CN108472760A - 具有非旋转致动器的焊丝输送设备 - Google Patents

Abstract

焊丝输送系统包括被配置为接合、脱离和移动焊丝(42)的非旋转致动器(58)。在某些实施例中，焊丝(42)输送系统包括压电步进电动机、压电蜗杆传动器、压电波传动器、形状记忆合金、螺线管活塞、线性致动器(125)或电动机或者音圈致动器。

Description

具有非旋转致动器的焊丝输送设备

相关申请的交叉引用

本申请是于2015年12月31日申请的标题为“Wire Delivery Apparatus with aNon-Rotational Actuator(具有非旋转致动器的焊丝输送设备)”的美国临时专利申请号62/273,832的美国非临时专利申请，该美国临时专利申请的全部内容出于全部目的通过引用并入本文。

背景技术

本公开总体上涉及焊接系统，并且更具体地涉及具有送丝系统的焊炬，该送丝系统包括压电机构，诸如压电步进电动机和压电蜗杆传动器。

各种各样的焊接系统和焊接控制方案已经被实施用于各种目的。在使用消耗性电极的连续焊接工艺中，气体保护金属极电弧焊(GMAW)，更具体地惰性气体保护金属极电弧焊(MIG)或活性气体保护金属极电弧焊(MAG)技术(统称为GMAW)允许通过从焊炬(焊炬)进给焊丝电极而形成连续焊珠。对焊丝施加电功率，并且通过工件完成电路以维持电弧，该电弧使焊丝和工件熔化以形成期望的焊缝。另一种消耗性电极电弧焊接工艺是埋弧焊(SAW)，其中电弧埋在助焊剂层下面。可以将消耗性焊丝进给到GMAW或SAW熔池或通过非消耗性电极工艺(诸如气体保护钨极电弧焊(GTAW)(也称为惰性气体保护钨极(TIG)焊接)、等离子体弧、激光器、电子束等等)形成的熔池中，其中填充焊丝被添加到熔池用于焊接、包覆、堆焊、表面硬化和钎焊。添加的焊丝可以为“冷的”或接收的(例如，被称为“冷焊丝”)，或者以电阻方式或感应方式预热(例如，被称为“热焊丝”)。本文描述的实施例适用于所有上述工艺，其中焊丝用作消耗品，因此出于本公开的目的如本文使用的术语“焊接”特此被定义为包括这些工艺。

使用消耗性电极的高级形式的焊接可以基于焊丝与由工件和焊丝的熔化金属形成的前进焊接熔池之间的受控短路。控制短路行为的一种方法是经由焊接电源中的电流调节或辅助开关在短路-电弧(short-to-arc)和电弧-短路(arc-to-short)转变期间减小焊接电流。

在其它应用中，受控短路可以由往复式送丝系统形成，该往复式送丝系统被配置为使焊丝振荡进出前进的焊接熔池。通过使焊丝振荡进出熔池，在焊丝端部处的液体可以机械地浸入熔池中并且当将焊丝拉出熔池时与焊丝脱离，由此完成“受控短路”效应。除了消耗性电极电弧焊接中的受控短路之外，往复式送丝还可用于采用填充金属的非消耗性电极电弧焊接，诸如热焊丝或冷焊丝TIG，其中焊丝通过往复式送丝振荡并且被进给到由非消耗性TIG电弧形成的熔池。通常，焊丝的机械运动缓慢。为了达到所需的较高熔敷速度和较快的焊接行进速度，焊丝必须以超过每分钟1000英寸，并且在100％占空比下以超过100Hz的速率双向移动。传统的往复式送丝系统使用双向电动机，其通常具有相对较高的转矩要求以克服电动机、传动辊和/或齿轮的惯量。另外，双向电动机可能对往复频率有限制(这进而对送丝速度和行进速度以及生产率施加了限制)，并且可能容易过热，和/或可能尺寸过大，这可能导致焊接接头可及性问题。

发明内容

在某些实施例中，焊丝输送系统包括非旋转致动器，该非旋转致动器被配置为接合、脱离和移动焊丝。在某些实施例中，焊丝输送系统包括压电步进电动机、压电蜗杆传动器、压电波传动器(piezoelectric wave drive)、形状记忆合金、螺线管活塞、线性致动器或电动机，或者音圈致动器。通常，焊丝输送系统的部件都不包括旋转以驱动焊丝的致动机构(即，产生使焊丝移动的力的机构)。

