CN105682845A - 使用旋转电弧法焊接的设备和方法 - Google Patents

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CN105682845A CN201380078412.0A CN201380078412A CN105682845A CN 105682845 A CN105682845 A CN 105682845A CN 201380078412 A CN201380078412 A CN 201380078412A CN 105682845 A CN105682845 A CN 105682845A
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Abstract

披露了一种电弧焊接设备，该电弧焊接设备对可消耗电极的尖端施加旋转移动以致使熔融金属被离心率抛到正被焊接的金属工件之间的缝隙的侧壁上。该焊接设备可配置成控制电弧相对于该缝隙的速度、方向、和/或布局。该焊接设备可配置成与其他类似装置配对并且紧密靠近地和/或在单一熔池上协助运行，以按照快速、可重复的序列来完成更大和/或复杂的焊接。

Description

使用旋转电弧法焊接的设备和方法
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
不适用。
达成联合研究协议的各方名称
不适用。
引用在光盘上提交的序列表、表格、或计算机程序清单附录
不适用。
背景技术
本发明涉及使用可消耗金属丝电极的连续给送的电弧焊接、并且更具体地涉及以受控且连续可调的方式对电极的起弧端施加横向移动的此类连续电弧焊接。
连续电弧焊接受多个变量的影响，这些变量是例如所选气体及气体共混物的使用；所选助熔剂；金属或金属合金；接缝或缝隙准备；金属丝大小和给送速率；焊枪沿着缝隙的移动速率、以及施加的电流的量。而且，必须确定对于此工作而言最佳的是单一道次还是若干道次。这些以及其他的考虑因素使得连续电弧焊接部仅仅是像我们之前的专利-1979年12月4日标题为“振荡电弧焊接(OscillationArcWelding)”的美国专利号4,177,373以及1983年8月30日标题为“可消耗电弧焊接焊枪(ConsumableArcWeldingTorch)”的美国专利号4,401,878-中所解释的科学，这两个专利特此全文通过援引并入。
在焊接过程中通常遇到设置问题。待连结的金属之间的缝隙宽度、待连结的材料的厚度、以及材料不合格、涂层、灰尘、或油脂造成的电阻的甚至微小变化都会影响焊接操作的进程并且必须进行调整以实现更准确的焊缝。在焊接设备中已开发了多种改进来克服遇到的这些问题，尤其是在自动设备中。尽管如此，仍存在进一步改进的空间，并且下文将讨论若干改进。
附图说明
鉴于以上及在下文更全面地出现的其他目的，本发明包括在下文描述的、在所附权利要求书中限定的以及在附图中的优选实施例中展示的所有部分和要素、以及操作、顺序和步骤的某些组合、构造和安排，在附图中：
图1是被安排成用于结合根据本发明的示例性实施例的这些焊枪改进来手动使用的连续电弧焊接设备的图解立面图。
图2是被安排成用于结合根据本发明的示例性实施例的这些焊枪改进来手动使用的连续电弧焊接设备的替代实施例的图解立面图。
图3是焊枪本体的放大比例的截面立面图。
图4是结合了一个根据本发明的示例性实施例的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的图解立面图。
图5是结合了多个根据本发明的示例性实施例的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的图解立面图。
图5A是结合了根据本发明的示例性实施例的多个改进的焊枪、以及一种旋转偏置能力的机械化连续电弧焊接设备的另一图解立面图。
图6A、6B和6C是用于图5中展示的多焊枪系统的示例性焊接路径和特征的图。
图7和8是根据本发明的示例性实施例的焊枪内的某些操作性部件的立面视图，并且以略微夸大的方式示出了携带有电极金属丝的棒的移动以及调整和替代方案对其的影响。
