CN108698151A - 往复送丝焊接系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种往复送丝系统(48)，包括：第一驱动辊(72)，该第一驱动辊包括第一组突起(92)，该第一组突起从第一驱动辊径向向外延伸并被配置成向着第一线性方向驱动焊丝(42)；以及第二驱动辊(74)，该第二驱动辊被设置成邻近于第一驱动辊，其中第二驱动辊包括第二组突起(92)，该第二组突起从第二驱动辊径向向外延伸并被配置成向着与第一线性方向相反的第二线性方向驱动焊丝，其中第一驱动辊(72)和第二驱动辊(74)不同时接触焊丝。

Description

往复送丝焊接系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请主张2015年12月28日申请的名为“往复送丝焊接系统和方法(RECIPROCATING WIRE FEED WELDING SYSTEM AND METHOD)”的第62/271,983号美国临时专利申请的优先权与权益，所述美国临时专利申请全文以引用方式并入本文中。
背景技术
本公开总的来说涉及焊接系统，并且更具体地说涉及被配置成在焊丝与形成中的焊缝之间实现受控短路的往复送丝系统。
已出于各种目的实施广泛范围的焊接系统和焊接控制方案。在以消耗性电极进行的连续焊接工艺中，金属极气体保护电弧焊(GMAW)并且更具体来说金属极惰性气体保护电弧焊(MIG)或金属极活性气体保护电弧焊(MAG)技术(统称为GMAW)允许通过从焊炬进给由气体(通常是惰性气体或含有惰性试剂的气体或例如CO2或氧气等活性气体)保护的焊丝电极而形成连续焊道。GMAW的一种变化是以在金属包层所围绕的内芯中含有助焊剂的消耗性电极进行的药芯焊丝电弧焊(FCAW)。在这些应用中，可在存在或不存在保护气体的情况下进行焊接。另一焊接工艺是埋弧焊(SAW)或简称为埋弧，其中通过固体粉末助焊剂代替气体来实现保护，并且将电弧埋在助焊剂层之下。另一焊接工艺使送丝从热源解耦，其中热源可以是激光、电子束、等离子体或TIG，并且焊丝(例如，消耗性电极)在进入(例如，熔敷)到由热源在工件上产生的熔融熔池中之前可以是冷的或“热的”(例如，预加热)。电力被施加到焊丝并且电路通过工件而完成以维持电弧，该电弧将焊丝和工件熔融来形成期望焊缝。
以消耗性电极进行的先进形式的焊接可基于在焊丝电极与由工件的熔融金属和焊丝电极形成的进行性焊接熔池之间的受控短路。一种控制短路行为的方法是经由电流调节或焊接电力供应器中的二次开关而在短路到电弧转变和电弧到短路转变期间降低焊接电流。
在其它应用中，受控短路可由往复送丝系统产生，该往复送丝系统被配置成使焊丝在进出进行性焊接熔池之间振荡。通过使焊丝在进出焊接熔池之间振荡，在焊丝的端部处的液体可被机械地浸到熔池中，并且在从熔池拔出焊丝时与焊丝分离，因此实现“受控短路”效果。通常，焊丝的机械运动缓慢。为了实现期望的较高熔敷速度和较快的焊接行进速度，焊丝必须在1000英寸/分钟以上以及100％占空比下100Hz以上的速率下双向移动。传统往复送丝系统使用双向马达，并且双向马达通常具有高转矩要求以克服马达、驱动辊和/或齿轮的惯性。双向马达可能对往复频率具有限制(这继而对送丝速度和行进速度以及生产率具有限制)，并且可能容易引起过热，和/或可能过大，这可导致焊接接头可达性问题。
发明内容
在一个实施例中，一种往复送丝系统包含：第一驱动辊，该第一驱动辊包括第一组突起，所述第一组突起从第一驱动辊径向向外延伸并被配置成向着第一线性方向驱动焊丝；以及第二驱动辊，所述第二驱动辊被设置成邻近于第一驱动辊，其中第二驱动辊包括第二组突起，所述第二组突起从第二驱动辊径向向外延伸并被配置成向着与第一方向相反的第二线性方向驱动焊丝，其中第一驱动辊和第二驱动辊不同时接触焊丝。
在另一实施例中，一种往复送丝系统包含：第一驱动辊，所述第一驱动辊被配置成接触焊丝；第二驱动辊，所述第二驱动辊被设置成在焊丝的同一侧上邻近于第一驱动辊，其中第二驱动辊被配置成接触焊丝；第一可膨胀辊，所述第一可膨胀辊相对于焊丝与第一驱动辊相对地设置；以及第二可膨胀辊，所述第二可膨胀辊相对于焊丝与第二驱动辊相对地设置，其中第一可膨胀辊被配置成电信号一经施加到第一可膨胀辊就径向膨胀，并且第二可膨胀辊被配置成电信号一经施加到第二可膨胀辊就径向膨胀。
在又一实施例中，一种方法包含：通过仅向着一个旋转方向旋转的马达来驱动往复送丝系统的齿轮的旋转；通过向着所述一个旋转方向驱动齿轮而朝着第一线性方向穿过往复送丝系统进给焊丝；以及通过向着所述一个旋转方向驱动齿轮而朝着与第一线性方向相反的第二线性方向使焊丝穿过往复送丝系统缩回。
在另一实施例中，一种消耗性填料金属输送系统包含：往复送丝齿轮组装件，所述往复送丝齿轮组装件被配置成通过净向前运动向前和向后移动焊丝；以及马达，所述马达被配置成驱动往复送丝齿轮组装件，其中马达被配置成在消耗性填料金属输送系统的操作期间仅向着一个方向旋转。
附图简单说明
图1是根据本公开的实施例具有往复送丝系统的焊接系统的示意图；
图2是根据本公开的实施例具有带齿驱动辊的往复送丝系统的实施例的立体图；
图3是根据本公开的实施例具有带齿驱动辊的往复送丝系统的实施例的立体图；
图4是根据本公开的实施例具有可膨胀驱动辊的往复送丝系统的实施例的立体图；
图5是根据本公开的实施例具有可膨胀驱动辊的往复送丝系统的实施例的立体图；
图6A是根据本公开的实施例具有行星齿轮系统的往复送丝系统的实施例的分解立体图；
