CN101370610A - 具有可行的焊丝进给速率的自动确定及焊丝进给速率的辅助的部分手动选择的焊接系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种可自动地确定焊丝电极的进给速率的焊接系统(10)。该系统(10)可包括：控制电路(30)，用于响应来自焊接系统(10)的电压选择设备的信号来确定焊丝电极的进给速率。根据操作者经由电源选择设备(40)所选择的电压，控制电路(30)将会相应地确定合适的焊丝电极进给速率并且控制进给机构(20)(例如，电动马达(32))。电压等级与焊丝供给速度控制之间的相互联系非常便于缺少经验的操作者的使用，并且进一步便于在焊接处理中对两个操作参数进行独自的调节。

Description

具有可行的焊丝进给速率的自动确定及焊丝进给速率的辅助的部分手动选择的焊接系统

技术领域

本发明总体上涉及焊丝供给焊接设备，并且在特定实施例中，涉及用于控制焊丝电极进给(wire electrode advancement)的方法和装置。

背景技术

通常的金属焊接技术采用由电弧生成的热量使工件转变为熔化状态，以便于焊接处理。一种使用这种电弧原理的技术就是焊丝供给焊接(wire-feedwelding)。本质上，焊丝供给焊接涉及将电流从电源传送到非常靠近工件的电极中。当足够靠近时，从电极到工件的电流电弧构成电路并且产生足够的热量来焊接工件。通常，电极被消耗并且成为焊接点自身的一部分。因此，进给新的焊丝电极以取代消耗掉的电极并且维持焊接电弧。如果能够适当地调节焊接设备，则可平稳地进行焊丝供给进给和电弧循环，从而提供良好的焊接点。

传统地，在焊接操作中，无一例外地根据特定的焊接点和焊接用的材料，操作者选择提供给焊接位置的焊接源的等级和类型。例如，操作者可以在各种类型和尺寸的焊丝电极中选择，范围从焊丝电极的直径到制造焊丝电极的材料。然而，不同种类的焊丝电极在焊接设备的不同操作设定下都很好地执行。也就是说，不同种类的焊丝电极在例如不同的电压范围和焊丝供给速度下都很好地操作。例如，给定的0.023英寸的低碳钢焊丝电极可以在17伏特下以每分钟250英寸的焊丝供给速度很好地工作，而0.035英寸的低碳钢可以在19伏特下以每分钟230英寸的焊丝供给速度很好地工作。

传统上，焊接设备依赖于操作者的知识和洞察力来选择对于所使用的焊丝电极和焊接条件来说最合适电压和焊丝供给设定。不幸的是，在许多情况下，焊接操作者是这个领域的新手，特别是在便携式焊接设备的情况下。如果操作者不能正确地调节电压和焊丝供给速度设定，则电弧可能不足以产生很好的焊接点，或者根本不能产生焊接点。进一步，在传统的设备中，焊丝供给速度控制和电压控制彼此之间完全独立，因此使得操作者很难在焊接进行时调节这两项参数。

因此，存在着提供用于控制焊丝供给焊接设备的改进的装置和方法的需求。

发明内容

根据一个实施例，本技术提供了一种能够自动地确定焊丝电极的进给速率的焊接系统。例如，设备可包括：控制电路，用于响应来自焊接系统的电压选择设备的信号来确定焊丝电极的进给速率。因此，根据操作者所选择的电压-经由电源选择设备来选择-控制电路将会相应地确定合适的焊丝电极进给的速率并且控制进给机构(例如，电动马达)。有利地，电压等级与焊丝供给速度控制的相互联系可非常便于缺少经验的操作者的使用，并且进一步，可便于例如在焊接处理中对两个操作参数进行独自的调节。

