專利名稱：在拉弧式固定件焊接中的波形控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺柱焊接(stud welding)方法。
背景技術(shù)：
通常，拉弧式(drawn arc)螺柱焊接可以使用由電源供給、并可以被控制和調(diào)整的焊接電流。在拉弧式螺柱焊接的現(xiàn)有技術(shù)中，在主電流弧的末端，電源切斷焊接裝置，以使得所述電弧的輸出允許電流衰減至零值。焊接裝置接著被命令在主電弧末端將螺柱插入熔化池。當(dāng)螺柱在插入過程中接觸熔池(weld pool)時，實際電流可能對所產(chǎn)生的焊接部的質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如，當(dāng)電流過高時，可能產(chǎn)生過多的焊接飛濺。然而，當(dāng)電流過低時，熔池可能被冷卻而產(chǎn)生冷焊，使得螺柱將難以令人滿意地被焊接至工件。在現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用中， 為了避免出現(xiàn)冷焊，經(jīng)常需要一個遲延，以將主電弧時間延展至超出需要形成熔池的時間， 從而螺柱可以被適當(dāng)?shù)馗浇又凉ぜ@一遲延編程或使電流遲延同步以及螺柱插入的運動是困難的，經(jīng)常是一種臆斷性和試驗性的工作并會出現(xiàn)誤差。如上所述，不充分的延遲將使得焊接電流過快切斷，導(dǎo)致出現(xiàn)冷焊，而過長時間的延遲將導(dǎo)致過多的飛濺，并在與焊接裝置相關(guān)聯(lián)的線纜和連接器中形成額外的熱量。因此，在本領(lǐng)域中，存在對于如下拉弧式螺柱焊接方法的需要其能解決冷插入問題，調(diào)節(jié)延遲，以及從與焊接裝置相關(guān)聯(lián)的線纜上去除多余的熱量。在本領(lǐng)域同樣存在對于如下拉弧式焊接方法的需要其能簡單地在焊槍系統(tǒng)中實現(xiàn)，使得使用者可以簡單地生成有質(zhì)量的焊接，而不必進行大量的訓(xùn)練，以及對于焊接參數(shù)或焊接裝置的試錯調(diào)整。本領(lǐng)域也存在對于更具有容錯性的方法的需要，即無論可以影響實際插入動作的焊槍部件的磨損和潤滑維護的情況如何，都能產(chǎn)生高質(zhì)量的焊接。此外，本領(lǐng)域存在對于與現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法相比使用更少能量的拉弧式焊接方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，公開了一種用于拉弧式焊接的方法，其包括a)提供具有固定件的焊接裝置，b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器，c)提供工件，d)從焊接工具中激發(fā)一個主焊接電流，其局部熔化工件并形成熔池，e)將激發(fā)電流降低至預(yù)定插入電流，以及f) 在預(yù)定插入電流下將所述固定件插入局部熔化的工件，以在固定件和工件之間形成焊接。在另一方面，公開了一種用于拉弧式焊接的方法，其包括a)提供具有固定件的焊接工具；b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器；C)提供工件；d)測量焊接工具的實際插入時間，包括提升并朝向工件插入固定件，并啟動定時器；檢測固定件和工件之間的接觸，并停止定時器；以及記錄在定時器的啟動和停止之間的時間；e)提升固定件，并激發(fā)導(dǎo)引電弧，并激發(fā)焊接工具中的主焊接電流一段時間，以局部熔化固定件的端部和工件，從而形成熔池，所述時間由預(yù)編程的值限定；以及f)將固定件插入所述局部熔化的工件，并將電源電流控制至插入電流的電平(level)，并將該電流維持一時間，該時間由步驟d)中的定時器的值加上額外的時間來確定，以確保在插入電流切斷之前，固定件和工件發(fā)生接觸； 以及g)切斷插入電流，并從焊接固定件上收回焊接工具。