極44按照所期望的運(yùn)動(dòng)圖案(例如，圓形圖案76)移動(dòng)而 沉積。送絲速度和導(dǎo)電嘴到工件距離(CTWD)參數(shù)可在本文中被定義為相對(duì)于焊炬24的軸線 57的軸向運(yùn)動(dòng)，而電極44在垂直于焊炬24的軸線的平面中的運(yùn)動(dòng)可被稱為徑向運(yùn)動(dòng)。電極 44的徑向運(yùn)動(dòng)可包括按照?qǐng)D案（例如，圓形圖案76)在垂直于焊炬24的軸線的平面中的運(yùn) 動(dòng)，以及電極44在垂直于焊炬24的軸線的平面中的旋轉(zhuǎn)（例如，自旋）運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例 中，可與電極44的軸向運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)地控制徑向運(yùn)動(dòng)。因此，電極44的沉積速率可基本上與電極 44的徑向運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。例如，焊接系統(tǒng)10可經(jīng)由在軸向方向不收縮電極的情況下控制電極的 徑向運(yùn)動(dòng)，來(lái)控制施加至接頭的熱量和/或填充材料。如可理解的，電極在軸向方向的收縮 可影響填充材料的沉積速率。
[0056]在本技術(shù)中可以變化的參數(shù)可包括多個(gè)因素，例如，電極的徑向運(yùn)動(dòng)速率，以及電 極圍繞正常位置或中心位置的運(yùn)動(dòng)程度。具體地，盡管本發(fā)明當(dāng)然不限于圓形圖案，但是在 已經(jīng)使用圓形圖案的情況下，據(jù)信可需要徑向運(yùn)動(dòng)速率為大約50Hz并且擴(kuò)展到100Hz至 120Hz以及更高的徑向運(yùn)動(dòng)速率，從而產(chǎn)生更平坦的焊道和更高的沉積速率。在一些實(shí)施例 中，電極44可圓周地移動(dòng)(例如，自旋），與此同時(shí)徑向地(例如，按照?qǐng)A形圖案)移動(dòng)。從移動(dòng) 中的電極44過(guò)渡的熔融球可具有切線速度，這是因?yàn)閺较螂姌O運(yùn)動(dòng)使熔融球在除了位于熔 融球從電極44脫離的位置正下方的位置以外的位置處與工件界面接觸。如本文所描述，可 控制電極44的徑向運(yùn)動(dòng)速率，以使得所述球沉積在工件、接頭和/或焊接熔池上的期望的位 置處。對(duì)于小于大約150Hz的徑向運(yùn)動(dòng)速率，源自徑向運(yùn)動(dòng)的球上的離心力可使得能夠基本 上一致的控制球的沉積位置。
[0057] 通常，電極44的徑向運(yùn)動(dòng)速率可大于約2.5Hz，大于約3.0Hz，大于約3.5Hz，大于約 4.0Hz，大于約4.5Hz，或者大于約5.0Hz。在一些實(shí)施例中，電極44的徑向運(yùn)動(dòng)速率可以在約 5Hz至200Hz之間，在約10Hz至150Hz之間，在約30Hz至100Hz之間，或在約50Hz至90Hz之間。 應(yīng)指出的是，電極44的相對(duì)較高的徑向運(yùn)動(dòng)速率是通過(guò)僅振蕩焊炬24的某些部分，而非整 個(gè)焊炬24而實(shí)現(xiàn)的。例如，如圖3中所示出的，在某些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)控制組件62可引起僅接 觸元件60和電極44的振蕩。用這樣的方式，降低的慣性的需要有助于電極44的相對(duì)較高的 徑向運(yùn)動(dòng)速率。
[0058]徑向運(yùn)動(dòng)速率可至少部分地基于保護(hù)氣體、焊絲直徑、焊絲材料、工件材料、焊接 工藝、運(yùn)動(dòng)圖案，或者恪融電極球的表面張力，或者它們的任意組合。徑向運(yùn)動(dòng)速率的范圍 可對(duì)應(yīng)于某些類型的過(guò)渡工藝和/或運(yùn)動(dòng)圖案。例如，SAW焊接工藝的徑向運(yùn)動(dòng)速率可小于 (例如，5Hz至30Hz)MIG焊接工藝的徑向運(yùn)動(dòng)速率，MIG焊接工藝可利用在約50Hz至100Hz之 間的徑向運(yùn)動(dòng)速率。在一些實(shí)施例中，8字形或者圓形的運(yùn)動(dòng)圖案相較于之字形運(yùn)動(dòng)圖案可 具有降低的徑向運(yùn)動(dòng)速率。此外，當(dāng)前所設(shè)想的徑向運(yùn)動(dòng)直徑的量級(jí)為約1 .〇_至1.5_，但 是更高的直徑例如量級(jí)為約4.0mm也可以是期望的。還可能需要提供與氣體流動(dòng)同步或者 協(xié)調(diào)的電極運(yùn)動(dòng)。這些各種參數(shù)可幫助透入基體材料、電極材料的沉積、維持電弧，以及其 它焊接參數(shù)。
