CN107206527B - 用于tig启动的焊接类型电力供应装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于TIG焊接和启动TIG焊接过程的方法和设备包括：在执行TIG启动时，限制电力电路的脉冲宽度；以及监视焊接电弧的形成。在已经检测到所述焊接电弧之后，结束对所述脉冲宽度的所述限制。

Description

用于TIG启动的焊接类型电力供应装置
发明领域
本公开一般地涉及焊接类型电力供应装置的领域。更具体地，它涉及使用焊接类型电力供应装置启动TIG过程。
发明背景
有很多种不同的焊接过程。一种焊接过程是TIG过程。钨惰性气体(TIG)焊接是一种使用非自耗的钨电极来形成焊缝的电弧焊接过程。焊接区域受惰性保护气体(氩气或氦气)保护而免于大气污染，并且典型地使用填料金属。通常使用CC(电流控制的)电源来执行TIG焊接。在本文中使用时，焊接类型电力供应装置是提供焊接类型电力的电力供应装置。在本文中使用时，焊接类型电力是适合于焊接、感应加热或等离子体切割的电力。
有很多种不同的拓扑结构被使用在焊接类型电力供应装置中。切换式电力供应装置经常被用来允许输出控制。一种现有技术的焊接类型电力供应装置包括：前置调节器、高电压分路总线，以及堆叠式逆变器输出；并且示出于公开为US-2014-0021180-A1的专利申请13/839235中，所述专利申请通过引用被并入本文。该电力供应装置非常适合于使用对输出逆变器的脉冲宽度调制来控制输出。在专利8455794中描述了另一种非常适合于对输出进行pwm(脉冲宽度调制)控制的现有技术的焊接类型电力供应装置，所述专利也通过引用被并入。
启动TIG焊接可能需要技能。启动TIG过程的典型方法包括使用HF、提升技术和摩擦启动。提升启动需要特殊控制，并且使用者使电弧接触工件。当电极被提升时，打出电弧。HF启动是容易并且可靠的，但是可能造成对其他设备的干扰，并且需要机器具有提供HF输出的能力。摩擦启动不需要额外的设备，但是需要最熟练的技能。摩擦启动包含使钨扫过整个工件。
TIG启动可能会使钨“粘附”并且留在工件上。对于非HF启动来说，这尤其成问题，并且对于摩擦启动来说最成问题。粘附的一个原因是电弧引发期间的电流过冲。电流过冲可能因为电力供应装置具有快速的输出电流转换速率(这在启动之外的时间并且对于其他过程可能是符合期望的)而发生。因此，期望一种焊接类型电力供应装置，它能为TIG焊接提供可靠的启动，同时不会牺牲启动之后的快速的转换速率。
本发明的内容
根据公开的第一方面，一种启动TIG焊接过程的方法包括：在执行TIG启动时，限制电力电路的脉冲宽度；以及监视焊接电弧的形成。在已经检测到所述焊接电弧之后，结束对所述脉冲宽度的限制。
根据公开的第二方面，一种焊接类型电力供应装置包括切换式电力电路和控制器。所述切换式电力电路接收输入电力并且向焊接输出提供焊接类型电力。所述电力电路具有控制输入。所述控制器包括：控制输出，所述控制输出被连接到所述控制输入；以及反馈输入，所述反馈输入接收指示电弧存在或不存在的反馈。pwm模块被连接到所述控制输出，并且脉冲宽度限制模块被连接以对所述pwm模块进行限制。所述pwm模块响应于所述反馈输入。
在一个替换方案中，在已经检测到所述焊接电弧之后，对所述脉冲宽度的所述限制的结束被延迟。
在另一个替换方案中，对所述脉冲宽度的所述限制的结束的所述延迟为固定的一段时间。
在一个实施例中，对所述脉冲宽度的所述限制的结束的所述延迟为一毫秒。
在各个实施例中，在已经结束对所述脉冲宽度的限制之后，提供对所述输出的闭环控制。
在一个替换方案中，限制所述脉冲宽度包括提供约10伏特的输出电压。
在另一个替换方案中，使用摩擦启动来启动所述TIG过程。
在一个实施例中，反馈电路被连接到所述焊接输出并且被连接到所述反馈输入。
在各个实施例中，包括延迟模块，并且所述脉冲宽度限制模块响应于所述延迟模块。
在一个替换方案中，所述延迟模块响应于所述反馈输入。
在另一个替换方案中，所述延迟模块是固定时间延迟模块。
在一个实施例中，所述延迟模块是一毫秒延迟模块。
在对以下附图、具体实施方式和所附的权利要求书进行审阅之后，其他原理特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。
附图简述
图1是焊接类型电力供应装置的框图；以及
图2是用于图1的焊接类型电力供应装置的控制器的框图。
在详细解释至少一个实施例之前，要理解在其应用中，发明不被限制到在下面的说明书中陈述的或者在附图中示出的结构细节和部件布置。发明能够具有其他的实施例，并且能够以各种方式被实践或者被实行。同样，要理解本文中使用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应被视为限制性的。同样的参考编号被用来表示同样的部件。
