專(zhuān)利名稱(chēng)：：燃料電池帶動(dòng)的焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電弧焊接技術(shù)，特別涉及由燃料經(jīng)濟(jì)并可攜帶的電源帶動(dòng)的電弧焊機(jī)，尤其涉及至少部分由燃料電池帶動(dòng)的電弧焊機(jī)。本發(fā)明結(jié)合使用在美國(guó)專(zhuān)利US5599638、US5656388、US5773162、US5795496、US5888665和US5928806以及PCT申請(qǐng)WO9822989、WO9845694、WO9916137和WO9939841中公開(kāi)的一般類(lèi)型燃料電池。這里還結(jié)合這些專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)以說(shuō)明燃料電池部件的制造和該燃料電池的工作。這里還結(jié)合美國(guó)專(zhuān)利US4861965、US4972064、US5148001和US5961863，說(shuō)明可以和燃料電池一起使用的幾種焊機(jī)。本發(fā)明涉及電弧焊接領(lǐng)域，特別涉及結(jié)合燃料電池作為電弧焊機(jī)部分電源的改進(jìn)電弧焊機(jī)。一般通過(guò)將電弧焊機(jī)插入電源插座或給電弧焊機(jī)裝備氣體發(fā)電機(jī)而向電弧焊機(jī)供電。所設(shè)計(jì)的由電源插座供電的電弧焊機(jī)局限于在具有電源插座的某個(gè)位置使用，該電源插座以額定值供應(yīng)使電弧焊機(jī)工作的所需電流。這種電弧焊機(jī)的操作者需要延長(zhǎng)電線(xiàn)以提高這種電弧焊機(jī)的靈活性。當(dāng)電弧焊機(jī)在很遠(yuǎn)位置或處于不易于得到電源插座或得不到需要額定電流電源插座的位置時(shí)，電弧焊機(jī)本身必須裝備有電源如氣體發(fā)電機(jī)以向電弧焊機(jī)供應(yīng)所需電流。氣體發(fā)電機(jī)一般由標(biāo)準(zhǔn)石油燃料源如汽油啟動(dòng)。在許多工作環(huán)境中，這兩種用于電弧焊機(jī)的電源裝置足以滿(mǎn)足電弧焊機(jī)的動(dòng)力的需要。在焊接工作中，在部分或全部封閉或通風(fēng)不好的較遠(yuǎn)位置使用的電弧焊機(jī)會(huì)需要特殊裝備。在這種位置，使用氣體帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)而向電弧焊機(jī)帶動(dòng)。在氣體帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)工作中要產(chǎn)生廢氣，如果吸入的廢氣過(guò)濃會(huì)有害于健康。此外，氣體帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)在工作中產(chǎn)生噪音。當(dāng)電弧焊機(jī)在小的封閉環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，該噪音會(huì)造成暫時(shí)聽(tīng)力損失。除了考慮到操作者的健康外，氣體帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)的工作還產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害和/或有不利影響的污染物。這些污染物包括噪聲污染和由氣體帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)的燃料燃燒產(chǎn)生的燃燒生成物。由于一般由煤燃燒發(fā)電機(jī)和核動(dòng)力電廠來(lái)發(fā)電，兩種發(fā)電方式會(huì)危害環(huán)境，因此電帶動(dòng)的電弧焊機(jī)也會(huì)有污染問(wèn)題。除能源涉及的污染外，能量的消耗持續(xù)增加。由于世界范圍的油供應(yīng)和煤供應(yīng)緊缺，汽油的成本和由煤燃燒發(fā)電機(jī)發(fā)電的成本會(huì)持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。能源成本提高一般會(huì)放慢和阻礙工業(yè)部門(mén)的發(fā)展。盡管這些問(wèn)題已經(jīng)存在一段時(shí)間了，但是至今為止除了使用電弧焊機(jī)的氣體帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或由外接電源帶動(dòng)電弧焊機(jī)外別無(wú)選擇。電池帶動(dòng)的電弧焊機(jī)非常笨重而且有壽命非常有限。此外，一旦電池放電，則必須處理該電池，這會(huì)影響其本身所處的環(huán)境。此外，許多電池需要高濃度酸，如果呼吸了該酸冒出的氣或如果該酸沾到人皮膚上則是非常有害的。該酸還是環(huán)境污染物，需要進(jìn)行特殊的、花費(fèi)很高的處理。太陽(yáng)能電源是另一種電源，但不適于用在電弧焊機(jī)上。特別是在小環(huán)境中，由于必須能產(chǎn)生需要功率值的太陽(yáng)能電池板尺寸過(guò)大而不能使用。此外，太陽(yáng)能電池板需要陽(yáng)光，這樣在陰天或封閉環(huán)境中，太陽(yáng)能電池就不能產(chǎn)生需要的電能。太陽(yáng)能電池板還非常昂貴，因此在成本上也阻礙了其用在電弧焊機(jī)上。由于風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)笨重而且需要風(fēng)力，因此也不適用。電池、太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)比較笨重更突出了電弧焊機(jī)的尺寸問(wèn)題。焊機(jī)中的電路由電弧焊機(jī)的功率要求限制到一定尺寸。需要保護(hù)氣體的電弧焊機(jī)必須包括大氣罐以提供保護(hù)氣體。大的保護(hù)氣體罐與笨重的電源組合則使電弧焊機(jī)不能在許多環(huán)境中廣泛使用。由于考慮到與電弧焊機(jī)選擇的電源有關(guān)的問(wèn)題，因此需要改進(jìn)電源，使其有益于環(huán)境，可以在各種場(chǎng)所使用，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可安全工作。本發(fā)明涉及一種電弧焊接金屬板的方法和設(shè)備，特別涉及包括采用燃料電池作為能源以全部或部分帶動(dòng)電弧焊機(jī)的電弧焊接方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例，提供一種燃料電池電源，具有正極端子和負(fù)極端子、供應(yīng)穿過(guò)焊極和工件的焊接電流的焊接電流電路。燃料電池是電化學(xué)電池，其中由燃料氧化反應(yīng)產(chǎn)生的自由能改變轉(zhuǎn)換成電能。在一個(gè)實(shí)施例中，使用有機(jī)/空氣燃料電池使有機(jī)燃料氧化在陽(yáng)極形成二氧化碳，同時(shí)在陰極使空氣或氧氣還原為水。由于有機(jī)燃料具有高的特殊能量，因此采用有機(jī)燃料的燃料電池極具吸引力。在另一實(shí)施例中，燃料電池是“間接”或“重整裝置”燃料電池或“直接氧化”燃料電池。在間接燃料電池中，燃料是經(jīng)催化改良和處理的。對(duì)于有機(jī)燃料，將燃料催化改良和處理成一氧化碳-游離氫，在燃料電池的陽(yáng)極使氫氧化。在直接氧化燃料電池中，將燃料直接送入燃料電池而不作任何預(yù)先化學(xué)改性，燃料在陽(yáng)極氧化。直接氧化燃料電池不需要燃料處理階段。因此，直接氧化燃料電池一般不復(fù)雜，尺寸上比間接燃料電池小。根據(jù)本發(fā)明另一方面，燃料電池包括高-表面-面積電-催化陽(yáng)極和/或陰極。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料電池結(jié)構(gòu)包括高-表面-面電解-載體的金屬粉末陽(yáng)極和/或陰極。在該實(shí)施例的一方面，與TEFLON粘結(jié)劑結(jié)合的合金粉末應(yīng)用在碳纖維一基載體上以產(chǎn)生氣體散布陽(yáng)極和/或陰極。在另一實(shí)施例中，陽(yáng)極和/或陰極用于氣體和/或液體供料。在另一實(shí)施例中，陽(yáng)極和/或陰極是可浸透的，以便使微孔適當(dāng)浸潤(rùn)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，燃料電池的陽(yáng)極和/或陰極由提高焊極浸潤(rùn)性的物質(zhì)覆蓋。根據(jù)本發(fā)明這一特定方面，包括全氟化磺酸(perfluorinatedsulfonicacid)的化合物覆蓋在陽(yáng)極和/或陰極上以提高陽(yáng)極和/或陰極的浸潤(rùn)性。這種覆蓋降低了液體/催化劑界面的面際張力，并導(dǎo)致陽(yáng)極和/或陰極微孔和顆粒由液體燃料熔液更加均勻浸潤(rùn)，提高了電催化劑的利用。這種覆蓋還可提供與固體電解質(zhì)薄膜的離子連續(xù)性，并使由燃料氧化反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子或水合氫離子進(jìn)行足夠傳遞。這種覆蓋還可便于從陽(yáng)極和/或陰極的微孔中釋放二氧化碳。通過(guò)使用全氟化磺酸，在陽(yáng)極和/或陰極/電解質(zhì)界面上不強(qiáng)烈吸收陽(yáng)離子群。