在另一方面，公開了一種用于拉弧式焊接的方法，其包括a)提供工件；b)提供焊接工具，其將金屬固定件保持在工件之上；c)提供與所述焊接工具連結(jié)的電源和控制器； d)在預(yù)定的插入電流下將固定件插入局部熔化的工件；e)在電弧中激發(fā)主焊接電流，局部地熔化固定件的端部并在工件上形成熔池；f)將激發(fā)的主電流調(diào)整至與主焊接電流不同的預(yù)定插入電流，并在固定件和工件之間形成焊接；以及g)切斷由電源提供的電流，并將焊接工具從焊接固定件上收回。在另一方面，公開了一種用于拉弧式固定件焊接的方法，其包括a)提供工件；b) 提供焊接工具，其將金屬固定件保持在工件上；c)提供與所述焊接工具連結(jié)的電源和控制器；d)在電弧中激發(fā)主焊接電流，局部地熔化固定件的端部并在工件上形成熔池；e)在預(yù)定插入電流下將固定件插入局部熔化的工件；f)將激發(fā)的主電流調(diào)整至與主焊接電流不同的預(yù)定插入電流，并在固定件和工件之間形成焊接；以及g)切斷由電源提供的電流，并將焊接工具從焊接固定件上收回。


圖IA-F是用于拉弧式焊接的方法的各種實施方案的步驟的流程圖；圖2是用于現(xiàn)有技術(shù)中的拉弧式焊接操作的電流、電壓和固定件位置與時間的關(guān)系的圖表；圖3是焊接系統(tǒng)的圖示；圖4是具有獨立的插入電流的拉弧式焊接方法的電流、電壓、固定件位置與時間的關(guān)系的圖表；圖5具有獨立的傾斜過渡的插入電流的拉弧式焊接方法的電流、電壓、固定件位置與時間的關(guān)系的圖表；圖6是在主電弧中具有鋸齒波形的拉弧式焊接方法中，電流、電壓、固定件位置隨時間變化的圖表；圖7是在具有方波主電弧的拉弧式焊接方法中，電流、電壓、固定件位置隨時間變化的圖表；圖8是在實施例1的拉弧式焊接操作中，電壓和電流隨時間變化的圖表；圖9是在如實施例1具體所述的具有150安的插入電流設(shè)置的拉弧式焊接操作中，電壓和電流強度隨時間變化的圖表；圖10包括被附接至具有150安和100安的插入電流設(shè)置的工件的固定件的圖示， 所述電流設(shè)置均產(chǎn)生可接受的焊接；圖11是對于具有脈沖主電弧以及獨立的插入電流的3/8英寸鋁質(zhì)螺柱拉弧式焊接方法，電流和電壓隨時間變化的圖表；圖12是以圖11的圖表被焊接的固定件的圖示；
圖13是以圖11的圖表被焊接的固定件在彎曲測試之后的圖示；圖14是對于具有脈沖主電弧以及獨立的插入電流的1/2英寸鋁質(zhì)螺柱的拉弧式焊接方法，電流和電壓隨時間變化的圖表；圖15是對于具有脈沖主電弧以及獨立的插入電流的1/2英寸鋁質(zhì)螺柱拉弧式焊接方法，電流和電壓隨時間變化的圖表；圖16是以圖14的圖表被焊接的固定件的圖示；圖17是以圖15的圖表被焊接的固定件的圖示。
具體實施例方式在第一實施方案中，圖IB示出了所公開的一種拉弧式焊接方法，其包括以下步驟a)提供具有金屬物體或固定件的焊接裝置，b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器， c)提供工件，d)從焊接工具中激發(fā)一個主焊接電流，其局部熔化工件，并形成熔池，e)將激發(fā)電流改變至預(yù)定插入電流，以及f)在預(yù)定插入電流下將所述固定件插入局部熔化的工件，以在固定件和工件之間形成焊接。此外，對于一個新的固定件，可以重復(fù)步驟a)_f)以持續(xù)進行拉弧式焊接方法。拉弧式焊接方法可以包括拉弧式或電容放電式焊接方法。對于 CD焊接操作，該方法可以消除整個能量輸入上的定時葉端(timing tip)尺度的影響。在另一方面，步驟d)、e)和f)可以基于期望的應(yīng)用以各種順序進行。例如，短時焊接操作可能需要插入步驟在激發(fā)主電弧之前開始，或在降低激發(fā)電流以產(chǎn)生所期望的弧電流之前開始、在插入時間之前開始或在其他產(chǎn)生特定的焊接操作的參數(shù)之前。參考圖3，示出了焊接系統(tǒng)15的示意圖，其可以被用于下文所述的方法的各種實施方案中。輸入功率17可以被連接至主電弧功率轉(zhuǎn)換器19以及導(dǎo)引電弧電源21，所述主電弧功率轉(zhuǎn)換器19以及導(dǎo)引電弧電源21都被連接至具有固定件25的熔池23。