本申請(qǐng)主張以下專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益：2014年10月14日提交申請(qǐng)的名為“利用感應(yīng)加熱實(shí)現(xiàn)的焊接變形減少(WELDINGDISTORTIONREDUCTIONUTILIZINGINDUCTIONHEATING)”的第62/063,678號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)；2014年10月14日提交申請(qǐng)的名為“利用感應(yīng)加熱實(shí)現(xiàn)的焊接生產(chǎn)率提高(WELDINGPRODUCTIVITYIMPROVEMENTUTILIZINGINDUCTIONHEATING)”的第62/063,688號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)；以及2014年10月14日提交申請(qǐng)的名為“金屬加工感應(yīng)加熱頭配置(METALWORKINGINDUCTIONHEATINGHEADCONFIGURATIONS)”的第62/063,698號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，其中的每一件專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容出于所有目的以引用方式并入本文中。
背景技術(shù)：
：本公開大體上涉及焊接系統(tǒng)和工藝的領(lǐng)域，并且更明確地說，涉及將感應(yīng)加熱用作額外加熱能量源的焊接系統(tǒng)和工藝。生產(chǎn)率在任何制造操作中都是極其重要的。在許多制造操作中，工件的焊接是生產(chǎn)高質(zhì)量組件的重要且必要的部分。已使用并且正在研發(fā)許多焊接系統(tǒng)，包含熔化極氣體保護(hù)電弧焊(GMAW)、鎢極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW)、保護(hù)金屬極電弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)等。并且可依賴于例如將結(jié)合的部件、材料的尺寸和厚度、期望的最終組件和所使用的材料等因素來使用所有這些焊接系統(tǒng)。在一些情形下，已提出結(jié)合焊接系統(tǒng)而利用輔助熱源，例如，感應(yīng)加熱。這些工藝有時(shí)被稱為“混合式感應(yīng)焊接”工藝。相比例如單獨(dú)電弧焊等工藝，混合式感應(yīng)焊接可在較高速度下，通過較少的焊接前預(yù)備工作，并使用較少耗材來產(chǎn)生焊縫。此外，輔助加熱可改變焊縫的冷卻速率，這可提高完工焊縫的質(zhì)量。材料熔融以便形成焊接接頭的所有熔焊工藝包括某一形式的熱的施加或產(chǎn)生。混合式感應(yīng)焊接工藝從感應(yīng)加熱頭或源增加熱量，這會(huì)提高生產(chǎn)率。但過多熱量的增加可能是有害的——一些合金對(duì)溫度敏感，并且較高溫度或較大加熱區(qū)域可對(duì)焊縫或鄰近于焊縫的熱作用區(qū)的質(zhì)量和性質(zhì)有害。增加的熱可導(dǎo)致增加的變形，從而導(dǎo)致必須在焊接之后平直化或需要焊接后進(jìn)行額外處理的焊縫。這些混合式感應(yīng)焊接工藝仍然需要改進(jìn)，然而，特別需要解決現(xiàn)有系統(tǒng)中的這些缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本公開闡述金屬加工系統(tǒng)和工藝的實(shí)施例，例如，通過使用感應(yīng)加熱來提高性能和效率的焊接系統(tǒng)和工藝。在某些實(shí)施例中，可通過一起使用感應(yīng)加熱和焊接電弧加熱來控制并減少應(yīng)力和變形。感應(yīng)加熱頭、線圈的某些新穎布置和配置可有助于上述提高。此外，可由于通過焊接電弧和感應(yīng)加熱源而進(jìn)行的加熱的組合來使用唯一的氣體制劑、氣體與焊絲組合物等。附圖簡(jiǎn)單說明當(dāng)參照附圖閱讀具體實(shí)施方式時(shí)，本公開的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中在全部附圖中，相同附圖標(biāo)記表示相同部分，其中：圖1是示范性焊接系統(tǒng)的框圖，其中所述示范性焊接系統(tǒng)包含被配置成在焊接工藝之前提高焊接位置的溫度的感應(yīng)加熱系統(tǒng)；圖2是圖示根據(jù)本公開的方面的圖1的焊接系統(tǒng)和感應(yīng)加熱系統(tǒng)的示范性功能部件的框圖；圖3是圖示根據(jù)本公開的方面的圖1的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的示范性功能部件的框圖；圖4是根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的實(shí)施例上的內(nèi)部部件的立體圖，所述內(nèi)部部件包含完全圍住感應(yīng)加熱線圈的保護(hù)殼的實(shí)施例；圖5是根據(jù)本公開的方面的保護(hù)殼與焊炬的實(shí)施例的立體圖，其中所述保護(hù)殼設(shè)置在感應(yīng)加熱線圈和對(duì)應(yīng)的通量匯聚材料之間；圖6是根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的實(shí)施例的內(nèi)部部件的立體圖；圖7A和圖7B是根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的實(shí)施例的內(nèi)部部件的立體圖；圖8是根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的圓形氣刀和水噴頭的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D；圖9是根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的保護(hù)殼的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖10是根據(jù)本公開的方面的耦接到機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的圖9的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的立體圖；圖11A和圖11B圖示根據(jù)本公開的方面的針對(duì)對(duì)焊接頭的兩個(gè)感應(yīng)加熱線圈配置；圖12A到圖12H圖示根據(jù)本公開的方面的針對(duì)T形角焊接頭的各種感應(yīng)加熱線圈配置；圖13A和圖13B分別圖示根據(jù)本公開的方面的用于對(duì)焊接頭和T形角焊接頭中的焊接背襯的各種形狀；圖14A和圖14B圖示根據(jù)本公開的方面的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件的感應(yīng)加熱線圈與工件的表面之間的線圈對(duì)峙距離；圖15A和圖15B分別圖示根據(jù)本公開的方面的針對(duì)對(duì)焊接頭和T形角焊接頭的工件之間的各種焊接間隙距離；圖16圖示在其中使用V形接頭輪廓的常規(guī)焊接操作以及隨之發(fā)生的來自焊接電弧的能量損耗；圖17圖示根據(jù)本公開的方面，可如何組合感應(yīng)加熱和電弧加熱的應(yīng)用以在窄間隙焊接中實(shí)現(xiàn)平衡加熱；圖18A和圖18B圖示根據(jù)本公開的方面的各種感應(yīng)加熱線圈配置；圖19A和圖19B圖示根據(jù)本公開的方面的多個(gè)感應(yīng)加熱線圈的各種配置；圖20圖示根據(jù)本公開的方面的使用混合式感應(yīng)電弧焊工藝而執(zhí)行的窄間隙焊接；圖21圖示可由常規(guī)對(duì)焊電弧產(chǎn)生的不均勻熱分布以及工件從其原始形狀到變形形狀的變形；圖22圖示根據(jù)本公開的方面的可使用混合式感應(yīng)電弧焊工藝而在對(duì)焊中產(chǎn)生的均勻熱分布；圖23圖示可由常規(guī)T形角焊電弧產(chǎn)生的熱分布以及工件從其原始形狀到變形形狀的變形；以及圖24圖示根據(jù)本公開的方面的可使用混合式感應(yīng)電弧焊工藝而在T形角焊中產(chǎn)生的熱分布。具體實(shí)施方式公開一種混合式感應(yīng)金屬加工工藝，其中所述混合式感應(yīng)金屬加工工藝結(jié)合金屬加工系統(tǒng)(例如，焊接系統(tǒng))而利用感應(yīng)加熱源。雖然實(shí)施例在本文中被描述為焊接工藝，但應(yīng)記住，更一般來說，所述實(shí)施例可以是金屬加工工藝，例如，切割操作、熔覆操作、彎曲操作、熱處理操作、預(yù)備和后加工操作等。在所描述的實(shí)施例中的至少一些中，采取GMAW工藝，其中GMAW工藝?yán)靡粋€(gè)或更多個(gè)焊接電源、接收電力和保護(hù)氣體的一個(gè)或更多個(gè)焊炬以及穿過一個(gè)或更多個(gè)焊炬而提供所需要的電力、氣體和焊絲電極的一個(gè)或更多個(gè)送絲機(jī)。此外，所公開的實(shí)施例可結(jié)合以下美國(guó)專利申請(qǐng)中所闡述的系統(tǒng)和工藝中的一種或更多種來使用，所述美國(guó)專利申請(qǐng)中的每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容出于所有目的以引用方式并入本文中：Holverson等人在2011年5月19日提交申請(qǐng)的名為“輔助焊接加熱系統(tǒng)(AUXILIARYWELDINGHEATINGSYSTEM)”的第13/111,433號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；Beistle等人在2014年5月16日提交申請(qǐng)的名為“感應(yīng)加熱系統(tǒng)(INDUCTIONHEATINGSYSTEM)”的第14/280,164號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；Verhagen等人在2014年5月16日提交申請(qǐng)的名為“感應(yīng)加熱系統(tǒng)溫度傳感器組件(INDUCTIONHEATINGSYSTEMTEMPERATURESENSORASSEMBLY)”的第14/280,197號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；Garvey等人在2014年5月16日提交申請(qǐng)的名為“感應(yīng)加熱系統(tǒng)行程傳感器組件(INDUCTIONHEATINGSYSTEMTRAVELSENSORASSEMBLY)”的第14/280,227號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；Albrecht等人在2014年9月23日提交申請(qǐng)的名為“金屬加熱和加工系統(tǒng)和方法(METALHEATINGANDWORKINGSYSTEMANDMETHOD)”的第14/494248號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；Jones等人在2014年11月4日提交申請(qǐng)的名為“大規(guī)模金屬成形(LARGESCALEMETALFORMING)”的第14/532,695號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)；以及Jones等人在2015年5月6日提交申請(qǐng)的名為“大規(guī)模金屬成形控制系統(tǒng)和方法(LARGESCALEMETALFORMINGCONTROLSYSTEMANDMETHOD)”的第14/705,738號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)?