利用熱焊絲tig定位熱控制進行焊接的系統(tǒng)和方法
【專利說明】利用熱焊絲TIG定位熱控制進行焊接的系統(tǒng)和方法
[0001]優(yōu)先權(quán):本申請要求2013年6月21日遞交的、題為“用于熱焊絲TIG定位熱控制的系統(tǒng)和方法(SYSTEM AND METHOD FOR HOT WIRE TIG POSIT1NED HEAT CONTROL)” 的美國臨時申請序號為N0.61/838,028的優(yōu)先權(quán)及其權(quán)益。前述申請的全部內(nèi)容通過引用被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]—般地，本發(fā)明涉及軌道焊接系統(tǒng)或非軌道焊接系統(tǒng)。更特定地，本發(fā)明涉及在焊接操作期間基于對工件上的邊緣的檢測來給焊絲賦能。
[0003]發(fā)明背景
[0004]焊接系統(tǒng)處于現(xiàn)代工業(yè)時代的核心。從大量的汽車裝配操作到自動化的制造環(huán)境，這些系統(tǒng)在愈發(fā)復(fù)雜的制造操作中便利接合。熱焊絲焊接處理這樣的焊絲或電極，所述焊絲或電極(例如，經(jīng)由電流)正被加熱并且由主熱源(例如，等離子弧、鎢極惰性氣體(TIG)保護焊、金屬極惰性氣體(MIG)保護焊、焊劑芯、激光等等)所創(chuàng)建的熔池接收。熱焊絲焊接過程包括對這樣的焊絲進行電阻加熱直至或接近焊絲的熔點。在熱焊絲焊接過程中，避免形成電弧，因為電弧存在的狀況會破壞熔池或者使熔池過熱。焊絲(其被加熱至接近或靠近焊絲的熔點而沒有起弧事件)由熔池接收，其中對熔池的破壞很少或沒有破壞。為了防止電弧的形成，與工件有關(guān)的焊接參數(shù)可以被檢測。焊接參數(shù)可以指示電弧存在的條件，其中熱焊絲焊接過程可以被調(diào)整。
[0005]附加地，焊接可以涉及抬高(raising)、恪敷、堆焊、填充、表面硬化、恪覆、接合以及其他焊接應(yīng)用。當(dāng)面對具有彎曲表面的工件時，軌道焊接過程可以被用來旋轉(zhuǎn)焊頭以將焊接應(yīng)用于彎曲表面。最常見的使用軌道焊接的例子是管道焊接。管道焊接可以包括薄壁應(yīng)用，其中焊頭關(guān)于正被接合在一起的兩個件的端部的另一表面旋轉(zhuǎn)，可替換地，管道焊接可以包括深槽幾何結(jié)構(gòu)，其中焊接電極延伸進入形成在被接合的兩個管道之間的槽，來鋪設(shè)焊接材料的連續(xù)焊道以填充槽、接合厚壁管道。軌道焊接系統(tǒng)可以包括安裝在導(dǎo)軌或固定裝置上的焊頭，所述導(dǎo)軌或固定裝置夾緊或以其他方式被支撐在工件上并且被旋轉(zhuǎn)來供應(yīng)焊接。采用軌道焊接常常涉及具有前攝像裝置和/或后攝像裝置的焊接區(qū)的受限制的可見性。
[0006]進入接頭的側(cè)壁或者更窄的“V”型槽中的熔合會導(dǎo)致缺乏應(yīng)存在于其中的材料(例如，焊接沉積物)的穴(pocket)。這些穴需要通過打磨掉或者重新焊接來修復(fù)。無論在軌道焊接系統(tǒng)中還是在非軌道焊接系統(tǒng)中，除了其他焊接缺陷以外，缺乏熔合需要修復(fù)，而這會對焊接作業(yè)增加成本并且增加完成焊接作業(yè)的時間。缺乏熔合可以被定義為焊道至基底金屬的附著性差，并且不完整的熔透是沒有在焊接槽的根部開始的焊道。另外，焊接技術(shù)一直試圖通過減少接頭的寬度(例如，更窄的“V”型槽)來將焊接的總量最小化，該接頭則轉(zhuǎn)變?yōu)楦傅膫?cè)壁。更陡的側(cè)壁在焊接操作期間更難以熔透。