導(dǎo)引電弧電源21被連結(jié)至程序裝置(sequencer) 27，該程序裝置27被連接至主電弧波形發(fā)生器四和固定件運動控制裝置31。所述主電弧波形發(fā)生器四連結(jié)至PID過濾器33，該PID過濾器33從焊接電路接收電流反饋。PWM模塊35被連結(jié)至PID過濾器33，并連接至主電弧功率發(fā)生器四。PWM模塊35是脈沖寬度調(diào)制模塊，其可控制開關(guān)模式電源中使用的開關(guān)組或半導(dǎo)體開關(guān)。數(shù)字控制可以產(chǎn)生這些PWM脈沖，這些PWM脈沖驅(qū)動脈沖變壓器，脈沖變壓器進而驅(qū)動所述開關(guān)組。PID濾波器或比例-積分-微分濾波器(Proportional-htegral-Differential filter) 33提供焊接電流的閉環(huán)控制。在一個方面，與現(xiàn)有技術(shù)的模擬的方式不同，焊接系統(tǒng)15是利用軟件的數(shù)字實現(xiàn)系統(tǒng)。程序裝置27具有軟件邏輯，該軟件邏輯命令電流控制和固定件運動控制或定時控制，以及電流和固定件提升和插入的配合。參考圖IA和2，示出了現(xiàn)有技術(shù)的焊接操作中，電流、電壓和固定件位置隨時間變化的圖表。如圖2示出的，電流軌跡在圖表上呈現(xiàn)框狀的結(jié)構(gòu)，其從較低的20A導(dǎo)引電弧開始，并接著上升至1000A的恒定水平，并在焊接操作方法中維持這一電平(level)，接著當(dāng)主電流被切斷時，其被命令變?yōu)榱?。實際的電流延遲變?yōu)榱愕倪^程取決于電路的電感。如圖中所示，主電流被維持到直至固定件從提升位置移動到其完全插入位置，即原始零位置之下5mm。此外，可以看出，在所示的圖表中，電流恒定地約為1000A，直到固定件焊接操作完成。參考圖IB和4，示出了第一實施方案的拉弧式焊接方法的電流、電壓和固定件位置的圖表。如圖中所示，電流軌跡最初和圖1中的圖案類似，在導(dǎo)引電弧后上升至約1000A， 并維持恒定，直到在一個時間設(shè)定點上主焊接電流被降低至預(yù)定插入電流，其在圖中示為約200A，雖然其他低于主電流的電流也可以使用，并可以在插入操作的時間內(nèi)維持恒定。如圖中所示，在固定件從其提升位置到其完全插入位置的運動開始之前，即已達到插入電流。 此外，插入電流被設(shè)置為一個低于初始主電流的量。在一個方面，預(yù)定插入電流被設(shè)置為一個足以維持熔池的期望溫度的量。在另一方面，在插入固定件過程中，來自熔池的焊接飛濺被最小化，因為插入電流低于主電弧電流，由此降低了與插入相關(guān)聯(lián)的飛濺或潑濺，如下文將更詳細討論的。 參考圖5，示出了圖4的替代實施方案。該替代實施方案在主電流和插入電流之間的過渡中包含一傾斜，以逐漸釋放電弧力。施加至熔池表面的等離子電弧力(arc plasma force)大致與電弧電流成比例。如果出現(xiàn)電流或電弧壓力的瞬間去除，受壓的熔池表面可能回彈或震蕩，并在固定件的端部引起不可預(yù)知的短路，并產(chǎn)生飛濺。所述回彈有效地增加了固定件的插入速度，因為由于固定件插入和熔池回彈的共同作用，電弧間隙被閉合。所述傾斜過渡可以被用于減緩插入，類似于安裝在焊接工具上的減震器，以減慢固定件的運動， 從而最小化潑濺。雖然圖5示出了在主電流和插入電流之間的直線過渡，但其他形式，諸如通過電路電感有意形成的或自然形成的拋物線或階梯形的過渡，也是可以使用的。本發(fā)明的方法的焊接工具包括將焊接工具連結(jié)至電源的線纜。該線纜包括電感， 該電感在焊接操作中引起線纜的發(fā)熱。在一個方面，降低激發(fā)電流的步驟降低了線纜的發(fā)熱，由此提供了延長的焊接操作時間。在拉弧式焊接操作中，將焊接工具連接至電源的線纜和連接器可能過熱并熔化，或最終變得松弛，從而需要焊接操作停止下來以允許對線纜和連接器進行維護，以繼續(xù)操作。因此，降低激發(fā)電流的步驟增加了焊接工具的壽命，并提供了更持續(xù)的焊接操作，以及降低了維護成本。