图6B是根据本公开的实施例具有行星齿轮系统的往复送丝系统的实施例的组装立体图；
图7是根据本公开的实施例具有传感器系统的往复送丝系统的实施例的示意图；以及
图8是根据本公开的实施例具有行星齿轮系统的往复送丝系统的实施例的组装立体图。
具体实施方式
本公开的实施例涉及焊接系统的往复送丝系统。更具体来说，本公开的实施例包含往复送丝系统，其中所述往复送丝系统被配置成在操作期间由向着一个方向旋转的马达驱动，同时通过方向的迅速改变(例如，向前和向后)来线性地移动或驱动焊丝。例如，在一个实施例中，往复送丝系统包含带齿驱动辊系统，所述带齿驱动辊系统由仅向着一个方向旋转的马达驱动，并且实现焊丝的往复或振荡运动。在另一实施例中，往复送丝系统包含膨胀和收缩驱动辊系统，所述膨胀和收缩驱动辊系统由仅向着一个方向旋转的马达驱动，并且实现焊丝的往复或振荡运动。在又一实施例中，往复送丝系统包含行星齿轮组装件，所述行星齿轮组装件由仅向着一个方向旋转的马达驱动，并且实现焊丝的往复或振荡运动。下文更详细地论述这些实施例中的每一个。
可了解，本公开的实施例提供相对于传统往复送丝系统(例如，利用双向马达的系统)的改进。例如，本公开的往复送丝系统利用仅向着一个方向旋转的马达，其中所述马达可较便宜、较小、重量较轻、较不容易引起过热，可使用比双向马达小的转矩，并可实现在较高频率下焊丝方向的改变。此外，本公开的实施例可用于现有焊丝驱动系统中以增大的惯性逆转焊丝方向。换句话说，现有送丝系统可被改进为包含本公开的往复送丝系统。本公开的实施例还可实现电弧启动的改进、焊接操作期间的飞溅物的减少、较高行进速度、焊缝晶粒细化、较高延性以及焊接操作的其它改进。虽然本公开在焊接系统的上下文中描述实施例，但本公开的技术也可用于也使用消耗性电极(例如，填料金属)的其它工艺(例如，熔覆或铜焊)中。例如，本公开的系统可用于执行金属极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊、以热丝/冷丝进行的钨极惰性气体焊接、激光焊接、等离子体焊接、熔覆、铜焊工艺、多焊丝工艺或其任何组合。
应注意，本文中使用的术语“送丝机”包含被配置成进给焊丝的任何系统(例如，机构)。例如，送丝机可以是独立系统或另一系统的部件。在一个实施方案中，送丝机(例如，送丝机构)可以是焊炬的一部分(例如，内置部件)。因此，送丝机可与焊炬的接触焊嘴仅相距几英尺(例如，3到5英尺)。在另一实施例中，送丝机是焊炬插入到其中的独立封装的物体。例如，送丝机可实体上安装在机器人臂上。
现参照附图，并且首先参照图1，示范性焊接系统被图示为包含经由导线或导管14而彼此耦接的电力供应器10和送丝机12。例如，焊接系统可以是机器人式自动化的自动化焊接系统。在图示的实施例中，电力供应器10与送丝机12分开，以使得送丝机12可靠近焊接位置而定位在与电力供应器10相距某一距离处。然而，应理解，在一些实施方案中，送丝机12可与电力供应器10集成整体。在这些状况下，导管14(除接地导管之外)将在系统内部。在送丝机12与电力供应器10分开的实施例中，端子通常设置在电力供应器10上以及送丝机12上以允许导线或导管14耦接到系统，以便允许电力和气体从电力供应器10提供到送丝机12，并且允许在两个装置之间交换数据。
系统被设计成将焊丝、电力和保护气体提供到焊炬16。如本领域的技术人员将了解，焊炬16可以是许多不同类型，并且通常允许焊丝和气体进给到邻近于工件18的位置，其中将在所述位置处形成焊缝以接合两片或更多片金属。第二导线14通常延伸到焊接工件18以便在电力供应器10与工件18之间完成电路。
系统被设计成允许焊接参数设定由操作员(具体地说，经由电力供应器10上设置的操作员接口20)进行选择。操作员接口20通常将被包含到电力供应器10的前面板中，并且可允许选择例如焊接工艺、将使用的焊丝的类型、电压和电流设定等设定。具体地说，系统被设计成允许用消耗性电极(例如，各种钢、铝或被引导穿过焊炬的其它焊丝)进行焊接。这些焊接设定被传达到电力供应器10内的控制电路22。系统可具体地适应于实施针对某些电极类型而设计的焊接方案。
控制电路22操作以控制焊接电力输出的产生，其中所述焊接电力输出施加到焊丝以执行期望焊接操作。控制电路22耦接到电力转换电路24。此电力转换电路24适应于产生在焊炬16处施加到焊丝的输出电力。可使用各种电力转换电路，包含升压转换器、降压转换器、逆变器、相控变压器-整流器电路等。此种电路24的配置可以是本领域自身中通常所知的类型。电力转换电路24耦接到电力来源，如箭头26所指示。施加到电力转换电路24的电力26可源于电网，但也可使用其它电力来源，例如，由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代来源所产生的电力。最终，图1所图示的电力供应器10包含接口电路28，其中接口电路28被设计成允许控制电路22与送丝机12交换信号。
送丝机12包含耦接到接口电路28的互补接口电路30。在一些实施例中，多引脚接口可设置在两个部件上，并且多导线电缆在接口电路28、30之间延伸以允许在电力供应器10、送丝机12或两者上设定例如送丝速度、工艺、所选择的电流、电压或功率电平等信息。