因此，甲醇的電-氧化的動(dòng)力學(xué)比磺酸電解質(zhì)中的動(dòng)力學(xué)更容易?？梢允褂没蚺c全氟化磺酸結(jié)合使用的其它具有要求性能的親水性質(zhì)子-導(dǎo)電添加劑，包括蒙脫粘土、烷氧基纖維素、環(huán)狀糊精、沸石混合物、和/或鋯氫磷酸鹽。根據(jù)本發(fā)明另一方面，液體燃料用于燃料電池中。在一個(gè)實(shí)施例中，液體燃料在燃料電池中經(jīng)過(guò)清潔和有效的電化學(xué)氧化反應(yīng)。對(duì)于直接氧化燃料電池，通過(guò)有機(jī)化合物在燃料電池中的陽(yáng)極氧化而容易控制有機(jī)燃料的有效利用。在一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)電池包括甲醇、甲醛、甲酸、二甲基甲烷(dimethoxymethane)、三甲基甲烷(trimethoxymethane)和/或三氧雜環(huán)己烷。根據(jù)本發(fā)明另一方面，燃料電池是不需要酸電解質(zhì)的直接型液體供料燃料電池。在一個(gè)實(shí)施例中，固體聚合物電解質(zhì)薄膜與多孔的并能浸潤(rùn)燃料的電池-型陽(yáng)極結(jié)合使用。在另一實(shí)施例中，電池-型陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和陰極結(jié)合在固體聚合物電解質(zhì)薄膜的任一側(cè)。有機(jī)供料的溶液基本沒(méi)有酸，該溶液循環(huán)通過(guò)組件的陽(yáng)極側(cè)。固體聚合物薄膜具有極好的電化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性、高離子導(dǎo)電性，并起電解質(zhì)和分離片的作用。此外，當(dāng)采用有機(jī)供料如甲醇時(shí)，與陽(yáng)極和/或陰極/磺酸界面相比，在陽(yáng)極和/或陰極/薄膜-電解質(zhì)界面有機(jī)供料的電氧化和空氣或氧氣的電還原的動(dòng)力學(xué)更容易。在另一實(shí)施例中，固體聚合物電解質(zhì)是質(zhì)子-導(dǎo)電陽(yáng)離子-交換薄膜。在該實(shí)施例的一特定方面，薄膜包括四氟乙烯、全氟化磺酸聚合物、聚苯乙烯磺酸、多聚物(亞乙烯基氟化物)、聚氫碳磺酸和/或四氟乙烯和全氟化乙烯醚的共聚物。在該實(shí)施例的另一特定方面，可以使用的改良全氟化磺酸聚合物、聚氫碳磺酸構(gòu)成的薄膜包括但不限于磺酸鹽聚醚酮醚(sulfonatedpolyetheretherketone)和/或多聚物(亞苯基醚砜)。在另一實(shí)施例中，交換薄膜由兩種或多種不同種類(lèi)的質(zhì)子交換薄膜組成的。在又一實(shí)施例中，薄膜允許燃料電池工作在至少120℃以上的溫度下。在另一實(shí)施例中，由于沒(méi)有酸性電解質(zhì)，因此燃料電池基本沒(méi)有燃料電池中的昂貴抗腐蝕部件。在另一實(shí)施例中，薄膜厚度大約為0.05至1mm。根據(jù)本發(fā)明另一方面，燃料電池的陽(yáng)極由昂貴的鉑-基合金和非昂貴金屬的高表面面積顆粒構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，可將兩種或三種元素成分用于有機(jī)燃料的電-氧化。在另一實(shí)施例中，鉑合金構(gòu)成陽(yáng)極，鉑合金的鉑成分在10％至90％變化。在該實(shí)施例的一特定方面，鉑合金包括釕、錫、銥、鋨和/或錸。在另一實(shí)施例中，鉑合金中的所有或部分鉑由鈀、鎢、銠、鐵、鈷、鈦、銥、鉻、錳、鉬、鈮、鋯、鋨、氧化鈦和/或鎳替換。在另一實(shí)施例中，鉑合金顆粒呈細(xì)金屬粉末形式，即“無(wú)載體的”，和/或支撐在高表面面積材料上。在一特定方面，高表面面積材料包括碳材料。在另一實(shí)施例中，鉑合金加在電催化劑層內(nèi)，大約在0.05至4.0mg/cm2的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，氧化鈦、銥和/或鋨添加到鉑合金中以改進(jìn)燃料電池性能。在另一實(shí)施例中，陽(yáng)極上的顆粒的平均顆粒大小大約為0.5至8微米。根據(jù)本發(fā)明另一方面，燃料電池的陰極由顆粒構(gòu)成，該顆粒包括鉑，該鉑用能透過(guò)質(zhì)子的薄膜作為載體或不用其作為載體。在一個(gè)實(shí)施例中，鉑顆粒支撐在含碳材料上。在另一實(shí)施例中，陰極包括提高陰極的疏水性的材料。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，提高疏水性的該材料包括四氟乙烯。在另一實(shí)施例中，鉑顆粒加在電催化劑層中，大約在0.05至4.0mg/cm2的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，陰極上顆粒的平均顆粒大小約為0.5至8微米。根據(jù)本發(fā)明另一方面，燃料電池是再生燃料電池。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料電池將二氧化碳還原成氧化的碳?xì)浠衔锖脱鯕?。在另一?shí)施例中，氧化的碳?xì)浠衔锇谆?、甲酸甲酯、甲醛?或甲酸。根據(jù)本發(fā)明另一方面，多個(gè)燃料電池疊堆在一起以提高由燃料電池產(chǎn)生的電壓和/或電流。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)燃料電池并聯(lián)在一起。在另一實(shí)施例中，多個(gè)燃料電池串聯(lián)在一起。根據(jù)本發(fā)明另一方面，一個(gè)或多個(gè)燃料電池的生成物至少部分用做電弧焊機(jī)的保護(hù)氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，由燃料電池產(chǎn)生的保護(hù)氣體包括二氧化碳和/或一氧化碳。在另一實(shí)施例中，在把產(chǎn)生的氣體傳遞到焊池中去之前，使用干燥器、凝結(jié)器和/或除氣器將不需要的氣體和/或液體從產(chǎn)生的氣體中去除。在另一實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器用于調(diào)節(jié)傳遞到工件的保護(hù)氣體量和/或控制傳遞到工件的保護(hù)氣體壓力。根據(jù)本發(fā)明另一方面，焊接電極是自耗焊極。在一個(gè)實(shí)施例中，該自耗焊極是焊劑有芯焊極，包括在有芯焊極內(nèi)的焊劑系統(tǒng)，焊接過(guò)程中提供保護(hù)氣體和/或要求的熔渣。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，自耗有芯焊極包括芯內(nèi)的合金金屬，從而獲得焊道成分，該焊道成分基本類(lèi)似于要焊接在一起的工件的成分。具有匹配工件成分的焊道形成結(jié)實(shí)、持久的高質(zhì)量焊道。在另一實(shí)施例中，自耗焊極是焊劑覆蓋焊極或?qū)嵭慕饘俸笜O。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電路設(shè)計(jì)成在短路電弧焊機(jī)中使用。在一個(gè)實(shí)施例中，焊接電路包括控制短路狀態(tài)中的電流的第一電路，其中自耗有芯焊極端部的熔融金屬通過(guò)表面張力作用由轉(zhuǎn)移(transfer)電流首先轉(zhuǎn)移到熔融金屬池中。在該實(shí)施例的一個(gè)特定方面，該轉(zhuǎn)移電流包括穿過(guò)縮短的熔融金屬的高電流收縮(pinch)脈沖，有助于熔融金屬?gòu)暮笜O轉(zhuǎn)移到焊池中去。在另一實(shí)施例中，焊接電流電路包括第二電路以產(chǎn)生熔融電流。在該實(shí)施例的一個(gè)特定方面，熔融電流是穿過(guò)電弧的高電流脈沖。最好，該高電流脈沖具有預(yù)選能量值或瓦數(shù)，用于在焊極與焊池隔開(kāi)時(shí)，熔融自耗焊極端部的相對(duì)恒定體積的金屬。在另一實(shí)施例中，焊接電流電路的第二電路在起弧狀態(tài)下提供高能量增壓。在該實(shí)施例的一個(gè)特定方面，該高能量增壓具有用于在焊絲與焊池隔開(kāi)時(shí)熔融自耗焊絲端部相對(duì)恒定體積的金屬的預(yù)選I(t)面積或能量。在該實(shí)施例的另一特定方面，在高電流增壓或等離子體增壓中產(chǎn)生的能量足以產(chǎn)生直徑不超過(guò)焊絲直徑兩倍的球形金屬球。在另一實(shí)施例中，在初始高電流增壓后，使高電流保持一預(yù)選時(shí)間間隔，接著降低，使得在焊極上作用要求的能量值或瓦數(shù)以熔融要求體積的焊極。在該實(shí)施例的一個(gè)特定方面，高電流的降低是在以使電流在一段時(shí)間間隔內(nèi)衰減的形式進(jìn)行的。在另一實(shí)施例中，焊接電流電路限制傳遞到焊極的能量值，以便防止工件端部不必要的熔融。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電流電路包括產(chǎn)生本底電流的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，該本底電流是低水平電流，該低水平電流是在短路狀態(tài)結(jié)束后維持剛好高于必須保持電弧的水平。在另一實(shí)施例中，在整個(gè)焊接循環(huán)中保持本底電流，從而確保在焊接中不會(huì)偶然滅弧。