CN104428095B - 具有电源转换器、磁场系统以及用于将二者同步的控制器的电弧焊接系统 - Google Patents

Abstract

电弧焊接系统(10)包括电源转换器(22)，所述电源转换器(22)基于焊接信号(36)输出焊接波形(24)。电源转换器(22)被可操作地连接到焊炬(26)，以基于焊接波形(24)在焊炬(26)和工件(18)之间创建电弧(14)。电弧(14)将熔融材料的至少一滴转移到工件(18)上。电弧焊接系统(10)还包括磁场系统和控制器(34)，所述磁场系统包括基于磁操控信号产生磁场的磁场产生器，所述控制器(34)被可操作地连接到电源转换器(22)和磁场控制器。控制器(22)根据焊接信号(36)控制电源转换器(22)的操作并且同时根据磁操控信号控制磁场系统。焊接信号(36)针对每个波形周期包括峰值部分和本底部分，并且磁操控信号包括峰值部分。

Description

具有电源转换器、磁场系统以及用于将二者同步的控制器的 电弧焊接系统

本申请是美国专利申请No.13/534,119的部分继续申请并且要求美国专利申请No.13/534,119的优先权，所述美国专利申请No.13/534,119的全部内容通过引用被并入本文。本申请也是美国专利申请No.13/438,703的部分继续申请并且要求美国专利申请No.13/438,703的优先权，所述美国专利申请No.13/438,703的全部内容通过引用被并入本文。

发明背景

发明领域

本发明涉及电弧焊接系统中的控制器并且涉及用于在电弧焊接系统中使用的控制方法，并且更特别地，涉及电弧焊接系统和电弧焊接电源供应器。

相关技术说明

基于状态的控制原理可以被采用来控制在焊接期间应用于工件的焊接波形。储存在焊接电源供应器的状态表通过许多控制状态限定焊接波形，所述许多控制状态分别对应于焊接波形的不同部分。例如，一个状态可以对应于焊接波形的峰值电流，而另一个状态可以对应于焊接波形的本底电流。状态表中的各个状态一起限定整个焊接波形。

分开的附加控制器(即，与焊接电源供应器分开)被提供来控制电弧焊接系统的其他方面。例如，电弧焊接系统可以具有用于设置和控制焊炬的移动的专用控制器(例如马达控制器)，以及用于控制可消耗的焊丝电极的焊丝送进速度的另一个专用控制器。电弧焊接系统可以进一步具有多个控制器来在焊接期间控制焊炬的摆动(weaving)、焊炬沿工件的长度的平移或行进、焊炬绕管道的圆周(轨道)运动，以控制电弧的移动，等等。这样的控制器与基于状态的焊接控制器分开并且在这样的控制器和基于状态的焊接控制器之间几乎没有集成。因此，在分开的控制器之中没有协同作用(synergy)。分开的控制器倾向于以比基于状态的焊接控制器更低的控制频率操作，以避免整个焊接控制系统内的不稳定性。例如，分开的附加控制器可以1-10Hz范围内的控制频率操作，而焊接控制器的控制频率可以快成千上万倍。进一步地，在焊接系统中，分开的控制器通常需要双重传感器(例如电压、电流等等)的使用。

发明内容

依据本发明的一个方面，所提供的是一种电弧焊接系统。所述电弧焊接系统包括焊炬。电极被可操作地连接到焊炬，并且从焊炬接收电能。电极从电弧焊接系统建立电弧。焊接电源供应器根据焊接波形供应用于产生电弧的电能。焊接电源供应器包括开关式电源转换器。开关式电源转换器被可操作地连接到焊炬，用于将电能供应到焊炬。并行的基于状态的控制器被可操作地连接到开关式电源转换器并且将波形控制信号提供到开关式电源转换器用于控制开关式电源转换器的操作。并行的基于状态的控制器产生动作控制信号用于控制电极和焊炬中的至少一个的移动。并行的基于状态的控制器包括处理器。具有被可操作地连接到并行的基于状态的控制器的输出的传感器感测焊接电压和焊接电流中的至少一个。存储器部分被可操作地连接到处理器并且储存包括第一组多个顺序控制状态的焊接状态表和包括第二组多个顺序控制状态的动作控制系统状态表。焊接波形在焊接状态表中被限定。并行的基于状态的控制器根据焊接状态表通过波形控制信号控制开关式电源转换器的操作，并且同时根据动作控制系统状态表调整动作控制信号。并行的基于状态的控制器根据从传感器接收的信号在焊接状态表的控制状态之间转换(transition)，并且还根据从传感器接收的信号在动作控制系统状态表的控制状态之间转换。在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器根据焊接状态表通过波形控制信号控制开关式电源转换器的操作，并且同时根据磁电弧系统状态表调整磁电弧信号。并行的基于状态的控制器根据从传感器接收的信号在焊接状态表的控制状态之间转换，并且还根据从传感器接收的信号在磁电弧系统状态表的控制状态之间转换。当然，在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器可以同时控制开关式电源转换器、动作控制系统以及磁电弧系统的操作。

依据本发明的另一个方面，所提供的是一种用于控制电弧焊接系统的方法。所述方法包括提供电弧焊接系统的步骤。电弧焊接系统包括焊炬和焊接电源供应器。焊接电源供应器包括被可操作地连接到焊炬的开关式电源转换器。并行的基于状态的控制器包括焊接状态表和动作控制系统状态表。电弧焊接系统包括焊接电压传感器和焊接电流传感器。电弧在电弧焊接系统和工件之间被产生。并行的基于状态的控制器根据焊接状态表控制开关式电源转换器来产生焊接波形。焊接状态表包括限定焊接波形的第一组多个顺序控制状态。控制开关式电源转换器的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在焊接状态表的控制状态之间顺序地转换。并行的基于状态的控制器，与控制开关式电源转换器同时地，根据动作控制系统状态表控制焊炬的移动。动作控制系统状态表包括第二组多个顺序控制状态。控制焊炬的移动的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在动作控制系统状态表的控制状态之间顺序地转换。在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器，与控制开关式电源转换器同时地，根据磁电弧系统状态表控制电弧的移动。磁电弧系统状态表包括多个顺序控制状态。控制电弧的移动的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在磁电弧系统状态表的控制状态之间顺序地转换。当然，在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器可以同时控制开关式电源转换器、动作控制系统以及磁电弧系统的操作。

依据本发明的另一个方面，所提供的是一种用于控制电弧焊接系统的方法。所述方法包括提供电弧焊接系统的步骤。电弧焊接系统包括焊接电极和焊接电源供应器。焊接电源供应器包括被可操作地连接到焊接电极的逆变器。并行的基于状态的控制器包括焊接状态表和动作控制系统状态表。电弧焊接系统包括焊接电压传感器和焊接电流传感器。电弧在焊接电极和工件之间被产生。并行的基于状态的控制器根据焊接状态表控制逆变器来产生焊接波形。焊接状态表包括限定焊接波形的第一组多个顺序控制状态。控制逆变器的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在焊接状态表的控制状态之间顺序地转换。并行的基于状态的控制器，与控制逆变器同时地，根据动作控制系统状态表控制焊接电极的移动。动作控制系统状态表包括第二组多个顺序控制状态。控制焊接电极的移动的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在动作控制系统状态表的控制状态之间顺序地转换。在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器，与控制逆变器同时地，根据磁电弧系统状态表控制电弧的移动。磁电弧系统状态表包括多个顺序控制状态。控制电弧的移动的步骤包括基于来自焊接电压传感器的焊接电压信号和来自焊接电流传感器的焊接电流信号中的至少一个在磁电弧系统状态表的控制状态之间顺序地转换。当然，在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器可以同时控制逆变器、动作控制系统以及磁电弧系统的操作。

