CN105209206B - 使用高频脉冲和负极性的电弧焊机 - Google Patents

使用高频脉冲和负极性的电弧焊机 Download PDF

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Abstract

一种包括具有控制器的高速开关电源供应器(10)的电弧焊机，所述控制器用于使用负极性分量创建通过在工件(W)和朝所述工件(W)推进的焊丝(E)之间的空隙(g)的高频电流脉冲(110)，其中所述脉冲和本底电流限定一系列焊接循环。波形发生器限定所述脉冲(110)和本底电流的形状以及在每个焊接循环中以重复模式改变所述脉冲和/或本底电流的形状的电路，所述形状包括在每个所述循环中受控制的斜坡上升和/或斜坡下降，所说循环包括在所述脉冲中的一个中的负电流。在循环中的形状改变可以是在第一形状和第二形状之间，或者是通过有节奏的AC调制。

Description

使用高频脉冲和负极性的电弧焊机
本发明涉及使用气体保护金属极电弧焊(GMAW)工艺的电弧焊技术，更特别地，涉及创建高频电流脉冲串来形成一系列构成焊接加工的焊接循环的GMAW电弧焊机。更特别地，本发明涉及一种电弧焊机以及电弧焊接方法。
通过引用的并入
下面的专利包括涉及当前申请主题的背景信息，并且还通过引用被整体并入本文：美国专利No.4,994,646，美国专利No.5,643,479，美国专利No.5,667,709，美国专利No.6,515,259，美国专利No.6,683,278，美国专利No.7,166,818以及日本专利No.58-176074。
发明背景
当外观重要时，脉冲AC或可变极性的气体保护钨极电弧焊(GTAW)可以被用来焊接铝。在该过程中，电流的调制起作用来交替地膨胀和冷却熔池，因此在焊道中创建一系列有时被称为“堆叠币状体(stacked dimes)”外观的褶皱(ridges)。为了加速过程超过GTAW过程的速率，GMAW已经常常被使用，但获得“堆叠币状体”焊缝外观有困难。为经由GMAW焊接替代GTAW焊接来获得类似的“堆叠币状体”焊缝外观，操作者可以在接头中向前/向后拖曳焊炬。尽管拖曳可以导致期望的堆叠币状体外观，这种拖曳要求操作者迅速地操控焊炬，导致不如直线前进一样快并且产生不一致的结果的工艺。用GMAW获得“堆叠币状体”外观的另一种办法是脉冲波形的参数的调制，以获得焊接循环的高能量和低能量部分。高能量部分向焊接熔池/池递送高热量，而低能量部分向焊接熔池递送相对低的热量。焊接循环的高能量部分可以使焊接熔池的尺寸膨胀，而焊接循环的低能量部分可以允许熔池冷却和收缩，创建与“堆叠币状体”外观相关联的褶皱。虽然该方法有效，为了获得期望的焊道外观，要求脉冲参数中的显著差异，常常导致高能量段中的飞溅和低能量段中的熄灭。还有一个办法是协同地调制丝送进速率以调制热量并且获得期望的“堆叠币状体”外观。丝送进速率(与相关联的脉冲参数一起)的调制可以是有效的并且可以获得期望的焊道形状，但要求行进速度减速，因为导致的沉积速度被低能量部分显著地减低。因此，需要这样的工艺，所述工艺提供有吸引力的“堆叠币状体”焊道形状外观并且以类似于稳定状态的GMAW过程的速度被实现。
发明内容
本发明提供包括高速开关电源供应器和波形发生器的电弧焊机，所述高速开关电源供应器具有控制器，用于创建通过在工件和朝工件推进的焊丝之间的空隙的高频电流脉冲，所述波形发生器限定所述高频电流脉冲的形状以及所述高频电路脉冲的极性，并且其中所述高频电流脉冲中的至少一个包括负极性电流。本发明进一步提供电弧焊接方法。进一步的实施方案是可从随后的说明书、附图中导出的。
本发明的说明不以任何方式或权利要求书或发明的范围来限制权利要求书中使用的词语。权利要求书中使用的词语具有其全部的普通含义。
附图简要说明
在被并入说明书并且构成说明书的一部分的附图中，本发明的实施方案与上面给出的发明的一般描述一起被图示说明，并且下面给出的详细的说明用来例示本发明的实施方案。
图1是用于执行本发明实施方案的示例性组合框图和系统架构；
图1A是本发明实施方案中的示例性马达控制器的电路图；
图2A是本发明实施方案的示例性可变极性开关的电路图；
图2B是图2A中示出的示例性可变极性开关的简化电路图；
图2C是另一个示例性可变极性开关的另一个简化电路图；
图2D是修改图1中示出的系统的示例性子程序的接线图和框图；
图3是图示说明在本发明示例性实施方案中使用的高频脉冲和负极性分量的电流图；
图4是获取图3中的高频脉冲和负极性分量并且用以实施图1中示出的实施方案的逻辑图和流程图；
图5是对图4的流程图的示例性添加的逻辑图和流程图；
图6是如图1中示出的本发明实施方案的示例性修改的流程图和系统架构；
图7、图7A、图7B和图7C是本发明进一步的示例性实施的框图，其中脉冲频率和丝送进速度二者由图7A中示出的查找表协调，以产生图7B和图7C中的图形示出的结果；
图8是用于与图7中图示说明的本发明实施方案一起使用的类似于图4的逻辑图和流程图；
图9是用于实现如图3中示出的本发明示例性实施方案的框图和逻辑网络，所述框图和逻辑网络图示说明图1的调制输入；
图10-16是示出具体通过图9的图和逻辑网络的使用来调制的高频脉冲和负极性分量的示例性电流曲线；以及
图17是图示说明本发明针对两个波形之间转换所预期的焊接系统和方法的示例性实施例的框图。
详细描述
现在参照附图，附图仅为图示说明本发明的示例性实施方案的目的，而不是为限制本发明的示例性实施方案的目的，图1公开具有一般地标准配置的示例性焊机A，焊机A包括诸如逆变器或降压变换器的高速开关电源供应器10，高速开关电源供应器10具有通过可变极性开关16的方式将电流脉冲引导到电极E的输入整流器12和输出变压器14。各种示例性可变极性开关16在下面的图2A-2C中被描述。电极E包括铝丝20，铝丝20来自线轴或卷筒22并且通过马达(M)32的动作由送进器30朝工件W推进。马达32由马达控制器31控制。示例性的马达控制器在图1A中被示出，其中脉冲宽度调制器(PWM)34在反馈转速器(tachometer，TACH)36和运算放大器40的引导下控制马达32并且因此送进器30的速率，所述运算放大器40用于将来自转速器36的输入42与以在线44上的水平的形式的命令丝送进速率(WFS)信号相比较。其他马达控制器31也可以被使用。回头参照图1，由于铝电极或焊丝E朝工件W推进，通过与本底电流相结合的一系列电流脉冲，电弧跨空隙g被创建。
现在参照示例性的电源供应器，逆变器阶段包括开关型逆变器10，开关型逆变器10被提供有来自三相电压源L1-L3的电源，三相电压源L1-L3根据当地线频率具有50Hz或60Hz的频率。AC输入电压被整流器12整流以提供被引导到逆变器10的输入的DC链接11。输出，或逆变器10的负载是具有初级绕组15a和次级绕组15b的变压器14，所述初级绕组15a和次级绕组15b具有接地的中心抽头17。次级绕组15b被引导到可变极性开关16，以创建连接到电极E和工件W的输出线24、26。
