專利名稱：用于控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備的方法以及焊接設(shè)備的制作方法
用于控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備的方法以及焊接設(shè)備 本發(fā)明涉及分別借助熔化電極和焊絲來分別控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備和焊接電流源的方法，其中在引燃電弧后，實施冷金屬過渡(CMT)焊接工 藝，在該工藝中，朝向工件的方向輸送焊絲，直到焊絲接觸工件，接著， 在形成短路后，在短路階段，逆轉(zhuǎn)焊絲的輸送方向且使焊絲離開焊接件， 直到斷開短路，其中調(diào)節(jié)用于焊接電流和/或焊接電壓的電流，使得在電弧 階段，發(fā)生焊絲熔化，即形成熔滴。而且，本發(fā)明涉及焊接設(shè)備，其包括焊接電流源、控制裝置和焊槍， 所述焊接設(shè)備進一步包括輸入和/或輸出裝置和/或遠程控制器，用來調(diào)節(jié)不 同的焊接參數(shù)并且用來調(diào)節(jié)和選擇至少一個用于熱平衡或者向待處理工件 的熱輸入的參數(shù)。用來控制焊接電流源的方法從EP1384546A2中獲悉，其中焊接電流的 波形包括至少一個電弧和/或ARC部分和短路部分。在焊接工藝中，通過 向前移動焊絲直到其接觸工件而引入短路階段，且通過向后拉動焊絲而引 入電弧階段。在提升焊絲離開工件而形成電弧之前，在短路階段，施加焊 絲的短路部分。在這種情況下，短路部分在焊接電流周期內(nèi)具有電流最大 值，使得在短路階段，高電流流經(jīng)焊絲和工件。在形成電弧的情況下，向 后拉動電極時，施加數(shù)值較低的焊接電流的ARC部分。因此，焊接電流的 波形與焊絲的向后運動相協(xié)調(diào)，其中焊接電流的波形具有幾個不同的相位。在該文獻中，劣勢是所有可能的焊接方法都被指出了，但是沒有以任 何方式描述怎樣移動焊絲來使用這些焊接方法。而且，作為現(xiàn)有技術(shù)一部分的焊接電流源從EP1384547A2中已知。用 來輸送焊絲的方法和裝置從EP1384548A1已知。焊絲輸送裝置從 EP1384549A2中已知。利用從現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法和裝置，已經(jīng)證明只能以有限的程度控 制和調(diào)節(jié)焊接工藝的熱輸入是不利的。在工件焊點區(qū)域內(nèi)存在顯著的熱輸 入，因為焊接電流必須在焊接工藝期間的每個時間點保持在特定的水平， 使得電弧不會熄滅。工件在焊點區(qū)域被所施加的強電流劇烈地加熱，這對
焊接接頭產(chǎn)生了負面影響，特別是在短路階段，因為在該階段，施加了數(shù) 值更高的焊接電流的短路部分。因此在已知方法中在焊接過程中控制熱輸 入特別是熱量減少的可能性受到限制。這導致以下缺點僅能較差地焊接 或者根本不能焊接薄金屬板，例如厚度在幾個毫米或者絲米范圍內(nèi)的金屬板，和/或低熔點材料，例如鋁合金。本發(fā)明的目的在于提供一種控制和/或調(diào)節(jié)焊接工藝和焊接電流源的方 法，該方法允許以更多的可能性來控制工件的熱輸入和填料的引入，且該 方法擴展了焊接工藝和焊接設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，其中可以以更為靈活的方式 設(shè)計焊接工藝。特別是，在焊接工藝中產(chǎn)生的熱能得以減少。進一步的目的在于提供上述焊接設(shè)備，利用該設(shè)備，能夠靈活地實施 工件的熱輸入和填料的引入，因此應(yīng)用領(lǐng)域得以擴展。關(guān)于上述方法，本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的在焊接工藝的 至少 一 些短路階段，將焊接電流I和/或焊接電壓U的極性調(diào)節(jié)到限定值， 從而分別防止焊絲和短路橋的熔斷，而且在短路階段的結(jié)束或者電弧階段 的開始處，當提升焊絲使其離開工件時，僅借助焊接電流I和/或焊接電壓 U而不需要任何輔助電壓來重新引燃電弧，就能夠安全地重新引燃電弧。 在這種情況下，有利的是通過改變焊接電流I的極性，特別是在恒定的焊 接電流水平下改變焊接電流I的極性，能夠控制待焊接工件的熱輸入，和/ 或待引入熔池的填料量。特別是，根據(jù)需要，熱輸入可以減小到最小值， 從而可以焊接或者釬焊薄壁工件，例如薄金屬板和/或低熔點材料，或者金 屬合金，例如鋁。這可能要歸功于填料向工件的基本上無電流的轉(zhuǎn)移，這 種轉(zhuǎn)移發(fā)生在電流極性逆轉(zhuǎn)的時間點。進一步的優(yōu)勢在于，電流極性逆轉(zhuǎn) 與焊絲運動相配合。在短路階段，即在焊絲接觸工件時，焊接電流的極性 改變，由此，不需要額外的輔助電壓源用來重新引燃電弧，而在電弧燃燒 階段發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)則需要額外的輔助電壓源。只要保護氣體柱不被離子化， 即在短路階段不存在電弧，上述情況就是可能的，其中當焊絲被提起時， 電弧被焊接電流引燃，通過焊接電流和/或焊接電壓的特殊波形，該電流被 調(diào)節(jié)和/或限制到限定的水平。由于不需要輔助電壓源，因此能夠制造低成 本和結(jié)構(gòu)簡單的焊接設(shè)備。由于權(quán)利要求2的方案，通過焊絲的熔化安全地形成熔滴。而且，填
