CN103974798A - 用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法和系统 - Google Patents

用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于执行产生减少的飞溅的脉冲焊接工艺的电弧焊接机(100)和方法。所述焊接机在推进的焊条(E)和工件(W)之间产生电流。所述焊接机(100)具有短路检测能力，来在推进的焊条和工件之间出现短接电路时检测短路情况。所述焊接机(100)在具有电气开关和阻抗路径的焊接机(100)的焊接电路路径中还可以包括开关模块(110)。可以追踪短路间隔出现的时间并且可以基于追踪的短路间隔生成消隐信号，来预计脉冲焊接工艺的下一脉冲周期中的下一短路间隔。消隐信号可以被用来在消隐间隔期间通过经由开关模块(110)引入附加的阻抗到焊接电路路径中或者通过控制所述焊接工艺的波形的部分而减少焊接电路路径中的焊接电流。

Description

用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法和系统
本美国专利申请要求2010年10月22日递交的美国临时专利申请序列号No.61/405,895的优先权和权益，该美国临时专利申请序列号No.61/405,895通过引用被整体并入本文。
本美国专利申请要求2010年11月12日递交的美国临时专利申请序列号No.61/413,007的优先权和权益，该美国临时专利申请序列号No.61/413,007通过引用被整体并入本文。
于2007年12月4日被授权的美国专利No.7,304,269的优选实施方案部分和附图通过引用被并入本文。
技术领域
特定的实施方案涉及脉冲电弧焊接设备和工艺。更具体地，特定的实施方案涉及在脉冲电弧焊接工艺期间对焊接焊条和工件之间形成的短接电路进行预计(anticipating)或者通过减少短路时间期间的输出电流来对该短接电路做出反应以减少飞溅(spatter)。
背景技术
在电弧焊接中，常见的焊接工艺为主要是在利用外保护气的情况下使用实心丝焊条的脉冲焊接。MIG焊接使用间隔的脉冲，该间隔的脉冲首先熔化推进的丝焊条的端部并且然后通过电弧使得熔融金属从焊丝的端部到达工件。在脉冲焊接工艺的每个脉冲周期期间转移(transfer)熔融金属的球状团。在特定脉冲周期期间，特别是在焊接焊条非常靠近工件操作的应用中，熔融金属在从推进的丝焊条被完全释放前与工件接触。这在推进的丝焊条和工件之间创建短接电路(又称短路)。符合期望的是，快速消除或清除短路来获得与适当的脉冲焊接相关联的一致性(consistency)。然而，清除短路将会导致生成不期望的飞溅。这样的飞溅导致焊接工艺的低效率并且可能会导致飞溅超过工件的熔融金属，该熔融金属随后可能不得不使用例如磨具来被移除。
通过将这样的途径与如参照附图在本申请其余内容中阐述的本发明的实施方案进行比较，本领域技术人员将清楚常规的、传统的以及已提出的途径的其他限制和缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的电弧焊接系统和方法。这一目的根据权利要求1、9、16和21的特征来解决。本发明的实施方案包括用于减少脉冲电弧焊接工艺期间的飞溅的电弧焊接系统和方法。在焊接操作期间，通过减少在焊接焊条和工件之间出现短路的时间期间的焊接输出电流来减少飞溅。在一个实施方案中，包括电气开关和阻抗路径的开关模块被并入电弧焊接系统的电源的焊接电流回路。在脉冲焊接操作的非短路情况期间，电气开关被闭合或处于工作中(on)，允许焊接电流通过开关经历最小阻抗来自由回到电源。然而，当在焊接工艺期间短路被预计或发生时，电气开关被断开或打开，迫使焊接电流不得不流经开关模块的阻抗路径，导致焊接电流的水平低于否则的情形。在短路间隔(short interval)期间生成的低电流在短路被清除时导致创建更少的飞溅。脉冲周期期间短路出现的时间可以被追踪，并且与对应于预计的短路的时间间隔交叠(overlap)的消隐间隔(blanking interval)可以被这样施加，以致在消隐间隔期间开关被断开。在说明书、附图和权利要求书中公开进一步的实施方案和特征。
从以下的说明、附图和权利要求书将更完整地理解要求保护的本发明的这些和其他特点和实施方案，以及本发明的图示说明的实施方案的细节。
附图说明
图1图示说明在焊接电流回路中包括开关模块的电弧焊接系统的示例性实施方案的框图；
