前后排列的熱絲系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】前后排列的熱絲系統(tǒng) 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的焊接系統(tǒng)并且涉及根據(jù)權(quán)利要求7的焊接方法。本 發(fā)明的系統(tǒng)和方法涉及焊接和接合，并且更具體地涉及前后排列的熱絲系統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] 隨著焊接中的進步已經(jīng)出現(xiàn)，對焊接生產(chǎn)能力的要求已經(jīng)增加。由于這個原因，各 種系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)以增加焊接操作的速度，所述各種系統(tǒng)包括使用多焊接電源供應(yīng)器的系 統(tǒng)，其中一個電源供應(yīng)器被使用來在可消耗電極中創(chuàng)建電弧以形成焊接熔池，并且第二電 源供應(yīng)器被使用來在相同的焊接操作中加熱填充焊絲。盡管這些系統(tǒng)可以增加焊接操作的 速度或熔敷率，由多電源供應(yīng)器創(chuàng)建的不同電流可以彼此相干擾，在焊接期間引起電弧偏 吹和其他問題。此外，這些電源供應(yīng)器沒有為了使過程（例如，焊接、接合、熔敷、堆焊、釬焊 等）最佳化而被同步化。因此，改進的系統(tǒng)是期望的。
[0003] 描沭
[0004] 根據(jù)權(quán)利要求1的焊接系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求7的焊接方法被描述，以便改進這些 系統(tǒng)并且特別是避免電弧偏吹。本發(fā)明的進一步的實施方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā) 明的示例性實施方案包括這樣的系統(tǒng)和方法，其中加熱電流與焊接電流同步以影響電弧相 對于熔融熔池的位置。在一些示例性實施方案中，所述系統(tǒng)包括輸出焊接電流的第一電源 供應(yīng)器，所述焊接電流包括焊接脈沖電流和本底焊接電流。第一電源供應(yīng)器經(jīng)由炬向第一 絲提供焊接電流，以在第一絲和工件之間創(chuàng)建電弧。電弧在工件上創(chuàng)建熔融熔池。所述系 統(tǒng)還包括第一絲送進器和第二絲送進器，所述第一絲送進器送進第一絲到炬，所述第二絲 送進器經(jīng)由導(dǎo)電管送進第二絲到熔融熔池。所述系統(tǒng)進一步包括輸出加熱電流的第二電源 供應(yīng)器，所述加熱電流包括以第一極性的第一加熱脈沖電流和以相反極性的第二加熱脈沖 電流。第二電源供應(yīng)器經(jīng)由導(dǎo)電管向第二絲提供加熱電流。所述系統(tǒng)另外包括控制器，所 述控制器使第一加熱脈沖電流和第二加熱脈沖電流中的至少一個與焊接脈沖電流和本底 電流中的至少一個同步，以基于由所述焊接電流和所述加熱電流創(chuàng)建的磁場影響電弧相對 于熔融熔池的位置。
[0005] 在一些示例性實施方案中，所述系統(tǒng)包括輸出焊接電流的第一電源供應(yīng)器，所述 焊接電流包括焊接脈沖電流和本底焊接電流。第一電源供應(yīng)器經(jīng)由炬向第一絲提供焊接電 流，以在第一絲和工件之間創(chuàng)建電弧。所述系統(tǒng)還包括第一絲送進器和第二絲送進器，所述 第一絲送進器送進第一絲到炬，所述第二絲送進器經(jīng)由導(dǎo)電管送進第二絲到熔融熔池。所 述系統(tǒng)進一步包括輸出加熱電流的第二電源供應(yīng)器，所述加熱電流包括以第一極性的第一 加熱脈沖電流和以與第一極性相反的極性的第二加熱脈沖電流。第二電源供應(yīng)器經(jīng)由導(dǎo)電 管向第二絲提供加熱電流。所述系統(tǒng)另外包括控制器，所述控制器使第一加熱脈沖電流和 第二加熱脈沖電流中的至少一個與焊接脈沖電流和本底電流中的至少一個同步，以基于由 焊接電流和加熱電流創(chuàng)建的磁場影響電弧相對于熔融熔池的位置。控制器還包括調(diào)整第一 加熱脈沖電流相對于第二加熱脈沖電流的持續(xù)時間的平衡控制裝置?？刂破鬟€可以包括偏 移控制裝置和死區(qū)（dead time)控制裝置，所述偏移控制裝置調(diào)整第一加熱脈沖電流相對 于第二加熱脈沖電流的振幅，所述死區(qū)控制裝置，相對于從第二加熱脈沖電流向第一加熱 脈沖電流轉(zhuǎn)換（transition)的第二死區(qū)，調(diào)整從第一加熱脈沖電流向第二加熱脈沖電流 轉(zhuǎn)換的第一死區(qū)。