图9A、9B和10示出了根据本发明的示例性实施例的焊枪内的某些操作性部件的截面立面图。
图11和13示出了根据本发明的示例性实施例的焊枪内的某些操作性部件的立面视图。
图12、12’和14示出了根据本发明通过焊缝连结在一起的多个金属板的截面。
图15展示了根据本发明的示例性实施例的焊枪的替代性实施例的立面视图。
图15A示出了从图15中的指示线A-A截取的横向截面视图。
图16示出了图15中展示的焊枪的替代性实施例的截面立面图。
图16A示出了图16中展示的焊枪本体的底座末端的放大视图。
图16B示出了从图16中的指示线B-B截取的横向截面视图。
图17图解了结合有图4中展示的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的使用方法。
图17A图解了结合有多个图5中展示的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的使用方法。
图18是根据本发明的示例性实施例的连续电弧焊接焊枪的图解立面图。
图18A示出了从图18中的指示线18A-18A截取的横向截面视图。
具体实施方式
本发明将现有技术扩展到超过了本发明人这些之前专利中所披露的内容。改进涉及对焊接过程中变量的控制，尤其是对响应于焊缝连续监测而做出的连续调整以及此类调整所造成的影响的控制。
在之前的设计中，变速电动马达与变速控制相连，该变速控制通过改变电压来改变马达速度直到获得近似的旋转频率。在此讨论的改进包括利用具有伴随的电子控制(MC)的步进马达(128)来精确定位马达的轴、旋转速度、和方向。额外的改进包括调整焊枪的长形棒和尖端的长度以便进一步调整电极路径的物理特征。
改进进一步包括将气体、电极和功率分成多个分开的供送以便在机械化设备中的多个焊枪之间进行更精确的路径选择、控制和共享。进一步，对电极路径的改进控制允许多个焊枪如此靠近地操作而使得在多个焊枪之间可以维持一个共用的熔池。
如之前的专利中描述的，熔融金属滴从这一个或多个电极被推进到缝隙的侧壁以在该缝隙中建立熔融金属池。在本发明之前的发明中，电极的移动是圆形路径，而熔融金属滴被离心力抛开。电极的电弧端的移动被称为“旋转”，但应理解的是，电极金属丝没有旋转、而是围绕轴线自转。在该改进的发明中，对马达的更精确的控制允许实现可以不涉及完整圆形路径和/或可以涉及对方向或速度的若干其他调整的复杂路径。为了简化，除非明确指明，否则马达移动、以及所得到的电极路径将继续总体上称为旋转。
对棒的长度加以控制影响了尖端与焊接缝隙之间的距离。在机械设备中，与棒长度相连系的额外焊枪定位能力可以精确地控制将焊接尖端维持在焊接表面上方的距离。当电极位于焊接缝隙内的旋转半径以及焊枪的角度可以影响当改变位置、或穿过金属丝的电流流动时马达可能遇到的阻力。有经验的焊工可以通过电弧的亮度、机械声音、和/或该过程的其他物理特征感觉到这些变化。
在本文描述的改进的设计中，控制器可以包括电流传感器、光传感器、麦克风、振动传感器等，这些传感器对反应性地调整焊枪的位置和物理特性的控制器提供了反馈以便实现更好的焊缝。进一步，控制器可以以其来实现这些调整的速度导致了更一致的焊缝。
步进马达对该过程施加的精细控制允许了精确地调整旋转。在该优选实施例中，利用了伺服马达来使金属丝旋转。本领域技术人员将认识到，也可以利用步进马达。步进马达允许与之前的移动无关地进行精确定位和在任一方向上移动。这是对之前的变速马达的显著改进，之前的变速马达不能以精确的定时增量被定位或保持在独特位置中。
作为步进马达优于变速马达可实现的灵活性的实例，以变化的速度旋转可以确定由于离心力造成的圆形路径的半径。然而，在整个旋转过程中通过改变步进模式来一致地改变旋转速度可以改变金属丝路径的形状。如果速度每转改变四次：在第1次和第3次增大而在第2次和第4次减小，其中第1-4次是沿着回转路径均匀间隔开的且是同时的，则所得的离心力变化将导致椭圆路径而不是圆形路径。扩展到极端情况，则椭圆路径可以在单一平面图中是长形的、并且在垂直平面上被压缩而基本上变成直线运动。
替代地，连续调转旋转方向而不进行完整旋转可以将这个路径减小成单一往返移动。通过调整步进速度、以及每个方向上的步进次数，可以控制路径的宽度，并且可以赋予电弧形状。