图2图示说明图1的系统的部分的示例性实施方案的示意图，包括焊接电流回路中的开关模块；
图3图示说明图1和图2的开关模块的示例性实施方案的示意图；
图4图示说明用于使用图1的系统防止脉冲电弧焊接工艺中的飞溅的方法的第一示例性实施方案的流程；
图5图示说明根据图4的方法由未使用图1-3的开关模块的常规脉冲电弧焊接机产生的常规脉冲输出电流波形的实施例；
图6图示说明在具有系绳状连接部分(tethered connection)的自由飞行(free-flight)转移过程中使用高速视频技术发现的迸发(exploding)飞溅工艺；
图7图示说明根据图4的方法由使用图1-3的开关模块的图1的脉冲电弧焊接机产生的脉冲输出电流波形的实施例；
图8图示说明用于使用图1的系统防止脉冲电弧焊接工艺中的飞溅的方法的另一示例性实施例的流程；以及
图9图示说明根据图8的方法由使用图1-3的开关模块的图1的脉冲电弧焊接机产生的脉冲输出电流波形的实施例。
具体实施方式
在弧焊工艺期间，当焊条末端和工件之间的距离是相对小的时候，熔融金属可以经由接触转移过程(例如，表面张力转移或STT工艺)或具有系绳状连接部分的自由飞行转移过程(例如，脉冲焊接工艺)被转移。在接触转移过程中，焊接焊条末端上的熔融金属球与工件进行接触(即，短路)并且在熔融金属球开始与焊条末端基本上分离之前开始“湿润进入(wet into)”工件上的熔池(molten puddle)。
在自由飞行转移过程中，熔融金属球与焊条末端分开并且朝向工件“飞越”(fly across)电弧。然而，当焊条末端和工件之间的距离是相对小的时候，飞越电弧的熔融金属球可以与工件进行接触(即，短路)，而熔融金属的细系绳状部分(thin tether)仍使熔融金属球与工件末端接触。在这样的系绳状自由飞行转移情形下，如本文图6中所图示说明的，当熔融金属球与工件进行接触时，由于通过系绳状部分的电流快速增大，熔融金属的细系绳状部分趋于迸发而导致飞溅。
图1图示说明在焊接输出回路中包括开关模块110并且提供焊接输出121和122的电弧焊接系统100的示例性实施方案的框图。系统100包括能够将输入功率转换为焊接输出功率的功率转换器120。例如，功率转换器120可以为逆变型功率转换器或斩波型功率转换器。系统100还包括丝送进器130，丝送进器130能够将焊接焊丝E送进通过例如将焊接焊丝E连接到焊接输出121的焊枪(未示出)。
系统100还包括可操作地连接在功率转换器120和焊接输出121之间的分流器140，来将焊接输出电流送进到系统100的电流反馈传感器150，以感测由功率转换器120产生的焊接输出电流。系统100还包括可操作地连接在焊接输出121和焊接输出122之间的电压反馈传感器160，来感测由功率转换器120产生的焊接输出电压。作为可替换的方式，开关模块110可以被包括在流出焊接电流路径中，例如介于功率转换器120和分流器140之间，或者介于分流器140和焊接输出121之间。
系统100还包括可操作地连接到电流反馈传感器150和电压反馈传感器160的高速控制器170，来接收以信号161和162的形式表征焊接输出的感测的电流和电压。系统100还包括可操作地连接到高速控制器170的波形发生器180，来接收来自高速控制器170的命令信号171，该命令信号171告知波形发生器如何实时调试焊接波形信号181。波形发生器180产生输出焊接波形信号181并且功率转换器120可操作地连接到波形发生器180，来接收输出焊接波形信号181。功率转换器120通过基于输出焊接波形信号181将输入功率转换为焊接输出功率来生成调制的焊接输出(例如，电压和电流)。
开关模块110可操作地连接在功率转换器120和焊接输出122之间，焊接输出122在操作期间连接到焊接工件W。高速控制器170也可操作地连接到开关模块110来提供开关命令信号(或消隐信号(blanking signal))172到开关模块110。根据本发明的实施方案，高速控制器170可以包括逻辑电路、可编程微控制器以及控制器存储器。
根据本发明的实施方案，高速控制器170可以使用感测的电压信号161、感测的电流信号162或者这二者的组合来在每个脉冲周期期间确定在推进的焊条E和工件W之间何时出现短路、何时短路要被清除以及何时短路已经实际上被清除。这样的确定何时出现短路以及何时短路被清除的方案在本领域中是公知的，并且例如在美国No.7,304,269中被描述，美国No.7,304,269的部分内容通过引用被并入本文。高速控制器170可以命令波形发生器180在出现短路被/或短路被清除时改变波形信号181。例如，当短路被确定为已经被清除时，高速控制器170可以命令波形发生器180在波形信号181中包括等离子升压脉冲(plasma boost pulse)(参见图7的脉冲750)，来防止在清除前一短路之后立即出现另一短路。