，F(xiàn)參照附圖，圖1圖示示范性焊接系統(tǒng)10，其中示范性焊接系統(tǒng)10為焊接操作供電、控制焊接操作并向焊接操作提供耗材。焊接系統(tǒng)10包含焊接電力供應(yīng)器12(或在某些實(shí)施例中，多個(gè)焊接電力供應(yīng)器12)、送絲機(jī)14(或在某些實(shí)施例中，多個(gè)送絲機(jī)14)和焊炬16(或在某些實(shí)施例中，多個(gè)焊炬16)。電力供應(yīng)器12可以是電力轉(zhuǎn)換器或是需要電源18的基于逆變器的焊接電力供應(yīng)器(或可以不是同一類型的多個(gè)電力供應(yīng)器)。在某些實(shí)施例中，多個(gè)電力供應(yīng)器12(相同或不同類型)可連接到一個(gè)送絲機(jī)14和焊炬16?？稍陔娫?8中提供許多不同電路設(shè)計(jì)，并且可設(shè)想許多不同焊接方案，例如，直流、交流、脈沖式、短路等。可結(jié)合本發(fā)明的感應(yīng)加熱技術(shù)來使用這些常規(guī)電路和工藝技術(shù)中的任一種。在其它實(shí)施例中，焊接電力供應(yīng)器12可以是發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)焊接電力供應(yīng)器，其可包含內(nèi)燃機(jī)。需要時(shí)，焊接電力供應(yīng)器12還可包含用于調(diào)整例如電壓和電流等各種焊接參數(shù)并用于連接電源18的用戶接口20。此外，氣體源22可耦接到焊接電力供應(yīng)器12。氣體源22是供應(yīng)到焊炬16的保護(hù)氣體的源。此外，在某些實(shí)施例中，氣體源22還將保護(hù)氣體供應(yīng)到輔助保護(hù)氣體擴(kuò)散器24。例如，在某些實(shí)施例中，氣體源22可供應(yīng)氬氣。如應(yīng)了解的是，保護(hù)氣體由焊炬16和/或輔助氣體擴(kuò)散器24施加到液態(tài)熔池的位置，以防止可對(duì)焊縫造成冶金損壞的周圍氣體的吸收。如圖所示，焊接電力供應(yīng)器12耦接到送絲機(jī)14。例如，焊接電力供應(yīng)器12可由送絲機(jī)電力引線、焊接電纜、氣體軟管和控制電纜耦接到送絲機(jī)14。所圖示的實(shí)施例所示的送絲機(jī)14將焊絲提供到焊炬16以用于焊接操作中。可使用各種焊絲。例如，焊絲可以是實(shí)心鋼、實(shí)心鋁、實(shí)心不銹鋼、金屬芯焊絲、藥芯焊絲、平條狀電極等。本文所述的實(shí)施例可與任何適當(dāng)類型的電極(或在某些實(shí)施例中，冷態(tài)送絲)和任何適當(dāng)焊絲組成一起使用。此外，焊絲的厚度可依賴于使用焊絲的焊接應(yīng)用而改變。例如，焊絲可以是0.045"、0.052"、1/16"、3/32"、1/8"或任何其它直徑。此外，送絲機(jī)14可圍住各種內(nèi)部部件，例如，送絲驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)組件、電動(dòng)機(jī)等。送絲機(jī)14可還包含允許用戶設(shè)定一個(gè)或更多個(gè)送絲參數(shù)(例如，送絲速度)的控制面板(未示出)。在所圖示的實(shí)施例中，輔助保護(hù)氣體擴(kuò)散器24還由氣體軟管26耦接到送絲機(jī)14(或可直接連接到氣體源并從用戶接口20進(jìn)行控制)。然而，送絲機(jī)14可與包含氣體操作(熔化極氣體保護(hù)電弧焊(GMAW))、無氣體操作(保護(hù)金屬極電弧焊(SMAW)或自保護(hù)藥芯電弧焊(FCAW))、埋弧焊(SAW)等的任何送絲工藝一起使用。如圖所示，焊絲經(jīng)由第一電纜28而送絲到焊炬16。第一電纜28還可將氣體供應(yīng)到焊炬16，并且還可將冷卻水供應(yīng)到焊炬16。如進(jìn)一步示出，第二電纜30將焊接電力供應(yīng)器12耦接到工件32(通常經(jīng)由夾具)以在焊接操作期間補(bǔ)足焊接電力供應(yīng)器12與焊炬16之間的電路。示范性焊接系統(tǒng)10還包含感應(yīng)加熱系統(tǒng)34。如上所述，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34包含感應(yīng)加熱線圈36以及感應(yīng)電力供應(yīng)器38。感應(yīng)電力供應(yīng)器38包含用戶接口40。用戶接口40可包含按鈕、旋鈕、撥盤等，以允許操作員調(diào)節(jié)感應(yīng)電力供應(yīng)器38的各種操作參數(shù)。例如，用戶接口40可被配置成使操作員能夠設(shè)定并調(diào)整由感應(yīng)電力供應(yīng)器38產(chǎn)生的交變電流的頻率。類似地，用戶接口40可使操作員能夠選擇感應(yīng)加熱線圈36的期望輸出溫度。用戶接口40還可包含被配置成將系統(tǒng)反饋(例如，感應(yīng)加熱線圈36的實(shí)時(shí)溫度、感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于工件32的行進(jìn)速度等)提供給操作員的一個(gè)或更多個(gè)顯示器。在某些實(shí)施例中，感應(yīng)電力供應(yīng)器38可通過電線導(dǎo)體44而耦接到降壓變壓器42。更具體來說，兩條電線導(dǎo)體44從感應(yīng)電力供應(yīng)器38布設(shè)到變壓器42，并且每一電線導(dǎo)體44布設(shè)在柔性管或?qū)Ч軆?nèi)。此外，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可以是風(fēng)冷或液冷系統(tǒng)。例如，冷卻劑可在布設(shè)電線導(dǎo)體44中的每一個(gè)電線導(dǎo)體的柔性管內(nèi)流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，布設(shè)電線導(dǎo)體44的一根柔性管含有進(jìn)入變壓器42的流動(dòng)的冷卻劑，并且布設(shè)電線導(dǎo)體44的另一柔性管含有流動(dòng)的冷卻劑，所述冷卻劑從變壓器42流動(dòng)到熱交換器或從冷卻劑移除熱的另一裝置。交變電流離開變壓器42并由電導(dǎo)體46供應(yīng)到感應(yīng)加熱線圈36。在某些實(shí)施例中，電導(dǎo)體46可具有中空內(nèi)芯，并且還可導(dǎo)引流動(dòng)的冷卻劑穿過感應(yīng)加熱線圈36。在所圖示的實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36被設(shè)置成接近工件32。隨著交變電流流經(jīng)感應(yīng)加熱線圈36，在工件32內(nèi)產(chǎn)生并誘發(fā)渦電流。渦電流克服工件32的電阻而流動(dòng)，因此在工件32中產(chǎn)生局部加熱。如圖所示，感應(yīng)加熱線圈36定位在焊炬16之前。換句話說，針對(duì)在方向48上操作且行進(jìn)的焊炬16，感應(yīng)加熱線圈36被放置在焊炬16之前(即，沿著焊接接頭并在由焊炬16產(chǎn)生的焊接電弧50之前)。因此，感應(yīng)加熱線圈36對(duì)于工件32緊靠焊接電弧50之前的局部區(qū)域52進(jìn)行加熱，因此提高剛好在焊接電弧50之前的局部區(qū)域52的溫度。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解的是，這些溫度通常實(shí)質(zhì)上高于常規(guī)“預(yù)加熱”溫度(并且可達(dá)到像熔點(diǎn)那樣高的溫度)。因此，隨著焊炬16在方向48上行進(jìn)，不需要來自焊接電弧50的太多的熱就可使工件32的局部區(qū)域52達(dá)到熔點(diǎn)溫度。因此，焊接電弧50所產(chǎn)生的較多熱可用于使焊絲熔化，以使得焊絲可在較高速率下被送絲到焊接電弧，這使焊炬16能夠在較高速度下完成工件32的焊接。因此，與相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)焊接相比，本文所述的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的特征的組合可導(dǎo)致焊接速率提高到兩倍(或甚至提高到三倍)。如圖所示，在某些實(shí)施例中，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38也可耦接。例如，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可由硬線耦接，通過無線連接來耦接，在網(wǎng)絡(luò)上耦接，等等。如下文詳細(xì)地論述，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可在示范性焊接系統(tǒng)10的操作期間交換數(shù)據(jù)和信息。更明確地說，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可合作地起作用(例如，利用相互之間的反饋)以調(diào)整示范性焊接系統(tǒng)10的各種操作參數(shù)。應(yīng)注意，可根據(jù)本公開的方面對(duì)圖1的示范性焊接系統(tǒng)10作出修改。雖然在電弧焊工藝的背景下描述所圖示的實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施例的特征可與各種其它適當(dāng)焊接或切割系統(tǒng)和工藝一起利用。例如，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可與等離子體切割系統(tǒng)或板彎曲系統(tǒng)一起使用。更具體來說，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可設(shè)置在等離子體切割器之前以提高等離子體切割操作之前的局部區(qū)域的溫度，因此實(shí)現(xiàn)提高的切割速度。此外，雖然感應(yīng)加熱系統(tǒng)34在本實(shí)施例中定位在焊炬16之前，但感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可定位在其它位置中。例如，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可定位在焊炬16之后以在工件32被焊接且熔合之后對(duì)焊接位置提供熱處理。類似地，某些實(shí)施例可包含不止一個(gè)感應(yīng)加熱系統(tǒng)34或感應(yīng)加熱線圈36，即，第一感應(yīng)加熱系統(tǒng)34或感應(yīng)加熱線圈36，其定位在焊炬16之前以提高局部區(qū)域52的溫度；第二加熱系統(tǒng)34或感應(yīng)加熱線圈36，其定位在焊炬16之后以提供已熔合的焊接位置的熱處理；和/或第三加熱系統(tǒng)34或感應(yīng)加熱線圈36，在焊接工藝之前或之后加熱工件32以降低焊縫的冷卻的速率以防止冶金損壞。圖2是示范性焊接系統(tǒng)10的某些內(nèi)部部件的框圖。如上文所論述，電源18可對(duì)一個(gè)或更多個(gè)焊接電力供應(yīng)器12和/或一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)電力供應(yīng)器38供電。每一焊接電力供應(yīng)器12將電力提供到送絲機(jī)14或焊炬16，并且焊接電力供應(yīng)器12耦接到工件32，因此在焊接操作期間補(bǔ)足焊接電力供應(yīng)器12與焊炬16之間的電路。每一感應(yīng)電力供應(yīng)器38產(chǎn)生交變電流，所述交變電流被供應(yīng)至變壓器42，其中變壓器42隨后將電流導(dǎo)引到感應(yīng)加熱線圈36。