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電路包括在焊接過(guò)程中在極性之間切換的控制器。在一個(gè)實(shí)施例中，在單個(gè)焊接循環(huán)中的正極性和負(fù)極性脈沖的持續(xù)時(shí)間是相同的。在另一實(shí)施例中，在單個(gè)焊接循環(huán)中的正極性和負(fù)極性脈沖的持續(xù)時(shí)間是不同的。在另一實(shí)施例中，在單個(gè)焊接循環(huán)中發(fā)生正極性脈沖，在另一焊接循環(huán)中發(fā)生負(fù)極性脈沖。在另一實(shí)施例中，控制器是由軟件控制的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，使用的是林肯電器公司(LincolnElectricCompany)的STT焊機(jī)或進(jìn)行STT短路焊接過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施例中，STT過(guò)程使用有芯焊極。在另一實(shí)施例中，STT過(guò)程使用自耗焊極并使焊極為負(fù)極性。當(dāng)使用STT焊機(jī)的焊極負(fù)極性過(guò)程時(shí)，工件熔融部分是熱的，該熔融部分的冷卻需要時(shí)間以便將焊道拉回。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，本底電流降低以便降低熔融部分的熱度。該電流調(diào)整減少了整個(gè)焊接過(guò)程的熱量。通過(guò)使STT焊機(jī)的極性反向成焊極正極性狀態(tài)，可使工件熔融部分變得過(guò)冷。為克服焊接熔融部分變冷，在整個(gè)焊接過(guò)程中，STT焊機(jī)或過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)焊極負(fù)極性和焊極正極性之間進(jìn)行變換。熱量以這種方式得到控制而不改變本底電流水平。通過(guò)調(diào)整負(fù)焊極對(duì)正焊極焊接的比率而控制熔融部分的熱量以便選擇溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，焊極是非自耗焊極，在一個(gè)實(shí)施例中，非自耗焊極包括鎢。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊接電路設(shè)計(jì)成TIG焊接。在一個(gè)實(shí)施例中，在焊接過(guò)程中焊接電路變換極性。在另一實(shí)施例中，在焊接過(guò)程中的正極性脈沖和負(fù)極性脈沖的持續(xù)時(shí)間是不同的。在另一實(shí)施例中，在焊接過(guò)程中的正極性脈沖和負(fù)極性脈沖的持續(xù)時(shí)間是相同的。在另一實(shí)施例中，焊接電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。在該實(shí)施例的一個(gè)特定方面，由高速電源開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電流變化，至少使一個(gè)開(kāi)關(guān)為導(dǎo)電的同時(shí)而另一開(kāi)關(guān)為非導(dǎo)電的，反之亦然。在該實(shí)施例的另一特定方面，焊接電路包括具有第一部分和第二部分的高電抗反應(yīng)器或扼流器，第一部分在負(fù)極性方向連接穿過(guò)電源進(jìn)行熱循環(huán)，接著通過(guò)在反方向使反應(yīng)器或扼流器的第二部分穿過(guò)工件而使該過(guò)程反向。在該實(shí)施例的另一特殊方面，通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)電流變化。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，焊接電流包括增壓-大容量電路以提高從焊接電源到焊極的電壓。本發(fā)明的首要目的是提供一種在兩金屬板之間形成高質(zhì)量焊道的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括至少部分提供在焊極和工件之間產(chǎn)生電弧的電源的燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種有益于環(huán)境的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種降低工作中的噪聲和/或空氣污染的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種便攜式的并能在各種環(huán)境中使用的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括直接氧化燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括燃料電池電弧焊接系統(tǒng)和方法，該燃料電池產(chǎn)生一種或多種至少部分用作保護(hù)氣體的生成物氣體。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括使用有機(jī)液體供料的燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括多個(gè)疊堆的燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種在工件焊接中準(zhǔn)確跟蹤要求的電流外形輪廓的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法，該燃料電池具有至少一個(gè)位于燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的質(zhì)子導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括燃料電池的電弧焊接系統(tǒng)和方法，該燃料電池具有至少一個(gè)質(zhì)子導(dǎo)電薄膜，防止通過(guò)燃料的有機(jī)供料薄膜的遷移。本發(fā)明的另一目的是提供一種短路電弧焊接系統(tǒng)和方法，用于向焊極上施加控制的能量值以在工件上形成焊道。本發(fā)明的另一目的是提供一種產(chǎn)生焊道的電弧焊接系統(tǒng)和方法，該焊道具有的成分基本類(lèi)似于工件成分。本發(fā)明的另一目的是提供一種采用有芯焊極形成高質(zhì)量焊道的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種改變焊接過(guò)程中的焊接電流的電弧焊接系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)調(diào)節(jié)焊極正向電流與焊極負(fù)向電流比率而控制焊接熔融部分熱量的電弧焊機(jī)系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種提高焊極電壓的電弧焊接系統(tǒng)和方法。通過(guò)閱讀下面由附圖公開(kāi)的最佳實(shí)施例的說(shuō)明，這些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。現(xiàn)在參照附圖，附圖給出了本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)形式、一定的部件和部件設(shè)置的各種實(shí)施例，其中圖1給出了由燃料電池帶動(dòng)的電弧焊機(jī)示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例由燃料電池向電弧焊機(jī)提供保護(hù)氣體；圖2給出了電弧焊機(jī)示意圖，該電弧焊機(jī)由采用多個(gè)液體供料有機(jī)燃料電池(liquidfeedorganicfuelcell)的多電池燃料系統(tǒng)帶動(dòng)并包括控制焊極電流和/或電壓的焊接電路；圖3是圖1中的液體供料燃料電池的電壓與電流密度關(guān)系特性曲線(xiàn)圖；圖4是圖1中液體供料燃料電池的功率密度與電流密度關(guān)系特性曲線(xiàn)圖；圖5是圖1中液體供料燃料電池的加載控制特性隨瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間變化曲線(xiàn)圖；圖6給出圖2所示電弧焊機(jī)的示意圖，其中顯示的焊接電路包括焊接控制器和大功率轉(zhuǎn)換器(bulkpowerconverter)；圖7給出了圖2所示電弧焊機(jī)的示意圖，其中顯示的焊接電流包括焊接控制器和增大功率轉(zhuǎn)換器；圖8至10是顯示圖1的焊接電路的其他實(shí)施例的簡(jiǎn)化的電路圖，控制通過(guò)電弧焊機(jī)焊極的電流波形；圖11是另一實(shí)施例簡(jiǎn)化的電路圖，顯示了包括在圖1的焊接電路中的倒相器。現(xiàn)在參照附圖，其中附圖只是用于顯示本發(fā)明最佳實(shí)施例而不是為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，圖1顯示了將兩個(gè)或多個(gè)工件30焊接在一起的電弧焊機(jī)20。電弧焊機(jī)20包括焊頭40和焊接體50。焊頭40包括焊嘴42。焊嘴42用于將焊極指向工件。自耗焊極60從線(xiàn)輥70上繞出來(lái)下并送入焊接體50內(nèi)。