CN105209204A

CN105209204A - 在焊接接头中用自动操控执行电弧焊接的电弧焊接系统和方法

Info

Publication number: CN105209204A
Application number: CN201480026790.9A
Authority: CN
Inventors: S·R·科尔
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: DE212014000066U1; WO2014140718A3; CN105209204B; BR112015022499A2; WO2014140718A2; JP3205264U; KR20150138235A

Abstract

用于在焊接接头(145)中操控电弧和/或炬头(120)的方法和系统(100)被提供。所述系统(100)包括在形成于至少一个工件(115A，115B)中的焊接槽中创建电弧的炬头(120)。所述系统(100)还包括控制单元(190)，所述控制单元(190)包括监测所述电弧的电压、所述电弧的电流、所述炬电源供应器的功率输出以及导电嘴至焊件距离中的至少一个的反馈系统。所述控制单元(190)输出对应于所述监测的反馈信号。所述控制单元(190)还包括将所述反馈信号与至少一个预定值相比较的比较电路，所述预定值对应于在所述焊接槽中的所述电弧和所述炬头(120)中的至少一个的位置。所述控制单元(190)进一步包括输出基于所述比较的操控信号的电弧操控系统(180)。

Description

在焊接接头中用自动操控执行电弧焊接的电弧焊接系统和方法

本申请是美国专利申请No.13/438,703的部分继续申请，并且要求对该美国专利申请No.13/438,703的优先权，该美国专利申请通过引用被整体地并入本申请。

发明领域

本发明涉及根据权利要求1的电弧焊接系统并且涉及根据权利要求9的用电弧操控执行电弧焊接的方法。某些实施方案涉及电弧焊接应用。更特别地，某些实施方案涉及在电弧焊接/接合应用中在焊接接头中操控电弧和/或炬。

技术背景

在比如气体保护钨极电弧焊(GTAW)、气体保护金属极电弧焊(GMAW)、等离子电弧焊(plasmaarcwelding，PAW)等的相关技术电弧焊接系统中，如果炬头关于焊接槽壁没有被恰当地定位，焊缝质量将被不利地影响。例如，因为焊接槽侧壁的铁质材料可以干扰电弧，被不恰当地定位的炬头的电弧可以转移到侧壁而不是焊缝的底部。相反地，如果炬头被定位得太过远离侧壁，填充材料将不会相对于侧壁被恰当地被熔敷。进一步地，甚至在焊接过程的开始已经被恰当地定位的炬头在焊接过程期间可能需要被再调整。这是因为工件侧壁的对准可能不是笔直且准确的，并且炬头关于焊接槽侧壁的相对位置可能改变，即，随着炬头行进焊接槽的长度，焊接头和槽侧壁之间的距离可以变得更小或更大。此外，在一些情形中，由于机械加工焊接槽中的偏差，焊接槽的宽度也可以沿其长度变化。因此，为补偿焊接槽中的不对准和宽度变化，在使用机械振荡、磁振荡和/或接地切换的情况中，炬头的位置和/或电弧振荡的宽度可能需要被调整。因此，甚至在“自动化的”焊接过程中，操作者可能需要密切观察焊接操作并且不断地调整炬头的位置和/或电弧振荡的宽度。

通过参考附图将常规的、传统的和设想的途径与在本申请的其余部分中提出的本发明的实施方案相比较，对本领域技术人员而言，这样的途径的进一步的限制和缺点将变得明显。

发明描述

本发明的目标是克服前述的限制和缺点。通过根据权利要求1的具有自动化电弧操控的电弧焊接系统，以及通过根据权利要求9的用电弧操控执行电弧焊接的方法，这种问题被解决。本发明的进一步的实施方案是从属权利要求的主题。本发明的实施方案包括在用于在针对电弧焊接/接合应用的系统中操控焊接接头中的电弧和/或炬头的方法和系统。本发明的一些示例性实施方案包括自动化电弧操控系统，所述自动化电弧操控系统包括接收焊接槽中的电弧和/或炬头的位置的指示的反馈电路。电弧操控系统还包括将电弧和/或炬头的位置指示与预定值相比较的比较电路。预定值可以是针对焊接槽中给定点用于电弧和/或炬头的期望电压和/或电流值。电弧操控系统进一步包括电弧操控装置，所述电弧操控装置基于电弧/炬头的位置指示与预定值的比较，定位电弧和/或炬头。