图2图示说明图1的系统100的部分的示例性实施方案的示图，包括在焊接电流回路中的开关模块110。功率转换器120可以包括逆变电源123以及续流二极管124。由于焊接输出路径中的各种电器部件，焊接输出路径将具有固有的焊接电路电感210。开关模块110被示出为具有与阻抗路径112(例如，高额定功率电阻的网络)并联的电气开关111(例如，功率晶体管电路)。
在焊接波形的脉冲周期期间，当没有出现短路时，电气开关111通过来自高速控制器170的开关命令信号172被命令为是闭合的。当电气开关111被闭合时，电气开关111在输出焊接回路中提供非常低的阻抗路径，允许焊接电流通过开关111自由返回到功率转换器120。阻抗路径112仍出现在焊接输出回路中，而大部分电流将流过由闭合的开关111提供的低阻抗路径。然而，当短路被检测到时，电气开关111通过来自高速控制器170的开关命令信号172被命令为是断开的。当电气开关111被断开时，流过开关111的电流被切断并且被迫使来流过阻抗路径112，由于阻抗路径112提供的阻抗，导致电流的水平被降低。
图3图示说明图1和图2的开关模块110的示例性实施方案的示意图。如所示的，开关模块110包括晶体管电路111和电阻网络112。开关模块110可以包括用于安装模块110的各种电气部件(例如，包括晶体管电路111、电阻网络112、LED以及状态逻辑电路)的电路板。
图4图示说明用于使用图1的系统100防止脉冲电弧焊接工艺中的飞溅的方法400的第一示例性实施方案的流程。步骤410表示开关模块110的开关111正常被闭合(没有短路情况)的操作。在步骤420中，如果没有检测到短路，则开关111保持为闭合的(没有短路情况)。然而，如果检测到短路，则在步骤430中，开关111被命令来在短路间隔期间(即，焊条被短路到工件的时间段)经历断开和闭合连续事件。
步骤430中的断开/闭合连续事件通过在第一次检测到短路时断开开关111来开始。在第一时间段(例如，短路间隔的第一个10％)开关111保持为断开的。这快速减少输出电流，从而短路不会以导致大量飞溅的方式立刻被破坏。在第一时间段后，开关被再次闭合并且输出电流在第二时间段期间是倾斜的而导致开始熔融短路，来形成窄的颈部而试图与焊条分开并且清除短路。在该第二时间段期间，由于电流是倾斜的，执行dv/dt检测方案来预计何时短路将会被清除(即，何时颈部将会断开(break))。这样的dv/dt方案在本领域中是公知的。然后，就在短路要被清除之前(例如，在短路间隔的最后10％期间)，开关111被再次断开，以再一次快速地降低输出电流来防止在颈部实际断开时(即，当短路被实际清除时)的过渡飞溅。
在步骤410中，如果短路(焊条和工件之间的短路)仍存在，则开关111保持断开。然而，如果短路已经被清除，则在步骤450中，开关111被再次闭合。以这种方式，在短路情况期间，开关111经历断开/闭合连续事件并且当开关被断开时流过焊接输出路径的电流被减少，导致减少的飞溅。根据本发明的实施方案，方法400在高速控制器170中被实施。此外，根据本发明的实施方案，系统100能够以120kHz的速率做出反应(即，开关模块110可以以该高速率在开和关之间被切换)，为短路的检测和短路清除的检测提供充分的反应来以有效的方式实施方法400。
根据略微简单些的可替换实施方案，响应于推进的焊条和工件之间的短路检测，通过在至少一确定的时间段断开开关111，由此增加焊接电路路径中的阻抗，焊接电路路径的电流被减少，而不是上面结合图4所描述的经历断开/闭合连续事件。对大部分脉冲周期来说，确定的时间段具有允许短路被清除而无需首先增加焊接电路路径的电流的持续时间。在给定脉冲周期期间，如果短路在确定的时间段已经如所期望的期满之前被清除，则工艺继续脉冲周期的下一部分。然而，如果短路没有在确定的时间段内被清除，则在确定的时间段后，开关111立即被再次闭合，导致焊接电路路径的电流再一次增加并且清除短路。在这样的可替换实施方案中，响应于短路的检测，在确定的时间段的至少一部分，开关111被简单地断开。在大多数脉冲周期中，电流无需被增加来清除短路。
