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_4

文档序号:9492878阅读:来源:国知局
处(步骤607)或炬单元120已经达到形成结尾(步骤608) 二者之一而在步骤605B处被停止。
[0049]在以上的程序600中,假定机器人190和/或机械振荡器正在提供侧壁位置和行进结尾的信号。然而,表明炬单元120对侧壁515A和/或侧壁515B的接近度的其他信号可以被使用来启动焊接电流过程602和/或加热电流过程604。例如,基于电弧电压1的信号可以被使用来表明何时炬单元120在侧壁515A、515B附近,或者类似于电弧焊接过程602,系统可以同步于加热电流波形,并且过程可以基于预定的时间段tH或预定的循环计数cH(例如,峰值加热电流脉冲的数量)是否已经被满足而被切换。此外,以上的示例性实施方案中的加热电流过程604是DC,但本发明不被如此地限制,并且具有对加热电流过程604的程序步骤的适当修改的可变极性加热电流(例如,图4的波形403)可以被使用。进一步地,以上所讨论的示例性实施方案对电弧焊接电流过程602和加热电流过程604使用脉冲型波形。然而,本发明可以使用任何类型的焊接电流(只要这种电流提供高于热丝加热电流的热输入),以及任何类型的加热电流。例如,电弧焊接和加热波形可以是正弦曲线的、三角形、软方波等。同样,在以上所讨论的实施方案中,加热电流波形在过程期间保持相同。然而,在本发明的一些实施方案中,加热电流的形状或类型、振幅、零偏移、脉冲宽度、相位角或加热电流的其他参数可以如所期望的被改变来控制热输入。类似地,电弧焊接电流的形状或类型、正负、零偏移、脉冲宽度、相位角或加热电流的其他参数可以如所期望的被改变来控制热输入。例如,电弧焊接电流过程602可以包括在高热输入焊接过程(比如,例如脉冲喷射过程)和相对低的热输入焊接过程(例如,短路电弧转移、STT、短路收缩焊接等)之间改变,以如所期望的优化例如接合、熔敷等的过程。
[0050]此外,尽管以上所讨论的示例性实施方案涉及为接合类型的应用控制热输入并且更具体地涉及增加在焊接接头的侧壁处的热输入,本发明不被如此地限制。本发明可以被使用来在其他应用(比如,例如熔敷应用)中控制热输入,其中需要更高热输入来接合到在先前的行程中被沉积的熔敷层边缘。此外,热输入的控制不需要被限于关于侧壁和焊缝/熔敷边缘的应用。例如,感测和电流控制器195(或一些其他装置)可以从热丝加热电流过程切换到电弧焊接电流过程,以便将焊接熔池112的温度维持在期望值。例如,焊接熔池112的温度可以是从传感器117(参见图1)到控制器195的输入。基于来自传感器117的反馈,控制器195可以如以上所讨论的将焊接熔池112的温度(或邻近于焊接熔池112的区域)维持在期望值。传感器170可以是使用激光或红外光束的类型,这种传感器117能够检测小区域(比如焊接熔池112或焊接熔池112周围的区域)的温度而不接触焊接熔池112或工件115。当然,其他方法可以被使用来控制从热丝加热电流过程到焊接电流过程的切换,例如,基于时间的切换操作(每几毫秒切换)或基于距离的切换操作(每几厘米切换),以便控制到过程的热输入。
[0051]在以上的示例性实施方案中,控制加热电流的电源供应器基于期望的热输入被切换到焊接电流过程。然而,本发明不限于仅通过改变热丝电源供应器的功能来调节热输入。在一些实施方案中,焊接电源供应器和热丝电源供应器的功能可以被切换来优化过程。例如,如以上所讨论的,在示例性的热丝前后排列的应用(参见图2)中,电弧引导(lead)热丝。在常规系统中,电源供应器不能够切换功能。就是说,焊接电源供应器只可以输出焊接电流波形,并且热丝电源供应器只可以输出加热电流波形。因此,在常规系统中,相对炬120的行进方向不是可逆的。例如,在图2中,操作从右转到左,其中电弧110引导而热丝145尾随。对于在完成其行程后继续其操作的系统,要么炬单元120必须为下一个行程再次被重新定位在左侧远处,要么炬单元120的关于炬(电弧)和热丝的定向必须被物理地反转以从左侧转到右侧。两种途径二者之一都意味着有价值的时间被失去,这使得过程低效率。
[0052]在本发明的一些实施方案中,电弧和热丝功能可以针对各自的电源供应器130和电源供应器135被“即时”切换,而不必物理地反转炬单元120的配置或重新定位系统。图7图示说明熔敷操作,其中熔敷的条带邻近于彼此而被沉积。熔敷操作可以例如由图1中所图示说明的系统来执行。从一个行程向下一个行程的偏移可以由机器人190(或一些其他机械装置)自动地设置或者由操作者手动地完成。对于每个行程,炬单元120可以由机器人190 (或机械振荡器)以类似于以上所描述的交织图案(参见图5A)来振荡。如图7中所图示说明的,系统已经以方向702完成第一行程701,并且正在以方向704执行第二形成703。在第一行程701中,丝140是引导丝(电弧)。因此,在第一行程701期间,感测和电流控制器195 (或一些其他装置)控制电源供应器130来向丝140输出电弧焊接电流。例如,电弧焊接电流波形可以是图3A-3C和图4中的波形(或另一个焊接波形)中的一个。同样在第一行程701期间,尾随丝140的丝145是热丝,并且控制器195控制电源供应器135来向丝145输出加热电流波形,例如图3A-3C和图4中的热丝电流波形(或另一个加热电流波形)中的一个。
