CN104684674B - 为焊接操作馈送填充材料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种为焊接操作馈送填充焊丝条的方法和系统。例如，提供了一种手持式填充焊丝前移装置(44)。所述装置包括外壳(46)，所述外壳(46)具有穿过外壳轴向延伸的开口(48)，开口用于接收填充填充焊丝条(50)。所述装置还包括驱动组件，所述驱动组件布置在外壳内，并适于与填充焊丝条接触，以将外壳的开口内的填充焊丝条前移和收回。另外，所述装置还包括马达，所述马达布置在外壳内，并联接到驱动组件，以向驱动组件提供用于移动填充焊丝条的动力。

Description

为焊接操作馈送填充材料的方法和系统

背景技术

本发明总体上涉及焊接系统，并且更具体地，涉及为焊接操作馈送填充焊丝的手持式焊丝前移装置。

焊接是各个行业各种类型的应用中普遍采用的工艺。例如，在造船、修理工作、建筑等应用中经常实施焊接操作。为了便于实施这种焊接工艺，焊接系统一般包括电极，该电极配置成在焊炬与工件之间传递弧，从而加热工件，以形成焊缝。在很多系统，例如金属惰性气体(MIG)焊接系统和焊条焊接系统中，电极是一种消耗性焊丝，该焊丝融化在焊缝中以在焊缝中提供填充材料。相比之下，其他系统，例如钨极惰性气体(TIG)焊接系统采用独立于填充材料的非消耗性钨电极。即，TIG焊接过程不会将钨电极熔化在工件上形成的焊缝中，因此，在TIG焊接操作中，典型地由焊接操作员用空闲的那只手将填充焊丝前移到焊池内。

遗憾地是，填充焊丝一般难以由焊接操作员单手操纵，因为熔化填充材料时，焊接操作员必须将补充的填充材料暴露于焊缝处。另外，TIG焊接过程通常要求操作员在整个过程中将填充焊丝向前馈送和向后拉动，以获得需要的填充材料数量和位置。再者，操作员必须握住和操纵的填充焊丝的长度可能为(例如)约36英寸，因此难以在焊接过程中用单手操作。因此，需要能克服这些缺点的改进填充焊丝馈送方法和系统。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种手持式填充焊丝前移装置。所述装置包括外壳,所述外壳具有穿过外壳轴向延伸的开口，开口用于接收填充焊丝条。所述装置还包括驱动组件，所述驱动组件布置在外壳内，并适于与填充焊丝条接触，以将外壳的开口内的填充焊丝条前移和收回。另外，所述装置包括马达，所述马达马达布置在外壳内，并联接到驱动组件，以向驱动组件提供用于移动填充焊丝条的动力。但是，所述装置在操作期间不传送焊接电流。

在另一个实施例中，提供了一种通过手持式焊丝前移装置自动控制填充焊丝条的移动的方法。所述方法包括：接收与焊接操作的至少一个参数对应的数据，并基于所接收的数据确定用于焊接操作的填充焊丝馈送速率。所述方法进一步包括：在没有操作员输入的情况下控制手持式焊丝前移装置以确定的填充焊丝馈送速率将填充焊丝条馈送到焊池。这里，同样，所述装置在操作期间不传送焊接电流。

在另一个实施例中，焊接系统包括焊接电源和焊接控制器，所述焊接电源用于生成用于焊接操作的焊接电力输出，所述焊接控制器布置在焊接电源内，用于控制焊接电源的运行。所述系统还包括手持式填充焊丝前移装置，所述手持式填充焊丝前移装置包括：外壳,该外壳具有穿过外壳轴向延伸的开口，开口用于接收填充焊丝条；以及马达驱动组件，该马达驱动组件具有联接到驱动组件的马达，用于提供动力并将填充焊丝条移动穿过外壳。所述系统进一步包括焊丝前移控制器，所述焊丝前移控制器与焊接控制器和马达驱动组件通信，并适于控制提供动力并控制使填充焊丝条移动穿过外壳。所述系统在操作期间不传送焊接电流。

附图说明

在参考附图阅读下列详细说明时，可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相同的附图标记代表相同的元件，其中：