此外，作为一种选择，当推进的焊条和工件之间的短路被检测到时，推进的焊条的速度可以被减慢。减慢推进的焊条的速度帮助更容易地清除短路而不增加如否则的情况要增加的那么多材料到短路部分。为减慢推进的焊条的速度，推进焊条的丝送进器的马达可以被关闭并且可以制动马达。根据各种实施方案，制动可以为机械制动或者电气制动。
图5图示说明根据图4的方法400或者上面所描述的简单些的可替换方法由未使用图1-3的开关模块110的常规脉冲电弧焊接机得到的常规脉冲输出电流波形500的实施例。如从图5的波形500可见的，在峰值脉冲510被激发(fire)之后，短路可以出现，例如开始于时间520，持续例如直到短路被清除的时间530。时间520和530限定短路间隔540。如在图5中可见的，峰值脉冲510在多个脉冲周期或焊接工艺周期期间以有规律的间隔被激发。在任何给定的周期或脉冲周期期间，短路情况可以发生或者可以不发生。在常规系统中，当短路发生时，相比于电感，在焊接输出路径中存在非常小的阻抗。即使电源被关断，电流继续流动。
再次参见图5，在短路间隔540期间，由于在焊条E和工件W之间缺乏电弧(阻抗变得非常低)并且由于焊接电路电感210用来保持电流在焊接输出路径中流动，所以输出电流趋于增加，甚至是在功率转换器120被逐步调整回到(phase back)最小水平。在短路被清除之前电流趋于增加(即，在熔融金属短路与焊条E分开之前)。然而，以这样的增加的电流水平，当短路被破坏或清除时，增加的电流水平趋于导致熔融金属迸发而导致飞溅。
图6图示说明在具有系绳状连接部分的自由飞行转移过程中使用高速视频技术发现的迸发的飞溅过程。高峰值脉冲(例如，510)导致熔融金属球610朝向工件W突出，在球610和焊条E之间创建窄的系绳状部分620。当球610朝向工件W飞越电弧时，系绳状部分620变窄并且最后通过系绳状部分620在焊条E和工件W之间出现短路。在焊接焊条非常靠近工件操作的操作中几乎每个脉冲周期都趋于出现这种情况。特别地，已经发现的是，对于自由飞行转移脉冲焊接工艺，系绳状部分620创建初期的短路并且大量电流可以开始流过窄的系绳状部分620。如图6中所示的，逐渐增加的电流水平最终导致相对细的熔融系绳状部分620迸发而创建飞溅630。然而，通过并入如本文上面所描述的开关模块110和方法400(或简单些的可替换方式)，所创建的飞溅630可以被大大减少。
图7图示说明根据图4的方法400由使用图1-3的开关模块110的图1的脉冲电弧焊接机100得到的脉冲输出电流波形700的实施例。如从图7的波形700可见的，在峰值脉冲710被激发之后，短路可以出现，例如开始于时间720，持续例如直到短路被清除的时间730。时间720和730限定短路间隔740。如在图7中可见的，峰值脉冲710在多个脉冲周期或焊接工艺周期期间以有规律的间隔被激发。在任何给定的周期期间，短路情况可以发生或者可以不发生。然而，当焊条末端和工件之间的距离是相对小的时候，几乎每个周期都可以出现短路。
再次参见图7，在短路间隔740期间，当短路首次出现并且同样当短路要被清除时开关模块110的开关111被断开，导致输出电流流过阻抗路径112并且因此导致电流水平减少。作为实施例，开关信号172可以为当检测到短路时由高到低的逻辑信号，使得开关断开。类似地，当短路被清除时，开关信号172可以从低到高来再次闭合开关111。当开关111被断开时，阻抗路径112加重焊接输出路径的负载，允许续电流快速下降到期望的水平。在短路被清除之前，电流趋于减少，并且以这样的减少的电流水平，当短路被破坏或清除时，熔融金属趋于以非迸发的方式(unexplosive manner)箍断(pinch off)，消除或至少减少所创建的飞溅的量。同样，在图7的波形700中，用于帮助防止在刚刚清除短路之后立即出现另一短路的等离子升压脉冲750是更为卓越的并且潜在地为更有效的。
图8图示说明用于使用图1的系统100防止脉冲电弧焊接工艺中的飞溅的方法800的另一示例性实施方案的流程。根据实施方案，方法800由控制器170执行。高速控制器170追踪短路出现和/或短路清除的时间并且提供在至少下一脉冲周期期间何时短路间隔940(出现短路和短路被清除的时候之间的时间)(见图9)将会出现的估计。从这样的估计，消隐间隔960(见图9)可以被确定，这用来生成消隐信号172。