料的熔斷體積，即熔滴尺寸可以根據(jù)需要由電弧階段施加的電流強度來有 利地確定。權(quán)利要求3的方案也是具有優(yōu)勢的，因為用于形成熔滴的填料量也會 因此受到影響。例如，借助在隨后的電弧燃燒階段在短路階段期間所施加 的較大電流，由相同的電弧電流形成更大的熔滴，從而可以在隨后的短路 階段將更大量的填料引入熔池。在使用具有高電阻率的填料時這種影響特 別強。權(quán)利要求4的方案允許通過直接接觸工件且同時施加低電流和/或不施 加電流而可靠地分離熔滴，因此避免了形成飛賊。權(quán)利要求5和6的方案也是具有優(yōu)勢的，因為可以由此以許多不同方 式改變和控制熱輸入和/或引入的填料量，從而所述焊接工藝可以用于最為 不同的焊接接頭和材料組合以及材料厚度。根據(jù)權(quán)利要求7的特征的方法也是具有優(yōu)勢的，因為周期性重現(xiàn)的焊 接電流波形控制起來不費力，且利用該焊接工藝可以在許多情況下生產(chǎn)質(zhì) 量連續(xù)恒定的坪接接頭。權(quán)利要求8的方案是具有優(yōu)勢的，因為在偶然發(fā)生干擾和/或僅不時發(fā) 生干擾和/或外部影響的情況下，通過不規(guī)則地逆轉(zhuǎn)焊接電流的極性，可以 額外導致焊接工藝的調(diào)節(jié)變得靈活，且可以提高焊接工藝的適應(yīng)性。例如， 根據(jù)需要，控制裝置可以確定焊接電流極性的逆轉(zhuǎn)，以防不能保持當前檢 測的用于焊接工藝的所需值。由于權(quán)利要求9所述的方案，有利地實現(xiàn)了焊接工藝的自動的和獨立 的參數(shù)化。權(quán)利要求IO的方案也是具有優(yōu)勢的，因為基于手動調(diào)節(jié)的用戶設(shè)置可 以獨立地調(diào)節(jié)焊接電流的波形，且由此可以保證焊接設(shè)備使用簡單且其用 戶友好性顯著提高。權(quán)利要求11的方案是具有優(yōu)勢的，因為這些方案也允許通過外部控制 來逆轉(zhuǎn)焊接電流的極性。權(quán)利要求12的方案也是具有優(yōu)勢的，因為對于不同的極性，可以由控 制裝置分別調(diào)節(jié)或限定用于焊絲饋送速率的不同預(yù)設(shè)值以及由這些值限定 的工藝參數(shù)，諸如填料的熔斷率，，從而達到顯著提高的工藝穩(wěn)定性，且焊
接工藝可以以更為多變的方式進行。而且，權(quán)利要求13和14的方案也是具有優(yōu)勢的，因為這些方案允許 在電弧階段改變焊接電流的極性，從而可以調(diào)整參數(shù)以更好地適應(yīng)焊接任 務(wù)。因此，對于不同的應(yīng)用場合，可以更為精確地優(yōu)化焊接工藝。權(quán)利要求15和16的方案是具有優(yōu)勢的，因為實現(xiàn)了改善的間隙橋接 能力和/或更好的焊接熔深，由此，特別是，能夠補償待焊接工件的公差。本發(fā)明的目的由上述焊接設(shè)備來實現(xiàn)，其中控制器件與輸入和/或輸出 裝置和/或遠程控制器相關(guān)聯(lián)，所述控制器件被設(shè)計用來基于至少一個被調(diào) 節(jié)或被選擇的、用于熱平衡或者熱輸入的參數(shù)而限定焊接電流I和/或焊接 電壓U發(fā)生極性改變的時間點。所述焊接設(shè)備具有以下優(yōu)勢利用具有上 述設(shè)計的控制器件，通過根據(jù)所述時間點確定焊接電流的極性，能夠非常 精確和非常獨立地調(diào)節(jié)熱能的輸入和/或填料的引入以適應(yīng)當前的焊接情 況。焊接電流的依賴調(diào)節(jié)的極性變化的其他優(yōu)勢可以從以上和以下描述中 得知。在權(quán)利要求18至20中，描述了焊接設(shè)備的有利設(shè)計，例如，憑借能 進行軟件升級的能力，利用該設(shè)備，焊接工藝可以整體得到改善并且可以 將焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計得簡單并且易于維護。下面將參考示意性附圖對本發(fā)明進行更為詳細的解釋。其中

圖1示出了焊接設(shè)備或者焊接裝置的示意圖；圖2示出了焊接電壓和焊接電流隨時間的變化，以及在根據(jù)本發(fā)明焊 接工藝的實施例中焊絲的運動曲線圖；圖3示出了焊接電流隨時間的變化，以及在根據(jù)本發(fā)明焊接工藝的第 二實施例中焊絲的運動曲線圖；圖4示出了焊接電流隨時間的變化，以及在根據(jù)本發(fā)明焊接工藝的第 三實施例中焊絲的運動曲線圖；圖5示出了焊接電流隨時間的變化，以及在根據(jù)本發(fā)明焊接工藝的第 四實施例中焊絲的運動曲線圖；圖6示出了焊接電流隨時間的變化，以及在根據(jù)本發(fā)明焊接工藝的第 五實施例中焊絲的運動曲線圖以及用于焊絲饋送速率的控制信號隨時間變 化的示意曲線圖。
