CN101678495A - 用于电焊装置的保护气体供给控制的布置和方法 - Google Patents

Abstract

用于在电焊设备中控制保护气体流量的设备和方法，其中焊接利用电焊条与电焊机部件电连接来执行。所述设备包括电测量装置，具有电流传感器(3)、电压传感器(11)以及控制装置(6)，电流传感器用于确定在包括电焊条的电路中的电焊电流的数值，以及具有用于提供指示电流数值的I信号的电流传感器输出端，电压传感器用于确定被施加到电焊条的电压数值，具有用于提供指示电压数值的U信号的电压传感器输出端。控制装置(6)具有分别连接到电流传感器输出端和电压传感器输出端的输入端，用于提供控制信号到保护气体流量控制器(7)的控制信号输出端，和用于提供控制信号的控制器，如a)当U信号比第一U阈值大且I信号比第一I阈值小时，提供预定的第一数值的控制信号，和b)当I信号大于第一I阈值时，提供与I信号按比例改变数值的控制信号。

Description

用于电焊装置的保护气体供给控制的布置和方法

技术领域

本发明涉及电焊装置中提供保护气体，也被称作防护气体或活性气体，到焊接接头的领域，本发明尤其涉及一种用于在焊接操作的各个阶段控制保护气体(防护气体，活性气体)流量的方法和装置。

背景技术

对于电焊操作而言，焊接接头将装备有惰性保护气体的保护层，它从中央保护气体供给设备或从位于焊接设备的电焊机部件附近的气瓶提供保护气体。通过供给设备或气瓶提供的保护气体一般具备一个气压值，该气压值超过通过焊接设备的保护气体控制设备能够控制的保护气体的压力。为降低压力到气体的合适的被送到焊接设备的水平，压力通过焊接设备的控制阀控制开关开闭保护气体的流量，减压装置被置入保护气体供给线，在接近气瓶或气体供应设备的位置。因此，气体供给线的部分，气体的压力被设置为一个比气体供应设备或气瓶低的气压，在减压装置和电焊机自身之间设置。一般地这个供给线的″低压″部分具有相当的长度，为容许电焊机部件的实际使用，常常需要容易地可再定位以便实现不同的焊接工作被执行的定位区域。对于电焊装置的低压供给线和保护气体供给控制的更多细节，在本申请人的挪威专利申请号20021557中提供，以及从要求前述申请优先权的相应的中请中提供。

焊接过程需要适当的保护气体的供给以维持焊接工作操作的均匀性，保护气体的恰当供给依赖于若干不同的因素。其中一个是建立在电焊条和被焊接的电传导目标之间的焊接工艺的电流，而另一个重要因素是电焊机本身的设计，尤其是关于实际进行的焊接操作的保护气体如何控制。后者对于操作电焊装置的经济性是同样重要的，在基于电焊技术提供焊接操作的设备操作者的总经济性中用于焊接操作的保护气体的消耗是一个重要因素，在满足焊接操作期间产生的焊接点的质量的要求时，控制保护气体的消耗以便将可能的昂贵的保护气体的消耗减到最小对于操作者来说是重要的。

到焊点的保护气体的流量一般通过驱动电焊机内的保护气体阀门来控制，通过控制用到电焊条的电压的控制信号或在气体保护金属电极电弧焊(MIGwelding)设备中供给连续电极的推进装置的电动机的控制信号，或与上述任一有关的信号。在焊接设备中保护气体阀门的启动打开了用到焊接点的气流，该气流经由挠性软管的气体供给线流入，用于供给气体和电能到焊接区域，保护气体流量的速度设定通过流量控制装置，流量控制装置一般配置与上述的压力控制装置结合。用挪威专利申请号20021557公开的流量控制系统，保护气体的流量被作为连续地送进电焊条线材的进料速度的函数而动态控制，或作为由操作者制定的或由操作电焊机的系统制定的焊接电流的函数而控制，进料速度优选地通过电压表示，电压施加到进料装置的电动机以控制进料速度。通过挪威专利申请号20021557的装置和方法，当实际焊接工作进行时，用于完成焊接工作的保护气体的供给在焊接气体供给方面可被优化。