根据已知的技术，在方法800的步骤810中，系统100检测脉冲焊接波形的重复脉冲周期期间短路出现和/或这些短路的清除。在步骤820中，在脉冲周期内检测到的短路的出现和/或清除的时间(例如，通过高速控制器170)被追踪。在步骤830中，基于追踪结果估计下一脉冲周期的短路间隔940的位置和持续时间(见图9)。在步骤840中，基于下一脉冲周期的短路间隔的估计的位置确定至少下一脉冲周期的交叠消隐间隔960。在步骤850中，消隐信号(一种开关信号)172(例如，通过控制器170)被生成来在下一脉冲周期期间施加到开关模块110。
图9图示说明根据图8的方法800由使用图1-3的开关模块110的图1的脉冲电弧焊接机100得到的脉冲输出电流波形900的实施例。如从图9的波形900可见的，在峰值脉冲910被激发之后，短路可以出现，例如开始于时间920，持续例如直到短路被清除的时间930。时间920和930限定短路间隔940。如在图9中可见的，峰值脉冲910在焊接工艺期间以有规律的间隔被激发。在任何给定的周期期间，短路情况可以发生或者可以不发生。然而，在电弧长度相对短(即，焊条相对靠近工件操作)的焊接工艺期间，短路可以发生在几乎每个脉冲周期中。
根据方法800，脉冲周期内短路出现和/或短路清除的时间被确定并且逐个脉冲周期被追踪。以这种方式，控制器170可以估计在下一个或接下来的脉冲周期中可能将会出现的短路间隔的位置。然而，在脉冲焊接工艺开始时，在任何实质性追踪信息是可获得的之前，短路间隔的位置可以为基于例如经验数据或者来自前一焊接工艺的储存数据的储存的默认位置。消隐信号172可以被调试或者改变来在消隐信号172中形成消隐间隔960，消隐间隔960在时间上交叠下面的脉冲周期(一个或多个)的估计的短路间隔940。理想地，消隐间隔960在下一脉冲周期的短路间隔940之前不久(例如，在时间920之前)开始并且在下面的脉冲周期的短路间隔940之后不久(例如，在时间930之后)结束，由此时间交叠。在一个实施方案中，只追踪短路出现的时间，而不追踪短路清除的时间。在这样的实施方案中，基于经验知识，消隐间隔的持续时间被设置为持续足够长来用于清除短路。
以这种方式，下一脉冲周期期间的短路的实际出现无需在开关模块110的开关111可以被断开之前被检测。在脉冲焊接工艺进行时，短路间隔的位置可以随着焊条和工件之间的距离的偏移或变化而偏移或变化。然而，在该实施方案中，由于短路间隔的位置随着时间被追踪，所以消隐信号的位置可以被调试来有效地遵循并且预计短路间隔。通过在消隐间隔960期间断开开关111，电流下降并且预期的是，系绳状部分将出现并且在消隐间隔960期间断开。
经验结果已经示出，在特定脉冲焊接情况下使用如本文所描述的开关模块110，清除短路时的焊接输出电流水平可以从约280安培减少到约40安培，使得所产生的飞溅的量有很大的不同。一般地，将电流减少到50安培以下似乎显著地减少飞溅。此外，行进速度(例如，60-80英寸/分钟)和沉积速率能够被保持。
在焊接焊条和工件之间出现短路的时间段期间减少焊接输出电流水平的其他装置和方法也是可能的。例如，在可替换的实施方案中，焊接电源的控制拓扑可以被配置来在短路的时间期间控制输出电流到被高度调整的水平。在短路间隔期间，电流可以控制短路电流到较低水平(例如，50安培以下)来减少飞溅。例如，参见图1，开关模块110可以被禁用或省略，允许电流在焊接输出电路路径中自由流动。控制器170被配置来命令波形发生器180在消隐间隔期间改变焊接工艺的输出焊接波形信号181的部分，来减少通过焊接输出电路路径的焊接输出电流。因此，在该可替换的实施方案中，控制器170通过波形发生器180和功率转换器120而不是经由开关模块110减少消隐间隔期间的电流。如果焊接电路的电感210是充分低的，则这样的可替换实施方案可以工作得相当好。
简要概述，公开了用于执行产生减少的飞溅的脉冲焊接工艺的电弧焊接机和方法。焊接机在推进的焊条和工件之间产生电流。焊接机具有短路检测能力，来在推进的焊条和工件之间出现短接电路时检测短路情况。焊接机被控制来减少在短路时间期间推进的焊条和工件之间的电流，以减少当短路被清除时熔融金属的飞溅。