由于步进马达允许在回转路径中对马达进行精确定位，因此精确的控制允许多个马达紧密靠近地操作，其中它们的路径可以相互重叠。这在过去对于变速马达是不可能的，在变速马达中几乎相同的马达的内阻或其他物理特征的甚至微小变化也会导致速度变化并且导致干扰。
沿着旋转路径的精确位置的精确速度控制允许在一个侧壁处沉积更多金属。这是对于在竖直板之间的水平缝隙中的焊缝的罕见改进。通过在上板处提供过量金属，更均匀的焊缝是可能的。另一个改进在于焊接不同厚度的板而在较厚的板处沉积更多金属。
用这种焊接方法可获得的希望的结果在于以下发现：焊接操作可以与可比较的常规设备所可能的情况相比明显更快地进行，因为电极的复杂移动稳定了电弧，使得其动作是连续的。一旦焊接操作开始，电流、金属丝给送速率和焊枪移动速率就可以增大。进一步，在一个机械化设备上一起操作的多个焊枪的协调将多道次操作减少成单一道次。
多个焊枪操作可以从对每个单独焊枪的更精确控制中获益，因为消除了焊枪之间的干扰，并且二者均可以调整到沿着焊缝以共同的前进速率获得最佳性能，即使在每个焊枪执行不同任务时，即，在主要焊枪执行根部焊接并且一个或多个次要焊枪在执行填充道次时。
通过简单的修改，在此描述的方法就可以适配成在气体保护钨极电弧焊中使用。消耗品(在本说明书其他地方被称为电极金属丝(W))将是路径安排在电极外部的以满足焊接并且是从棒的外部给送、而不是穿过中央轴向通路给送的。本领域技术人员将认识到，需要反转极性，并且需要进行一些其他微小修改以考虑方法的不同。消耗品将被给送到旋转的钨棒与焊缝之间的电弧中，如在气体保护钨极电弧焊方法中的标准情况。
更具体地参见附图，该改进的焊枪(T或T')是以常规方式使用的并且是与常规设备一起使用的。图1示出了被适配成进行手动焊接的焊枪(T’)，该焊枪带有柔性的、多目的的管状载体导管(K)，该载体导管在单一导管中携带电极金属丝(W)、屏蔽气体、以及电源。图2示出了焊枪(T’)，该焊枪带有用于屏蔽气体(GS)、电源(PW)、和电极金属丝(W)的多个单独输入口，该电极金属丝是由金属丝驱动器(D)从供应卷轴(R)给送的。这两个单元(T和T’)均具有带有集成马达控件(167)的手柄(H)。手柄(H)优选地被包封在隔离件中以避免在使用中意外短路。电流是由一个未示出的发电机(G)供应的。供应卷轴(R)上的电极金属丝(W)被金属丝驱动器(D)给送到焊枪(T和T’)中。任何适当类型的屏蔽气体将从来源(未示出)流经供应管线(GS或K)穿过焊枪(T和T’)到达包围电极金属丝(W)的气体屏蔽层(S)，在这里该屏蔽气体离开焊枪。
多种不同的控件被与这个焊接设备相关联以调整电流、金属丝穿过焊枪的移动速率、屏蔽气体的流动以及载体(C，未示出)沿着轨道(N，未示出)的移动速率。此类控件是常规的并且在本发明中常规使用时不作进一步描述。然而应注意的是，在此描述的一些改进包括对常规控件的非常规使用，包括通过可以是可编程控制器或计算装置的控件进行的控制，如下文中出现的。
图3是焊枪本体的放大比例的截面立面图。该改进的焊枪(T或T’，未指定)包括圆柱形的管状本体(20)，引导电极金属丝并使之旋转并且形成了其他通路的这若干部件位于该本体中。焊枪的头部(展示在图的顶部处)包括中央通路，电极金属丝(W)穿过该头部。
圆柱形的步进马达128与控制器(MC)一起紧紧安装在本体20中，该控制器可以包括一个或多个电路，绝缘套管(IS)穿过该电路来保护该控制器(MC)免于电极金属丝(W)所携带的电压/电流。金属丝(W)穿过步进马达(128)中的轴向中心孔到达转子头部(34)，该转子头部可以含有O形环以防止气体穿过焊枪的头部逃逸。本领域技术人员将认识到，可以用其他选项来防止来自气体供应连接器端口(170)的气体到达焊枪头部，并且可能希望取决于屏蔽气体的类型及其特性来保护步进马达(128)和/或马达控制器(MC)。
在电极金属丝(W)的电弧末端的圆形移动(也称为“旋转”)是由具有轴向通路(41)的棒(40)产生的，电极金属丝(W)穿过该轴向通路。这个棒(40)被安装在本体(20)的下部分中、在转子头部(34)下方，并且其上端(管状尖端)(42)装配进入该转子头部的偏心球状支承件(35)中。该球状摆动支承件(45)安装在管状套管中，该管状套管紧密装配在本体(20)中的圆柱形孔中、在马达(128)下方。