[0007]工件的槽幾何結(jié)構(gòu)和/或更陡的側(cè)壁可以連累軌道焊接系統(tǒng)和非軌道焊接系統(tǒng)，并且需要的是關(guān)于在焊接操作期間防止缺乏熔合的改進技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決這個問題，本發(fā)明提出根據(jù)權(quán)利要求1或16的焊機系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求12的焊接方法。優(yōu)選的實施方案可以從從屬權(quán)利要求獲得。高強度熱源可以是電弧、埋弧(sub arc)、媽極惰性氣體(TIG)電弧、金屬極惰性氣體(MIG)電弧、激光器、等離子弧、金屬芯或者焊劑芯中的一個。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，焊機系統(tǒng)被提供，所述焊機系統(tǒng)包括焊炬，所述焊炬包括電極。所述系統(tǒng)可以進一步包括電源和焊絲送進器，所述電源在所述電極和工件之間創(chuàng)建高強度熱源以創(chuàng)建熔池，所述焊絲送進器被連接到焊絲的供應(yīng)裝置，以將焊絲提供到由所述電極形成的熔池。所述系統(tǒng)進一步包括邊緣檢測器和焊絲電源，所述邊緣檢測器被配置來識別所述工件上的邊緣，所述焊絲電源給所述焊絲賦能。所述系統(tǒng)進一步包括控制器，所述控制器基于識別的所述邊緣來控制所述焊絲電源。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施方案，方法被提供，所述方法包括至少如下步驟:在電極和工件之間創(chuàng)建高強度熱源;將焊絲遞送到由所述電極形成的熔池;識別所述工件的槽中的邊緣；以及基于識別的所述邊緣來以電流給所述焊絲賦能。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施方案，焊機系統(tǒng)被提供，所述焊機系統(tǒng)包括至少如下內(nèi)容:焊炬，所述焊炬包括電極；電源，所述電源在所述電極和工件之間創(chuàng)建高強度熱源以創(chuàng)建熔池；用于供應(yīng)焊絲的裝置，以將焊絲提供到由所述電極形成的熔池；用于識別所述工件上的邊緣的裝置；以及用于基于識別的所述邊緣來給所述焊絲賦能的裝置。
[0011]當(dāng)依據(jù)附圖、詳細的說明書以及所附的權(quán)利要求書來查看時，本發(fā)明的這些以及其他目標將是明顯的。
[0012]附圖簡要說明
[0013]本發(fā)明在某些部分和各部分的布置方面可以具有具體形式，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案將在說明書中被詳細描述并且在附圖中被圖示說明，附圖構(gòu)成本發(fā)明的一部分，并且在附圖中:
[0014 ]圖1圖示說明軌道焊接系統(tǒng)的主視圖；
[0015]圖2A圖示說明軌道焊接系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0016]圖2B圖示說明軌道焊接系統(tǒng)的立體圖；
[0017 ]圖3A是圖示說明熱焊絲焊接系統(tǒng)的部分的圖；
[0018]圖3B是圖示說明熱焊絲焊接系統(tǒng)的部分的圖；
[0019]圖4是圖示說明焊機系統(tǒng)的圖，所述焊機系統(tǒng)基于對工件上的邊緣的檢測來調(diào)整焊絲的賦能；
[0020]圖5是圖示說明焊接順序的圖，所述焊接順序在工件上的“V”型槽上執(zhí)行擺動焊接操作；以及
[0021]圖6是在焊接操作中基于對工件上“V”型槽的邊緣的檢測來控制焊絲的賦能的流程圖。
[0022]發(fā)明的詳細描述
[0023]本發(fā)明的實施方案涉及這樣的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)與基于電極在工件上的邊緣的位置來給焊絲賦能。邊緣檢測器可以被配置來在焊接操作期間識別工件上的邊緣，并且控制器可以被配置來通過調(diào)整一個或更多個焊接參數(shù)管理由電極形成的熔池的溫度。焊接參數(shù)可以是，但不限于，焊絲的賦能、焊絲送進速度、高強度熱源(例如，電弧、埋弧、鎢極惰性氣體(TIG)電弧、金屬極惰性氣體(MIG)電弧、激光器、等離子弧、金屬芯或者焊劑芯)的溫度、移動速度等等。