附图说明

当参考所附的附图来阅读下面的具体实施方式时，可以更好地理解本发明的这些和其他的特征、方面以及优点，在这些附图中，相同的标记在所有的附图中表示相同的部件，其中：

图1是根据本技术的示例性实施例的焊丝供给焊接系统的图示；

图2是根据本技术的示例性实施例的焊丝供给焊接系统控制的图示；

图3是根据本技术的示例性实施例的焊丝供给焊接系统控制的图示；和

图4是根据本技术的示例性实施例的焊丝供给焊接系统控制面板的图示。

具体实施方式

如下面所详细讨论的一样，根据特定实施例，本技术提供了用于控制在焊接设备中的焊丝电极的进给的方法和装置。例如，结合有本技术的金属惰性气体(MIG)焊接系统可包括用于使焊丝供给速度和电压等级相联系或是将电压等级和焊丝供给速度相联系的“自动”设定。因此，在这样的系统中，如果操作者将要对焊丝电极调节电压，则焊丝供给速度将会被自动地调节来适应新的电压设定。可选地，所选择的焊丝供给速度可自动地确定输出电压等级。有利地，电压等级控制与焊丝供给控制之间的相互联系的关系可帮助操作者获得期望的性能，并且进一步，可通过单个输入旋钮来便于焊接设备的多功能控制。图1示出了包括这种焊丝供给控制技术的实施例的示例性焊接系统。实际上，系统10可用于便携式使用，并且通常由经验较少的操作者来设置这种系统。然而，在继续说明之前，值得注意的是，下面的讨论仅涉及本技术的示例性实施例。因此，所附的权利要求书不应该被视为局限于在这里所说明的这些实施例。

回到示例性焊接系统10，它包括用于相对于工件14来定义焊接操作的位置的焊炬12。将焊炬12放置在靠近工件14的位置处以使由电源16提供的电流-电源16可将到来的交流(ac)电能转换为合适的直流(dc)电能-经由焊炬电缆18传送到焊炬12，以形成从焊炬12到工件14的电弧。总之，这种电弧构成了从电源16经由焊炬电缆18到焊炬，再到焊丝电极，再到工件14，并且在工件14的末端回到通常接地的电源16的电路。有利地，这种电弧产生可使工件14和/或填充金属转化为熔化状态的相对大量的热量，以便于焊接。

为了产生电弧，示例性系统10包括用于向焊炬电缆18并且继而向焊炬12提供可消耗的焊丝电极的焊丝供给装置20。焊炬12经由位于颈部组件(neckassembly)的触头(未示出)引导电流到焊丝电极，从而在出口的焊丝电极与工件14之间产生电弧。

为了在焊接中保护焊接区域免受污染，为了加强电弧性能并且改善所得到的焊接点，示例性系统10包括用于经由焊炬电缆18向焊炬12供给惰性保护气体的气体源22。然而，值得注意的是，可以使用包括各种流体和微粒固体在内的多种保护气体来保护焊接位置。此外，特定的焊丝电极可被设计为用来在无需保护材料的条件下操作。

通过紧固到手柄26的触发器24的驱动来实现焊接源(例如，焊接电流、焊丝电极以及保护气体)的进给。通过压下触发器24(箭头28)，设置在触发器24中的开关闭合，引起指令焊接源进入焊炬电缆18的电信号的发送。例如，压下触发器24可对控制电路30发出信号，继而电路30启动用于使焊丝电极进给到焊炬电缆18的马达32，开启阀门以使保护材料流动，并且指令电源向焊丝电极输出期望的电能等级。有利地，控制电路30包括存储器部件34，用于存储编程指令、命令程序、适当的数据等。控制电路30还包括处理设备，诸如处理器36、编程逻辑电路(PLC)、以及其他类型的设备，从而实现对焊接系统10的控制。