在一些实施方案中，电弧焊接系统包括电源转换器，所述电源转换器基于焊接信号输出焊接波形。电源转换器被可操作地连接到焊炬，以基于焊接波形在焊炬和工件之间创建电弧。电弧将熔融材料的至少一滴转移到工件上。电弧焊接系统还包括磁场系统和控制器，所述磁场系统包括基于磁操控信号产生磁场的磁场产生器，所述控制器被可操作地连接到电源转换器和磁场控制器。控制器根据焊接信号控制电源转换器的操作并且同时根据磁操控信号控制磁场系统。焊接信号针对每个波形周期包括峰值部分和本底部分，并且磁操控信号包括峰值部分。本发明的进一步的实施方案、特征和细节从随后的说明书、附图和权利要求书中是可推断的。

附图简要说明

图1是示例性电弧焊接系统的示意图；以及

图2是状态图；

图3是示例性电弧焊接系统的示意图；

图4是示例性电弧焊接系统的示意图；

图5是状态图；

图6是示例性电弧焊接系统的示意图；

图7是示例性电弧焊接系统的示意图；

图8是示例性电弧焊接系统的示意图；

图9图示说明依据本发明的示例性实施方案的焊接系统的图示表征；

图10是图9的示例性电弧焊接系统的示意图；

图11是依据本发明的示例性实施方案的示例性焊接波形和磁操控波形的图示说明；

图12是依据本发明的示例性实施方案的示例性状态图；

图13是依据本发明的示例性实施方案的示例性焊接波形和磁操控波形的图示说明；以及

图14是依据本发明的示例性实施方案的示例性状态图。

发明的详细描述

本发明涉及电弧焊接系统中的控制器并且涉及用于在电弧焊接系统中使用的控制方法。现在将参照附图描述本发明，其中相似的参考编号被用来在通篇中用于相似的要素。将理解的是，各种附图不必以彼此按比例的方式来绘制，在给定的附图内也同样是这样，并且特别地，部件的尺寸被任意地绘制，以便于对附图的理解。在下面的说明书中，出于解释说明的目的，许多具体的细节被阐述以提供对本发明的深入理解。然而，可以为明显的是，本发明可以被实践而不需要这些具体的细节。附加地，本发明的其他实施方案是可能的并且本发明能够以除了如所描述的方式之外的方式被实践和实施。在描述本发明中采用的术语和短语是出于促进对本发明的理解的目的，并且不应该被认为是限制性的。

如本文所使用的，术语“焊接”指的是电弧焊接工艺。示例性电弧焊接工艺包括气体保护金属极弧焊(GMAW)、气体保护钨极电弧焊(GTAW)、药芯焊丝弧焊(FCAW)、埋弧焊(SAW)、金属芯弧焊(MCAW)、等离子弧焊(PAW)等等。

如本文所使用的，术语“电极(electrode)”和“焊接电极”指的是与焊炬相关联的电极，所述焊炬将电能从焊接电源供应器传递到工件。示例性“电极”和“焊接电极”包括在焊接期间被消耗的可消耗的(例如，焊丝)电极、非可消耗的电极(例如，形成焊炬的一部分)以及在焊炬内用于将电能传递到可消耗的电极的导电嘴。电极/焊接电极的移动可以指的是电极相对于焊炬和/或工件的移动，例如通过焊炬朝向工件送进可消耗的焊丝电极。电极/焊接电极的移动也可以指的是焊炬本身，与焊炬的导电嘴或非可消耗的电极一起，相对于工件的移动。

在图1中，示例性电弧焊接系统10被示意性地示出。电弧焊接系统10包括焊接电源供应器12。焊接电源供应器12在电极16和工件18之间产生电弧14来执行焊接操作。焊接电源供应器12从电源20(例如，商业性电源或发电机)接收用于产生电弧14的电能。电源20可以是单相或三相电源。

焊接电源供应器12包括用于根据所期望的焊接波形24产生电弧的开关式电源转换器22。示例性开关式电源转换器22包括逆变器、斩波器等等。

电弧焊接系统10包括被可操作地连接到电源转换器22的焊炬26。电源转换器22将电能供应到焊炬26来执行焊接操作。在图1中，焊炬26具有导电嘴28，所述导电嘴28用于将由电源转换器22供应的电能传递到电极16。将理解的是，电极16可以是在焊接操作期间被消耗的从焊炬26延伸的可消耗的电极，或者是为焊炬的一部分的非可消耗的电极。

电引线30、32为电弧焊接电流从电源转换器22通过焊炬26和电极16、穿过电弧14并且通过工件18提供完整的电路。

焊接电源供应器10包括控制器34，所述控制器34是并行的基于状态的控制器。并行的基于状态的控制器的操作在下面被详细讨论。并行的基于状态的控制器34被可操作地连接到电源转换器22并且将波形控制信号36提供到电源转换器22。并行的基于状态的控制器34经由波形控制信号36控制电源转换器22的输出，并且控制器34根据所期望的焊接波形24产生波形控制信号36。焊接波形24可以具有由焊接周期的各种状态或阶段形成的任何数量的形状。例如，焊接波形24可以具有用于保持电弧的本底电流状态38、短路清除状态40、峰值电流状态42、拖尾(tail-out)电流状态44、具有或不具有过冲(overshoot)的斜升(ramp-up)状态(未示出)等等。焊接波形24可以具有相关联的时间参数，例如峰值时间、斜升率、拖尾速度等等。并行的基于状态的控制器34依据所期望的焊接波形24调整波形控制信号36来实现焊接操作。焊接控制信号36可以包括用于控制电源转换器22内的各种开关(例如，半导体开关)的操作的多个分开的控制信号。进一步地，波形控制信号36可以被供应到为电源转换器22的一部分的分开的控制器(例如，逆变器控制器)。

并行的基于状态的控制器34经由反馈信号监控焊接工艺的各种方面。例如，分流器46或电流互感器(CT)可以将焊接电流反馈信号提供到并行的基于状态的控制器34，并且电压传感器48可以将焊接电压反馈信号提供到控制器34。

并行的基于状态的控制器34可以是电子控制器并且可以包括处理器。并行的基于状态的控制器34可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、分立逻辑电路等等中的一个或更多个。并行的基于状态的控制器34包括存储器部分50(例如，RAM或ROM)。存储器部分50可以储存限定电弧焊接程序和动作控制程序的程序指令，所述程序指令导致并行的基于状态的控制器34提供本文所赋予它的功能。在某些实施方案中，并行的基于状态的控制器34可以访问远程存储器(未示出)，所述远程存储器储存用于由控制器使用的程序和/或参数。并行的基于状态的控制器34可以通过网络(例如，局域网、广域网、因特网等等)访问这样的远程存储器。示例性远程存储器包括远程服务器、基于云的存储器等等。

如上面所记载的，控制器34是并行的基于状态的控制器。并行的基于状态的控制器34根据状态表概念控制焊接操作。焊接操作(包括所期望的焊接波形24)被分为一系列被顺序地控制的状态。经由波形控制信号36，并行的基于状态的控制器34依据当前的控制状态控制电源转换器22的输出。示例性控制状态包括断开(OFF)、峰值电流、本底电流等等。并行的基于状态的控制器34基于焊接操作的参数在各个控制状态之间转换。例如，并行的基于状态的控制器34可以基于参数(例如，来自焊接电流反馈信号的焊接电流水平、来自焊接电压反馈信号的焊接电压水平、经过时间(elapsed time)(如在所述电流状态中的经过时间)、其他反馈信号(如位置信号、限制切换状态)等等)在控制状态之间转换。

存储器部分50储存用于由并行的基于状态的控制器34使用的多个状态表52。被储存的状态表52包括焊接状态表和动作控制系统状态表。并行的基于状态的控制器34与执行至少一个动作控制系统状态表同时地执行焊接状态表，以控制焊接操作。