送丝机12还包含耦接到接口电路30的控制电路32。控制电路32允许根据操作员的选择来控制送丝速度，并允许这些设定经由接口电路30反馈到电力供应器10。控制电路32耦接到送丝机12上的操作员接口34，这允许选择一个或更多个焊接参数，具体地说，送丝速度。操作员接口34还可允许选择例如工艺、所利用的焊丝的类型、电流、电压、或功率设定等焊接参数。控制电路32还耦接到气体控制阀门36，其中气体控制阀门36调节流向焊炬16的保护气体流。通常，此种气体是在焊接时提供，并且可在焊接前即刻开启并且在焊接后持续短时间。供应到气体控制阀门36的气体通常是以压力瓶的形式提供，如附图标记38所表示。在某些实施例中，气体可以是100％CO2保护气体。
送丝机12包含部件以便于在控制电路32的控制下将焊丝进给到焊炬16并因此进给到焊接应用。例如，焊丝42的一个或更多个供应器(例如，卷轴、箱等)被容纳在送丝机12中。将焊丝42从焊丝供应器40进给并逐渐进给到焊炬16。焊丝供应器40可与离合器44相关联，其中离合器44在要将焊丝42进给到焊炬16时使焊丝供应器40脱离。离合器44还可被调节成维持最小摩擦水平以避免焊丝供应器40的自由转动。进给马达46被设置成与往复送丝系统48接合以将焊丝42从送丝机12推向工件18。具体地说，往复送丝系统48被配置成将焊丝42朝向和远离焊炬16(并因此朝向和远离工件18)移动(例如，向前两步、向后一步，而净向前一步)，以实现焊炬16的“受控短路”操作。例如，往复送丝系统48的部件(例如，辊)可机械耦接到马达46，并可被马达46转动以将焊丝42从送丝机12往复和驱动。下文详细论述往复送丝系统48的细节。最终，转速计或编码器或解算器50可被设置成检测马达46、由马达46驱动的驱动辊或往复送丝系统48的其它部件的速度，以便提供实际焊丝42进给速度的指示。来自转速计50的信号被反馈到控制电路32，例如，以进行闭合回路反馈控制或前馈控制。如下所述，系统48可具有向着相反方向转动的驱动辊。因此，逻辑“或”电路可用于组合前向驱动辊和后向驱动辊的编码器A/B输出以产生组合脉冲串来对实际焊丝42速度进行编码。也可以将受焊丝42运动推进的空转辊用作焊丝速度传感器。
应注意，也可实施其它系统布置和输入方案。例如，可将焊丝42从大容量存储容器(例如，卷筒)或从送丝机12外的一个或更多个卷轴进给。类似地，可将焊丝42从“卷轴枪”(spool gun)进给，其中卷轴安装在焊炬16上或焊炬16附近。如本文所述，焊丝42进给速度设定可经由送丝机12上的操作员输入34而输入或在电力供应器10的操作员接口20上输入，或在两者上输入。此外，虽然所图示的实施例示出与送丝机12集成的往复送丝系统48，但在其它实施例中，往复送丝系统48可与其它部件(例如，焊炬16)集成或可以是独立(例如，模块化)系统。
来自电力供应器10的电力通常以用于焊丝、气体和焊接电流/电力的常规方式通过复合电缆52(或独立电缆)施加到焊丝电极。类似地，保护气体穿过送丝机12和复合电缆52而进给。在焊接操作期间，焊丝42穿过复合电缆52朝向焊炬16推进。一经从焊接序列控制器(例如，位于电源10内的控制电路22内)接收到命令，就启动气体流，焊丝42被推进，电力被施加到焊接电缆52并且穿过焊炬16到达正推进的焊丝42。最终，工件接地电缆和线夹56允许将始于电力供应器10穿过焊炬16、电极(焊丝42)、电弧和工件18返回到电力转换电路24的电路闭合。
虽然马达46、往复送丝系统48和转速计50在图1中被示出为处于送丝机12内，但这些元件可以是独立部件或可以是另一系统的部件。例如，马达46、往复送丝系统48和转速计50可被封装在焊炬16内。在一些实施例中，可存在用于焊丝输送的一个或两个往复送丝机构48。当焊丝对内衬的摩擦阻力高或卷轴惯性必须被克服时，可使用双送丝机布置。在此种实施例中，送丝机12中的一个马达46可被视为“辅助送丝机”，其推动焊丝42穿过导管从焊丝供应器40到焊炬16，而焊炬16中的另一马达46操作焊炬16内的往复送丝系统48。两个马达48可以是同步的或异步的，其中辅助送丝机可处于恒定转矩模式中。
图2和图3是可与图1所示的送丝机12集成的往复送丝系统48的实施例的立体图。在所图示的实施例中，往复送丝系统48包含带齿驱动辊系统70。出于本公开的目的，从焊丝接合的观点来看，而不是从马达接合的观点来看，“驱动辊”可被视为被主动驱动的辊。此区别是重要的，这是因为在常规送丝机中，从焊丝接合的观点和马达观点来看，驱动辊可被主动驱动。在本公开中，多个从动辊可向着不同方向接合焊丝，但可全部由同一马达轴断开动力。
带齿驱动辊系统70包含第一驱动辊72和第二驱动辊74。带齿驱动辊系统70还包含第一空转辊76和第二空转辊78。如图示，第一驱动辊72和第二驱动辊74被设置成在焊丝42的第一侧80上相互邻近，并且第一空转辊76和第二空转辊78被设置成在焊丝42的第二侧82上相互邻近。在其它实施例中，第一驱动辊72和第二驱动辊74相对于焊丝42可以与第一空转辊76和第二空转辊78不相对。例如，第一驱动辊72和第二驱动辊74以及第一空转辊76和第二空转辊78可处于焊丝42的同一侧上。
在所图示的实施例中，第一驱动辊72和第一空转辊76被设置成相对于焊丝42相互相对，并且第二驱动辊74和第二空转辊78被设置成相对于焊丝42相互相对。因此，焊丝42在第一驱动辊72与第一空转辊76之间并且接着在第二驱动辊74与第二空转辊78之间延伸穿过往复送丝系统48。以下文所述的方式，图2和图3所示的往复送丝系统48操作以使焊丝42朝向焊炬16(例如，向着方向84)以及远离焊炬16(例如，向着方向86)振荡或往复。
