具有行進(jìn)機(jī)構(gòu)和兩種操作模式的電弧焊接的前后排列熱絲系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】具有行進(jìn)機(jī)構(gòu)和兩種操作模式的電弧焊接的前后排列熱絲系統(tǒng)和方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]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(jìn)步已經(jīng)發(fā)生，對(duì)焊接生產(chǎn)能力的要求已經(jīng)增加。由于這個(gè)原因，各種系統(tǒng)已經(jīng)被開(kāi)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(PS)的系統(tǒng)，其中一個(gè)電源供應(yīng)器被使用來(lái)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(lái)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，電源供應(yīng)器在其為了使過(guò)程(例如，焊接、接合、熔敷、堆焊、釬焊等)最佳化而變化熱輸入的功能和能力上被限制。因此，改進(jìn)的系統(tǒng)是期望的。
[0003]發(fā)曰月簡(jiǎn)沐
[0004]本發(fā)明提出根據(jù)權(quán)利要求1的焊接系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求2的焊接方法，以便改進(jìn)用前后排列的熱絲系統(tǒng)的焊接操作。進(jìn)一步的實(shí)施方案可以從從屬權(quán)利要求中和/或從說(shuō)明書(shū)中和/或從附圖中獲取。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案包括這樣的系統(tǒng)和方法，其中至少一個(gè)電源供應(yīng)器(PS)的電流波形是變化的以獲得期望的熱輸出，以便使例如焊接、接合、熔敷、堆焊、釬焊等的過(guò)程最佳化。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括輸出第一電弧焊接電流的第一電源供應(yīng)器。第一電源供應(yīng)器經(jīng)由炬向第一絲提供第一電弧焊接電流，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(jìn)器和第二絲送進(jìn)器，所述第一絲送進(jìn)器送進(jìn)第一絲到炬，所述第二絲送進(jìn)器送進(jìn)第二絲到導(dǎo)電管。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二電源供應(yīng)器，所述在第一操作模式期間輸出加熱電流，并且在第二操作模式期間輸出第二電弧焊接電流。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或第二電弧焊接電流。所述系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器在第二電源供應(yīng)器中啟動(dòng)第一操作模式以將第二絲加熱到期望溫度，并且將第二電源供應(yīng)器從第一操作模式切換到第二操作模式以創(chuàng)建第二(尾隨的)電弧。尾隨的電弧向熔融熔池提供相對(duì)于由第一操作模式提供的熱輸入增加的熱輸出。
[0005]在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括第一電源供應(yīng)器，第一電源供應(yīng)器在第一操作模式期間輸出第一電弧焊接電流，并且在第二操作模式期間輸出第一加熱電流。第一電源供應(yīng)器經(jīng)由第一導(dǎo)電管向第一絲提供第一電弧焊接電流或第一加熱。系統(tǒng)還包括第一絲送進(jìn)器和第二絲送進(jìn)器，第一絲送進(jìn)器送進(jìn)第一絲到第一導(dǎo)電管，第二絲送進(jìn)器送進(jìn)第二絲到第二導(dǎo)電管。系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二電源供應(yīng)器，第二電源供應(yīng)器在第一操作模式期間輸出第二加熱電流，并且在第二操作模式期間輸出第二電弧焊接電流。第二電源供應(yīng)器經(jīng)由第二導(dǎo)電管向第二絲提供第二加熱電流或第二電弧焊接電流。系統(tǒng)還包括行進(jìn)機(jī)構(gòu)，行進(jìn)機(jī)構(gòu)提供在工件和第一絲以及第二絲之間的相對(duì)移動(dòng)，以致在以第一方向的移動(dòng)期間，第一絲相對(duì)于工件引導(dǎo)第二絲，并且，在以第二方向的移動(dòng)期間，第一絲相對(duì)于工件尾隨第二絲。