图1是包括具有内部接收器的焊接电源和手持式焊丝前移装置的焊接系统的一个实施例的立体图；

图2是示出图1的焊接电源和手持式焊丝前移装置的无线实施例的示例内部部件的框图；

图3是示出图1的焊接电源和手持式焊丝前移装置的有线实施例的示例内部部件的框图；

图4是示出可布置在图1的手持式焊丝前移装置的一个实施例上的用户界面的示例的示意图；以及

图5是示出可由控制器实施的通过图1的手持式焊丝前移装置自动控制填充焊丝前移的方法的流程图。

具体实施方式

如下文详细所述，本文提供了用于朝着焊池馈送填充焊丝条的手持式填充焊丝前移装置的实施例。所述填充焊丝前移装置可包括装置中或装置上的驱动马达，所述驱动马达能提供用于馈送填充焊丝的装置本身的动力。另外，所述焊丝前移装置还可包括驱动组件，所述驱动组件能与填充焊丝条接触，并利用马达提供的动力将条穿过装置并朝着焊池移动。在某些实施例中，所述焊丝前移装置可与焊接电源通信，以在没有操作员输入的情况下协调填充焊丝条的自动馈送。即，在一些实施例中，操作员只需将装置保持在需要的位置，并且填充焊丝条可以需要的速率朝着焊池自动前移和从焊池收回。但是，与焊炬不同，所述装置在操作期间不传送焊接电流。上述特征提供了操作员必须手动将填充焊丝条馈送到焊池里的系统所没有的优点。例如，通过减少或消除操作员用单手手动操作填充焊丝条的需要，可实现焊珠的高均匀度。

现在来看附图，图1是包括焊接电源12的焊接系统10的立体图，该焊接电源配置成为钨极惰性气体(TIG)焊接操作(或焊条焊接操作)提供功率输出。但是，应注意的是，在其他实施例中，所述焊接电源可配置成为任何所需类型的焊接操作(例如，金属惰性气体(MIG)焊接)，特别是需要将填充焊丝向焊池馈送的任何焊接操作产生电力。在某些实施例中，所述电源12可根据需要的应用为焊炬供给直流(DC)或交流(AC)电。例如，AC电流可适用于焊接铝或镁，以及DC电流可适用于焊接不锈钢、镍或钛。除了使电流与所选材料相配之外，还可改变所述电源12的输出，以获得需要的焊接特性。例如，低AC频率(例如，约56Hz)电流可生成轻微穿透工件的宽电弧，而高AC频率(例如，约200Hz)电流可生成深度穿透工件的集中电弧。

在图示的实施例中，所述焊接电源12包括前面板14、侧面板16、顶面板18和布置在其中的焊接控制器30。所述前面板14包括控制面板20，通过所述控制面板20，操作员可经由(例如)与焊接控制器30的协调来控制焊接操作的一个或多个参数。所述焊接电源12进一步包括与一个或多个焊接装置和/或配件对接的插座22、24、26和28。例如，在图示的实施例中，所述第二插座24和第三插座26接收连接到焊炬36的电缆32和34，以及第四插座28接收止于工件夹40的电缆38。

所述工件夹40连接到工件42，以在操作期间闭合在焊接电源12、工件42和焊炬36之间的电路。即，一般来说，所述焊接系统10可经由工件42为电源12提供电流。例如，在图1所示的构造中，由所述电源12提供的电流经过电源导线管流至焊炬36，流经从焊条到工件42的弧，并且经由工件夹40和电缆38返回到电源12。

在操作期间，除电流的频率之外，所述电源12还可改变对焊炬36的电流输出的安培数。电源12输出的安培数的设置可通过设置电源12的控制面板20上的旋钮或按钮或其他输入装置来调节，或可通过远程控制器进行设置。例如，在某些实施例中，所述焊接系统10可包括脚踏远程控制器，所述脚踏远程控制器能使操作员在焊接期间通过压住脚踏板或轻按脚踏远程控制器来改变安培数，从而进行电流调整。所述远程控制器还可包括按钮控制、语音命令或其他形式的输入，以指示电源12输出相应电流。

另外，虽然图1中没有显示，但可对焊炬36提供来自气源的保护气体。一般来说，可将保护气体提供给焊炬36并在焊缝的位置处将其从焊炬中排出。保护气体可在焊接过程中发出焊弧前立即排出和/或在焊弧熄灭不久之后排出。保护气体保护焊接区域不受大气气体，例如氮和氧的损坏，大气气体可能会造成熔合缺陷、多孔和焊接金属脆化。保护气体还可将热量从焊接电极传递到金属，并可协助发出和保持稳定的弧。