具体的优选实施方式
尽管本公开将会参考具体的焊接类型电力电路、控制器、模块和部件来进行说明，但是从一开始就应该理解，本发明也可以用其他焊接类型电力电路、控制器、模块和部件来实施。
一般地，本发明使用对焊接类型电力供应装置的输出的PWM控制以针对TIG焊接提供符合期望的启动。在优选实施实例中，焊接类型电力供应装置100(图1)包括电力电路102和控制器104。电力电路104的输出是焊接电弧106。电力供应装置100可以是多过程焊接类型电力供应装置，但是本发明将参考TIG操作模式来进行解释。
控制器104优选地是数字脉冲宽度控制器，如专利8455794中描述的那种控制器。控制器104也可以是如US-2014-0021180-A1中描述的那种控制器。替换方案提供模拟控制器、具有分立元件的数字控制器、使用DSP的控制器，以及使用其他电路系统的控制器。
电力电路102优选地是US-2014-0021180-A1中示出的电力电路，所述电力电路包括前置调节器、高电压分路总线，以及作为输出变换器的堆叠式全桥逆变器输出电路。这也可以使用专利8455794中示出的电力电路来实施。提供替换方案以使用没有前置调节器、半桥输出逆变器或其他输出变换器(如斩波器、降压式变换器(buck)等)的输出电路(堆叠式逆变器)，以及使用中间级。
在线路111上从电力电路102提供反馈，并且在线路107和108上从输出提供反馈。反馈可以指示总线参数(电流、电压、波纹等)，并且可以指示输出参数(电流、电压、电力极性等)，并且可以指示电弧存在或不存在(例如感测电流或电压)。在线路110上通过电力电路102接收控制信号。在110上接收到的控制信号控制电力电路102中的开关的切换，包括前置调节器开关和输出变换器开关。
图2中示出的控制器104包括接收对电力电路102的输出的反馈(或者来自电力电路102之内的反馈)的PWM模块201。响应于该反馈，控制器104和PWM模块201对电力电路102中的开关进行脉冲宽度调制，从而使输出是期望的输出。在本文中使用时，PWM模块是这样的模块：其控制电力电路的脉冲宽度，以便提供期望的输出。在本文中使用时，模块包括配合来执行给定的功能的软件和硬件。
当使用者选择TIG操作模式时(或者如果是专用型TIG机器的话)，控制器104和PWM模块201导致焊接类型电力供应装置10的输出为处于使用者设定值下的cc(电流控制)输出。同样，当TIG过程被引发时，优选实施例限制电流过冲，以减小电弧引发期间钨电极粘附的可能性。本发明通过限制转换速率，并且特别是限制脉冲宽度以能够更好地控制电弧引发期间的输出电流转换速率，从而限制电流过冲。优选地，占空比被限制到产生约10V或更少的欠负载的脉冲宽度，直到检测到电弧电压(表示启动结束)为止。一个实施例使闭环控制在检测到电弧之后延迟1ms，以确保电弧在结束被限制的脉冲宽度之前是稳定的。可以通过监视输出电压、电流或上述两者和通过将检测到的参数与某一阈值或值进行比较来检测电弧。替换方案使用比1毫秒更长或更短的延迟。
控制器104使用脉冲宽度限制模块203提供符合期望的TIG启动，所述脉冲宽度限制模块203限制脉冲宽度，以减慢输出的转换速率，并且所述输出小于没有模块203时所能提供的输出。这使得TIG启动期间的粘附不太可能。在优选实施例中，脉冲宽度限制模块203将输出限制到约10伏特。在本文中使用时，约10伏特是8-12伏特的平均数。在本文中使用时，脉冲宽度限制模块是这样的模块：其控制电源电路的脉冲宽度，以便将脉冲宽度限制为小于没有脉冲宽度限制模块时所能提供的脉冲宽度(即，小于普通控制所需要的脉冲宽度)。
脉冲宽度限制模块203在输入107和108上接收反馈信号(如果使用电流，那么可能使用仅一条反馈线路)，所述反馈信号指示电弧存在或不存在。在启动时(例如，当电流被汲取时)，启用脉冲宽度限制模块203，限制由pwm模块201设定的脉冲宽度。随后，在一个实施例中，当反馈信号107/108指示电弧被建立时，停用脉冲宽度限制模块203。优选实施例使用电压阈值来确定电弧何时存在。例如，小于10伏特的电压可以用来指示电弧尚未被建立。可以使用其他阈值。各种替换方案提供使用电流、电压或其组合来确定电弧何时被建立。
在另一个实施例中，延迟模块205也接收反馈信号107/108，并且延迟脉冲宽度限制模块203的停用。延迟模块205也可以被连接到pwm模块201。在本文中使用时，延迟模块是这样的模块：其导致从感测到事件的时间到命令中存在变化的时间的延迟。在一个实施例中，延迟模块205是固定时间延迟模块。在本文中使用时，固定时间延迟模块是这样的模块：其导致从感测到的事件到命令中存在变化的固定时间的延迟。在另一个实施例中，延迟模块205是一毫秒延迟模块。在本文中使用时，一毫秒延迟模块是这样的模块：其导致从感测到的事件到命令中存在变化的一毫秒的延迟。