用电焊机进行电焊的保护气体的供给的设备和方法的缺点仍然存在，现有技术设备和方法在具体焊接操作的初始工作面上发生热量之前或发生时，没有涉及保护气体供给速度的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述以及其他与电焊操作的初始阶段有关的问题的解决方案，以及使与电焊操作的初始阶段有关的焊接产生时的焊接操作得到改善。

本发明提供通过记载在随后的专利权利要求2和6所分别列举的特征来确定的设备。

本发明的设备的进一步的特征记载在权利要求2-5，以及权利要求7-10中。

本发明人已发现通过控制保护气体的流量可使电焊操作获益，特别在焊接操作的初始工作面上热量产生积聚之前或之中的时期。通过周密的在具体的焊接操作的初始工作面上控制保护气体的流量，已发现焊接点可获得一致的质量，这自然对任何焊接操作而言都是重要的，并且当焊接工作在若干简短的焊接周期内被执行时这是特别有利的。

附图说明

在下文中，通过实例且参照附图对本发明进行更详细地解释说明，其中：

图1示出了本发明第一实施例的电焊装置，

图2示意性地示出了本发明第二实施例的电焊装置，

图3示意性地示出了本发明第三实施例的电焊装置，

图4示意性地示出了本发明焊接装置的实施例中电和气体的供应接口与连接关系，

图5是说明在本发明的第一实施例中控制信号与气体流速之间的瞬时关系的第一曲线图，

图6是说明在本发明的控制信号与流速之间的瞬时关系的第二曲线图。

具体实施方式

在下文中，本发明将通过有利的实施例被更详细地说明。

图1示出了本发明的第一实施例，其中被置入电焊机械8的保护气体供给线的气体调节器7适用于调节保护气体的输出流量，保护气体的输出流量响应于通过焊接界面6产生的控制信号，控制信号来自电压信号和电流信号，电压信号由被布置以检测从电焊机8到电焊条5的电压供给的电压传感器提供，电流信号(安培)通过被布置以便在焊接电流通路中检测电流的电流传感器3提供，例如在电焊机8到电焊条5的电焊电源的传导电路中的电流，或，最好在待焊接目标2和电焊机8之间的电源连接的电流。焊接界面6接受来自电压传感器9和电流传感器3的电压信号(伏特)和电流信号(安培)。响应于来自电压传感器9和电流传感器3的输入，焊接界面6生成控制信号，控制信号被提供到气体调节器7，气体调节器7被布置以调节从气体供给装置供应到电焊机8的保护气体的流量。在图1示出的进一步的变型实施例中，焊接界面装置6能被集成到气体调节器7，但是，由于电焊需要经常且快速地变换电流和电压的特性，导致显著的电干扰，保持焊接界面装置6在电焊机8旁边或者内部有利于电路的简化以避免接地回路和长的输电线，长的输电线用于可以从电焊机8本身或附近的其它电气装置获得干扰的电压传感器和电流传感器产生的信号，通过提供与高区域电平信号一样的控制信号到气体调节器7以降低对它周围的电干扰源的敏感性。在图2中示出了一个例子，气体调节器7具有作为集成部分的焊接界面6。

图3系统的示出本发明的又一实施例，在图3示出的实施例中，不包括基于电压和电流传感器生成控制信号到气体调节器7的焊接界面装置6，相应的，保护气体流量控制通过独立的第一和第二保护气体流量控制设备来提供，在图3中通过气体调节器7和旁路9表示，通过独立的信号去控制用于电焊机8的保护气体的总流量的相应的部件。