可变极性开关16可以是能够在输出线24、26处创建交替的极性信号的任何开关装置。例如，图2A示出具有正整流器电路28的示例性可变极性开关16，正整流器电路28具有创建正输出端子38和负输出端子46的二极管D1、D2、D3和D4，正输出端子38和负输出端子46连接到输出开关网络48。输出开关网络48包括两个晶体管型开关SW1和SW2，所述开关通常以绝缘栅双极晶体管(IGBTs)的形式，所述开关可以根据基极线55、56上的逻辑而被开启或关闭。为了耗散当开关SW1、SW2被关闭时的高电压，缓冲器(snubber，SN)网络57、58跨开关SW1、SW2被连接。网络48可以被用于基本上超过200安培的脉动的高焊接电流。单输出感应器被分为正脉冲区(section)74和负脉冲区76。以这种方式，AC电流在连接到电极E和工件W的输出线24、26中被创建。通过接连地交替基极控制线55、56上的逻辑，交替的电流被施加于包括电极E和工件W的焊接电路。图示说明变压器14、整流器电路28、开关网络48以及感应器72的简化电路在图2B中被示出。
在另一个实施方案中，可变极性开关16可以包括如图2C中示出的简化电路，图示说明变压器14a、整流器28a以及开关网络48a的开关SW1、SW2、SW3和SW4。在这个实施方案中，当SW1和SW4被开启时，电弧是正极性的，并且当SW2和SW3被开启时，电弧是负极性的。
如图1中示出的，通过使用可变极性开关16，受控制的高频交替电流在电极E处被创建。高频由逻辑在基极控制线55、56上交替的频率确定。这些线上的逻辑可以由在例如波形发生器或波成形器中的微处理器处理的软件程序或子程序来生成。示例性程序的框图在图2D中被示出，并且可以与各种可变极性开关和开关网络(包括上面提到的那些)合并。
参照图2D，示例性脉冲发生器91、触发器93以及开关网络94被示出。触发器93是在基极控制线55、56中以期望的高频产生交替逻辑的软件程序。触发器93控制开关网络94(例如，图2A和图2B的开关网络或图2C的开关网络)以高频交替开关，以产生开关网络94的高频输出。线55、56中的逻辑是触发器93的非同时发生的端子95、96的输出。这些端子上的逻辑是根据在置位端子97或复位端子98之一处的逻辑来交替的。为改变线55、56上的逻辑，端子97、98上的逻辑以由脉冲发生器91确定的频率反转。这是用于交替线55、56上的逻辑的高频，这一高频是在电极E处的焊接电流的频率。脉冲发生器91的输出是线99a上的逻辑，线99a连接到置位端子97并且通过逆变器99b连接到复位端子98。在脉冲发生器91的输出处的正脉冲置位触发器93以在线55中创建逻辑1。在脉冲发生器91的输出处的逻辑0具有反转的作用并且在端子98处创建逻辑1，并且因此在逆变的输出端子96处创建逻辑1以在线56中产生逻辑1。线55或线56中的逻辑1开启开关网络94(例如，图2A和图2B的开关网络48或图2C的开关网络48a)的相关联的开关。当逻辑1转换到相对的输出线时，所述开关立刻关闭。
回头参照图1，电弧电流被传感器52读取以在表征电弧电流Ia的线52a中创建电压。以相似的方法，电弧电压被传感器54感测以在表征电弧电压Va的线54a上创建电压。依照标准惯例，作为控制器60呈现的数字处理装置被连接到电源供应器10，以依照反馈电流和/或电压来创建脉冲。控制器60被图示说明为包括由振荡器(oscillator，OSC)64驱动的脉冲宽度调制器62，振荡器64具有超过100kHz的频率。脉冲宽度调制器在振荡器的每个输出期间产生电流脉冲。脉冲宽度确定电流脉冲的幅度。焊接循环期间的电流水平包括许多来自脉冲宽度调制器62的脉冲，所以电流跟随线66上的电压(被图示说明为误差放大器68的输出)，误差放大器68也接收线70上的命令信号。如到目前为止所描述的，焊机A是具有控制电流脉冲的波形的控制器60和控制开关和极性的可变极性开关16的焊机，二者有助于限定在空隙g处的焊接循环，被称为焊接电弧。线70上的电压确定焊接过程的电流脉冲的轮廓(profile)、形状(shape)或等高线(contour)。如被由林肯电气公司(The LincolnElectric Company)出售的Power Wave焊机所普及的，线70上的电压由波成形器或发生器80控制。没有来自调制器100的调制，波形发生器80的输出92决定线70上的电压。
依照本发明，波成形器80控制线92上的信号在高能量部分和低能量部分之间以低频交替。以这种方式，施加于工件W的焊接熔池的热量可以被控制和调制，来以更快的速度获得“堆叠币状体”外观，并且没有诸如例如前面所提到的飞溅和熄灭的不期望的特征。特别地，控制工件W中的热量(例如，通过不让工件变得太热)允许焊接没有飞溅地更快进行。高能量部分由线82上来自形状选择器或软件82a的信号决定。以相似的方法，线84上的信号在形状选择器或软件84a的控制之下控制焊接过程的低能量部分。在本发明的一个方面，这些形状选择器决定用于焊接过程中的高频脉冲的形状。焊接过程中的焊接循环包括以低频在选择器82a和选择器84a之间的交替。图4中示出(并且在下面更详细地描述)的控制逻辑90重复地依次启动软件或选择器82a和84a。在一些实施方案中，波形发生器或波成形器80可以包括选择器82a、84a和控制逻辑90以及创建期望波形的任何其他逻辑。以这种方法，高频脉冲遍及波循环的高能量和低能量部分出现，其中脉冲的高能量和低能量组以低频交替。
图3中示出的波形电流图是通过使波成形器80控制焊接循环的高能量和低能量部分而获得的实施方案。波形的高能量和低能量部分通过以低频交替地激活选择器82a、84a而获得，以结合可变极性开关16控制线55、56(上面讨论的)输出信号来创建图3的波形。波形高能量和低能量部分之内的高频脉冲的特定形状由图4中示出的控制逻辑90限定。如下面详细讨论的，高能量部分由84a限定，并且低能量部分由82a限定。
此外，如下面将详细解释的，本发明的可替换实施方案利用调制器100，用于产生具有各种各样大小交替的形状的几个重复调制曲线中的一个，以创建波形的高能量和低能量部分。例如，来自选择器框(block)102的正弦波、通过选择器框104的交替电流或方波、或来自选择器框106的锯齿曲线。选择器框通过来自调制器100的曲线引起调制。这种曲线在线108上输出。如下面将解释的，关于图9，来自线108的调制信号通过由框102、104、106之一表征的曲线乘以线92上的信号特而取得。这种过程产生低频调制的焊接循环。经由调制器100，线92上的信号调制可以与本文描述的任何实施方案结合。