如上文所论述，马达46可驱动往复送丝系统48。在所图示的实施例中，第一驱动辊72和第二驱动辊74经由相应齿轮(例如，第一齿轮88和第二齿轮90)而相互耦接。因此，马达46可耦接到第一齿轮88或第二齿轮90，并因此同时驱动第一驱动辊72与第二驱动辊74两者。第一空转辊76和第二空转辊78可以未耦接到马达46，但在其它实施例中，第一空转辊76和第二空转辊78也可由马达驱动，因此也成为从动辊。
如上所述，第一驱动辊72和第二驱动辊74同时由马达46驱动(即，经由第一齿轮88和第二齿轮90的耦接)，但第一驱动辊72和第二驱动辊74被配置成使得在给定时间，第一驱动辊72和第二驱动辊74仅其中之一驱动焊丝42。具体来说，第一驱动辊72和第二驱动辊74中的每一个包含突起部分92，其中突起部分92从第一驱动辊72和第二驱动辊74的相应基部外径94延伸并横跨相应驱动辊72、74的整个宽度。第一驱动辊72和第二驱动辊74的每一突起部分92具有沿着突起部分92周向地形成的槽96，其中随着第一驱动辊72和第二驱动辊74由马达46驱动，槽96可与焊丝42间歇性地接合。在某些实施例中，槽96可具有U形、V形或可靠地环绕且夹持焊丝42而不会使焊丝42滑动、变形或刮削的其它适当形状。此外，在某些实施例中，槽96可具有表面处理，例如，滚花。如图所示，第一空转辊76和第二空转辊78也包含槽96，其中槽96可完全围绕第一空转辊76和第二空转辊78的相应圆周97而延伸。
在某些实施例中，第一驱动辊72的突起部分92围绕第一驱动辊72的圆周98而等距离地间隔开，并且第二驱动辊74的突起部分92围绕第二驱动辊74的圆周100而等距离地间隔开。此外，第一驱动辊72的突起部分92相对于第二驱动辊74的突起部分92交错或“异相”。因此，当第二驱动辊74的突起部分92中的一个与焊丝42接触时，如图2所示，第一驱动辊72的突起部分92没有与焊丝42接触。实际上，当第二驱动辊74的突起部分92中的一个与焊丝42接触时，第一驱动辊72的两个突起部分92之间的凹陷部分102暴露于焊丝42并使辊72脱离焊丝42。类似地，当第一驱动辊72的突起部分92中的一个与焊丝42接触时，如图3所示，第二驱动辊74的突起部分92没有与焊丝42接触。实际上，当第一驱动辊72的突起部分92中的一个与焊丝42接触时，第二驱动辊74的两个突起部分92之间的凹陷部分104暴露于焊丝42并使辊74脱离焊丝42。以此方式，第一驱动辊72和第二驱动辊74被配置成使得在给定时间点，驱动辊72和74仅其中之一接触焊丝42。
如上所述，第一驱动辊72和第二驱动辊74经由第一齿轮88和第二齿轮90而相互耦接。更具体来说，第一齿轮88和第二齿轮90相互耦接，以使得第一齿轮88向着方向106的旋转驱动第二齿轮90向着与方向106相反的方向108旋转。因此，如箭头112和114所指示，第一驱动辊72和第二驱动辊74以同步方式向着相反方向被驱动。
当第二驱动辊74的突起92中的一个与焊丝42接合时，往复送丝系统48向着方向84(例如，朝向焊炬16)驱动焊丝42，如图2所示。当第二驱动辊74向着方向84驱动焊丝42时，第二空转辊78也可旋转(例如，向着方向116)。随着第一驱动辊72和第二驱动辊74继续旋转，第二驱动辊74的突起部分92将不接触焊丝42，并且第一驱动辊72的突起部分92中的一个将接触焊丝42，如图3所示。向着与第二驱动辊74的方向114相反的方向112旋转的第一驱动辊72的突起部分92中的一个接触焊丝42并向着方向86(例如，远离焊炬16)驱动焊丝42。当第一驱动辊72向着方向86驱动焊丝42时，第一空转辊76也可旋转(例如，向着方向118)。
随着第一驱动辊72和第二驱动辊74继续旋转，第一驱动辊72和第二驱动辊74的相应突起部分92可交替与焊丝42接触，并且以上述方式朝向焊炬16和远离焊炬16驱动焊丝42。因此，往复送丝系统48导致焊丝42的振荡或往复移动。
此外，在某些实施例中，第二驱动辊74的突起部分92各自具有弧长120，其中弧长120大于第一驱动辊72的每一个突起部分92的弧长122。因此，当往复送丝系统48操作时，与第一驱动辊72的突起部分92相比，第二驱动辊74的突起部分92较久地保持与焊丝42接触。当往复送丝系统48操作时，第二驱动辊74的突起部分92的较大弧长120导致往复送丝系统48向着方向84较之方向86更远地驱动焊丝42。换句话说，与第一驱动辊72的突起部分92的较短弧长122相比，第二驱动辊74的突起部分92的较大弧长使往复送丝系统48能够通过往复运动在净向前运动中驱动焊丝42，象征性地讲，如上所述，朝向焊炬16两步以及从焊炬16返回一步。在某些实施例中，弧长120可以是约1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍或更多倍于弧长122。在某些实施例中，弧长120和122可被设定大小，以使得突起部分92在短时间内(例如，在第一驱动辊72的突起部分92接触焊丝42与第二驱动辊74的突起部分92接触焊丝42之间)不接触焊丝42，以实现焊丝42移动的延迟或间歇性停止。因此，在这些实施例中，往复送丝系统48中的所有突起部分92的所有弧长120和122的总和可小于360度。
第一驱动辊72和第二驱动辊74以及第一空转辊76和第二空转辊78可由各种材料形成。例如，第一空转辊76和第二空转辊78可由轻质材料(例如，铝、钛、陶瓷或聚合物)形成，以减小启动和停止第一空转辊76和第二空转辊78时的惯性。因为马达46(例如，主动地或被动地)驱动第一驱动辊72和第二驱动辊74，所以第一驱动辊72和第二驱动辊74可由较重材料(例如，钢)形成。然而，任何适当材料可用于形成第一驱动辊72和第二驱动辊74以及第一空转辊76和第二空转辊78。槽表面可通过热处理或渗碳来硬化以提高延性和耐磨性。