如上所述，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可耦接并被配置成交換信息和數(shù)據(jù)(例如，操作參數(shù)、設(shè)定、用戶輸入等)以使焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38能夠合作地起作用。焊接電力供應(yīng)器12包含若干內(nèi)部部件以調(diào)節(jié)焊接系統(tǒng)10的各種操作參數(shù)。在所圖示的實(shí)施例中，焊接電力供應(yīng)器12包含控制電路54、處理器56、存儲(chǔ)器電路58和接口電路60?？刂齐娐?4被配置成將控制信號(hào)施加到焊接電力供應(yīng)器12和/或送絲機(jī)14。例如，控制電路54可將與焊接電力供應(yīng)器12所提供的電壓或電流相關(guān)的控制信號(hào)提供給送絲機(jī)14。控制電路54還可提供用于調(diào)節(jié)送絲機(jī)14的操作的控制信號(hào)(例如，脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào))以調(diào)節(jié)送絲機(jī)14中的電動(dòng)機(jī)組件的占空比等?？刂齐娐?4進(jìn)一步耦接到處理器56、存儲(chǔ)器電路58和接口電路60。接口電路60耦接到焊接電力供應(yīng)器12的用戶接口20。如上文所論述，用戶接口20被配置成使操作員能夠輸入并控制焊接電力供應(yīng)器12的各種設(shè)定。例如，用戶接口20可包含用于選擇輸出到送絲機(jī)14的期望電壓或電流的菜單。此外，用戶接口20可包含焊接工藝或焊絲材料和直徑的菜單或列表。如應(yīng)了解的是，不同焊接工藝、焊絲材料和焊絲直徑可具有不同特性并且可針對(duì)各種操作參數(shù)需要不同配置。例如，需要不同值的配置參數(shù)可包含電壓輸出、電流輸出、送絲速度、送絲轉(zhuǎn)矩等。這些配置參數(shù)的預(yù)設(shè)值以及其它值可針對(duì)各種焊接工藝、焊絲材料和焊絲直徑中的每一個(gè)而存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器電路58中。例如，用戶可從焊接電力供應(yīng)器12的用戶接口20上所顯示的多種不同焊接工藝的菜單中選擇焊接工藝。用戶接口20將焊接工藝的選擇傳達(dá)到接口電路60，其中接口電路60將所述選擇傳達(dá)到處理器56。處理器56接著檢索存儲(chǔ)器電路58中所儲(chǔ)存的焊接工藝的特定配置參數(shù)。此后，處理器56將配置參數(shù)發(fā)送到控制電路54以使得控制電路54可將適當(dāng)控制信號(hào)施加到送絲機(jī)14。在某些實(shí)施例中，如下文所論述，焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54還可將配置參數(shù)傳達(dá)到感應(yīng)電力供應(yīng)器38。在所圖示的實(shí)施例中，感應(yīng)電力供應(yīng)器38包含控制電路62、處理器64、存儲(chǔ)器電路66和接口電路68?？刂齐娐?2被配置成將控制信號(hào)施加到感應(yīng)電力供應(yīng)器38和/或變壓器42。例如，控制電路62可提供控制信號(hào)，所述控制信號(hào)與感應(yīng)電力供應(yīng)器38供應(yīng)到變壓器42的交變電流(例如，交變電流頻率)相關(guān)。此外，控制電路62可調(diào)節(jié)與感應(yīng)電力供應(yīng)器38和/或變壓器42一起使用的冷卻系統(tǒng)的操作。如上所述，感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可使用空氣或冷卻劑以遍布感應(yīng)加熱系統(tǒng)34地提供循環(huán)冷卻。例如，控制電路62可調(diào)節(jié)穿過變壓器42和感應(yīng)加熱線圈36的液體冷卻劑的流動(dòng)以維持感應(yīng)加熱系統(tǒng)34的期望溫度?？刂齐娐?2進(jìn)一步耦接到處理器64、存儲(chǔ)器電路66和接口電路68。接口電路68耦接到感應(yīng)電力供應(yīng)器38的用戶接口40。如上所述，感應(yīng)電力供應(yīng)器38的用戶接口40使操作員能夠調(diào)節(jié)感應(yīng)電力供應(yīng)系統(tǒng)38的一個(gè)或更多個(gè)操作參數(shù)或設(shè)定。例如，用戶接口40可使用戶能夠從設(shè)計(jì)的菜單選擇感應(yīng)加熱線圈36的特定設(shè)計(jì)。如應(yīng)了解的是，不同感應(yīng)加熱線圈36設(shè)計(jì)可具有不同配置參數(shù)。例如，不同設(shè)計(jì)可具有不同最大操作溫度，并且可需要不同頻率的交變電流以取得期望溫度。類似地，用于冷卻感應(yīng)加熱系統(tǒng)34的冷卻劑可具有不同配置參數(shù)(例如，熱傳遞系數(shù)、粘度、流率等)。這些配置參數(shù)的預(yù)設(shè)值以及其它值可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器電路66中。例如，用戶接口40可將感應(yīng)加熱線圈36設(shè)計(jì)的用戶選擇傳達(dá)到接口電路68，其中接口電路68可將所述選擇傳達(dá)到處理器64。處理器64可接著檢索存儲(chǔ)器電路66中所儲(chǔ)存的感應(yīng)加熱線圈36的特定配置參數(shù)。此后，處理器64將配置參數(shù)發(fā)送到控制電路62以使得控制電路62可將適當(dāng)控制信號(hào)施加到感應(yīng)電力供應(yīng)器38和變壓器42。如上所述，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可由硬線、無線連接、網(wǎng)絡(luò)連接等相互耦接。明確地說，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可被配置成相互發(fā)送和接收與焊接系統(tǒng)10的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息。例如，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可相互通信以協(xié)調(diào)感應(yīng)加熱線圈36和焊炬16沿著工件32的速度。如本文所述，在某些實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36與焊炬16兩者是針對(duì)自動(dòng)化操作而設(shè)計(jì)。因此，焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38可耦接并被配置成隨著感應(yīng)加熱線圈36與焊炬16在方向48上沿著工件32行進(jìn)而相互通信并主動(dòng)調(diào)整感應(yīng)加熱線圈36與焊接電弧50之間的距離。例如，在某些實(shí)施例中，焊炬16和感應(yīng)加熱線圈36可各自具有傳感器，所述傳感器被配置成測(cè)量沿著工件32的行進(jìn)速度或溫度。另外舉例，焊接電力供應(yīng)器12可將用戶選擇的焊接工藝(即，由操作員經(jīng)由用戶接口20而選擇的焊接工藝)傳達(dá)到感應(yīng)電力供應(yīng)器38。更具體來說，焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54可將焊接工藝選擇傳達(dá)到感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62。此后，感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62可基于用戶選擇的焊接工藝而修改各種操作參數(shù)中的任一個(gè)。例如，控制電路62可開始或結(jié)束所述工藝，或基于所選擇的焊接工藝而調(diào)節(jié)提供到感應(yīng)加熱線圈36的交變電流的頻率或振幅或穿過變壓器42和/或感應(yīng)加熱線圈36的冷卻劑的流率以取得感應(yīng)加熱線圈36的期望最大溫度。更具體來說，針對(duì)所選擇的焊接工藝，處理器64可從存儲(chǔ)器電路66檢索所選擇的焊接工藝的配置參數(shù)，并將配置參數(shù)發(fā)送到控制電路62。類似地，感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62可將操作信息或數(shù)據(jù)發(fā)送到焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54。例如，控制電路62可將感應(yīng)加熱線圈36的溫度數(shù)據(jù)(例如，最大溫度或?qū)崟r(shí)溫度)發(fā)送到焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54。此后，焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54可響應(yīng)于從感應(yīng)電力供應(yīng)器38接收的數(shù)據(jù)而調(diào)整焊接電力供應(yīng)器和/或送絲機(jī)14的一個(gè)或更多個(gè)操作參數(shù)。例如，焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54可開始或結(jié)束焊接工藝或基于從感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62接收的感應(yīng)加熱線圈36的溫度數(shù)據(jù)而調(diào)整送絲機(jī)14的送絲速度或轉(zhuǎn)矩。如應(yīng)了解的是，針對(duì)由感應(yīng)加熱線圈36提供到焊接電弧50之前的工件32的局部區(qū)域52的較高溫度，可能需要較慢或較快送絲速度。應(yīng)注意，在某些實(shí)施例中，用于感應(yīng)加熱電力和焊接電力的產(chǎn)生和控制的電力供應(yīng)器和控制電路可結(jié)合在一起。也就是說，一些或全部所述電路可設(shè)置在單個(gè)電力供應(yīng)器中，并且某些所述電路可具有兩種功能(例如，操作員接口部件)。此外，中央控制器可將協(xié)調(diào)與同步命令提供到焊接/切割系統(tǒng)與感應(yīng)系統(tǒng)兩者。還應(yīng)注意，雖然在本公開中有時(shí)參照焊炬16和鄰近感應(yīng)加熱系統(tǒng)34的前進(jìn)或移動(dòng)，但依賴于焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)，焊炬16和感應(yīng)加熱系統(tǒng)34事實(shí)上可處于其它位置，而在其它系統(tǒng)中，焊炬16和感應(yīng)加熱系統(tǒng)34可保持大體上固定，而一個(gè)或更多個(gè)工件移動(dòng)。例如，在某些機(jī)械手或自動(dòng)化操作中，在埋弧應(yīng)用中等等，正是此種狀況。兩種情形希望被本公開涵蓋，并且對(duì)移動(dòng)焊炬16和感應(yīng)加熱系統(tǒng)34的引用應(yīng)被理解為包含這些部件與工件32之間的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖3是圖1的感應(yīng)加熱系統(tǒng)34的實(shí)施例的框圖，圖示感應(yīng)電力供應(yīng)器38、降壓變壓器42以及定位在焊炬16所產(chǎn)生的焊接電弧50之前的感應(yīng)加熱線圈36。如上文所論述，變壓器42由電線導(dǎo)體44耦接到感應(yīng)電力供應(yīng)器38。感應(yīng)電力供應(yīng)器38經(jīng)由電線導(dǎo)體44而將交變電流供應(yīng)到變壓器42。