[0024]如本文使用的“焊接(welding)”或“焊接(weld)”(包括這些詞的任何其他構(gòu)詞成分)將涉及通過電弧的操作(包括但不限于埋弧焊、GMAW焊、MAG焊、MIG焊、TIG焊)或者通過任何與軌道焊接系統(tǒng)使用的電弧的操作的熔融材料的沉積。如本文使用的“電極”，針對各種電弧過程以及光學(xué)器件(出于在工件上形成熔池的目的而用來遞送并且聚焦(或散焦)激光束光源)，描述的是常規(guī)電極、可消耗的電極、非可消耗的電極。
[0025]現(xiàn)在將出于圖示說明在遞交本專利申請時申請人已知的最佳模式的目的，描述實施本發(fā)明的最佳模式。實施例和附圖僅僅是示例性的而不意味著要限制本發(fā)明，本發(fā)明通過權(quán)利要求的范圍和精神來衡量?，F(xiàn)在參照附圖，其中示出的內(nèi)容僅是出于圖示說明本發(fā)明的示例性實施方案的目的而不是出于限制本發(fā)明的示例性實施方案的目的，圖1-6圖示說明與自動的或半自動的焊接系統(tǒng)一起使用的焊接系統(tǒng)。焊接系統(tǒng)的一個圖示說明性實施例是軌道焊接，所述軌道焊接經(jīng)常被用于各種類型材料的管或管道的接合。例如，鎢極惰性氣體(TIG)或氣體保護鎢極弧焊(GTAW)焊炬可以被用來通過自動的機械系統(tǒng)來繞要被焊接在一起管道運行。圖1-2B圖示說明如在軌道焊接環(huán)境中使用的軌道焊接系統(tǒng)100(也被稱為焊機、系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和/或焊機系統(tǒng))的示例性實施方案。軌道焊接系統(tǒng)100包括繞管道或管行進的焊接小車(未示出)、焊接電源(未示出)和控制器(未示出)，以及提供操作者控制的遙控裝置(未示出)。要理解的是，本主題的創(chuàng)新可以與任何軌道或非軌道焊接系統(tǒng)一起使用。而且，本主題的創(chuàng)新可以與任何這樣的焊接操作一起使用，所述焊接操作包括電弧和熱焊絲，所述熱焊絲被液化來將焊接材料沉積到工件上。
[0026 ]系統(tǒng)100 (如圖1-2B中所看到的)一般地在深槽焊接中被使用。在示出的實施例中，焊接系統(tǒng)100包括具有焊機本體或機架101的軌道TIG焊機，所述軌道TIG焊機可以附著于工件或被支撐在軌道上。焊機100包括具有焊接電極32的焊炬(一般以30指示)，所述焊接電極32用于沉積焊接材料來在焊接區(qū)Z形成焊接接頭。電極32是具有適合于被焊接的槽G的電極長度的延伸電極。延伸電極32可以具有適合于給定的深槽焊接的任何長度(包括大于10毫米的長度)。如在示出的實施例中所描繪的，電極長度可以大于100毫米。所示出的特別的實施例具有約120毫米的長度。該實施例不是限制性的，因為具有更長或更短長度的電極可以依據(jù)槽G的深度被使用。
[0027]焊炬30被連接到保護氣體供應(yīng)器102，所述保護氣體供應(yīng)器102向焊炬30提供惰性氣體，例如氬氣。焊接氣體供應(yīng)器102可以包括容器(例如瓶)，所述容器儲存壓力之下的保護氣體S，并且保護氣體S經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓芑蚱渌苈返倪f送可以被調(diào)節(jié)器或其他控制器107控制。非加壓源也可以與由栗等提供的氣體遞送一起被使用。當(dāng)焊接厚板或厚壁管道時，焊接接頭設(shè)計典型地提供窄槽來準許細長電極隨著焊炬角度的一些調(diào)整放置在接頭中，以確保良好的焊縫，所述良好的焊縫通過將一系列焊道層疊在彼此之上直到接頭被填充完而被創(chuàng)建。貫穿下面的描述，該過程可以可互換地被稱