棒(40)在支承件(45)下方的短部分被放大以形成圆柱形头部(50)以提供插座来接收之前描述的电连接导线。在头部(50)下方的棒(40)被减小直径并形成长形延伸部(51)。棒的在本体(20)下方延伸的下端是带螺纹的以便与金属丝引导件接触尖端(52)相连接。该接触尖端是选定金属如铜制成的短的圆柱形构件、并且具有穿过其中的通路，该通路仅比金属丝(W)的直径大千分之几英寸，因而在电极金属丝移动穿过尖端(52)时可以与该电极金属丝进行电接触。要注意的是，在这个改进的焊枪中，针对小尺寸电极金属丝所需的唯一调整是改变这个尖端(52)。在电极金属丝(W)的在这个尖端下方延伸了短距离的该末端处，将在焊接过程中发生起弧。
管状本体(20)在圆柱形头部(50)下方短距离处终止，在这里它被圆形末端封闭。一个气体屏蔽管(56)从该末端延伸以封闭在本体(20)下方伸出的下部棒延伸部(51)。管(56)携带了一个屏蔽帽(57)，该帽向下延伸以封闭该接触尖端(52)以及电极金属丝(W)的从尖端(52)伸出的一部分。这个屏蔽帽(57)是在管(56)上可滑动的以用于相对于伸出的电极金属丝(W)的长度以及尖端(52)的长度来调整位置。
要注意的是，与本体(20)和本体(20)的末端以及管(56)到本体(20)的末端的连接部隔离的气体屏蔽管(56)是通过围绕该管(56)的隔离环(58)形成的、并且是在本体(20)的末端中的一个中心孔中。这防止了如果该屏蔽帽由于触碰板构件(M)而意外接地而可能发生的电短路。
图4是结合了一个根据本发明的示例性实施例的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的图解立面图。载体(C)安装在轨道(N)上并且沿着轨道(N)被柱塞(P)移动。有待焊接在一起的金属板(M)靠着轨道(N)定位并且在焊枪(T)下方。
延长的棒/尖端/金属丝的组合(下文称为“棒”)围绕焊枪中心线(CTR)旋转。如果该棒接触金属的左板(ML)并且控制器确定该棒在左侧位置(410)上，则载体(C)向右(420)移动来使焊枪(T)重新居中。如果该棒接触金属的右板(MR)并且控制器确定该棒在右侧位置(410’)上，则载体(C)向左(430)移动来使焊枪(T)重新居中。参见图17。
图5是结合了多个根据本发明的示例性实施例的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的图解立面图。载体(C)安装在轨道(N)上并且沿着轨道(N)被柱塞(P)移动。有待焊接在一起的金属板(M)靠着轨道(N)定位并且在焊枪(T1和T2)下方。虽然轨道(N)被示出为笔直区段，但本领域技术人员将认识到，该轨道可以具有其他的形状和取向并且是简单的以提供载体(C)将在其上行驶的稳定输送路径。
延长的棒/尖端/金属丝的组合(下文称为“棒”)围绕焊枪中心线旋转。如果(T1)的棒接触金属左板(M)并且控制器确定该棒在左侧位置(520)上，则载体(C)向右移动来使这些焊枪(T1和T2)重新居中。如果(T2)的棒接触金属右板(M)并且控制器确定该棒在右侧位置(510)上，则载体(C)向左移动来使这些焊枪(T1和T2)重新居中。如果(T1)的棒接触金属右板(M)并且控制器确定该棒在右侧位置(525)上，则焊枪(T1)更靠近另一个焊枪(T2)成角度或者旋转半径减小。如果(T2)的棒接触金属左板(M)并且控制器确定该棒在左侧位置(515)上，则焊枪(T2)更靠近另一个焊枪(T1)成角度或者旋转半径增大。参见图17A。
焊枪(T1和T2)的棒可以是长度可调的，如后文描述的，以便补偿焊缝路径相对于轨道(N)的变化。进一步，可以利用这种调整来在焊接厚金属(M)时实现连续路径。另外，焊枪(T1和T2)可以在沿着其中心轴线与载体(C)的关系上是可调的，如由移动指示物(A1和A2)所指示的。这样的调整(A1和A2)可以代替或者附加于这些棒的可调长度，如下文讨论的。