系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，控制器在第一方向期間啟動(dòng)第一操作模式，并且當(dāng)行進(jìn)機(jī)構(gòu)從第一方向切換到第二方向時(shí)，控制器自動(dòng)地切換到第二操作模式。在第一操作模式期間，第一電弧焊接電流在第一絲和工件之間創(chuàng)建電弧，并且第二絲被第二加熱電流加熱到期望溫度。在第二操作模式期間，第二電弧焊接電流在第二絲和所述工件之間創(chuàng)建電弧，并且第一絲被第一加熱電流加熱到期望溫度。特別優(yōu)選的是，如果所述期望第一溫度是處于或接近所述第二絲的熔化溫度，并且其中所述期望第二溫度處于或接近所述第二絲的熔化溫度，和/或在所述行進(jìn)機(jī)構(gòu)每個(gè)行程的結(jié)束，所述行進(jìn)機(jī)構(gòu)在所述第一方向和所述第二方向之間切換，和/或所述行程是接合或熔敷操作，和/或所述第一焊接電流是對(duì)應(yīng)于脈沖噴射轉(zhuǎn)移過(guò)程、表面張力轉(zhuǎn)移過(guò)程或短路收縮焊接過(guò)程的焊接電流，并且其中所述第二焊接電流是對(duì)應(yīng)于脈沖噴射轉(zhuǎn)移過(guò)程、表面張力轉(zhuǎn)移過(guò)程或短路收縮焊接過(guò)程的焊接電流，和/或所述控制器在所述脈沖噴射轉(zhuǎn)移過(guò)程、所述表面張力轉(zhuǎn)移過(guò)程和所述短路收縮焊接過(guò)程中的任一個(gè)之間切換所述第一焊接電流或所述第二焊接電流以便控制熱輸入，和/或所述第二電源供應(yīng)器在所述第一操作模式期間從輸出所述第二加熱電流切換到輸出焊接電流，或所述第一電源供應(yīng)器在所述第二操作模式期間從輸出所述第一加熱電流切換到輸出焊接電流以向所述工件的某些區(qū)域添加額外的熱輸入，和/或所述區(qū)域包括接頭的側(cè)壁、熔敷層的邊緣和焊接層的邊緣中的至少一個(gè)，和/或所述控制器從單電弧/熱絲過(guò)程切換到前后排列的電弧過(guò)程，和/或其中，在所述第一操作模式期間，所述第一焊接電流和所述第二加熱電是同步的，并且所述第二加熱電流從所述第一焊接電流以第一期望相位角被轉(zhuǎn)換，并且其中，在所述第二操作模式期間，所述第二焊接電流和所述第一加熱電流是同步的，并且所述第一加熱電流從所述第二焊接電流以第二期望相位角被轉(zhuǎn)換。
[0006]從以下描述和附圖將更完整地理解所要求保護(hù)的本發(fā)明的這些和其他特征，以及本發(fā)明圖示說(shuō)明的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。
_7] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0008]參考附圖，通過(guò)詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會(huì)更加明顯，在附圖中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明焊接系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的圖解表征；
[0010]圖2是在圖1系統(tǒng)的炬周圍的區(qū)域的放大視圖；
[0011]圖3A-3D圖示說(shuō)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；
[0012]圖4圖示說(shuō)明可以被使用在圖1的系統(tǒng)中的示例性焊接和熱波形；
[0013]圖5A和圖5B圖示說(shuō)明可以由圖1的系統(tǒng)所執(zhí)行的示例性應(yīng)用；
[0014]圖6圖示說(shuō)明可以由圖1的系統(tǒng)中的控制器所運(yùn)行的示例性程序的框圖；
[0015]圖7圖示說(shuō)明可以由圖1的系統(tǒng)所執(zhí)行的示例性應(yīng)用；
[0016]圖8圖示說(shuō)明可以由圖1的系統(tǒng)中的控制器所運(yùn)行的示例性程序的框圖。
_7] 示例性實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0018]現(xiàn)在通過(guò)參考附圖，以下將描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。所描述的示例性實(shí)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(hào)全部指示相似的要素。