從變壓器42，交變電流由電導(dǎo)體46供應(yīng)到感應(yīng)加熱線圈36。具體來說，交變電流經(jīng)由附接到變壓器42的底座72的電力連接70而離開變壓器42。電導(dǎo)體46例如通過釬焊、銅焊或螺栓連接而耦接到電力連接70。如上所述，在某些實(shí)施例中，電導(dǎo)體46可具有中空內(nèi)芯，因此使冷卻劑能夠流經(jīng)電導(dǎo)體46和感應(yīng)加熱線圈36以調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱線圈36的最大溫度。換句話說，電導(dǎo)體46和感應(yīng)加熱線圈36可攜帶交變電流和冷卻劑流。如圖所示，變壓器42由頂板74和底板76支撐。在某些實(shí)施例中，頂板74和底板76可由陶瓷或其它電絕緣材料形成。頂板74和底板76進(jìn)一步耦接到金屬、陶瓷或聚合物框架78。金屬、陶瓷或聚合物框架78可以是可配置的，以使得工件32與感應(yīng)加熱線圈36之間的距離80可被調(diào)整。例如，金屬框架78可進(jìn)一步固定到機(jī)械手操縱器88(例如，參見圖2)，其中機(jī)械手操縱器88被配置成沿著工件32的焊接接頭在多個(gè)平面內(nèi)移動(dòng)并導(dǎo)引感應(yīng)加熱系統(tǒng)34。此外，機(jī)械手操縱器88可耦接到感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62以使得控制電路62可調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱線圈36和/或整個(gè)感應(yīng)加熱系統(tǒng)34相對(duì)于工件32的移動(dòng)和速度。感應(yīng)加熱線圈36的用途是將電流從變壓器42或電力供應(yīng)器12攜載到將被加熱的部件(例如，工件32)。感應(yīng)加熱線圈36基本上是在變壓器42或電力供應(yīng)器12的兩極之間的直接電短路。如果感應(yīng)加熱線圈36發(fā)生任何損壞，那么它可在損壞區(qū)域處快速過熱并熔化。在某些實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36可以是已彎曲或成形或制造為將加熱所述部件(例如，工件32)的形狀的金屬管。水或其它冷卻劑流經(jīng)感應(yīng)加熱線圈36的內(nèi)部以防止感應(yīng)加熱線圈36過熱。如果冷卻劑達(dá)到沸點(diǎn)以致于氣泡形成在感應(yīng)加熱線圈36的內(nèi)表面上，那么氣泡形成障壁，所述障壁阻止冷卻劑從線圈內(nèi)表面的此區(qū)域移除熱。如果未被監(jiān)視，那么感應(yīng)加熱線圈36可由于此氣泡的位置處的局部熔化而受到損壞。例如，感應(yīng)加熱線圈36的招致不同于原始設(shè)計(jì)形狀的形狀的微小凹痕或彎曲可能導(dǎo)致流動(dòng)紊亂或冷卻劑流的滯流區(qū)域，這是冷卻劑加熱到高于沸點(diǎn)的可能位置。并且，金屬的冷加工將降低局部變形區(qū)域處的感應(yīng)加熱線圈36的電導(dǎo)率，這可能導(dǎo)致感應(yīng)加熱線圈36上的點(diǎn)過熱。感應(yīng)加熱線圈36的電導(dǎo)率性質(zhì)是重要物理特性。感應(yīng)加熱線圈36的任何電阻加熱將降低感應(yīng)加熱工藝的效率。用于電阻加熱感應(yīng)加熱線圈36的能量可接著損耗到冷卻劑，并且不可用以加熱所述部件(例如，工件32)。金屬的電導(dǎo)率通過彎曲或成形以及通過合金成分來降低。金屬箔片，如果在制造期間彎曲或成形，將具有在此變形區(qū)域中增大的電阻。相比較高強(qiáng)度的金屬，較低強(qiáng)度的金屬在變形時(shí)將展現(xiàn)較少的電導(dǎo)率降低。因此，感應(yīng)加熱線圈36可在最低強(qiáng)度的機(jī)械條件下由純金屬或近乎純的金屬制成。因此，在某些實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36受到保護(hù)而免受任何彎曲或其它機(jī)械損壞。明確地說，如圖4所圖示，在某些實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36可通過將外部護(hù)套或結(jié)構(gòu)用作線圈保護(hù)殼82來受到保護(hù)。例如，在某些實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36可完全被線圈保護(hù)殼82包圍。此結(jié)構(gòu)必須不導(dǎo)電以防止由感應(yīng)加熱線圈36加熱。較高強(qiáng)度的聚合物和陶瓷材料可用于防止對(duì)感應(yīng)加熱線圈36造成機(jī)械損壞。陶瓷材料可在燒結(jié)之前成形，并且聚合物材料可被鑄造或機(jī)械加工成提供支撐以防止對(duì)感應(yīng)加熱線圈36造成損壞。例如，在某些實(shí)施例中，線圈保護(hù)殼82可以是單件式結(jié)構(gòu)或多件式結(jié)構(gòu)。多件式結(jié)構(gòu)可由全部是相同材料的零件制成，或可由各自可以是不同材料或相同材料的多個(gè)零件制成。例如，在某些實(shí)施例中，線圈保護(hù)殼82可由高密度聚丙烯的兩個(gè)零件制成，因此兩個(gè)零件可分開并容易移除和更換。此外，如果從所加熱的部件(例如，工件32)輻射的熱足以對(duì)線圈保護(hù)殼82造成損壞，那么可使用多個(gè)零件，其中線圈保護(hù)殼82的一部分由可耐受所加熱的部件(例如，工件32)附近的加熱的陶瓷材料制成。一些陶瓷材料易受因感應(yīng)的加熱。在使用這些類型的陶瓷的狀況下，可屏蔽線圈保護(hù)殼82的陶瓷材料不受因電流流過感應(yīng)加熱線圈36而產(chǎn)生的電磁輻射。在這些實(shí)施例中，電磁通量匯聚材料84可放置在感應(yīng)加熱線圈36與線圈保護(hù)殼82的一個(gè)或更多個(gè)陶瓷零件之間。當(dāng)感應(yīng)加熱線圈36在熱成型工藝的狀況下正用于產(chǎn)生加熱點(diǎn)或加熱線，在混合式感應(yīng)電弧焊的狀況下在焊炬16之前產(chǎn)生加熱線或在混合式感應(yīng)切割的狀況下在切割焊炬之前產(chǎn)生加熱線時(shí)，可添加額外陶瓷材料以進(jìn)一步保護(hù)感應(yīng)加熱線圈36免受所述工藝的熱量影響。材料的選擇可依賴于材料的具體性質(zhì)，例如，耐磨性、對(duì)流動(dòng)的液態(tài)金屬或液態(tài)金屬氧化物或其它加熱材料所致的腐蝕的抗性或?qū)附与娀』虻入x子體切割電弧的輻射熱的抗性。對(duì)感應(yīng)加熱線圈36的加熱的敏感性是次要材料性質(zhì)，而耐磨性、耐腐蝕性或?qū)碜噪娀?例如，焊接電弧50)的輻射熱的抗性是借以作出材料選擇的主要性質(zhì)。為了防止電磁場(chǎng)影響陶瓷材料，通過將通量匯聚材料放置在感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)的路徑中，用于保護(hù)感應(yīng)加熱線圈36的這些陶瓷部件可自身受到保護(hù)而免受感應(yīng)加熱線圈36的加熱。例如，圖5圖示具有陶瓷線圈保護(hù)殼82的感應(yīng)加熱線圈36的實(shí)施例，在感應(yīng)加熱線圈36與陶瓷線圈保護(hù)殼82之間使用通量匯聚材料84。更具體來說，如圖5所圖示，在某些實(shí)施例中，通量匯聚材料84可設(shè)置在感應(yīng)加熱線圈36周圍。以此方式減少或防止磨損和其它降級(jí)的通量匯聚材料84可包含耐熱的、非金屬的、耐磨的并且電絕緣的材料，例如，纖維加強(qiáng)材料、淬火玻璃或復(fù)合物。防止對(duì)感應(yīng)加熱線圈36造成損壞的另一方法是感測(cè)到感應(yīng)加熱線圈36可能因碰撞而受損，并且激活一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置以防止碰撞和損壞。例如，如圖6所圖示，在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)傳感器86可用于保護(hù)線圈免受碰撞和損壞。例如，在某些實(shí)施例中，激光高度/距離傳感器86(或其它位置檢測(cè)傳感器)可用于感測(cè)以防止感應(yīng)加熱線圈36隨著感應(yīng)加熱線圈36沿著并接近非平坦表面移動(dòng)而與所述表面碰撞，或防止感應(yīng)加熱線圈36與從所述表面突起的物體碰撞。如圖2所圖示，在某些實(shí)施例中，機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可由來自一個(gè)或更多個(gè)傳感器86的信號(hào)控制以移動(dòng)感應(yīng)加熱線圈36來避免與物體碰撞。還可能使用多個(gè)激光距離傳感器86，或使一個(gè)或更多個(gè)激光距離傳感器86指向不同方向，或在不同位置處的彎曲表面上，將數(shù)據(jù)輸入提供到控制電路(例如，分別提供到焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)，并且針對(duì)控制電路54、62，控制多個(gè)機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以防止與彎曲表面碰撞，但維持感應(yīng)加熱線圈36與表面的恒定對(duì)峙距離。替代的碰撞檢測(cè)方法是可能的，包含檢測(cè)小程度的撓曲的接頭。在達(dá)到小程度的撓曲之后，運(yùn)動(dòng)可停止以防止損壞。此外，在系統(tǒng)10中感測(cè)到高于正常程度的力可用于感測(cè)碰撞并在發(fā)生損壞之前停止系統(tǒng)10。此外，在某些實(shí)施例中，控制電路(例如，分別為焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)可控制多個(gè)機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以獨(dú)立控制焊炬16和變壓器42和/或感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于正加工的工件32的位置、取向和/或移動(dòng)。例如，機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可包含獨(dú)立定位系統(tǒng)，所述獨(dú)立定位系統(tǒng)設(shè)置在混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90(例如，參見圖7A、圖7B、圖9和圖10)的共同殼體(例如，參見圖9和圖10所圖示的殼134)內(nèi)。更具體來說，在某些實(shí)施例中，設(shè)置在混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的共同殼體134內(nèi)的獨(dú)立定位系統(tǒng)可包含多軸定位系統(tǒng)，其中所述多軸定位系統(tǒng)被配置成獨(dú)立地調(diào)整焊炬16和變壓器42和/或感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于共同殼體134并因此相對(duì)于正加工的工件32的位置、取向和/或移動(dòng)。因此，這些多軸定位系統(tǒng)形成本文所述的機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一部分。如果感應(yīng)加熱線圈36移動(dòng)得過于遠(yuǎn)離正被感應(yīng)加熱線圈36加熱的部件(例如，工件32)的表面，那么與金屬部件耦合的電磁場(chǎng)將減小，并且能量傳遞將減少。此狀況可能導(dǎo)致感應(yīng)加熱線圈36過熱，并有可能受損。在此情形下，一個(gè)或更多個(gè)激光距離傳感器86保護(hù)感應(yīng)加熱線圈36以免過熱。