自耗焊極穿過(guò)焊接體50，通過(guò)焊頭40，然后由焊嘴42引導(dǎo)指向工件30。沒(méi)有顯示在焊接過(guò)程中控制焊極輸送速度的焊絲輸送器。由連接到保護(hù)氣體源80的氣管82向焊接體50供應(yīng)保護(hù)氣體。沒(méi)有顯示保護(hù)氣體控制器，該保護(hù)氣體控制器在焊接過(guò)程中控制保護(hù)氣體如二氧化碳流向工件的流速。電弧焊機(jī)由電源90帶動(dòng)。如圖1所示，電源90只是一燃料電池100；但是，燃料電池100可以結(jié)合多個(gè)燃料電池和/或其它電源使用以向電弧焊機(jī)供電。燃料電池產(chǎn)生由燃料電池正負(fù)焊極所示的直流電。負(fù)極102通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)104連接工件30。正極106通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)108連接焊接體50。最好，可以使燃料電池100產(chǎn)生可變電流。所示燃料電池100產(chǎn)生由氣管84導(dǎo)向保護(hù)氣體源的反應(yīng)生成物。下面會(huì)進(jìn)一步說(shuō)明由燃料電池100產(chǎn)生的反應(yīng)生成物。電弧焊機(jī)的基本部件即焊極、焊頭、焊接體是標(biāo)準(zhǔn)焊機(jī)部件，因此這里就不作進(jìn)一步的說(shuō)明了。燃料電池100設(shè)計(jì)成作為電弧焊機(jī)20的部分或全部電源，并且還在工件30的電弧焊接中提供必要保護(hù)氣體。燃料電池最好設(shè)計(jì)成與產(chǎn)生電弧焊機(jī)電源中生成的有機(jī)供料生成物和對(duì)環(huán)境無(wú)害的反應(yīng)生成物一起使用。這樣選擇有機(jī)供料，使得在電弧焊接工作中至少使用一種反應(yīng)生成物作為保護(hù)氣體源。結(jié)果，使用燃料電池具有便于攜帶、有益于環(huán)境、降低空氣和噪聲污染并減少了其它保護(hù)氣體源的優(yōu)點(diǎn)。減少其它保護(hù)氣體源則降低與保護(hù)氣體相關(guān)的成本以及減少獲得這種氣體所受到的分配限制。液體供料燃料電池將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能而不用燃燒燃料。燃料電池具有優(yōu)于普通電源的許多優(yōu)點(diǎn)，如燃料電池的燃料是普遍使用的與水混合的物質(zhì)，如甲醇(還稱(chēng)為木酒精)。甲醇很便宜，易于由煤或天然氣制得。燃料電池的另一優(yōu)點(diǎn)是其在較低溫度(水的沸點(diǎn)以下)下工作并且結(jié)構(gòu)小巧。低溫度工作避免為減輕安全危害性而進(jìn)行的特殊高融化材料的笨重隔熱和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。燃料電池也不產(chǎn)生有毒副生成物。甲醇燃料完全轉(zhuǎn)換成二氧化碳(CO2)和水。燃料電池制造起來(lái)很簡(jiǎn)單并且較便宜，只不過(guò)包括一覆蓋有鉑或其它貴金屬的薄膜。電池本身沒(méi)有移動(dòng)部件。其貴金屬少量使用并在裝置壽命終止后可以完全再利用和回收。沒(méi)有移動(dòng)部件使燃料電池在工作中無(wú)噪聲。燃料電池還將燃料理論能量值的34％轉(zhuǎn)換成有效功率，這是現(xiàn)有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)效率的兩倍?，F(xiàn)在參照附圖2，更詳細(xì)顯示了電能源90。所示的電能源90包括電池100的疊堆(stack)110。沒(méi)有顯示每個(gè)電池，每個(gè)電池包括陽(yáng)極、陰極和固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)電陽(yáng)離子交換電解質(zhì)薄膜。陽(yáng)極、陰極和固體聚合物電解質(zhì)薄膜最好是單個(gè)的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，這里指的是薄膜焊極總成。在US5599638中公開(kāi)了對(duì)每個(gè)電池100的詳細(xì)具體說(shuō)明，這里結(jié)合它作為參考。泵120被提供用于將有機(jī)燃料和水溶液泵進(jìn)燃料電池的陽(yáng)極室。通過(guò)疊堆110上的出口112抽回有機(jī)燃料和水的混合物，并通過(guò)循環(huán)箱130使其再循環(huán)。在燃料電池的陽(yáng)極室中形成的二氧化碳通過(guò)出口114排出。設(shè)置氧化劑供給源140向燃料電池的陰極室內(nèi)輸送氧氣和/或空氣。由氧化劑供給源140供應(yīng)的氧氣和/或空氣可以是瓶裝氧氣供應(yīng)源、吹風(fēng)扇和/或空氣壓縮機(jī)。通過(guò)出口114從疊堆110抽回空氣和水和/或氧氣和水的混合物并將其傳送到水回收裝置150。水回收裝置150進(jìn)行工作，從水中分離出空氣和/或氧氣。由裝置150分離出的一部分空氣和/或氧氣返回到氧化劑供給源140以便再進(jìn)入疊堆110。由氧化劑供給源140將新鮮空氣和/或氧氣加入到返回的空氣和/或氧氣中。將裝置150分離的水送入燃料和水注入裝置160，燃料和水注入裝置160還接收來(lái)自?xún)?chǔ)存罐170的有機(jī)燃料如甲醇。注入裝置160將來(lái)自回收裝置150的水和來(lái)自罐170的有機(jī)燃料混合，通過(guò)使燃料溶解到水中而形成燃料和水溶液。將注入裝置160提供的燃料和水溶液送入循環(huán)罐130。通過(guò)出口112將包含二氧化碳的燃料和水混合物從疊堆110中抽回，并通過(guò)熱交換器180送入循環(huán)罐130。因此，循環(huán)罐130接收來(lái)自注入裝置160的燃料和水溶液以及來(lái)自熱交換器180的包含二氧化碳?xì)怏w的燃料和水溶液。循環(huán)罐130從燃料和水混合物中分離出二氧化碳并通過(guò)排氣口84放出二氧化碳。將所得到的燃料和水溶液通過(guò)泵120送入疊堆110。循環(huán)罐130還可以位于疊堆110和熱交換器180之間，以便在熱交換器之前去除二氧化碳，由此改進(jìn)熱交換器的性能。沒(méi)有顯示可以在混合物送入到燃料電池的疊堆之前加熱甲醇/水混合物的放熱器。沒(méi)有顯示可以在混合物開(kāi)始流向疊堆之前加熱甲醇/水混合物的冷啟動(dòng)加熱器。沒(méi)有顯示可以檢測(cè)甲醇濃度以保持混合物中要求的濃度的甲醇傳感器。沒(méi)有顯示可以檢測(cè)氧氣濃度以保持燃料電池中的要求濃度的氧氣傳感器，?，F(xiàn)在將更詳細(xì)說(shuō)明圖2中顯示的各個(gè)部件的工作。循環(huán)罐130最好是具有大頭部空間的塔。將從注入裝置160接收的液體燃料和水混合物加入到塔的頂部。將具有二氧化碳的燃料和水混合物送入塔的底部。從燃料和水混合物中釋放的二氧化碳?xì)怏w聚集在頭部空間，最后通過(guò)CO2處理裝置80排出并通過(guò)管路82送入電弧焊機(jī)20。二氧化碳處理裝置80可包括沒(méi)有顯示的洗滌裝置、壓縮機(jī)、干燥機(jī)和/或冷凝器以?xún)艋瘉?lái)自循環(huán)罐130的CO2和/或使其增壓。另外，包含二氧化碳的燃料和水混合物可以穿過(guò)一系列微孔材料管，使氣體通過(guò)微孔材料的管壁釋放，同時(shí)液體燃料沿管軸向流動(dòng)?？梢栽诏B堆110的陽(yáng)極室內(nèi)采用靜態(tài)再循環(huán)系統(tǒng)(未示)以從燃料和水混合物中分離出二氧化碳，使得不需要設(shè)置外部循環(huán)罐。由于具有這樣一種系統(tǒng)，其固有的浮力使二氧化碳?xì)馀菰陉?yáng)極室內(nèi)垂直上升。由二氧化碳?xì)怏w氣泡包圍的液體燃料混合物的粘性相互作用將液體燃料在出口114方向向上帶起。液體一出陽(yáng)極室就釋放氣體并與周?chē)h(huán)境交換熱量并冷卻，因此，比電池中的液體更濃。將更濃的液體通過(guò)進(jìn)口送入陽(yáng)極室底部。靜態(tài)再循環(huán)系統(tǒng)不消耗泵上的電能，而是利用電池中產(chǎn)生的熱和氣體。上述過(guò)程形成靜態(tài)再循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在采用燃料電池給電弧焊機(jī)通電之前，燃料電池疊堆的陽(yáng)極室充滿(mǎn)有機(jī)燃料和水混合物，陰極室充滿(mǎn)空氣或氧氣。在工作中，有機(jī)燃料循環(huán)通過(guò)陽(yáng)極，同時(shí)氧氣或空氣循環(huán)通過(guò)陰極。當(dāng)電路200連接在疊堆的陽(yáng)極和陰極之間時(shí)，在陽(yáng)極發(fā)生有機(jī)燃料的電氧化，在陰極發(fā)生氧氣的電還原。陽(yáng)極和陰極發(fā)生的不同反應(yīng)提高了兩焊極之間的電壓差。由陽(yáng)極的電氧化產(chǎn)生的電子通過(guò)焊接電路200傳導(dǎo)并且最后由陰極俘獲。陽(yáng)極產(chǎn)生的氫離子或質(zhì)子穿過(guò)薄膜直接傳遞到陰極。由通過(guò)薄膜的離子流和通過(guò)焊接電路的電子維持電流?，F(xiàn)在簡(jiǎn)要說(shuō)明燃料電池的陽(yáng)極、陰極和薄膜的構(gòu)成。陽(yáng)極、陰極和薄膜構(gòu)成合成分層結(jié)構(gòu)。