为了调节焊接系统10的操作参数，提供了一对输入设备:焊丝供给速度控制器38和电压控制器40。如上所述，这些输入设备是电位计设备(即，POTS)；然而，还可以想到诸如键盘的其他类型的输入设备。每个POT控制器包括可定位在对应于特定操作参数的分度位置之间的旋钮42。例如，在所示的焊接系统10中，电源16输出从十到四十伏特的操作范围内的电能。操作者可通过旋转在电压控制器40上的旋钮42处于分度位置之间来控制对焊丝电极输出的电压，这些分度位置被标记为从“1”到“7”。如果期望接近40V的电压，可旋转旋钮42到“7”的位置。相反地，如果期望较小的输出电压，则可旋转在电压控制器40上的旋钮42到“1”的位置。相似地，可通过旋转焊丝供给速度控制器38的旋钮42处于“3”到“7”的位置之间来调节系统10的焊丝供给速度，其中，“3”的位置是最低的操作焊丝供给速度(例如，每分钟75英寸)并且“7”表示最快(例如，每分钟1400英寸)。

当处于手动模式下，基于要得到的焊接点类型、焊丝电极的类型和尺寸、以及其它相关因素，操作者依赖他或她的焊接洞察力来选择合适的电压等级和焊丝供给速度设定。然而，许多操作者可能不具有通常有助于作出上述决定的广泛的经验和知识。结果，焊接系统10的不良调节成为可能。例如，如果与电压等级设定相比较焊丝供给速度设定太慢，则可能不能形成电弧或是电弧过早地熄灭。相反地，如果对于给定的电压等级设定来说焊丝供给速度设定太快，则焊接点的质量可能会降低。此外，当系统处于手动模式下，操作者可受益于来自电压设定方面的调节，继而电压设定方面的调节又受益于在焊丝供给速度设定方面的调节。不幸的是，在手动模式下，操作者可发现在同时操作焊丝供给速度控制器38和电压控制器40两者时，很难通过压下触发器24来维持电弧。

为了减轻这种担心，示例性焊接系统10包括在焊丝供给速度控制器38上的“自动”设定44。如图2所示，将焊丝供给速度控制器38放置在“自动”设定44处会使焊接系统10从手动模式过渡到更加自动的模式。例如，通过选择“自动”设定44，控制电路30自动地将电压等级设定与焊丝供给速度设定联系起来，自动地基于所选择的电压等级设定来调节焊丝供给速度设定。如上所述，当电压控制器40处于“4”的位置处时，控制电路30与其处理器36和在存储器34中存储的数据一起确定合适的焊丝供给速度设定，在这种情况下，焊丝供给速度设定对应于“4”的电压等级设定。可通过在存储器34中存储的查找表，或是通过使用合适的算法，以及各种其它关联技术，来实现这种关联。

此外，在电压控制上也可实现“自动”设定，基于所选择的电压等级，系统确定焊丝供给速度。

在操作中，例如，通过将调节电压控制器40设定至“3”的位置处，操作者可确定期望得到更合适的电压设定。接下来，控制电路30将确定合适的焊丝供给速度设定-例如，基于查找表46或是所存储的算法-来指令焊丝供给马达32在指定的速度下操作。有利地，通过操作在电压控制器40上的单个旋钮42，操作者可调节焊丝供给速度和电压等级参数两者。

参考图3，这个附图表示对于电压控制器40的焊丝供给速度控制配置，基本上具有在“1”与“7”位置之间的有限个电压设定。利用这个控制器40，简单地通过略微调节或“微调”旋钮42的位置，操作者可在焊接系统10的操作范围内从基本上有限个电压设定中作出选择。然而，当控制器38处于“自动”位置处时，基于电压控制器40所处的数值范围，自动地选择焊丝供给速度设定。例如，设定所述的电压控制器40处于略微超过“3”与“4”的设定之间的中心点的位置处。在这个电压设定下，控制电路30确定将要施加对应于“4”的电压设定的焊丝供给速度设定，这种对应关系可收集在查找表46中。实际上，如上所述，如果电压控制设定在位于或是超过“3”与“4”设定之间的中心点的位置处，或是在位于或是不足“4”与“5”设定之间的中心点的位置处，则控制电路30命令焊丝供给马达32在对应于“4”的电压等级设定的焊丝供给速度下操作。当然，这种焊丝供给速度设定配置可扩展到其它电压设定。例如，当电压控制器40设定在位于或是超过“4”的设定处而位于或是不足“5”的设定处时，可施加对应于“4”的电压等级设定的焊丝供给速度设定。可选地，例如，焊丝供给速度设定可基于算法，因此提供自动地确定基本上对于“1”与“7”位置之间的每个电压设定的焊丝供给速度。