图5A是结合了根据本发明的示例性实施例的多个改进的焊枪、以及一种旋转偏置能力的机械化连续电弧焊接设备的另一图解立面图。具有旋转偏移能力的载体(C’)含有旋转平台(RP)，焊枪(T1和T2)安装至该旋转平台上。柱塞(P)使载体(C’)沿着轨道(未示出)沿着焊缝移动。旋转平台(RP)的旋转确定了这些焊枪的旋转偏移(RO)。这两个焊枪(T1和T2)可以平行于焊缝或垂直于焊缝定位、或定位在其间的任何地方。
图6A、6B和6C是用于图5中展示的多焊枪系统的示例性焊接路径和特征的图。该多焊枪系统由于用多个步进马达可实现的精确控制而可以操作多个紧密靠近的焊枪。图6A展示了两个焊枪的示例性路径。第一路径(610)是顺时针旋转而第二路径(620)是逆时针旋转。在一个实施例中，两个棒可以定位在同一焊枪本体中、并且可以位于单一气体屏蔽层内。
在图6B展示的另一个实施例中，第一路径(630)是逆时针的，而第二路径(620)仍是逆时针的。这两个路径重叠了一个量(Z)，这个量是通过这些焊枪的角度来调整的，或者重叠量可以通过设定路径(610-630)的半径来调整。
图6C展示了可以如何将这些焊枪路径不同地定位，以调整这两个中心(X)之间的距离或者增大或减小半径(Y)。在实际的实践中，这两个中心(X)之间的距离、以及半径(Y)的两倍必须小于缝隙的宽度，或者取向必须是相对于缝隙成角度的以避免电极金属丝(W，未示出)相对于金属(M，未示出)接地。
这些焊枪路径(610和620)限定了一个可以旋转到如上文描述的具体旋转偏移(RO)的线性角度，以便确定它们相对于焊缝的对齐。虽然该图中指示了顺时针方向上的有限旋转，但本领域技术人员将认识到，旋转可以在多个方向上、并且潜在地在不同的平面中，以便针对独特的焊接情形将这些焊枪定位在独特位置中。
图7和8是根据本发明的示例性实施例的焊枪内的某些操作性部件的立面视图，并且以略微夸大的方式示出了携带有电极金属丝的棒的移动以及调整和替代方案对其的影响。棒(40)的长形末端以及尖端(52’和52”)的长度影响路径的半径(Y’和Y”)。对于从中心线起的给定的角位移，较长的尖端(52’)导致较大的半径(Y’)。对于从中心线起的相同的给定的角位移，较短的尖端(52”)导致较小的半径(Y”)。
图9A、9B和10示出了根据本发明的示例性实施例的焊枪内的某些操作性部件的截面立面图。实现较短尖端的一种方式是展示在图9A中的、通过使用物理上较短的尖端(653)和对应的缩短的气体屏蔽层(663)。实现较长尖端的一种方式是展示在图9B中的、通过使用物理上较长的尖端(655)和对应的加长的气体屏蔽层(665)。
完成对棒长度的调整的一种替代性方式是对棒(640)的长形末端钻孔和刻螺纹、并且对尖端(652)的外边缘刻螺纹。该尖端现在可以拧入和拧出棒的长形末端，以调整该棒的长度。如果棒被配置成使棒的长形末端自旋而防止尖端的自旋，则可以在焊接操作过程中实时进行调整以考虑对非平整材料的焊接而同时将焊枪本体维持在固定高度。
可以利用一个隔离固位环(650)来将尖端(652)的末端和气体屏蔽层(657)相对于彼此保持在相似的位置中。通过使用固位环(650)，气体屏蔽层(657)与尖端(652)一起上下移动。此外，在一个实施例中，穿过固位环(650)的气体屏蔽层(657)可以用作在长形棒(640)旋转以进行调整时防止尖端(652)旋转的装置。
图11示出了焊枪内能自由旋转和在任意方向上摆动的、受步进马达控制的多个部件的示例性构型。可调的偏心联接器(703)包括一个调整点(705)，该调整点允许对该联接器与马达轴(未指定)的偏心性质关系进行调整。对马达轴与支承件的外圈之间的偏心关系的调整直接涉及在棒的尖端处经历的移动并且在图中展示为摆动直径(Y)。
图12和12’展示了用该改进的焊枪可能实现的焊缝特征。这些金属板(M)通过熔池(805)相连结，该熔池具有新月体形状的前导边缘(806)。路径(810和810’)显示，前攻端产生了到熔池(815)的前导边缘，而收尾端产生了尾随边缘(820)。这可以是通过周期性地反转旋转方向以保持熔池的这两个边缘(815和820)均匀前进来消除的。替代地，可以使用这个过程来调整前导边缘(815)领先于尾随边缘(820)的程度，这可以补偿所连结的金属(M)的差异。