由图3中的电流图图示说明的实施方案不利用曲线调制器100。在这一实施方案中，波成形器82具有用于控制线70上的电流命令信号的输出92和用于控制可变极性开关16的输出55、56。依照这一实施方案，脉冲波PW由波成形器80形成为在某一数目的脉冲COUNT1后终止的低能量部分LP，以及在某一数目的脉冲COUNT2后终止的高能量部分HP。高能量部分HP中的脉冲由图1的形状选择器或软件82a控制并且低能量部分LP中的脉冲由图1中的形状选择器或软件84a控制。
在图3中，低能量部分LP被示出具有高频脉冲的负极性部分。在正负之间改变脉冲部分的极性允许对热量耗散和焊接熔池调制的更大控制。阴极和阳极的行为和加热特性不相同。在焊接期间，在阴极处生成的热量和在阳极处生成的热量是显著地不同的。当脉冲波PW的极性被反转(例如，从正切换到负或从负切换到正，如图3中示出的)时，阳极和阴极被互换，这引起这些区域的加热特性反转。
图3A是示例性焊接的图，所述图突出在脉冲波PW的正极性部分期间和负极性部分期间的弧之间的一些差异。一般而言，虽然焊接总是向工件W添加热量，焊机循环的负极性部分比正极性部分向工件W的熔池添加更少的热量。在正极性部分期间，弧111跨熔池112分布，加热宽的区域。在正电极侧，弧111被集中在熔滴(droplet)113的底部。电流流动通过熔滴并且其相关联的磁性箍缩力作用在液体熔滴113上，因此最终将熔滴从丝拉到工件W。然而，负极部分期间，弧115被集中在熔池116的中心，允许边缘冷却下来并且开始凝固。在负电极侧上，弧115覆盖多得多的电极端部，加热大的熔滴117。以这种方式，很多电流不流动通过熔滴117，并且其相关联的箍缩力不被施加于液体熔滴117，因此熔滴117悬挂在丝的端部变得更大。这种大的液体熔滴117借助下一个正极性脉冲峰值被转移到工件W。由于热量在电极E中被累积，负极性增加电极E的熔化率，这允许焊接熔池冷却下来。因此，当电流具有正极性时，然后热量的大部分被耗散或吸收进入工件W的焊接熔池。当电流具有负极性时，更多的热量被耗散或吸收进入电极E，而少得多的热量被耗散进入焊接熔池。脉冲波PW的相对小的负极性部分可以显著增加工件W在脉冲波PW的高能量(高热量)部分HP和低能量(低热量)部分LP之间的加热差异。这种加热上的差异获得在工件W上的焊道的堆叠币状体外观。例如，向脉冲波PW的低能量部分LP添加负极性的部分导致在低能量部分LP和高能量部分HP期间耗散进入工件W的焊接熔池的热量之间的更大差异，这允许焊接熔池在低能量部分期间冷却更多，以比没有能量(和热量)上的更大差异可获得的速度更快的速度获得堆叠焊道外观。
在一些实施方案中，通过变化低能量部分LP和高能量部分HP之间的脉冲波PW的某些参数，而其他参数保持相同，可以来创建焊接循环的低能量部分LP和高能量部分HP。回头参照图3，在一个实施方案中，脉冲波PW在低能量部分LP和高能量部分HP之间交替以限定焊接循环。这些循环在焊接过程中被重复。在这一实施方案中，在低能量部分LP和高能量部分HP期间，峰值电流110b、峰值时间110g、本底电流110e和周期110f保持相同。高能量和低能量脉冲通过峰值周期的斜坡上升和斜坡下降部分的形状(例如，倾斜度)以及并入负极性分量来区别于彼此。图3中示出的实施方案的脉冲110通过波成形器80以在50-400Hz范围内的频率被创建。例如，这种频率可以被选择以试图优化脉冲率与熔融铝的熔滴率。脉冲率有助于焊接的热量和焊接熔池中的热量。这两方面应当被协调。每个脉冲具有倾斜度受控制的斜坡上升部分110、峰值电流(IPEAK)110b(其对于全部示出的脉冲都是相同的)、峰值时间部分110c(是电流水平处在峰值的时间)、斜坡下降部分110d以及本底电流(IBACK)部分110e(当不被脉冲或负电流分量中断时，本底电流是恒定的)。斜坡上升时间110a包括在峰值时间中。虽然峰值电流110b、峰值时间110g以及周期110f保持相同，脉冲处在峰值电流(IPEAK)110b的时间量由斜坡上升部分110a的倾斜度决定。
虽然脉冲一般由正极性分量构成，一些脉冲可以包括负极性部分或分量。具有负分量的脉冲包括用于负分量时间110h的负电流(INEG)。虽然未在图3中示出，负极性分量的形状还可以包括各种与斜坡下降到负电流的和自负电流斜坡上升相关联的倾斜度。此外，负极性部分可以被引进到脉冲波PW中的任何位置，包括在高能量部分HP期间。负电流分量可以被视为负热量的槽(troughs)，如上面详细讨论的，在负热量期间更多热量被耗散进入电极E。因此，除可变斜坡上升部分110a和可变斜坡下降部分110d之外，负分量的选择性存在确定电极E和工件W中耗散的热量，其中所述负分量具有用于负部分时间110h的负电流(INEG)。换句话说，结果的焊接循环或脉冲波PW包括具有不同区域的脉冲110，并且因此在工件W中生成不同的热量。负分量(以及其相关联的区域)可以被视为对工件W中耗散热量的负贡献者。
因此，为了改变脉冲耗散进入工件W的热量(特别是在低能量部分LP期间)，负电流部分可以被引进用于负部分时间110h。如上面提到的，这是因为在负极性期间，热量在电极E处被耗散，而不是在工件W处。与不具有负电流部分的脉冲相比较，具有用于时间110h的负电流部分的脉冲耗散更少的能量和热量进入工件W。负电流部分的选择性使用(例如在低能量部分LP的每个脉冲中)允许在脉冲波PW的低能量部分LP和高能量部分HP之间更大的能量差异。
负电流部分合并进入脉冲轮廓还可以与其他脉冲轮廓成形技术结合。例如，在低能量部分LP期间，斜坡上升110a是缓慢的而斜坡下降110d是快速的。当本底电流110e和/或负电流部分正在焊接空隙g处跨电弧流动时，这给出短的时间110c和长的时间。高能量部分HP中的脉冲110在面积上典型地更大。在高能量部分HP期间，时间110f和110g是恒定的，但斜坡上升110a是快速的并且斜坡下降110d是缓慢的。以这种方式，电流的极性、前缘或斜坡上升110a和后缘或斜坡下降110d的倾斜度由形状选择器或软件82a、84a调节，以创建一系列低能量脉冲和一系列高能量脉冲，所述一系列低能量脉冲和一系列高能量脉冲具有在每个焊接循环中以低频重复的模式。通过焊接过程耗散进入工件W的热量比率由两部分电流脉冲的参数上的差异和构成COUNT1和CUNT2的数来确定。当这些计数数(count number)被达到时，脉冲波PW在焊接循环的两个能量部分之间转换。
如上面提到的，焊接操作包括具有低能量部分LP和高能量部分HP的焊接循环。相比于脉冲110的相对高频，这两部分交替的频率低。在实践中，脉冲的频率在50-400Hz的范围内，而脉冲波PW的高能量和低能量部分之间的交替频率在1/4Hz至40Hz的范围内。这一概念的主要方面是，高频本质上大于低频。例如，如果高频在300Hz的范围内，低频可以在20Hz-30Hz或任何类似比例的范围内。为设置期望的低频，在部分LP、HP中的脉冲110被计数。脉冲110的波形被转换到其他部分，等待这个下一部分的计数。每个部分的计数数不需要相同；然而，在一些实施方案中，他们可以相当接近。
