具有行进机构和两种操作模式的电弧焊接的前后排列热丝系统和方法
【专利说明】具有行进机构和两种操作模式的电弧焊接的前后排列热丝系统和方法发明领域
[0001]本发明的系统和方法涉及焊接和接合，并且更具体地涉及前后排列的热丝系统。技术背景
[0002]随着焊接中的进步已经发生，对焊接生产能力的要求已经增加。由于这个原因，各种系统已经被开发以增加焊接操作的速度，所述各种系统包括使用多焊接电源供应器(PS)的系统，其中一个电源供应器被使用来在可消耗电极中创建电弧以形成焊接熔池，并且第二电源供应器被使用来在相同的焊接操作中加热填充焊丝。尽管这些系统可以增加焊接操作的速度或熔敷率，电源供应器在其为了使过程(例如，焊接、接合、熔敷、堆焊、钎焊等)最佳化而变化热输入的功能和能力上被限制。因此，改进的系统是期望的。
[0003]发曰月简沐
[0004]本发明提出根据权利要求1的焊接系统和根据权利要求2的焊接方法，以便改进用前后排列的热丝系统的焊接操作。进一步的实施方案可以从从属权利要求中和/或从说明书中和/或从附图中获取。本发明的示例性实施方案包括这样的系统和方法，其中至少一个电源供应器(PS)的电流波形是变化的以获得期望的热输出，以便使例如焊接、接合、熔敷、堆焊、钎焊等的过程最佳化。在一些实施方案中，所述系统包括输出第一电弧焊接电流的第一电源供应器。第一电源供应器经由炬向第一丝提供第一电弧焊接电流，以在第一丝和工件之间创建电弧。所述系统还包括第一丝送进器和第二丝送进器，所述第一丝送进器送进第一丝到炬，所述第二丝送进器送进第二丝到导电管。所述系统进一步包括第二电源供应器，所述在第一操作模式期间输出加热电流，并且在第二操作模式期间输出第二电弧焊接电流。第二电源供应器经由导电管向第二丝提供加热电流或第二电弧焊接电流。所述系统还包括控制器，所述控制器在第二电源供应器中启动第一操作模式以将第二丝加热到期望温度，并且将第二电源供应器从第一操作模式切换到第二操作模式以创建第二(尾随的)电弧。尾随的电弧向熔融熔池提供相对于由第一操作模式提供的热输入增加的热输出。
[0005]在一些实施方案中，系统包括第一电源供应器，第一电源供应器在第一操作模式期间输出第一电弧焊接电流，并且在第二操作模式期间输出第一加热电流。第一电源供应器经由第一导电管向第一丝提供第一电弧焊接电流或第一加热。系统还包括第一丝送进器和第二丝送进器，第一丝送进器送进第一丝到第一导电管，第二丝送进器送进第二丝到第二导电管。系统进一步包括第二电源供应器，第二电源供应器在第一操作模式期间输出第二加热电流，并且在第二操作模式期间输出第二电弧焊接电流。第二电源供应器经由第二导电管向第二丝提供第二加热电流或第二电弧焊接电流。系统还包括行进机构，行进机构提供在工件和第一丝以及第二丝之间的相对移动，以致在以第一方向的移动期间，第一丝相对于工件引导第二丝，并且，在以第二方向的移动期间，第一丝相对于工件尾随第二丝。系统进一步包括控制器，控制器在第一方向期间启动第一操作模式，并且当行进机构从第一方向切换到第二方向时，控制器自动地切换到第二操作模式。在第一操作模式期间，第一电弧焊接电流在第一丝和工件之间创建电弧，并且第二丝被第二加热电流加热到期望温度。在第二操作模式期间，第二电弧焊接电流在第二丝和所述工件之间创建电弧，并且第一丝被第一加热电流加热到期望温度。特别优选的是，如果所述期望第一温度是处于或接近所述第二丝的熔化温度，并且其中所述期望第二温度处于或接近所述第二丝的熔化温度，和/或在所述行进机构每个行程的结束，所述行进机构在所述第一方向和所述第二方向之间切换，和/或所述行程是接合或熔敷操作，和/或所述第一焊接电流是对应于脉冲喷射转移过程、表面张力转移过程或短路收缩焊接过程的焊接电流，并且其中所述第二焊接电流是对应于脉冲喷射转移过程、表面张力转移过程或短路收缩焊接过程的焊接电流，和/或所述控制器在所述脉冲喷射转移过程、所述表面张力转移过程和所述短路收缩焊接过程中的任一个之间切换所述第一焊接电流或所述第二焊接电流以便控制热输入，和/或所述第二电源供应器在所述第一操作模式期间从输出所述第二加热电流切换到输出焊接电流，或所述第一电源供应器在所述第二操作模式期间从输出所述第一加热电流切换到输出焊接电流以向所述工件的某些区域添加额外的热输入，和/或所述区域包括接头的侧壁、熔敷层的边缘和焊接层的边缘中的至少一个，和/或所述控制器从单电弧/热丝过程切换到前后排列的电弧过程，和/或其中，在所述第一操作模式期间，所述第一焊接电流和所述第二加热电是同步的，并且所述第二加热电流从所述第一焊接电流以第一期望相位角被转换，并且其中，在所述第二操作模式期间，所述第二焊接电流和所述第一加热电流是同步的，并且所述第一加热电流从所述第二焊接电流以第二期望相位角被转换。
[0006]从以下描述和附图将更完整地理解所要求保护的本发明的这些和其他特征，以及本发明图示说明的实施方案的细节。
_7] 附图简要说明
[0008]参考附图，通过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，在附图中:
[0009]图1是根据本发明焊接系统的示例性实施方案的图解表征；
[0010]图2是在图1系统的炬周围的区域的放大视图；
[0011]图3A-3D图示说明可以被使用在图1的系统中的示例性焊接和热丝波形；
[0012]图4图示说明可以被使用在图1的系统中的示例性焊接和热波形；
[0013]图5A和图5B图示说明可以由图1的系统所执行的示例性应用；
[0014]图6图示说明可以由图1的系统中的控制器所运行的示例性程序的框图；
[0015]图7图示说明可以由图1的系统所执行的示例性应用；
[0016]图8图示说明可以由图1的系统中的控制器所运行的示例性程序的框图。
_7] 示例性实施方案的详细描述
[0018]现在通过参考附图，以下将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，并非意图以任何方式限制本发明的范围。相似的参考标号全部指示相似的要素。
[0019]本发明的示例性实施方案在图1中被示出，图1示出系统100。系统100图示说明初始的前后排列的配置，其中第一系统102被配置为GMAW系统，并且第二系统104被配置为热丝。如以下详细解释的，在本发明的一些实施方案中，这些系统中的一个或二者的功能以及其中的设备可以如所期望的在热丝过程和电弧焊接过程之间切换。例如，在一些实施方案中，电源供应器130/135可以起到电弧焊接电源供应器和热丝电源供应器二者的作用。然而，为了清晰，这些系统和其中的设备的功能以示例性初始配置被描述。可以是GMAW系统的系统102包括电源供应器130、丝送进器150和炬单元120，炬单元120包括用于焊接电极140的导电管122。电源供应器130提供在焊接电极140和工件115之间创建电弧110的焊接波形。焊接电极140经由丝送进器150和炬120被递送到由电弧110创建的熔融熔池112。连同创建熔融熔池112 —起，电弧110将焊接丝140的熔滴转移到熔池112。本文所描述类型的GMAW焊接系统的操作对本领域技术人员是众所周知的，并且不需要在本文中详细描述。应当注意的是，虽然对于所描绘的关于接合/焊接应用的示例性实施方案，GMAW系统被示出和讨论，但本发明的示例性实施方案也可以与FCAW、MCAW和SAW系统一起使用在应用中，所述应用包括接合/焊接、熔敷、堆焊、钎焊以及这些的组合等。未在图1中示出的是可以依照已知方法使用的气体保护系统或子电弧通量系统。
[0020]热丝系统104包括经由导电管125送进丝145到焊接熔池112的丝送进器155，导电管125被包括在炬单元120中。热丝系统104还包括电源供应器135，电源供应器135在丝145进入熔融熔池112之前，经由导电管125通过电阻加热丝145。电源供应器135将丝145加热到期望温度，例如，加热到丝145的熔化温度或在这一温度附近。因此，热丝系统104向恪融恪池112添加额外的消耗品。系统100还可以包括运动控制子系统，运动控制子系统包括可操作地连接到机器人190的运动控制器180。运动控制器180控制机器人190的运动。机器人190被可操作地连接(例如，机械地固定)到工件115，以使工件115以方向111移动，以致炬单元120(与导电管120和导电管125)沿工件115有效地行进。当然，系统100可以被配置，以致炬单元120可以代替工件115被移动。
[0021]如所一般已知的，比如GMAW的电弧生成系统使用高水平的电流来在工件115上的推进焊接消耗品140和熔融熔池112之间生成电弧110。为完成这一目的，许多不同的电弧焊接电流波形可以被利用，例如，比如恒流、脉冲电流等的电流波形。
[0022]图2描绘本发明的示例性焊接操作的更近视图。如可以看到的，导电管122和导电管125被集成到炬单元120 (可以是示例性的GMAW/MIG炬)中。导电管122被电性隔离于炬单元120之内的导电管125，为的是防止在过程期间电流在消耗品之间转移。导电管122通过电弧110的使用来递送消耗品140到熔融熔池112(即，焊接熔池)一一如一般已知的。进一步地，热丝消耗品145经由导电管125被丝送进器155递送到熔融熔池110。应当注意的是，虽然导电管120/125被示出在单一集成单元中，这些部件可以是分离的。
[0023]如图1中所图示说明的，感测和电流控制器195可以被使用来控制电源供应器130和电源供应器135的操作，以控制/同步各自的电流。此外，感测和电流控制器195还可以被使用来控制丝送进器150和丝送进器155。在图1中，感测和电流控制器195被示出在电源供应器130和电源供应器135之外，但在一些实施方案中，感测和电流控制器195可以在焊接电源供应器130和焊接电源供应器135中的至少一个之内，或在丝送进器150和丝送进器155中的至少一个之内。例如，电源供应器130和电源供应器135中的至少一个可以是控制其他电源供应器和丝送进器的操作的主控器(master)。在操作期间，感测和电流控制器