本发明的实施方案包括用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法。该方法包括使用焊接系统的控制器追踪在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间短路间隔出现的时间。追踪可以基于对在脉冲焊接工艺的脉冲周期期间短路出现的检测以及对在脉冲焊接工艺的脉冲周期期间短路清除的检测中的至少一个。该方法还包括基于所述追踪估计脉冲焊接工艺的至少下一脉冲周期的短路间隔的时间位置。该方法还包括基于所述估计确定至少下一脉冲周期的消隐间隔。该方法还可以包括基于消隐间隔生成至少下一脉冲周期的消隐信号。该方法还可以包括响应于消隐信号在消隐间隔期间增加焊接系统的焊接电路路径的阻抗，来减少在消隐间隔期间通过焊接电路路径的焊接电流。增加阻抗可以包括断开设置在焊接电路路径中的开关模块的电气开关。根据实施方案，电气开关与开关模块中的阻抗路径并联。该方法可以包括通过改变消隐间隔期间的焊接工艺的波形的部分，在至少下一脉冲周期的消隐间隔期间减少通过焊接系统的焊接电路路径的焊接电流，其中波形由焊接系统的波形发生器生成。根据实施方案，消隐间隔在时间上宽于至少下一脉冲周期的预期短路间隔并且在时间上交叠至少下一脉冲周期的预期短路间隔。
本发明的实施方案包括用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的系统。该系统包括控制器，该控制器被配置用于在焊接系统的脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间追踪短路间隔出现的时间。该控制器还被配置用于基于所述追踪估计脉冲焊接工艺的至少下一脉冲周期的短路间隔的时间位置。该控制器还被配置用于基于所述估计确定至少下一脉冲周期的消隐间隔。控制器还可以被配置用于基于消隐间隔生成至少下一脉冲周期的消隐信号。根据实施方案，消隐间隔在时间上宽于至少下一脉冲周期的预期短路间隔并且在时间上交叠至少下一脉冲周期的预期短路间隔。该系统还可以包括设置在焊接系统的焊接电路路径中并且可操作地连接到控制器的开关模块。开关模块被配置来响应于消隐信号在消隐间隔期间增加焊接系统的焊接电路路径的阻抗，来减少消隐间隔期间通过焊接电路路径的焊接电流。开关模块包括并联的电气开关和阻抗路径。控制器可以被配置用于命令焊接系统的波形发生器，来通过改变消隐间隔期间焊接工艺的波形的部分，在至少下一脉冲周期的消隐间隔期间减少通过焊接系统的焊接电路路径的焊接电流。控制器还可以被配置来检测脉冲焊接工艺的脉冲周期期间短路的出现，并且检测在脉冲焊接工艺的脉冲周期期间短路清除的出现。
本发明的实施方案包括用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法。该方法包括使用焊接系统的控制器检测在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间的短路。该方法还包括在第一时间段增加焊接系统的焊接电路路径的阻抗，来响应于检测到短路而减少通过焊接电路路径的焊接电流。该方法还包括在第一时间段之后紧接着的第二时间段降低焊接系统的焊接电路路径的阻抗，来增加通过焊接电路路径的焊接电流。该方法还包括在预计清除短路时，在第二时间段之后紧接着的第三时间段增加焊接系统的焊接电路路径的阻抗，来减少通过焊接电路路径的焊接电流。增加阻抗可以包括断开设置在焊接电路路径中的开关模块的电气开关。降低阻抗可以包括闭合设置在焊接电路路径中的开关模块的电气开关。该方法还可以包括检测到短路已经被清除，并且响应于检测到短路已经被清除而降低焊接系统的焊接电路路径的阻抗。
本发明的实施方案包括用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法。该方法包括使用焊接系统的控制器检测在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间工件和推进的焊条之间的短路。该方法还包括响应于检测其中的短路，在确定的时间段的至少一部分降低焊接系统的焊接电路路径的电流，在脉冲弧焊工艺的大部分脉冲周期期间，确定的时间段具有允许短路被清除而无需首先增加焊接电路路径的电流的持续时间。降低电流可以包括增加焊接电路路径的阻抗。增加阻抗可以包括断开设置在焊接电路路径中的开关模块的电气开关，其中开关模块包括与阻抗路径并联的电气开关。该方法还可以包括如果短路没有被清除，则在确定的时间段之后立即增加焊接系统的焊接电路路径的电流。增加电流可以包括降低焊接电路路径的阻抗。降低阻抗可以包括闭合设置在焊接电路路径中的开关模块的电气开关，其中所述开关模块包括与阻抗路径并联的电气开关。该方法还可以包括响应于检测到焊条和工件之间的短路而减慢推进的焊条的速度。减慢推进的焊条的速度可以包括关闭推进焊条的丝送进器的马达并且制动所述马达。根据各种实施方案，所述制动可以为机械制动或者电气制动。