在圖1中，示出了焊接設(shè)備1或者焊接裝置，用于使用熔化焊接電極的最為不同的工藝和方法，諸如MIG/MAG焊接或者電弧焊接方法、雙絲/ 串列多弧焊接方法或者釬焊方法等，所述電極分別特別是焊絲和填料。焊接設(shè)備1包括電流源2,電流源2包括動力元件3、控制裝置4和開 關(guān)元件5，開關(guān)元件5與動力元件3和/或控制裝置4相關(guān)聯(lián)。所述開關(guān)元 件5和/或控制裝置4與控制閥6連接，控制閥6布置在用于氣體8的供應(yīng) 線7上，分別位于氣體儲存器9和焊槍IO或者燃燒器之間，所述氣體8特 別是保護性氣體，例如C02、氦氣或者氬氣等。另外，送絲裝置11可以進一步經(jīng)由控制裝置4激活，所述送絲裝置對 于MIG/MAG焊接是特別常用的，其中填料和/或焊絲13從饋送鼓輪14或 者焊絲巻經(jīng)由供應(yīng)線12供應(yīng)到焊槍10的區(qū)域。當然，正如現(xiàn)有技術(shù)中已 知的，可以將送絲裝置11集成在焊接設(shè)備1中，特別是集成在基礎(chǔ)殼體內(nèi)， 而不是設(shè)計成附屬裝置，如圖1所示。也可以用送絲裝置ll將焊絲13和/或填料送出焊槍10之外，到達處理 地點。而且，送絲裝置11可以包括不同的驅(qū)動單元，其中驅(qū)動單元例如可 以布置在焊絲出口區(qū)域，特別是布置在焊槍10內(nèi)和/或工件上的焊點的焊絲 出口區(qū)域，而另外的驅(qū)動單元可以位于饋送鼓輪14的區(qū)域。焊絲絞車可以 設(shè)置在驅(qū)動單元之間，該絞車任選接收焊絲13的可變長度節(jié)段，特別是當 焊絲13將要被輸送回去的時候。用來在電極和工件16之間建立電弧15特別是工作電弧的焊接電流從 電流源2的動力元件3經(jīng)由焊接線17供應(yīng)到焊槍10，特別是供應(yīng)到電極， 其中所述的由幾個部件特別形成的待焊接工件16也經(jīng)由另外的焊接線18 連接到焊接設(shè)備l，特別是連接到電流源2，這樣，可以經(jīng)由電弧15建立 用于焊接工藝的電路。為了冷卻焊槍10,可以經(jīng)由冷卻回路19將焊槍10連接到儲液器，特 別是儲水器21，其中流量控制器20設(shè)置在焊槍IO和儲液器之間，由此當 焊槍10工作時，冷卻回路19特別是用于儲水器21所容納的液體的液體泵 被起動，因此可以對焊槍IO進行冷卻。焊接設(shè)備1還可以包括輸入和/或輸出裝置22，能夠經(jīng)由該裝置來設(shè)定 和調(diào)用焊接設(shè)備1的最為不同的焊接參數(shù)、操作模式或者焊接程序。在這
種情況下，經(jīng)由輸入和/或輸出裝置22設(shè)定的焊接參數(shù)、操作模式或者焊接 程序可以傳遞到控制裝置4，此后，焊接裝置或者焊接設(shè)備l的各個組件分別被激活，且由所述控制裝置4來預(yù)定實施調(diào)節(jié)或者控制所需的相應(yīng)值。此外，在圖示的示例性實施方案中，焊槍10經(jīng)由軟管封裝23分別與 焊接設(shè)備1或者焊接裝置連接。在軟管封裝23中，布置有焊接設(shè)備l到焊 槍10的各個線路。軟管封裝23經(jīng)由耦合裝置24與焊槍10連接，而軟管 封裝23內(nèi)的各個線路經(jīng)由凹連接器和/或插入式連接件與焊接設(shè)備1的各個 觸點連接。為了保證軟管封裝23具有適當?shù)膽?yīng)變緩解作用，該軟管封裝23 經(jīng)由應(yīng)變緩解裝置25與殼體26連接，特別是與焊接設(shè)備1的基礎(chǔ)殼體連 接。當然，可以使用耦合裝置24將軟管封裝23連接到焊接設(shè)備1。基本上，必須說明，并不是必須使用和采用上述的全部組件分別用于 不同的焊接方法或者焊接設(shè)備1,諸如例如MIG/MAG裝置。例如，也可以 設(shè)計作為空氣冷卻焊槍10的焊槍10。在圖2中，本發(fā)明的焊接工藝的示例性實施方案通過曲線圖27至29 示意性地示出。曲線圖27示出了焊接電壓U隨時間的變化，曲線圖28示 出了焊接電流I隨時間的變化，而曲線圖29示出了焊絲13出口側(cè)端部相 對于工件16的運動和位置。所示關(guān)系曲線示出了用熔化電極和/或焊絲13 來控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備1和/或焊接電流源2的方法。在這種情況下，工 件16和焊絲13的熔化通過電離的等離子束和/或電弧15來實現(xiàn)，所述電弧 在焊絲13和工件16上的電反極之間建立。電弧15的引燃可以通過任何方法進行，例如通過現(xiàn)有技術(shù)中的提升起 弧原理，其中在引燃階段31將開路電壓施加到焊絲13上，然后使焊絲13 向前移動直到其接觸工件16,此后在短路階段通過逆轉(zhuǎn)焊絲13的輸送方向 而將短路斷開，且經(jīng)由送回焊絲的路徑建立電弧，直到焊絲輸送方向發(fā)生 新的逆轉(zhuǎn)，使得焊絲13沿工件16的方向運動。在一個或者幾個時期中的 引燃階段31,電流I受到限制使得焊絲13不會發(fā)生熔化。在另一可能的實 施方案的變體中，電弧15的第一次引燃可以經(jīng)由高頻電壓信號來實現(xiàn)，這 就是所謂的高頻引燃。在引燃電弧15以后，在焊接工藝正常進行之前，也可以進行在限定時 間內(nèi)能量輸入增大的第 一個短工藝階段3lb，接著可以進行通過循環(huán)實施焊