[0006] 在一些實施方案中，所述系統(tǒng)包括第一絲送進器和第一電源供應(yīng)器，第一絲送進 器送進第一絲到炬，第一電源供應(yīng)器經(jīng)由炬輸出焊接電流到第一絲。焊接電流包括第一電 流段，當(dāng)?shù)谝唤z與工件相接觸時，第一電流段被輸出并且熔化第一絲的一部分。焊接電流還 具有第二電流段，當(dāng)來自第一絲的部分已經(jīng)轉(zhuǎn)移到工件并且電弧在第一絲和工件之間被創(chuàng) 建時，第二電流段被輸出。所述系統(tǒng)還包括第二絲送進器和第二電源供應(yīng)器，第二絲送進器 經(jīng)由導(dǎo)電管送進第二絲到熔融熔池，第二電源供應(yīng)器輸出加熱電流，所述加熱電流包括以 第一極性的第一加熱脈沖電流和以與所述第一極性相反的極性的第二加熱脈沖電流。第二 電源供應(yīng)器經(jīng)由導(dǎo)電嘴向第二絲提供加熱電流。所述系統(tǒng)進一步包括執(zhí)行第一同步和第二 同步中的至少一個的控制器。第一同步包括使第一加熱脈沖電流和第二加熱脈沖電流中的 至少一個與第二電流段同步，以基于由焊接電流和加熱電流創(chuàng)建的磁場影響電弧相對于熔 融熔池的位置。第二同步包括使第一加熱脈沖電流和第二加熱脈沖電流中的至少一個與第 一電流段同步，以影響所述部分從所述第一絲的轉(zhuǎn)移。
[0007] 在一些實施方案中，所述系統(tǒng)包括輸出焊接電流的第一電源供應(yīng)器，焊接電流包 括焊接脈沖電流和本底焊接電流。第一電源供應(yīng)器經(jīng)由炬向第一絲提供焊接電流，以在第 一絲和工件之間創(chuàng)建電弧。所述系統(tǒng)還包括第一絲送進器和第二絲送進器，第一絲送進器 送進第一絲到炬，第二絲送進器經(jīng)由導(dǎo)電管送進第二絲到熔融熔池。所述系統(tǒng)進一步包括 輸出加熱電流的第二電源供應(yīng)器，加熱電流包括加熱脈沖電流和本底加熱電流。第二電源 供應(yīng)器經(jīng)由導(dǎo)電管向第二絲提供加熱電流。所述系統(tǒng)另外包括控制器，控制器使所述加熱 脈沖電流和所述本底加熱電流中的至少一個與焊接脈沖電流和本底電流中的至少一個同 步，以基于由焊接電流和所述加熱電流創(chuàng)建的磁場影響電弧相對于熔融熔池的位置?？刂?器還包括本底電流控制器，本底電流控制器調(diào)整本底加熱電流的值并且自動地改變加熱脈 沖電流的值，以為加熱電流維持預(yù)置的平均值。
[0008] 從以下描述和附圖將更完整地理解所要求保護的本發(fā)明的這些和其他特征，以及 本發(fā)明圖示說明的實施方案的細(xì)節(jié)。
[0009] 附圖簡要說明
[0010] 參考附圖，通過詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方 面將會更加明顯，在附圖中：
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明焊接系統(tǒng)的示例性實施方案的圖解表征；
[0012] 圖2是在圖1系統(tǒng)的炬周圍的區(qū)域的放大視圖；
[0013] 圖3A-3D圖示說明可以被使用在圖1的系統(tǒng)中的示例性焊接和熱絲波形；
[0014] 圖4圖示說明可以被使用在圖1的系統(tǒng)中的示例性焊接和熱波形；
[0015] 圖5A和圖5B圖示說明示例性焊接和熱絲波形的示例性極性對準(zhǔn)；
[0016] 圖6A和圖6B圖示說明對應(yīng)于圖5A和圖5B的示例性極性對準(zhǔn)的磁場定向；
[0017] 圖7圖示說明可以被使用在圖1的系統(tǒng)中的示例性焊接和熱波形；
[0018] 圖8圖示說明用于圖1的感測和電流控制器的示例性波形控制裝置；以及
[0019] 圖9-11圖示說明可以被使用在圖1的系統(tǒng)中的示例性焊接和熱波形。
[0020] 詳細(xì)描沐
[0021] 現(xiàn)在通過參考附圖，以下將描述本發(fā)明的示例性實施方案。所描述的示例性實施 方案意圖幫助理解本發(fā)明，并非意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相似的參考標(biāo)號全部 指示相似的要素。