在最佳實(shí)施例中，薄膜由全氟化質(zhì)子交換薄膜材料如四氟乙烯和全氟化乙烯醚磺酸的共聚物構(gòu)成。也可以使用其它薄膜材料。例如可以使用改良的全氟化磺酸聚合物、聚氫碳(polyhydrocarbon)磺酸的薄膜和兩種或多種質(zhì)子交換薄膜的合成物。薄膜設(shè)計(jì)成在燃料電池工作中穿過(guò)的燃料為最小并允許質(zhì)子穿過(guò)薄膜。陽(yáng)極是由鉑-釕合金顆粒構(gòu)成，該合金顆粒既可作為純金屬粉末，即“無(wú)載體的(unsupported)”，也可分散在高表面區(qū)域碳上，即“有載體的(supported)”?？梢圆捎锰祭w維層墊板以與電催化劑的顆粒電接觸。另外，可以通過(guò)化學(xué)方法置備無(wú)載體和有載體的電催化劑，氟化物聚合物粘合劑和散布的或在碳紙上上墨以產(chǎn)生陽(yáng)極?？墒褂勉K-基合金而不是鉑-釕，其中的第二金屬是錫、銥、鋨和錸。一般，合金的選擇要根據(jù)在燃料電池中使用燃料。鉑-釕最好是用于甲醇的電氧化。對(duì)于鉑-釕來(lái)說(shuō)，在電催化劑層中的合金顆粒的加載最好在大約0.05-4.0mg/cm2的范圍內(nèi)。在較高加載水平而不是低加載水平實(shí)現(xiàn)更有效的電氧化。陽(yáng)極結(jié)構(gòu)是多孔的并能浸濕液體燃料。此外，陽(yáng)極結(jié)構(gòu)必須具有電子或離子導(dǎo)電性以有效將電子傳遞到陽(yáng)極集電器(碳紙)并將氫離子/水合氫離子傳遞到電解質(zhì)薄膜。此外，陽(yáng)極結(jié)構(gòu)必須有助于實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極的良好氣體離析(evolving)特性。陽(yáng)極的電催化劑層和碳纖維載體最好用親水性質(zhì)子-導(dǎo)電聚合物添加劑浸潤(rùn)。在陽(yáng)極內(nèi)部分地提供該添加劑，以使由電氧化反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子和水合氫離子有效傳遞。離子鍵(ionomeric)添加劑還促進(jìn)由燃料/水溶液對(duì)焊極微孔的均勻浸濕，并更好利用電催化劑。還改進(jìn)了通過(guò)降低陽(yáng)離子吸收的甲醇電氧化動(dòng)力性。此外，離子鍵添加劑的使用有助于實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極的良好氣體離析特性。添加劑應(yīng)該是親水性的、質(zhì)子-導(dǎo)電的、電化學(xué)穩(wěn)定的，并且不應(yīng)該阻礙液體燃料的氧化動(dòng)力性?？梢允褂玫挠H水性質(zhì)子-導(dǎo)電添加劑包括碳氟化物聚合物和碳氟化物磺酸聚合物的共聚物、蒙脫粘土、沸石、烷氧基纖維素、環(huán)狀糊精和/或鋯氫磷酸鹽。要求0.05至0.5mg/cm2的加載。具有超過(guò)10％的添加劑的焊極組成可導(dǎo)致燃料電池內(nèi)阻抗升高和與固體聚合物電解質(zhì)薄膜的不良粘接。具有低于2％添加劑的組成一般不會(huì)提高焊極性能。陰極是氣體散布焊極，其中鉑顆粒粘接到薄膜的一側(cè)。陰極最好由粘接到與陽(yáng)極相對(duì)的薄膜一側(cè)的無(wú)載體和有載體的鉑構(gòu)成。由于具有陽(yáng)極，陰極金屬顆粒最好安裝在碳?jí)|板材料上。電催化劑顆粒在碳?jí)|板上的加載最好在0.5至4.0mg/cm2范圍內(nèi)。電催化劑合金和碳纖維墊板最好包括氟化物聚合物以提供需要產(chǎn)生三相邊界的疏水性和獲得由氧氣的電衰減產(chǎn)生的水的有效移動(dòng)。在工作中，在濃度范圍大約為0.5至3.0摩爾/升的燃料和水的混合物(最好包含非酸性或飛堿性電解質(zhì))循環(huán)通過(guò)陽(yáng)極。最好，流速采用在10至500毫升/分鐘范圍內(nèi)。當(dāng)燃料和水混合物循環(huán)過(guò)陽(yáng)極時(shí)，發(fā)生下面釋放電子的甲醇電池電化學(xué)反應(yīng)陽(yáng)極。通過(guò)出口114將由上述反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳與燃料和水一起抽出，并在氣體-液體分離器150中將其與溶液分離。燃料和水溶液接著由泵120再循環(huán)進(jìn)電池。陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，在陰極發(fā)生另一俘獲電子的包括氧氣電衰減的電化學(xué)反應(yīng)。陰極。由方程1和2描述的單獨(dú)焊極反應(yīng)產(chǎn)生由下式給出的甲醇燃料電池整個(gè)反應(yīng)燃料電池。在燃料的足夠高濃度下，可以維持電流密度大于500mA。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在低電流密度下最好進(jìn)行低流速甲醇供料，在高電流密度下工作時(shí)最好進(jìn)行高流速甲醇供料，以提高有機(jī)燃料大量傳遞到陽(yáng)極的速度，以及除去由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳。最好氧氣和空氣在0至30磅/英寸2范圍的壓力下循環(huán)通過(guò)陰極。壓力高于環(huán)境可促進(jìn)氧氣大量傳遞到電化學(xué)反應(yīng)的位置，特別是在高電流密度下。在陰極的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水通過(guò)出口114由氧氣流從陰極進(jìn)行傳遞。質(zhì)子導(dǎo)電固體聚合物電解質(zhì)薄膜的厚度應(yīng)該是在0.05至0.5mm范圍內(nèi)的穩(wěn)定尺寸。薄膜薄于0.05mm會(huì)導(dǎo)致薄膜焊極總成具有不良機(jī)械強(qiáng)度，而薄膜厚于0.5mm時(shí)會(huì)造成通過(guò)由液體燃料和水的聚合物膨脹引起的過(guò)大的和破壞性的尺寸改變，并且還產(chǎn)生過(guò)大阻抗。燃料電池薄膜的離子導(dǎo)電性應(yīng)該大于1ohm-1cm-1以獲得可容許的內(nèi)阻抗。如上所述，薄膜應(yīng)該對(duì)液體燃料具有低滲透性?？梢愿鶕?jù)溫度和燃料工作持續(xù)時(shí)間使用聚乙烯和聚丙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸和其它聚氫碳-基磺酸薄膜。具有不同酸性當(dāng)量的、或變化的化學(xué)組成(如改進(jìn)的酸性組或聚合物主要成分)的、或改變的水成分、或不同類(lèi)型和交聯(lián)(如由多架陽(yáng)離子如Al3+，Mg2+等的交聯(lián))范圍的由兩種或多種類(lèi)型質(zhì)子導(dǎo)電陽(yáng)離子交換聚合物構(gòu)成的合成薄膜可以用于獲得高離子導(dǎo)電性、對(duì)液體燃料的低滲透性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。如對(duì)上述說(shuō)明所理解那樣，采用質(zhì)子-導(dǎo)電固體聚合物薄膜作為電解質(zhì)獲得液體供料直接氧化有機(jī)燃料電池，而不需要游離溶解酸或基本電解質(zhì)。主要的或唯一的電解質(zhì)是質(zhì)子導(dǎo)電固體聚合物薄膜。由于沒(méi)有游離酸，因此避免了電池組件的酸-誘發(fā)的腐蝕，該腐蝕可在電流-技術(shù)酸基有機(jī)/空氣燃料電池中發(fā)生。這大大提高了選擇燃料電池和相關(guān)子系統(tǒng)材料的靈活性。此外，與包含氫氧化鉀作為液體電解質(zhì)的燃料電池不同，由于不形成可溶解碳酸鹽，因此其電池性能不降低。還通過(guò)使用固體電解質(zhì)薄膜，避免寄生分流。圖3用對(duì)應(yīng)于以mA/cm2表示的電流密度而畫(huà)出的燃料電池電勢(shì)來(lái)顯示燃料電池性能。圖3顯示在處于90℃下的一摩爾甲醇溶液中和在20磅/英寸2壓力下的空氣混合物中輸送的燃料電池性能。顯示了由該燃料電池可在大約400mA/cm2保持約為0.48V。燃料電池的優(yōu)化包括在電池的電流密度和效率之間進(jìn)行平衡。圖4顯示作為電流密度函數(shù)的功率密度。最佳工作點(diǎn)獲得約230mW/cm2的功率密度。該最佳工作點(diǎn)在400和700mA/cm2之間的電流密度范圍內(nèi)。該范圍的電池電壓在0.48和0.31伏之間。現(xiàn)在參照?qǐng)D5，顯示了燃料電池的瞬態(tài)響應(yīng)。所示的燃料電池的瞬態(tài)響應(yīng)約為500至800ms。這種很短的瞬時(shí)響應(yīng)適用于電弧焊機(jī)，因此不需要大能量存儲(chǔ)件。由方程V=15+0.05I表示的焊接加載曲線(xiàn)已得到很好的認(rèn)識(shí)。當(dāng)單個(gè)電池的電壓約0.44伏時(shí)，為獲得足以進(jìn)行焊接的電壓，多個(gè)單獨(dú)燃料電池必須串聯(lián)。由于功率轉(zhuǎn)換電路中的損耗、電纜損耗和焊接加載的瞬態(tài)需要，因此可預(yù)測(cè)到幾個(gè)邊界電壓。該邊界基于典型焊接條件的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可多少依賴(lài)于實(shí)際環(huán)境。電池的橫截面a1面積由要求的加載電流和電池的工作電流密度確定?