如图4中示出的，为从波形的一个部分转换到其他部分，控制逻辑90被提供。如下面详细讨论的，波成形器80和其相关联的选择器82a、84a以及控制逻辑90包括限定两个平行的脉冲子程序(sub routines)——高能量部分波形和低能量部分波形的波形逻辑。例如，每个子程序包含限定斜坡上升和峰值(高电流)的状态、限定斜坡下降的状态、限定任何负分量的状态以及在每个脉冲结尾处复位所述循环的状态。子程序二者可以利用数据表来限定其处在特定丝送进速率的操作。在每次复位(每个高速率脉冲循环中的最后状态)期间，逻辑确定计数器是否已经到达限制并且切换到其他子程序。如果计数器没有达到限制，那么计数器计数并且下一个脉冲运行。逻辑可以以软件程序(诸如，例如林肯电气的焊接开发(Weld Development)逻辑程序)来呈现，这种逻辑程序是具体用于焊接的基于状态的逻辑树。与其他基于状态的程序相似，逻辑可以处于运行一功能的状态，比如说输出300安培的电流，直到条件核对变为真(例如，峰值计时器>＝2毫秒)，并且然后逻辑分支到下一个状态(在条件核对中限定)。这些状态改变可以非常快地出现，将相对复杂的逻辑串在一起而不必将程序硬件化或改变PC主板。
在图4中，逻辑(120、168、124、126、128、129、130、132)的左侧由82a限定。逻辑(162、142、152、154、156、157、158、160)的右侧由84a限定。计数器在框82a、84a之间来回翻转(如图1中示出的)。用于COUNT C1的计数器120具有用于启动图3中示出的低能量部分LP的低热量脉冲轮廓的非(NO)线122，非线122一般由成形选择器或软件84a的操作来控制。如步骤124示出的，低能量脉冲具有斜坡上升电流，所述斜坡上升电流具有在时间tR1处终止的斜坡。如在步骤126示出的，然后峰值电流部分P1被执行直到时间tP1。此后，如由步骤128示出的，存在以速率1的指数式衰减直到时间tS1。如在步骤129示出的，然后负电流N1被执行直到时间tN1。本底电流B1被维持在如框或步骤130表明的水平。用于本底电流的时间是tB1。如图3中示出的，这是负电流和结尾和下一个斜坡上升的起始之间的时间。这一时间由斜坡下降部分110d的倾斜度和负时间tN1控制。按照定义，tB1＝tPERIOD-tR1-tP1-tS1-tN1，即，在其他定时的参数后剩余的时间。如上面提到的，遍及图3中示出的焊接过程实施方案，本底电流被维持恒定。在低能量脉冲110形成的结尾，框或步骤132如由线134中的信号表明的使C1计数器增量(increments)。虽然框124、126、128、129、130和132以特定的排序被示出，以表征图3中示出的脉冲轮廓，由这些框表征的特征不被限制于这种顺序或配置。这些特征的许多其他组合可以被用来形成各种脉冲和焊接循环轮廓。例如，框129和130可以被颠倒，以致由软件84a创建的低能量脉冲110在负电流N1之前采用本底电流B1。
当计数器120已经增量来置位数N1时，那么逻辑信号在线140中被接收以复位C2计数器并且开启图3中示出的高能量部分HP的高能量脉冲的处理，这一处理一般由成形选择器或软件82a的操作来控制。这被线150描绘来依次激活框或步骤152、154和156，以产生部分HP中高能量脉冲的斜坡上升、峰值电流和斜坡下降。此后，本底电流如步骤15表明的被维持。在高能量脉冲期间用于负电流N2的可选框157在图4中以虚线廓线描绘。虽然不包括在图3中示出的脉冲波PW中，高能量脉冲中的负电流的包含被包括在下面描述的可替代实施方案中。到期时间被用在实践中，以确定在构成脉冲110的波形的各种部分之间的转换。等同于本底B1的本底B2，在下一个循环的起始处到期并且具有时间tB2。框或步骤160通过线160a中的逻辑增量C2计数器。如果高能量部分HP的计数数还没有达到数N2，线164再创建下一个高能量脉冲。如果由于到达到数N2计数器162已经不再计数，线166中的逻辑信号激活复位步骤168，复位步骤168具有启动脉冲波的下一个低能量部分LP的第一个脉冲的输出170。虽然框152、154、156、157、158和160以特定的排序被示出来表征图3中的脉冲轮廓，由这些框表征的特征不被限制于这种顺序或配置。这些特征的许多其他组合可以被用来形成各种脉冲和焊接循环轮廓。例如，框157和框158可以被颠倒，以致由软件82a创建的高能量脉冲110在可选的负电流N2之前采用本底电流B2。
通过使用图4中的逻辑，脉冲110首先是低能量脉冲(构成低能量部分LP)，并且然后是高能量脉冲(构成高能量部分HP)，以完成焊接循环。如上面提到的，交替能量水平的频率相比较于单独脉冲110的高频是低的。这种高频脉冲波上的低频操作叠加导致上面陈述的优势。如下面详细讨论的，脉冲波PW的调制(参见图1中的调制器100)还可以被用来获得在焊接循环的高能量和低能量部分之间的能量上的类似差异。
现在参照图5，附加控制逻辑190被图示说明，其中在焊接起始处的焊接过程的热量(耗散进入工件W)高并且在焊接期间渐进地减少。例如，当开始铝或铝合金的焊接时，这可以是有益的。热量逐渐下降防止在焊接结尾处的焊穿。各种各样的控制逻辑可以为这种目的而被使用，然而，在实践中，起始焊接顺序由框或步骤192表明。通过对图4的额外参照，这一步骤在焊接的起始将计数器120复位为高的数并且将计数器162复位到低的数。结果，在焊接过程的结尾，最后一些循环具有相对低的总热量输入以防止焊穿，特别是当焊接铝时。来自步骤192的线192a激活增量计数框或步骤194。一旦由线140上的逻辑表明的能量部分中的一个终止，框或步骤194引起计数数量N1如由框或步骤196表明地递减。同时，计数数量N2如由框198表明地增量。另一个实施方案包括框198而不具有框196。又一个实施方案包括框196不具有框198。再又一个实施方案包括单独在焊接的第一半部分的框196，接着具有单独在焊接第二半部分的框198。这是针对由框200表明的设置的顺序而做出的。顺序可以是焊接的结尾或焊接过程期间的具体时间或循环计数。在实践中，顺序被设置到焊接过程的结尾。如果顺序没有结束，步骤202引起线202a中的信号继续增加焊接循环的热量。当顺序完成时，线204中的步骤200信号创建结束子程序的信号。图5仅表征用于随着过程进行将热量从在焊接过程起始处的高数值降低到较低的数值的子程序。这防止在焊接循环结尾处有害的熔穿。如同图1，图4和图5以图的形式示出本发明，以公开用来执行本发明的数字处理软件。