参照以上实施例及其变型所公开的内容，如附图1、2、3所示，不同的实施例和变型的进一步的优点将详细描述。在图1示出的实施例的情况下，电焊机8已经通过气体调节器7的连接调节气体供应，气体调节器7按照挪威专利中请号NO.20021557中公开的气体调节器配置操作，焊接界面装置6的提供在焊接操作的第一工作面增添用于控制气流的功能，而保持气体调节器7的工作特性和优点以在具体的焊接操作期间提供保护气体动态流量控制。为了那个目的，由图1的焊接界面装置6提供的控制信号的变化与电流传感器3检测到的焊接电流成比例的变化，或，参照附图2和3，由电流传感器提供的电流信号(安培)直接控制。在由本发明提供独立的焊接界面装置6的情况下，如图1中示意性地描述的一样，现有的系统包括电焊机8和气体调节器7，以提供保护气体流量的动态控制，也可容易地改造以在焊接工艺开始之前的短时间内立即的提供保护气体流量的准确控制，这种控制在现有技术的方案中不能获得。同样，相对于提供用于现有电焊机8与气体调节器7的改装的设备，后者已被连接以为实际焊接周期提供动态保护气体流量控制，改装是可能的，通过旁路流量控制设备9和电压传感器10的存在，提供电压信号(伏特)到旁路流量控制设备9，因此提供必要的设备与功能以在实际焊接之前和/或开始时立即地获得保护气体流量的准确控制。

现在参考图4，为了说明本发明和其应用，通过采用本发明的系统的电路和气体流路的示意图来说明。按照图4的示意图，在实际焊接开始前不久提供给电焊条电压的测量值，这对本发明是重要的。对于保护气体的流量的控制，本发明的一个目标是提供设备和方法，通过使承载保护气体到焊接设备的焊头5的软管充满气体以确保保护气体在焊接电弧发生时被供给到焊接进行的区域。电流的测量值被用作参考值，用于气体调节器7以实现适应于焊接操作所确定的实际情况的合适的保护气体的流量，尤其是电流设置。这个参考值(控制信号)可以有不同的形式，可能作为模拟信号，数字信号，脉冲调制信号(脉幅调制)或其它形式而被提供，也可被形成为适合于被使用的实际电焊机。

焊接操作包括经由电焊条1供给电压U1，电焊条1为可连续地送进线材，以便达到与焊接目标2的电载流部分的电接触。在电焊条1和焊接目标2接触时，施加到电焊条1的电压一般被降至一定水平，在该水平时电流I1足够大以维持电压在一个较低的水平。这个电流可以事实上达到数百安培大，且在焊接接头处的功率通过公式P＝U×I算出的，通常在千瓦范围内。为确保焊接点的质量良好，在电焊条与焊接目标电接触的区域是重要的，当电弧被激发或在电弧形成之后在初始工作面，我们提供具有低氧含量或最好为无氧的氛围。通过供给惰性保护气体，可免于氧化或其它可以与熔料产生不应有的反应的气体，以确保在电焊条1和焊接目标2之间的区域在整个焊接操作中均被保护气体覆盖。

一般地，如图4以及附图1，2和3所示，保护气体通过将其供给进入挠性软管组件4被提供，电焊条同样被供应给焊头5，气体可出去以使其在电焊条1周围提供气体保护层，电弧存在于电焊条1与焊接目标2之间，焊接目标2的部分处于熔融状态。

为获得保护气体流动的最优控制，参考值必须被读出，该参考值是我们为供应到焊接区的气体设置的目标。这个参考值通过测量在电焊电路中流动的电流I1而被读取，为保持适宜的防护气体保护基准值被采用以提供合适量的气体，基准值依赖于焊接电流I1。通常在保护气体流量需求和电流大小之间的关系是较大的电流要求和增加的保护气体流量。

为了使焊接操作适当地开始，应该在某个早于实际焊接的开始时间的期间内提供适当量的保护气体，同样优选地在焊接实际开始期间内提供适量的保护气体。实际焊接的开始被认为由在电焊条内存在显著的电流的开始来表示。

根据此处指定的条件合适量的保护气体在焊接区域的供给，按照本发明通过检测被施加到电焊条的电压和提供控制信号到保护气体流量调节器来实现，那些信号反过来引起气体调节器的气体流量控制装置的启动，在早于实际焊接的开始的适宜的期间，启动且保持保护气体流量的适当的水平，并且，优选地在焊接操作的开始的期间。