图13示出了引导垫圈(710)的使用，该引导垫圈通过提供成形开口(715)来限制棒(40)在焊枪筒体内的移动，该成形开口在此展示为位于棒与气体屏蔽管(56)之间的椭圆开口，该成形开口将棒的旋转限制为单一旋转平面从而得到往返路径移动(840，图14)。在该优选实施例中，控制器调整步进速度、方向、马达扭矩、以及棒长度，以实现对尖端旋转的相同控制而不需要拆卸和更换引导垫圈(7-15)。这个优选实施例还允许在单一焊缝过程中实时改变技术。
图15展示了根据本发明的示例性实施例的焊枪的替代性实施例的立面视图。这个实施例为消费者市场上理想的旋转的电极焊枪利用了较低成本的且较不稳健的更简单设计。焊枪本体(900)的底座末端具有在大多数工具上存在的标准的、柔性的、多用途的管状承载导管(K)。一个触发控件(915)和多个其他控件(905)调整电极旋转的速度和方向。
图15A示出了从图15中的指示线A-A截取的横向截面视图。本体(900)含有在其中自旋的偏心垫圈(950)。滑动件(955)卡到唇缘(951)上，并且用于柔性电缆(935)的开口在电缆与金属丝(W)一起旋转时围绕中心旋转。
图16示出了图15中展示的焊枪的替代性实施例的截面立面图。金属丝(W)在底座末端处穿过该柔性的、多用途的管状承载导管(K)与功率(PW)和可选的屏蔽气体(GS，未指出)一起进入本体(900)。由触发器(915)调整的速度控件(910)控制金属丝的给送速率、以及金属丝的旋转速率，这可以是以工厂预设的或用户可调的比率成比例地相关联的。替代性实施例可以具有针对这两种设置的分开的控件，并且另外的替代性实施例可以将这些手持控件限制成一个或另一个，而其余控件位于伴随设备上的其他地方。
可以使用多个控件(905)来确定旋转方向、旋转速度、或甚至停止旋转。马达(920)与柔性电缆(935)相连，金属丝(W)穿过该柔性电缆到达并穿过一个摆动支承件(960)并且其对应的固位套管(965)位置靠近本体的底座末端。该摆动支承件也具有用于连接该尖端(52)的长形末端。一个偏心垫圈(950)致使柔性电缆(935)从中央位置换向并且因此在马达(920)使金属丝(W)旋转时对该摆动支承件(960/965)施加旋转。这使得尖端(52)跟踪气体屏蔽层(57)内的圆锥形轨迹。使偏心垫圈(950)沿着调整路径(940)随着伸出本体(900)侧面之外的滑动件(955)滑动合理地增大、或减小了该圆锥形轨迹的扩大。
图16A示出了图16中展示的焊枪本体的底座末端的放大视图。图16A示出了柔性电缆(935)在摆动支承件(960)一侧上的移动如何造成固位环(965)内的移动而该移动使尖端(52)围绕气体屏蔽层(57)的中心(CTR)移动。
图16B示出了从图16中的指示线B-B截取的横向截面视图。本体(900)含有在其中自旋的偏心垫圈(950)。滑动件(955)抓住唇缘(951)以允许沿着调整器路径(940)的移动。用于柔性电缆(935)的开口使电缆和包封的金属丝(W)从本体(900)的中心转向。
图17图解了结合有图4中展示的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的使用方法。图表(1000)展示了操作之前所讨论的机械化焊接设备的过程。连续地监测(1010)了这种焊接过程。监测焊接过程可以涉及以下一项或多项的组合：检测马达的移动反馈阻力；监测焊接声音的“飞溅”或“蜂鸣”变化以确定声音图案的偏差。另外，电弧短路、焊接尖端的电流吸取可以指示焊接进程的变化。如果没有检测到(1023)与焊缝边缘的接触(1020)，监测继续。如果检测到了(1025)与焊缝边缘的接触(1020)，就确定马达轴的位置(1030)来确定载体应该如何移动(1040)以使焊枪在焊缝中居中。
图17A图解了结合有多个图5中展示的改进的焊枪的机械化连续电弧焊接设备的使用方法。图表(1100)展示了操作之前所讨论的机械化焊接设备的过程。如之前讨论的连续地监测(1110)焊接过程。如果没有检测到(1123)与左焊枪的焊缝边缘接触(1120)，该系统确定是否与右焊枪发生了焊缝边缘接触(1140)并且如果没有检测到(1143)则监测继续。