附图说明

图1是根据本公开的实施例包括具有送丝系统的焊炬的焊接系统的图示，该送丝系统包括用于将焊丝进给通过焊炬的压电机构；

图2是根据本公开的实施例被配置成手动焊接操作的图1的焊炬的剖面侧视图；

图3是根据本公开的实施例被配置成自动焊接操作的图1的焊炬的透视图；

图4A到4G示出根据本公开的实施例图1的焊炬的送丝系统的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统包括压电步进电动机；

图5A到5F示出根据本公开的实施例图1的焊炬的送丝系统的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统包括压电蜗杆传动器；

图6A到6D示出根据本公开的实施例图1的焊炬的送丝系统的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统包括压电波传动器；

图7示出根据本公开的实施例被配置为在起弧期间提升焊丝的送丝系统；

图8示出根据本公开的实施例具有环形钩提升装置的送丝系统，该环形钩提升装置可由压电构件、形状记忆合金或螺线管活塞致动；和

图9A和9B示出根据本公开的实施例具有用于夹紧、推进和保持焊丝的多个尖齿的送丝系统。

具体实施方式

可理解，本公开的实施例提供了对传统往复式送丝系统(例如，利用双向电动机的系统)的改进。例如，本公开的送丝系统的某些实施例可以利用压电机构(诸如压电步进电动机、压电蜗杆传动器或其它压电动机构)，其可能更便宜、更小、较不易过热、可使用比双向电动机更小的转矩，并且可实现以较高频率改变焊丝方向。另外，本公开的实施例可以用在现有的送丝系统中。换句话说，可以对现有的送丝系统进行改装以包括本公开的压电送丝机构。本公开的实施例还可以实现起弧的改进、焊接操作期间飞溅的减少、更高的行进速度、焊缝晶粒细化、更高的延展性以及对焊接操作的其它改进。虽然本公开在焊接系统背景下描述实施例，但是本技术还可以用于也使用消耗性电极的其它工艺，诸如包覆或钎焊。

现在转到附图并且首先参考图1，将示例性焊接系统示出为包括经由导体或导管14彼此联接的电源10和送丝器12。例如，焊接系统可以为机器人自动化的自动焊接系统。在所示的实施例中，电源10与送丝器12分开，以使得送丝器12可以定位在靠近焊接位置与电源10相距某一距离处。然而，应当理解，在一些实施方案中，送丝器12可以与电源10集成一体。在这种情况下，除接地导管之外，导管14可以在该系统内部。在送丝器12与电源10分开的实施例中，端子通常被设置在电源10和送丝器12上，以使导体或导管14能够联接到系统，以便使电力和气体能够从电源10提供给送丝器12，并且使数据得以在所述两个装置之间交换。

该系统被设计成将焊丝、电力和保护气体提供给焊炬16。本领域技术人员可理解，焊炬16可以具有许多不同的类型，并且通常允许将焊丝和气体进给到与工件18邻近的位置，在该位置中将要形成焊缝以接合两块或更多块金属。通常，第二导体14延伸到焊接工件18，以便完成电源10与工件18之间的电路。

该系统被设计成允许操作者具体地经由设置在电源10上的操作者接口20选择焊接参数设定。操作者接口20通常可被包括到电源10的前面板中，并且可允许对设定(诸如焊接工艺、要使用的焊丝的类型、电压和电流设定等)进行选择。具体地，该系统被设计成允许利用被输送通过焊炬16的消耗性电极(诸如各种钢、铝或其它焊丝)进行焊接。这些焊接设定被传送到电源10内的控制电路系统22。该系统可以具体地适应于实施针对某些电极类型设计的焊接方案。

控制电路系统22操作以控制焊接功率输出的产生，该焊接功率输出被施加到焊丝以执行期望的焊接操作。控制电路系统22联接到功率转换电路系统24。该功率转换电路系统24适应于在焊炬16处形成对焊丝施加的输出功率。可以采用各种功率转换电路，其中包括断续器、升压电路系统、降压电路系统、逆变器、转换器等等。这种电路系统24的配置可以为本领域公知的类型及其本身。功率转换电路系统24如箭头26所示联接到电源。施加到功率转换电路系统24的电力26可以源自电力网，但是也可以使用其它电力来源，诸如由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代来源产生的电力。最后，图1所示的电源10包括接口电路系统28，该接口电路系统被设计成使控制电路系统22能够与送丝器12交换信号。