尽管已经参照特定实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变，并且可以替换等同物，而不会偏离本发明的范围。此外，可以进行许多修改来使特定情形或材料适应本发明的教导，而不会偏离本发明的范围。因此，不是意图将本发明限定为所公开的特定实施方案，相反，本发明将包括落入所附权利要求书范围的所有实施方案。
参考标号：
100 电弧焊接系统 510 峰值脉冲
110 开关模块 520 时间
111 电气开关 530 时间
112 阻抗路径 540 短路间隔
120 功率转换器 610 球
121 焊接输出 620 系绳
122 焊接输出 630 飞溅
123 逆变电源 700 电流波形
124 续流二极管 710 峰值脉冲
130 丝送进器 720 时间
140 分流器 730 时间
150 电流反馈传感器 740 短路间隔
160 电压反馈传感器 800 方法
161 信号 810 步骤
162 信号 820 步骤
170 高速控制器 830 步骤
171 命令信号 840 短路间隔
172 开关命令信号 850 步骤
180 波形发生器 900 输出电流波形
181 波形信号 910 峰值脉冲
210 电路电感 920 时间
400 方法 930 时间
420 步骤 940 短路间隔
430 步骤 960 消隐间隔
440 步骤
450 步骤 E 焊接焊丝
500 波形 W 焊接工件

Claims (28)

1.一种用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法，所述方法包括：
使用焊接系统(100)的控制器(170)追踪(820)在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间短路间隔(540、940)出现的时间；
基于所述追踪估计(830)所述脉冲焊接工艺的至少下一脉冲周期的短路间隔(540、940)的时间位置；以及
基于所述估计确定(840)至少下一脉冲周期的消隐间隔(960)。
2.如权利要求1的方法，还包括基于所述消隐间隔(960)生成(850)至少下一脉冲周期的消隐信号(172)。
3.如权利要求2的方法，还包括响应于所述消隐信号(172)增加在所述消隐间隔(960)期间所述焊接系统(100)的焊接电路路径的阻抗，来减少所述消隐间隔(960)期间通过所述焊接电路路径的焊接电流。
4.如权利要求3的方法，其中增加所述阻抗的步骤包括断开设置在所述焊接电路路径中的开关模块(110)的电气开关(111)。
5.如权利要求4的方法，其中所述电气开关(111)与阻抗路径(112)并联。
6.如权利要求1-5中的一项的方法，还包括通过在所述消隐间隔(960)期间改变所述焊接工艺的波形的部分来在至少下一脉冲周期的所述消隐间隔(960)期间减少通过所述焊接系统(100)的焊接电路路径的焊接电流，其中所述波形由所述焊接系统(100)的波形发生器(180)生成。
7.如权利要求1-6中的一项的方法，其中所述消隐间隔(960)在时间上宽于至少下一脉冲周期的预期短路间隔并且在时间上交叠至少下一脉冲周期的预期短路间隔。
8.如权利要求1-7中的一项的方法，其中所述追踪(820)的步骤基于在所述脉冲焊接工艺的脉冲周期期间对短路的出现和/或所述短路的清除的检测。
9.一种用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的系统(100)，所述系统(100)包括控制器(170)，所述控制器(170)被配置来：
追踪(820)在焊接系统(100)的脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间短路间隔(540、940)出现的时间；
基于所述追踪估计(830)所述脉冲焊接工艺的至少下一脉冲周期的短路间隔(540、940)的时间位置；以及
基于所述估计确定(840)至少下一脉冲周期的消隐间隔(960)。
10.如权利要求9的系统，其中所述控制器(170)进一步被配置来基于所述消隐间隔(960)生成(850)至少下一脉冲周期的消隐信号(172)。
11.如权利要求10的系统，还包括设置在所述焊接系统的焊接电路路径中并且可操作地连接到所述控制器(170)的开关模块(110)，其中所述开关模块(110)被配置来响应于所述消隐信号(172)增加在所述消隐间隔(960)期间所述焊接系统(100)的焊接电路路径的阻抗，来减少在所述消隐间隔(960)期间通过所述焊接电路路径的焊接电流。