本发明的进一步修改在图6中被图示说明，其中“协同(synergistic)”控制动作由波成形器210执行。由这一实施方案创建的脉冲可以与图3中示出的那些相同，但还可以生成其他波形或循环。如上面提到的，循环的脉冲在高能量和低能量部分HP、LP之间交替。前面描述的取得这种波形的电路被图示表征为框212，其中212包括查找表，并且高/低调制在高WFS参数设置和低WFS参数设置之间来回翻转。任一种参数设置可以具有控制创建和耗散到工件W的热量的量的负分量。在一些实施方案中，为了增加高能量部分HP和低能量部分LP之间在热量上的差异，负分量可以仅被包括在低能量部分LP中。在其他实施方案中，低能量部分LP中可以包括比高能量部分HP中更大的负分量。
如图6中示出的，焊机A具有与图1关联描述的组成部分，并且包括丝送进器30，以至于丝E依照线44上的WFS信号水平被送进进入焊接操作。如图1A中示出的，图6包括示例性的马达控制器31，但还可以利用任何其他适合的马达控制器。除上面关于图1描述的控制，波成形器210控制线44上的信号，所以当高能量部分HP正在被处理时波成形器具有高水平，并且当低能量部分LP正在被处理时波成形器具有低水平。部分HP和LP结合以产生重复的低频焊接循环。结果，图6中示出的修改对前面描述的实施方案的增加仅仅是通过在线44上输出电压水平，如图1-4中示出的，所述电压水平跟踪正在被焊机A处理的能量水平。以这种方式，在高和低能量部分HP、LP和电极E的丝送进速率WFS之间存在协同效果。
图6还图示说明可以与本发明一起使用的进一步修改。当弧长被操作者或机器人增加，热量被改变。为了补偿弧长上的改变，焊机A被提供有控制系统S，其中线54a上的电压表征弧长。这种测量必须在脉冲110的部分期间进行，其中电流通常恒定并且不经受调制。这样的部分的实施例是在被维持在期望的水平的峰值电流(IPEAK)或本底电流(IBACK)期间。结果，判别框220仅在峰值电流时间或本底电流时间期间读取线54a上的电压。如线220所表明的，在脉冲110期间的其他时间，线54a上的信号被丢弃。因此，在线224上读取的电压是根据弧长变化而改变的恒定峰值电流电压。电压随弧长增加而增加。这种表征弧长的信号被线224引导到误差放大器230，其中信号被比作为线226上的弧长设置点信号。线232中的放大器230输出是弧长离开设置点的变化。当弧长太低时，热量被增加。因此，协同的波成形器具有读取线232上的数值以改变脉冲波PW(例如图3的脉冲波)的参数的子程序。例如，如果热量太高，波成形器210可以通过减少脉冲波PW的高能量和低能量部分HP、LP之一或二者中的热量来做出反应。例如，波成形器210可以通过改变高能量部分HP脉冲的特征来减小高能量部分HP中的脉冲大小。例如，这些改变可以包括改变图4的框152、154、156、157、158、160中示出的脉冲特征的任何组合，包括添加负极性电流。这减少所述热量。以类似的方式，低能量部分LP特征上的改变可以取代高能量部分HP中的改变或是除了高能量部分HP中的改变以外而做出的改变。
以相似的方式，如果热量通过线224上的较低电压而被确定为太低，高能量部分HP中的脉冲110可以增加大小。如上面提到的，增加或减少低能量部分LP或高能量部分HP之一的热量可以通过使用上面提到的特征(诸如，例如，对斜坡上升和斜坡下降倾斜度的调整、负时间或负电流分量的添加或移除)的任何组合而获得。当然，线232上的电压水平还可以被用来改变脉冲波的高能量部分的计数数，以修改用来补偿和纠正弧长变化的加热。概括地说，系统S测量弧长并且改变焊接过程的热量以补偿弧长的变化。与这些调整相结合，协同波成形器210还在线44上输出信号以使丝送进速率与在焊接过程中生成的热量相关。波成形器还控制线210a上的命令信号。可以对波成形器做出其他协同的修改以在焊机A中容纳各种纠正措施和控制功能。弧长控制系统可以用于协同程序或图1和图3中示出的脉冲的控制。
利用在本发明中采用的概念的其他实施方案在图7、图7A、图7B和图7C中被图示说明。与相对于图3和图4描述的实施方案形成对照，包括峰值电流、峰值时间和本底电流的各种参数可以从一个工作点到另一个工作点变化。如图7中示出的，在这些实施方案中，协同波成形器250被采用来依照线250a表征的输入信号的数值来从查找表252处理工作点。图7A示出示例性工作点及其相关联的示例性参数的子集，这些参数可以不对应于参考的附图中示出的参数值。由线250a上的信号表征的工作点依照查找表252被输出。用于选择的工作点的脉冲特征和丝送进速率被用来通过控制器256控制脉冲的形状，并且通过控制器258控制丝送进速率。例如，如图3中示出的脉冲形状可以由线210a上的信号通过波成形器或控制器256执行。与电源相信号210a协调的是线44上如由控制器258引导的WFS信号。波成形器250产生由查找表252的工作点确定的波形和丝送进速率。用于焊机的正常工作点是来自选择器254的输出，以通过输入线250a与波成形器250以及输入线250b、250c通信。
例如，在一个实施方案中，工作点可以针对预选的一系列的高能量脉冲(所述高能量脉冲具有由图7B中的脉冲260表明的形状)在线210a上生成来自查找表252的输出。同时，线44上来自查找表252的输出产生具有如图7C中示出水平的WFS信号。高频脉冲260和丝送进速率WFS被一起控制。依照这一实施方案，来查找表252的工作点在每个焊接循环期间被渐进地改变，以生成焊接循环的高能量和低能量部分HP、LP。交替这些部分HP、LP产生对焊接过程的低频分量。
在图示说明的实施方案中，调制器270具有交替的输出线270a，输出线270a通过乘法器270b与来自选择器254的设置的工作点或正常工作点相乘。因此，线250a上的电压水平根据调制器270的输出而被调制。这种调制器选择重复的曲线(诸如，例如在选择器框272处的正弦波、在选择器框274处的方波或在选择器框276处的锯齿波)。在图示说明的实施方案中，框274的方波被选择，以至于焊接过程具有以低频从一个工作点向另一个转换的焊接循环，所述低频一般在1/4Hz-40Hz的范围内。回头参照图7B和图7C，焊接循环的低能量部分LP包括脉冲280和低WFS水平282。如图7B中示出的，脉冲280包括示例性负极性分量。通过从一个工作点向下一个选择的工作点转换并且重复这种过程，由脉冲260引起的高热量与由脉冲280引起的低热量以低频交替。同时，波成形器引起线44上电压水平在高水平262和低水平282之间以相同的低频转换。在图示说明的实施方案中，来自曲线或框274的调制具有比高能量部分HP更长的低能量部分LP。此外，脉冲具有不同的频率并且本底电流具有不同的水平。当协调丝送进速率与高能量和低能量部分HP、LP时，等间隔的电流脉冲是不适用或不需要的。这与图3中示出的实施方案形成对照，其中脉冲具有相同的频率和本底电流。形状或调制或其二者上的改变可以被用来在高能量和低能量部分HP、LP之间交替。图7、图7A、图7B和图7C中示出的本发明实施方案被用来图示说明本发明的广泛方面，其中重复的焊接循环与丝送进速率WFS相协调以在正在通过电弧被递送到工件W的热量上创建剧烈的改变。此外，例如如图6中示出的弧长反馈系统S可以与示例性焊接过程一起执行。