送丝器12包括与接口电路系统28联接的互补接口电路系统30。在一些实施例中，可以在两个部件上都设置多管脚接口，并且在接口电路系统28、30之间延伸多导体电缆以允许在电源10、送丝器12或这两者上设定诸如送丝速度、工艺、选定的电流、电压或功率电平等信息。

送丝器12还包括与接口电路系统30联接的控制电路系统32。控制电路系统32使送丝速度得以根据操作者选择进行控制，并且使这些设定得以经由接口电路系统30而反馈到电源10。控制电路系统32与在送丝器12上的操作者接口34联接，以允许选择一个或多个焊接参数，特别是送丝速度。操作者接口34还可以允许选择诸如工艺、所用的焊丝的类型、电流、电压或功率设定等等焊接参数。控制电路系统32还联接到气体控制阀36，该气体控制阀调节流向焊炬16的保护气体的流量。通常，这种气体在焊接时被提供，并且可以在焊接之前立即开启并且在焊接后持续开通短时间。施加到气体控制阀36的气体通常以加压瓶的形式提供，由附图标记38表示。

送丝器12包括部件以便于在控制电路系统32的控制下将焊丝进给到焊炬16并且由此进给到焊接应用。例如，焊丝42的一个或多个供应器(例如，焊丝盘、焊丝盒等)可以容置在送丝器12中。焊丝42从焊丝供应器40(例如，焊丝盘)进给并且逐渐进给到焊炬16。焊丝供应器40可以与离合器44相关联，当焊丝42要被进给到焊炬16时，该离合器脱离焊丝供应器40。对离合器44也可以进行调节以保持最小摩擦水平以避免焊丝供应器40的自由旋转。驱动电路系统46被设置成与送丝系统48接合以将焊丝42从送丝器12推向焊炬16。具体地，送丝系统48被配置为将焊丝42移向焊炬16(并且因此移向工件18)，以实现焊炬16的“受控短路”操作。例如，在某些实施例中，送丝系统48可以由驱动电路系统46驱动以驱动来自送丝器12的焊丝42。在某些实施例中，驱动电路系统46可以包括放大器，该放大器由功率运算放大器(op-amp)、MOSFET、晶体管和/或具有逻辑门脉冲电路系统或高峰-峰值电压驱动电路系统的电阻器-电容器(RC)电路系统制成，其中输出匹配如本文所述的送丝系统48中的压电机构、压电致动器等等的谐振频率。可理解，在某些实施例中，送丝器12的控制电路系统32和/或驱动电路系统46可以类似地驱动焊炬16中的送丝系统58。另外，在实施例中，其中未使用送丝器12(例如，当仅使用焊炬16中的送丝系统58时)，电源10反而可以包括驱动电路系统以便于控制对焊炬16中的送丝系统58的驱动。

最后，在某些实施例中，可以设置送丝速度传感器50以检测焊丝42的速度。在某些实施例中，送丝速度传感器50可以被配置为直接检测从送丝器12进给焊丝42的速度。例如，在某些实施例中，送丝速度系统50可以包括与编码器联接的惰辊，该编码器直接与焊丝42对接以直接测量实际送丝速度。在某些实施例中，可以将来自送丝速度传感器50的信号反馈给控制电路系统32，以便于诸如闭环反馈控制或前馈控制。

通常借助于常规用于焊丝、气体和焊接电流/电压/电力的复合电缆52(或单独的电缆)对焊丝42施加来自电源10的电力。类似地，在某些实施例中，将保护气体进给通过送丝器12和复合电缆52。另外，在某些实施例中，复合电缆52可以包括一根或多根控制电缆以便于驱动设置在焊炬16中的送丝系统58中的压电机构、压电致动器和/或控制信号放大器。在焊接操作期间，将焊丝42通过复合电缆52朝向焊炬16推进。在从焊接序列控制器(例如，在电源10内部的控制电路系统22内部)接收到命令时，就开通气流，推进焊丝42，将电力施加到复合电缆52并且通过焊炬16施加到前进焊丝42。最后，工件电缆和夹具56使电路能够闭合，该电路从电源10通过焊炬16、焊丝42、电弧和工件18返回到功率转换电路系统24。