接工藝階段而建立的焊接工藝。通過實施所述能量輸入增大的短工藝階段 31b,實現(xiàn)了電弧15的穩(wěn)定。另外，通過引燃過程加熱焊絲13,因此后續(xù)焊接工藝可以利用預(yù)熱的焊絲13來啟動，從而顯著改善焊接質(zhì)量。引燃階段31和/或工藝階段31b以后，焊接工藝正常進行，其中根據(jù)本 發(fā)明，實施冷金屬過渡(CMT)焊接工藝。在CMT工藝中，沿工件16的 方向輸送焊絲13,直到焊絲13接觸工件16，此后在時間點32形成短路之 后，短路階段33開始，在該階段，將焊絲輸送方向逆轉(zhuǎn)。在短路階段33, 使焊絲13從工件16離開，直到斷開短路，即形成電弧15,和/或直到到達 限定的距離34和/或經(jīng)過限定的時間，此后，在時間點35,這里稱為電弧 階段36的工藝階段開始。在電弧階段36，焊絲13熔化，從而在焊絲端部 形成熔滴。在上死點37處，將焊絲13的運動方向再一次逆轉(zhuǎn)，此后焊絲 沿工件16的方向運動。在電弧階段36調(diào)節(jié)焊接電流I和/或焊接電壓U， 使得焊絲13熔化，即形成熔滴，但不讓焊絲13熔斷。焊絲13在焊接過程中以振蕩方式運動。送絲裝置11基本上被計時， 使得在短路階段33，負信號和/或焊絲13被送回，在此過程中建立電弧15， 且使得在電弧階段36，沿工件16的方向向前輸送正信號和/或焊絲13,在 此過程中焊絲13被加熱和/或熔化形成熔滴(參考圖6中的曲線圖20)。但 是，焊絲13運動方向的時間控制不是必須與電弧階段36和/或短路階段33 的發(fā)生相關(guān)聯(lián)，因為例如在焊絲13向后運動的過程中，可以通過調(diào)節(jié)焊接 循環(huán)中的電流水平而由特定的能量輸入產(chǎn)生電弧階段36。即當已經(jīng)存在電 弧15時，仍然可以將焊絲13從工件16移開，直到到達限定的時間點和/ 或距離。例如，送絲裝置11利用30-100Hz，特別是約50-70Hz的焊絲13 的振蕩頻率激活。在到達死點37后，使焊絲13向前運動，直到其接觸工件16,特別是 熔池。由于焊絲13上的熔滴的表面張力和/或其他已知的作用在液體熔滴上 的物理作用，所述熔滴與焊絲13分離并且被工件16束縛，該情況的發(fā)生 不伴隨焊接飛濺或者其他現(xiàn)象，因為不存在熔滴的下落運動。此后，再次 開始短路階段33,其中焊絲13向后運動有利于熔滴分離?？梢栽诙搪冯A段 33中增大焊接電流I，特別是脈沖式增大焊接電流I，用來支持熔滴分離。 在所示的示例性實施方案中，在CMT工藝持續(xù)期間，短路階段33和電弧
階段36彼此周期性地交替。在此沒有給出有關(guān)CMT工藝方法的更為詳細的信息，因為該工藝對于 焊絲13和/或工件16極性不變的焊接工藝來說，是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。根據(jù)本發(fā)明，為了更有可能地影響焊接工藝，現(xiàn)在提出的是在全部或 者某些短路階段33，改變電流的極性，特別是改變電流I和電壓U的極性， 其中為電流I設(shè)定限定的幅值，從而防止焊絲13和/或短路橋熔斷，但是當 提升焊絲13離開工件16時，可以安全地再次引燃電弧15。從圖2中可以看出，焊接電流I具有極性周期性變化的波形和/或脈沖 序列，其中在常規(guī)焊接工藝中，極性在焊接電流I的每半個周期40、 41就 發(fā)生改變。電流I為正極性的周期時間40基本上相應(yīng)于電流I為負極性的 周期時間41。可替代地，焊接電流I可以包括一個至少暫時非周期性變化的極性。 在這種情況下，電流I為正極性和負極性的時間量40、 41在特定的周期是 不相同的，這一點將在圖5的描述中給予更為詳細的解釋。當超過時間點32時，電壓U和/或電流I升高到第一水平，該水平保 證安全地再次引燃電弧15。任選地，該水平可以限定為工作水平，其在整 個短路階段33和電弧階段36期間保持恒定。但是，優(yōu)選地，焊接電流的 正或負周期和/或周期節(jié)段包括第一部分，基礎(chǔ)電流38;和至少一個其他部 分，工作電流39，如曲線圖28中所示。在所示的示例性實施方案中，基礎(chǔ) 電流38和工作電流39是恒定的。基礎(chǔ)電流38和/或工作電流39可以跟隨 時間改變。特別是基礎(chǔ)電流38可以在適當?shù)臅r候增大，和/或工作電流39 可以在適當?shù)臅r候減小。較之工作電流39而言，基礎(chǔ)電流38優(yōu)選相對4交小，其中所述工作電 流39可以比基礎(chǔ)電流38高例如1.5倍到IO倍，特別是4倍到8倍?；A(chǔ) 電流38例如可以是5A到50A,特別是約10A到30A，而工作電流39例 如可以是50A到500A。根據(jù)本發(fā)明，在電極和/或焊絲13和工件16上施加極性，所述極性至 少暫時發(fā)生變化或者改變?yōu)榈?一極性，并且下面將所述極性稱為焊接電流I 的負部分，在圖中表示為焊接電流I的負周期41，下面將所述第一極性稱 為焊接電流I的正部分，在圖中表示為正周期40。通過交替施加焊接電流 I的正部分和負部分，電流I的負部分允許以多種可能對焊接工藝進行控制 和/或調(diào)節(jié)。在焊接工藝中，焊接電流I的負部分形成額外的影響因素，使 得當相應(yīng)地調(diào)節(jié)在工件16和電極和/或焊絲13上施加焊接電流I的正極性 和負極性的周期和性質(zhì)時，能夠非常精確地和用戶特定地確定能量平衡。在這種情況下，對電能供應(yīng)的這一控制由控制裝置4來實施。