用于空气碳弧切割的方法和设备与流程

本公开大体上涉及焊接型电力供应器以及提供焊接型电力的领域。更具体来说，本公开涉及用于空气碳弧切割的焊接型电力供应器以及提供用于空气碳弧切割的焊接型电力。

背景技术：

有许多已知类型的焊接型电力供应器。如本文所使用，焊接型电力表示适用于电弧焊接、等离子体电弧切割或感应加热的电力。如本文所使用，焊接型系统是可提供焊接型电力的系统，并且可包含控制与电力电路、送丝机和附属设备。如本文所使用，焊接型电力供应器是可提供焊接型电力的电力供应器。

提供焊接型电力以及设计用于提供焊接型电力的系统提出了独特挑战。焊接型系统常从一个位置移动到另一位置，并且以不同的输入来使用，如单相或三相或115v、230v、460v、575v等或50hz或60hz信号。被设计成用于单输入的电力供应器不能跨越不同的输入电压提供一致的输出，并且这些电力供应器中在特定的输入电平下安全地操作的部件当在替代的输入电平下工作时可能会损坏。并且，大多数领域的电力供应器被设计成用于相对稳定的负载。另一方面，焊接是一种非常动态的过程，并且很多的变量影响输出电流和负载，例如，电弧长度、焊条类型、防护物类型、空气流、工件上的灰尘、熔池大小、焊缝取向、操作员的技术，并且最后一点是被确定为最适合应用的焊接工艺的类型。这些变量不断变化，并且导致不断变化且不可预测的输出电流和电压。许多领域的电力供应器被设计成用于低电力输出。焊接型电力供应器是高电力的，并且存在着许多问题，例如，开关损耗、线路损耗、热损伤、感应损耗以及电磁干扰的产生。因此，焊接型电力供应器设计人员面临着许多独特的挑战。

此外，焊接型电力供应器或系统常常是为一种或多种特定的工艺销售的，例如，焊条焊接、tig、mig、脉冲焊接、埋弧焊接、加热、切割，且最大输出电力或电流可以是从一百以下安培到五百以上安培的任意值。一些焊接工艺是使用受控电流(cc)输出来执行的，并且其它是使用受控电压(cv)输出来执行的。专用于单个工艺和单个输出的焊接型电力供应器是较容易设计的。然而，许多用户偏爱多工艺的焊接型电力供应器，以便避免针对每一工艺而具有一个电力供应器。

有许多用于焊接型电力供应器中的不同拓扑。开关电力供应器常用于实现输出控制。现有技术的一种用于各种工艺的焊接型电力供应器描述在第13/839235号专利公开中，该专利公开是作为us-2014-0021180-a1公开并以引用方式并入本文中。此电力供应器良好适用于使用输出逆变器的脉冲宽度调制来控制输出。所述电力供应器包含预调节器、高电压分割式总线以及堆叠式逆变器输出。现有技术的另一种良好适用于输出的pwm控制的焊接型电力供应器描述在也以引用方式并入本文中的第8455794号专利中。

所执行的一种焊接型工艺是空气碳弧切割(cac-a)。cac-a涉及使用碳-石墨电极，并且电极与工件之间的电弧使金属的一部分熔融，而空气射流经过电弧以吹走熔融金属。所述工艺用于切割和刨削，并且可以手动进行或机械化。cac-a是使用焊条焊接模式或cv模式而在现有技术的焊接电力供应器上执行。现有技术的焊接型电力供应器不包含cac-a模式。如本文所使用的cac-a模式表示专用于空气碳弧切割(cac-a)的焊接型电力供应器的模式，并且包含用于cac-a的控制方案。