优选实施例提供以使用数字pwm控制器(如专利8455794中的控制器)以软件方式来实施的控制模块。替换方案提供硬件来实施控制模块。优选实施例提供使用摩擦启动来完成TIG启动，尽管所述TIG启动可以用提升和HF启动来完成。
可以对本公开进行许多修改，而所述修改仍落在本公开的预期范围之内。因此，应该明显的是已经提供用于为提供启动TIG过程并且为焊接提供焊接类型电源的方法和设备，所述方法和设备完全满足上文陈述的目的和优点。尽管公开已经描述了所述公开的具体的实施例，显而易见的是，许多替换方案、修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。因此，发明旨在涵盖落在所附的权利要求书的精神和宽的范围之内的所有这样的替换方案、修改和变化。

Claims (36)

1.一种启动TIG焊接过程的方法，所述方法包括：
在执行TIG启动时，限制电力电路的脉冲宽度为小于期望的大小；
监视焊接电弧的形成；
在已经检测到所述焊接电弧之后，使得限制所述脉冲宽度的结束延迟以使得所述焊接电弧稳定；以及
结束限制所述脉冲宽度，
其中限制所述脉冲宽度包括限制所述脉冲宽度以减慢输出电流转换速率，使所述输出电流转换速率小于没有所述限制时所能提供的输出电流转换速率。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在已经检测到所述焊接电弧之后，延迟固定的一段时间再结束限制所述脉冲宽度。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在已经检测到所述焊接电弧之后，延迟至少一毫秒再结束限制所述脉冲宽度。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在结束限制所述脉冲宽度之后，提供闭环控制。
5.如权利要求4所述的方法，其中限制所述脉冲宽度包括提供约10伏特的输出电压。
6.如权利要求5所述的方法，其中在执行TIG摩擦启动时完成对电力电路的所述脉冲宽度的限制。
7.如权利要求1所述的方法，其中监视步骤包括监视输出电压。
8.如权利要求1所述的方法，其中监视步骤包括监视输出电流。
9.一种焊接类型电力供应装置，所述焊接类型电力供应装置包括：
电力电路；
限制装置，所述限制装置被连接到所述电力电路并且用于在执行TIG摩擦启动时限制所述电力电路的脉冲宽度为小于期望的大小；
监视装置，所述监视装置被连接到所述限制装置并且用于监视焊接电弧的形成；
结束装置，所述结束装置被连接到所述限制装置并且用于在已经检测到所述焊接电弧之后结束所述限制；以及
延迟装置，所述延迟装置被连接到所述结束装置并且用于延迟所述结束以使得所述焊接电弧稳定，
其中限制所述脉冲宽度包括限制所述脉冲宽度以减慢输出电流转换速率，使所述输出电流转换速率小于没有所述限制时所能提供的输出电流转换速率。
10.如权利要求9所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括提供装置，所述提供装置被连接到所述电力电路并且用于在所述结束之后提供闭环控制。
11.如权利要求9所述的焊接类型电力供应装置，其中所述限制装置包括被连接到所述电力电路并且用于将输出电压限制到约10伏特的限制装置。
12.如权利要求9-11中任一项权利要求所述的焊接类型电力供应装置，所述焊接类型电力供应装置包括切换式电力电路和控制输入，所述切换式电力电路被设置以接收输入电力并且向焊接输出提供焊接类型电力，并且所述焊接类型电力供应装置进一步包括控制器，其中所述控制器包括：
控制输出，所述控制输出被连接到所述控制输入；
反馈输入，所述反馈输入被连接以接收指示电弧存在或不存在的反馈；
pwm模块，所述pwm模块被连接到所述控制输出；
脉冲宽度限制模块，所述脉冲宽度限制模块被连接以限制所述pwm模块，并且响应于所述反馈输入。
13.如权利要求12所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括反馈电路，所述反馈电路被连接到所述焊接输出并且被连接到所述反馈输入。
14.如权利要求13所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括延迟模块，其中所述脉冲宽度限制模块响应于所述延迟模块。
15.如权利要求14所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块响应于所述反馈输入。
