增強(qiáng)金屬沉積的電弧焊系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】増強(qiáng)金屬沉積的電弧焊系統(tǒng)
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明一般涉及焊接系統(tǒng)，更具體地涉及用于增強(qiáng)金屬沉積的電弧焊供電器。
[0003] 焊接工藝在各個(gè)行業(yè)和應(yīng)用中變得越來越普遍。雖然在某些情況下這種工藝可以 自動(dòng)化，但很多應(yīng)用繼續(xù)采用手動(dòng)焊接操作。這種焊接操作一般涉及這樣的電極，該電極配 置成使電弧在焊炬與工件之間經(jīng)過，從而加熱工件以產(chǎn)生焊縫。在很多系統(tǒng)中，向焊縫提供 填充耗材，填充耗材在焊縫處熔化并沉積到焊縫中。在一些焊接系統(tǒng)中，填充材料送至焊縫 之前被加熱，從而能更快更平滑地過渡到熔化狀態(tài)進(jìn)行金屬沉積。
[0004] 這樣的焊接系統(tǒng)一般包括兩個(gè)電力源。一個(gè)電力源提供用于電阻加熱填充耗材的 電流。另一個(gè)電力源提供用于加熱工件的電力以產(chǎn)生并保持焊池。該第二個(gè)電力源可以包 括氣體保護(hù)金屬極電弧焊（GMW)供電器、氣體保護(hù)鎢極電弧焊（GTAW)供電器、激光器或其 他熱源。不幸的是，用于加熱工件和耗材的設(shè)備實(shí)現(xiàn)起來可能需要很高的費(fèi)用。除了成本 較高之外，還可能難以將多個(gè)電力源與現(xiàn)有的手持式或自動(dòng)化焊接系統(tǒng)相整合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)包括供電器，所述供電器配置成向焊接裝置輸出電力。 所述供電器配置成在電弧階段與熱絲階段之間交替電力輸出。所述電弧階段的電力輸出在 焊接電極與工件之間產(chǎn)生電弧。所述熱絲階段的電力輸出加熱所述焊接電極而不產(chǎn)生電 弧。
[0006] 在另一個(gè)實(shí)施例中，焊接供電器包括控制電路，所述控制電路配置成在電弧階段 與熱絲階段之間循環(huán)從所述供電器到焊接電極的焊接電力輸出。所述控制電路在所述電弧 階段調(diào)節(jié)所述焊接電力以在所述焊接電極與工件之間產(chǎn)生電弧。所述控制電路在所述熱絲 階段調(diào)節(jié)所述焊接電力以加熱所述焊接電極而不產(chǎn)生電弧。
[0007] 在另外的實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)包括焊炬，所述焊炬配置成向工件引導(dǎo)焊接電極。所 述焊接系統(tǒng)還包括供電器，所述供電器配置成在電弧階段和熱絲階段向所述焊炬提供電 力，在所述電弧階段與所述熱絲階段之間交替進(jìn)行。在所述熱絲階段，電流加熱所述焊接電 極而不在所述焊接電極與所述工件之間產(chǎn)生電弧。
【附圖說明】
[0008] 參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將能更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)，所有附圖中的相同符號表示相同的部件，其中：
[0009] 圖1是可以實(shí)現(xiàn)電弧/熱絲焊接過程的焊接系統(tǒng)的實(shí)施例的圖示；
[0010] 圖2是圖1的焊接系統(tǒng)的部件的實(shí)施例在電弧階段操作的側(cè)視圖；
[0011] 圖3是圖2的部件的實(shí)施例在熱絲階段操作的側(cè)視圖；
[0012] 圖4是示出實(shí)現(xiàn)電弧/熱絲焊接過程的從焊接供電器輸出的電力的電流和電壓的 實(shí)施例的圖表；
[0013] 圖5是用于經(jīng)由圖1的焊接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電弧/熱絲焊接過程的方法的實(shí)施例的工藝 流程圖；并且
[0014] 圖6是可以實(shí)現(xiàn)電弧/熱絲焊接過程的焊接系統(tǒng)的實(shí)施例的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本文公開的實(shí)施例涉及用于在焊接電力輸出的電弧階段與電力輸出的熱絲階段 之間交替的焊接系統(tǒng)。在電弧階段，過程電力可能相對較高并提供到焊炬以產(chǎn)生并保持電 弧，從而加熱工件和電極。在熱絲階段，過程電力可能相對較低，以電阻加熱焊絲而不產(chǎn)生 電弧。以此方式，單個(gè)供電器可能就能提供熱絲焊接過程的電力和質(zhì)量流管理，以控制熱量 輸入、稀釋等。一個(gè)實(shí)施例可涉及向位于焊絲周圍的感應(yīng)加熱元件提供電力以感應(yīng)方式加 熱焊絲。供電器中的控制電路可以提供信號，所述信號用于隨著焊接系統(tǒng)在焊弧階段和熱 絲階段之間循環(huán)而交替電力輸出、焊絲送絲速度、接觸點(diǎn)或其他焊接參數(shù)。焊接系統(tǒng)可以以 恒定頻率在這些電力輸出階段之間循環(huán)。在一些實(shí)施例中，控制電路可以對電流和/或送 絲速度進(jìn)行調(diào)整，以將系統(tǒng)在熱絲階段保持預(yù)定持續(xù)時(shí)間。