图4表示用于焊丝供给速度和电压等级的耦合控制的另一可选的、示例性配置。如上所述，在焊丝供给速度控制器42上的“自动”设定分为两个子部分，每个子部分用于不同的种类或尺寸的焊丝。通过例子，例如，一个子部分对应于具有0.030英寸直径的低碳钢焊丝电极并且另一个子部分对应于具有0.024英寸直径的低碳钢焊丝电极。然而，值得注意的是，“自动”部分可以被分割为任意数量的子部分，每个子部分对应于不同类型或尺寸的焊丝电极。依据所选择的子部分，可改变对于给定的电压设定的焊丝电极的进给速率。例如，如果焊丝供给速度控制器42处于“.030”的设定处，则控制电路30将从对应于0.30英寸焊丝电极的第一查找表中选择来确定对于给定的电压设定的焊丝供给速度。此外，随着电压设定变化，控制电路将停留在第一查找表中，选择对应于新选择的电压的焊丝供给速度。然而，如果焊丝供给速度控制器处于“.024”的设定处，则控制电路30将会查找不同的第二查找表来选择对于给定的电压设定的焊丝供给设定。此外，随着电压设定变化，控制电路30将停留在这个第二查找表中，选择对应于新选择的电压的焊丝供给速度。因此，操作者可自动地选择焊丝供给设定以更好地适应所使用的焊丝电极的种类。当然，基于合适的算法或其它技术，而不用从查找表中选择，也可确定焊丝供给速度，每种算法对应于所使用的焊丝电极的种类和类型。当需要时，还可提供用于选择所使用的焊丝尺寸或电极类型的附加的输入设备。在特定实施方式中，同一输入设备可具有多个位置或选择设定，这些特定的位置和设定对应于电极的特定尺寸或类型。

作为另一可选实施例，可以在焊炬上直接地设置与旋钮40一起作用的或是取代旋钮40的输入设备。例如，可以在焊炬自身的手柄上设置调节旋钮或按钮(例如，翘板开关(rocker switch))。当需要时，随后获取来自延伸至开关的导体的信号，并且由控制器来解释该信号。该信号的效果是利用作为电压的函数而被控制的焊丝供给速度，来增加并且减小所施加的电压，或者相反。当焊接机处于远离基本单元的位置处工作时，诸如在工件或工作区域的位置处，无需中断工作而返回基本单元，上述设置即可实现对电压和焊丝供给速度的调节。

在这里仅是说明并且描述了本发明的特定特征，本领域技术人员可以想到许多种修改及变化。因此，可以理解的是，所附的权利要求应该被理解为包括在本发明的真实的精神之内的所有这些修改及变化。

Claims (25)

1.一种焊接系统，包括：

电源，配置为输出在电能等级范围内的电能；

第一输入设备，可操作用来选择由电源提供的输出电能等级；

进给机构，配置为以进给速率将焊丝电极进给到焊接系统的焊炬中；

控制电路，配置为基于由第一输入设备所选择的输出电能等级来确定进给速率；以及

第二输入设备，可操作用来手动地选择进给速率并且至少部分地使控制电路失效。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述第一输入设备包含电位计。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述第一输入设备设置在焊炬上。

4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述电能等级的范围是从10伏特直流电能到40伏特直流电能。

5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述电源、所述第一输入设备、所述进给机构以及所述控制电路装配在单个外壳中。

6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述进给速率是输出电能等级的函数。

7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述控制电路配置为基于由第一输入设备所选择的输出电能等级的范围来确定单个进给速率。

8.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述控制电路配置为基于第一焊丝电极和输出电能等级的第一参数数据来确定第一进给速率，并且基于第二焊丝电极和输出电能等级的第二参数数据来确定第二进给速率，其中，所述第一和第二焊丝电极彼此不同。