此外，因為插入操作過程中降低了焊接電流， 焊接操作的總能量消耗較之僅具有單一激發(fā)電流的焊接操作(如圖2所示)減少。在一個方面，所述方法的電源可以是開關(guān)模式電源，可以包括反相器和降壓變換器，并受微處理器控制。本發(fā)明的方法還提供了一種用于焊接工具——其性能可能在服務(wù)壽命中發(fā)生變化——的可靠方法。例如，焊槍可以包括具有一活塞的卡盤(chuck)或卡盤轉(zhuǎn)接件(chuck adaptor)，該活塞可能在其服務(wù)壽命中發(fā)生稍有不同的移動。此外，焊接工具的各種部件 (包括彈簧和線圈)可能在工具的服務(wù)壽命中發(fā)生性能變化。使用本發(fā)明的方法，具有導(dǎo)致焊接工具的不同插入速度和不同操作的性能變化的焊接工具也可以被接受，因為插入電流在插入操作中被維持，使得焊接工具與熔池在不依賴于用于焊接的主電弧電流的給定電流下接觸。通過這一方式，避免了現(xiàn)有技術(shù)中電流的各種延遲和固定件插入運動的定時，因為焊接電流或插入電流在插入操作中維持穩(wěn)定。此外，焊接飛濺被最小化，因為當(dāng)固定件首次接觸(或橋接)熔池表面時，電流低于形成熔池的主電弧電流，使得液體橋的高電流密度以及將熔化的金屬從熔池中擠出的電磁收縮效應(yīng)被降低了。在一個方面，在方法中使用的固定件可以包括位于固定件端部的焊劑球(flux ball)，以及位于固定件端部附近的金屬箍 (ferrule)?；蛘?，可以使用氣體保護來替代金屬箍或焊劑球。參考圖1C、6和7，示出了與本方法的步驟d)的替代實施方案相關(guān)的視圖。本方法的第二實施方案公開了一種拉弧式焊接方法，其中焊接電流具有被編程的脈沖波形，該脈沖波形具有帶有至少兩種電平的可重復(fù)的圖案。在一個方面，所述波形可以從正弦波、鋸齒波和方波中選出。如圖6所示，鋸齒輪廓顯示了一種如下電流，該電流隨時間在1000和 800安之間上升和下降，以形成鋸齒輪廓。在圖7中類似地示出了方形齒狀輪廓，其中焊接電流隨著時間在1000和800安之間變化，以形成方形齒狀輪廓。該編程的波形已被發(fā)現(xiàn)加強(stiffen) 了焊接電弧，降低了來自外部磁場的、較差的接地操作的，以及在邊緣或工件處的焊接引起的電弧偏吹(arc blow)。此外，編程波形提供了在穿透表面污染物——諸如銹跡、油脂或布置在工件上的其他污染物——方面的效率的增強。此外，當(dāng)在非常規(guī)位置(out-of-position)進行焊接操作時，編程波形增加了對電弧的方向控制以及固定件的均勻熔化。通常，拉弧式焊接操作可以在俯向(down-hand)(或平坦)位置進行——其中固定件處于豎直位置，焊接工具被定位在其上方，以使固定件被豎直地插入形成在工件上的熔池中。但是，經(jīng)常需要在頭頂或水平位置處進行焊接操作，所述焊接操作可以被稱為非常規(guī)位置焊接。此外，當(dāng)電弧被激發(fā)使得工件的背側(cè)印痕降低時，編程波形降低了輸入至固定件和工件的總熱量。給定的固定件直徑要求對應(yīng)的電流電平以產(chǎn)生充分大的電弧柱，以熔化固定件端部的整個區(qū)域及其相對的基部金屬工件。電弧柱的尺寸隨電流電平增加的而增加。包括電流峰值的脈沖波形形成了暫時性增大的電弧柱——該暫時性增大的電弧柱熔化了固定件端部和工件上的區(qū)域——同時將平均電流或熱量輸入保持為較低。此外，工件上產(chǎn)生的熱量被減少，從而增加了焊接方法在感熱性應(yīng)用中的應(yīng)用，諸如在薄規(guī)格材料、感熱性材料(諸如鋁)以及在背部帶有噴漆表面(其不可耐受背側(cè)熱印痕)的零件上的應(yīng)用。脈沖波形可以具有多種優(yōu)勢，并使得所述方法更為穩(wěn)健——在耐受電流和提升變化中具有更大的操作窗口。上文列出的方法先行命令編程電流或已接受命令的電流，以在焊接電流中產(chǎn)生有利的波紋。