虽然驱动电路系统46、送丝系统48和送丝速度传感器50被示为在图1中的送丝器12内部，但是这些元件可以为分立的部件或者可以为另一个系统的部件。在一些实施例中，可以存在一个或两个送丝系统48、58以便于焊丝输送。例如，当焊丝与衬里的摩擦阻力高或必须克服焊丝盘惯量时，可以使用双送丝器布置。在这种实施例中，送丝器12中的一个送丝系统48可以被认为是“辅助送丝系统”，以将焊丝42通过复合电缆52从焊丝供应器40推到焊炬16，而焊炬16中的另一个送丝系统58可以被认为是“主送丝系统”以拉动焊丝42穿过复合电缆52。在这些实施例中，这两个送丝系统48、58都可以由电源10的控制电路系统22和/或送丝器12的控制电路系统32(例如，通过电源10和/或送丝器12的接口电路系统28、30)同步。这些实施例可以被称为“推拉式”送丝系统；然而，可理解，也可以实施“推推式”送丝系统。在其它实施例中，可以使用送丝系统58代替送丝器12的送丝系统48。在这种实施例中，复合电缆52可以直接连接到电源10，而送丝器12的控制电路系统32反而可以位于电源10中，以便例如控制送丝系统58的压电传动器。无论如何，在某些实施例中，如本文所述，送丝系统48、58可以以大致类似的方式起作用。

应当注意，也可以实施其它系统布置和输入方案。例如，可以将焊丝42从大容量存储容器(例如，筒)或者从送丝器12外部的一个或多个焊丝盘进给。类似地，在某些实施例中，可以将焊丝42从“焊丝盘供应枪”(“spool gun”)进给，其中焊丝盘被安装在焊炬16上或附近。在这些实施例中，甚至可以不使用送丝器12。确切而言，在这些实施例中，可以仅使用焊炬16中的送丝系统58来将焊丝42从安装在焊炬16上或附近的焊丝盘拉出。无论如何，如本文更详细所述，焊炬16中的送丝系统58包括压电机构，其中电场被施加到压电构件，由此在压电构件中产生机械变形，由此通过将焊丝42拉动穿过焊炬16而促进将焊丝42输送穿过焊炬16。例如，在某些实施例中，焊炬16中的送丝系统58可以包括压电步进电动机或压电蜗杆传动器，如本文更详细所述。

图2是图1的焊炬16的剖面侧视图。如所示，焊炬16包括手柄60、触发器62、颈部64和喷嘴组装件66。复合电缆52电联接到触发器62。具体地，在某些实施例中，复合电缆52包括用于触发器62的至少两条单独的控制线。触发器62使得用户能够控制焊丝42的供应和来自电源10和/或送丝器12的电力。当触发器62被启动(例如，按下)时发生多个事件。一个事件是：送丝器12中的送丝系统48和/或焊炬16中的送丝系统58将焊丝42从送丝器12中的焊丝供应器40(或安装在焊炬16上或附近的焊丝盘)拉出，并且进给焊丝42穿过复合电缆52和焊炬16。另外，一旦焊丝42移向工件18，来自电源10和/或送丝器12的电力就被供应到焊丝42。另外，在某些实施例中，可以对焊炬16进行适应性改变以实现可由触发器62控制的气流68。焊丝42和气流68可以通过颈部64朝向工件18进给。喷嘴组装件66将焊丝42和气流68引向工件18。

在某些实施例中，如本文所述，焊炬16的送丝系统58不仅可以促进焊丝42进给穿过焊炬16(如箭头70所示)，而且可以促进焊丝42通过焊炬16缩回(如箭头72所示)。如图3所示，在某些实施例中，送丝系统58可以设置在焊炬16的手柄60内。然而，在其它实施例中，送丝系统58可以被设置在焊炬16的颈部64内。事实上，送丝系统58可以被设置在焊炬16的任何部分内。无论如何，电源10和/或送丝器12的控制电路系统22、32(或其它控制电路系统)都可以将电信号传输到送丝系统58，以便可以在送丝系统58的压电机构中产生电场，从而使得压电机构机械变形以致使焊丝42完成通过焊炬16的移动(例如，进给和/或缩回)。

可理解，虽然图2所示的焊炬16的实施例被配置为供操作人员在手工焊接工艺中使用，但是在某些实施例中，焊炬16可以用于自动焊接工艺。例如，如图3所示，焊炬16可以联接到机器人位置操纵系统74，诸如图3所示的机器人臂。在这种实施例中，焊炬16不包括触发器62。确切而言，焊丝42、电功率和气体通过焊炬16的流动可以完全由电源10和/或送丝器12的控制电路系统22、32(或其它控制电路系统)控制。