参照图5，图1的示意图的关系可被研究，曲线图被提供以通过示例信号和输出到气体调节器7的控制信号来解释，该示例信号通过本发明具体实施例中的具有来自电压传感器10和电流传感器3的输入的焊接界面装置6来观测。优选地，气体调节器7是按照在挪威专利申请号20021557中公开的方法那样布置和操作。在图7中，输入信号U1(伏特)和I1(安培)在焊接操作的可能的例子里被显示足随着时间而变化的，而控制信号随着时间而变化，因此调节气体，被显示为输入信号U1(伏特)和I1(安培)的函数。为明确，时间线已经被分成标记(1)，(2)，(3)，(4)和(5)的几部分，在第一时间段内随着电压U1(伏特)被用到电焊条，控制信号以相对较高的范围被输出，并且无电流启动以流入电焊电路。在(2)期间，电流在电焊电路内流动，在那期间电压U1(伏特)由于电焊机8的电源中的电阻而常规的下降，在(2)期间控制信号，和保护气体的流量，被作为焊接电流的函数而动态调节。利用指定的气体调节器7且按照挪威专利申请号20021557所公开的内容操作，控制信号和调节气体，在与焊接电流I1(安培)的比例关系上有变化。在上述的优选的实施例中，气体调节器7适于在焊接电流流动期间的时段(2)的末端之后，即如图5所指示的时段(3)，提供保护气体的流量作为保护气体的发送流量。在随后的图5所示的(4)时段内，焊接电流已经终止且保护气体的发送流量已经结束，而电压仍然被施加到电焊条，在时段(4)期间控制信号降低到一个水平，无法通过气体调节器7或通过任何其它方法提供保护气流。在停止的一段时期之后，如标注(4)所阐明的，新的焊接操作通过施加电压到电焊条5而被启动，启动控制信号在相对较高的电平以确保在实际焊接开始之前的适当的保护气体的流量和覆盖，并且，同样优选地在焊接电流的实际开始时。随后，在电压U1，电流I1和控制信号之间的关系如之前时段所述。

一般地，为保证控制电路不会错过输入信号的电平或电平跃迁，以及为了避免控制信号的假触发或发生，一个或多个预定阈值被应用，因此输入信号，例如I信号和U信号，需要大于或者可能小于引起控制信号发生的相应的阈值。

本发明的目标，如上述说明，通过参照图3公开和说明的可获得，在焊接电流开始期间以及之前其中为控制保护气体流量独立的设备被提供，独立的气体调节器7被提供在焊接电流流通时用于保护气体流量的动态控制，并提供定位焊接期间的保护气体流量，在图6中，电压和电流信号U1(伏特)和I1(安培)，参照图5被已经分别说明，每个用于流量控制装置的控制信号通过图3中的气体调节器7和旁路9来表示，相应的显示为控制信号U1和控制信号I1。在焊接电流的开始时及开始前，控制信号U1被施加到旁路9以控制保护气体的流量，而在有焊接电流的流量的期间，被标注的控制信号I1被施加到气体调节器7以获得保护气体流量的动态被控。图6示出的时间段已经被分成较小的时段，标注为(1)，(2)，(3)，(4)和(5)，如同图5一样，为识别各种信号的关系，以及保护气体的流量多少，在图6中标注的调节气体，随着输入信号和控制信号的进行而进行。

用于焊接设备的电焊机部件的保护气体的流量的控制方法通过本发明来提供，所述方法包括通过如上所述的本发明的装置的操作来执行动作，以及通过公开的附图中的附图标号示出的动作。

本发明提供用于焊接操作的惰性保护气体的消耗的较好的控制，也提供像环境优势一样的经济优势。当利用稀有气体例如氩(Ar)用于气体保护层，一方面，成本节约是首要的利益。另一方面，环保效益也是具体的利益，二氧化碳(CO2)被用来在焊接点提供保护气体，在焊接是工业规模时，对于公知的电焊机部件利用现有技术的气流控制设备和方法，典型的消耗一般地大约是每分钟18到25升，在某些情况下多达每分钟50升或更多。

一个进一步的优点是通过使用本发明而获得的权益，当使用活性气体，或气体混合物，为确保在实际焊接点区域的适当的活性气体的流量和覆盖，气体或气体混合物的活性成分对焊接点始终具有必然的影响，当实际不需要活性气体或气体混合物的供应时，能避免浪费或耗费成本以及有时可能的污染气体。

Claims (10)