在某些實(shí)施例中，圓形氣刀92可用于將氣簾引導(dǎo)到正成形的金屬(例如，工件32)的表面。圖7A和圖7B示出根據(jù)本公開的方面的感應(yīng)加熱頭組件90的內(nèi)部部件的實(shí)施例的兩個(gè)不同的立體圖。如圖示，感應(yīng)加熱線圈36與圓形氣刀92和水噴頭94一起使用。在所圖示的實(shí)施例中，感應(yīng)加熱線圈36是電磁場(chǎng)通量匯聚器84所圍繞的圓形線圈。然而，如本文所述，也可結(jié)合圓形氣刀92而使用感應(yīng)加熱線圈36和電磁場(chǎng)通量匯聚器84的其它配置。圖8是圓形氣刀92和水噴頭94的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。應(yīng)了解，可在不同實(shí)施例中使用圓形氣刀92和水噴頭94的其它配置。在圖8所圖示的實(shí)施例中，圓形氣刀92具有截頭圓錐形狀，并且截頭圓錐形氣刀92被水噴頭94圍繞，其中水噴頭94供應(yīng)遵循箭頭96、98所圖示的路徑直到工件32的水霧。應(yīng)注意，雖然在這里被描述為使用水，但可使用其它冷卻劑(例如，諸如液化氬氣等液化氣、例如干冰霜等固化氣等)來替代水，這特別是為了提高可與水反應(yīng)的金屬的冷卻速率。在所圖示的實(shí)施例中，空氣110由內(nèi)部通道102輸送，其中內(nèi)部通道102使空氣110在向下路徑上開始，接著使氣流朝向截頭圓錐形氣刀92的中央徑向向內(nèi)轉(zhuǎn)向，如箭頭104所圖示。在鄰近于截頭圓錐形氣刀92的開口處，空氣輸送裝置通道102變窄并形成氣幕，其中氣幕產(chǎn)生與氣幕所遵循的彎曲表面相符的流動(dòng)。表面的彎曲結(jié)束在與對(duì)應(yīng)截頭圓錐形氣刀92相同的流動(dòng)角度，以使得流動(dòng)空氣110的氣幕接著轉(zhuǎn)移到、并遵循截頭圓錐形氣刀92的表面，向下直達(dá)工件32。截頭圓錐形氣刀92圍繞感應(yīng)加熱線圈36，所述感應(yīng)加熱線圈36鄰近于工件32而固持，從而在工件32上形成加熱區(qū)域。遵循箭頭76、78所圖示的路徑的水霧通過箭頭106、108、110所圖示的氣流遠(yuǎn)離工件32上的加熱區(qū)域地被引導(dǎo)。因此，截頭圓錐形氣刀92維持金屬的溫度，從而防止熱通過傳導(dǎo)而擴(kuò)散到周圍材料。圓形氣刀92的截頭圓錐形狀(即，較小端部接近工件32)在工件32的表面處提供局部氣壓的略微提高，因此隨著圓形氣刀92沖擊工件32而強(qiáng)迫氣流向外，從而防止來自周圍水簾的任何水滴在圓形氣刀92內(nèi)飛濺并撞擊在工件32上。圓形氣刀92的沖擊環(huán)內(nèi)的工件32上的相對(duì)干燥的點(diǎn)是感應(yīng)加熱線圈36產(chǎn)生加熱點(diǎn)的位置。此干燥區(qū)域具有兩個(gè)重要目標(biāo)：1)工件32的表面上的任何水降低感應(yīng)加熱效率；以及2)工件32的表面上的水中斷從工件32的表面反射的激光，因此使一個(gè)或更多個(gè)激光距離傳感器86檢測(cè)到錯(cuò)誤的高度讀數(shù)，所述高度讀數(shù)用于控制機(jī)械手操縱器88以維持感應(yīng)加熱線圈36的最佳對(duì)峙距離?，F(xiàn)參照?qǐng)D7A和圖7B，如圖示，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90包含一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86，其被設(shè)置成鄰近于圓形氣刀92和/或噴頭94，以使得一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86可檢測(cè)其相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的距離(高度)，籍此，此距離可用作指標(biāo)以確定感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的位置。更具體來說，一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86可通信地耦接到控制電路(例如，分別為焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)，并且控制電路54、62可從一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86接收信號(hào)，并確定如何相應(yīng)地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作。例如，如本文所述，控制電路54、62可控制多個(gè)機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以防止感應(yīng)加熱線圈36與正加熱的部件(例如，工件32)的表面碰撞，并且維持感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的恒定對(duì)峙距離。如圖7A和圖7B所圖示，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含通信地耦接到一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86的獨(dú)立激光高度傳感器模塊112(例如，設(shè)置在混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的殼內(nèi))，并且激光高度傳感器模塊112可被配置成從一個(gè)或更多個(gè)激光高度傳感器86接收信號(hào)，并確定如何相應(yīng)地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作。例如，激光高度傳感器模塊112可包含其自身的的控制電路(例如，類似于本文所述的控制電路54、62，被配置成執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中所存儲(chǔ)的代碼的一個(gè)或更多個(gè)處理器)，用于確定感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的距離并因此至少部分地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作(例如，單獨(dú)地控制或分別提供與焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路的協(xié)調(diào)控制)。例如，激光高度傳感器模塊112可被配置成將控制信號(hào)發(fā)送到多個(gè)機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以防止感應(yīng)加熱線圈36與正加熱的部件(例如，工件32)的表面碰撞，并且維持感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的恒定對(duì)峙距離。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含紅外溫度傳感器模塊114(例如，設(shè)置在混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的殼內(nèi))，其中紅外溫度傳感器模塊114包含一個(gè)或更多個(gè)紅外溫度傳感器，并被配置成確定如何相應(yīng)地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作。例如，紅外溫度傳感器模塊114可包含其自身的控制電路(例如，類似于本文所述的控制電路54、62，被配置成執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中所存儲(chǔ)的代碼的一個(gè)或更多個(gè)處理器)，用于確定接近感應(yīng)加熱線圈36和/或正加熱的部件(例如，工件32)的表面的溫度并因此至少部分地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作(例如，單獨(dú)地控制或分別提供與焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路的協(xié)調(diào)控制)。例如，紅外溫度傳感器模塊114可被配置成將控制信號(hào)發(fā)送到焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54和/或感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62以調(diào)整由焊接電力供應(yīng)器12和/或感應(yīng)電力供應(yīng)器38供應(yīng)到混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的焊接和/或感應(yīng)電力，發(fā)送控制信號(hào)以控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90相對(duì)于正加熱的部件(例如，工件32)的表面的位置、取向和/或移動(dòng)，調(diào)整由混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的空氣和/或冷卻劑的流率和/或溫度，等等。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含壓縮空氣歧管116，其中壓縮空氣歧管116被配置成將壓縮空氣輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面。例如，在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)氣閥118可受到控制，以使得輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的一股或更多股氣流(例如，由圖8所圖示的截頭圓錐形氣刀92導(dǎo)引的空氣100)的流率可受到控制。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含一個(gè)或更多個(gè)氣流傳感器120，其中一個(gè)或更多個(gè)氣流傳感器120被配置成檢測(cè)輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的多股氣流(例如，由圖8所圖示的截頭圓錐形氣刀92導(dǎo)引的空氣100)的流率。一個(gè)或更多個(gè)氣流傳感器120可通信地耦接到控制電路(例如，分別耦接到焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)，并且控制電路54、62可從一個(gè)或更多個(gè)氣流傳感器120接收信號(hào)，并確定如何例如通過操作一個(gè)或更多個(gè)氣流閥118以調(diào)整輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的氣流的流率來相應(yīng)地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含水歧管122，其中水歧管122被配置成例如通過噴頭94將水(或其它冷卻劑)輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含一個(gè)或更多個(gè)水流率傳感器124和/或一個(gè)或更多個(gè)水溫傳感器126，其中一個(gè)或更多個(gè)水流率傳感器124和/或一個(gè)或更多個(gè)水溫傳感器126被配置成分別檢測(cè)輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的多股水流(例如，圖8所圖示的水霧96、98)的流率和/或溫度。