如本文所述，焊炬16的送丝系统58包括压电构件，在该压电构件中产生电场，这些电场引起压电构件的机械变形，这些机械变形引起压电构件与焊丝42相互作用从而影响焊丝42通过焊炬16的移动(例如，进给和/或缩回)。送丝系统58的压电构件可以包括各种实施例。可理解，如本文所述，送丝器12的送丝系统48可以以与焊炬16的送丝系统58大致类似的方式起作用。

图4A到4G示出焊炬16的送丝系统58的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统58包括压电步进电动机(也被称为压电步进传动器)。如所示，在某些实施例中，送丝系统58可以包括第一多个压电构件76和第二多个压电构件78，其中第一多个压电构件76中的每一个压电构件都被配置为与第一多个压电构件76中的其它压电构件同步，并且第二多个压电构件78中的每一个压电构件都被配置为与第二多个压电构件78中的其它压电构件同步。通常，例如，在任何给定时间，第一多个压电构件76或第二多个压电构件78都与焊丝42接触。虽然仅被示为设置在焊丝42的一侧上，但是在某些实施例中，压电构件76、78可以设置在焊丝42的相对(或甚至多侧)侧上。

如图4A到4G所示，第一多个压电构件76中的每一个压电构件都具有松弛状态(参见例如图4C)，在该松弛状态期间不向压电构件施加电压，并且第二多个压电构件78中的每一个压电构件都具有松弛状态(参见例如图4F)，在该松弛状态期间不向压电构件施加电压。从这些松弛状态起，可以向压电构件施加电压直至最大延伸状态(例如，参见图4F的第一多个压电构件76和图4C的第二多个压电构件78)。

在某些实施例中，可以向本文所述的压电构件施加60伏到200伏之间(或甚至更高)的电压。在某些实施例中，电流/功率限制(或消弧电路(crowbar))可以用于保护。本文描述的压电构件表现得像电容器，因此送丝系统58的驱动电路系统为压电构件的电容性负载提供电荷。在某些实施例中，送丝系统58的驱动电路系统(例如，在使用送丝器12的情况下的驱动电路系统46、在不使用送丝器12的情况下的电源10的类似驱动电路系统，或焊炬16本身中的类似驱动电路系统)可以包括低/高电压放大器，以驱动送丝系统58的低/高压电致动器。在某些实施例中，放大器可以物理地位于压电构件附近，而驱动电路系统的其余部分可以位于电源10和/或送丝器12内部(即，远离送丝系统58)。取决于例如是否使用位置传感器来闭合位置回路，驱动电路系统可以以闭环模式或开环模式操作。在某些实施例中，因为焊炬16的操作温度在电弧附近可能升高，并且压电构件的压电电容可能对这种升高的温度敏感，驱动电路系统可以包括温度传感器。在某些实施例中，对于驱动电路系统，可以考虑压电构件的压电负载的电容非线性和温度依赖性，并且对它们进行补偿。在某些实施例中，驱动电路系统还可以包括功率回收来回收送丝系统58的压电致动器未使用的无功能量。

可理解，第一多个压电构件76和第二多个压电构件78的周期性本质使得第一多个压电构件76和第二多个压电构件78交替地接触焊丝42并且确实导致交替的第一多个压电构件76或第二多个压电构件78使焊丝42沿着轴向方向80移动(例如，进给)通过焊炬16。更具体地，图4E到4G示出第一多个压电构件76接触焊丝42并且致使焊丝42沿着轴向方向80移动，而图4B到4D示出第二多个压电构件78接触焊丝42并且致使焊丝42沿着轴向方向80移动。可理解，图4A到4G所示的第一多个压电构件76和第二多个压电构件78的周期性致动也可以被逆转而导致沿着与轴向方向80相反的轴向方向的移动(例如，缩回)。

替代地，图5A到5F示出焊炬16的送丝系统58的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统58包括压电蜗杆传动器(也被称为爬行电动机(inchworm motor))。如所示，在某些实施例中，送丝系统58可以包括第一压电构件82和第二压电构件84以及第三压电构件86，所述第一压电构件82和第二压电构件84具有与焊丝42的纵向轴线大致垂直的纵向轴线，该第三压电构件被设置在第一压电构件82与第二压电构件84之间并且具有与焊丝42的纵向轴线大致平行的纵向轴线。虽然仅被示出为设置在焊丝42的一侧上，但是在某些实施例中，压电构件82、84、86可以设置在焊丝42的相对侧(或甚至多侧)上。