由于焊接電流I的極性根據(jù)需要發(fā)生改變，所以較之極性不變的焊接工藝而言，工件16上的熱影響區(qū)的溫度顯著降低。 一方面，這是通過在時 間點32理想地無電流地轉(zhuǎn)移填料而實現(xiàn)的，從而在熔滴分離時刻，可以發(fā) 生熱影響部件的冷卻，特別是熔池和填料的冷卻。較之現(xiàn)有技術(shù)中已知的 CMT工藝，在本發(fā)明的焊接工藝中，熱輸入可以以優(yōu)選的方式減少，因為 在負極電弧階段36焊接電流I在恒定的熔斷體積下減小。通過減少進入工 件16的熱輸入，即使更薄的壁厚和熔融溫度更低的材料也能夠被焊接。如果現(xiàn)在將焊接電流I的正極性施加在焊絲13上，則較之施加負極性 的情況而言，電極更高程度地被加熱。這種已知的效應(yīng)導致較之使用焊絲 13負極性的情況而言，使用焊絲13正極性的情況下，更大體積的材料在焊 絲13上熔化。對于工件16的正極性，更多的熱能輸入到工件16上的焊點 區(qū)域，從而較之相反極性而言，工件上的熱影響區(qū)擴大和/或工件16的熔深 增大。本發(fā)明的方法通過根據(jù)需要或者電流源2設(shè)定的調(diào)節(jié)值來控制極性 的改變，從而能具體使用這些效應(yīng)。根據(jù)圖2所示的實施方案的變體，在包括短路階段33和電弧階段36 的正周期40以后，接下來是同樣包括短路階段33和電弧階段36的負周期 41，所述正周期和負周期以這樣的順序彼此周期性地跟隨。在具有優(yōu)勢的實施方案變體中，在電弧階段36,改變焊接電流I,特 別是增大焊接電流I,從而焊絲13形成熔滴和/或熔化。在這種情況下，焊 接電流I增大到上述工作電流39,優(yōu)選由短路階段33施加的焊接電流38 而增大。而且，焊接電流I在焊絲13的短路階段33之前減小到更小的值， 正如示意性地圖示的那樣，和/或減小到零，從而當電極和/或焊絲13和工 件16之間的距離減小時，實現(xiàn)最小的電弧壓力。因此，就可能實現(xiàn)從電弧 階段36到短路階段33的無飛濺過渡。圖3示出了進一步的方法變體，其中焊接電流I在短路階段33隨時間
發(fā)生變化。曲線圖28示出了焊接電流I隨時間的變化，而曲線圖29圖示 了焊絲13的運動和位置隨時間的變化。在以下，焊接電壓U隨時間的變化 并未示出，以保證示于曲線圖29中的焊接電流I的曲線變化，因為所述電 壓可能具有變化的和/或不同的波形。施加于短路階段33的基礎(chǔ)電流38例如是從時間點32恒定增大的，從 而在短路階段33,焊絲13已經(jīng)顯著地得到預(yù)熱或者根據(jù)需要而熔化。因此 填料的熔斷率可以增大。例如，因此工件16上待連接的部件之間更寬的間 隙可以被填料填充和橋接，這對于利用對頭焊接來連接間隙寬度較大和/或 不規(guī)則的兩個部件是特別具有優(yōu)勢的。焊接電流I在短路階段33的增大可以是恒定的(實線)，例如在斜坡 函數(shù)或者階躍函數(shù)(虛線)以后。焊絲13的饋送速率也可以在不同的工藝階段限定為預(yù)定的恒定值或者 是可變調(diào)節(jié)的。饋送速率可以依賴于不同的工藝參數(shù)，其中調(diào)節(jié)送絲裝置 11優(yōu)選由控制裝置4自動進行。例如，在短路階段33和/或電弧階段36, 焊接電流I越高，則饋送速率越高。當焊接電流I改變時，饋送速率優(yōu)選以 相應(yīng)的方式適配，從而可以保持電流源2和/或控制裝置4上預(yù)設(shè)的所需值。在圖4中，圖示了進一步的方法變體。這里，焊接電流I的極性變化 僅在焊接工藝的幾個短路階段33發(fā)生，優(yōu)選在經(jīng)過預(yù)定次數(shù)的、焊接電流 極性相同的短路階段33和電弧階段36之后發(fā)生。短路階段33和電弧階段 36形成周期40。如圖所示，焊接電流I在兩個連續(xù)的周期40內(nèi)保持相同 極性，此后焊接電流I發(fā)生極性改變。然后經(jīng)過預(yù)定次數(shù)的周期40以后， 焊接電流I的極性再次改變。在示例性實施方案中，在焊接工藝期間，正 周期40的次數(shù)基本上成比例地相應(yīng)于負周期41的次數(shù)。在圖5中，示出了進一步的方法變體，其中焊接電流I的極性改變在 經(jīng)過由控制裝置4限定的多個周期40之后發(fā)生。在這種情況下，正周期40 的次數(shù)不相應(yīng)于負周期41的次數(shù)，在焊接工藝中例如存在成比例地更多的 正周期40。負周期41仍舊影響焊接工藝，原因是負極位于焊絲13上或者 工件16上，導致輸入的熱量較少且受影響的元件上的熱能減少。熱平衡可 以受到負周期41的決定性影響。負周期41的波形可以相應(yīng)于相反的正周 期40，或者在負周期41期間，較之正周期40內(nèi)的焊接電流I來說，焊接 電流I的波形形狀改變和/或次數(shù)改變，特別是更高或者更低。例如，在焊 絲13為恒定熔斷率時，可以選擇更低的焊接電流I,從而由于較低的焊接 電流I,導致較少的熱能輸入到工件16?？刂蒲b置4能夠不規(guī)則地或者根據(jù)需要確定焊接電流的極性改變。例 如，如果焊絲13的熔斷體積太大和/或如果輸入工件16的熱量太多，則控 制裝置4能夠利用封閉環(huán)路中的相應(yīng)傳感器檢測上述情況，于是改變焊接 電流I的極性來降低溫度。