在另一个实施方案中，将高能量和低能量控制与丝送进速率控制相结合的协同过程在图8中被示出。高能量部分HP和低能量部分LP之间的转换通过定时操作而被获得，即使使用图4的控制逻辑90的计数也可以被采用。用于协同过程的定时概念包括具有由步骤或框300启动的高工作点的控制逻辑90′。在焊接循环的起始处，这种步骤或框被执行。控制逻辑90′首先针对高的工作点询问(interrogate)协同查找表。如由步骤302、304所表明的，这种高的工作点被选择，以在线210a上创建来自图7中的电源控制器256的形状控制信号。此后，高丝送进速率WFS信号在线44上从丝送进速率控制器258输出。然后步骤306增量设置在期望时间的计时器308。如图6中示出的，这种期望的时间可以根据线232上来自控制系统S的弧长误差信号来调整。如果计时器308没有超时，如由线310所表明的，高能量电流脉冲和高丝送进速率WFS被继续。最后，当计时器308超时时，线312中的信号激活步骤320以从查找表252选择低的工作点。这首先执行由步骤322表明的低能量脉冲，并且然后执行由步骤324表明的用于丝送进器的低丝送进速率WFS。此后，步骤326增量设置的计时器328并且确定计时器是否已经到时。如果没有，如被线330所表明的，低能量和低丝送进速率WFS循环继续。当计时器328超时时，线328a上的信号激活框332的步骤来重复高能量和高丝送进速率WFS。通过使用控制逻辑90′，高送进速率和低送进速率与高能量和低能量以低频协调。这种计时功能可以被用作图4中计数功能的替代。
如图3中陈述的，通过以低频重复的曲线形因子或函数的高频脉冲调制是仅对高能量和低能量状态的替代。这种调制技术在图9中被陈述，其中调制器100由选择的曲线(诸如，例如，如图1中表明的曲线102、104或106，或如图7中示出的曲线272、274或276)驱动。调制图400将调制器100处的选择的低频起伏波形转变为从调制波成形器402输出的期望脉冲配置。在示例性实施方案中，脉冲110的各种特征由网络410、412、414、416、418、420、422和424具体地处理。这些网络的每个包括乘法器430、432和求和节点434。正在由单独的网络410、412、414、416、418、420、422和424处理的脉冲的特定方面被加载进入寄存器436。单独网络具有增益(权重)输入440、442、444、446、448、450、452和454作为乘法器430的一个输入。其他输入分别是线100a-100h。线440、442、444、446、448、450、452和454上的电压水平或数字是引起选择的脉冲特征上的特定改变的权重。网络410具有加载进入寄存器436的峰值电流。这可以是如图3中示出的脉冲110的部分110b。加载进入网络412的峰值时间可以是时间110c。加载进入网络414的寄存器436的本底电流可以是电流水平110e。加载进入网络416的寄存器436的本底时间可以是从斜坡下降110d或负电流时间110h的结尾到斜坡上升110a的起始的时间。斜坡上升时间可以是从脉冲起始到峰值电流的时间。这由网络418处理。网络420处理加载进入这种网络的寄存器436的斜坡下降。网络422具有加载进入寄存器436的负电流。加载进入网络4247的负电流时间可以是时间110h。图9中图示说明的网络本质上是有代表性的。当然，调制概念的其他实施方式可以以不同的脉冲参数和不同的结合而被使用。如图3中示出的，脉冲110可以作为高能量脉冲或作为低能量脉冲而被处理。这是示例性的实施方式。然而，这些脉冲还可以由图9中示出的调制图400调制。
调制图400的示例性实施方式参照图10被示出。在该附图中，等间隔的高频脉冲500与调制的本底电流502相结合。这产生高能量部分504与低能量部分506的交替。这些部分是根据如由调制器506选择的根据正弦波配置起伏的。此外，脉冲波PW包括电流槽，所述电流槽在某些时间是负极性分量508。使用正弦波输入，正弦波出现在全部到每个网络410、412、414、416、418、420和424中的乘法器430的输入的线100a-100h中。为取得图10中示出的波形，全部的线440、442、444、446、448、450、452和454上的输入除线444和线452外都是零，所述全部的线是权重或增益线。这种输入的数值是非零数值。结果，本底电流和负电流分别在输入线100c和100g上跟踪正弦波。脉冲函数的其余部分(remainder)保持固定并且不被改变。峰值电流、峰值时间、本底时间、负时间、斜坡上升时间以及斜坡下降时间对于全部的脉冲是相同的。因此，高能量和低能量部分504、506只通过本底电流和负电流的调制而取得。
现在参照图11，在另一个实施方案中，本底电流保持相同；因此，输入444上的增益信号是零。在这一特定的图中，每个脉冲包括负极性分量并且峰值时间依照线100b上的正弦波函数而被改变。除了输入442，到网络410、412、414、416、418、420、422和424的乘法器430的输入全部为零。这产生如附图11示出的起伏的调制波形。现在转向图12的实施方案，除了输入440、输入444和输入454，到初始乘法器430的输入为零。峰值电流、本底电流和负时间被分别地调制，在这一实施方案中，每个脉冲包括负极性分量。
一般地，为了调整调制，电压的量级或输出线440、442、444、446、448、450、452和/或454上的数字被改变。通过使用图9的调制图400，图3的脉冲波PW可以被调制来形成高能量和低能量部分。调制允许脉冲的其他分量和特征被调制的。例如在图3中，脉冲具有固定的频率。如果网络48的斜坡上升时间是根据线100e上的信号而被调制的，频率将改变。脉冲的时间将变化。为了维持恒定的频率，例如输入线448上的调制可以与线450上的调制相协调。在示例性实施方案中，这些信号中的一个是正的而其他是负的。以这种方式，脉冲周期通过增加斜坡上升时间同时减少斜坡下降时间来保持相同。各种其他用于调制脉冲110的技术可以通过调制图400执行。
示例性的调制方案的细节不意图限制于通过来回转换的低频或通过由选择的曲线的起伏调制的高频脉冲波的概念。调制图400能够以寄存器436的示例性脉冲特征的任何组合生成各种各样的脉冲波。例如，其他示例性脉冲波在图13-16中被示出，图13-16说明可以由各种调制方案生成的各种各样的非穷尽的脉冲波。图10-16中示出的脉冲波包括脉冲500、本底电流502、高能量部分504、低能量部分506以及负极性分量508。
如在图10-16的实施方案中示出的，由于平均电流没有任何调制，平均电流可以在调制期间保持相同。在这些实施方案中，调制只从单一循环的电流中添加和减去，由此维持平均电流。同样，脉冲的高频，当固定的频率(即，脉冲周期不被调制)是用于调制的低频的整数倍时。