在一些实施方案中，系统包括可操作地连接到炬头的炬电源供应器，所述炬头在形成于至少一个工件中的焊接槽中创建电弧。系统还包括控制单元，所述控制单元包括监测电弧的电压、电弧的电流、炬电源供应器的功率输出以及导电嘴至焊件距离中的至少一个的反馈系统。控制单元输出对应于所述监测的反馈信号。控制单元还包括将反馈信号与至少一个预定值相比较的比较电路，所述预定值对应于电弧和炬头中的至少一个在焊接槽中的位置。控制单元进一步包括输出基于所述比较的操控信号的电弧操控系统。操控信号被使用来控制电弧和炬头中的至少一个在焊接槽中的位置。根据本方法的优选的实施方案，所述反馈信号基于所述电弧的所述电压，并且，所述第一预定值是9伏特并且所述第二预定值是11伏特。

在一些实施方案中，所述方法包括用炬头在形成于至少一个工件中的焊接槽中创建电弧。所述方法还包括监测电弧的电压、电弧的电流、炬头的功率输出以及导电嘴至焊件距离中的至少一个，并且输出对应于所述监测的反馈信号。所述方法进一步包括将反馈信号与至少一个预定值相比较，所述至少一个预定值对应于电弧和炬头中的至少一个在焊接槽中的位置，并且输出基于所述比较的操控信号。所述方法此外包括基于操控信号控制电弧和炬头中的至少一个在焊接槽中位置。

从以下描述和附图将更完整地理解所要求保护的本发明的这些和其他特征，以及本发明图示说明的实施方案的细节。

附图简要说明

参考附图，通过详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面将会更加明显，在附图中：

图1A和图1B图示说明系统的示例性实施方案的功能原理框图的不同视图，所述系统用于钎焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接应用中的任何一个；

图2A-2D图示说明可以由图1A和图1B的系统生成的示例性震荡图案；

图3图示说明系统的示例性实施方案的功能原理框图，所述系统用于管道上的钎焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接应用中的任何一个；

图4图示说明图3的截面AA的展开图；

图5图示说明可以使用图3的系统来焊接的示例性焊接接头；以及

图6图示说明在示例性焊接接头中的电弧摆动的各种点处的示例性电弧电压值。

详细描述

现在通过参考附图，以下将描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案意图帮助理解本发明，并非意图以任何方式限制本发明的范围。相似的参考标号全部指示相似的要素。

图1A和图1B图示说明用于焊接/接合应用的示例性系统100的不同视图。为了清晰，某些部件在视图中未被示出。系统100包括比如GTAW系统的电弧焊接系统。虽然GTAW系统被图示说明，本发明将与使用电弧用于钎焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接应用的任何自动化系统一起工作。如图1A中示出的，系统100包括可操作地连接到钨电极172的电源供应器170，钨电极172被容置在炬头120中。电源供应器170可以具有创建电弧110的起弧器(未示出)，和/或电源供应器170可以被配置来“接触(touch)”启动电弧110。电源供应器170经由电极172和电弧110向工件115提供焊接电流。电弧110加热工件115以创建焊接熔池145。在一些实施方案中，电源供应器170是脉冲直流电(DC)电源供应器，虽然交流电(AC)或其他类型的电源供应器也是可能的。通用的电弧焊接是已知的，并且将不被详细讨论。

如图1B中所示出的，系统100还可以包括磁电弧振荡系统130。磁电弧振荡系统130包括磁头137、磁极135以及电源供应器131。磁极135可以被磁头137设置来具有正极性或负极性二者之一。磁极135上的极性确定电弧110被引导到何处，即，向着极135或远离极135二者之一。在一些实施方案中，磁电弧振荡器系统130还可以改变磁场强度以控制电弧110的偏转量。磁电弧振荡系统130可以被配置来振荡电弧110以生成如由箭头132示出的摆动运动(“电弧摆动”)。电弧摆动132可以被使用来通过生成交织图案(weavingpatterns)改进焊道(weld-bead)的几何结构。例如，磁电弧振荡系统130可以被使用在比如焊接的“盖面(cap)”行程(pass)的更宽的焊接行程上。由于到焊缝边缘的热量可以被控制，这种技术提供更好的侧壁熔合。磁电弧振荡系统130可以被使用于填角焊接以将咬边(undercutting)最小化。此外，当接合不同厚度的材料时，电弧振荡可以被控制来充分地穿入较厚工件同时防止较薄工件的咬边。图2A至图2D提供可以由磁电弧振荡系统130生成的一些示例性电弧摆动图案。当然，本发明不限于图示说明的电弧摆动图案，并且生成期望焊缝交织图案的任何电弧摆动图案可以被使用。此外，与电弧焊接系统相结合的磁电弧振荡方法和系统在申请No.13/438,703中被公开，申请No.13/438,703通过引用被整体地并入本申请。因此，磁电弧振荡技术将不被进一步讨论。