未詳細示出的進一步的方法變體是焊接電流I的周期40、 41較之不 同極性的周期41、 40具有更短或者更長的周期持續(xù)時間。例如，正周期40 的周期持續(xù)時間比其中一個負周期41短。因此，在正周期40內(nèi)產(chǎn)生的熱 能適應(yīng)負周期41內(nèi)產(chǎn)生的熱能，由此當焊接電流I的極性改變時，能夠在 焊絲13上實現(xiàn)恒定的熔斷體積。當然，還存在這樣的可能性，即較之正周 期40期間的電流I而言，在負周期41期間焊接電流I改變，特別是增大， 使得在焊接電流I具有不同極性的情況下的熱輸入變化可以得到均衡。在圖6中示出了進一步的方法變體。這里，焊接電流I的極性在周期 40、 41期間至少改變兩次。例如，焊接電流I的第一次極性變化發(fā)生在短 路階段33而第二次極性變化發(fā)生在電弧階段36。當焊絲13在短路階段33 向后運動時，焊接電流I的負極性例如施加到焊絲13上，其中在時間點35, 焊接電流I的極性改變，且在電弧階段36,焊接電流I的正極性施加到焊 絲上。這種方法是具有優(yōu)勢的，因為在短路階段33,焊絲13上產(chǎn)生較少的熱 能，且在電弧階段36焊絲13的正極性可以實現(xiàn)高的填料熔斷率，并且工 件16的負極性可以實現(xiàn)將較少的熱量輸入到工件16。如果需要，焊絲13 和/或工件16的極性當然可以顛倒過來，從而任選地以積極的方式影響特殊 的焊接工藝。通常，對于圖2至6所示的實施方案變體，應(yīng)該注意，可以根據(jù)以下 參數(shù)在周期內(nèi)確定焊接電流I的適時控制的極性變化，所述參數(shù)例如是熱 輸入?yún)?shù)、焊接電流I參數(shù)、焊接電壓U參數(shù)、材料引入和/或材料填充參 數(shù)、工件16上的焊接間隙參數(shù)等。為此，可以將現(xiàn)有技術(shù)中已知的檢測元 件和/或傳感器、調(diào)節(jié)元件、操作員設(shè)施和/或遠程控制器、數(shù)據(jù)存儲器、控 制器件，例如軟件和/或程序邏輯等分配給控制裝置4，使得控制裝置4能 夠在調(diào)節(jié)過程中相應(yīng)地檢測和確定所需值和/或校正變量。例如，檢測待焊接工件16的間隙，且根據(jù)間隙寬度和/或間隙深度，調(diào) 節(jié)焊接電流I的大小和/或極性。而且，能夠檢測焊接熔深，特別是所謂的 焊根深度，并且能夠?qū)附与娏鱅的極性變化進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。還能夠通過檢測工件16的溫度和預(yù)設(shè)焊接設(shè)備1的限定熱量輸入從而 自動調(diào)節(jié)焊接電流I的各個周期40、 41的極性變化和/或次數(shù)和/或持續(xù)時 間，用來調(diào)節(jié)熱平衡。這里，將檢測到的工件16的溫度傳遞到焊接設(shè)備1 的控制裝置4,于是所述裝置4確定是否將改變焊接電流I的極性和/或性質(zhì)。焊接設(shè)備1包括焊接電流源和/或電流源2、控制裝置4和焊槍10。可 以經(jīng)由焊接設(shè)備上的輸入和/或輸出裝置22或者經(jīng)由遠程控制器來調(diào)節(jié)不 同的焊接參數(shù)。在焊接設(shè)備1的輸入和/或輸出裝置22上和/或在遠程控制 器上可以選擇至少一個用于熱平衡或者待處理工件上的熱輸入的參數(shù)，和/ 或可以布置用于調(diào)節(jié)熱平衡和/或待處理工件上的熱輸入的調(diào)節(jié)元件。控制器件與輸入和/或輸出裝置22或者遠程控制器相關(guān)聯(lián)，該控制器件 被設(shè)計用來基于對熱平衡和/或熱輸入的調(diào)節(jié)而限定焊接電流I極性改變的 時間點。焊接電流的波形由控制器件基于用于熱平衡和/或熱輸入的參數(shù)進 行確定。將被調(diào)節(jié)的參數(shù)傳遞到焊接設(shè)備1的控制裝置4，此后所述裝置控制和 /或調(diào)節(jié)適當?shù)暮附庸に??？梢栽谒鲚斎牒?或輸出裝置22上調(diào)節(jié)用于該 焊接工藝的最為不同的參數(shù)，例如焊接電流I和/或焊接電壓U和/或焊絲饋 送速率V和/或用于熱輸入的焊接參數(shù)和/或待焊接工件16的材料和/或焊絲 13的材料和/或待使用的焊接氣體。調(diào)節(jié)設(shè)定可以在顯示器上顯示。對于所示的輸入和/或輸出裝置22，經(jīng) 由選擇或調(diào)節(jié)器件來進行調(diào)節(jié)，所述選擇或調(diào)節(jié)器件可以由按鍵、旋轉(zhuǎn)型 開關(guān)或者電位計形成。例如，焊絲13的厚度可以利用第一按鍵來調(diào)節(jié)，且 相應(yīng)的調(diào)節(jié)值可以顯示在顯示器上。利用按鍵的第二種布置，例如可以選 擇焊絲13的材料，且經(jīng)調(diào)節(jié)的材料組合可以顯示在另一個的顯示器上。經(jīng) 由第三種按鍵組合，通過周期性或者非周期性地改變焊接電流的極性來調(diào) 節(jié)焊接工藝的類型，且顯示在又一個顯示器上。例如，焊絲運動的變化頻率和/或焊接電流I的過零可以借助與上述參 數(shù)成比例的參數(shù)，以直接或者間接的方式用戶特定地進行調(diào)節(jié)。