本发明概念的进一步实施方案在图17中被图示说明，其中系统600控制线70上用于通过误差放大器68控制焊接过程的输出形状的电流命令信号，如关于图1所解释的。系统600具有两个波形形成数字处理区602、604，一般地相应于与图1的波成形器80使用的形状选择器或软件82a、84a。当波成形器区602的输出602a被引导到命令输出线70时，波形A被处理。以类似的方式，当波成形器区604的输出线604a被连接到命令信号线70时，波形B被用来控制焊接过程。如图4中，波成形器区602中的脉冲由计数器610计数，并且从波成形器区604输出的脉冲由计数器612计数。计数由线614传送，而开关控制装置620具有由输入装置622设置的计数A和B。开关控制装置620依照由装置622设置的计数数A和B转换输出线602a、604a之间的电子开关630。这些计数数可以一般对应于图4的计数N1、N2。在一些实施例中，系统600可以被修改来计数波形A或波形B的全部焊接循环，而不是如由图4中的控制逻辑90进行的个别脉冲。结果，开关控制装置620依照来自装置622的预选计数数(count number)输入来从一个过程向其他过程转换。以这种方式，当线602a是焊接控制线时，例如系统600可以处理高能量过程，并且当控制线是线604a时，系统600可以处理低能量过程。这只是依照预选调制在总的焊接过程中的高能量和低能量之间转换的另一个版本。在这个实施方案中，调制是通过来自波形A和B中的每个的脉冲循环的任一者的计数数。
进一步的实施方案提供电弧焊机A，所述电弧焊机A包括用于通过在工件W和朝工件W推进的焊丝E之间的空隙g创建高频电流脉冲10的装置(means)；用于成形高频电流脉冲的装置80；用于改变高频电流脉冲110的极性的装置；并且其中高频脉冲中的至少一个包括负极性电流。
尽管本申请已经通过其实施方案的描述被图示说明，并且这些实施方案已经被相当详细地描述，申请人并不意图将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制到这样的细节。对本领域技术人员来说，附加的优点和修改形式将是容易想到的。因此，本申请就其更广义的方面来说，不被限制到所示出并描述的具体细节、具有代表性的装置和方法，以及示意性实施例。因此，可以从这样的细节形成变化形式，而不偏离申请人的总体发明概念的精神或范围。
参考编号
0 逻辑 28 正整流器电路
1 逻辑 28a 整流器电路
10 电源供应器 30 送进器
11 DC链接 31 马达控制器
12 输入整流器 32 马达
15a 初级绕组 34 脉冲宽度调制器
15b 次级绕组 36 转速器
14 输出变压器 38 正输出端子
14a 变压器 40 运算放大器
16 极性开关 42 比较输入
17 中心抽头 44 线
20 铝丝 46 负输出端子
22 线轴/卷筒 48 输出开关网络
24 输出线 48a 开关网络
26 输出线 52 传感器
52a 线 110 脉冲
54 传感器 110a 斜坡上升部分
55 基线 110b 峰值电流
56 基线 110c 峰值时间部分
57 缓冲器网络 110d 斜坡下降部分
58 缓冲器网络 110e 本底电流
60 控制器 110f 周期
62 脉冲宽度调制器 110g 峰值时间
64 振荡器 110h 负部分时间
66 线 111 弧
68 误差放大器 112 熔池
70 线 113 熔滴
72 输出感应器 115 弧
74 正脉冲区 116 熔池
76 负脉冲区 117 熔滴
80 波形发生器 120 左侧逻辑/计数器
82 线 122 非线
82a 软件/选择器 124 左侧逻辑/步骤
84 线 126 左侧逻辑/步骤
84a 软件/选择器 128 左侧逻辑
90 控制逻辑 129 左侧逻辑/步骤
90′ 控制逻辑 130 左侧逻辑/步骤
91 脉冲发生器 132 左侧逻辑
92 输出/线 134 线
93 触发器 140 线
94 开关网络 142 右侧逻辑
95 非重合端子 150 线
96 非重合端子 152 右侧逻辑/步骤
97 置位端子 154 右侧逻辑/步骤
98 复位端子 156 右侧逻辑/步骤
99a 线 157 右侧逻辑
99b 逆变器 158 右侧逻辑/步骤
100 调制器 160 右侧逻辑/步骤
100a-100h 线 160a 线
102 选择器框/曲线 162 右侧逻辑/计数器
104 选择器框/曲线 164 线
106 选择器框/曲线 166 线
108 线 168 右侧逻辑/复位步骤
170 输出 304 步骤
190 中心逻辑 306 步骤
192 框/步骤 308 计时器
192a 线 310 线
194 步骤 312 线
196 框/步骤 320 步骤
198 框 322 步骤
200 框 324 步骤
202 步骤 326 步骤
202a 线 328 计时器
204 线 328a 线
210 波成形器 330 线
210a 线 332 框/步骤
212 框 400 调制图
220 判别框/线 402 波成形器
224 线 410 网络
226 线 412 网络
230 误差放大器 414 网络
232 线 416 网络
250 波成形器 418 网络
250a 输入线 420 网络
250b 输出线 422 网络
250c 输出线 424 网络
252 查找表 430 乘法器
254 选择器 432 乘法器
256 控制器 434 求和节点
258 控制器 436 寄存器
260 脉冲 440 权重输入/线
262 水平 442 权重输入/线
270 调制器 444 权重输入/线
270a 交替输出线 446 权重输入/线
272 选择器框/曲线 448 权重输入/线
274 选择器框/曲线 450 权重输入/线
276 选择器框/曲线 452 权重输入/线
280 脉冲 454 权重输入/线
282 低WFS水平 500 高频脉冲
300 框/步骤 502 本底电流
302 步骤 504 高能量部分
506 低能量部分 D3 二极管
508 负极性分量 D4 二极管
600 系统 E 电极
602 处理区 HP 高能量部分
602a 输出 Ia 电弧电流
604 处理区 L1-L3 三相电压源
604a 输出线 LP 低能量部分
610 计数器 N1 负电流
612 计数器 N2 数
614 线 P1 峰值电流部分
620 开关控制装置 PW 脉冲波
622 输入装置 S 控制系统
630 电子开关 SW1 开关
SW2 开关
A 焊机 SW3 开关
B 波形 SW4 开关
B1 电流 tB1 时间
B2 本底 tB2 时间
C2 计数器 tN1 时间
COUNT1 脉冲 tS1 时间
COUNT2 脉冲 Va 电弧电压
D1 二极管 W 工件
D2 二极管

Claims (22)