如图1B中所图示说明的，系统100可以进一步包括机械操控装置180。机械操控装置180经由支架185可操作地连接到炬头120。如由箭头182所示出的，支架185可以被控制以便从焊接槽的一侧到另一侧操控炬头120。当然，只要炬头120可以被移动到焊接槽之内的期望部位，其他操控方法和装置可以被使用。当与磁电弧振荡系统130一起被使用时，支架185还可以被可操作地连接到振荡系统130，以致极135关于炬头120的相对位置是恒定的。因此，机械操控装置180可以在焊接槽中定位炬头120/磁振荡系统130，以致炬头120和磁振荡系统130在恰当的位置以为磁电弧振荡系统130生成期望的焊缝交织图案。在一些实施方案中，类似于磁电弧振荡系统130，机械操控装置可以被使用来振荡炬头120(以及电弧110)以生成焊缝交织图案，例如，如上面所讨论的。

系统100还可以包括接地切换电路195，所述接地切换电路195可以在工件115A和115B上的至少两个接地之间切换(参见图1B)。接地切换电路195被可操作地连接到接地196A和196B，以致在任何给定时间只有一个接地点是激活的。接地196A和196B分别位于工件115A和115B上。接地切换电路195可以被配置来切换激活的接地以便控制或引导电弧110的方向。例如，在一些实施方案中，接地切换电路195被控制，以致接地切换电路195在电弧110上生成摆动动作以生成期望的焊缝交织图案。在一些实施方案中，H桥电路可以被使用来切换激活的接地。一般的H桥电路在本领域是众所周知的，并且将不被进一步讨论。上面的说明性的实施方案示出在每个工件上的一个接地。然而，每个工件上策略性放置的任何数量的接地可以被使用来生成期望的焊缝交织图案。

电源供应器170、电源供应器175、磁振荡系统130、机械操控装置180、丝送进器150以及接地切换电路195中的一个或更多个可以被连接到感测和控制单元190。在一些实施方案中，控制单元190包括控制逻辑，所述控制逻辑基于焊接条件，经由机械操控装置180自动地在焊接接头中操控炬头120。控制单元190还可以接收来自电压和电流传感器的反馈信号，所述电压和电流传感器测量在导电管160处的电压(V)和流动到所述系统的电流(I)，以便确定电弧110和/或炬头120到焊接槽侧壁的接近度。当然，在一些实施方案中，只要所述反馈可以提供电弧110和/或炬头120相对于侧壁的位置的指示，比如电源供应器170的功率输出、导电嘴至焊件距离(CTWD)等的其他反馈信号可以被使用。然后，反馈信号可以被使用来自动地操控炬头120和/或电弧110。例如，基于焊接操作(例如，GTAW、GMAW、PAW等)、材料的类型、焊接行程(单行程/多行程焊接)的数量等，控制单元190(或一些其他类似的装置)可以针对电弧110被配置有用于电弧110沿电弧摆动的一个或更多个位置的期望电弧电压和/或电流值。例如，图6图示说明电弧110被配置来从一个侧壁向另一个摆动的实施方案。磁电弧振荡系统被配置来经由磁极135提供左磁场和右磁场，所述左磁场使电弧110向左侧壁的基部偏转，所述右磁场使电弧110向右侧壁的基部偏转。当磁场被关闭时，电弧110将在炬头120之下的中心位置上。当然，磁电弧振荡系统可以基于焊接需要而被不同地定位。例如，炬头120可以被这样设置，以致炬头120在侧壁中的一个之上而不是在中间。在这样的情形中，磁电弧振荡系统将使电弧110从一个侧壁(磁场关)移动到另一个侧壁(磁场开)。在其他实施方案中，磁场的强度可以被连续地改变以将电弧110引导到焊接槽中的任何位置，而不仅是离散的值(例如，左侧壁、右侧壁、中心等)。