工件16的熱平衡和/或熱輸入也可以用這樣的方式予以調(diào)節(jié)，用戶設(shè)定 常用的焊接工藝并且通過額外設(shè)定其他參數(shù)來確定熱平衡，所述其他參數(shù) 諸如熱輸入，其顯示在顯示器上并且可以借助按鍵選擇。這里，用戶可以 通過以簡單的方式在顯示器上選擇來確定是否應(yīng)該提供低、中或者高的熱 輸入，使得控制裝置4進行適當?shù)目刂坪?或調(diào)節(jié)。相應(yīng)于各種的選擇可能 性的數(shù)據(jù)和/或計算模型存儲在存儲器內(nèi)，從而允許自動確定。例如，可以將用于各個焊接工藝的數(shù)據(jù)，例如焊接電流I的AC波形、電流值、頻率等，或者焊絲13的運動路徑和/或振蕩頻率，存儲在集成在焊接設(shè)備1中的存儲器內(nèi)，控制裝置根據(jù)這些數(shù)據(jù)控制焊接方法。而且，控 制器件可以以軟件形式存儲在優(yōu)選可重寫的存儲器內(nèi)，所述控制器件與輸入和/輸出裝置22和/或遠程控制器以彼此相互作用的方式耦合，且所述器 件特別用于確定焊接電流I的極性變化和幅值。因此，在焊接工藝之前，用戶只需要進行很少的調(diào)節(jié)，此后控制裝置4 自動調(diào)節(jié)焊接工藝。詳細地說，通過選擇焊絲13和待焊接工件16的材料， 確定工件16的熱平衡和/或熱輸入。在這種情況下，相應(yīng)的值可以存儲在存 儲器內(nèi)，用于最為不同的焊絲13和工件16的材料，從而根據(jù)所選擇的材 料，由控制裝置4限定焊接工藝的交替出現(xiàn)階段的關(guān)系。例如，對于使用 鋁的焊接工藝來說，需要輸入工件16的熱輸入比使用鋼的焊接工藝要少。 因此，相對于鋼而言，對于鋁需要存儲不同的值，使得較少量的能量輸入 到工件16。當然，可以通過指示脈沖和/或周期40、 41的次數(shù)或者通過預(yù)設(shè)或者限 定持續(xù)時間或者由觸發(fā)信號來觸發(fā)焊接電流I的極性變化。當然，可以將上述的各種調(diào)節(jié)可能性彼此組合和/或可以在焊接設(shè)備1 上設(shè)置幾種調(diào)節(jié)可能性。
權(quán)利要求
1.一種借助焊絲(13)分別控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備(1)和焊接電流源(2)的方法，其中在引燃電弧(15)以后，實施冷金屬過渡(CMT)焊接工藝，在該工藝期間，將焊絲(13)沿工件(16)的方向輸送，直到焊絲(13)接觸工件(16)，接著，在形成短路之后，在短路階段(33)，使焊絲輸送方向逆轉(zhuǎn)且將焊絲(13)從工件(16)移開，直到斷開短路，其中對焊接電流I和/或焊接電壓U進行調(diào)節(jié)，使得焊絲(13)在電弧階段(36)熔化，即形成熔滴，其特征在于，在至少一些短路階段(33)，焊接電流I和/或焊接電壓U的極性改變，其中將焊接電流I和/或焊接電壓U的幅值調(diào)節(jié)到限定值，從而分別防止焊絲(13)和短路橋的熔斷，而且在短路階段(33)的結(jié)束或者在電弧階段(36)的開始處，僅通過焊接電流I和/或焊接電壓U而不需要任何輔助電壓來重新引燃電弧(15)，就能夠在提升焊絲(13)離開工件(16)時，安全地重新引燃電弧(15)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在電弧階段(36)，改變 焊接電流I,特別是增大焊接電流I，由此，焊絲(13)的端部形成熔滴和/ 或熔化。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在短路階段(33), 改變焊接電流I，其中在增大焊接電流I的過程中，將由焊絲(13)形成的 填料引入到工件(16)的熔池中，且在減小焊接電流I的過程中，將較少 量的填料引入到工件(16)的熔池中。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，在形成短路以 后，使焊絲輸送方向逆轉(zhuǎn)，且將焊絲(13)從工件(16)移開，直到到達 可自由選擇的或者預(yù)定的距離(34)。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，在由一個短路 階段(33)和一個電弧階段(36)形成的每個周期(40、 41)以后，改變 焊接電流I和/或焊接電壓U的極性。
6. 如權(quán)利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，在幾個周期(40、 41)以后，改變焊接電流I和/或焊接電壓U的極性，每一個所述周期均由 一個短路階段(33)和一個電弧階段(36)形成。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在預(yù)定或者可調(diào)節(jié)次數(shù)的周期(40、 41)以后，改變焊接電流I和/或焊接電壓U的極性。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在可改變和/或變化次數(shù)的 周期(40、 41)以后，非周期性或不規(guī)則地改變焊接電流I和/或焊接電壓 U的極性。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，基于至少一個焊接工藝參 數(shù)，自動地確定焊接電流I和/或焊接電壓U的極性改變的時間點，其中所 述焊接工藝參數(shù)在焊接工藝之前已經(jīng)被調(diào)節(jié)或者在焊接工藝器件已經(jīng)被檢 測，所述焊接工藝參數(shù)例如是焊接電流I、用于熱輸入的參數(shù)、工件(16) 的材料、焊絲(13)的材料、所用的保護性氣體和/或工件(16)上的焊接 間隙。