图1的焊接系统10还包括焊丝前移装置44。所述焊丝前移装置44包括外壳46和穿过其延伸的轴向通路或开口48。所述开口48接收填充焊丝条50，所述填充焊丝条50可由任何适当的内部机构，例如对条施加压力的多个驱动辊、夹、紧固装置等保持在外壳46内。如下文详细所述，包括驱动组件和马达的马达驱动组件还可布置在外壳46中或外壳46上，以便于在焊接操作期间填充焊丝条向工件42上的焊池手动或自动触发的机动馈送。

在焊接期间，操作员可用一只手握住焊炬36，并用另一只手握住焊丝前移装置44。图示的TIG焊炬36采用独立于填充焊丝条50的非消耗性钨电极。这样，在操作员实施焊接过程时，钨电极不会熔化在形成于工件42上的焊缝内。相反，在操作员用一只手利用焊炬36形成焊缝时，操作员用另一只手握住焊丝前移装置46，以将填充焊丝前移到焊池中。

在一个实施例中，可能会进行半自动填充材料馈送过程，在该过程中，操作员利用(例如)在焊丝前移装置44的外壳46上提供的按钮来启动马达驱动组件，以将填充焊丝条50馈送到焊池中。在该实施例中，操作员保持对馈送速率和回拉-前送比的控制，但马达驱动组件实际上按操作员的指示将焊条50向焊池移动。但是，在另一个实施例中，所述填充条馈送过程可完全自动化，并且当在控制器的控制下进行填充材料的馈送时，操作员只需用一只手握住焊丝前移装置44。本文公开的前述实施例实现的填充材料馈送半自动化或自动化可提供操作员必须使用空闲的那只手将填充焊丝条50操纵到焊池中的传统系统所没有的优点。

图2是示出图1提供的焊接系统10的一个实施例的框图，其中，位于焊丝前移装置44中的控制器52与焊接控制器30无线通信，以协调填充材料50被自动或半自动馈送到焊池中。示出了包含在与本公开的一个实施例一致的焊接电源12和焊丝前移装置44中的适当内部部件的示例。但是，应注意的是，可在本公开的实施例的范围内对图示的焊接系统10的焊接电源12和焊丝前移装置44中包括的特定部件进行各种特定实施方式的变化。即，其他实施例可根据给定应用的特征包括较多或较少的部件。

在图示的实施例中，所述焊接电源12包括功率转换电路54，所述功率转换电路54接收来自交流电源56(例如，AC电网、发动机/发电机组、电池或其组合)的输入功率。施加在功率转换电路54上的功率可产生于电网，虽然也可使用其他功率源，例如，由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其他替代电源产生的功率。接收输入功率之后，所述功率转换电路54根据系统10的需求调节输入功率，并提供输出功率，以向一个或多个焊接装置(例如，焊炬组件36)提供电力。由此，在一些实施例中，所述功率转换电路54可包括能够按系统10的需求的指示将AC输入功率转换成直流正接(DCEP)或直流反接(DCEN)输出的电路元件，例如变压器、整流器、开关等。

所述焊接电源12还包括控制电路30，所述控制电路30配置成接收和处理关于系统10的性能和需求的多个输入。所述控制电路30包括处理电路58和存储器60。所述存储器60可包括易失性或非易失性存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性存储存储器、光学存储存储器或其组合。另外，各种控制参数可与配置成在操作期间提供特定输出(例如，开始焊丝馈送、使气流动等)的代码一起存储在存储器60中。所述处理电路58还可接收来自操作员界面62的一个或多个输入，所述操作员界面62布置在(例如)控制面板20上，通过该界面，使用者可选择工艺并输入需要的参数(例如，电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接方案等)。所述处理电路58还联接到气体控制阀64，所述气体控制阀64对从气缸66到焊炬36的保护气体流进行调节。一般来说，上述气体是在焊接时提供的，并且可在焊接前立即打开和焊接之后不久打开。

基于接收自操作员的这种输入，所述控制电路30(例如)经由传输给功率转换电路54的控制信号来操作以控制焊接电力输出的生成，从而进行需要的焊接操作。基于这种控制命令，所述功率转换电路54配置成生成输出功率，所述输出功率最终将会施加在焊炬36处的焊接电极上。为此，如上所述，可采用各种功率转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、变换器等。

如图所示，所述焊接系统10还包括焊丝前移装置44。在该实施例中，所述焊丝前移装置44包括控制器52、马达驱动组件70和包括电池74(或任何其他适当的能量存储装置)的能量存储系统72。图示的焊丝驱动组件70包括马达76和驱动辊系统78。另外，所述焊丝前移装置44可包括或不包括图示的用户界面80。