对于图6中的实施方案，基于电弧110是否远离侧壁(例如，在中心磁场位置)、在右侧壁或在左侧壁，电弧110可以具有不同的期望电弧电压。就是说，在本发明的示例性实施方案中，通过考虑不同的因素(包括但不限于：电极定位、槽的几何结构等)，针对焊接操作中任何给定时刻或位置的期望或阈电压水平将变化。例如，在中心磁场位置，期望电弧电压反馈可以是例如12-15伏特，并且在左侧壁和右侧壁中(即，左磁场位置和右磁场位置)，期望电弧电压可以是例如9-11伏特。期望系统的实施方案的控制可以以若干不同的方式出现。例如，来自监测电弧电压的反馈可以在焊接操作期间以具体的间隔被利用，在焊接过程期间在具体的部位被利用，和/或在焊接过程期间可以是连续的(或这些方法论的任何组合)。例如，在一些实施方案中，在电弧110在沿电弧摆动的具体位置同时或在沿电弧摆动的具体位置期间(例如，当电弧110被磁极135定位在左、右或中心位置时)，反馈信号(例如电弧电压)可以被监测。在其他实施方案中，甚至在从一个电弧位置向另一个的转换期间，对应于电弧110的反馈信号被连续地监测。在又一个实施方案中，反馈信号以期望的频率(例如，每N个电弧摆动)被测量，或被间断地测量以核实恰当的操作。在进一步的示例性实施方案中，反馈信号可以在一持续时间(例如，每5到20毫秒)后被利用。当然，其他持续时间和方法可以被使用而不偏离本发明的精神或范围。

基于反馈信号(例如，电弧电压)和相关于电弧位置(例如，左、右或中心位置)的信息，控制单元190可以在任何给定位置确定所检测的电压是否不同于期望电压。例如，本发明的实施方案可以确定炬头120和侧壁之间的距离是否由于一些原因(例如，炬头120正在漂移、侧壁上的不对准等)已经改变。例如，如果控制单元190发现电弧110的电压在右磁场位置是在8伏特、在中心磁场位置是在12伏特、并且在左磁场位置是在12伏特，控制单元190可以确定炬头120正在向右漂移并且炬头120需要向左移动。类似地，基于反馈信号，因为焊接槽的宽度由于一些原因(例如，工件的不对准、焊接槽宽度上的有意的设计改变等)而已经改变，控制单元190可以被这样设置，以确定电弧摆动宽度是否需要被调整。例如，如果控制单元190发现在左磁场和右磁场位置的电弧110的电压是在8伏特，并且在中心磁场位置是在12伏特，控制单元190可以确定焊接槽已经变窄并且磁场强度或另一个焊接设置需要被调整以确保变窄的槽壁的恰当的焊接。

在一些实施方案中，系统100可以被这样设置，以致基于用于反馈信号(例如，电弧电压)的预定值对炬头120的位置和/或磁场强度作出适当的调整。例如，在一些系统中，低电弧电压(例如，小于9伏特)可以表明，电弧110太接近于焊接槽的侧壁并且存在潜在的短接和/或电弧损失条件。相反地，高电弧电压(例如，大于11伏特)可以表明电弧110远离焊接槽的侧壁。在这样的系统中，控制单元190可以被配置以致：1)当电弧110在左磁场或右磁场位置中并且电弧电压在预定的低水平(例如，9伏特)之下时，控制单元190确定炬头120太接近于侧壁；以及2)当电弧110在左磁场或右磁场位置中并且电弧电压大于预定的高水平(例如，11伏特)时，控制单元190确定在对应的左位置或右位置的炬120太远离于侧壁。因此，通过将预定的低值和高值比较于来自电弧摆动上一个或更多个点(例如，在左磁场、右磁场和中心磁场位置的电弧电压)的反馈信号，控制单元190可以被配置来使用机械操控装置180在焊接槽之内适当地移动炬头120和/或使用磁电弧振荡系统130改变电弧摆动的宽度。就是说，如果电弧电压在预定的低水平之下，控制单元190可以被配置来操控炬头120远离侧壁，或者如果反馈电压太高(例如，12-15伏特)，控制单元190可以朝向侧壁操控炬头120。因为控制单元120与可以提供电弧110的位置(例如，左、右和中心)的磁电弧振荡系统130通信，控制单元190将知道向哪个方向操控炬头120。

在一些实施方案中，控制单元190可操作地连接到机械操控装置180，以便操控炬头120。控制单元190可以以预定的自动操控值被预编程，所述自动操控值基于正在被焊接的材料、工件115A和115B的厚度、过程是否是GTAW、GMAW、PAW等和/或过程是否是单行程或多行程焊接——仅列举几个。可替换地，或除此之外，在焊接过程期间，控制单元190可以使用自适应控制来确定或“微调”自动操控值。在一些实施方案中，自动操控值可以是使用者可设置的或可调整的。