一個(gè)或更多個(gè)水流率傳感器124和/或一個(gè)或更多個(gè)水溫傳感器126可通信地耦接到控制電路(例如，分別耦接到焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)，并且控制電路54、62可從一個(gè)或更多個(gè)水流率傳感器124和/或一個(gè)或更多個(gè)水溫傳感器126接收信號(hào)，并確定如何例如通過調(diào)整輸送到正加熱的部件(例如，工件32)的表面的多股水流的流率和/或溫度來相應(yīng)地控制混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作。如本文所述，在某些實(shí)施例中，圖7A和圖7B所圖示的所有部件可設(shè)置在混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的單個(gè)殼內(nèi)。因此，如圖7A所圖示，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含復(fù)合安裝部128，其用于將變壓器42安裝到混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的安裝支架130。各種支架132對(duì)混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的許多其它部件提供支撐，并如圖7B所圖示，為混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的殼134提供支撐結(jié)構(gòu)，焊炬16和一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36(以及圖4到圖8所圖示的其它內(nèi)部部件)可至少部分封閉在所述殼134中。圖9是混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的保護(hù)殼134的側(cè)視圖。保護(hù)殼134可包括許多不同保護(hù)材料，包含(但不限于)高密度聚丙烯、陶瓷、有機(jī)玻璃或其它保護(hù)材料。此外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含檢修蓋136，其中檢修蓋136被配置成便于訪問混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的內(nèi)部部件(圖示在圖7A和圖7B中)。例如，在圖示實(shí)施例中，檢修蓋136被配置成樞轉(zhuǎn)打開，如箭頭138所圖示。如圖9還圖示，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可還包含設(shè)置在保護(hù)殼134外部的機(jī)動(dòng)安裝件140。在某些實(shí)施例中，機(jī)動(dòng)安裝件140便于混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的360°旋轉(zhuǎn)(例如，圍繞軸線142，如箭頭144所圖示)。例如，機(jī)動(dòng)安裝件140可包含電動(dòng)機(jī)，其中電動(dòng)機(jī)被配置成導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)使得混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90旋轉(zhuǎn)。此外，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的機(jī)動(dòng)安裝件140便于將混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90耦接到多個(gè)機(jī)械手操縱器88或本文所述的其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(例如，參見圖2)。例如，圖10是耦接到機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)146、148的混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的立體圖。在某些實(shí)施例中，第一機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)146可便于混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的機(jī)動(dòng)安裝件140的x軸和y軸線性運(yùn)動(dòng)，而第二機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)148可便于混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的機(jī)動(dòng)安裝件140的z軸機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)參照?qǐng)D6，雖然被描述為用于混合式感應(yīng)電弧焊工藝的焊炬16，但在其它實(shí)施例中，焊炬16可由用于混合式感應(yīng)切割工藝的等離子體切割焊炬來替代，或其它混合式金屬加工和感應(yīng)加熱工藝可使用其它類型的金屬加工工具來實(shí)施。實(shí)際上，在某些實(shí)施例中，焊炬16(以及等離子體切割焊炬等)可以是可從混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90移除并更換的(即，保持混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的內(nèi)部部件的剩余部分不變)，以使得不同混合式感應(yīng)加熱工藝可由混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90以相對(duì)極小的工作量來實(shí)施。除具有可移除且可更換的焊炬16和/或等離子體切割焊炬等之外，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的感應(yīng)加熱線圈36也可以是可移除且可更換的。實(shí)際上，在某些實(shí)施例中，多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36可安裝到混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90中以便于被焊接、切割、成形等的部件(例如，工件32)的不同配置。例如，圖11A和圖11B圖示針對(duì)對(duì)焊接頭的兩種感應(yīng)加熱線圈36配置。如圖11A所圖示，在某些實(shí)施例中，單個(gè)感應(yīng)加熱線圈36可設(shè)置在正焊接的部件(例如，工件32)的第一側(cè)上。在其它實(shí)施例中，第一感應(yīng)加熱線圈36可設(shè)置在正焊接的部件(例如，工件32)的第一側(cè)上，而第二(例如，背側(cè))感應(yīng)加熱線圈36可設(shè)置在正焊接的部件(例如，工件32)的第二、相對(duì)側(cè)(例如，背側(cè))上。圖12A到圖12H圖示針對(duì)T形角焊接頭的各種感應(yīng)加熱線圈36配置。在某些實(shí)施例中，可結(jié)合混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90來使用焊接背襯150。更具體來說，如圖13A所圖示，在對(duì)焊接頭的情形下，焊接背襯150可設(shè)置在正焊接的部件(例如，工件32)與混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)的一側(cè)上。圖13A還圖示用于對(duì)焊接頭中的焊接背襯150的各種形狀。類似地，如圖13B所圖示，在T形角焊接頭的情形下，焊接背襯150可設(shè)置在正焊接的部件(例如，工件32)之一與混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)的一側(cè)上。圖13B還圖示用于T形角焊接頭中的焊接背襯150的示范性形狀。圖13A和圖13B所圖示的焊接背襯150可由各種材料制成，包含(但不限于)銅、水冷卻銅、陶瓷、粉末狀助焊劑、玻璃纖維、玻璃纖維織布等。如本文所述，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90可包含各種傳感器和/或傳感器模塊，其中所述傳感器和/或傳感器模塊被配置成檢測(cè)混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的操作參數(shù)(例如，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于工件32的表面的位置、取向和/或移動(dòng)、空氣和/或冷卻劑流率和/或溫度、焊接電力、感應(yīng)加熱電力等)并出于調(diào)整操作參數(shù)的目的而將信號(hào)發(fā)送到控制電路(例如，分別發(fā)送到焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)。例如，如圖14A和圖14B所圖示，在某些實(shí)施例中，混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的感應(yīng)加熱線圈36與工件32的表面之間的距離152(被稱為“線圈對(duì)峙距離”)可例如由一個(gè)或更多個(gè)機(jī)械手操縱器88或本文所述的其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(例如，參見圖2)至少部分基于來自混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的各種傳感器和/或傳感器模塊的反饋來連續(xù)調(diào)整。此外，如圖15A和圖15B所圖示，在某些實(shí)施例中，工件32之間的距離154(被稱為“焊接間隙距離”)可例如由一個(gè)或更多個(gè)機(jī)械手操縱器88或本文所述的其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(例如，參見圖2)至少部分基于來自混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的各種傳感器和/或傳感器模塊的反饋來連續(xù)調(diào)整。本文所述的混合式感應(yīng)金屬加工工藝精確地施加附加的熱，加速所述工藝，以使得例如焊接金屬和底料金屬每單位的焊縫長(zhǎng)度不具有附加的熱，并在減少變形以及變形相關(guān)問題的位置施加熱。通過將感應(yīng)熱用于將焊接接頭的表面升高到較高溫度或甚至接近熔化，焊接電弧的熱可用于使焊絲熔化，并且所述工藝可在比常規(guī)焊接高得多的行進(jìn)速度下運(yùn)行。電弧可主要局限于窄焊接接頭間隙中，因此少得多的電弧能量被損耗到周圍環(huán)境中，因此導(dǎo)致電弧等離子體中的能量的有效得多的使用。需要?jiǎng)诹筒牧弦约坝?jì)劃時(shí)間的焊接缺陷減少，因此導(dǎo)致較高的總生產(chǎn)率。此外，當(dāng)使用常規(guī)焊接技術(shù)時(shí)，窄間隙焊接是僅將焊接電弧用于加熱時(shí)的問題——間隙需要相對(duì)寬，并且通常需要在頂部較寬以容納焊接電弧。通過本文所述的改進(jìn)的混合式感應(yīng)金屬加工工藝，可使用窄得多的間隙，這是因?yàn)殡娀】扇菀兹谌胍呀?jīng)較接近熔點(diǎn)的焊接邊緣中，而不需要機(jī)械加工或研磨焊接接頭來使頂部開口。因?yàn)檎g隙導(dǎo)致耗材的減少的使用，生產(chǎn)率也提高。