16.如权利要求15所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块是固定时间延迟模块。
17.如权利要求16所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块是一毫秒延迟模块。
18.如权利要求15所述的焊接类型电力供应装置，其中所述脉冲宽度限制模块具有约10伏特的输出电压的设定值。
19.一种启动TIG焊接过程的方法，所述方法包括：
在执行TIG启动时，限制电力电路的脉冲宽度；
监视焊接电弧的形成；
在已经检测到所述焊接电弧之后，使得限制所述脉冲宽度的结束延迟以使得所述焊接电弧稳定；以及
结束限制所述脉冲宽度，
其中限制所述脉冲宽度包括限制所述脉冲宽度以减慢输出电流转换速率，使所述输出电流转换速率小于没有所述限制时所能提供的输出电流转换速率。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括在已经检测到所述焊接电弧之后，延迟固定的一段时间再结束限制所述脉冲宽度。
21.如权利要求19所述的方法，进一步包括在已经检测到所述焊接电弧之后，延迟至少一毫秒再结束限制所述脉冲宽度。
22.如权利要求19所述的方法，进一步包括在结束限制所述脉冲宽度之后，提供闭环控制。
23.如权利要求22所述的方法，其中限制所述脉冲宽度包括提供约10伏特的输出电压。
24.如权利要求23所述的方法，其中在执行TIG摩擦启动时完成对电力电路的所述脉冲宽度的限制。
25.如权利要求19所述的方法，其中监视步骤包括监视输出电压。
26.如权利要求19所述的方法，其中监视步骤包括监视输出电流。
27.一种焊接类型电力供应装置，包括：
电力电路；
限制装置，所述限制装置被连接到所述电力电路并且用于在执行TIG摩擦启动时限制所述电力电路的脉冲宽度；
监视装置，所述监视装置被连接到所述限制装置并且用于监视焊接电弧的形成；
结束装置，所述结束装置被连接到所述限制装置并且用于在已经检测到所述焊接电弧之后结束所述限制；以及
延迟装置，所述延迟装置被连接到所述结束装置并且用于延迟所述结束以使得所述焊接电弧稳定，
其中限制所述脉冲宽度包括限制所述脉冲宽度以减慢输出电流转换速率，使所述输出电流转换速率小于没有所述限制时所能提供的输出电流转换速率。
28.如权利要求27所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括提供装置，所述提供装置被连接到所述电力电路并且用于在所述结束之后提供闭环控制。
29.如权利要求27所述的焊接类型电力供应装置，其中所述限制装置包括被连接到所述电力电路并且用于将输出电压限制到约10伏特的限制装置。
30.如权利要求27-29中任一项权利要求所述的焊接类型电力供应装置，所述焊接类型电力供应装置包括切换式电力电路和控制输入，所述切换式电力电路被设置以接收输入电力并且向焊接输出提供焊接类型电力，并且所述焊接类型电力供应装置进一步包括控制器，其中所述控制器包括：
控制输出，所述控制输出被连接到所述控制输入；
反馈输入，所述反馈输入被连接以接收指示电弧存在或不存在的反馈；
pwm模块，所述pwm模块被连接到所述控制输出；
脉冲宽度限制模块，所述脉冲宽度限制模块被连接以限制所述pwm模块，并且响应于所述反馈输入。
31.如权利要求30所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括反馈电路，所述反馈电路被连接到所述焊接输出并且被连接到所述反馈输入。
32.如权利要求31所述的焊接类型电力供应装置，进一步包括延迟模块，其中所述脉冲宽度限制模块响应于所述延迟模块。
33.如权利要求32所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块响应于所述反馈输入。
34.如权利要求33所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块是固定时间延迟模块。
35.如权利要求34所述的焊接类型电力供应装置，其中所述延迟模块是一毫秒延迟模块。
36.如权利要求33所述的焊接类型电力供应装置，其中所述脉冲宽度限制模块具有约10伏特的输出电压的设定值。
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多丝埋弧焊低线能量化高效焊接工艺探讨;赵波等;《钢管》;20140831;第43卷(第4期);第49页 *

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