在所图示的实施例中，具有突起部分92的第一驱动辊72和第二驱动辊74处于焊丝42的同一侧上。然而，在其它实施例中，具有突起部分92的第一驱动辊72和第二驱动辊74可处于焊丝42的相对侧上。例如，在一个实施例中，可颠倒或切换图2和图3所示的第二驱动辊74和第二空转辊78的位置。因此，第一驱动辊72和第二空转辊78可相互邻近。在此种实施例中，第一驱动辊72和第二驱动辊74可仍相互齿轮连接，或第一驱动辊72和第二驱动辊74可被独立驱动(例如，由独立马达驱动)。在此种实施例中，第一驱动辊72和第二驱动辊74可向着相同方向旋转，而不是向着相互相反的方向旋转。在其它实施例中，往复送丝系统48可具有其它配置。例如，在另一实施例中，第一空转辊76和第二空转辊78也可由马达驱动，以使得第一空转辊76和第二空转辊78是驱动辊(例如，第三驱动辊和第四驱动辊)。在此种实施例中，第一空转辊76和第二空转辊78可齿轮连接到第一驱动辊72和/或第二驱动辊74，或第一空转辊76和第二空转辊78可由一个或更多个独立马达驱动。此外，在此种实施例中，第一空转辊76和第二空转辊78也可包含突起92。
图4和图5是可与图1所示的送丝机12集成的往复送丝系统48的另一实施例的立体图。在所图示的实施例中，往复送丝系统48包含可膨胀驱动辊系统150。可膨胀驱动辊系统150包含第一驱动辊152和第二驱动辊154。可膨胀驱动辊系统150还包含第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158。如图示，第一驱动辊152和第二驱动辊154被设置成在焊丝42的第一侧80上相互邻近，并且第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158被设置成在焊丝42的第二侧82上相互邻近。此外，第一驱动辊152和第一可膨胀辊156被设置成相对于焊丝42相互相对，并且第二驱动辊154和第二可膨胀辊158被设置成相对于焊丝42相互相对。因此，焊丝42在第一驱动辊152与第一可膨胀辊156之间并且接着在第二驱动辊154与第二可膨胀辊158之间延伸穿过往复送丝系统48。以下文所述的方式，图4和图5所示的往复送丝系统48操作以使焊丝42朝向焊炬16(例如，向着方向84)以及远离焊炬16(例如，向着方向86)振荡或往复。
如上文所论述，马达46可驱动往复送丝系统48。在所图示的实施例中，第一驱动辊152和第二驱动辊154经由相应齿轮(例如，第一齿轮160和第二齿轮162)而相互耦接。因此，马达46可耦接到第一齿轮160或第二齿轮162，并因此同时驱动第一驱动辊152与第二驱动辊154两者。如上文类似地参照图2和图3所述，第一驱动辊152和第二驱动辊154相互齿轮连接，以使得第一驱动辊152和第二驱动辊1540被驱动而向着相反方向旋转，如箭头164和166所指示。
如上所述，焊丝42在第一驱动辊152与第一可膨胀辊156之间延伸，并且焊丝42也在第二驱动辊154与第二可膨胀辊158之间延伸。如图4和图5所示，辊152、154、156、158中的每一个都包含槽(例如，周向槽)168，其中随着焊丝42行进穿过往复送丝系统48，焊丝42可穿过槽168。槽168可类似于参照图2和图3所论述的槽96。
在操作中，在给定时间，焊丝42可与第一驱动辊152和第一可膨胀辊156接合或与第二驱动辊154和第二可膨胀辊158接合。为了实现此操作，第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158至少部分地由压电晶体、压电陶瓷、PZT(例如，锆钛酸铅)或可通过电刺激而膨胀和收缩的其它材料形成。例如，在图4中，由图1的控制电路32控制的往复送丝系统48的电气系统(例如，驱动电路或控制系统)170将电信号(例如，驱动电位)施加到第二可膨胀辊158。因此，如箭头172所指示，第二可膨胀辊158径向膨胀，从而与第二驱动辊154共同接合焊丝42。第二驱动辊154和第二可膨胀辊158的相应槽168捕获焊丝42。随着第二驱动辊154向着方向164旋转，由第二驱动辊154和第二可膨胀辊158捕获的焊丝42向着方向84(例如，朝向焊炬16)驱动焊丝42。同时，未被马达46或齿轮160和162驱动的第二可膨胀辊158由于在第二驱动辊154、焊丝42和第二可膨胀辊158之间产生的摩擦而向着方向174旋转。
而后当第二可膨胀辊158由电气系统170通过电信号致动时，电气系统170可不将电信号施加到第一可膨胀辊156(从而实现第一可膨胀辊156的松弛或收缩)，或施加相反极性的间歇性或连续的信号而导致第一可膨胀辊156的较快收缩。因此，第一可膨胀辊156可处于收缩(例如，径向收缩)状态中，如图4中的箭头176所指示。因此，焊丝42没有被第一驱动辊152和第一可膨胀辊156接合。
为了在焊丝42中产生往复或振荡运动，电气系统170可暂停将电信号施加到第二可膨胀辊158，并开始将电信号(例如，控制信号)施加到第一可膨胀辊156。因此，第二可膨胀辊158可径向收缩或松弛，如图5中的箭头180所指示，并且第一可膨胀辊156可径向膨胀，如图5中的箭头182所指示。以此方式，第一驱动辊152和第一可膨胀辊156的相应槽168捕获焊丝42。随着第一驱动辊152向着方向166旋转，由第一驱动辊152和第一可膨胀辊156捕获的焊丝42向着方向86(例如，远离焊炬16)驱动焊丝42。同时，未被马达46或齿轮160和162驱动的第一可膨胀辊156由于在第一驱动辊152、焊丝42和第一可膨胀辊156之间产生的摩擦而向着方向184旋转。