在操作期间，所述焊丝前移装置44中的控制器52与焊接电源12中的控制电路30无线通信，以协调填充焊丝的馈送。更具体地，所述控制器52控制马达驱动组件70的一个或多个工作参数以通过焊丝前移装置44拉动填充焊丝条。例如，所述控制器52控制马达76的动力输出和驱动辊78的移动。但是，应注意的是，如上所述，与焊炬36不同，所述焊丝前移装置44在操作期间不传输焊接电流(或者更一般而言，不传输焊接电力)。

在图示的实施例中，所述焊丝前移装置44没有经由有线连接件联接到焊接电源12。因此，所述焊丝前移装置44包括为装置44的操作提供电力的能量存储系统72。在图示的实施例中，所述装置44中的电池74产生用于操作装置44的电力。在其他实施例中，所述电池74可由能够存储能量和释放能量的任何适当装置代替，例如，任何各种已知的能量存储装置。在一些实施例中，所述电池74可从焊丝前移装置44上移除，以便于对电池74进行更换或充电。但是，在其他实施例中，所述电池74可以是不可移除的，并配置成在保持与焊丝前移装置44集成的情况下充电。

图3示出了图2的焊接系统10的一个替代实施例，其中，所述焊丝前移装置44经由有线连接件(即，电缆82)联接到焊接电源12，所述电缆82可(例如)联接到焊接电源12的插座22中存在的14脚接头。所述电缆82能够对数据(例如，在控制器52和控制电路30之间的数据)以及电力进行双向传输。在该实施例中，所述焊丝前移装置44可不包括能量存储系统72，并且相反，可由焊接电源12生成的功率提供电力。但是，应注意的是，在一些实施例中，所述焊丝前移装置44可包括能量存储系统和与焊接电源12的有线连接件。

图4是可置于用户界面80的某些实施例上的部件的示意性的图示示例，在一些实施例中，可将所述用户界面80设在焊丝前移装置44上。如图所示，所述示例用户界面80包括一个或多个焊丝前移按钮84。所述焊丝前移按钮84可包括(例如)被按下时以预设馈送速率将焊丝前移的向前馈送按钮。所述用户界面80还可包括一个或多个馈送速率选择按钮86，所述馈送速率选择按钮86可用于(例如)利用馈送速率微调旋钮88来设置填充材料的需要的馈送速率。所述用户界面80进一步包括前送-回拉比选择器90，所述前送-回拉比选择器90使操作员能够指定焊接操作期间与填充焊条的每次前送关联的回拉程度。最后，所述示例用户界面80包括通断开关92，所述通断开关92可由操作员用于启动或关闭装置44。

图5是可由适当的控制器，例如控制器52采用的在焊接操作期间自动控制将填充材料向焊池馈送的方法94的流程图。如图所示，所述方法94包括接收与焊接操作的一个或多个参数对应的数据的步骤(框96)。例如，所述焊丝前移控制器52可接收来自焊接控制器30的关于指定焊接操作的电流或电压设置的信息。一旦接收，所述控制器利用数据以确定用于焊接操作的填充材料的适当馈送速率(框98)和适当的前送-回拉比(框100)。

所述控制器随后检查焊丝前移装置是否处于用于焊接操作的启动状态(框102)。如果不是，所述焊丝前移装置控制器与焊接控制器保持通信，以(例如)基于操作员在开始焊接之前通过用户界面对焊接工艺做出的任何更改而接收可能出现的任何更新。但是，如果已将焊丝前移装置定位并启动使用(即，启动了焊接操作)，则在控制器的命令下将填充材料馈送到焊池(框104)。这样，所述焊丝前移装置的某些实施例可实现向焊池自动馈送填充材料，从而减少或免除了焊接操作员手动或以非自动方式进行这种馈送的需要。

本文仅对本发明的某些特征进行了图示和说明，但本领域的技术人员可对其进行多种修改和变化。因此，应理解的是，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神范围内的所有这种修改和变化。

Claims (22)