如圖1C、E和F所示，還公開了電弧焊接方法的第二方法的實施方案，其包括a) 提供具有金屬物體或固定件的焊接工具，b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器，c)提供工件，d)校準焊接工具，包括朝向工件插入固定件，并啟動定時器，將固定件與工件接觸、 短路一感測電壓，并停止定時器，以及紀錄在定時器的啟動和停止之間的時間。步驟d)可以在激發(fā)或不激發(fā)主焊接電流的情況下完成，但在存在主電流(實時電弧)的情況下，該校準更為精確。在步驟e)中，焊接工具激發(fā)主焊接電流一段時間——該時間由預(yù)編程的值確定——局部地熔化工件并形成熔池。在步驟f)，固定件被物理地插入到局部熔化的工件中， 從而在固定件和工件之間形成焊接。插入步驟在由步驟d)中記錄的時間所確定的時間處進行，以維持主焊接電流的時間的預(yù)編程值。由于插入命令(切斷激發(fā)焊槍提升線圈電源) 到實際初始的固定件插入運動之間的延遲或死區(qū)時間，有時需要在主電流開始以獲得較短的主電弧時間之前的導(dǎo)引電弧周期上實施插入命令。換言之，可以在命令主焊接電流實現(xiàn)基于步驟d)的測量結(jié)果的期望主電流時間之前實施插入命令(切斷提升線圈)。此外，步驟a)至c)和e)至f)可以接著被重復(fù)以在焊接操作中進行多次焊接。此外，主電流可以被降低至插入電流，如第一實施方案中所述。如可以從上述描述中看出的，焊接工具的校準限定了將固定件插入熔融的熔池中的時間。該時間被記錄，并接著被控制器所使用，以進行插入操作，從而維持主焊接電流的時間的預(yù)編程值。通過這一方式，激發(fā)主焊接電弧和將固定件插入工件之間的定時適配于被連接至電源的實際焊接工具(焊槍或焊頭)的性能。實時電弧的校準也可以用于上述的校準步驟?？紤]到工件表面之下的熔池凹陷增加了下降時
9間(drop time)，實時電弧具有更精確的下降時間測量的優(yōu)勢；以及螺柱端部的熔化使得該螺柱更長，從而減小了下降時間(尤其是對于鋁)。但是，使用實時電弧可能具有風(fēng)險性和隨意性，因為在固定件被插入熔池之前可能發(fā)生意外短路，導(dǎo)致錯誤的檢測以及被低估的插入時間測量。低于無電弧時測量值的實時電弧測量將被作為錯誤的測量舍棄，而并不被用于下一焊接。同樣，當(dāng)在貫穿板(through deck)應(yīng)用(其中在板和工字梁之間可能存在間隙)中進行焊接時，可能發(fā)生錯誤的短路檢測。到上層板的短路將使定時器插入停止，使得插入時間出現(xiàn)低估值。用于下一焊接的實時電弧校準可不被用于貫穿板應(yīng)用中的焊接。在一個方面，當(dāng)提供不同的焊接工具時，步驟d)的校準可以被重復(fù)。通過這一方式，當(dāng)一個焊接工具在一個焊接操作過程中被切換至另一個時，在新的焊接工具通過焊槍線圈電路的切斷和重新形成之后被識別之后，校準步驟通過扳機力(trigger pull)被激活，從而可以將焊接工具之間的變化考慮在內(nèi)。此外，在預(yù)定數(shù)量的焊接操作之后，校準步驟d)可以被記錄和追蹤，以反映焊接工具在其服務(wù)壽命中的變化，并用來指示焊槍檢修中必要的警告。在另一方面，校準步驟d)利用實時電弧的每一固定件焊接所固有的。定時器記錄了電流焊接的實際插入時間，并將其用作編程下一焊接的插入時間的基礎(chǔ)。這考慮了當(dāng)電弧力使得熔融的熔池凹陷時固定件在工件的下方移動的多余的插入時間。這種利用在先焊接的實時電弧的校準提供了精確的校準。和在先描述的實施方案一樣，電源可以是選自反相器和降壓變換器的開關(guān)模式電源。此外，固定件可以包括位于固定件端部的焊劑球，以及位于固定件端部的金屬箍?；蛘?， 可以使用氣體保護來替代金屬箍或焊劑球。此外，在一個方面，基于對螺柱下降時間的先前了解，在固定件被安排 (scheduled)為使電路短路以進入工件之前，電流可以從主電弧轉(zhuǎn)變到插入電流電平。例如，可以在電流短路之前3ms實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，以確保例如實際下降時間長于基于先前已知的值的校準值。這一措施可以補償線纜電感，該線纜電感向要變化的實際電流增加了斜升時間 (ramp time)。