如同上文参照图2和图3所述的往复送丝系统48的实施例，图4和图5所示的往复送丝系统48的实施例可被配置成通过净向前运动使焊丝42往复，象征性地讲，“向前两步，向后一步”。因此，电气系统170可被配置成将电信号以不同时间长度或甚至以不同极性施加到第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158。例如，电气系统170可将电信号在第一时间长度期间施加到第一可膨胀辊156(即，迫使焊丝42向着方向86远离焊炬16推进)，并且电气系统170可随后将电信号(例如，控制信号)在两倍于第一时间长度的第二时间长度期间施加到第二可膨胀辊158(即，迫使焊丝42向着方向84朝向焊炬16推进)。可将此控制方案重复以使焊丝42按往复或振荡方式朝向焊炬移动。在某些实施例中，电气系统170可在将电信号发送到第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158之间暂停或延迟，以在焊丝42的行程中实现“停止”。换句话说，当电信号没有施加到第一可膨胀辊156或第二可膨胀辊158时，可膨胀辊156与158两者都可处于径向收缩或松弛状态中，并且因此焊丝42可未被第一驱动辊152和第一可膨胀辊156捕获或接合，或未被第二驱动辊154和第二可膨胀辊158捕获或接合。
如上所述，第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158由压电晶体材料、压电陶瓷、PZT或其它材料形成，所述其它材料一经施加电信号就使第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158能够膨胀和收缩。在一些实施例中，第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158的整个结构由可膨胀材料形成。然而，在其它实施例中，仅第一可膨胀辊156和第二可膨胀辊158的部分(例如，包含槽168的中央圆盘部分)由可膨胀材料形成。
图6A是往复送丝系统48的另一实施例的分解立体图，图示了行星齿轮系统200，并且图6B是往复送丝系统48的组装立体图，图示了行星齿轮系统200。在所图示的实施例中，行星齿轮系统200包含驱动辊202和压力辊204(或空转辊)，其中驱动辊202和压力辊204捕获焊丝42。驱动辊202由马达46驱动，其中马达46可经由轴206而耦接到驱动辊202。
行星齿轮系统200还包含环形齿轮208以及装配在环形齿轮208内的扩大的行星齿轮210。具有辊214的定心辊组装件212也设置在环形齿轮208内，这实现且确保行星齿轮210与环形齿轮208之间的接合。应了解，随着行星齿轮210被马达46和轴206驱动，行星齿轮210在环形齿轮208内环绕运行。随着行星齿轮210在环形齿轮208内旋转，行星齿轮210并且因此驱动辊202左右移位(例如，向着方向216和218)。然而，行星齿轮210和驱动辊202并不上下移位(例如，向着方向220和222)，这是因为轴206、行星齿轮210和驱动辊202受轴限位件224(例如，垂直限位件)限制而不能向着方向220和222移动，其中轴限位件224可在轴限位件224的接头226处销接到固定结构。然而，接头226是使轴限位件224能够向着方向216和218枢转的可枢转接头。
随着行星齿轮210在环形齿轮208内环绕运行，环形齿轮可向着方向220和222上下移动，但环形齿轮208的水平移动或左右移动(例如，向着方向216和218)受环形齿轮限位件228(例如，水平限位件)限制。如同轴限位件224，环形齿轮限位件228可在接头230处可枢转地耦接到往复送丝系统48的另一结构。
应了解，焊丝42的净运动是驱动辊202的平稳角运动以及由驱动辊轴线232向着方向218和216的运动导致的循环提前或滞后的总和。驱动辊202的左右运动由于驱动辊202、压力辊204和焊丝42之间的摩擦接合而传递到焊丝42。实际上，行星齿轮系统200通过来自马达26的单向旋转输入而实现驱动辊202(以及因此焊丝42)的左右(例如，方向216和218)移动。因此，焊丝42可在不使用双向马达的情况下朝向焊炬16往复或振荡。
图7是往复送丝系统48的示意图，图示了往复送丝系统48的各种部件，该部件可被包含在上文所论述的任一个实施例中。在所图示的实施例中，往复送丝系统48包含齿轮250、驱动辊252、编码器254、传感器256和接口电路258。齿轮250可以是上文所论述的齿轮中的任一个，例如，齿轮88、90、160、162、210等。类似地，驱动辊252可以是上文所论述的驱动辊中的任一个。编码器254被配置成监测齿轮250和/或驱动辊252的旋转。类似地，传感器256可以是位置传感器、旋转传感器或任何其它传感器，所述其它传感器被配置成检测往复送丝系统48的部件之一(例如，齿轮250或驱动辊252)的运动或位置。基于由编码器254和/或传感器256所检测的参数，可计算并监测焊丝42的速度和/或加速度和/或移动和/或方向。基于焊丝42的检测到的移动、运动或方向，期望的电流可由电力供应器10供应到焊炬16。例如，接口电路258可被配置成与电力供应器10的接口电路28通信以实现对供应到焊炬16的电流的适当调整。该调整可使用反馈或前馈控制器来进行。焊丝42的移动以及电力供应器10的电流输出可被同步以优化电弧形成，减少飞溅物，提高熔敷速度，提高行进速度，减小热输入和变形，使焊接熔池和振荡平静或搅动，或以其它方式改进焊接工艺。