填充焊接接頭間隙所需的金屬的量由熔熔化焊絲供應(yīng)。較窄間隙將必定減少焊絲消耗，這本質(zhì)上是將原本使用常規(guī)焊接間隙的情況下昂貴焊絲的消耗替換為正結(jié)合的部件(例如，工件32)的便宜得多的底料金屬。窄間隙也減少保護(hù)氣體或助焊劑的量。因此，生產(chǎn)率提高，所述生產(chǎn)率可表示為每單位成本而產(chǎn)生的焊縫長(zhǎng)度的比率的度量。此外，焊炬16(特別是更換部件)的磨損和損壞通常通過總“電弧接通”時(shí)間來測(cè)量。所述工藝的提高的速度減少電弧接通的時(shí)間量，因此減少焊炬16以及送絲機(jī)的磨損和損壞。能量的使用也是如此——作為能量輻射器，到周圍環(huán)境的電弧等離子體損耗可以是30％到50％。感應(yīng)加熱通常是8％或更小的能量損耗，這導(dǎo)致生產(chǎn)率的額外提高。如本文所使用，術(shù)語“窄間隙”旨在涵蓋由工件32之間分別在工件32的頂部和底部的相對(duì)類似的寬度表征的間隙。例如，在某些實(shí)施例中，工件32之間在工件32的頂部的寬度可僅比工件32之間在工件32的底部的寬度大了約10％到75％，這可導(dǎo)致約10°到約25°、約1°到約10°、約0°到約5°、約0°到約2.5°或甚至更小的窄間隙的相對(duì)小的角度。實(shí)際上，在某些實(shí)施例中，工件32之間在工件32的頂部的寬度可實(shí)質(zhì)上類似于工件32之間在工件32的底部的寬度(例如，在0％到5％內(nèi))，這可導(dǎo)致約0°(例如，小于約1°、小于約0.5°，等等)的窄間隙的角度。應(yīng)了解，其它不那么窄的角度(例如，約35°到約45°)也可從本文所公開的實(shí)施例獲益。由于關(guān)于焊接電弧可用能量水平的各種約束條件，焊接接頭(明確地說，在結(jié)合較厚金屬時(shí))被切割、研磨或機(jī)械加工以使其在最接近焊接電弧的表面處具有較大的輪廓。工業(yè)統(tǒng)計(jì)表明需要較多時(shí)間(可能多達(dá)雙倍的時(shí)間)來設(shè)置切割機(jī)以制造此斜角焊接接頭輪廓或V形接頭輪廓。圖16圖示在其中使用V形接頭輪廓的常規(guī)焊接操作以及焊接電弧50的結(jié)果能量損耗156。更多的時(shí)間和成本被花費(fèi)來形成其它類型的焊接接頭輪廓(例如，J形槽或U型槽)以及類似的結(jié)果能量損耗。圖17圖示一種焊接工藝(例如，GMAW焊接工藝)，其中大體上平直的窄間隙158設(shè)置在擬結(jié)合的工件32之間。明確地，在所圖示的實(shí)施例中，窄間隙158的內(nèi)表面(例如，相互面對(duì)的表面)159可實(shí)質(zhì)上相互平行(例如，在5°內(nèi)、在2°內(nèi)，在1°內(nèi)，或甚至更小)。感應(yīng)加熱線圈36用于加熱工件32。焊接電弧50的熱分布通常與感應(yīng)熱分布平衡以在窄間隙158中提供較平衡的加熱分布。更具體來說，如圖17所圖示，由于感應(yīng)加熱線圈36和焊炬16相對(duì)于工件32的定位(這同樣可由本文所述的控制電路主動(dòng)控制)，感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)加熱分布與焊炬16所產(chǎn)生的焊接電弧加熱分布的組合可貫穿工件32之間所形成的平直窄間隙158的整個(gè)厚度wnarrow而平衡(例如，實(shí)質(zhì)上均勻地分布)。例如，在某些實(shí)施例中，工件32的內(nèi)表面159上所產(chǎn)生的熱可沿著內(nèi)表面159變化不到15％、不到10％、不到5％、不到2％，等等。焊縫已通過本文所述的零寬度平頭對(duì)焊接頭間隙的混合式感應(yīng)焊接工藝而產(chǎn)生。已表明，所述工藝以大到0.125"的間隙158產(chǎn)生可接受的焊縫?？瓷先タ尚械氖?，以大到0.375"或更大的間隙158產(chǎn)生焊縫，然而，生產(chǎn)率方面的主要優(yōu)點(diǎn)是從盡可能窄的間隙158(例如，小于約0.375"、小于約0.125"，等等)獲得的。應(yīng)了解，焊接電弧50所產(chǎn)生的熱分布與感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)熱分布之間的平衡可由焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54、感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路主動(dòng)控制。例如，焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54、感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路可從本文所述的各種傳感器和/或傳感器模塊接收信號(hào)，所述信號(hào)與混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的所檢測(cè)的操作參數(shù)相關(guān)，并且可確定(例如，估計(jì))焊接電弧50所產(chǎn)生的熱分布和/或感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)熱分布，接著確定組合的熱分布(例如，焊接電弧50所產(chǎn)生的所估計(jì)的熱分布和/或感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的所估計(jì)的感應(yīng)熱分布的組合)，并調(diào)整某些操作參數(shù)以平衡焊接電弧50所產(chǎn)生的熱分布以及感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)熱分布以例如將工件32中的變形和應(yīng)力減到最小。例如，在某些實(shí)施例中，焊炬和/或感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于工件32的定位可例如由一個(gè)或更多個(gè)機(jī)械手操縱器88或本文所述的其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(例如，參見圖2)至少部分基于焊接電力供應(yīng)器12的控制電路54、感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路所執(zhí)行的算法來連續(xù)調(diào)整，以至少部分基于來自混合式感應(yīng)加熱/焊接組件90的各種傳感器和/或傳感器模塊的反饋而確定(估計(jì))焊接電弧50所產(chǎn)生的熱分布和/或感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)熱分布，并且接著確定組合的熱分布(例如，焊接電弧50所產(chǎn)生的所估計(jì)的熱分布和/或感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的所估計(jì)的感應(yīng)熱分布的組合)。對(duì)于常規(guī)電弧焊工藝來說，側(cè)壁熔合缺陷在窄間隙焊接中是常見的。缺陷修復(fù)在材料和勞力方面是昂貴的，并導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃延遲，并且因此顯著危害到生產(chǎn)率。由于獨(dú)立控制的感應(yīng)加熱線圈36和電弧等離子體(例如，由焊炬16產(chǎn)生)的組合所產(chǎn)生的平衡加熱，側(cè)壁熔合缺陷減少或消除。雖然單個(gè)感應(yīng)加熱線圈36的使用可能是本文所述的混合式感應(yīng)焊接工藝的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用，但可使用多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。明確地說，在某些實(shí)施例中，單個(gè)寬感應(yīng)加熱線圈36可跨過焊接接頭間隙，從而同時(shí)加熱兩側(cè)(例如，參見圖18A)。相反，在其它實(shí)施例中，焊接接頭間隙的兩側(cè)上的雙重平行感應(yīng)加熱線圈36可用于將感應(yīng)加熱提高到兩倍，并且隨著焊接電弧送絲速度和電力電平的提高，將焊接速度提高到兩倍或兩倍以上(例如，參見圖18B)。在某些實(shí)施例中，也可串聯(lián)地使用多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36。例如，兩個(gè)相對(duì)寬的感應(yīng)加熱線圈36(沿著焊縫在焊炬16之前，一個(gè)在另一個(gè)之前)可用于將感應(yīng)電力提高到兩倍。此外，如圖19A所圖示，在某些實(shí)施例中，可串聯(lián)地使用多組平行感應(yīng)加熱線圈36，以將感應(yīng)加熱電力提高到四倍。此外，如圖19B所圖示，在其它實(shí)施例中，可使用感應(yīng)加熱線圈36的其它組合，例如，兩個(gè)平行感應(yīng)加熱線圈36進(jìn)一步在焊接方向160的前方(例如，進(jìn)一步在焊炬16之前)與單個(gè)寬感應(yīng)加熱線圈36串聯(lián)地設(shè)置。多個(gè)取向是可能的，包含將感應(yīng)加熱線圈36設(shè)置在焊縫的背側(cè)上，或定位成對(duì)于期望的滲透偏愛的方向或根據(jù)訪問限制的規(guī)定而定位。完工的焊縫輪廓(橫截面)表明熔化材料偏愛具有感應(yīng)加熱的區(qū)域。因此，感應(yīng)加熱線圈36相對(duì)于接頭的定位增加了另一級(jí)別的控制以影響完工的焊縫的滲透輪廓或切割工藝的優(yōu)選方向。例如，在將較厚構(gòu)件結(jié)合到較薄構(gòu)件的狀況下，感應(yīng)加熱可用于在厚構(gòu)件上確保充分的滲透，而在較薄構(gòu)件上不存在過量加熱。此工藝可實(shí)現(xiàn)在過去使用常規(guī)工藝太難以實(shí)現(xiàn)的接頭。此外，焊接滲透將偏愛材料已被加熱的位置。因此，通過策略性地布置感應(yīng)加熱，可優(yōu)化完工的焊接滲透位置、深度、寬度或其它關(guān)鍵的橫截面量度?？捎糜谑艿綒怏w保護(hù)的混合式感應(yīng)電弧工藝的焊接保護(hù)氣體的類型不存在限制。所有標(biāo)準(zhǔn)焊接保護(hù)氣體應(yīng)能夠?qū)Ρ疚乃龅幕旌鲜礁袘?yīng)電弧焊工藝提供保護(hù)。所述工藝提供產(chǎn)生新氣體混合物的機(jī)會(huì)，其中所述新氣體混合物增強(qiáng)混合式感應(yīng)電弧焊，但可能不適于常規(guī)電弧焊工藝。例如，可使用含有其中氦氣的比例較高的氬氣與氦氣的混合物的焊接氣體，以增強(qiáng)電弧特性。在焊接接頭間隙在頂部較寬的普通焊接工藝中，含有較高百分比的低密度氣體的氣體混合物將容易分離，并且低密度氣體可容易穿過寬間隙開口逸出。例如，在氬氣/氦氣混合物中，氬氣將容易集中在焊接接頭的底部，并且氦氣集中在焊接接頭的頂部。對(duì)于常規(guī)GMAW工藝來說，保護(hù)氣體中的氦氣的最高含量是75％，然后，對(duì)于本文所述的混合式感應(yīng)加熱工藝來說，具有75％到95％的氦氣的保護(hù)氣體將提供具有卓越側(cè)壁潤(rùn)濕能力的較熱電弧，以防止缺陷形成。氦氣比氬氣更昂貴，但極窄焊接接頭間隙約束了所需要的氣體的體積的寬度，并且較低成本的前導(dǎo)氣體和拖尾氣體的使用將保護(hù)氣體約束到小體積，因此降低成本，并提高作為每單位焊縫長(zhǎng)度的成本的度量的生產(chǎn)率。其它焊接氣體混合物可與本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊工藝一起使用，其中這些焊接氣體混合物通常將不用于常規(guī)氣體保護(hù)焊接工藝。例如，約17％的氬氣(例如，在約15％到20％范圍內(nèi)的氬氣)與約83％的氦氣(例如，在約80％到85％范圍內(nèi)的氦氣)的氣體混合物可用于本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊(或切割)工藝。