1.一种电弧焊机(A)，所述电弧焊机(A)包括：
高速开关电源供应器(10)，所述高速开关电源供应器(10)具有控制器，用于创建通过在工件(W)和朝所述工件(W)推进的焊丝(E)之间的空隙(g)的高频电流脉冲，其中所述高频电流脉冲中的每个包括正极性峰值电流，以将熔融金属的熔滴从所述焊丝通过所述空隙转移到所述工件；
波形发生器(80)，所述波形发生器(80)在焊接循环期间限定所述高频电流脉冲(110)的形状以及所述高频电流脉冲(110)的极性，其中所述焊接循环在低能量部分和高能量部分期间包括所述高频电流脉冲；
其中仅在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲(110)中的至少一个包括负极性电流(INEG)，以相比于在所述焊接循环的所述高能量部分期间的所述高频电流脉冲在所述工件中生成较少的热量。
2.如权利要求1所述的电弧焊机，其中所述波形发生器(80)响应于指示在所述工件中所生成的所述热量的信号，并且当在所述工件中所生成的所述热量增加时利用附加的负极性电流来限定在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲。
3.如权利要求2所述的电弧焊机，其中所述高能量部分(HP)和所述低能量部分(LP)以低频交替，其中所述高频电流脉冲的所述高频的频率大于交替的部分(HP，LP)的所述低频的频率。
4.如权利要求3所述的电弧焊机，其中所述交替的部分(HP，LP)的所述低频在1/4Hz至40Hz的范围内。
5.如权利要求1所述的电弧焊机，其中所述高频电流脉冲的所述高频在50-400Hz的范围内。
6.如权利要求1所述的电弧焊机，进一步包括响应于所述波形发生器(80)的可变极性开关(16)，以控制所述高频电流脉冲(110)的极性。
7.如权利要求2所述的电弧焊机，其中指示在所述工件中的所述热量的所述信号与所述工件和所述焊丝之间的弧长相关联，并且其中当所述弧长减少时，所述波形发生器利用附加的负极性电流来限定在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲。
8.如权利要求2所述的电弧焊机，其中所述附加的负极性电流的限定方式包括增加所述负极性电流的安培数以及增加所述负极性电流的持续时间中的至少一个。
9.如权利要求1所述的电弧焊机，进一步包括调制器，所述调制器以重复模式改变所述高频电流脉冲的形状，其中所述重复模式以低频出现。
10.如权利要求9所述的电弧焊机，其中所述重复模式选自由正弦曲线、交替的大致方形的曲线、锯齿曲线以及交替的曲线型曲线组成的组，并且其中所述重复模式限定具有所述高频脉冲的焊接循环，并且其中所述焊接循环包括以低频交替的高能量部分和低能量部分。
11.如权利要求10所述的电弧焊机，进一步包括丝送进器(30)，所述丝送进器(30)送进朝所述工件(W)推进的所述焊丝，其中所述丝送进器(30)响应于所述波形发生器(80)以控制丝送进速率，并且其中所述丝送进速率具有在所述高能量部分期间的第一值以及在所述低能量部分期间的第二值。
12.一种使用电弧焊机(A)的电弧焊接方法，所述电弧焊接方法包括：
创建通过在工件(W)和朝所述工件(W)推进焊丝(E)之间的空隙(g)的高频电流脉冲(110)；
在焊接循环期间限定所述高频电流脉冲的形状以及所述高频电流脉冲的极性，其中所述焊接循环在具有可变极性的低能量部分和具有正极性的高能量部分期间包括所述高频电流脉冲；以及
其中仅在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲(110)中的至少一个包括负极性电流(INeg)，以相比于在所述焊接循环的所述高能量部分期间的所述高频电流脉冲在所述工件中生成较少的热量。
13.如权利要求12所述的方法，其中限定所述高频电流脉冲的形状和极性包括响应于指示在所述工件中所生成的所述热量的信号，以及当在所述工件中所生成的所述热量增加时利用附加的负极性电流来限定在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述高能量部分(HP)和所述低能量部分(LP)以低频交替，其中所述高频电流脉冲的所述高频的频率大于交替的部分的所述低频的频率。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述交替的部分的所述低频在1/4Hz至40Hz的范围内。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述高频电流脉冲的所述高频在50-400Hz的范围内。
17.如权利要求13所述的方法，其中指示在所述工件中的所述热量的所述信号与所述工件和所述焊丝之间的弧长相关联，并且其中当所述弧长减少时，利用附加的负极性电流来限定在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲。
18.如权利要求13所述的方法，其中利用附加的负极性电流来限定在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲包括增加所述负极性电流的安培数以及增加所述负极性电流的持续时间中的至少一个。
19.如权利要求12所述的方法，进一步包括以重复模式调制所述高频电流脉冲的所述形状，其中所述重复模式以低频出现。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述重复模式选自由正弦曲线、交替的大致方形的曲线、锯齿曲线以及交替的曲线形曲线组成的组，并且其中所述重复模式限定具有所述高频脉冲的焊接循环，其中所述焊接循环包括以低频交替的高能量部分和低能量部分。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括送进所述焊丝，所述焊丝以丝送进速率朝所述工件(W)推进，并且其中所述丝送进速率具有在所述高能量部分期间的第一值以及在所述低能量部分期间的第二值。
22.一种电弧焊机，所述电弧焊机包括：
用于创建通过在工件和朝所述工件推进焊丝之间的空隙的高频电流脉冲的装置，其中所述高频电流脉冲中的每个包括正极性峰值电流，以将熔融金属的熔滴从所述焊丝通过所述空隙转移到所述工件；
用于在焊接循环期间成形所述高频电流脉冲的装置，其中所述焊接循环在低能量部分和高能量部分期间包括所述高频电流脉冲；
用于改变所述高频电流脉冲的极性的装置；并且
其中仅在所述焊接循环的所述低能量部分期间的所述高频电流脉冲中的至少一个包括负极性电流，以相比于在所述焊接循环的所述高能量部分期间的所述高频电流脉冲在所述工件中生成较少的热量。
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