實施例實施例1在這一實施例中，使用Nelson m500i電源將H4L 5/8英寸的固定件焊接至標(biāo)準基材。使用數(shù)據(jù)獲取界面和軟件套裝記錄電弧電壓和焊接電流的波形。所述固定件是H4L 5/8X2-11/16英寸的固定件。所述基材是低碳鋼。使用的是帶有9英尺4/0AWG線纜和25 英尺4/0AWG焊接線纜以及25英尺4/0AWG接地線纜的Nelson NS40重型焊槍。主電弧焊接參數(shù)包括電流1100安、時間625毫秒、提升高度為3/32英寸，以及插入深度3/16英寸。參考圖8，示出了采用上述參數(shù)的第一焊接操作，其中不包括獨立的插入電流。如圖所示，焊接電流軌跡為框狀圖案，其中電流被激發(fā)并在一段時間內(nèi)維持在穩(wěn)定電平，接著在焊接操作的插入周期的末尾迅速下降。如圖所示，電弧電壓在電流降低至零的前約50毫秒的時候驟降，因此在固定件被插入熔池之后，額外的能量在1100安被傳輸50毫秒。所形成的焊接包括與工件和固定件之間形成的角焊縫(fillet)相關(guān)的、形成在固定件周圍的顯著量的飛濺。參考圖9，示出了具有插入焊接電流設(shè)置為150安的焊接操作的電流和電壓的波形。如圖所示，焊接電流維持在約1100安，并接著被降低至在插入操作中檢測到的約150 安。如圖10所示，100安和150安的各種插入電流設(shè)置均能產(chǎn)生可接受的焊接。實施例2在這一實施例中，使用Nelson Ν1500 電源將HBA鋁質(zhì)3/8英寸固定件焊接至標(biāo)準基材。使用數(shù)據(jù)獲取界面和軟件套裝記錄電弧電壓和焊接電流的波形。所述固定件是 HBA 3/8X1-3/4英寸的固定件。所述基材是1/8英寸厚的5083材料。使用的是帶有9英尺4/0AWG線纜和25英尺4/0AWG焊接線纜以及25英尺4/0AWG接地線纜的Nelson NS40 焊槍。主電弧焊接參數(shù)包括提升高度0. 120至3/8英寸，以及插入深度3/16英寸。參考圖11，示出了一種焊接操作的電流和電壓的波形，該焊接操作具有脈沖式的主電弧電流，以及具有不同設(shè)置的插入焊接電流。如圖所示，焊接電流從約400到800安變化，并接著在插入操作期間被命令為改變至約500安。如圖12和13所示，所焊接的各種固定件均產(chǎn)生可接受的焊接，這些焊接通過了將螺柱彎曲至偏離其軸線至少15度的彎曲測試ο實施例3在這一實施例中，使用Nelson Ν1500 電源將HBA鋁質(zhì)1/2英寸固定件焊接至標(biāo)準基材。使用數(shù)據(jù)獲取界面和軟件套裝記錄電弧電壓和焊接電流的波形。固定件是HBA 1/2X2英寸固定件或TBA 1/2X7/8英寸固定件。基材是1/4英寸厚的6061T6材料。使用的是帶有9英尺4/0AWG線纜和25英尺4/0AWG焊接線纜以及25英尺4/0AWG接地線纜的 Nelson NS40焊槍。主電弧焊接參數(shù)包括提升高度0. 120至3/8英寸，以及插入深度3/16 英寸。參考圖14和15，示出了一種焊接操作的電流和電壓的波形，該焊接操作具有脈沖式的主電弧電流，以及具有不同設(shè)置的插入焊接電流。如圖14所示，焊接電流從約400安到800安變化，并接著在插入操作期間被命令為改變至約600安。如圖16所示，焊接的各種固定件產(chǎn)生了可接受的焊接。如圖15所示，焊接電流從約200變化至800安，并接著變化至在插入操作中被檢測到的約700安。如圖17所示，焊接的各種固定件都產(chǎn)生了可接受的焊接。
權(quán)利要求
1.一種拉弧式焊接方法，包括以下步驟a)提供工件；b)提供焊接工具，該焊接工具將金屬物體保持在工件之上；c)提供與所述焊接工具連結(jié)的電源和控制器；d)在電弧中激發(fā)主焊接電流，局部地熔化固定件的端部并在工件中形成熔池；e)將激發(fā)的主電流調(diào)整至不同于主焊接電流的預(yù)定插入電流；f)將固定件在預(yù)定插入電流下插入局部熔化的工件，以形成固定件和工件之間的焊接；以及g)切斷由電源提供的電流，并將焊接工具從焊接固定件上收回。