因为现有技术的焊接型电力供应器不具有cac-a模式，所以控制与输出电力没有被设计成用于cac-a，并且所述工艺可能是困难的。有不同cac-a技术，包含沿着表面掠过以使表面平滑，在表面处轻触以移除小区域以及刨削大区域。为cac-a提供电力可能是麻烦的，这是因为轻触和掠过可包含简短的电弧中断。当使用焊接型电力供应器时，cac-a启动可能特别困难，这是因为启动算法是用于另一工艺(例如，焊条焊接)。并且，电流输出的改变是针对另一工艺(例如，焊条焊接)而不是针对cac-a来定制的。因此，需要包含cac-a模式的焊接型电力供应器。优选地，所述焊接型电力供应器包含适用于cac-a的启动算法。

技术实现要素：

根据本公开的第一方面，一种使用焊接型电力供应器进行空气碳弧切割的方法包括：选择cac-a模式和所选择的电流设定点；以及停用输出中的焊条焊接下降。设定大于焊条焊接挖掘斜率的cac-a挖掘斜率以及大于焊条焊接挖掘阈值的cac-a挖掘阈值。设定大于焊条焊接热启动电流的cac-a热启动电流以及cac-a热启动时间和cac-a热启动延迟时间。设定大于电流设定点的cac-a启动电流以及cac-a启动电流时间。还设定小于焊条焊接转换速率的cac-a转换速率。使用焊接型电力供应器而提供电力，以使得当检测到开路并接着在热启动延迟时间内检测到电流时，提供cac-a启动电流持续cac-a启动电流时间。当电流高于cac-a挖掘阈值时并在cac-a启动电流时间之后，以cac-a转换速率增大电流直到以电流设定点提供电流为止。当检测到开路并且没有在热启动延迟时间内检测到电流时，提供热启动电流持续cac-a热启动时间。当检测到开路并且没有在热启动延迟时间内检测到电流，并且输出电压小于cac-a挖掘阈值时，增加cac-a热启动时间。

根据本公开的第二方面，一种使用焊接型电力供应器以提供输出而进行空气碳弧切割(cac-a)的方法包含：选择cac-a模式；以及在cac-a模式中以所选择的电流设定点提供电流。

根据本公开的第三方面，一种焊接型电力供应器包含：用户模式选择器，包含空气碳弧切割(cac-a)模式；电力电路，接收输入电力并提供cac-a电力，并且具有控制输入；以及控制器，具有连接到控制输入的控制输出。控制器具有响应于cac-a模式的cac-a控制模块，并且具有指示输出电流和/或指示输出电压的反馈。

在一个实施例中，当处于cac-a模式中时，停用输出中的焊条焊接下降。

在各种实施例中，设定大于焊条焊接挖掘斜率的cac-a挖掘斜率以及大于焊条焊接挖掘阈值的cac-a挖掘阈值，并且当输出电压小于挖掘阈值时，以挖掘斜率提供输出。

在一个替代中，cac-a挖掘斜率是约30安培/伏特，并且cac-a挖掘阈值是约25伏特。

在另一替代中，设定大于焊条焊接热启动电流的cac-a热启动电流以及cac-a热启动时间和cac-a热启动延迟时间，并且当检测到开路并且没有在热启动延迟时间内检测到电流时，提供热启动电流持续cac-a热启动时间。

在一个替代中，cac-a挖掘斜率是至少24安培/伏特，cac-a挖掘阈值是至少23伏特，cac-a热启动电流约两倍于电流设定点，cac-a热启动时间是约100毫秒，cac-a热启动延迟时间是至少150毫秒，cac-a启动电流比电流设定点大至少10％，cac-a启动电流时间是约10毫秒，并且cac-a转换速率是约125安培/毫秒。

在一个实施例中，cac-a热启动电流约两倍于电流设定点，cac-a热启动时间是约100毫秒，并且cac-a热启动延迟时间是约200毫秒。

在各种实施例中，当检测到开路并且没有在热启动延迟时间内检测到电流，并且输出电压小于cac-a挖掘阈值时，增加cac-a热启动时间。

在各种替代中，cac-a启动电流比电流设定点大了约12.5％，并且cac-a启动电流时间是约10毫秒，并且cac-a转换速率是约125安培/毫秒或200安培/毫秒。