如上面所讨论的，通过在炬120处测量电压和/或电流和自动地操控炬120，本发明自动地对要被焊接的工件中的不对准进行校正。例如，图3图示说明本发明的另一个示例性实施方案，在这一实施方案中，具有电极172的炬头120和磁振荡器系统130被安装在焊头牵引器单元315上，所述焊头牵引器单元315在用于焊接管道接头320的轨道焊接系统中沿导轨310移动，所述焊接管道接头320将连接管道段330A和330B。示例性轨道焊接系统的部件在2012年11月13日申请的共同待审定申请No.13/675,168中被讨论，并且通过引用被整体地并入本申请。因此，为了简洁，只有有关于解释本发明的轨道焊接系统的那些部件将被进一步讨论。导轨310围绕管道段330B的整个圆周被这样设置，以致导轨310的径向平面垂直于管道段330B的纵向轴。如所图示说明的，管道接头320将用两个焊接行程，即，在中心线335的两侧的焊接行程X_A和焊接行程X_B。为完成这一操作，机械操控装置180可以这样定位炬头120，以致炬头120在焊接行程X_A的中点处。图4是图3的截面AA的放大，如图4中所图示说明的，炬120被初始地定位在线410A处，线410A在焊接行程X_A的中点处。随着磁振荡器180和/或接地切换电路195将电弧110从一侧摆动到另一侧来生成焊缝420，焊缝420将适当地覆盖焊接接头的一半。然而，如有时的情形那样，焊接接头可能不是笔直且准确的，即，焊接槽侧壁可能不垂直于管道段330A和330B(参见图4)纵向轴。因此，随着焊接牵引器头315沿导轨310移动(参见图3)，焊缝420可能变得太接近于侧壁。这可能导致低劣质量的焊缝和/或靠近侧壁的电弧稳定性问题。此外，因为第一焊接行程X_A将不如所预期的那样覆盖焊接接头320的一半，第二焊接行程X_B的覆盖将受到不利影响。因此，在传统的焊接系统中，操作者通过再居中定位炬头120来手动地调整任何不对准问题。

然而，如上面所讨论的，控制单元190(或一些其他类似的装置)可以接收和监测反馈信号(例如，电弧电压)，以便确定电弧110和/或炬头120关于侧壁的位置。例如，如上面所讨论的，在一些实施方案中，控制单元190可以确定炬头120基于对应于电弧110的反馈信号(例如，电弧电压)被恰当地定位。在图3的示例性实施方案中，如果在左磁场位置(例如，左侧壁)的电弧电压在9-11伏特之间，并且中心磁场位置和右磁场位置的电弧电压在12-15伏特之间，控制单元190将确定炬头120被恰当地定位。因为这一实施方案要求两个焊接行程，在第一行程X_A上的右磁场位置将使电弧110定位在焊接接头320的中心线335处而不是在右侧壁处。因此，在这一实施方案中，对于右磁场位置的期望电弧电压是12-15伏特，而不是图6的示例性实施方案的9-11伏特。

如果控制单元190确定反馈信号(例如，电弧电压)不在期望的范围之内，那么控制单元190可以自动地移动(例如，操控)炬头120，以致炬头将维持在离槽壁的恰当距离。例如，在左磁场位置，如果电弧110的电压在预定值V_A(例如，9伏特)之下，控制单元190可以被配置来使用机械操控装置180将炬头120向右移动到点410B，以致在左侧壁处的电弧110的电压是在期望值V_X(例如，在9-11伏特之间)。随着焊接继续进行并且电弧110又一次变得太接近于左侧壁，并且电弧电压变化到预定电压V_A之下，控制单元190可以进一步将炬120向右移动到点410C，以致电弧电压再次是一个在V_X的电弧电压，等等。以这种办法，控制单元190将自动地调整焊接接头320中的不对准。

在上面的实施方案中，控制单元190被配置用于逐步调整，即，电弧电压在调整被作出之前从期望值V_X落到值V_A。然而，本发明不限于这样的逐步调整，并且控制单元190还可以被配置来连续地调整炬头120的位置，以致电弧电压被维持在期望电压值。当然，在一些实施方案中，当调整炬头120时，本发明还可以使用电弧电流作为反馈值。

例如，在恒压过程中，电流作为反馈被利用来确定CTWD。在恒压过程的情形中，随着电极变得更接近于壁，在壁处的的电流反馈信号将减小。相反地，当电极变得进一步远离壁时，电流反馈信号将增大。当然，本发明不限于使用电弧电流或电弧电压作为反馈信号，并且可以使用其他基于炬头到侧壁的接近度而改变的反馈信号，例如，电源供应器的功率输出、CTWD等。