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述金屬物體選自固定件、金屬螺柱、金屬螺母、金屬軸以及金屬支架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中主電流到插入電流的過渡包括傾斜的電流延遲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中主電流到插入電流的過渡包括帶有圓形或弧形輪廓的傾斜的延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述插入電流是恒定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述預(yù)定插入電流被設(shè)置為一足以維持期望的熔池溫度的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中來自熔池的飛濺被最小化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述焊接工具包括將所述焊接工具連結(jié)至電源的線纜和連接器，其中所述線纜包括引起線纜發(fā)熱的電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拉弧式焊接方法，其中降低激發(fā)電流的步驟降低了線纜的熱量，提供了延長的焊接操作時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中焊接操作的總體浪費能量相對于僅具有激發(fā)電流的焊接操作被降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述電源是選自反相器和降壓變換器的開關(guān)模式電源。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中所述插入電流的設(shè)置降低對依賴于焊接電路電感、固定件插入速度和電流量的同步以及固定件運動的焊接電流時間的調(diào)整的需要。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉弧式焊接方法，其中固定件包括位于固定件的端部的焊劑球，以及位于固定件端部周圍的金屬箍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中氣體保護被用于防止焊接區(qū)域的氧化。
15.一種拉弧式焊接方法，包括以下步驟a)提供具有固定件的焊接工具；b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器；c)提供工件；d)測量焊接工具的實際插入時間，包括提升并朝向工件插入固定件，以及啟動定時器；檢測固定件和工件之間的接觸，并停止定時器；以及記錄在定時器的啟動和停止之間的時間；e)提升固定件并激發(fā)導(dǎo)引電弧，以及激發(fā)焊接工具中的主焊接電流一段時間，局部熔化固定件的端部和工件，并形成熔池，所述一段時間由預(yù)編程的值限定；以及f)將固定件插入所述局部熔化的工件，并將電源電流控制至插入電流的電平，以及將該電流維持一時間，該時間由步驟d)中的定時器的值加上額外的時間來確定，以確保在插入電流切斷之前，固定件和工件發(fā)生接觸；g)切斷插入電流，并從焊接固定件上收回焊接工具。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式固定件焊接方法，其中步驟d)使用外部電源以在未焊接時測量固定件和工件之間的接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式固定件焊接方法，其中步驟d)實際上是具有拉弧的焊接方法，并且弧電壓測量的驟降被用于檢測固定件和工件的接觸，其中每一焊接測量實際插入時間，該實際插入時間在確認后被用于下一焊接。