图8是往复送丝系统48的组装立体图，图示了行星齿轮系统300的另一实施例。所图示的实施例可由于系统48的高齿轮比而能够进行较高频率的振荡。在操作中，输入轴、小齿轮和齿轮机构302向着一个方向连续旋转以通过净向前运动在向前和向后运动中驱动焊丝42。在某些实施例中，输入轴、小齿轮和齿轮机构302可与偏心机构304齿轮连接和/或同步。换句话说，行星齿轮系统300的输入轴、小齿轮和齿轮机构302、偏心机构304或其它部件中的一个或更多个可包含齿轮齿以使行星齿轮系统300的不同部件的移动同步。例如，输入轴和/或齿轮可向着单个方向连续旋转，并且输入轴和/或齿轮的旋转可经由偏心机构、垂直限位件224和水平限位件228而转化为焊丝42的向前和向后运动(净向前运动)。
如上所述，本公开的实施例可用于以EN、EP、AC以及以实心和管状焊丝进行的100％CO2气体焊接。上文所述的实施例实现高于100Hz的速率(例如，150到250Hz)的迅速焊丝反向，以便按受控方式使在填料焊丝的端部处的液态金属过渡，从而在进入短路和离开短路期间焊接电流被最小化。
虽然在本文中说明和描述本公开的仅仅某些特征，但本领域的技术人员将会想到许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书旨在涵盖落入本公开的真实精神内的所有这些修改和改变。

Claims (30)

1.一种往复送丝系统，包括：
第一驱动辊，所述第一驱动辊包括第一组突起，所述第一组突起从所述第一驱动辊径向向外延伸并被配置成向着第一线性方向驱动焊丝；以及
第二驱动辊，所述第二驱动辊被设置成邻近于所述第一驱动辊，其中所述第二驱动辊包括第二组突起，所述第二组突起从所述第二驱动辊径向向外延伸并被配置成向着与所述第一线性方向相反的第二线性方向驱动所述焊丝；
其中所述第一驱动辊和所述第二驱动辊不同时接触所述焊丝。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组突起和所述第二组突起被配置成在所述往复送丝系统的操作期间在不同时间交替地接触所述焊丝。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组突起围绕所述第一驱动辊的第一圆周等距离地间隔开，所述第二组突起围绕所述第二驱动辊的第二圆周等距离地间隔开，并且所述第一组突起和所述第二组突起相对于彼此异相。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组突起中的每一突起围绕所述第一驱动辊的第一圆周具有第一弧长，所述第二组突起中的每一突起围绕所述第二驱动辊的第二圆周具有第二弧长，并且所述第一弧长大于所述第二弧长。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一驱动辊固定到第一齿轮，所述第二驱动辊固定到第二齿轮，并且所述第一齿轮和所述第二齿轮彼此同步。
6.根据权利要求5所述的系统，包括马达，所述马达耦接到所述第一齿轮或所述第二齿轮并被配置成驱动所述第一齿轮或所述第二齿轮，其中所述马达在操作中时仅向着一个方向旋转。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组突起中的每一突起包括相应槽，所述相应槽周向地延伸穿过所述相应突起并被配置成与所述焊丝接合，并且所述第二组突起中的每一突起包括相应槽，所述相应槽周向地延伸穿过所述相应突起并被配置成与所述焊丝接合。
8.根据权利要求1所述的系统，包括第一空转辊以及第二空转辊，所述第一空转辊相对于所述焊丝与所述第一驱动辊相对地设置，所述第二空转辊相对于所述焊丝与所述第二驱动辊相对地设置，其中所述第一组突起和所述第一空转辊被配置成向着所述第一线性方向间歇性地捕获并驱动所述焊丝，并且所述第二组突起和所述第二空转辊被配置成向着所述第二线性方向间歇性地捕获并驱动所述焊丝。
9.根据权利要求1所述的系统，包括第三驱动辊以及第四驱动辊，所述第三驱动辊相对于所述焊丝与所述第一驱动辊相对地，所述第四驱动辊相对于所述焊丝与所述第二驱动辊相对地设置，其中所述第一组突起和所述第三驱动辊被配置成向着所述第一线性方向间歇性地捕获并驱动所述焊丝，并且所述第二组突起和所述第四驱动辊被配置成向着所述第二线性方向间歇性地捕获并驱动所述焊丝。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置成执行金属极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊、热丝/冷丝钨极惰性气体保护焊接、激光焊接、等离子体焊接、熔覆、铜焊工艺、多焊丝工艺或其任何组合。
11.一种往复送丝系统，包括：
第一驱动辊，所述第一驱动辊被配置成接触焊丝；
第二驱动辊，所述第二驱动辊被设置成在所述焊丝的同一侧上邻近于所述第一驱动辊，其中所述第二驱动辊被配置成接触所述焊丝；
第一可膨胀辊，所述第一可膨胀辊相对于所述焊丝与所述第一驱动辊相对地设置；以及