状态表52可以包括表征各种状态的功能的编码参数。例如，具有峰值电流状态的状态表将会具有表征所期望的峰值电流的参数。状态表52还包括用于指示状态何时要结束以及在当前状态结束时接下来的状态何时进入的参数。每个状态可以基于在焊接期间被监控的各种参数与多个接下来的状态相关联。例如，如果短路状况被检测到，当前的状态可以转换到第一个接下来的状态，并且基于经过时间交替地转换到第二个接下来的状态(不同于所述第一个接下来的状态)。

一般地，每个焊接状态表包括许多分开的状态，所述许多分开的状态一起限定焊接波形以及焊接操作的方面。在焊接状态表内的每个单独的状态包括对应于由所述状态提供的功能(例如，峰值电流水平)的至少一个参数或指令、指示所述状态结束的参数或校验标志(check)以及指示接下来的一个状态或多个状态的参数。除了对应于由所述状态提供的功能的参数或指令之外，每个状态可以具有要执行的附加的内务任务(housekeepingtask)。示例性内务任务包括重置计时器、清除计数器等等。每个状态表可以具有储存状态表中使用的各种参数的相关联的数据表53。数据表可以被配置为电子表格(spreadsheet)，并且状态表的操作可以通过改变其相关联的数据表中的入口来更改。将理解的是，多数波形可以通过将许多状态串接在一起来创建，并且焊接程序可以通过添加、移除和/或重新排序状态来更改。

并行的基于状态的控制器34使用两个或更多个状态表同时(即，以并行的方式)执行两个或更多个分开的控制操作。在图1中，并行的基于状态的控制器34使用焊接状态表54和动作控制系统状态表56同时控制焊接波形24和焊炬26的位置二者。焊接状态表54包括用于控制焊接波形24的第一组多个顺序控制状态，并且动作控制系统状态表56包括用于控制焊炬26的移动的第二组多个顺序控制状态。为便于解释说明，各种控制操作在下面被描述为由并行的基于状态的控制器34通过焊接状态表54或通过动作控制系统状态表56执行。将理解的是，所有这样的控制操作由并行的基于状态的控制器34执行，因为它执行在状态表54、56中的每个中所限定的控制操作。

焊炬26被附接到动作控制系统，所述动作控制系统移动焊炬。在图1中，动作控制系统被示意性地示出为包括用于朝向和远离工件18线性移动焊炬26的马达58，以及操作马达58的动作控制系统控制器60(例如，马达控制器)。将理解的是，如将会由机器人完成的，动作控制系统可以多个维度移动焊炬26，或者导致焊炬沿工件的长度行进，或者导致焊炬在焊接期间振荡(例如，摆动)。然而，在图1中，动作控制系统以一个维度(例如，垂直地)移动焊炬。动作控制系统控制器60从并行的基于状态的控制器34接收动作控制信号62。动作控制系统控制器60依据从并行的基于状态的控制器34接收的动作控制信号62调整焊炬26的位置或以其他方式控制焊炬26的移动。动作控制信号62可以是模拟信号(例如，0-10VDC、4-20mA等等)或数字信号。在某些实施方案中，动作控制系统控制器60和并行的基于状态的控制器34例如经由双向串行通信方式(例如，USB、以太网等等)双向通信。

位置传感器64感测焊炬26的位置或移动，并且将位置反馈信号66提供到并行的基于状态的控制器34和/或提供到动作控制系统控制器60。位置反馈信号66可以被并行的基于状态的控制器34和动作控制系统控制器60用在它们各自的控制操作中。而且，焊接状态表54和动作控制系统状态表56二者可以包括焊炬位置，作为与每个状态表中的一个或更多个状态相关联的参数。位置传感器64可以感测绝对位置、移动量、速度和或动作方向。

位置传感器64被示意性地示出为感测焊炬26的位置。然而，位置传感器64可以感测其他状况，例如马达58的旋转、工件18的位置、电弧的长度等等。

动作控制系统状态表56包含与焊炬26的移动相关联的多个状态。动作控制系统状态表56中的状态与焊接状态表54中的状态结合操作来产生所期望的焊接操作。因为焊接状态表54和动作控制系统状态表56中分别包含的焊接控制指令和动作控制指令由共同的控制器34执行，基于状态的动作控制可以被紧密地耦合到基于状态的焊接控制。当与采用分开的焊接和动作控制器的常规控制系统相比时，这允许基于状态的动作控制以快的速率被执行。分开的焊接和动作控制器的使用通常需要双重传感器并且在控制器的操作之间添加延迟(例如，50ms或更多)，并且当控制器之间的精密控制(close control)被需要时，这样的延迟可以是不合期望的。另外，常规动作控制器所使用的反馈信号(例如，焊接电压、电流等等)有时是有噪声的，这可以影响动作控制器迅速和/或准确操作的能力。焊接状态和焊炬或焊接电极的移动之间的精密控制可以在操作期间是合乎期望的，例如：(a)焊炬缩回开始；(b)一旦感测到短路，停止或缩回；(c)自适应或被调制的电极焊丝送进速度过程；(d)自动伸出(stick out)控制(例如，调节导电嘴到工件距离)；(e)具有或不具有自动电压控制的摆动系统；(f)接缝(seam)跟踪；(g)使用具有基于爬虫型小车(bug)的位置进行控制的爬虫型小车系统的轨道管道焊接等等。图1中所示出的共同的控制器方法允许信息在状态表之间被实时地共享，并且每个状态表可以迅速地基于另一状态表的控制行为或者将另一状态表的控制行为考虑在内而作出调整。共同的控制器方法还允许基于相同的参数(例如，共享的参数或反馈信号)发生在每个状态表54、56中的状态转换。从而，基于状态的动作控制可以被迅速地执行而不导致控制的不稳定性，例如由动作控制系统产生的位置“晃动(hunting)”。例如，当控制电源转换器22时，并行的基于状态的控制器34可以100Hz或更多的频率更新动作控制信号62(例如，更新信号水平)，所述频率与在常规系统相比是快得多的控制速率，所述常规系统典型地在1Hz范围内操作。

图2提供示例性状态图，所述示例性状态图示出如何使用如上面所讨论的并行的状态表同时控制焊接逆变器和动作控制系统。因为控制状态由共同的控制器34(图1)执行，发生在一个状态表的执行期间的参数或计算可以被迅速地共享并且被另一状态表使用。因此，状态表可以在概念上被认为是共享或交换的信息。而且，相同的反馈信号(例如，焊接电压、焊接电流、焊炬位置等等)可以在两个状态表中被使用，以控制状态表内的状态转换。

在图2中，焊接状态表的方面在左边被示出，并且动作控制系统状态表的方面在右边被示出。焊接状态表和动作控制系统状态表一起操作来执行焊接操作的焊炬缩回开始，并且来调节焊炬的导电嘴到工件距离(CTWD)。CTWD在图1中被示出为距离“D”，并且CTWD可以通过向上和向下移动焊炬来调整。调节CTWD将用于调节焊接电弧的电弧长度。