[0019]本發(fā)明的示例性實(shí)施方案在圖1中被示出，圖1示出系統(tǒng)100。系統(tǒng)100圖示說(shuō)明初始的前后排列的配置，其中第一系統(tǒng)102被配置為GMAW系統(tǒng)，并且第二系統(tǒng)104被配置為熱絲。如以下詳細(xì)解釋的，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，這些系統(tǒng)中的一個(gè)或二者的功能以及其中的設(shè)備可以如所期望的在熱絲過(guò)程和電弧焊接過(guò)程之間切換。例如，在一些實(shí)施方案中，電源供應(yīng)器130/135可以起到電弧焊接電源供應(yīng)器和熱絲電源供應(yīng)器二者的作用。然而，為了清晰，這些系統(tǒng)和其中的設(shè)備的功能以示例性初始配置被描述。可以是GMAW系統(tǒng)的系統(tǒng)102包括電源供應(yīng)器130、絲送進(jìn)器150和炬單元120，炬單元120包括用于焊接電極140的導(dǎo)電管122。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(jìn)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。本文所描述類型的GMAW焊接系統(tǒng)的操作對(duì)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，雖然對(duì)于所描繪的關(guān)于接合/焊接應(yīng)用的示例性實(shí)施方案，GMAW系統(tǒng)被示出和討論，但本發(fā)明的示例性實(shí)施方案也可以與FCAW、MCAW和SAW系統(tǒng)一起使用在應(yīng)用中，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。未在圖1中示出的是可以依照已知方法使用的氣體保護(hù)系統(tǒng)或子電弧通量系統(tǒng)。
[0020]熱絲系統(tǒng)104包括經(jīng)由導(dǎo)電管125送進(jìn)絲145到焊接熔池112的絲送進(jìn)器155，導(dǎo)電管125被包括在炬單元120中。熱絲系統(tǒng)104還包括電源供應(yīng)器135，電源供應(yīng)器135在絲145進(jìn)入熔融熔池112之前，經(jīng)由導(dǎo)電管125通過(guò)電阻加熱絲145。電源供應(yīng)器135將絲145加熱到期望溫度，例如，加熱到絲145的熔化溫度或在這一溫度附近。因此，熱絲系統(tǒng)104向恪融恪池112添加額外的消耗品。系統(tǒng)100還可以包括運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括可操作地連接到機(jī)器人190的運(yùn)動(dòng)控制器180。運(yùn)動(dòng)控制器180控制機(jī)器人190的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人190被可操作地連接(例如，機(jī)械地固定)到工件115，以使工件115以方向111移動(dòng)，以致炬單元120(與導(dǎo)電管120和導(dǎo)電管125)沿工件115有效地行進(jìn)。當(dāng)然，系統(tǒng)100可以被配置，以致炬單元120可以代替工件115被移動(dòng)。
[0021]如所一般已知的，比如GMAW的電弧生成系統(tǒng)使用高水平的電流來(lái)在工件115上的推進(jìn)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，許多不同的電弧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。
[0022]圖2描繪本發(fā)明的示例性焊接操作的更近視圖。如可以看到的，導(dǎo)電管122和導(dǎo)電管125被集成到炬單元120 (可以是示例性的GMAW/MIG炬)中。導(dǎo)電管122被電性隔離于炬單元120之內(nèi)的導(dǎo)電管125，為的是防止在過(guò)程期間電流在消耗品之間轉(zhuǎn)移。導(dǎo)電管122通過(guò)電弧110的使用來(lái)遞送消耗品140到熔融熔池112(即，焊接熔池)一一如一般已知的。進(jìn)一步地，熱絲消耗品145經(jīng)由導(dǎo)電管125被絲送進(jìn)器155遞送到熔融熔池110。應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然導(dǎo)電管120/125被示出在單一集成單元中，這些部件可以是分離的。
[0023]如圖1中所圖示說(shuō)明的，感測(cè)和電流控制器195可以被使用來(lái)控制電源供應(yīng)器130和電源供應(yīng)器135的操作，以控制/同步各自的電流。此外，感測(cè)和電流控制器195還可以被使用來(lái)控制絲送進(jìn)器150和絲送進(jìn)器155。在圖1中，感測(cè)和電流控制器195被示出在電源供應(yīng)器130和電源供應(yīng)器135之外，但在一些實(shí)施方案中，感測(cè)和電流控制器195可以在焊接電源供應(yīng)器130和焊接電源供應(yīng)器135中的至少一個(gè)之內(nèi)，或在絲送進(jìn)器150和絲送進(jìn)器155中的至少一個(gè)之內(nèi)。例如，電源供應(yīng)器130和電源供應(yīng)器135中的至少一個(gè)可以是控制其他電源供應(yīng)器和絲送進(jìn)器的操作的主控器(master)。在操作期間，感測(cè)和電流控制器