第二可膨胀辊，所述第二可膨胀辊相对于所述焊丝与所述第二驱动辊相对地设置；
其中所述第一可膨胀辊被配置成电信号一经施加到所述第一可膨胀辊就径向膨胀，并且所述第二可膨胀辊被配置成所述电信号一经施加到所述第二可膨胀辊就径向膨胀。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一可膨胀辊被配置成一经暂停所述电信号的所述施加就径向收缩，并且所述第二可膨胀辊被配置成一经暂停所述电信号的所述施加就径向收缩。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一可膨胀辊和所述第二可膨胀辊各自包括压电晶体材料、陶瓷材料或其组合。
14.根据权利要求11所述的系统，包括电气系统，所述电气系统被配置成在暂停将所述电信号施加到所述第二可膨胀辊时将所述电信号施加到所述第一可膨胀辊，并被配置成在暂停将所述电信号施加到所述第一可膨胀辊时将所述电信号施加到所述第二可膨胀辊。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一驱动辊在操作中时被配置成向着第一方向驱动所述焊丝，并且其中所述第二驱动辊在操作中时被配置成向着与所述第一方向相反的第二方向驱动所述焊丝。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一驱动辊固定到第一齿轮，所述第二驱动辊固定到第二齿轮，并且所述第一齿轮和所述第二齿轮彼此同步。
17.根据权利要求16所述的系统，包括马达，所述马达耦接到所述第一齿轮、所述第二齿轮或两者并被配置成驱动所述第一齿轮、所述第二齿轮或两者，其中所述马达在操作中时被配置成在往复送丝系统的操作期间仅向着一个方向旋转。
18.一种方法，包括：
通过仅向着一个旋转方向旋转的马达来驱动往复送丝系统的齿轮的旋转；
通过向着所述一个旋转方向驱动所述齿轮而向着第一线性方向穿过所述往复送丝系统进给焊丝；以及
通过向着所述一个旋转方向驱动所述齿轮而向着与所述第一线性方向相反的第二线性方向使所述焊丝穿过所述往复送丝系统缩回。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述齿轮包括设置在环形齿轮内的行星齿轮。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
向着所述一个旋转方向驱动所述行星齿轮在所述环形齿轮内的旋转；
将所述行星齿轮的第一线性运动传递到所述焊丝以向着所述第一线性方向进给所述焊丝；以及
将所述行星齿轮的第二线性运动传递到所述焊丝以使所述焊丝向着所述第二线性方向缩回。
21.根据权利要求18所述的方法，包括驱动第一驱动辊的旋转，所述第一驱动辊具有被配置成使所述焊丝与所述马达接触的第一组突起，以及驱动第二驱动辊的旋转，所述第二驱动辊具有被配置成使所述焊丝与所述马达接触的第二组突起，其中所述第一组突起和所述第二组突起彼此异相。
22.根据权利要求18所述的方法，包括：
将电信号施加到第一可膨胀辊以使所述第一可膨胀辊径向膨胀，以便所述第一可膨胀辊与第一驱动辊一起捕获所述焊丝从而向着所述第一线性方向进给所述焊丝；
暂停将所述电信号施加到所述第一可膨胀辊以使所述第一可膨胀辊径向收缩，以便所述第一可膨胀辊脱离所述焊丝和所述第一驱动辊；以及
将所述电信号施加到第二可膨胀辊以使所述第二可膨胀辊径向膨胀，以便所述第二可膨胀辊与第二驱动辊一起捕获所述焊丝以使所述焊丝向着所述第二线性方向缩回。
23.一种消耗性填料金属输送系统，包括：
往复送丝齿轮组装件，所述往复送丝齿轮组装件被配置成通过净向前运动向前和向后移动焊丝；以及
马达，所述马达被配置成驱动所述往复送丝齿轮组装件，其中所述马达被配置成在所述消耗性填料金属输送系统的操作期间仅向着一个方向旋转。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述系统被配置成执行金属极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊、热丝/冷丝钨极惰性气体保护焊接、激光焊接、等离子体焊接、熔覆、铜焊工艺、多焊丝工艺或其任何组合。
25.根据权利要求23所述的系统，包括送丝机，其中所述往复送丝齿轮组装件和所述马达设置在所述送丝机内。
26.根据权利要求23所述的系统，包括焊炬，其中所述往复送丝齿轮组装件和所述马达设置在所述焊炬内。
27.根据权利要求23所述的系统，其中所述往复送丝齿轮组装件的操作与所述系统的焊接电流波形同步。
28.根据权利要求23所述的系统，其中所述往复送丝齿轮组装件包括压电致动器，所述压电致动器被配置成通过所述净向前运动向前和向后移动所述焊丝。
29.根据权利要求23所述的系统，其中所述往复送丝齿轮组装件包括：
第一驱动辊，所述第一驱动辊包括第一组突起，所述第一组突起从所述第一驱动辊径向向外延伸并被配置成向前驱动所述焊丝；以及
第二驱动辊，所述第二驱动辊包括第二组突起，所述第二组突起从所述第二驱动辊径向向外延伸并被配置成向后驱动所述焊丝。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述第一驱动辊和所述第二驱动辊被配置成向着同一方向旋转。
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