事实上，在本文所述的所有实施例中，可以利用辊子、球体、圆盘或圆柱体作为轴承(例如，作为被动支撑件)将焊丝42支撑在焊丝42的相对侧上以平衡由压电致动器以及本文所述的其它非旋转致动器施加于焊丝42的横向力。另外，在某些实施例中，压电致动器以及本文所述的其它非旋转致动器的镜像设置可以用在焊丝42的相对侧上(例如，作为主动支撑件)。

如图5A所示，压电构件82、84、86中的每一个都可以在松弛状态下启动，在该松弛状态下期间不向压电构件82、84、86施加电流。然后，向第一压电构件82施加电流，由此使第一压电构件82膨胀，如箭头88所示，从而第一压电构件82对焊丝42施加力(参见图5B)。然后，当电流保持在第一压电构件82中(并且因此保持第一压电构件82对焊丝42施加的力)时，可以将电流施加到第三压电构件86，同时使第二压电构件84保持就位，由此使第三压电构件86膨胀，如箭头90所示，从而第三压电构件86致使焊丝42沿着轴向方向92移动(参见图5C)。

然后，消除施加于第一压电构件82的电压，由此使第一压电构件82收缩，如箭头94所示，从而消除第一压电构件82对焊丝42施加的力(参见图5D)。另外，几乎同时，将电压施加到第二压电构件84，由此使第二压电构件84膨胀，如箭头96所示，从而第二压电构件84对焊丝42施加力(参见图5D)。然后，当电压保持在第二压电构件84中(并且因此保持第二压电构件84对焊丝42施加的力)时，消除施加于第三压电构件86的电压，同时使第一压电构件82保持就位，由此使第三压电构件86收缩，如箭头98所示，从而第三压电构件86致使焊丝42再次沿着轴向方向92移动(参见图5E)。然后，消除施加于第二压电构件84的电压，由此使第二压电构件84收缩，如箭头100所示，从而使送丝系统58恢复至类似于图5A的松弛状态(参见图5F)。可理解，也可以将图5A到5F所示的压电构件82、84、86的周期性致动逆转而导致沿着与轴向方向92相反的轴向方向的移动(例如，缩回)。

替代地，图6A到6D示出焊炬16的送丝系统58的压电构件之间的一系列相互作用，其中该送丝系统58包括压电波传动器。如所示，在某些实施例中，送丝系统58可以包括多个压电波构件102，当电压交替地施加和消除时，该多个压电波构件以“波状”图案移动。在某些实施例中，压电波构件102的波状图案与圆柱形环或球形球相互作用，该圆柱形环或球形球与焊丝42相互作用，由此导致焊丝42沿着轴向方向移动(前后移动，这取决于压电波构件102的致动模式)。

无关于具体的压电配置，在某些实施例中，焊炬16的送丝系统58都包括压电构件(例如，压电晶体材料、压电陶瓷材料、锆钛酸铅(PZT)材料等)，该压电构件与焊丝42相互作用以实现焊丝42移动通过焊炬16。在其它实施例中，送丝系统58可以包括其它类型的材料，所述材料被配置为一经施加电信号就膨胀和收缩，并且以与参考图4到6描述的实施例类似的方式与焊丝42相互作用。另外，图4到6所示的实施例仅仅是示例性的，并非旨在限制可在焊炬16的送丝系统58中实施的具体的非旋转机械特征。

现在返回图2，在某些实施例中，复合电缆52、至少部分地设置在焊炬16和复合电缆52内的焊丝衬里106、或这两者可以包括主动驱动的压电蜗杆传动器或压电波传动器(类似于参考图5和6所示的实施例)，或者交错在一起以促进输送焊丝42的主动驱动的蜗杆传动器与被动辊子的组合。在某些实施例中，压电构件可以分布在焊丝衬里106或复合电缆52各处中(例如，大约每英尺)，并且可以简单地用作焊丝制动器，这可以在例如机器人使空气运动回转时帮助防止焊丝42在焊丝衬里106内部被碾碎，否则焊丝42在下一次起弧期间会相对突然地射出。虽然单独的压电构件可能尺寸相对较小，但是可以使用沿着焊丝输送路径(例如，沿着衬里106和/或复合电缆52的长度)分布的多个压电构件的总体功率以分布方式推进焊丝42。换句话说，多个压电构件可以共同形成分布式焊丝输送系统，该分布式焊丝输送系统包括被配置为输送焊丝42的多个低功率且低惯量的协调致动器。