在一些情况中，由于例如机械加工焊接槽中的偏差，焊接接头的宽度可能变化。在这样的情况中，因为电弧摆动不再匹配焊接接头的预期宽度(例如，随着焊接接头的宽度改变，电弧摆动可能太大或太小)，电弧110和/或炬头120可能移动得太接近于或不够接近于侧壁。例如，如图5中所图示说明的，系统可以针对在点A处的焊接接头510的宽度被设置，这种设置将生成焊缝520。然而，在点B处，焊接接头510的宽度小于在点A处的宽度，并且电弧摆动将使得电弧110和焊缝520太接近于左侧壁。相反地，在点C处，焊接接头510的宽度大于在点A处的宽度，并且电弧摆动将不会使得电弧110和焊缝520到右侧壁。此外，由于宽度上的改变，炬头120可能不在恰当的位置(例如，在期望焊缝交织图案的中点处)。因此，在现有技术系统中，操作者可能需要手动地调整电弧摆动的宽度和/或炬头的部位，以确保恰当的焊缝。然而，在本发明的一些实施方案中，控制单元190(或一些其他类似的装置)可以使用机械操控装置180调整炬头120的位置和/或使用磁振荡系统130和/或接地切换电路195调整电弧摆动的宽度。为完成这一目的，控制单元190可以使用来自炬头120的电压和/或电流反馈信号来确定电弧摆动宽度是否是适当的。例如，如果电弧电压在左磁场位置和右磁场位置二者是9-11伏特，控制单元190确定电弧摆动宽度是适当的并且焊接槽的宽度没有显著地改变。然而，如果右磁场位置和/或左磁场位置具有小于预定值(例如，9伏特)的电弧电压，控制单元190确定焊接槽在右侧壁和/或左侧壁处已经分别变窄。类似地，如果右磁场位置和/或左磁场位置具有大于预定值(例如，11伏特)的电弧电压，控制单元190确定焊接槽宽度在右侧壁或左侧壁处已经分别变宽。因此，基于反馈信号(例如，电弧电压)，控制单元190可以确定在任何特定点处的焊接接头的宽度是否已经改变，并且可以使用机械操控装置180适当地调整炬头120的部位，以致炬120位于在那点处的电弧摆动的中点处。此外，控制单元190可以调整磁电弧振荡系统130和/或接地切换电路195，以生成适当的电弧摆动宽度。例如，如图5中从点A到点B的焊接进程，控制单元190将感测焊接槽的宽度已经从在点A处的宽度X改变到宽度Y。就是说，控制单元190将感测在左磁场位置处的电弧电压在预定值(例如，9伏特)之下，表明电弧110太接近于侧壁，并且感测在右磁场位置的电弧电压在恰当的范围(例如，9-11伏特)中。因为在右磁场位置的电弧电压没有从在点A所测量的数值改变，控制单元190将确定由于左侧壁所述焊接槽已经变窄，并且对电弧摆动的宽度和/或炬头120的位置作出适当的调整。随着焊接过程进行并且炬头120达到点C，因为在右磁场位置的电弧电压大于预定值(例如，11伏特)并且因此不在恰当的范围(例如，9-11伏特)中，控制单元190确定电弧110太远离于右侧壁。然后控制单元190可以为在点C处的宽度Z适当地调整炬头120的位置和/或电弧摆动的宽度。在一些实施方案中，除磁电弧振荡系统180和/或接地切换电路195之外或作为磁电弧振荡系统180和/或接地切换电路195的替代，控制单元190可以使用机械操控装置来振荡炬头120。为确保熔敷率在宽度上的改变后仍是恰当的，炬头120的行进速率和/或丝140的送进速度可以被控制单元190(或一些其他装置)适当地调整。

在本发明的一些实施方案中，控制单元190(或一些其他装置)可以被配置有查找表，查找表包括电弧100在沿电弧摆动的一个或更多个点处的期望反馈值。期望值可以取决于焊接过程的类型(例如，GTAW、GMAW、PAW等)、正在被焊接的材料的类型和/或厚度、焊接行程的数量等。在一些实施方案中，控制单元190(或一些其他装置)可以包括反馈曲线的公式或其他表征，所述反馈曲线为在沿电弧摆动的一个或更多个点处的电弧110提供期望反馈值。

尽管已经参照某些实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以作出各种改变，并且可以替换等同物，而不会偏离本发明的范围。在上面的实施方案中，操控炬头120的控制逻辑位于控制单元190中。然而，控制逻辑可以位于机械操控装置180中或位于一些其他装置中。此外，可以作出很多修改来使特定情况或材料适应本发明的教导，而不会偏离本发明的范围。因此，本发明不意图限于所公开的特定实施方案，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围的所有实施方案。