如果在左焊枪上检测到了(1125)与焊缝边缘的接触(1120)，由于我们已知左焊枪总是位于焊缝左侧，我们就知道载体必须向右移动(1130)以使焊枪在焊缝中居中。如果在右焊枪上检测到了(1145)与焊缝边缘的接触(1140)，由于我们已知右焊枪总是位于焊缝右侧，我们就知道载体必须向左移动(1150)以使焊枪在焊缝中居中。
图18是根据本发明的示例性实施例的连续电弧焊接焊枪的图解立面图。图18A示出了从图18中的指示线18A-18A截取的横向截面视图。焊枪的这个实施例被配置成在机械化载体或用于自动化焊接操作的机械臂上使用。这个实施例与本文描述的之前的实施例之间的主要区别在于使用了具有电隔离的偏置马达来防止焊接电压和起弧干扰到步进马达上的电子器件和任何附接的控制器和/或计算机。
电极金属丝(W)延伸进入上部金属丝引导件(1230)中，该上部金属丝引导件引导金属丝(W)穿过一个轴向通路(41)到达棒(40)的尖端(52)。该摆动支承件(45)允许棒(40)如在之前的实施例中所描述地进行自由移动。棒(40)的移动转化成长形延伸部(51)和尖端(52)的移动从而产生金属丝(W)在从气体屏蔽管(56)延伸的且与本体通过在下部本体(1220)中的隔离环(58)隔离的屏蔽帽(57)内的圆锥形移动。
下部本体(1220)连接到上部本体(1225)，在任选的壳体中的步进马达(128)安装在该上部本体上。一个气体供应连接器端口(1270)通向在上部本体(1225)中的气体室(1275)，该气体室开向该下部本体(1220)以允许屏蔽气体到达该屏蔽气体管(56)，在这里屏蔽气体流到金属(M)并且包围焊缝。步进马达(128)具有转子头部滑轮(1234)，该转子头部滑轮连接到棒滑轮(1237)上，或者这两者可以是偏心形状的。这种连接可以通过电绝缘的皮带(1240)完成。
现在已经相当详细地描述了本发明。然而，很显然，其他人可以开发和设计处于本发明的精神和范围之内的替代性的且等效的构造和操作。因此，希望保护范围不受所展示和描述的构造和操作所限制、而是仅由所附权利要求书的恰当范围所限制。
根据本发明的示例性实施例的流程图表是作为实例提供的并且不应解释成限制在本发明范围内的其他实施例。例如，这些框不应解释成必须以具体顺序进行的步骤。可以添加额外的框/步骤，去除一些框/步骤，或者改变这些框/步骤的顺序而仍在本发明的范围之内。进一步，不同图中的框可以添加到其他图中或者与其他图中的其他框互换。还进一步，具体的数据数值(例如，具体的量、数字、类别等等)或其他具体信息应解释成展示性的，用于讨论示例性的实施例。这样的具体信息并不是提供用于限制本发明的。
根据本发明的示例性实施例的图解是作为实例提供的并且不应解释成限制在本发明范围内的其他实施例。例如，高度、宽度和厚度可能不是按比例的并且不应解释成将本发明限制为所展示的具体比例。另外，以单数展示的某些要素可以实际上以复数来实施。进一步，以复数展示的某些要素可以实际上改变计数。进一步，以一种形式展示的某些要素可以实际上改变细节。还进一步，具体的数据数值(例如，具体的量、数字、类别等等)或其他具体信息应解释成展示性的，用于讨论示例性的实施例。这样的具体信息并不是提供用于限制本发明的。
以上讨论意在展示本发明的原理和多种不同实施例。本领域技术人员一旦全面理解了以上披露，将清楚众多的变化和修改。旨在将以下权利要求解释成涵盖所有这样的变化和修改。

Claims (20)

1.在用于连续电弧焊接的焊枪中，该焊枪包括：本体，电极金属丝移动穿过该本体移动进入该本体的头部末端中并且是从该本体的底座末端移动的；以及在该金属丝从该本体的底座末端移动时产生消耗金属丝的电弧的装置，该本体内的长形棒具有在该本体内的头部末端以及在该本体的底座末端处的底座末端、供该电极金属丝移动穿过其中的从该头部末端到该底座末端的轴向通路、以及在该底座末端处的尖端，其中该金属丝的起弧端从该尖端延伸；以及旋转装置，该旋转装置被适配成使该棒和该金属丝的起弧端以圆形路径移动并且包括马达，该马达在该本体内与该本体的头部末端相邻并且具有与该棒基本上对齐的管状轴，该电极金属丝延伸穿过该马达轴并且进入该棒通路中，一个具有偏心安装装置的转子头部被安装在该马达轴上并且该棒的头部末端被承载在该偏心安装装置中以便在该马达轴使该转子头部旋转时以圆形路径移动，并且穿过该马达轴和该棒的这些通路的直径相对于该安装装置的偏心度而言足够允许该电极金属丝从该马达轴移动并进入该棒中，其改进包括：