1.一种手持式填充焊丝前移装置，包括：

外壳，该外壳具有穿过外壳轴向延伸的开口，所述开口用于接收填充焊丝条；

驱动组件，该驱动组件布置在外壳内，并配置成与填充焊丝条接触，以将外壳的开口内的填充焊丝条前移和收回；

马达，该马达布置在外壳内，并联接到驱动组件以向驱动组件提供用于移动填充焊丝条的动力；以及

第一控制器，该第一控制器布置在外壳内，并且配置成控制马达和驱动组件的操作，

其中，手持式填充焊丝前移装置在操作期间不传送焊接电流；并且

其中，第一控制器配置成接收与焊接操作参数对应的数据，并在没有操作员输入的情况下利用所接收的数据自动控制驱动组件和马达的操作，以通过外壳中的开口将填充焊丝自动前移和收回。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，外壳包括能够选择回拉-前送比的回拉-前送比选择特征。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，驱动组件被配置成与填充焊丝条接触，从而按照所选需要的填充焊丝馈送速率和所选回拉-前送比将填充焊丝条前移和收回。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，外壳包括焊丝前移按钮，该焊丝前移按钮配置成在焊丝前移按钮被按下时启动马达以产生动力。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，第一控制器配置成以无线方式接收来自位于钨极惰性气体焊接电源中的第二控制器的数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，第一控制器配置成经由与布置在钨极惰性气体焊接电源上的14脚接头联接的有线连接件接收来自位于TIG焊接电源中的第二控制器的数据。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，外壳包括能够选择需要的填充焊丝馈送速率的馈送速率选择特征。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，外壳进一步包括能够微调需要的填充焊丝馈送速率的馈送速率微调旋钮。

9.一种通过手持式填充焊丝前移装置自动控制填充焊丝条的移动的方法，包括：

接收与焊接操作的至少一个参数对应的数据；

基于所接收的数据确定用于焊接操作的填充焊丝馈送速率；

在没有操作员输入的情况下控制手持式填充焊丝前移装置以确定的填充焊丝馈送速率将填充焊丝条朝着焊池自动地馈送；并且

其中，手持式填充焊丝前移装置在操作期间不传送焊接电流。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，手持式填充焊丝前移装置包括至少一个驱动辊，所述至少一个驱动辊联接到马达，并配置成与填充焊丝条接触，以将填充焊丝条朝着焊池馈送。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个参数包括焊接操作的安培数。

12.根据权利要求9所述的方法，包括：基于所接收的数据确定用于焊接操作的回拉-前送比。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：在没有操作员输入的情况下控制手持式填充焊丝前移装置自动实现回拉-前送比。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，接收与焊接操作的至少一个参数对应的数据包括：与位于焊接电源中的控制器无线通信。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，接收与焊接操作的至少一个参数对应的数据包括：经由与位于焊接电源的外壳上的14脚接头联接的有线连接件而与位于焊接电源中的控制器通信。

16.一种焊接系统，包括：

焊接电源，该焊接电源配置成生成在焊接操作中使用的焊接电力输出；

焊炬，该焊炬联接到焊接电源，并在操作期间接收来自焊接电源的焊接电流，以建立和保持焊弧；

焊接控制器，该焊接控制器布置在焊接电源中，用于控制焊接电源的运行；

手持式填充焊丝前移装置，该手持式填充焊丝前移装置与焊炬分离，并且包括：外壳，该外壳具有穿过其而轴向延伸的开口，该开口用于接收填充焊丝条；以及马达驱动组件，该马达驱动组件具有联接到驱动组件的马达，用于提供动力并将填充焊丝条移动穿过外壳，手持式填充焊丝前移装置在操作期间不传送焊接电流；以及

焊丝前移控制器，该焊丝前移控制器与焊接控制器和马达驱动组件通信，并且配置成控制提供动力并控制将填充焊丝条移动穿过外壳。

17.根据权利要求16所述的焊接系统，其中，焊丝前移控制器被配置成按照需要的填充焊丝馈送速率和回拉-前送比来控制提供动力以及控制填充焊丝条的移动。

18.根据权利要求16所述的焊接系统，其中，焊丝前移控制器配置成与焊接控制器无线通信。

19.根据权利要求16所述的焊接系统，其中，焊接电源包括钨极惰性气体焊接电源。

20.根据权利要求16所述的焊接系统，包括焊炬，该焊炬联接到焊接电源，并配置成接收来自焊接电源的焊接电源输出。

21.根据权利要求16所述的焊接系统，其中，焊丝前移控制器配置成从焊接控制器接收与焊接操作的一个或多个参数对应的数据，并基于所接收的数据在没有操作员输入的情况下自动控制马达驱动组件的操作。

22.一种焊接系统，包括：

焊接电源，该焊接电源配置成生成在焊接操作中使用的焊接电力输出；

焊炬，该焊炬联接到焊接电源，并在操作期间接收来自焊接电源的焊接电流，以建立和保持焊弧；

焊接控制器，该焊接控制器布置在焊接电源中，用于控制焊接电源的运行；

根据权利要求1至8之一所述的手持式填充焊丝前移装置。