9.根据权利要求8所述的焊接系统，还包括：

额外的输入设备，用于选择第一或第二焊丝电极是否正在被使用。

10.根据权利要求7所述的焊接系统，其中，

对于来自第一输入设备的输入的范围，所述控制电路确定单个进给速率。

11.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，

所述控制电路包含处理设备和与所述处理设备通信的存储部件，存储电路具有使输出电能等级与焊丝电极的进给速率相关联的数据。

12.一种焊接系统，包括：

电源，配置为输出在电能等级范围内的电能；

进给机构，配置为以进给速率将焊丝电极进给到焊接系统的焊炬中；

第一输入设备，可操作用来选择进给速率；

控制电路，配置为基于所选择的进给速率来确定电源的输出等级；以及

第二输入设备，可操作用来手动地选择输出电能等级并且至少部分地使控制电路失效。

13.根据权利要求12所述的焊接系统，其中，

对于来自第一输入设备的输入的范围，所述控制电路确定单个输出电能等级。

14.根据权利要求12所述的焊接系统，其中，

所述第一输入设备设置在焊炬上。

15.根据权利要求12所述的焊接系统，其中，

所述电源、所述第一输入设备、所述第二输入设备、所述进给机构、所述控制电路以及所述电源设置在单个外壳中。

16.根据权利要求12所述的焊接系统，其中，

所述控制电路包含处理设备和与所述处理设备通信的存储部件，存储电路存储有使输出电能等级与焊丝电极的进给速率相关联的数据。

17.根据权利要求12所述的焊接系统，其中，

所述控制电路配置为基于第一焊丝电极和进给速率的第一参数数据来确定电源的第一输出等级，并且基于第二焊丝电极和进给速率的第二参数数据来确定电源的第二输出等级，其中，所述第一和第二焊丝电极彼此不同。

18.一种焊接系统，包括：

电源，配置为用于接收交流电流(ac)电能并且输出在电压等级的范围内的直流电流(dc)电能；

电压等级选择设备，可操作用来选择输出的dc电能电压等级；

焊丝供给速度选择设备，可操作用来手动地选择进入焊炬的焊丝电极的进给速率，并且可操作用来将焊接系统转换为自动模式；

电动马达，配置为用于以进给速率将来自线轴的焊丝电极进给到焊炬中；以及

控制电路，配置为当焊接系统处于自动模式下时，基于输出的dc电能电压等级来确定进给速率。

19.根据权利要求18所述的焊接系统，其中，

所述焊丝供给选择设备可操作来使焊接系统在第一自动模式与第二自动模式之间转换；

其中，所述第一自动模式对应于第一焊丝电极并且所述第二自动模式对应于与第一焊丝电极不同的第二焊丝电极；并且

其中，当在所述第一自动模式下时，所述控制电路确定第一进给速率，并且当在所述第二自动模式下时，所述控制电路确定第二进给速率。

20.根据权利要求18所述的焊接系统，其中，

所述焊接系统包含在单个外壳中。

21.根据权利要求18所述的焊接系统，其中，

对于输出的dc电能电压等级的范围，所述控制电路确定单个进给速率。

22.一种焊接系统，包括：

电源，配置为输出在电能等级范围内的电能；

第一输入设备，可操作用来选择由电源提供的输出电能等级；

进给机构，配置为以进给速率将焊丝电极进给到焊接系统的焊炬中；

第二输入设备，可操作用来选择进给速率；以及

控制电路，可操作为基于输出电能等级的范围来确定进给速率，或是基于进给速率的范围来确定单个输出电能等级。

23.根据权利要求22所述的焊接系统，其中，

所述焊接系统是手提便携式的。

24.根据权利要求22所述的焊接系统，包括：

存储电路，包含使输出电能等级与进给速率相关联的数据。

25.根据权利要求22所述的焊接系统，其中，

所述数据包含算法。

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