在另一替代中，当检测到开路并在热启动延迟时间内检测到电流时，提供cac-a启动电流持续cac-a启动电流时间，并且接着以cac-a转换速率增大电流直到以电流设定点提供电流为止。

在一个实施例中，cac-a控制模块包含cac-a启动模块。

在各种实施例中，cac-a控制模块包含具有大于焊条焊接挖掘阈值的挖掘阈值并具有挖掘斜率的cac-a挖掘模块。

在另一实施例中，cac-a启动模块包含响应于反馈输入的大于焊条焊接热启动电流的cac-a热启动电流、cac-a热启动时间、cac-a热启动延迟时间。

在一个实施例中，cac-a启动模块包含响应于输出电压小于cac-a挖掘阈值的cac-a增大热启动模块。

在各种实施例中，cac-a启动模块包含具有cac-a启动电流时间和cac-a转换速率并响应于反馈输入的焊接启动模块。

在另一实施例中，cac-a控制模块包含下降停用模块。

其它主要特征和优点对于本领域的技术人员来说将在查阅附图、具体实施方式和权利要求书之后变得明显。

附图说明

图1是焊接型电力供应器的框图；以及

图2是用于图1的焊接型电力供应器的控制器。

在详细解释至少一个实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中所阐述或附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例，或以各种方式实践或进行。并且，应理解，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的且不应视为限制性的。相同参考标记用于表示相同部件。

具体实施方式

虽然参照特定焊接型电力供应器、电力电路、控制器和控制模块来说明本公开，但应了解，在一开始，其它焊接型电力供应器、电力电路、控制器和控制模块也可用于实施本发明。

通常，焊接型电力供应器包含专门被设计成用于cac-a的操作模式，其中在所述操作模式中，提供cac-a电力。电弧启动和闭环控制特别良好适用于cac-a。例如在焊接型电力供应器的前面板上的用户模式选择器允许用户指定输出应该用于cac-a。优选实施例提出其它模式包含焊条焊接、tig、mig，并且可提供cc或cv。

优选实施例提出，当处于cac-a模式中时，通常为焊条焊接模式提供的下降被停用。这允许cac-a模式中的va曲线延伸到单元的全容量，而不是随着电压上升到高于30v而下降。下降特性减小可用电力，这对于cac-a来说通常不是有益的。

在优选实施例中，cac-a模式还具有约23伏特到约25伏特的cac-a挖掘阈值，这大于典型18.5v焊条焊接挖掘阈值。cac-a挖掘斜率是约24到30安培/伏特，这大于典型8安培/伏特焊条焊接挖掘斜率。此情况改进短路清除，对于长焊接电缆来说特别如此。替代方案允许使用其它cac-a挖掘阈值和其它cac-a挖掘斜率，但优选的是，它们大于焊条焊接值。如本文所使用，cac-a挖掘斜率是在处于cac-a模式中时的挖掘v-a曲线的斜率。如本文所使用，cac-a挖掘阈值是在处于cac-a模式中时的一种阈值，在低于所述阈值时，使用cac-a挖掘v-a曲线。如本文所使用，在表示参数时，“约”表示+/-10％。如本文所使用，焊条焊接挖掘斜率是在处于焊条焊接模式中时的挖掘v-a曲线的斜率。如本文所使用，焊条焊接挖掘阈值是在处于焊条焊接模式中时的一种阈值，在低于所述阈值时，使用焊条焊接挖掘v-a曲线。

在优选实施例中，在cac-a模式中，提供专门用于cac-a的重燃逻辑。专用重燃/启动在各种cac-a技术(正常、掠过、轻触)上提供通用性。热启动良好地工作以将电弧初始化，但对于掠过来说，较难以控制。优选实施例提供热启动与“光”热启动的组合以及良好适用于掠过与轻触两者的独特焊接启动状态。