[0022] 本發(fā)明的示例性實施方案在圖1中被示出，圖1示出系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括具有 前后排列的熱絲系統(tǒng)104的電弧焊接系統(tǒng)102 (比如GMAW系統(tǒng)）。GMAW系統(tǒng)102包括電源 供應(yīng)器130、絲送進器150和炬120。電源供應(yīng)器130提供在焊接電極140和工件115之間 創(chuàng)建電弧110的焊接波形。焊接電極140經(jīng)由絲送進器150和炬120被遞送到由電弧110 創(chuàng)建的熔融熔池112。連同創(chuàng)建熔融熔池112 -起，電弧110將焊接絲140的熔滴轉(zhuǎn)移到熔 池112。本文描述的類型的GMAW焊接系統(tǒng)的操作對本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的，并且不 需要在本文中詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然關(guān)于接合/焊接應(yīng)用，，GMAW系統(tǒng)針對所描繪 的的示例性實施方案被示出和討論，但本發(fā)明的示例性實施方案也可以與應(yīng)用中的TIG、等 離子、FCAW、MCAW和SAW系統(tǒng)一起使用，所述應(yīng)用包括接合/焊接、熔敷、堆焊、釬焊以及這 些的組合等。當(dāng)然，對于TIG和等離子系統(tǒng)，焊接電極不是可消耗電極。未在圖1中示出的 是可以依照已知方法使用的氣體保護系統(tǒng)或子電弧通量系統(tǒng)。
[0023] 熱絲系統(tǒng)104包括經(jīng)由導(dǎo)電管125送進絲145到焊接熔池112的絲送進器155。 熱絲系統(tǒng)104還包括電源供應(yīng)器135,電源供應(yīng)器在絲145進入熔融熔池112之前經(jīng)由導(dǎo) 電管125電阻加熱所述絲145。電源供應(yīng)器135將絲145加熱到期望的溫度，例如，加熱到 絲145的熔化溫度或在這一溫度附近。這樣，熱絲系統(tǒng)104向熔融熔池112添加額外的消 耗品。系統(tǒng)100還可以包括運動控制子系統(tǒng)，運動控制子系統(tǒng)包括可操作地連接到機器人 190的運動控制器180。運動控制器180控制機器人190的運動。機器人190被可操作地 連接（例如，機械地固定）到工件115,以使工件115以方向111移動，以致炬120和絲145 沿工件115有效地行進。當(dāng)然，系統(tǒng)100可以被這樣配置，以致炬120和絲145可以代替工 件115被移動。
[0024] 如一般地已知的，比如GMAW的電弧生成系統(tǒng)使用高水平的電流來在工件115上的 推進的焊接消耗品140和熔融熔池112之間生成電弧110。為完成這一目的，許多不同的焊 接電流波形可以被利用，例如，比如恒流、脈沖電流等的電流波形等。然而，在系統(tǒng)100的操 作期間，由電源供應(yīng)器130生成的電流可以與由電源供應(yīng)器135生成的電流相干擾，所述由 電源供應(yīng)器135生成的電流被使用來加熱絲145。因為絲145接近于由電源供應(yīng)器130創(chuàng) 建的電弧11〇(因為他們每個被導(dǎo)向到相同的熔融熔池112)，電源供應(yīng)器各自的電流可以 彼此相干擾。具體地，電流中的每個生成磁場，并且這些場可以彼此相干擾并且不利地影響 焊接/接合操作。就是說，通過電源供應(yīng)器135由熱絲電流生成的磁場，可以與由電源供應(yīng) 器130生成的電弧110的穩(wěn)定性以及焊接/接合操作的效率相干擾。然而，通過使焊接和 熱絲電流波形同步，這些相同的磁場可以被控制來使電弧穩(wěn)定和/或使焊接過程最佳化。
[0025] 例如，當(dāng)通過焊接消耗品140(電弧110)和熱絲145的電流同相位（即，脈沖和極 性對準(zhǔn)（參見圖5A))時，電流將產(chǎn)生以如圖6A中所圖示說明的相同方向流動的磁通量線。 在電弧110和熱絲145之間的空間中，通量線以相反的方向流動并且在很大程度上相互抵 消，但仍有圍繞絲140和絲145的磁場存在。這種磁場具有要拉動絲140和絲145更靠近于 彼此的凈磁力。然而，這種磁力不足夠強大以偏轉(zhuǎn)絲140和絲145,但電弧110被輕易地偏 轉(zhuǎn)。如圖5A中所示出的，電弧110被偏轉(zhuǎn)到中間，即，向著熱絲145并且進一步到熔融熔池 112上面。在這一位置上，電弧110的加熱被一般地導(dǎo)向到熔融熔池112而不是工件115。 通過將電弧110導(dǎo)向中間，母材（base metal)和恪融恪池之間的混合被最小化，這在一些 應(yīng)用（例如，熔敷應(yīng)用）中可以是期望的。然而，在其他應(yīng)用（例如，接合應(yīng)用）中，減少的 混合可能不是期望的特征。
[0026] 當(dāng)通過絲140和絲145的電流具有相反的極性時（例如，相反極性的脈沖被對準(zhǔn) (參見圖5B))，在絲145和電弧110之間的空間中的磁線