本文描述的实施例导致就起弧而言显著的改进。在常规的起弧中，一经接触就立即输送冲击电流(slug of current)，并且焊丝42爆碎，形成电弧并同时像熔断器一样将爆碎的焊丝碎片抛出。更优雅的起弧方式是感测接触，输送小电流(例如，使电源10处于例如最大20安培或者可能最大50安培的电流限制模式)，将焊丝42稍微提升(例如，用参考图5A到5F讨论的蜗杆传动器提升0.1mm到1mm)，以有限安培数拉出电弧，然后在更高的送丝速度下斜升至更高的电流。使用这种技术，与常规的起弧一样，没有大块焊丝42将被吹掉。

在某些实施例中，送丝系统58可以仅在起弧期间包括焊丝提升装置。图7示出包括送丝系统58的示例性实施例，该送丝系统被配置为在起弧期间提升焊丝42。在所示的实施例中，焊炬16的颈部64包括腔体108，该腔体使得焊丝衬里106能够横向移动，如箭头110所示。在起弧序列期间，使焊丝42逐渐下降直到电压传感器(例如，在某些实施例中设置在焊炬16、送丝器12或电源10中)检测到短路。此时，送丝停止或暂停，腔体108上游的第一致动器112(诸如压电构件、形状记忆合金或螺线管活塞(例如，用作焊丝制动器))接合使得焊丝42的第一端保持或固定就位，而焊丝42的另一端(即，工件18附近)可自由移动。在某些实施例中，第一致动器112可以为送丝器12的送丝系统48。然后，来自电源10的小电流(例如，在某些实施例中，在15安培到20安培之间、在10安培到25安培之间、小于30安培、小于40安培，或小于50安培)通过短路。然后，第二致动器114(诸如压电构件、形状记忆合金或螺线管活塞)可以将焊丝衬里106从腔体108的一侧横向地(如箭头110所示)推向另一侧，因此提升焊丝42使其离开工件18以在受控的、相对低的电流电平(例如，在某些实施例中，在15安培到20安培之间、在10安培到25安培之间、小于30安培、小于40安培，或小于50安培)引发电弧。然后，电源10可以将相对低的电流电平斜升到相对高的电流电平(例如，在某些实施例中，大于60安培、大于70安培、大于80安培、大于90安培、大于100安培，或者甚至更大)，同时使焊丝的送丝速度(例如，通过致动器112、114)逐渐增加。

送丝系统58的其它实施例包括其它提升装置。例如，图8示出具有环形钩提升装置的送丝系统58，该环形钩提升装置可以由压电构件、形状记忆合金或螺线管活塞致动。环形钩提升装置的环116围绕焊丝42，但是将在一侧(例如，通过压电构件、形状记忆合金或螺线管活塞)被环形钩提升装置的钩118提升并且竖起(或翻转)，如箭头120所示，由此拉动焊丝42，如箭头122所示。如图所示，在某些实施例中，环形钩提升装置的环116可以具有一定的长度，诸如套筒，以对焊丝42提供更好的支撑。

图9A和9B示出与自动铅笔功能相类似的送丝系统58的又一个实施例，该送丝系统58具有带有多个尖齿124的夹头123，该多个尖齿124被配置为稍微或者以小增量夹持、推进和保持焊丝42(而不是铅笔芯)，并且可以由线性致动器125(例如，微型压电晶体、音圈、螺线管等等)驱动。所示的实施例包括夹头123，该夹头123在夹头123的一端处具有螺纹126，其可以与线性致动器125的配合螺纹相互作用，这有助于对夹头123的线性致动。然而，在其它实施例中可以使用不同类型的线性致动器。在某些实施例中，可以使用离合器式或棘轮式机构。图9A示出处于其自然形状的夹头123，其中尖齿124展开(例如，不受约束)。在该状态下，尖齿124之间的开口足够大以允许焊丝无限制地穿过夹头123。无论如何，如图9B所示，一旦夹头123(和尖齿124)被线性地致动远离电弧，如箭头127所示，离合器环128就会对尖齿124(以及因此对焊丝42)施加径向向内的力，由此接合焊丝42同时还使焊丝42远离电弧。相反地，当夹头123(和尖齿124)(例如，沿着与箭头127相反的轴向方向)朝向电弧线性地被致动时，尖齿124再次被释放而恢复它们的松弛状态(例如，如图9A所示)，由此允许焊丝42也自由移动。多个尖齿124可以围绕焊丝42的圆周更均匀地施加力，并且可以具有较小的倾向使焊丝42弯曲。在又一个实施例中，可以使用一组楔形压电晶体来夹持焊丝42，而另一组压电晶体以翻转定向夹持并缩回焊丝42。在这种实施例中，如本文所述，钳口可以打开并且在受到电压刺激时同时以90度角移动而关闭。可理解，在特定于GMAW工艺的某些实施例中，图9A和9B所示的送丝系统58可以设置在GMAW触头和送丝存储缓冲器(例如，腔体或超大尺寸的衬里)之间的焊丝输送路径中，在该GMAW触头处焊丝42离开焊炬16(例如，图9A和9B所示的送丝系统58的下游)，以便卷起过量缩回的焊丝42(例如，图9A和9B所示的送丝系统58的上游)处并且在提升期间(例如，更上游)焊丝驱动器仍然和焊丝42接合。