12.如权利要求11的系统，其中所述开关模块(110)包括并联的电气开关(111)和阻抗路径(112)。
13.如权利要求9-12中的一项的系统，其中所述控制器(170)进一步被配置来命令所述焊接系统(100)的波形发生器(180)通过在所述消隐间隔(960)期间改变所述焊接工艺的波形的部分来在至少下一脉冲周期的所述消隐间隔(960)期间减少通过所述焊接系统(100)的焊接电路路径的焊接电流。
14.如权利要求9-13中的一项的系统，其中所述消隐间隔(960)在时间上宽于至少下一脉冲周期的预期短路间隔(540、940)并且在时间上交叠至少下一脉冲周期的预期短路间隔(540、940)。
15.如权利要求9-14中的一项的系统，其中所述控制器(170)进一步被配置来检测在所述脉冲焊接工艺的脉冲周期期间短路的出现和/或所述短路的清除。
16.一种用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法，特别是根据权利要求1-8中的一项的方法，所述方法包括：
使用焊接系统(100)的控制器(170)检测(810、420)在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间工件(W)和推进的焊条(E)之间的短路；
响应于检测(420)所述短路，在第一时间段增加所述焊接系统(100)的焊接电路路径的阻抗来减少通过所述焊接电路路径的焊接电流；
在所述第一时间段之后紧接着的第二时间段降低所述焊接系统(100)的所述焊接电路路径的所述阻抗来增加通过所述焊接电路路径的所述焊接电流；以及
在预计清除所述短路时，在所述第二时间段之后紧接着的第三时间段增加所述焊接系统(100)的所述焊接电路路径的所述阻抗来减少通过所述焊接电路路径的所述焊接电流。
17.如权利要求16的方法，其中增加所述阻抗的步骤包括断开设置在所述焊接电路路径中的开关模块(110)的电气开关(111)。
18.如权利要求16或17的方法，其中降低所述阻抗的步骤包括闭合设置在所述焊接电路路径中的开关模块(110)的电气开关(111)。
19.如权利要求16-18中的一项的方法，还包括检测到(440)所述短路已经被清除。
20.如权利要求19的方法，还包括响应于检测到(440)所述短路已经被清除，降低所述焊接系统(100)的所述焊接电路路径的所述阻抗。
21.一种用于减少脉冲弧焊工艺中的飞溅的方法，特别是根据权利要求1-8中的一项的方法，所述方法包括：
使用焊接系统(100)的控制器(170)检测(810、420)在脉冲弧焊工艺的脉冲周期期间工件(W)和推进的焊条(E)之间的短路；以及
响应于检测(420)其中的所述短路，在确定的时间段的至少一部分降低所述焊接系统(100)的焊接电路路径的电流，在所述脉冲弧焊工艺的大部分脉冲周期期间，所述确定的时间段具有允许所述短路被清除而无需首先增加所述焊接电路路径的电流的持续时间。
22.如权利要求21的方法，其中降低所述电流的步骤包括增加所述焊接电路路径的阻抗。
23.如权利要求22的方法，其中所述增加阻抗的步骤包括断开设置在所述焊接电路路径中的开关模块(110)的电气开关(111)，其中所述开关模块(110)包括与阻抗路径(112)并联的所述电气开关(111)。
24.如权利要求21-23中的一项的方法，还包括如果所述短路没有被清除，则在所述确定的时间段之后立即增加所述焊接系统的所述焊接电路路径的所述电流。
25.如权利要求24的方法，其中增加所述电流的步骤包括降低所述焊接电路路径的阻抗。
26.如权利要求25的方法，其中所述降低阻抗的步骤包括闭合设置在所述焊接电路路径中的开关模块(110)的电气开关(111)，其中所述开关模块(110)包括与阻抗路径(112)并联的所述电气开关(111)。
27.如权利要求21-26中的一项的方法，还包括响应于检测到(440)所述焊条(E)和所述工件(E)之间的短路，减慢所述推进的丝焊条(E)的速度。
28.如权利要求27的方法，其中减慢所述推进的丝焊条(E)的速度的步骤包括关闭推进所述丝焊条(E)的丝送进器(130)的马达并且制动所述马达，其中所述制动优选为机械制动或电气制动之一。
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