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，顯示了包括大功率轉(zhuǎn)換器的焊接電路。下面的表格給出當(dāng)采用大轉(zhuǎn)換器時(shí)疊堆結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，假定在典型焊接加載和工作條件下。為了計(jì)算燃料電池的疊堆結(jié)構(gòu)，假定下面的工作數(shù)據(jù)是作為燃料電池工作點(diǎn)220mW/cm2和500mA/cm2(0.44伏)。疊堆結(jié)構(gòu)——大功率轉(zhuǎn)換器階段<tablesid="table1"num="001"><table>焊接電流(A)焊接電流(V)加載功率(kW)電壓邊界(V)整個(gè)電壓(V)疊堆中電池的數(shù)量電池的橫截面積(cm)015.50.0132863010020.02.014347711315022.53.414.5378417530030.09.0164610437630030.09.0164610437640035.014.0175211851650040.020.01858131664</table></tables>疊堆110的正極位于供應(yīng)氧化劑的一側(cè)并連接到功率轉(zhuǎn)換電路200的輸入端。負(fù)極連接位于供應(yīng)燃料的一側(cè)并連接到工件30的一端。焊接電路200用于響應(yīng)與焊接電壓、焊接電流或二者成比例的反饋信號(hào)而調(diào)節(jié)焊接電流。反向連接焊接焊極和工件會(huì)使焊接加載電流反向。CO2焊接過(guò)程常常需要DC負(fù)焊極結(jié)構(gòu)。圖6顯示在燃料電池系統(tǒng)圖表中的合適點(diǎn)的CO2聚集。疊堆110產(chǎn)生大量用于焊接的CO2。該CO2可包含必須在向焊接電弧輸送氣體前去除的少量水或甲醇蒸汽。需要?dú)怏w干燥機(jī)保證該氣體不沾染蒸汽。燃料電池一般工作在超過(guò)環(huán)境壓力的壓力下，因此通常不需要壓縮CO2。但是，如果電池的工作壓力太低了，可以在其到達(dá)焊接電弧之前壓縮CO2氣體。焊接保護(hù)氣體的流速必須調(diào)節(jié)到合適水平以避免過(guò)量電弧干擾。由于燃料電池可產(chǎn)生比需要保護(hù)電弧更多的CO2，因此需要流量調(diào)節(jié)器以便只提供合適量的保護(hù)氣體。排出剩余CO2或?qū)⑵溆糜谄渌康?。圖6顯示DC正焊極結(jié)構(gòu)的電連接。功率轉(zhuǎn)換電路用于調(diào)節(jié)從燃料電池到焊接加載的電流輸出。圖6顯示了為實(shí)現(xiàn)該目的的反向(buck)轉(zhuǎn)換器(限制器(chopper))。焊接電路200包括由焊接控制系統(tǒng)220控制的晶體管210。焊接控制系統(tǒng)控制到達(dá)焊機(jī)的電流波形。在電弧焊機(jī)工作中，焊接控制系統(tǒng)可依賴(lài)于反饋控制。焊接電路還包括二極管230以保持合適電流流過(guò)焊極。焊接電路還包括感應(yīng)器以對(duì)電流波形平滑處理而通過(guò)焊極。為了使反向轉(zhuǎn)換器有效，疊堆電壓應(yīng)該總是高于瞬態(tài)加載要求?？梢允褂闷渌麯C對(duì)DC轉(zhuǎn)換器電路。圖7顯示了增壓-反向轉(zhuǎn)換器布局。焊接電路200中的增壓-反向電路設(shè)計(jì)成可提高焊極電壓而不必提高疊堆110中燃料電池的數(shù)量。焊接電路200包括類(lèi)似于圖6中控制系統(tǒng)的焊極控制系統(tǒng)200。焊接電路還包括感應(yīng)器250、電容器260和晶體管270，該晶體管由焊接控制系統(tǒng)220控制并通過(guò)焊接電路對(duì)電壓增壓。二極管280、290、晶體管300和其作用類(lèi)似于圖6中的限制器或增壓電路的感應(yīng)器310有利于降低疊堆中電池?cái)?shù)量，因?yàn)樵摬季挚梢詫⒓虞d電壓調(diào)節(jié)到高于或低于燃料電池電壓的水平。這一特點(diǎn)在疊堆的設(shè)計(jì)中提供了更大范圍，如下表所示疊堆結(jié)構(gòu)-反向功率轉(zhuǎn)換器分級(jí)現(xiàn)在參照?qǐng)D8和9，顯示了與TIG焊機(jī)一起使用的控制電路的原理圖。在焊接鋁和類(lèi)似金屬中，使用TIG焊接，其中電流共同自耗焊極如鎢焊極與工件隔開(kāi)一間隙，以便當(dāng)由電壓產(chǎn)生的電流穿過(guò)間隙時(shí)該間隙足夠起弧。由于鋁很容易氧化，因此當(dāng)電弧的熱量使填充焊絲熔融并沉積在鋁工件上時(shí)，必須從焊接表面上除去氧化鋁。通過(guò)采用交流電源使交流電通過(guò)焊極和工件之間的間隙而清理該金屬。根據(jù)該方法，在正循環(huán)中，焊極相對(duì)于工件是正極；因此，從工件發(fā)射電子。該過(guò)程從準(zhǔn)備即將進(jìn)行負(fù)循環(huán)的表面上去除氧化鋁，其中鎢或其它非自耗焊極相對(duì)于工件是負(fù)極。為了在電弧區(qū)域內(nèi)更有效進(jìn)行加熱，在工件方向從鎢發(fā)射出電子。通過(guò)采用穿過(guò)電弧的交流電，產(chǎn)生交變初步清潔循環(huán)和加熱循環(huán)以提供相當(dāng)有效的用于鋁的TIG焊接過(guò)程。當(dāng)直流電源用于TIG焊接時(shí)，操作者必須選擇使用的極性。如果要焊接軟鋼或不銹鋼，則不需要清理，可以使用直流電焊極負(fù)向TIG焊接。該極性不提供去除氧化膜的電弧清理動(dòng)作；因此，如果用于焊接鋁，則必須在焊接前完成焊接表面的預(yù)-焊接清理和氧化物去除。這在焊接重鋁板時(shí)是很實(shí)用的，采用焊極負(fù)極性的高焊接速度要優(yōu)于附加預(yù)處理要求。由此看來(lái)，操作者常常選擇直流焊極正向TIG焊接，其中電流由焊極流向工件。這產(chǎn)生配合焊接過(guò)程的清理作用。圖8和圖9顯示了向DC/DC電路300提供電流的直流燃料電池100。該DC/DC電路是典型的反向或增壓-反向電路。但是，可以使用其它類(lèi)型的DC/DC電路。改進(jìn)的DC電流接著流向切換電路310。切換電路將直流電轉(zhuǎn)換成用于TIG焊機(jī)的交流電。波形控制器310控制切換電路中的切換，以便控制焊接循環(huán)中正脈沖和負(fù)脈沖的持續(xù)時(shí)間。如圖8所示，正脈沖的持續(xù)時(shí)間(a)比負(fù)脈沖的持續(xù)時(shí)間(b)長(zhǎng)。如圖9所示，在焊接循環(huán)(b)中正負(fù)脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間(a)大約相等。圖11顯示了直流電由燃料電池100到電弧焊機(jī)20進(jìn)行換向的極性反向電路340。極性的切換可以由軟件來(lái)控制。焊接電路能將標(biāo)準(zhǔn)直流燃料電池轉(zhuǎn)換成用于TIG焊機(jī)的交流電源。該焊接操作還可與自耗焊極焊接一起使用。通過(guò)溶滴轉(zhuǎn)移(transfer)、短路轉(zhuǎn)移、脈沖電流轉(zhuǎn)移等，使自耗焊極熔融并沉積在工件上。在這些金屬轉(zhuǎn)移的任何系統(tǒng)中，為了提高焊極熔耗速度或其它原因，從正電流變換到負(fù)電流是有利的?？梢圆捎煤附与娐芬蕴峁┯糜诤附右约癟IG焊接中的瞬時(shí)電流極性反向。焊接電路具有普通交流電的優(yōu)點(diǎn)，TIG焊機(jī)還具有附加能力，以便調(diào)整給定時(shí)間內(nèi)的對(duì)工件進(jìn)行加熱和清理的相對(duì)量。焊接電路可控制正負(fù)電源比率，以控制在正電流流過(guò)期間清潔作用的范圍。焊接電路還可用于降低電弧偏斜。由磁場(chǎng)與電弧等離子體的相互作用引起的電弧變形通常與處于高DC電流水平的焊接自耗焊極相關(guān)。焊接電路可以通過(guò)使電流瞬時(shí)反向而降低電弧偏斜效應(yīng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10，顯示了向STT型焊極供電的燃料電池100。由燃料電池向DC/DC電路300供應(yīng)直流電。DC/DC電路可以是圖8和9中顯示的相同類(lèi)型電路。來(lái)自DC/DC電路的電流流向切換電路310。該切換電路形成工件30所要求的電流波形。脈沖寬度調(diào)制器(PWM)340控制切換電路，振蕩器(OSC)350調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制器。工件所要求的電流波形由STT波形控制器360設(shè)置。本底電流設(shè)置370和最大電流設(shè)置380用于改進(jìn)波形。波形末端的衰減電流由收尾設(shè)置390控制。通過(guò)采用圖11所示的極性反向電路，焊接電路可以在單個(gè)焊接循環(huán)中或不同焊接循環(huán)中調(diào)整波形的極性。STT類(lèi)型焊接的該特殊焊接電路和控制電路在US4972064、US5148001和US5961836中公開(kāi)。一般，燃料電池的疊堆產(chǎn)生DC電流由調(diào)制器轉(zhuǎn)換成脈沖。脈沖的形狀由波形電路控制，由此產(chǎn)生要求的電流波形。該DC電流流向并穿過(guò)包括自耗芯焊極和工件的焊接區(qū)域。在STT過(guò)程中，焊極在焊極與工件結(jié)合的短路狀態(tài)和焊極與工件分離的起弧狀態(tài)之間變換。