虽然本文中被描述为主要包括压电构件，但是本文描述的实施例包括具有大量的非旋转致动器(而不是通常由旋转电动机驱动的常规送丝驱动辊)的送丝系统58，所述致动器能够接合焊丝42并且稍微缩回焊丝42。例如，如本文所述，非旋转致动器可以包括形状记忆合金、螺线管活塞、线性致动器、线性电动机(例如，定子和转子展开)、音圈致动器等等，并且还可以包括多种形状(诸如楔形物、钩、套筒、棘轮、尖齿，离合器等等)以便与焊丝42相互作用。本文描述的实施例能够沿着向前的轴向(例如，进给)方向以及向后的轴向(例如，缩回)方向轴向移动焊丝，从而可以完成单向(例如，进给)和双向(例如进给和缩回)引导(例如，驱动)焊丝通过焊炬16。另外，虽然在本文中被描述为主要包括焊丝输送系统，但是在其它实施例中，包覆和钎焊系统可以利用本公开的技术来推进消耗性电极。类似地，在其它实施例中，TIG/激光器/等离子体系统可以利用本公开的技术来推进填充金属焊丝以添加到熔池中。

虽然本文仅说明和描述了本公开的某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (25)

1.一种焊丝输送系统，包括非旋转致动器，所述非旋转致动器被配置为沿着焊丝输送路径接合、脱离和移动焊丝。

2.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器被配置为双向移动所述焊丝。

3.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器被配置为将所述焊丝移动通过焊炬。

4.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器至少部分地设置在焊炬中。

5.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器至少部分地设置在被配置为与焊炬联接的电缆中。

6.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器至少部分地设置在送丝器中，所述送丝器将所述焊丝输送到焊炬。

7.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器至少部分地沿着从焊丝供应器到焊炬或送丝管的出口端的焊丝输送路径设置。

8.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括压电装置。

9.根据权利要求8所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括压电步进电动机。

10.根据权利要求8所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括压电蜗杆传动器。

11.根据权利要求8所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括压电波传动器。

12.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括形状记忆合金。

13.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括螺线管活塞。

14.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括线性致动器或线性电动机。

15.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括音圈致动器。

16.根据权利要求1所述的焊丝输送系统，其中所述非旋转致动器包括楔形致动器。

17.一种焊丝输送系统，包括一个或多个构件，所述一个或多个构件被配置为基于施加到所述一个或多个构件的电压而膨胀或收缩，其中所述一个或多个构件被配置为基于所述膨胀或收缩而接触焊丝以使所述焊丝移动通过焊丝输送路径。

18.根据权利要求17所述的焊丝输送系统，其中所述焊丝输送系统包括压电步进电动机，所述压电步进电动机包括所述一个或多个构件。

19.根据权利要求17所述的焊丝输送系统，其中所述焊丝输送系统包括压电蜗杆传动器，所述压电蜗杆传动器包括所述一个或多个构件。

20.根据权利要求17所述的焊丝输送系统，其中所述焊丝输送系统包括压电波传动器，所述压电波传动器包括所述一个或多个构件。

21.一种方法，包括：

感测焊丝与工件之间的短路；

输送低电流通过所述焊丝；

使用非旋转致动器将所述焊丝提升远离所述工件；

用所述输送的低电流引发电弧；以及

从所述低电流斜升到更高电流同时增加所述焊丝的送丝速度。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述低电流等于或小于50安培。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述非旋转致动器包括压电步进电动机、压电蜗杆传动器、压电波传动器、形状记忆合金、螺线管活塞、线性致动器或线性电动机、音圈致动器或其某种组合。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述非旋转致动器设置在焊炬中。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述焊炬包括焊丝缓冲器，以在所述焊丝被提升远离所述工件时容纳过量缩回的焊丝。