间提供电弧稳定。所述方法可W进一步包括监测电感 器在电感式放电电路中的充电W确定充电的状态，W及基于所述状态控制至少电感式放电 电路。所述方法可W进一步包括缓冲电路，W便利所述正衰减时段和所述负衰减时段。优 选地，所述缓冲电路包括电容器，所述电容器是在500微法至1500微法的范围内。
[0009]本发明的其他示例性实施方案包括在用于针焊、烙敷、堆焊、填充、表面硬化烙覆、 接合W及焊接应用中的任一个的系统和方法中使用的电源供应器。电源供应器包括输出电 路，所述输出电路被配置来提供电压和电流波形中的至少一个。电源供应器还包括电弧重 燃和稳定电路，所述电弧重燃和稳定电路在零转变期间重燃电弧并且在低电流操作期间提 供电弧稳定。电源供应器进一步包括控制单元，所述控制单元被可操作地连接到至少重燃 和稳定电路。控制单元被配置来监测和控制至少重燃电感器的充电。控制单元还可W被配 置来控制电压或电流波形。
[0010] 从如下的说明书、权利要求书和附图，所要求保护的本发明的运些和其他特点W及图示说明的本发明的实施方案的细节将会被更加完整地理解。
【附图说明】
[0011] 通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面 将会更加明显，在所述附图中：
[0012] 图1图示说明用于针焊、烙敷、堆焊、填充、表面硬化烙覆、接合W及焊接应用中的 任一个的系统的示例性实施方案的功能性示意框图；
[0013] 图2图示说明可W在图1的系统中使用的具有电弧重燃和稳定电路的示例性电源 供应器；
[0014] 图3图示说明来自图2的电源供应器的重燃和稳定电路的示例性输出焊接波形和 示例性电感器电流；
[0015] 图4A-图4E图示说明使用全桥操作的图2的示例性电源供应器的操作；
[0016] 图5A-图祀图示说明使用半桥操作的示例性电源供应器的操作；W及
[0017] 图6图示说明来自图5A-图祀的重燃和稳定电路的示例性输出焊接波形和示例 性电感器电流。
【具体实施方式】
[0018] 现在将在下面通过参照所附的附图描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例 性实施方案意图帮助理解本发明，而不意图W任何方式限制本发明的范围。相似的参考编 号在通篇中设及相似的要素。
[0019] 图1图示说明用于针焊、烙敷、堆焊、填充、表面硬化烙覆、接合W及焊接应用中的 任一个的系统100。系统100包括焊接电源供应器80，所述焊接电源供应器80可W是逆变 器类型的电源供应器或者具有适合的AC模块的基于斩波器的电源供应器。除了本文所阐 述