当与焊炬相关联的触发器被开启时，并行的基于状态的控制器首先根据状态1a控制逆变器并且根据状态1b控制焊炬移动。在状态1a，并行的基于状态的控制器调节焊接电源供应器的开路电压(OCV)同时朝向工件移动焊炬。焊接状态表和动作控制系统状态表二者响应于来自电压传感器的减小的焊接电压(例如，<10V)，所述减小的焊接电压指示焊丝已经接触工件。从而，焊接状态表和动作控制系统状态表分别转换到状态2a和2b。在状态2a，并行的基于状态的控制器调整被供应到逆变器的波形控制信号来获得20A的焊接电流，并且还调整动作控制信号来使焊炬缩回。当焊接电压增加(例如，>15V)时，电弧已经被建立，并且状态表转换到状态3a和3b。在状态3a，并行的基于状态的控制器指示送进器开始以所期望的焊丝送进速度(WFS)送进焊丝，并且调整动作控制信号以使焊炬停止缩回。现在焊接状态表基于预定的时间(例如，峰值时间和本底时间)通过在峰值电流状态(4a)和本底电流状态(5a)之间交替来控制焊接操作，同时动作控制系统状态表调节CTWD(状态4b)。当峰值电流状态中的经过时间超出峰值时间(t>峰值时间)时，焊接状态表转换回本底状态并且计时器被重置；当本底状态中的经过时间超出本底时间(t>本底时间)时，焊接状态表转换回峰值电流状态并且计时器再次被重置。焊接状态表继续在峰值电流状态(4a)和本底电流状态(5a)之间交替，同时动作控制系统状态表调节CTWD(状态4b)直到触发器被关闭。然后，两个状态表进入断开(OFF)6a或停止(STOP)5b状态。

将理解的是，CTWD受工件的形状和/或工件中的缺陷(例如，高低点)影响。因此，CTWD可以在焊接期间改变。CTWD可以通过并行的基于状态的控制器34直接地从合适的一个反馈信号或多个反馈信号(例如，经由位置测量)被确定。CTWD还与焊接参数相关(例如，与焊接电压成比例)，并且因此，还可以从焊接参数(例如焊接电压、焊接电流等等)被确定。例如，在恒定电流或被调节的电流焊接过程期间，增加的CTWD将作为增加的平均焊接电压是可观察的，而减小的CTWD将作为减小的平均焊接电压是可观察的。在恒定电压或被调节的电压焊接过程期间，增加的CTWD将作为减小的平均焊接电流是可观察的，而减小的CTWD将作为增加的平均焊接电流是可观察的。动作控制系统状态表可以通过将反馈信号(例如，焊接电压、焊接电流等等)与参考值相比较来调节CTWD，并且基于误差信号调整CTWD，所述误差信号是反馈信号和参考信号之间的差值。在调节CTWD时，动作控制系统状态表可以考虑反馈信号的具体属性，例如它的平均值(例如，平均电压)、它的峰值(例如，峰值电流)、积分值等等。

自适应控制方案是已知的，其中焊接电源供应器通过控制焊接电流来调整CTWD中的改变，以保持恒定的电弧长度。电源转换器以40kHz至120kHz范围内的频率操作，并且因此，可以非常迅速地调整焊接波形。自适应控制基于平均电压调整焊接电流。一般地，焊接波形具有在20Hz和300Hz之间的频率，并且自适应控制在这样的范围内操作。因为自适应控制比电源转换器更慢地操作，二者在一起很好地工作。当焊炬和/或电极的动作控制如上面所讨论的被添加时，排除自适应控制并且允许动作控制系统状态表56独自调整CTWD中的改变可以是合乎期望的。在这种情况中，动作控制信号62可以以100Hz或更多(类似于自适应控制的速度)的频率被更新。可替换地，例如，自适应控制可以被保持并且动作控制的速度被降低到大约10Hz。

转到图1，焊接状态表54和动作控制系统状态表56可以直接使用反馈信号(焊接电压、焊接电流、位置等等)，或者反馈信号可以被处理并且然后被状态表使用。例如，并行的基于状态的控制器34可以包括用于处理反馈信号的一个或更多个滤波器68或计算块70。经由滤波器和其他处理块，状态表54、56可以利用这样的参数如平均电流和电压、平均位置、峰值电流和电压、平均和峰值功率、积分和导数值等等。焊接功率可以由计算块计算，所述计算块将电压和电流反馈信号相乘，并且焊接功率可以由附加的计算块(未示出)处理。

存储器部分50可以储存多个焊接状态表和多个动作控制系统状态表以及它们相关联的数据表。并行的基于状态的控制器34可以基于使用者在焊接电源供应器12的输入选择特定的焊接状态表和/或动作控制系统状态表，用于在控制焊接操作上使用。例如，焊接电源供应器12可以包括允许使用者选择特定的焊接程序的输入装置72，以及用于设置各种参数(例如，WFS、伏特、安培、焊缝尺寸(例如1/4英寸、5/16英寸等等))的输入装置74、76、78。并行的基于状态的控制器34可以基于使用者输入选择和/或更改合适的焊接状态表和/或动作控制系统状态表。在某些实施方案中，焊接电源供应器12被配置来从单个的使用者输入(例如，焊缝尺寸、WFS等等)选择包括焊接状态表和动作控制系统状态表的焊接程序。焊接电源供应器12可以进一步包括用于通知使用者所选择的焊接程序、各种焊接参数等等的输出装置(例如，显示器)。

除了反馈信号(例如，焊接电压、焊接电流以及焊炬的位置)之外，将理解的是，状态表54、56在执行它们的控制功能上可以利用许多附加的参数，例如来自焊接系统的模拟和数字输入、内部计时器和标记(flag)的状态、输入装置74、76、78的设置等等。

在某些实施方案中，并行的基于状态的控制器34基于被选择用于在焊接操作中使用的焊接状态表54的特征自动地选择特定的动作控制系统状态表。例如，焊接状态表54可以被配置用于以恒定的或被调节的电流或者恒定的或被调节的功率水平进行焊接，并且并行的基于状态的控制器34可以自动地选择基于电压(例如，平均电压、峰值电压、电压改变等等)调节CTWD的合适的状态表作为动作控制系统状态表56。类似地，焊接状态表54可以被配置用于以恒定的或被调节的电压水平进行焊接，并且并行的基于状态的控制器34可以自动地选择基于电流(例如，平均电流、峰值电流、电流中的改变等等)调节CTWD的合适的状态表作为动作控制系统状态表56。当焊接状态表54从调节焊接电压的一个状态表被改变到调节焊接电流的一个状态表时(例如，当不同的焊接状态表被选择用于控制焊接操作时)，并行的基于状态的控制器34可以相应地，自动地从基于焊接电流调节CTWD的一个状态表改变到基于电压调节CTWD的一个状态表。被自动地选择的动作控制状态表可以控制焊接操作的方面(例如，WFS、焊炬沿工件的行进、焊炬绕管道的行进等等)，而不是调节CTWD。

由不同的焊接状态表执行的焊接程序的类型和由各自的动作控制系统状态表使用来控制CTWD的反馈信号的示例性关联如下：

转到图3，在示例性实施方案中，动作控制系统包括摆动器控制器60a和摆动器马达58a，所述摆动器控制器60a和摆动器马达58a可以是整个电弧接缝跟踪系统的一部分。摆动器马达依据动作控制信号62导致焊炬26振荡来执行摆动焊接移动。焊接电源供应器12使用如上面所讨论的并行的基于状态的控制器控制焊接操作和焊炬26的移动二者。在这种情况中，动作控制系统状态表(在图3中被示出为“摆动机状态表”)被配置来控制焊炬26的振荡摆动焊接移动。焊接电源供应器12可以使用多个状态表控制焊接电流和焊炬26的振荡摆动焊接移动来获得预定的焊缝尺寸(例如，零点几英寸(a fractional inch))。在控制焊炬26在焊接期间的摆动上，焊接电源供应器12可以如上面所讨论地调节CTWD，和/或控制焊炬的振荡速度。焊接电源供应器12还可以基于焊接电压和/或焊接电流反馈信号确定焊接接头的边缘。经由动作控制信号62(例如，根据动作控制信号的信号水平)，焊接电源供应器12可以控制焊炬的振荡速度和/或焊炬相对于工件18的位置。此外，通过使用焊接电压和/或焊接电流反馈信号，焊接电源供应器12可以通过调整振荡的中心来跟踪接头的边缘。