在起弧狀態(tài)中，當(dāng)向工件喂送焊極而接著發(fā)生行短路狀態(tài)時(shí)，為了熔融和保持熔融焊極端部而在工件和焊極之間產(chǎn)生電弧。焊接循環(huán)在短路狀態(tài)和等離子體狀態(tài)之間變換。在等離子體狀態(tài)中，為了平滑和有效焊接，必須產(chǎn)生電弧并自始至終保持電弧。為了降低焊接循環(huán)中任何時(shí)間的濺射，必須精確控制每秒重復(fù)幾次的焊接循環(huán)。脈沖寬度調(diào)制器工作在高頻。脈沖寬度調(diào)制器控制器的工作頻率大約是10至30kHz，具有由脈沖波形控制器電壓確定的連續(xù)電流脈沖寬度。由于焊接循環(huán)的最高速度通常是在每秒100至400個(gè)循環(huán)附近，因此在每個(gè)焊接循環(huán)中提供許多更新脈沖。根據(jù)脈沖調(diào)制器控制器的工作，焊接電路將電流傳導(dǎo)到工作區(qū)，直到在壓緊(pinch)循環(huán)中dr/dt(其中r是焊極阻抗)、di/dt或dv/dt指示熔絲即將到來(lái)為止。當(dāng)進(jìn)行該檢測(cè)時(shí)，由焊極和工件之間的焊接電路引起的電流立即降低到低水平。無(wú)論焊接電路的工作狀態(tài)如何，本底(background)電流電路連續(xù)提供通過(guò)工件的5至7安培電流。因此，本底電流保證在焊接循環(huán)中在焊極和工件之間自始至終通過(guò)至少5至7安培電流，由此防止了焊接循環(huán)的任何相位中焊極和工件之間的滅弧。焊極60最好是自耗有芯的焊極，包括外金屬包皮和焊芯?？梢灾?，另外焊極可以是敷料焊極或?qū)嵭慕z焊極。金屬焊極包皮最好由碳鋼、不銹鋼或其它類(lèi)型金屬或金屬合金制成。金屬包皮的成分的選擇與工件的基本金屬成分相同。焊極芯最好包括焊劑和/或合金和金屬。焊劑可包括化合物以在焊道上產(chǎn)生熔渣來(lái)保護(hù)焊道，直到焊道固化為止，在形成焊道中，保持焊道在適當(dāng)位置直到其固化和/或保護(hù)焊接金屬。焊劑還可包括產(chǎn)生保護(hù)氣體以保護(hù)焊縫根部焊道不受環(huán)境的有害影響的成分。合金劑還最好包含在焊極芯中。最好這樣選擇合金劑，使得與金屬焊極包皮成分組合的合金劑形成成分基本類(lèi)似于工件金屬成分的焊道。圖10顯示要求的電流輪廓以在焊接中產(chǎn)生低濺射。該電流輪廓分成壓緊部分、等離子體增壓部分、等離子體部分和可保持電弧的本底部分。等離子體增壓部分是在衰減部分之前的恒定電流部分，該等離子體部分是濺射控制系統(tǒng)工作的臨界點(diǎn)；但是衰減部分可以看作是等離子體增壓部分的結(jié)束或等離子體部分的開(kāi)始。在衰減部分以后，電流控制電路變換到保持等離子體和電弧的本底電流水平。根據(jù)本發(fā)明，電流控制電路保持預(yù)選本底電流水平，由此防止通過(guò)電弧的電流水平下降到低于預(yù)選電流低電流水平和防止滅弧。電流控制電路設(shè)計(jì)成可在焊接循環(huán)的等離子體增壓和等離子體部分中使焊極全部熔融。此外，由于不能通過(guò)只由本底電流保持的電弧獲得需要熔融焊極的IR，因此當(dāng)處于本底電流水平時(shí)，焊極不進(jìn)行熔融。這樣，本底電流只用于保持電弧和熔融狀態(tài)中的熔融金屬球。選擇由等離子體增壓和等離子體形成的在焊極端部的熔融金屬量以熔融在焊極端部的預(yù)選熔融金屬體積，一旦獲得了預(yù)選體積，則電流的等離子體部分降低到本底電流。還可以選擇等離子體增壓和等離子體部分的持續(xù)時(shí)間。在焊極端部形成熔融金屬球期間，在電流的等離子體部分中，該電流的射流力從焊池中推開(kāi)熔融金屬，直到在焊極端部已經(jīng)熔融預(yù)選熔融金屬量。一旦電流降低，使熔融金屬形成球，并使熔融金屬池穩(wěn)定化，由此獲得大體上的球形的球和擠壓的焊接金屬池之間的光滑接觸。在焊接循環(huán)的等離子體部分中，通過(guò)向焊極內(nèi)傳遞預(yù)選能量值或瓦數(shù)而控制焊極端部要求的熔融金屬量。在焊極端部形成熔融金屬球的所有時(shí)間中，由保護(hù)氣體保護(hù)熔融金屬球而不接觸大氣。保護(hù)氣體持續(xù)到熔融金屬球轉(zhuǎn)化成熔融金屬。一旦在焊接循環(huán)的等離子態(tài)增壓和等離子部分中形成熔融金屬，則通過(guò)將焊極送入池中而迫使熔融金屬球進(jìn)入熔融池中，由此形成短路狀態(tài)。當(dāng)熔融金屬球與熔融金屬池接觸時(shí)，通過(guò)表面張力將其輸送進(jìn)融池。該作用引起在池和焊極中的焊絲之間延伸的熔融金屬最終頸縮，接著使球與焊絲裂開(kāi)并分離。在分離中只有低的本底電流，幾乎沒(méi)有任何濺射發(fā)生。電流控制電路最好監(jiān)測(cè)熔融金屬球的頸縮，使得當(dāng)通過(guò)電凹坑使頸縮直徑迅速下降時(shí)，壓緊曲線(xiàn)中的電流逐漸升高，直到檢測(cè)到熔絲即將來(lái)臨為止。一旦檢測(cè)到即將來(lái)臨的熔絲，電流降低到本底電流，直到將焊極端部的熔融金屬輸送進(jìn)焊池。焊極循環(huán)中的電流可以都是正脈沖、負(fù)脈沖或正負(fù)脈沖的組合。為了變換極性輪廓，控制正極性電流循環(huán)和負(fù)極性電流循環(huán)的數(shù)量以獲得焊接工作的熔融金屬潭中要求的熱量。如果熔潭溫度太低，負(fù)極性循環(huán)320的數(shù)量相對(duì)于正電流循環(huán)的數(shù)量升高。由焊接控制器中合適的選擇器電路獲得要求的比率?？梢岳米儞Q控制概念，其中每個(gè)焊接循環(huán)開(kāi)始為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性循環(huán)，接著在循環(huán)中的預(yù)選點(diǎn)變換到正極性循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，在等離子態(tài)增壓部分結(jié)束后迅速產(chǎn)生電流脈沖的極性進(jìn)行變換。這樣，收尾部分分成具有極性瞬時(shí)變換的負(fù)部分和正部分。因此，直到循環(huán)結(jié)束，電流循環(huán)都是正極性的。在這種方式下，通過(guò)選擇使焊接循環(huán)極性反向的時(shí)延而確定焊接熔融部分中的熱量。可以獲得其它改進(jìn)型以在來(lái)自STT焊機(jī)的電流脈沖的正極性和負(fù)極性之間變換而控制焊接工作熱量。參照實(shí)施例和其變形說(shuō)明了本發(fā)明。相信閱讀和理解本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)易于做出公開(kāi)的實(shí)施例的各種改進(jìn)型和變型。本發(fā)明的范圍試圖包括所有這樣的改進(jìn)型和變型。權(quán)利要求1.一種用于在工件上形成焊道的電弧焊接設(shè)備，包括電能源、焊接電路和焊極，所述電能源具有至少一個(gè)向所述焊接電路提供電壓和電流的燃料電池，從而至少部分產(chǎn)生在所述焊極和所述工件形成的電弧，所述燃料電池包括陽(yáng)極、陰極、位于陽(yáng)極和陰極之間的至少一個(gè)固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體薄膜、有機(jī)供料和將有機(jī)供料傳遞經(jīng)過(guò)所述陽(yáng)極的機(jī)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電能源包括多個(gè)燃料電池。3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述電能源包括多個(gè)疊堆的燃料電池。4.如權(quán)利要求1至3所述的設(shè)備，其中所述燃料電池包括液體供料。5.如權(quán)利要求1至4所述的設(shè)備，其中所述燃料電池形成氣體反應(yīng)生成物，在所述焊道形成中，所述氣體生成物至少提供部分保護(hù)氣體源。6.如權(quán)利要求1至5所述的設(shè)備，其中所述燃料電池從包括間接燃料電池、直接燃料電池和間接燃料電池與直接燃料電池組合的組中選取。7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述燃料電池是直接燃料電池。8.如權(quán)利要求1至7所述的設(shè)備，其中所述有機(jī)供料包括從由甲醇、甲醛、甲酸、二甲基甲烷(dimethoxymethane)、三甲基甲烷(trimethoxymethane)、三氧雜環(huán)己烷和它們的組合物組成的組中選取的供料。9.如權(quán)利要求5至8所述的設(shè)備，其中所述氣體反應(yīng)生成物包括碳化合物。10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述碳化合物包括從包括一氧化碳、二氧化碳和一氧化碳與二氧化碳的組合物的組中選取的氣體。11.如權(quán)利要求1至10所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極包括從由鉑-釕合金、鉑-錫、鉑-銥、鉑-鋨、鉑-錸和它們的混合物組成的組中選取的金屬。12.如權(quán)利要求1至11所述的設(shè)備，其中所述固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體薄膜包括從由四氟乙烯和全氟化(perflourinated)磺酸(sulfonicacid)的共聚物、全氟化磺酸聚合物、聚氫碳磺酸和它們的混合物組成的組中選取的材料。13.