[0053]在第二行程703中,丝145变成引导丝。在这时,控制器195自动地(即,“即时”)将电源供应器135的操作从加热电流过程切换到电弧焊接电流过程,以致电源供应器135输出焊接电流波形,例如,图3A-3C和图4中的焊接电流波形(或另一个焊接波形)中的一个。典型地但不必要地,焊接电流波形将与电源供应器130在第一过程中使用的一样。相反地,因为丝140现在是尾随丝,丝140将起到热丝的作用,并且控制器195将自动地将电源供应器130的输出从电弧焊接电流波形切换到加热电流波形。因此,在第二行程期间,电源供应器130将输出加热电流波形,例如,图3A-3C和图4中的热丝电流波形(或另一个加热电流波形)中的一个。典型地但不必要地,加热电流波形将与电源供应器135在第一过程中使用的一样。因此,基于行进的方向,控制器195将自动地切换电源供应器130、135的操作。此外,在一些示例性实施方案中,系统可以基于接头的需要从前后排列的电弧切换到一个电弧/热丝过程。例如,如果接头时窄的,前后排列的电弧可以是期望的。然而,对于有较大空隙的区域,期望的是切换到电弧和热丝的组合。如在以上实施方案中,切换可以基于接头的需要而“即时”发生。
[0054]图8图示说明示例性程序800,程序800可以被实施在感测和电流控制器195中用于控制电源供应器130和电源供应器135。当然,程序编制可以位于电源供应器130和电源供应器135 二者之一(或一些其他装置)上。程序800被导向到具有多行程的热丝前后排列过程,在热丝前后排列过程中,电弧和热丝对于一个行程以一个方向初始地行进,并且然后对于下一个行程以相反的方向行进。例如,程序800可以针对多行程熔敷操作(比如图7中所图示说明的)或接合操作(比如图5B中所图示说明的)。如图8中所图示说明的,程序800接收炬和热丝的初始行进方向信号804。初始行进方向信号804可以是来自操作者的输入或是由例如机器人190基于系统的初始配置所自动确定的。行进方向信号804在步骤802处被控制器195检查。基于行进方向,控制器确定哪一个丝是引导丝(电弧)以及哪一个丝是尾随丝(热丝)。例如,对于图2的从右到左的方向,丝140是引导(电弧)并且丝145是尾随(热丝)。因此,对于相应于正作为引导丝的丝140的行进信号804,程序800转到步骤810,其中在步骤810A中,电源供应器130被控制来输出焊接过程。例如,步骤810A可以启动输出图3的焊接电流201或图4的焊接电流401的程序。当然,焊接程序不限于图3和图4的示例性实施方案,而且可以是任何期望的焊接过程,比如脉冲喷射转移、短路电弧转移、STT、短路收缩焊接等。此外,步骤810A可以启动一程序,这个程序可以如所期望的切换焊接程序,例如,从脉冲喷射转移切换到短路电弧转移,以便控制热输入或针对一些其他原因。在步骤810B中,电源供应器135被控制来输出加热电流过程。例如,步骤810B可以分别启动输出图3A至图3C的加热电流203、305或207的程序,或者启动输出图4的加热电流403的程序。当然,加热过程不限于图3和图4的示例性实施方案,并且可以是将热丝加热到期望温度的任何期望加热过程。此外,步骤810B可以启动在电弧焊接过程和加热过程之间切换的程序,以便控制热输入或针对一些其他原因。例如,步骤810B可以启动类似于图6的程序600的程序,以便确保与例如先前沉积的焊接/熔敷层、焊接接头侧壁等的恰当熔合。当然,可能需要对程序600作出适当的修改以便顾及对于不同过程的不同要求,例如,熔敷相对于接合的要求等。例如,行进位置过程606可以被编程,以致只有当炬单元120在邻近于先前熔敷行程的侧部处时,行进位置过程606将发送“在侧壁”信号。
[0055]一旦控制器195在步骤810中启动适当的过程,控制器195检查系统已经完成行程(焊接、熔敷、堆焊等)的信号806,例如,如图7中所图示说明的熔敷行程702或704。行程的结尾信号806可以被手动启动,或者由系统(例如,控制器195、机器人190等)基于例如系统的初始配置、适当的传感器等来自动启动。如果信号806不存在,控制器195将继续步骤810的电弧焊接过程(步骤810A)和加热过程(步骤810B)。如果行程结尾信号806存在,那么在步骤814中,控制器195将检查信号808以确认过程是否应当停止。过程结尾信号808可以被手动启动,或者由系统(例如,控制器195、机器人190等)基于例如系统的初始配置、适当的传感器等来自动启动。例如,控制器195(或一些其他装置)可以被配置具有针对特定过程所要求的数量的行程。一旦系统达到所配置数量的行程,过程结尾信号808被发送到程序800。当然,可替换(或除此之外)并且类似于“行程结尾”信号608,“检查过程结尾”的步骤814可以被编程,以致如果炬单元120已经达到行程结尾,步骤814将在任何时间停止过程。
[0056]如果过程结尾信号808不出现,控制器195将为下一个以相反行进方向的
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