转到图4，图4示出示例性实施方案，其中并行的基于状态的控制器34控制电极(焊条)16的焊丝送进速度(WFS)。电极(焊条)16通过马达操作的夹辊(pinch roller)82从线轴80被送进。马达操作的夹辊82是动作控制系统针对电极(焊条)16的一部分。动作控制系统进一步包括操作夹辊82的动作控制系统控制器61(例如，马达控制器)。动作控制系统控制器61从并行的基于状态的控制器34接收动作控制信号63，并且动作控制系统控制器61依据从并行的基于状态的控制器接收的动作控制信号63调整WFS。在图4中，动作控制信号63是由动作控制系统状态表57确定的WFS控制信号。动作控制信号63可以是模拟信号或数字信号。

动作控制系统状态表57类似于上面所讨论的动作控制系统状态表56，除了它被配置与在焊接状态表54中限定的焊接操作协调来控制WFS或熔敷率而不是CTWD。因此，动作控制系统状态表57可以具有不同于上面关于图1-2所讨论的那些状态的16个状态。例如，动作控制系统状态表57可以具有这样的状态，例如调节马达速度、斜坡速度、制动、制动并且反向等等。

并行的基于状态的控制器34和动作控制系统控制器61从速度传感器86接收速度反馈信号84，所述速度传感器86指示马达操作的夹辊82的速度或电极(焊条)16的速度。示例性速度传感器86是编码器或其他旋转传感器，所述旋转传感器感测夹辊的实际速度、驱动夹辊的马达的速度或者用于驱动夹辊的齿轮的速度。传感器86也可以直接测量电极(焊条)16的速度和或方向。

图5提供示例性状态图，所述示例性状态图示出如何使用如上面所讨论的并行的状态表同时控制焊接逆变器和电极焊丝送进器。焊接状态表的方面在左边被示出，并且动作控制系统状态表的方面在右边被示出。焊接状态表和动作控制系统状态表一起操作来执行焊接操作的焊炬缩回开始，并且来调节WFS。当与焊炬相关联的触发器被开启时，并行的基于状态的控制器首先根据状态1a控制逆变器并且根据状态1b控制电极移动。在状态1a，并行的基于状态的控制器调节焊接电源供应器的开路电压(OCV)同时朝向工件移动焊丝电极。焊接状态表和动作控制系统状态表二者响应于来自电压传感器的减小的焊接电压(例如，<10V)，所述减小的焊接电压指示焊丝电极已经接触工件。从而，焊接状态表和动作控制系统状态表分别转换到状态2a和2b。在状态2a，并行的基于状态的控制器调整被供应到逆变器的波形控制信号来获得20A的焊接电流，并且还调整动作控制信号来使焊丝电极制动并且从工件缩回。当焊接电压增加(例如，>15V)时，电弧已经被建立，并且状态表转换到状态3a和3b。在状态3a，并行的基于状态的控制器指示送进器开始实际的焊接，并且调整动作控制信号以使焊丝电极停止缩回，再次朝向工件移动并且斜升到焊接WFS。当来自速度反馈信号的实际WFS超出焊接WFS的80％时，焊接状态表基于预定的时间通过在峰值电流状态(4a)和本底电流状态(5a)之间交替来控制焊接操作，同时动作控制系统状态表调节WFS来保持预定的焊接或电弧电压(状态4b)。焊接状态表继续在峰值电流状态(4a)和本底电流之间交替，同时动作控制系统状态表调节WFS(状态4b)直到触发器被关闭。然后，两个状态表进入断开(OFF)6a或停止(STOP)5b状态。

并行的基于状态的控制器34可以使用多个并行的状态表同时控制电弧焊接系统10的若干方面。在图6中，例如，并行的基于状态的控制器34使用三个并行的状态表54、56、57同时控制焊接波形、调节CTWD并且调节WFS。一个动作控制系统状态表56被配置用于控制CTWD，并且另一动作控制系统状态表57被配置用于控制WFS。并行的基于状态的控制器34调整用于控制CTWD和WFS的动作控制信号62、63的值所利用的频率可以被协调来避免不稳定性，例如位置晃动。例如，并行的基于状态的控制器34可以第一频率(例如，100Hz)更新针对CTWD的动作控制信号62，并且以第二较低的频率(例如，10Hz或更小)更新针对WFS的动作控制信号63。

图7示出同时控制焊接波形以及摆动器控制器60a和爬虫型小车控制器65的操作的焊接电源供应器12。爬虫型小车控制器控制使用焊接爬虫型小车90的焊炬26绕管道88的圆周(轨道)移动。因此，焊接电源供应器12同时控制焊炬12的振荡摆动焊接移动和焊炬沿工件(其为管道88)的行进二者。为做到这一点，焊接电源供应器12采用并行的基于状态的控制器，所述并行的基于状态的控制器使用三个并行的状态表：一个针对焊接波形、一个用于控制摆动(即，“摆动器状态表”)，以及一个用于控制焊炬26绕管道88的行进(即，“爬虫型小车状态表”)。

图8示出同时控制焊接波形以及小车(carriage)控制器92和跟踪器控制器94的操作的焊接电源供应器12。同样，焊接电源供应器12采用并行的基于状态的控制器，所述并行的基于状态的控制器使用三个并行的状态表：一个针对焊接波形、一个用于控制小车96的移动(即，“小车控制器”)，以及一个针对跟踪器控制器94(即，“跟踪器控制器”)。小车控制器92从焊接电源供应器12接收动作控制信号，并且基于所述动作控制信号控制小车96和焊炬26在纵向上沿工件18的长度的行进。接头跟踪器可以被添加作为输入装置(接缝跟踪，向左或向右/向上或向下)和输出装置(向上/向下、向左/向右滑动来定位接缝上的焊炬)二者。

并行的基于状态的控制器的附加示例性实施方案在下面被讨论，所述并行的基于状态的控制器可以在至少包括焊接电源转换器(或逆变器)和磁电弧控制器的各种焊接系统配置中被使用。然而，示例性系统配置不是限制性的，并且本文所讨论的并行的基于状态的控制器概念可以被并入几乎任何焊接系统配置。例如，美国专利申请No.13/438,703包括可以被并入本发明的焊接电源供应器(逆变器)和磁电弧控制器配置，所述美国专利申请No.13/438,703的全部内容通过引用被并入本文。

图9描绘依据本发明实施方案的示例性GMAW型焊接系统100。系统100包括至少一个焊接电源供应器101。电源供应器101能够利用被脉冲化的焊接波形焊接并且引导焊接电流通过焊炬111到可消耗的焊接电极(焊条)113中，所述可消耗的焊接电极(焊条)113经由熔滴转移或者类似的转移操作被沉积到焊接熔池中。系统100还包括被耦合到磁场产生装置105的磁场电源供应器/控制器103，所述磁场产生装置105具有至少一个磁场探测器107，所述至少一个磁场探测器107在焊接操作期间被安置为邻近焊接电弧115。焊接电源供应器101(其在图10中被图示说明)类似于图1的电源供应器12。然而，在该实施方案中，并行的基于状态的控制器还可以被设置来控制磁场控制器103。如图10所图示说明的，并行的基于状态的控制器134以类似于图1的并行的基于状态的控制器34的方式来操作，但至少包括焊接状态表154和磁场系统状态表158。当然，焊接电源供应器101可以包括其他状态表，例如，上面所讨论的动作控制系统状态表。