如權(quán)利要求1至12所述的設(shè)備，其中所述所述固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體薄膜包括催化劑，所述催化劑包括從由Ir、Mo、Nb、Nu、Os、Pd、Pt、Re、Ru、RuO2、Sn、SnO2、Ti、W、WO3、Zr和它們的混合物組成的組中選取的材料。14.如權(quán)利要求1至13所述的設(shè)備，包括至少兩種固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體薄膜，其中一種所述固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體具有不同于其中另一種所述固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體的成分。15.如權(quán)利要求1至14所述的設(shè)備，其中所述陰極包括鉑。16.如權(quán)利要求1至15所述的設(shè)備，其中所述焊接電路提高所述電能源的電壓。17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述焊接電路包括向所述焊極提供電流的焊接電流電路，所述焊接電流電路包括第一電路以產(chǎn)生轉(zhuǎn)移電流和第二電路以產(chǎn)生熔融電流，所述第二電路向所述焊極提供足夠的電流量以在所述工件上形成所述焊道。18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述第二電路將預(yù)選能量傳導(dǎo)到所述焊絲以在每個(gè)焊接循環(huán)中熔融相對(duì)恒定體積的所述焊極。19.如權(quán)利要求17或18所述的設(shè)備，其中所述第二電路在所述焊極上熔融的金屬與所述工件形成短路之前降低流向所述焊極的電流量。20.如權(quán)利要求17至19所述的設(shè)備，其中所述第一電路在所述焊極和所述工件之間的短路狀態(tài)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生一高電流脈沖，并正好在預(yù)測(cè)的短路狀態(tài)結(jié)束之前施加所述脈沖。21.如權(quán)利要求17至20所述的設(shè)備，其中所述第一電路在所述焊極上的所述熔融金屬與工件形成短路狀態(tài)之前降低所述焊絲的電流量。22.如權(quán)利要求1至21所述的設(shè)備，其中所述焊接電路包括電流極性控制器以控制至少穿過(guò)所述焊極的一部分電流的極性。23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述焊接電路產(chǎn)生一系列構(gòu)成具有短路轉(zhuǎn)移部分和等離子體電弧熔融部分的焊接循環(huán)的小寬度電流脈沖，在所述循環(huán)中的每個(gè)所述電流脈沖具有給定焊極性，所述極性控制器在為正的第一極性和為負(fù)的第二極性之間選擇所述焊接循環(huán)中所述脈沖的極性，24.如權(quán)利要求22或23所述的設(shè)備，其中所述極性控制器包括譯碼器，所述譯碼器具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)以及在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間變換的機(jī)構(gòu)，所述第一狀態(tài)選擇第一數(shù)量連續(xù)焊接循環(huán)的所述第一和第二極性之一，所述第二狀態(tài)選擇第二數(shù)量連續(xù)循環(huán)的所述極性中另一極性。25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中每個(gè)所述循環(huán)具有要求的電弧電流并包括分流器和誤差放大器，所述分流器檢測(cè)實(shí)際電弧電流，所述誤差放大器將所述實(shí)際電弧電流與所述要求電弧電流比較從而控制所述電流脈沖的寬度。26.如權(quán)利要求22至25所述的設(shè)備，其中所述極性控制器至少在穿過(guò)所述焊極的一部分所述電流保持正極性。27.如權(quán)利要求22至26所述的設(shè)備，其中所述極性控制器至少在穿過(guò)所述焊極的一部分所述電流保持負(fù)極性。28.如權(quán)利要求22至27所述的設(shè)備，其中所述極性控制器在所述第一持續(xù)時(shí)間將所述電流保持在正極性，在所述第二持續(xù)時(shí)間將所述電流保持在負(fù)極性。29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述第一持續(xù)時(shí)間比所述第二持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。30.如權(quán)利要求22至29所述的設(shè)備，其中所述焊接電路包括具有產(chǎn)生所述第一極性的第一部分和產(chǎn)生所述第二極性的第二部分的中心開(kāi)孔(tapped)的感應(yīng)器、在所述焊極和所述工件之間連接所述感應(yīng)器的所述第一部分的第一開(kāi)關(guān)、在所述焊極和所述工件之間連接所述感應(yīng)線(xiàn)圈的第二部分的第二開(kāi)關(guān)以及在給定焊接循環(huán)中關(guān)閉所述第一開(kāi)關(guān)或所述第二開(kāi)關(guān)的選擇器。31.如權(quán)利要求1至30所述的設(shè)備，所述焊極是自耗助熔有芯的金屬焊極。32．一種在工件上形成焊道的電弧焊接方法，所述方法包括a)提供焊極；b)提供產(chǎn)生電流的電能源，所述電能源包括燃料電池；c)提供焊接電路；d)向所述焊接電路供應(yīng)所述電流，從而在所述焊極和所述工件之間形成電弧。33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述焊接電路至少部分控制流向所述焊極的所述電流波形。34.如權(quán)利要求32或33所述的方法，其中所述焊極是自耗助熔有芯的金屬焊極。35.如權(quán)利要求32至34所述的方法，其中焊接電路形成所述焊極的電流波形包括短路轉(zhuǎn)移部和控制熔融部。36.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述控制熔融部從包括對(duì)焊極施加預(yù)選能量值或?qū)λ龊笜O施加預(yù)選功率值的組中選取。37.如權(quán)利要求32至34所述的方法，其中焊接電路形成本底電流，所述本底電流具有高電感分量和低水平，所述低水平剛好高于必須維持貫穿每個(gè)焊接循環(huán)的所述焊極和所述工件之間電弧的水平。38.如權(quán)利要求32至37所述的方法，其中所述焊接電路控制所述焊極的電波極性。39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述電流波形包括一系列小寬度電流脈沖，每個(gè)電流脈沖具有給定焊極性。40.如權(quán)利要求38或39所述的方法，其中所述電流波形的極性在焊極循環(huán)中，在第一極性和第二極性之間變換。41.如權(quán)利要求38至40所述的方法，其中所述電流波形的極性是作為一種極性中施加于所述焊極和所述工件的累積能量值和另一種極性中施加于所述焊極和所述工件的累積能量值的函數(shù)而改變的。42.如權(quán)利要求32至37所述的方法，其中所述焊接電路使所述電能源的電壓升高。43.如權(quán)利要求32至42所述的方法，其中所述燃料電池由間接燃料電池、直接燃料電池和間接燃料電池與直接燃料電池組合構(gòu)成的組中選擇。44.如權(quán)利要求32至43所述的方法，其中所述所述燃料電池包括有機(jī)供料。45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中所述有機(jī)供料包括從由甲醇、甲醛、甲酸、二甲基甲烷(dimethoxymethane)、三甲基甲烷(trimethoxymethane)、三氧雜環(huán)己烷和它們的組合物組成的組中選取的供料。46.如權(quán)利要求32至45所述的方法，其中所述燃料電池包括液體供料。47.如權(quán)利要求32至46所述的方法，其中所述燃料電池形成氣體生成物，所述氣體生成物至少部分用作保護(hù)氣體。48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中包括步驟在所述焊道的形成中，至少部分將所述氣體生成物傳遞到所述工件。49.如權(quán)利要求32至48所述的方法，其中所述燃料電池包括陽(yáng)極、陰極和位于陽(yáng)極和陰極之間的至少一個(gè)固體聚合物質(zhì)子導(dǎo)體薄膜。50.如權(quán)利要求32至49所述的方法，其中所述燃料電池包括多個(gè)疊堆的燃料電池。全文摘要一種由多個(gè)液體有機(jī)燃料電池帶動(dòng)的電弧焊機(jī)。該燃料電池采用甲醇/水混合物作為有機(jī)供料。燃料電池產(chǎn)生二氧化碳作為反應(yīng)生成物,該反應(yīng)生成物在電弧焊接過(guò)程中作為保護(hù)氣體使用。燃料電池是疊堆在一起的,以便在焊極和工件之間產(chǎn)生要求的電弧電壓和電流。該電弧焊機(jī)包括焊接電流以控制通過(guò)焊極的電流波形,從而控制或提高通過(guò)焊極的電壓。文檔編號(hào)B23K9/32GK1298778SQ0013419公開(kāi)日2001年6月13日申請(qǐng)日期2000年12月8日優(yōu)先權(quán)日1999年12月8日發(fā)明者喬治·D·布蘭肯希普申請(qǐng)人:林肯環(huán)球公司