1、用于在电焊设备中控制保护气体流量的设备，其中焊接利用电焊条与电焊机部件电连接来执行，其特征在于，所述设备包括：

(a)电测量装置，所述电测量装置具有：

(a1)电流传感器，所述电流传感器用于确定在包括电焊条的电路中的电焊电流的数值，以及具有用于提供指示电流数值的I信号的电流传感器输出端，和

(a2)电压传感器，所述电压传感器用于确定被施加到电焊条的电压数值，和具有用于提供指示电压数值的U信号的电压传感器输出端，和

(b)控制装置，所述控制装置具有：

(b1)分别连接到电流传感器输出端和电压传感器输出端的输入端，和提供到保护气体流量控制器的控制信号的控制信号输出端，和

(b2)用于提供控制信号的控制器，如

(i)当U信号比第一U阈值大且I信号比第一I阈值小时，提供预定的第一数值的控制信号，并且

(ii)当I信号大于第一I阈值时，提供数值与I信号按比例改变的控制信号。

2、如权利要求1所述的设备，其中所述控制器适用于输出控制信号，如

(iii)当U信号比第一U阈值大时，输出数值与I信号按比例改变的控制信号。

3、如权利要求1或2所述的设备，其中所述控制器适用于输出控制信号，如自从I信号从高的数值下降到比第一I阈值或第二I阈值低的数值时，预定的第二数值的控制信号具有预定的持续时间。

4、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电流传感器包括用于与承载有焊接电流的导体连接的电流转换器，该焊接电流在电焊机部件和正在被或要被焊接的目标之间。

5、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述保护气体流量控制器被配置接近高压气体供给设备，所述高压气体供给设备被定位远离电焊设备的电焊机部件，并且控制装置为控制装置部件，所述控制装置部件配置接近电焊机部件，并且焊接电源的定位连接到用于供给保护气体和电能两者到电焊条的焊接区域的挠性软管组件。

6、用于控制保护气体供给到电焊设备的电焊机部件的设备，其中焊接利用电焊条与电焊机部件电连接来执行，其特征在于，所述设备包括：

(a)电测量装置，具有：

(a1)电流传感器，所述电流传感器用于确定通过电焊条承载的电焊电流的数值，和具有用于输出指示焊接电流数值的I信号的电流传感器输出端，和

(a2)电压传感器，所述电压传感器用于确定被施加到电焊条的电压的数值，和具有用于输出指示电压数值的U信号的电压传感器输出端，和

(b)保护气体流量控制装置，所述保护气体流量控制装置连接到电流传感器输出端和电压传感器输出端，和被用于控制在保护气体供给设备和电焊机之间的保护气体流量，如

(i)当U信号大于第一U阈值且I信号小于第一I阈值时，控制预定的第一数值的第一保护气体流量，和

(ii)当I信号大于第一I阈值时，控制与I信号按比例改变的第二数值的第二保护气体流量。

7、如权利要求6所述的设备，其中所述保护气体流量控制器适用于控制流量，如

(iii)当U信号大于第一U阈值时，控制与I信号按比例改变的第三数值的第三流量。

8、如权利要求6或7所述的设备，其中所述保护气体流量控制器适用于控制流量，如自从I信号从高数值下降到比第一I阈值或第二I阈值小的数值时，控制预定的持续时间内的预定的第四数值的第四流量。

9、如权利要求6到8中任一项所述的设备，其中所述保护气体流量控制器包括：气流调节器，所述气流调节器被配置接近高压气体供给设备，所述高压气体供给设备被定位远离电焊机部件，且具有控制信号输入端，焊接界面装置部件具有连接到电压传感器和电流传感器输出端的相应端的输入端，和连接到气体调节器的控制信号输入端的控制信号输出端，且被配置接近电焊机部件和焊接电流供给装置与挠性软管的连接点，该挠性软管用于供给气体和电焊电源到包括电焊条的焊头。

10、如权利要求6到8中任一项所述的设备，其中所述保护气体流量调节器通过与气体供给通路并行连接的第一气体调节器和第二气体调节器而提供，所述第一气体调节器具有连接到电流传感器输出端的控制输入端，且被用于以与I信号成比例关系地控制保护气体流量，且所述第二气体调节器具有连接到电压传感器输出端的控制输入端，且当U信号大于第一U阈值时用于控制固定数值的保护气体流量。

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