如本领域的技术人员所理解的，GMAW型焊接操作使用被脉冲化的焊接波形来创建焊接电弧115并且熔化焊接电极(焊条)113的一部分。在波形的一个脉冲期间，电极(焊条)115的熔滴117从电极(焊条)被转移——通过电弧115——并且进入焊接熔池中。典型地，熔滴117在焊接电流脉冲的峰值期间被转移。因为这样的焊接操作是如此众所周知的，本文将不详细来讨论。理解的是，GMAW型焊接或脉冲焊接，如本文所涉及的，涉及使用被脉冲化的焊接波形的任何焊接，包括但不限于GMAW、MIG、FCAW、MCAW型焊接。

注意的是，出于清楚和有效率的目的，如附图所示，本文的许多讨论涉及GMAW型焊接。然而，本发明的实施方案不限于与GMAW型焊接系统一起使用。具体地，本发明的实施方案也可以与TIG/GTAW(气体保护钨极电弧焊)系统一起使用而不脱离本申请的范围和精神。类似于本文的讨论，磁场被用来在焊接期间控制TIG电弧的移动。已知的是，在TIG/GTAW焊接中，被用来创建电弧的电极不是(如在GMAW工艺中的)消耗品，并且在本发明的实施方案中，磁场控制这种电弧的移动。因此，虽然本文的许多讨论和附图涉及并且描述GMAW系统和工艺，这意图是示例性的并且未将本发明的实施方案限制为GMAW型工艺。例如，在图9和图10中的每幅中，GMAW电源供应器(例如101)和焊炬(例如111)可以用GTAW电源供应器和GTAW电极代替而不脱离本发明的范围和精神。当然，注意的是，消耗品的递送将不会通过GTAW焊炬而是经由已知的手段。另外，本文所讨论和示出的电流波形以及磁场电流和焊接电流之间的关系可类似地应用到GMAW和GTAW型焊接操作。当然，已知的是，在GMAW型焊接期间提供熔滴的消耗品也是电极(焊条)，而在GTAW型焊接中消耗品与电极分开。

返回到图9，系统100包括磁场电源供应器/控制器103和磁场产生装置105。磁场控制器103将电流引导到装置105以使磁场109由探测器107产生。磁场电源供应器/控制器103可以包括能够将电流提供到磁场装置来创建磁场的任何类型的电源供应器。控制器103应该能够提供高频和磁场产生电流的精确控制，以使它可以基于例如来自焊接电源供应器101的并行的基于状态的控制器134的信号162适当地作用于(react)脉冲焊接电源供应器。

在本发明的实施方案中，探测器107被安置为邻近焊接电弧115，以使熔滴117处于飞行状态(in flight)时磁场109可以影响电弧115和熔滴117。如在上面所讨论的动作控制系统中，本发明的实施方案将磁场109的产生和脉冲焊接波形同步，以使最优的焊接操作可以被获得。特别地当试图获得特殊化的(specialized)焊接接头时，通过将磁场109的产生与电弧115和熔滴转移同步，最优的焊接操作可以被获得。这种同步将在下面被详细讨论。

如图9所示，焊炬111在工件W的焊接接头之上没有被置于中心。这可以针对任何数量的理由而被需要，例如在焊接接头附近的障碍物。因此，单个磁场产生装置105在焊接期间被用来将电弧115和熔滴117操控到焊接接头的一侧。就是说，磁场电源供应器103将电流提供到装置105，所述电流与由焊接电源供应器101产生的焊接波形同步。磁场109的产生导致电弧移动到该侧并且电弧的移动可以导致熔滴117被置于与直接在导电嘴111和填充物113之下不同的位置。

图11描绘可以被用在具有单个磁装置105的实施方案中的示例性焊接波形和磁场波形。如所示出的，电流是具有多个电流峰值1、2和3的被脉冲化的波形。如一般地已知的，在许多脉冲焊接操作中，熔滴117在峰值电流期间与填充物113分开。如此一来，在一些实施方案中，磁操控电流与焊接电流同相，以使焊接电流和磁场电流中的每个同时开始上升并且达到峰值。在这样的实施方案中，磁场109在熔滴117与填充物焊丝113分开之前将处于全强度(full strength)。同样，如图11所示，在一些示例性实施方案中，磁操控电流没有与每个焊接电流脉冲一起脉动。在所示出的实施方案中，操控电流将每隔一个焊接脉冲(以脉冲1和3)被脉冲化。在这样的实施方案中，在焊接期间一些熔滴117将在第一位置影响(impact)焊接熔池而其他的熔滴117将在另一区域影响熔池。这允许填充物113被沉积在焊接熔池中的各种位置。当然，本发明的实施方案不限于以每隔一个焊接脉冲的方式使操控电流脉动，而是不同的脉冲计数可以被使用。例如，考虑的是，操控电流可以针对10个连续的焊接脉冲被脉冲化并且然后针对接下来的10个焊接脉冲被停止脉冲化。在其他实施方案中，脉冲的数量可以按照需要来变化。就是说，在一些示例性实施方案中，磁场系统状态表158可以被这样配置，以使针对每N个焊接脉冲，磁操控电流被脉动一次，其中N是正整数，例如，N可以是1至20之间的整数，包含1和20，或者一些其他值。当然，基于所期望的焊接操作，本领域的技术人员可以使用其他方法来得到焊接脉冲与磁操控电流脉冲的任何所期望的比值。同样，在所示出的实施方案中，操控电流脉冲的持续时间与焊接脉冲的持续时间相同。然而，在其他实施方案中可以不是这种情况，因为操控脉冲可以按照需要更长或更短。

图12图示说明示例性状态图，所述示例性状态图可以被并行的基于状态的控制器134用来至少同时控制焊接电源转换器22和磁场控制器103。如上面所讨论的，电源转换器22产生用于执行焊接操作的焊接电流波形，并且磁场控制器103产生被磁场装置105用来产生磁场109的磁操控电流。类似于上面所讨论的实施方案，因为控制状态由共同的基于状态的控制器134(参见图10)执行，发生在一个状态表的执行期间的参数或计算可以被迅速地共享并且被另一状态表(或多个状态表)使用。因此，状态表可以在概念上被认为是共享或交换的信息。而且，相同的反馈信号(例如，焊接电压、焊接电流、焊炬位置等等)可以在两个状态表中被使用，以控制状态表内的状态转换。当然，并行的基于状态的控制器134可以包括其他状态表，例如，如上面所讨论的调节焊丝送进器速度和CTWD的状态表。

在图12中，焊接状态表154的方面在左边被示出并且磁场系统状态表158的方面在右边被示出。焊接状态表154至少限定由电源转换器22产生的焊接电流波形，并且磁场系统状态表158至少限定磁操控电流，所述磁操控电流被用来产生调节电弧移动的磁场。焊接状态表154和磁场系统状态表158一起操作来执行焊接操作，在所述焊接操作期间，如上面所讨论的，电弧的位置被调节。焊接状态表类似于上面在图2和图5中所讨论的焊接状态表。从而，仅与图2和图5的相关的区别将被讨论。此外，为清楚起见，调节焊丝送进速度和/或CTWD的状态表已经被省略。当然，在一些实施方案中，并行的基于状态的控制器134可以包括焊丝送进器控制器、CTWD控制器和/或任何其他所期望的控制器。

转到图12，在电弧已经被建立并且焊接工艺已经被启动之后(即，在状态3a之后)，并行的基于状态的控制器134通过给电源转换器22发送焊接波形信号来指示电源转换器22执行焊接操作，并且还通过给磁场系统控制器103发送磁操控电流信号来指示磁场系统控制器103调节电弧移动。焊接波形信号通过分别在步骤4a和5a中的峰值电流信号和本底电流信号之间交替来形成。峰值电流信号和本底电流信号对应于图11的峰值和本底焊接电流。焊接状态表154基于预定的时间(例如，峰值时间和本底时间)调节波形。就是说，在状态3a中焊接被启动之后，焊接状态表转换到状态4a，在状态4a，焊接波形信号针对一预定的时间段被设置为峰值电流。当峰值电流状态中的经过时间超出预置的峰值时间(t>峰值时间)时，焊接状态表154转换到本底状态5a并且焊接计时器被重置。类似地，当本底状态中的经过时间超出预置的本底时间(t>本底时间)时，焊接状态表154转换回峰值电流状态4a并且焊接计时器再次被重置。焊接状态表在焊接工艺期间继续在峰值电流状态4a和本底电流状态5a之间交替。