[0059] 還據(jù)信焊池在金屬芯電極運(yùn)動(dòng)時(shí)可以更好地移動(dòng)，這可能是由于電極端頭處形成 的熔融球或噴射液上受到的機(jī)械力（例如，離心力）。所述工藝因此相比先前工藝可以以更 低的溫度運(yùn)行。在某些類型的工件和工件冶金性能上，特別是電鍍工件上，也可以獲得增強(qiáng) 的有益效果。此外，所述工藝可以允許較便宜的保護(hù)氣體，例如，C0 2(而不是氬氣混合氣體） 目前與此類焊接電極一起使用。如先前所論述，實(shí)心焊絲和藥芯焊絲也可以與本技術(shù)一起 使用，并且各自可給所述工藝帶來(lái)其自身優(yōu)勢(shì)。
[0060] 圖9示出了將金屬芯焊接電極的運(yùn)動(dòng)與來(lái)自電極端頭的材料的被迫過(guò)渡相關(guān)的示 例性時(shí)序圖。在圖9的圖形中，電極端頭運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化由軌跡102指示，而被迫過(guò)渡由軌 跡104指示。在圓形運(yùn)動(dòng)圖案中，從前進(jìn)的焊道或焊池的任何特定點(diǎn)或接頭的任何特定位置 來(lái)看，將可以預(yù)計(jì)到大致正弦運(yùn)動(dòng)。在此運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)106處，電極的護(hù)套可以最靠近工件的基 體材料的側(cè)面。焊接工藝可經(jīng)調(diào)適，例如通過(guò)控制脈沖焊接方法或者控制恒壓焊接方法期 間的電流，以在一般如附圖標(biāo)記108所示的這些位置處迫使或加強(qiáng)來(lái)自電極的材料的過(guò)渡。 這些時(shí)期通常周期性地發(fā)生，如時(shí)期110所示。如上所述可以設(shè)想這些和許多其他控制方法 來(lái)協(xié)調(diào)過(guò)渡模式和金屬芯焊接電極的運(yùn)動(dòng)，特別是利用僅使用電極護(hù)套的電弧建立。如先 前所論述，其應(yīng)當(dāng)被視為是說(shuō)明性實(shí)例，因?yàn)槌饘傩竞附z之外，本技術(shù)還可以與實(shí)心焊絲 以及藥芯焊絲一起使用。
[0061] 電極44的徑向運(yùn)動(dòng)可以與材料從電極端頭的被迫過(guò)渡同步，以使得能夠沿著相對(duì) 于接頭期望的圖案在一個(gè)或多個(gè)特定點(diǎn)處過(guò)渡材料。材料的被迫過(guò)渡可能應(yīng)歸于來(lái)自脈沖 過(guò)渡模式和/或恒壓過(guò)渡模式的脈沖電流和/或電壓，在所述模式中電流是受控的。圖10示 出了電極44的期望的圖案在兩個(gè)工件14a和工件14b之間的接頭58上方的切線方向204上的 徑向部分202。雖然期望的圖案的徑向部分202在圖10中示出為大致圓形圖案76,但是可理 解的是，如上所述的其它期望的圖案也可與來(lái)自電極端頭的材料的被迫過(guò)渡同步?？刂齐?路28控制電極44的運(yùn)動(dòng)和電弧的建立，從而控制當(dāng)電極44沿著行進(jìn)方向206移動(dòng)時(shí)施加到 工件14a、14b以及焊接熔池74的熱量(例如，熱量圖案）。減少對(duì)接頭58上方的焊接熔池74的 熱量輸入可減少前進(jìn)焊道72中的焊接缺陷(例如，孔隙、打薄、燒穿）。具體地，減少對(duì)焊接熔 池74的前部208的熱量輸入可減少焊道72中的焊接缺陷。
[0062] 例如，控制電路28控制電弧以在位置I處加熱電極44,這形成了在位置II處從電極 44脫離的第一球。由于第一球相對(duì)于電極44的切向運(yùn)動(dòng)，所述第一球可沉積在焊接熔池74 的區(qū)域211中的大約位置210處(例如，在工件14a的焊縫根部表面或者側(cè)壁上，在焊接熔池 74的側(cè)面上）?？刂齐娐?8控制電弧以在位置III處加熱電極44,這形成了在位置IV處從電 極44脫離的第二球。類似于第一球，由于第二球相對(duì)于電極44的切向運(yùn)動(dòng)，所述第二球可沉 積在焊接熔池74的區(qū)域211中的大約位置212處(例如，在焊接熔池74的后部214處，在固化 中的焊道72上）?？刂齐娐?8控制電弧以在位置V處加熱電極44,這形成了在位置VI處從電 極44脫離的第三球。