参考编号

100系统115工件

110电弧115A工件

115B工件310导轨

120炬头315焊头牵引器单元

130振荡系统320焊接管道接头

131电源供应器330A管道段

132电弧摆动330B管道段

135磁极335中心线

137磁头410A线

140丝410B点

145焊接熔池410C点

150丝送进器420焊缝

160导电管510焊接接头

170电源供应器520焊缝

172电极X_A焊接行程

175电源供应器X_B焊接行程

180操控装置I电流

182操控箭头V_X电压

185支架V_A电压

190控制单元A点

195电路X宽度

196A接地点Y宽度

196B接地点

Claims

1.一种带有自动电弧操控的电弧焊接系统(100)，所述电弧焊接系统(100)包括：

炬电源供应器(170)，所述炬电源供应器(170)可操作地连接到炬头(120)，所述炬头(120)在形成于至少一个工件(115，115A，115B)中的焊接槽中创建电弧(110)；以及

控制单元(190)，所述控制单元(190)包括，

反馈系统，所述反馈系统监测所述电弧(110)的电压、所述电弧(110)的电流、所述炬电源供应器(170)的功率输出以及导电嘴至焊件距离中的至少一个，并且输出对应于所述监测的反馈信号，

比较电路，所述比较电路将所述反馈信号与至少一个预定值相比较，所述预定值对应于所述电弧(110)和所述炬头(120)中的至少一个在所述焊接槽中的位置；以及

电弧操控系统，所述电弧操控系统输出基于所述比较的操控信号，

其中所述操控信号被使用来控制所述电弧(110)和所述炬头(120)中的至少一个在所述焊接槽中的所述位置。

2.如权利要求1所述的系统(100)，进一步包括机械操控装置(180)，所述机械操控装置(180)可操作地连接到所述焊炬(120)，并且基于所述操控信号在所述焊接槽中定位所述焊炬(120)，

其中所述至少一个预定值包括第一预定值和第二预定值，所述第一预定值和所述第二预定值对应于靠近所述焊接槽的侧壁的所述电弧(110)或所述炬头(130)的期望位置，

其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第一预定值之下时，所述机械操控装置(180)定位所述炬头(120)进一步远离所述侧壁，并且

其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第二预定值之上时，所述机械操控装置(180)移动所述炬头(120)更接近于所述侧壁。

3.如权利要求1或2所述的系统(100)，进一步包括电弧振荡系统(130)，所述电弧振荡系统(130)在横贯于所述炬头(120)的行进方向的方向摆动所述电弧(110)，所述电弧振荡系统(130)基于所述操控信号控制所述电弧(110)在所述焊接槽中的摆动宽度，

其中所述至少一个预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述摆动靠近所述焊接槽的侧壁定位所述电弧(110)时，所述第一预定值和所述第二预定值对应于所述电弧(110)的期望位置，

其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第一预定值之下时，所述电弧振荡系统(130)减少所述电弧的所述摆动宽度，以至于所述电弧(110)进一步远离所述侧壁，并且其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第二预定值之上时，所述电弧振荡系统(130)增加所述电弧(110)的所述摆动宽度，以至于所述电弧(110)更接近于所述侧壁。

4.如权利要求1至3的任一项所述的系统(100)，进一步包括：

丝送进器(150)，所述丝送进器(150)送进消耗品到所述电弧(110)以用于进入所述焊接槽的熔敷；以及

驱动单元，所述驱动单元可操作地附接到所述炬头(120)或所述至少一个工件(115，115A，115B)，并且被配置来在沿所述焊接槽的行进方向相对于所述至少一个工件(115，115A，115B)移动所述炬头(120)，

其中所述消耗品的送进速率以及所述炬头(120)相对于所述至少一个工件(115，115A，115B)的行进速率中的至少一个是基于在所述摆动宽度上的所述增加或所述减少来调整的。

5.如权利要求1至4的任一项所述的系统(100)，其中所述电弧振荡系统(120)包括磁电弧振荡器，所述磁电弧振荡器产生磁场来控制所述电弧(110)的所述摆动宽度，和/或