[0016] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1是焊接系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)包括經(jīng)由導(dǎo)體或?qū)Ч?6 彼此耦接的供電器12和送絲器14。在所示實(shí)施例中，供電器12與送絲器14分開，這樣送 絲器14就可以定位在焊接位置附近距供電器12的一段距離處。然而，應(yīng)理解在一些實(shí)施 方式中，送絲器14可與供電器12相整合。在這樣的情況下，導(dǎo)管16就位于系統(tǒng)內(nèi)部。在 送絲器14與供電器12分開的實(shí)施例中，通常在供電器12和送絲器14上設(shè)有端子，以能夠 將導(dǎo)體或?qū)Ч?6耦接到這些裝置上，從而能夠從供電器12向送絲器14提供電力和氣體， 并能夠在這兩個(gè)裝置之間交換數(shù)據(jù)，如以下更充分所述。
[0017] 系統(tǒng)10設(shè)計(jì)成向焊炬18提供焊絲、電力和保護(hù)氣體。焊炬18可以采用多種不同 的類型，一般能夠?qū)⒔z和保護(hù)氣體送至鄰近工件20的位置，將在該位置形成焊縫以將兩塊 或多塊金屬接合起來。第二導(dǎo)體21延伸到工件20,以完成供電器12與工件20之間的電 路。
[0018] 系統(tǒng)10設(shè)計(jì)成使得能由操作員具體經(jīng)由設(shè)在供電器12上的操作員界面22選擇 數(shù)據(jù)設(shè)置。操作員界面22通常會結(jié)合到供電器12的前面板中，并且可以實(shí)現(xiàn)諸如焊接過 程的類型、要使用的焊絲類型、電壓和電流設(shè)置等設(shè)置的選擇。這些焊接設(shè)置被傳送至供電 器12內(nèi)的控制電路24。在所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)10設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)氣體保護(hù)金屬極電弧 焊（GMW)。應(yīng)指出在本公開中提及"GMAW"工藝時(shí)，焊炬18和此處所述的技術(shù)可以與惰性 氣體一起使用或無需惰性氣體，例如與藥芯焊絲或金屬芯焊絲一起使用。
[0019] 控制電路24起到控制生成施加到焊絲的焊接電力輸出以進(jìn)行所需焊接操作的作 用。在本公開的實(shí)施例中，控制電路24配置成在電弧階段與熱絲階段之間循環(huán)焊接電力輸 出?？刂齐娐?4耦接至電力轉(zhuǎn)換電路26。該電力轉(zhuǎn)換電路26適于產(chǎn)生將最終施加到焊炬 18處的焊絲的輸出電力?？梢圆捎酶鞣N電力轉(zhuǎn)換電路，包括斬波器、升壓電路、降壓電路、 逆變器、轉(zhuǎn)換器等。電力轉(zhuǎn)換電路26耦接至電力源，如箭頭28所示。施加到電力轉(zhuǎn)換電路 26的電力可以源自電網(wǎng)，但也可以使用其他電力源，例如機(jī)動(dòng)發(fā)電機(jī)、電池、燃料電池或其 他替代源產(chǎn)生的電力。最后，圖1所示的供電器12包括接口電路30,接口電路配置成使控 制電路24能夠與送絲器14交換信號。
[0020] 送絲器14包括耦接至接口電路30的互補(bǔ)接口電路32。送絲器14還包括耦接至 接口電路32的控制電路34?？刂齐娐?4使得能夠根據(jù)操作員選擇來控制送絲速度?？刂?電路34耦接至送絲器14上的操作員界面36,操作員界面實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)焊接參數(shù)選擇，特 別是焊絲速度的選擇。操作員界面36還可以實(shí)現(xiàn)諸如焊接過程類型、所使用的焊絲類型、 電流、電壓或電力設(shè)置、電力周期頻率等焊接參數(shù)的選擇。控制電路34耦接至氣體控制閥 門38,該閥門調(diào)節(jié)流向焊炬18的保護(hù)氣體的流量。一般來說，這樣的氣體是在焊接時(shí)提供， 并且可以在焊接之前立即開啟和/或在焊接之后短時(shí)間內(nèi)開啟。提供到氣體控制閥門38 的氣體通常以加壓瓶的形式提供，如圖1中的箭頭40所示。
[0021] 送絲器14包括用于在控制電路34的控制下將焊絲送至焊炬18從而送至焊接應(yīng) 用的部件。例如，送絲器14中容納一個(gè)或多個(gè)焊絲盤42。如下所述，焊絲44從焊絲盤42 釋放并逐步送至焊炬18。每個(gè)焊絲盤42均可與離合器46相關(guān)聯(lián)，當(dāng)要將焊絲44送至焊 炬18時(shí)，離合器使焊絲盤42脫離接合。離合器46可被調(diào)節(jié)成保持最低摩擦水平，以避免 焊絲盤42發(fā)生自由旋轉(zhuǎn)。提供送絲馬達(dá)48,其與送絲器送絲輥50相接合以將焊絲44從送 絲器14推向焊炬18。在實(shí)踐中，其中一個(gè)送絲輥50機(jī)械耦接至送絲馬達(dá)48,并由送絲馬 達(dá)48轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)來自送