本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊(或切割)工藝可利用比普通金屬制造工藝更快的行進(jìn)速度。因此，常規(guī)氣體輸送機(jī)構(gòu)可能是不足的。例如，常規(guī)工藝主要使用一個(gè)氣體流噴嘴(例如，用以從氣體源22輸送保護(hù)氣體)。相比之下，本文所述的系統(tǒng)10可能需要前導(dǎo)氣體噴嘴、主要?dú)怏w噴嘴和拖尾氣體噴嘴。通過額外輸送位置，可針對(duì)特定目的(例如，加熱、表面張力、凈化氮?dú)獾膮^(qū)域、攪拌作用、工藝動(dòng)態(tài)特性等)來優(yōu)化每一位置處的氣體燃燒。在常規(guī)氣體保護(hù)電弧焊工藝中，一旦已完成焊接電弧，等離子體便終止到液態(tài)金屬池中。相反，通過本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊工藝，窄間隙158完全以電弧50填充，以使得電弧力將液態(tài)金屬保持在焊接接頭間隙的此區(qū)域之外，這本質(zhì)上產(chǎn)生阻攔液態(tài)金屬的“河流”的壩，如圖20所圖示。隨著焊炬16沿著接頭移動(dòng)，液態(tài)金屬在焊接電弧50之后填充。為了獲得良好的側(cè)壁熔合，重要的是將液態(tài)金屬的薄膜保持涂布在焊接接頭間隙側(cè)面。因此，在與液態(tài)金屬接觸時(shí)減少液態(tài)金屬池的表面能量的保護(hù)氣體組份將容易促進(jìn)對(duì)具有液態(tài)金屬的焊接接頭間隙的表面的均勻涂布。這是因?yàn)?，如果在液態(tài)金屬涂布中出現(xiàn)間隙，那么間隙將產(chǎn)生較高能量表面，因此液態(tài)金屬將伸長(zhǎng)以維持固態(tài)金屬表面的覆蓋。將表面能量減到最小的傾向是表面和界面的形態(tài)和組成中的絕對(duì)性因素。通常，如果相對(duì)于周圍環(huán)境的液態(tài)表面能量低于固態(tài)金屬表面的能量，那么液體進(jìn)行的表面的潤(rùn)濕被促進(jìn)。含有降低液體的表面能量的氣體的氣體混合物因此將促進(jìn)具有液態(tài)金屬的金屬表面的涂布。例如，液態(tài)鐵中僅50ppm的硫的存在將表面張力減小約20％。六氟化硫是不起反應(yīng)并且無毒的密度相對(duì)大的氣體，并且用作液體產(chǎn)物的氣霧劑輸送的推進(jìn)劑。因此，例如，約17％的氬氣(例如，在約15％到20％范圍內(nèi)的氬氣)、約82.5％的氦氣(例如，在約80％到85％范圍內(nèi)的氦氣)以及約0.5％的六氟化硫(例如，在約0.1到1.0％范圍內(nèi)的六氟化硫)的氣體混合物可用于促進(jìn)焊接接頭間隙的側(cè)面的潤(rùn)濕，并防止側(cè)面熔合缺陷?？膳c本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊工藝一起使用的焊絲的類型不存在限制。然而，粉末狀金屬芯焊絲容易產(chǎn)生具有較均勻直徑的焊接電弧50，這將從電弧等離子體提供更均勻的熱分布。因?yàn)楸疚乃龅幕旌鲜礁袘?yīng)電弧焊工藝不需要來自電弧50的同樣多的能量就能加熱基底材料(例如，工件32)，所以焊絲可被優(yōu)化以施加較多的能量來使焊絲熔化。例如，可使用較具阻性的實(shí)心焊絲或其外部包層較具阻性(通過厚度或合金化)的金屬芯焊絲，以使得焊絲較容易熔化。相對(duì)于基底材料增加在焊絲上的加熱的焊接工藝可用于提高熔化速率。例如反接(例如，DCEN)焊接、延伸的電極伸出以及AC焊接工藝等工藝可用于在焊絲上施加較多熱。通常，原本具有低劣滲透性的工藝現(xiàn)在可與本文所述的混合式感應(yīng)加熱電弧焊工藝一起使用。已表明通過本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊工藝而以最大速度產(chǎn)生高質(zhì)量焊縫的某些示范性焊絲/氣體組成例如包含：(1)使用具有下文表1所示的組成的鐵合金焊絲，并使用約17％的氬氣/約83％的氦氣的氣體混合物；(2)使用具有下文表1所示的組成的鐵合金焊絲，并使用約17％的氬氣/約82.5％的氦氣/約0.5％的六氟化硫的氣體混合物；以及(3)使用具有下文表1所示的組成的鐵合金焊絲，并使用約10％的二氧化碳/約90％的氬氣的氣體混合物。焊接金屬分析碳(C)0.03錳(Mn)1.57硅(Si)0.69磷(P)0.001硫(S)0.006表1當(dāng)焊縫中的熱不是均勻分布時(shí)，導(dǎo)致焊縫變形。當(dāng)金屬冷卻時(shí)，金屬與金屬的溫度成比例地收縮(參見圖16)。對(duì)于電弧焊來說，電弧輻射熱能。焊縫的較接近電弧的部分相比焊縫的與電弧相對(duì)的一側(cè)上的金屬接收較多熱。隨著焊縫冷卻，較熱區(qū)相比較冷區(qū)較多地收縮。這導(dǎo)致在焊縫中產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力。不均勻熱應(yīng)力導(dǎo)致在進(jìn)行焊接工藝之前，金屬?gòu)牟考脑汲叽玳_始變形。圖21圖示可由常規(guī)焊接電弧產(chǎn)生的不均勻熱分布162以及工件從其原始形狀164到變形形狀166的變形變形。本文所述的混合式感應(yīng)電弧焊工藝?yán)脙蓚€(gè)獨(dú)立熱源(例如，焊接電弧50所產(chǎn)生的熱分布與感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)熱分布)以平衡焊縫中的熱分布。具有均勻加熱的結(jié)果熱分布提供均勻地收縮并且不產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力的焊縫。至少一個(gè)高頻感應(yīng)線圈36被設(shè)置在焊炬16附近。感應(yīng)線圈36將焊縫的頂部加熱到接近工件32的熔點(diǎn)(例如，大于50％的同系溫度)。如本公開所使用，材料的“同系溫度”是指材料的實(shí)際溫度與材料的熔化溫度之比，其中實(shí)際溫度與熔化溫度兩者都是以絕對(duì)溫度項(xiàng)(例如，開氏度)來表達(dá)的。接著，在感應(yīng)線圈36之后，電弧焊工藝由焊炬16以如下方式施加：以使得焊縫的底部被加熱(例如，參見圖17)。作為結(jié)果的熱分布是遍及焊縫的均勻加熱。焊縫因而不產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力，并且焊縫的收縮遍及焊縫是均勻的。均勻熱應(yīng)力不使焊縫變形(對(duì)比圖22的均勻熱分布168與圖21的不均勻熱分布162)?？稍谄渌附咏宇^設(shè)計(jì)中產(chǎn)生類似熱圖譜，以防止發(fā)生變形。例如，針對(duì)T形角焊接頭，變形機(jī)制不同于對(duì)焊接頭。在T形角焊接頭中，焊縫的電弧等離子體加熱不連續(xù)的構(gòu)件的表面，但金屬的中心柱仍是冷的。其結(jié)果是，底部構(gòu)件170中的冷的中心柱保持相對(duì)固定，而頂部構(gòu)件172和焊接金屬的表面的受熱金屬自身冷卻并收縮。這使得頂部構(gòu)件172朝向焊縫彎曲，如箭頭174所圖示(參見圖23)。通過將焊縫的表面加熱到接近熔點(diǎn)，電弧接著提供足夠熱以加熱頂部構(gòu)件172的整個(gè)厚度，因此消除底部構(gòu)件170的中心的冷金屬柱。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，頂部構(gòu)件172通過頂部構(gòu)件172的中心的熱收縮而朝向底部構(gòu)件170被牽引。收縮的焊接沉積物隨著頂部構(gòu)件172而收縮，并且不將任何應(yīng)力負(fù)載施加到底部構(gòu)件170，因此消除焊縫變形(參見圖24)。如本文所述，由一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)加熱分布以及焊炬16所產(chǎn)生的電弧焊接加熱分布的組合的加熱分布引起的應(yīng)力和變形的減少可通過一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36和/或焊炬16相對(duì)于正加工的工件32的定位的最佳關(guān)系的確定以及根據(jù)此確定對(duì)一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36和/或焊炬16的定位的獨(dú)立調(diào)整來影響。如本文所述，控制電路(例如，分別為焊接電力供應(yīng)器12和感應(yīng)電力供應(yīng)器38的控制電路54、62或系統(tǒng)10的某一其它控制電路)可從本文所述的傳感器和/或傳感器模塊接收反饋，并且可使用此反饋來確定(例如，估計(jì))一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36所產(chǎn)生的感應(yīng)加熱分布以及焊炬16所產(chǎn)生的電弧焊加熱分布，并且可將這些所確定的加熱分布組合為組合的加熱分布，確定一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36和/或焊炬16相對(duì)于正加工的工件32的最佳定位以將工件32中的變形和/或應(yīng)力減到最小，并且接著例如通過以下方式來實(shí)施所確定的最佳定位：根據(jù)所確定的最佳定位來控制多個(gè)機(jī)械手操縱器88或其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以獨(dú)立控制一個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)加熱線圈36和/或焊炬16相對(duì)于工件32的位置、取向和/或移動(dòng)，以使得工件32中的變形和/或應(yīng)力減到最小。例如，在某些實(shí)施例中，所確定的最佳定位可在工件32中實(shí)質(zhì)上不導(dǎo)致變形和/或應(yīng)力(例如，導(dǎo)致小于5％的變形、小于2％的變形、小于1％的變形、小于0.5％的變形等)。通常，本文所述的實(shí)施例得到這樣的焊縫，其中與相當(dāng)?shù)暮缚p相比，工件32表現(xiàn)出至少60％、或甚至大于80％的變形減少?？稍诶绱詈附宇^等其它類型的焊接接頭中產(chǎn)生類似加熱圖案。存在可取決于焊接條件而應(yīng)用到工藝的許多不同線圈形狀配置。針對(duì)對(duì)焊接頭的實(shí)例線圈配置示出在圖18A和圖18B中。針對(duì)T形角焊接頭的實(shí)例線圈配置示出在圖12A到圖12H中。雖然僅在本文中已對(duì)本公開的某些特征進(jìn)行了說明和描述，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，許多修改和改變將會(huì)出現(xiàn)。因此，應(yīng)理解，隨附權(quán)利要求書希望涵蓋落入本公開的真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。當(dāng)前公開的方法可用于使用任何金屬制造工藝的系統(tǒng)中，所述金屬制造工藝?yán)鐬?，焊接工藝，例如，熔化極氣體保護(hù)電弧焊(GMAW或MIG)、藥芯電弧焊(FCAW)、氣體保護(hù)藥芯電弧焊(FCAW-G)、金屬芯電弧焊(MCAW)、埋弧焊(SAW)、保護(hù)金屬極電弧焊(SMAW或STICK或MMA或MMAW)、等離子體、激光、螺柱焊、閃光對(duì)焊、等離子體焊接、點(diǎn)焊、縫焊、激光焊接、鎢極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW或TIG)、摩擦攪拌焊接(FSW)、兩種或更多種工藝的混合工藝；切割工藝，包含等離子體切割工藝、氧氣切割工藝、兩種或更多種工藝的混合切割工藝；成形工藝；或類似工藝。當(dāng)前第1頁1 2 3