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中當(dāng)控制器檢測到焊接工具的斷開連接和重新連接時，重復(fù)步驟d)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中在預(yù)定數(shù)目的焊接操作之后，重復(fù)步驟d)，且得到一均值，以用于確定命令主電弧電流和命令插入的相對時間。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中步驟f)中的插入電流與主電弧電流相同。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中步驟f)中的插入電流與主電弧電流不同。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中電源是選自反相器和降壓變換器的開關(guān)模式電源。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中固定件選自螺柱、金屬螺柱、鋁質(zhì)螺柱、金屬螺母以及金屬支架，所述螺柱包括位于其端部的焊劑球以及位于其端部周圍的金屬箍。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中氣體保護被用于防止焊接區(qū)域的氧化。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，包括將激發(fā)主電流改變至與主焊接電流不同的預(yù)定插入電流的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中步驟d)使用外部電源以在未焊接時測量固定件和工件之間的接觸。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中步驟d)實際上是具有拉弧的焊接方法，并且電弧電壓測量的驟降被用于檢測固定件和工件的接觸，其中每一焊接測量實際插入時間，該實際插入時間在確認后被用于下一焊接。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式焊接方法，其中主電弧包括一種選自正弦鋸齒波、梯形波和方波波形的波形。
29.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉弧式焊接方法，其中所述電流可以在所述固定件被安排為使電路短路以進入工件之前從主電弧過渡至插入電流電平。
30.一種拉弧式焊接方法，包括以下步驟a)提供工件；b)提供焊接工具，該焊接工具將金屬固定件保持在工件之上；c)提供與所述焊接工具連結(jié)的電源和控制器；d)在預(yù)定的插入電流下將固定件插入局部熔化的工件；e)在電弧中激發(fā)主焊接電流，局部地熔化固定件的端部并在工件中形成熔池；f)將激發(fā)主電流調(diào)整至與主焊接電流不同的預(yù)定插入電流，并在固定件和工件之間形成焊接；以及g)切斷由電源提供的電流，并將焊接工具從焊接固定件上收回。
31.一種拉弧式焊接方法，包括以下步驟a)提供工件；b)提供焊接工具，該焊接工具將金屬固定件保持在工件之上；c)提供與所述焊接工具連結(jié)的電源和控制器；d)在電弧中激發(fā)主焊接電流，局部地熔化固定件的端部并在工件中形成熔池；e)在預(yù)定的插入電流下將固定件插入局部熔化的工件；f)將激發(fā)的主電流調(diào)整至與主焊接電流不同的預(yù)定插入電流，并在固定件和工件之間形成焊接；以及g)切斷由電源提供的電流，并將焊接工具從焊接固定件上收回。
全文摘要
一種拉弧式焊接的方法，其包括以下步驟a)提供具有固定件的焊接裝置，b)提供與焊接工具連結(jié)的電源和控制器，c)提供工件，d)在焊接工具中激發(fā)一個主焊接電流，其局部熔化工件并形成熔池，e)將激發(fā)電流改變至預(yù)定插入電流，以及f)在預(yù)定插入電流將所述固定件插入局部熔化的工件，以在固定件和工件之間形成焊接。
文檔編號B23K9/16GK102216019SQ200980145723
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者C·許, J·J·克虜伯 申請人:尼爾森焊釘焊接有限公司