其中所述电弧振荡系统(120)包括控制所述电弧(110)的所述摆动宽度的接地切换电路(195)。

6.如权利要求1至5的任一项所述的系统(100)，其中所述反馈信号基于所述电弧(110)的所述电压，并且，所述第一预定值为9伏特并且所述第二预定值为11伏特。

7.如权利要求1至6的任一项所述的系统(100)，进一步包括：

磁电弧振荡器(130)，所述磁电弧振荡器(130)产生在横贯于所述炬头(120)的行进方向的方向摆动所述电弧(110)的磁场；以及

机械操控装置(180)，所述机械操控装置(180)可操作地连接到所述焊炬(120)，

其中所述电弧(110)的摆动宽度和在所述焊接槽中所述焊炬(120)的所述位置中的至少一个基于所述操控信号被控制。

8.如权利要求1至7的任一项所述的系统(100)，其中所述至少一个预定值包括，

第一预定值，所述第一预定值对应于所述电弧(110)的期望的第一位置，所述期望的第一位置靠近所述焊接槽的第一侧壁，

第二预定值，所述第二预定值对应于所述电弧(110)的期望的第二位置，所述期望的第二位置靠近所述焊接槽的第二侧壁，以及

第三预定值，所述第三预定值对应于所述电弧(110)的期望的第三位置，所述期望的第三位置在所述第一位置和所述第二位置之间，并且

其中所述电弧操控系统(180)基于对所述反馈信号与所述第一预定值、所述第二预定值以及所述第三预定值中的至少一个的比较，来确定是否控制所述电弧(110)的所述摆动宽度、所述炬头(120)的所述位置或者所述摆动宽度和所述炬头(120)位置二者。

9.一种执行带有电弧操控的电弧焊接的方法，所述方法包括：

用炬头在焊接槽中创建电弧，所述焊接槽形成于至少一个工件中；

监测所述电弧的电压、所述电弧的电流、所述炬头的功率输出以及导电嘴至焊件距离中的至少一个；

输出对应于所述监测的反馈信号；

将所述反馈信号与至少一个预定值相比较，所述至少一个预定值对应于所述电弧和所述炬头中的至少一个在所述焊接槽中的位置；

输出基于所述比较的操控信号；以及

基于所述操控信号控制所述电弧和所述炬头中的至少一个在所述焊接槽中的所述位置。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

基于所述操控信号在所述焊接槽中定位所述焊炬，

其中所述至少一个预定值包括第一预定值并且包括第二预定值，所述第一预定值和所述第二预定值对应于靠近所述焊接槽的侧壁的所述电弧或所述炬头的期望位置，其中所述定位所述焊炬的操作包括当所述比较确定所述反馈信号在所述第一预定值之下时，移动所述炬头进一步远离所述侧壁，并且

其中所述定位所述焊炬的操作包括当所述比较确定所述反馈信号在所述第二预定值之上时，移动所述炬头更接近于所述侧壁。

11.如权利要求9或10所述的方法，进一步包括：

在横贯于所述炬头的行进方向的方向摆动所述电弧；以及

基于所述操控信号控制在所述焊接槽中的所述电弧的摆动宽度，

其中当所述摆动靠近所述焊接槽的侧壁定位所述电弧时，所述至少一个预定值包括对应于所述电弧的期望位置的第一预定值和第二预定值，

其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第一预定值之下时，所述控制所述摆动宽度的操作包括减少所述电弧的所述摆动宽度，以至于所述电弧进一步远离所述侧壁，并且

其中当所述比较确定所述反馈信号在所述第二预定值之上时，所述控制所述摆动宽度的操作包括增加所述电弧的所述摆动宽度，以至于所述电弧更接近于所述侧壁。

12.如权利要求9至11的任一项所述的方法，进一步包括：

送进消耗品到所述电弧以用于进入所述焊接槽的熔敷；以及

在沿所述焊接槽的行进方向移动所述炬头或所述至少一个工件，

其中所述消耗品的送进速率和所述炬头相对于所述至少一个工件的行进速率中的至少一个是基于在所述摆动宽度上的所述增加或所述减少来调整的。

13.如权利要求9至12的任一项所述的方法，其中所述控制所述摆动宽度的操作包括使用磁场，和/或

其中所述控制所述摆动宽度的操作包括切换在所述至少一个工件上的接地装置。

14.如权利要求9至13的任一项所述的方法，其中所述基于所述操控信号的控制所述电弧的所述位置的操作包括，产生磁场以及对所述电弧的摆动宽度的控制，所述磁场在横贯于所述炬头的行进方向的方向摆动所述电弧，并且

其中所述基于所述操控信号的控制所述炬头的所述位置的操作包括在所述焊接槽中机械地定位所述焊炬。

15.如权利要求9至14的任一项所述的方法，其中所述至少一个预定值包括，

第一预定值，所述第一预定值对应于所述电弧的期望的第一位置，所述期望的第一位置靠近所述焊接槽的第一侧壁，

第二预定值，所述第二预定值对应于所述电弧的期望的第二位置，所述期望的第二位置靠近所述焊接槽的第二侧壁，以及

第三预定值，所述第三预定值对应于所述电弧的期望的第三位置，所述期望的第三位置在所述第一位置和所述第二位置之间，并且

其中控制所述电弧和所述炬头中的至少一个的所述位置的操作包括基于对所述反馈信号与所述第一预定值、所述第二预定值以及所述第三预定值的比较，来确定是否控制所述电弧的所述摆动宽度、所述炬头的所述位置或者所述摆动宽度和所述炬头位置二者。