由于第三球相對(duì)于電極44的切向運(yùn)動(dòng)，所述第三球可沉積在焊接熔池 74的區(qū)域211中的大約位置216處(例如，在工件14b的焊縫根部表面或者側(cè)壁上，在焊接熔 池74的側(cè)面上）?？刂齐娐?8可控制電弧，以使得電極44無(wú)法形成可在焊接熔池74的前部 208處沉積的球。如本文所論述，焊接熔池74的區(qū)域211離焊接熔池74的中心215可以是大約 距離213,其中距離213至少部分地基于焊接熔池74的寬度217和/或接頭58的寬度219。舉例 來(lái)說(shuō)，距離213可比焊接熔池74的寬度217小大約2、3、4或者5倍，或者距離213可比接頭58的 寬度219小大約2、3、4、5、6、7、8、9或者10倍。區(qū)域211可包括工件之間的接頭58、焊接熔池、 工件的側(cè)壁，或者固化中的焊道72的一部分，或者它們的任意組合。
[0063] 位置210和216可比焊接熔池74更厚。因此，控制電路28可同步電弧與電極44的運(yùn) 動(dòng)，從而相較于施加到焊接熔池74的熱量，施加更多的熱量到位置210和216處的工件。在一 些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)控制組件62供應(yīng)信號(hào)到控制電路28,所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于電極44相對(duì)于接頭 的位置?？刂齐娐?8可利用所述位置信號(hào)來(lái)同步施加至工件的熱量和/或同步到焊接熔池 74的材料的過(guò)渡。同步材料的過(guò)渡與電極位置使得焊接系統(tǒng)能夠增大裝配間隙公差窗口 (fit-up gap tolerance window)以通過(guò)電極材料的受控的施加形成接頭。在一些實(shí)施例 中，控制電路28控制電弧以在位置210和216處比在焊接熔池74的后部214處的212處或者焊 接熔池74的前部208處沉積更多來(lái)自電極44的球。如可理解的，焊接熔池74的前部208可比 焊接熔池74的后部214更薄。控制電路28可控制電弧以在焊接熔池74的后部214、側(cè)面(例 如，位置210和216)或者中部處比在焊接熔池74的前部208處沉積更多來(lái)自電極44的球。 [0064]圖11是當(dāng)電極44沿著在圖10中示出的期望的圖案的徑向部分202移動(dòng)時(shí)施加到電 極44的電流波形222的曲線圖220?？筛鶕?jù)脈沖工藝或者恒壓工藝來(lái)控制電流波形222。當(dāng)電 極44在位置I、III和V處時(shí)電流波形222相對(duì)較高，在這些位置處，控制電路28控制電弧以在 電極44上形成球。當(dāng)電極44在所述球從電極44脫離時(shí)所位于的位置II、IV和VI處時(shí)，電流波 形222相對(duì)較低。如可理解的，位置II、IV和VI處的此電流波形的下降可減少在那些位置處 的對(duì)電極44和/或工件14a、14b的加熱，并且可減少來(lái)自焊接熔池74的濺出物。在一些實(shí)施 例中，電流波形222和/或電流波形222的極性具有至少部分地基于電極44的運(yùn)動(dòng)的圖案。舉 例來(lái)說(shuō)，電極44在位置1、11和III處可具有正極性以用于工件氧化物的陰極清理，并且電極 44在位置IV、V和VI處可具有負(fù)極性以增大對(duì)電極44的加熱，并且從而增大電極44的熔融速 率。在一些實(shí)施例中，電流波形222的周期224可與電極44的徑向運(yùn)動(dòng)(例如，振蕩）的速率相 關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，電流波形222的周期224(秒)可與電極44的徑向運(yùn)動(dòng)速率(Hz)大致成反比。應(yīng) 理解的是，在某些實(shí)施例中，電流波形222也可以是電極44的軸向運(yùn)動(dòng)的函數(shù)，如本文所描 述的。