在状态4a的开始，焊接状态表154将计数信号发送到磁场系统状态表158的状态1c中的计数器，指示峰值电流信号已经被发起。磁场系统状态表158的状态1c接收来自焊接状态表154的计数信号并且使计数器增加计数。当状态1c中的计数N到达预置的计数值(N＝预置值)时，磁场系统状态表158转换到状态2c，发起磁操控电流信号。并行的基于状态的控制器134然后指示磁场控制器103发起操控电流。例如，针对图11中的系统，因为磁操控电流每隔一个焊接峰值脉冲被发起，预置值等于2。因此，当状态1c中的计数N等于2时，如上面所讨论的，磁场系统状态表将转换到状态2c并且发起磁操控电流信号。当然，预置值不限于2并且可以是任何所期望的数字。就是说，如果磁操控电流信号每隔10个峰值焊接脉冲被需要，则预置值将等于10。针对每个焊接脉冲发起磁操控电流信号的系统，状态1c可以从磁场系统状态表158被排除或者预置值可以被设置为1。

在状态2c，磁场系统状态表158针对一预定的磁操控时间发起磁操控电流信号。当操控电流计时器超出预定的磁操控电流(t>操控时间)时，磁场状态表158转换(transaction)到状态3c，在状态3c，磁操控电流信号被关闭并且峰值电流计数器和操控电流计时器被重置。基于焊接状况和所期望的焊缝特性，预定的磁操控电流时间可以与预定的焊接电流时间相同、比预定的焊接电流时间更长或更短。例如，图11图示说明磁操控电流时间与峰值电流时间相同的实施方案。在重置计数器和计时器之后，磁场系统状态表158转换回在状态1c计数峰值焊接脉冲。当焊接状态表154进入断开(OFF)状态6a时，磁电弧系统状态表将进入停止(STOP)状态4c。

同样如图11所示，操控脉冲可以与焊接脉冲异相。具体地，考虑的是，操控脉冲可以与焊接脉冲是例如以45°至135°异相的。在电弧焊接的一些实施方案中，熔滴117直到接近焊接脉冲峰值的结束才与焊丝113分开，并且当电弧电流正在减小时熔滴117仍然处于飞行状态。在这样的实施方案中，操控电流可以被脉冲化为与焊接脉冲这样异相(图11中的虚线)以使磁场109仅在熔滴117已经自由脱离(break)时或者在熔滴117处于它的脱离点时产生。在这样的实施方案中，状态2c(参见图12)在将磁操控电流信号发送到磁场控制器103时将包括适当的延迟。例如，在一些示例性实施方案中，磁操控电流可以在焊接脉冲开始之后被延迟1ms至100ms。在一些实施方案中，所述延迟可以是5ms至20ms。当然，其他实施方案可以使用不同的定时延迟。在使用相位延迟的实施方案中，场109在脱离发生之前没有干扰电弧115并且在熔滴处于飞行状态时是在它的峰值。同样，通过具有异相的操控电流，即使当电弧电流正在下降但熔滴仍然处于飞行状态时，磁场109将在它的峰值。在一些实施方案中，操控电流保持在它的峰值直到电弧电流达到它的本底水平。

在另一示例性实施方案中，操控电流可以与电弧焊接电流是以180度异相的。在这样的实施方案中，磁场状态表158的状态2c可以包括适当的相位延迟和/或到状态表158的状态1c的计数信号可以是基于在焊接状态表154的状态5a的本底电流的开始(或峰值电流的结束)的。再有，在这样的实施方案中，磁场109不被用来在飞行期间移动熔滴117，而被用来控制焊接熔池以延长(elongate)焊接熔池或预清理工件表面。例如，磁装置105和探测器107可以被安置在导电嘴111之前或之后(在行进方向)。在这样的实施方案中，磁场109可以按照需要向前或向后移动电弧来延长焊接熔池。例如，电弧可以被向前偏斜(电弧中没有熔滴)以使在熔滴117被传递到焊接熔池之前电弧的热量移除任何覆层或表面污染物。类似地，电弧可以被向后偏斜以使焊接熔池针对合乎期望的冷却或凝固的轮廓来延长。图13图示说明如上面所描述的示例性清理波形。如所示出的，磁操控电流被这样脉冲化以使它在电弧焊接脉冲之前开始但在熔滴117从焊丝113释放的时刻之前结束。清理脉冲可以每隔N个电弧焊接脉冲或者在给定的持续时间之后被激励。图13中的实施方案示出操控电流针对每个焊接电流脉冲被提供，即N＝1。图14图示说明用于执行图13中所图示说明的磁操控脉冲和焊接脉冲的示例性磁场系统状态表。

在图14中，焊接状态表类似于上面关于图2、图5和图12所描述的焊接状态表。从而，仅相关的区别将被讨论。在状态3a中焊接被启动之后，焊接状态表转换到状态4a，在状态4a，计数信号被发送到磁场系统状态表，指示峰值焊接脉冲将在一预定的延迟时间之后被发起。一旦时间超出预定的延迟时间(t>延迟时间)，焊接状态表转换到状态5a，在状态5a，峰值焊接电流信号被发起。在时间超出预定的峰值时间(t>峰值时间)之后，焊接状态表转换到状态6a，在状态6a，本底焊接电流信号被发起。在时间超出本底时间(t>本底时间)之后，焊接状态表转换回状态4a来发起下一焊接周期。

在磁场系统状态表的状态1c，计数器在磁场状态表接收到来自焊接状态表的计数信号之后被更新。一旦计数N等于预置的计数值，磁场状态表转换到状态2c，在状态2c，磁操控电流信号被发起。针对图13中所图示说明的实施方案，在该实施方案中磁操控电流在每个焊接峰值脉冲之前立刻被发起，预置计数值是1。当然，预置值不限于1并且可以是任何所期望的数字。例如，如果磁操控电流针对每10个焊接峰值电流脉冲被脉动一次，预置计数值将是10，并且当N＝10时，磁场状态表将从状态1c转换到状态2c。

在状态2c，磁操控电流信号被发起。在时间超出操控时间(t>操控时间)之后，磁场状态表转换到状态3c，在状态3c，计数器和计时器被重置并且磁场状态表转换回状态1c。

当然，状态表的应用不限于上面所讨论的焊接/动作控制/磁场系统配置的示例性实施方案。本发明可以并入焊接系统、动作控制系统和磁场系统的任何组合，包括在申请No.13/438,703中公开的配置。

如附图中所示出的，焊接系统的示例性实施方案将焊接电源供应器、磁场电源供应器和系统控制器描绘为分开的部件。然而，这不需要是这种情况，因为这些部件可以被集成为单个单元。另外，针对磁场的控制硬件和软件(例如控制状态表)可以在焊接电源供应器、系统控制器和/或磁场电源供应器中的任何一个中得到。本发明的实施方案在这方面不受限制，并且还可以具有模块化的构造，其中系统的部件以分开的而不是可组合的模块被提供。

尽管本发明已经参照其示例性实施方案被具体地示出和描述，但本发明不限于这些实施方案。本领域的普通技术人员将理解的是，其中可以进行形式和细节上的各种改变而不脱离如由随后的权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