该马达，该马达是被配置成提供精确定位和控制的步进马达；
一个控制器，该控制器被配置成接收输入控制信号并且响应性地使该马达的轴以步进方式顺时针或逆时针移动。
2.如权利要求1所述的焊枪，其中，该控制器进一步被配置成提供用于报告该马达的轴相对于已知位置的相对位置的输出信号。
3.如权利要求1所述的焊枪，其中，该控制器进一步被配置成提供用于报告该马达移动的反馈阻力的输出信号。
4.如权利要求1所述的焊枪，进一步包括：
附接至该本体上的手柄；
该手柄包括多个控件，
这些控件被配置成用于向该控制器提供输入。
5.如权利要求4所述的焊枪，其中，这些控件确定以下各项中的至少一项：
旋转方向；
旋转速度；
针对该马达的移动的最大反馈阻力；和/或
该金属丝的给送速率。
6.如权利要求1所述的焊枪，其中：
该尖端进一步包括多个变化的长度；并且
该长形棒的底座末端具有该轴向通路的螺纹内表面；并且
该尖端具有延伸了该尖端长度的至少百分之二十的螺纹外表面；
该尖端的螺纹外表面与该轴向通路的螺纹内表面匹配因而允许该尖端被可调地插入该棒的底座末端中并且从而因此调整该长形棒和尖端的组合的长度。
7.如权利要求6所述的焊枪，其中：
该长形棒的底座末端被适配成用于在该控制器的控制下旋转；
该尖端被适配成防止旋转以使得该棒的底座末端的旋转调整了该长形棒和尖端的组合的长度。
8.如权利要求7所述的焊枪，其中：
该长形棒和尖端的组合的长度是响应于焊接操作过程中的输入来调整的。
9.如权利要求1所述的焊枪，其中，该焊枪进一步包括在该焊枪本体上接近该焊枪尖端处的用于气体的输入口并且其防止所述气体到达该马达。
10.如权利要求1所述的焊枪，其中，该控制器被配置成用于控制该马达的速度和/或方向。
11.如权利要求1所述的焊枪，其中，该棒的横向移动被限制成基本上在单一平面内移动。
12.如权利要求1所述的焊枪，进一步包括：
支撑该焊枪的本体的一个载体被配置成是在与焊缝平面基本上垂直的平面内可移动的。
13.如权利要求12所述的焊枪，其中，该控制器被配置成用于：
确定该焊枪的尖端中的阻力；
确定该马达的位置；
定位该载体以减小该焊枪的尖端中的阻力。
14.如权利要求13所述的焊枪，其中，该控制器进一步被配置成用于：
确定该载体的重复的再定位；
并且调整该焊枪的尖端的移动距离以减少该载体的移动。
15.如权利要求12所述的焊枪，进一步包括：
由该载体支撑的第二焊枪；以及
主控制器，该主控制器被配置成用于：
控制该载体相对于焊缝的位置，
控制这些焊枪相对于彼此的相对位置，以及
与这两个焊枪各自中的控制器通信。
16.如权利要求15所述的焊枪，其中，该第一焊枪和该第二焊枪在单一熔池上操作。
17.在用于连续电弧焊接的焊枪中，该焊枪包括：
本体，电极金属丝从该本体的头部末端并且朝其底座末端移动穿过该本体，
用于在该金属丝从该本体的底座末端移动时产生消耗金属丝的电弧的装置，
在该本体内的柔性电缆屏蔽层，该柔性电缆屏蔽层具有在该本体内的头部末端以及在该本体的底座末端处的底座末端，
从该头部末端到该底座末端的、供该电极金属丝移动穿过其中的轴向通路；
被配置成使该柔性电缆的头部末端旋转的马达；
在该本体的底座末端处的尖端；
该金属丝的起弧端从该尖端延伸；
在该尖端与该柔性电缆之间的摆动支承件，
该尖端可移除地附接至该摆动支承件上，
该摆动支承件的远侧附连至该柔性电缆上，并且
该电极金属丝穿过该摆动支承件。
18.如权利要求16所述的焊枪，进一步包括：
旋转间隔件，该旋转间隔件被配置成用于使该柔性电缆从该本体的中心偏转，因此产生供该金属丝电极穿过该尖端的底座的圆形路径。
19.如权利要求18所述的焊枪，其中，该旋转间隔件是在该焊枪的本体内可沿着该柔性电缆滑动移动的，从而因此调整该金属丝电极的圆形路径。
20.如权利要求16所述的焊枪，进一步包括：
具有多个输入和多个输出的控制器，
该控制器被配置成用于调整以下各项中的至少一项：
该柔性电缆的旋转方向；
该柔性电缆的旋转速度；和/或
该柔性电缆的旋转力。
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