优选实施例提出cac-a热启动状态包含约两倍于焊条焊接热启动电流的初始cac-a热启动电流。可提供其它cac-a热启动电流，包含较接近焊条焊接热启动量值的电流。cac-a热启动电流优选大于焊条焊接热启动电流。如本文所使用，cac-a热启动电流是在处于cac-a模式中时的热启动电流。如本文所使用，焊条焊接热启动电流是在处于焊条焊接模式中时的热启动电流。

提供cac-a热启动电流持续cac-a热启动时间。在其它实施例中，优选cac-a热启动时间是约100毫秒，或高达约150毫秒。如果输出电压低于cac-a挖掘阈值，那么延长cac-a热启动时间。如本文所使用，cac-a热启动时间是在处于cac-a模式中时提供热启动电流的时间。替代方案允许不延长cac-a热启动时间和/或使用不同cac-a热启动时间。

在优选实施例中，cac-a重燃是由cac-a重燃算法处置。如果在中断的cac-a延迟时间内检测到电流，那么算法确定其重燃并过渡到cac-a焊接启动状态。如果在cac-a热启动延迟时间内检测到电流(或电弧)，那么提供cac-a热启动(上文所述)。cac-a热启动延迟时间是至少150毫秒，并且优选是约200毫秒。在其它实施例中，cac-a热启动延迟时间多于或少于200毫秒。所述时间应被选择成使得焊接型电力供应器在需要时而不是在重燃时提供热启动。如本文所使用，cac-a热启动延迟时间是在处于cac-a模式中时在电弧中断之后没有提供热启动电流的延迟时间。

在优选实施例中，在cac-a模式中，提供cac-a启动状态。cac-a启动状态包含在热启动之后或在省去热启动时提供cac-a启动电流。提供cac-a启动电流持续cac-a启动电流时间。在优选实施例中，优选实施例具有约1.125倍于设定点的cac-a启动电流，并且cac-a启动电流时间是约10毫秒。如果输出电压小于cac-a挖掘阈值，那么提供cac-a启动电流持续延长的时间，优选直到电压上升到高于cac-a挖掘阈值为止，或持续固定时间段。替代方案允许使用其它cac-a启动电流、其它cac-a启动电流时间、省去延长的时间和/或使用不同阈值。如本文所使用，cac-a启动电流是在处于cac-a模式中时在热启动之后或在省去热启动时的输出电流。如本文所使用，cac-a启动电流时间是提供cac-a启动电流的时间。

在优选实施例中，当处于cac-a模式中时，在初始cac-a热启动或cac-a启动状态之后，输出电流转换速率受到限制(相对于焊条焊接转换速率)。在各种实施例中，转换速率优选限于约125安培/毫秒或小于200安培/毫秒。替代方案包含提供其它转换速率，包含cv工艺特有的转换速率。如本文所使用，cac-a转换速率是在处于cac-a模式中时输出电流在正常操作的开始时(在热启动之后，等等)增大的速率。如本文所使用，焊条焊接转换速率是在处于焊条焊接模式中时输出电流在正常操作的开始时(在热启动之后，等等)增大的速率。

替代方案提出可省去或修改上述状态中的一个或更多个，但cac-a电力仍由焊接型电力供应器提供。如本文所使用，cac-a电力是适用于cac-a的电力。

在优选实施例中，上述cac-a模式是使用焊接型电力供应器的输出的数字pwm控制来实施的，以在处于cac-a模式中提供用于cac-a的期望输出。在优选实施例中，焊接型电力供应器100(图1)包含电力电路102、控制器104和模式选择器105。电力电路104的输出是焊接或cac-a电弧106。电力供应器100可以是多工艺焊接型电力供应器，但本发明将参照cac-a操作模式来解释。如本文所使用，控制器是合作以控制焊接型电力供应器的数字或模拟电路、软件和部件。它们可处于一个位置中，或可在若干位置上分布。

控制器104优选是数字脉冲宽度控制器，例如，第8455794号专利中所述的数字脉冲宽度控制器。控制器104还可以是例如us-2014-0021180-a1中所述的控制器。替代方案提供模拟控制器、具有离散元件的数字控制器、使用dsp的控制器以及使用其它电路的控制器。