[0065]在一些實(shí)施例中，期望的圖案包括軸向部分，在所述軸向部分中電極44相對(duì)于焊 炬的軸線軸向地移動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3所示，在某些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)控制組件62可配置成使 接觸元件60沿著軸線57軸向地平移，以使得電極44更接近或更遠(yuǎn)離焊接接頭58,從而使得 除了在大致垂直于軸線57的平面中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)的徑向部分之外，還能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的軸向部 分(例如，平行于軸線57)。如此，電極44相對(duì)于焊接接頭58的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上可以是三維的。換 句話說(shuō)，除了在大致垂直于軸線57的平面中形成編織圖案的能力以外，運(yùn)動(dòng)控制組件62還 可具有相對(duì)于焊接接頭58軸向地移動(dòng)電極44以形成三維運(yùn)動(dòng)圖案的能力，并且如本文所描 述的，這些三維運(yùn)動(dòng)圖案可伴隨有在沿著三維運(yùn)動(dòng)圖案的不同點(diǎn)處的某些焊接參數(shù)(例如， 電流、電壓、熱量輸入、極性、送絲速度等等）的修改。應(yīng)理解的是，所述三維圖案包括經(jīng)由協(xié) 調(diào)電極44的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的彎曲和/或扭曲。此外，除了（或者作為其替代)使得能 夠經(jīng)由接觸元件60的平移來(lái)使電極44平移之外，在某些實(shí)施例中，受控短路(CSC)過(guò)渡工藝 可被用于向前和向后移動(dòng)焊絲以用于使軸向運(yùn)動(dòng)與徑向運(yùn)動(dòng)同步，從而促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的三維圖 案的形成。
[0066]圖12示出了工件14a、14b之間的接頭58和期望的圖案160的實(shí)施例的橫截面圖。焊 炬在行進(jìn)方向162上移動(dòng)電極44,所述行進(jìn)方向可被理解為離開(kāi)圖12的橫截平面。期望的圖 案160包括徑向部分并且可包括軸向部分。在一些實(shí)施例中，控制電路28經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制組件 62來(lái)控制軸向部分。另外，或者作為替代，控制電路28可以經(jīng)由控制焊炬24的運(yùn)動(dòng)，例如經(jīng) 由焊接機(jī)器人或者機(jī)械化的焊炬操縱器來(lái)控制軸向部分。期望的圖案160的徑向部分包括 在垂直于焊炬的軸線57的平面中，電極44在第一徑向位置162和第二徑向位置164之間的徑 向運(yùn)動(dòng)。期望的圖案的軸向部分包括電極44軸向于(例如，平行于)在第一軸向位置166和第 二軸向位置168之間的軸線57的運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，軸向部分與徑向部分同步，以使得 電極44能夠大體上追蹤接頭58的幾何形狀。舉例來(lái)說(shuō)，期望的圖案的軸向部分可使電極從 工件14a偏移第一距離170并且從工件14b偏移第二距離172,其中第一距離170不一定等于 第二距離172。在一些實(shí)施例中，第一距離170和/或第二距離172可相對(duì)于接頭58的中心變 化。
[0067]控制電路28可以控制電極的期望的圖案的軸向部分。電極44以軸向運(yùn)動(dòng)速率移動(dòng) 通過(guò)軸向部分。在一些實(shí)施例中，控制電路使軸向運(yùn)動(dòng)速率與徑向運(yùn)動(dòng)速率同步，以使得電 極每通過(guò)徑向部分的1、2、3、4、5或者更多次循環(huán)時(shí)通過(guò)軸向部分大約一次循環(huán)。舉例來(lái)說(shuō)， 期望的圖案可包括螺旋圖案，在所述螺旋圖案中對(duì)于每一次軸向部分循環(huán)而言電極完成超 過(guò)一次的徑向部分循環(huán)。在一些實(shí)施例中，控制電路28可調(diào)節(jié)電極44在移動(dòng)焊接電極的循 環(huán)期間的運(yùn)動(dòng)速率(例如，徑向運(yùn)動(dòng)速率和/或軸向運(yùn)動(dòng)速率）。舉例來(lái)說(shuō)，控制電路28可以 以第一運(yùn)動(dòng)速率移動(dòng)電極和/或使電極在工件14a上方停歇，而控制電路28可以以不同的第 二運(yùn)動(dòng)速率在工件14b上方移動(dòng)電極。
[0068]在一些實(shí)施例中，軸向部分是基于工件材料和/或工件的厚度。舉例來(lái)說(shuō)，一些材 料可具有相較于其它材料的更高的熔融溫度，這影響了添加到工件的以使