10. 如權(quán)利要求1至9任一項所述的方法，其特征在于，在所述焊接 設(shè)備(1 )上手動選擇和調(diào)節(jié)至少一個焊接參數(shù)，且特征在于，焊接電流I 和/或焊接電壓U相對于短路階段(33)的極性改變時間點由控制裝置(4) 基于所述至少一個焊接參數(shù)而限定。
11. 如權(quán)利要求1至IO任一項所述的方法，其特征在于，基于預(yù)定周 期或者由觸發(fā)信號來觸發(fā)焊接電流I和/或焊接電壓U的極性改變。
12. 如權(quán)利要求1至ll任一項所述的方法，其特征在于，基于焊接電 流I和/或焊接電壓U的極性，改變和確定焊絲(13 )的饋送速率V。
13. 如權(quán)利要求1至12任一項所述的方法，其特征在于，在由短路階 段(33)和電弧階段(36)形成的周期(40、 41)內(nèi)，焊接電流I和/或焊 接電壓U的極性至少兩次發(fā)生受控改變，其中，特別地，在電弧階段(36) 期間和在短路階段(33)期間發(fā)生極性改變。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，基于焊接工藝參數(shù)，控 制所述周期(40、 41)內(nèi)焊接電流I和/或焊接電壓U的適時控制的極性改 變，所述工藝參數(shù)例如是熱輸入?yún)?shù)、焊接電流I、焊接電壓U、材料輸入 參數(shù)等。
15. 如權(quán)利要求1至14任一項所述的方法，其特征在于，基于在待焊 接工件(16)之間所檢測到的間隙的寬度和/或深度，調(diào)節(jié)焊接電流I和/或 焊接電壓U的幅值和/或極性。
16. 如權(quán)利要求1至15任一項所述的方法，其特征在于，基于檢測到的熔深的深度，特別是所謂的焊根深度，調(diào)節(jié)焊接電流I和/或焊接電壓U 的幅〗直和/或4及性。
17. —種焊接設(shè)備(1)，包括焊接電流源(2)、控制裝置(4)和焊槍 (10)，進一步包括輸入和/或輸出裝置(22)和/或遠程控制器，用于調(diào)節(jié)不 同的焊接參數(shù)并且用于調(diào)節(jié)和選擇至少一個用于熱平衡或者待焊接工件 (16 )的熱輸入的參數(shù)，其特征在于，控制器件與所述輸入和/或輸出裝置(22 ) 和/或所述遠程控制器相關(guān)聯(lián)，所述控制器件被設(shè)計用來基于至少一個被調(diào) 節(jié)或者被選擇的用于熱平衡或熱輸入的參數(shù)，限定焊接電流I和/或焊接電 壓U發(fā)生極性改變的時間點。
18. 如權(quán)利要求17所述的焊接設(shè)備(1 ),其特征在于，布置至少一個 選擇或者調(diào)節(jié)器件，用于直接或者間接地調(diào)節(jié)正極性或者負極性焊接電流I 和/或焊接電壓U的周期(40、 41)的次數(shù)或者持續(xù)時間或者調(diào)節(jié)焊接電流 I和/或焊接電壓U的幅值。
19. 如權(quán)利要求17或者18所述的焊接設(shè)備(1 )，其特征在于，設(shè)置 存儲器用來存儲用于焊接電流I和/或焊接電壓U的焊接參數(shù)設(shè)置，特別是 AC曲線形狀、周期持續(xù)時間等。
20. 如權(quán)利要求17至19任一項所述的焊接設(shè)備(1 )，其特征在于， 所述控制器件分別由軟件和程序邏輯形成，所述軟件和程序邏輯存儲在所 述控制裝置(4)的數(shù)據(jù)存儲器中，所述數(shù)據(jù)存儲器與所述輸入和/輸出裝置 (22)連接，用來改變或者調(diào)用存儲在所述存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制和/或調(diào)節(jié)焊接設(shè)備(1)的方法，其中所述焊接設(shè)備(1)包括焊絲(13)，在引燃電弧(15)以后，進行冷金屬過渡焊接工藝；還涉及用來實施所述方法的焊接設(shè)備(1)。為了建立用來控制工件熱輸入和/或額外材料引入的各種可能性，在至少一些短路階段(33)，改變焊接電流I和/或焊接電壓U的極性。將焊接電流I和/或焊接電壓U的幅值設(shè)定為限定值，從而防止焊絲(13)熔融或產(chǎn)生短路連接，而且在短路階段(33)的結(jié)束或者在電弧階段(36)的開始處，僅借助焊接電流I和/或焊接電壓U而不使用輔助電壓源來重新引燃電弧(15)，就能夠在提升焊絲(13)離開工件(16)時，安全地重新引燃電弧(15)。
文檔編號B23K9/09GK101128279SQ200680005756
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者杰拉爾德·巴特, 約瑟夫·阿特爾斯梅爾 申請人:弗羅紐斯國際有限公司