应该明显的是，本公开是以实施例的方式并且可以通过添加、更改或消除来作出各种改变而不脱离本公开所包含的教导的合理范围。因此，本发明不限于本公开的特定的细节，除了到所附的权利要求书被必要地如此限定的程度之外。

参考标号:

1a 状态 40 短路清除状态

1b 状态 42 峰值电流状态

1c 状态 44 拖尾电流状态

2a 状态 46 分流器

2b 状态 48 电压传感器

2c 状态 50 存储器部分

3a 状态 52 状态表

3b 状态 53 数据表

3c 状态 54 焊接状态表

4a 状态 56 动作控制系统状态表

4b 状态 57 动作控制系统状态表

5a 状态 58 马达

5b 状态 58a 摆动器马达

10 焊接电弧系统 60 动作控制系统控制器

12 焊接电源供应器 60a 摆动器控制器

14 电弧 61 动作控制系统控制器

16 电极 62 动作控制信号

18 工件 63 动作控制信号

20 电源 64 位置传感器

22 电源转换器 65 爬虫型小车控制器

24 焊接波形 66 位置反馈信号

26 焊炬 68 滤波器

28 导电嘴 70 计算块

30 电引线 72 输入装置

32 电引线 74 输入装置

34 控制器 76 输入装置

36 波形控制信号 78 输入装置

38 本底电流状态 80 线轴

82 夹辊

84 速度反馈信号

86 速度传感器

88 管道

90 焊接爬虫型小车

92 小车控制器

94 跟踪器控制器

96 小车

100 GMAW型焊接系统

101 焊接电源供应器

103 电源供应器/控制器

105 磁场产生装置

107 磁场探测器

109 磁场

111 焊炬

113 焊接电极

115 焊接电弧

117 熔滴

134 基于状态的控制器

154 焊接状态表

158 磁场系统状态表

N 焊接脉冲

t 本底时间

W 工件

Claims (17)

1.一种电弧焊接系统(10)，所述系统包括：

电源转换器(22)，所述电源转换器(22)基于焊接信号输出焊接波形(24)，并且被可操作地连接到焊炬(26)，以基于所述焊接波形(24)在所述焊炬(26)和工件(18)之间创建电弧(14)，所述电弧(14)将至少一滴熔滴(117)转移到所述工件(18)上；

磁场系统，所述磁场系统包括磁场产生装置(105)，所述磁场产生装置(105)基于磁操控信号产生磁场(109)；以及

控制器(34)，所述控制器(34)被可操作地连接到所述电源转换器(22)和所述磁场产生装置(105)，

其中所述控制器(34)根据所述焊接信号控制所述电源转换器(22)的操作并且同时根据所述磁操控信号控制所述磁场系统，

其中所述焊接信号针对每个波形周期包括峰值部分和本底部分，并且

其中所述磁操控信号包括峰值部分，

其中所述控制器(34)是并行的基于状态的控制器，所述并行的基于状态的控制器包括，

焊接状态表(154)，所述焊接状态表(154)包括至少限定所述焊接信号的第一组多个控制状态，以及

磁场系统状态表(158)，所述磁场系统状态表(158)包括至少限定所述磁操控信号的第二组多个控制状态。

2.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述磁操控信号的峰值部分与所述焊接信号的峰值部分同步，以使针对每N个焊接信号的峰值，其中N是正整数，存在一个所述磁操控信号的峰值，并且

其中所述磁场在所述熔滴的转移期间影响所述熔滴的路径。

3.如权利要求2所述的电弧焊接系统，其中N是1至20之间的数字，包含1和20。

4.如权利要求1至3中的一项所述的电弧焊接系统，其中所述磁操控信号的峰值从所述焊接信号的峰值偏移，以使在所述焊接波形达到峰值之后所述磁场达到峰值。

5.如权利要求1至3中的一项所述的电弧焊接系统，其中所述磁操控信号的峰值部分与所述焊接信号的本底部分同步，并且

其中所述磁场(109)执行以下步骤中的一个：控制由所述电弧(14)在所述工件(18)上形成的焊接熔池、延长所述焊接熔池以及预清理所述工件(18)的表面。

6.如权利要求5所述的电弧焊接系统，其中所述第一组多个控制状态包括峰值波形控制状态，并且当所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态时，所述焊接信号趋于峰值，

其中所述第二组多个控制状态包括峰值场控制状态，并且当所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态时，所述磁操控信号趋于峰值，

其中针对每N次所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态，其中N是正整数，所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态一次，并且

其中所述磁场(109)在所述熔滴(117)的转移期间影响所述熔滴(117)的路径。

7.如权利要求6所述的电弧焊接系统，其中在所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态N次之后，在所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态之前存在延迟。

8.如权利要求7所述的电弧焊接系统，其中所述延迟是1ms至100ms。

9.一种电弧焊接电源供应器，所述电源供应器包括：

电源转换器(22)，所述电源转换器(22)基于焊接信号输出焊接波形(24)；以及

控制器(34)，所述控制器(34)至少产生所述焊接信号和磁操控信号，

其中所述磁操控信号被输出到磁场系统，所述磁场系统基于所述磁操控信号产生磁场(109)，

其中所述电源转换器(22)被可操作地连接到焊炬(26)，以基于所述焊接波形(24)在所述焊炬(26)和工件(18)之间创建电弧(14)，所述电弧将至少一滴熔滴(117)转移到所述工件(18)上，

其中所述控制器(34)根据所述焊接信号控制所述电源转换器(22)的操作并且同时根据所述磁操控信号控制所述磁场系统，

其中所述焊接信号针对每个波形周期包括峰值部分和本底部分，并且

其中所述磁操控信号包括峰值部分，

其中所述控制器是并行的基于状态的控制器，所述并行的基于状态的控制器包括焊接状态表，所述焊接状态表包括至少限定所述焊接信号的第一组多个控制状态，以及磁场系统状态表，所述磁场系统状态表包括至少限定所述磁操控信号的第二组多个控制状态。

10.如权利要求9所述的电弧焊接电源供应器，其中所述磁操控信号的峰值部分与所述焊接信号的峰值部分同步，以使针对每N个焊接信号的峰值，其中N是正整数，存在一个所述磁操控信号的峰值，并且其中所述磁场在所述熔滴的转移期间影响所述熔滴的路径。

11.如权利要求10所述的电弧焊接电源供应器，其中N是1至20之间的数字，包含1和20。

12.如权利要求9所述的电弧焊接电源供应器，其中所述磁操控信号的峰值从所述焊接信号的峰值偏移，以使在所述焊接波形达到峰值之后所述磁场达到峰值。

13.如权利要求10所述的电弧焊接电源供应器，其中所述磁操控信号的峰值从所述焊接信号的峰值偏移，以使在所述焊接波形达到峰值之后所述磁场达到峰值。

14.如权利要求9至13中的一项所述的电弧焊接电源供应器，其中所述磁操控信号的峰值部分与所述焊接信号的本底部分同步，并且其中所述磁场执行以下步骤中的一个：控制由所述电弧在所述工件上形成的焊接熔池、延长所述焊接熔池以及预清理所述工件的表面。

15.如权利要求9至13中的一项所述的电弧焊接电源供应器，其中：所述第一组多个控制状态包括峰值波形控制状态，并且当所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态时，所述焊接信号趋于峰值，其中所述第二组多个控制状态包括峰值场控制状态，并且当所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态时，所述磁操控信号趋于峰值，其中针对每N次所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态，其中N是正整数，所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态一次，并且其中所述磁场在所述熔滴的转移期间影响所述熔滴的路径。

16.如权利要求15所述的电弧焊接电源供应器，其中：在所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值波形控制状态N次之后，在所述并行的基于状态的控制器进入所述峰值场控制状态之前存在延迟。

17.如权利要求16所述的电弧焊接电源供应器，其中：所述延迟是1ms至100ms。