电力电路102优选是us-2014-0021180-a1所示的电力电路，其中所述电力电路包含预调节器、高电压分割式总线以及作为输出转换器的堆叠式全桥逆变器输出电路。电力电路102还可以使用第8455794号专利中所示的电力电路来实施。替代方案允许使用不具有预调节器的输出电路(堆叠式逆变器)、半桥输出转换器或其它输出转换器(例如，斩波器、降压器等)以及使用中间级。

控制器104经由线路103而响应于模式选择器105。如上所述，当模式选择器105选择cac-a模式时，控制器105实施使焊接型电力供应器100的输出特别适用于cac-a的许多软件模块(下文所述)。控制器104更详细地示出在图2中，并且包含cac-a控制模块201。如本文所使用，模块包含合作以执行给定功能的软件和硬件。如本文所使用，cac-a控制模块(或cac-a模块)是使焊接型电力供应器提供专用于cac-a的输出的控制模块。在优选实施例中，cac-a控制模块201是使用软件而实施的，而在其它实施例中，cac-a控制模块201是使用离散部件和/或硬件而实施的。

cac-a控制模块201包含cac-a启动模块203、cac-a挖掘模块211和下降停用模块210。cac-a启动模块203包含增大热启动模块205和焊接启动模块207。当选择cac-a模式时，cac-a启动模块203被激活并实施上文针对cac-a启动所述的方案。下降停用模块210停用通常为焊条焊接模式提供的下降。并且，cac-a挖掘模块211提供约25伏特的cac-a挖掘阈值以及约30安培/伏特的cac-a挖掘斜率。当处于正常cac-a操作模式中时(在启动和/或重燃之后)，cac-a控制模块201响应于反馈线路111上的反馈而限制输出电流转换速率，优选限制到约125安培/毫秒。如本文所使用，cac-a挖掘模块是在处于cac-a模式中时，使焊接型电力供应器提供低于挖掘阈值的挖掘输出的控制模块。如本文所使用，下降停用模块是用于cac-a中以停用焊接型电力供应器的下降特征的控制模块。

cac-a控制模块201使用cac-a启动模块203以实施上文的启动和重燃方案。cac-a增大热启动模块205在中断之后使用反馈线路107、108和/或111而监视输出。如果电流不流动(或没有检测到电弧)持续约200毫秒的热启动延迟时间，那么进入热启动模式，并且cac-a热启动模块205使约两倍于焊条焊接热启动电流的热启动电流被提供。cac-a热启动模块205使cac-a热启动电流被提供持续cac-a热启动时间，优选约100毫秒。如果来自反馈线路107和108的输出电压低于cac-a挖掘阈值，那么cac-a热启动时间由cac-a热启动模块延长。在cac-a热启动电流结束(例如，100毫秒)之后，cac-a启动模块207接管所述过程。并且，如果cac-a热启动模块在200毫秒的cac-a热启动延迟时间的情况下检测到电流流动，那么cac-a启动模块207接管所述过程。如本文所使用，cac-a启动模块是在电流流动得以产生并且处于cac-a模式中时使用的控制模块。

cac-a启动模块使输出电流是cac-a启动电流(优选比设定点大至少10％并且更优选大了约12.5％)持续cac-a启动电流时间(优选约10毫秒)。如果反馈线路107和108上的输出电压小于cac-a挖掘阈值，那么cac-a启动模块207使cac-a启动电流被提供持续延长的时间，优选直到电压上升到高于cac-a挖掘阈值为止。

可对本公开进行仍落入本公开的预期范围内的许多修改。因此，应清楚，已提供用于在cac-a模式中提供焊接型电力的方法和设备，其中所述方法和设备完全满足上文所阐述的目标和优点。虽然本公开已描述本公开的具体实施例，但显然，许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员来说是清楚的。因此，本发明希望涵盖落入所主张的权利要求书的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变化。