CN109641300A - 电弧开始 - Google Patents

Abstract

各种实施例通常可以涉及一种焊接系统，该焊接系统可以调整在中断之后重新开始的焊接过程的参数。调整后的参数可以解释在中断期间可能改变的电极，母材和/或焊池的温度。可以基于这些温度优化调整的参数，以在重新开始时提高焊接的质量和可靠性。

Description

电弧开始

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月22日提交的美国专利申请No.15/682,727的权益，其要求于2016年9月6日提交的美国临时申请No.62/383,764和于2016年9月1日提交的美国临时申请No.62/382,401的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本实施例涉及用于焊接型电源的电力供给，即通常用于焊接、切割或加热的电源。

背景技术

通常，短暂的中断可能被故意引入到焊接过程中。例如，在手动金属电弧焊(MMA)过程期间，焊工可能在焊接过程中故意引入短暂的中断以允许焊池或熔池冷却。在中断期间，电极和母材的温度会改变。当焊接过程重新开始时，电极和母材可以是热的或冷的，这取决于中断的长度。许多传统的焊接系统和过程未能考虑在重新开始焊接过程时由这种中断引起的电极和母材的温度变化。因此，当在没有考虑电极和母材的温度变化的情况下重新开始焊接过程时，焊接的质量和可靠性会受到影响。

关于这些和其它考虑因素，提供了本公开。

发明内容

以下提供简化的概述以提供对本文所述的一些新颖实施例的基本理解。该概述不是广泛的概览，并且不旨在标识关键/重要元素或描绘其范围。其唯一目的是以简化形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

各种实施例通常可以涉及如下的焊接系统，该焊接系统可以调整在中断之后重新开始的焊接过程的参数。调整后的参数可以考虑在中断期间可能改变的电极、母材和/或焊池的温度。可以基于这些温度优化调整的参数，以在重新开始时提高焊接的质量和可靠性。

为了实现前述和相关目的，本文结合以下说明和附图描述了某些说明性方面。这些方面指示了可以实践本文公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等同旨在落入所要求保护的主题的范围内。当结合附图考虑时，从以下详细描述中，其它优点和新颖特征将变得清楚。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的焊接系统的控制模块。

图2示出了根据本发明实施例的可以由图1中描绘的控制模块实现的逻辑流程的示例。

具体实施方式

各种实施例通常可以涉及如下的焊接系统，该焊接系统可以调整在中断之后重新开始的焊接过程的参数。调整的参数可以考虑在中断期间可能改变的电极、母材和/或焊池的温度。可以基于这些温度来优化调整的参数，以在重新开始时提高焊接的质量和可靠性。

通常，对于许多不同类型的焊接过程，可能在焊接过程中引入短暂的中断。例如，焊工可能会在焊接过程中故意引入短暂的中断，以允许焊池或熔池冷却。例如，在手动金属电弧焊(MMA)期间经常引入短暂的中断。

取决于中断的时间长度，电极和/或工件/母材的温度可以显著改变。例如，电极和母材的温度可在相对长的中断期间显著冷却。对于较短的中断，电极和母材的温度可能不明显地冷却并且可以保持非常暖或热。此外，当焊接过程继续时-例如，当焊工重新起弧时-电极可能仍然比焊接过程开始时(即，当初始电弧被点燃时)的电极暖。

当在中断之后继续焊接过程时，焊接的质量和完整性可能会受到不利影响。例如，当焊接过程继续时提供的电流和/或电流响应可能不太适合电极和母材的温度。如果电流和/或电流响应未能考虑电极和/或母材的温度，则电极例如可能冻结或变得焊接或粘附到母材上，和/或焊接质量可能会受损。

此外，每当焊工引导电极移动以使其接触工件以点燃电弧时(例如，在MMA焊接过程期间)，可能发生接触弹跳。这种接触弹跳可以使焊接电源在一时间段期间在没有接触的情况下传递足够的功率(例如，由于弹跳/作为对弹跳的反应)，从而产生少量的熔融材料。当再次进行接触时(例如，由于弹跳)，小部分熔融材料又可以产生小的焊接，因为少量的熔融材料可以快速固化。通常，由接触弹跳引入的这种小的焊接的产生是不希望的。

为了减少由于接触弹跳而产生的这种小的焊缝，可以使用两种方法。在第一种方法中，在可以使电极冻结的作为试图避免新的短路的一部分的没有接触时的第一时段期间可以提供非常高的电流上升。如果提供高电流，则在可能发生可能的短路之前提供足够的热量(例如，以避免冻结)。

在第二种方法中，例如当弹跳停止时或者在开路期间传递的功率不会产生足够的熔融材料来冻结电极时，可以控制电流以便缓慢上升。

可以使用第一和第二方法的任一种方法或组合作为本文描述的技术的一部分。可以基于电极是相对较热还是相对较冷来实施两种方法的组合的使用。结果，本文描述的技术可以降低在启动尝试期间冻结电极的风险。此外，本文描述的技术的第二个优点是焊工可以继续专注于焊接而不会失去焦点或不必担心冻结或点燃电弧。

图1示出了焊接系统的控制模块100的一部分，其可以响应于在中断之后继续的焊接过程来调整所提供的电流。特别地，控制模块100可以基于电极和/或母材的温度来调整电流响应，以确保高质量的焊接，同时降低电极冻结的可能性。在各种实施例中，控制模块100可以是用于MMA焊接的焊接系统的一部分。

如图1所示，控制模块100可包括温度确定模块102和参数优化模块104。温度确定模块102可以确定或估计电极的温度和/或被焊接的母材的温度。如图1所示，温度确定模块102可以接收指示电极和/或母材106的温度的信息。信息106可以包括焊接过程被中断的时间量的指示。例如，信息106可以是自焊接系统提供焊接电流以来已经过的时间量，电弧已经熄灭的时间量，或者指示电极和/或母材冷却多久的一些其它时间测量。

温度确定模块102可以使用任何接收的定时信息106作为电极和/或母材的温度的指示。例如，温度确定模块102可以确定或估计在已经中断了相对较长时间段的焊接过程中使用的电极的温度比在已经中断了相对较短时间段的焊接过程中使用的电极的温度低。因此，信息106可以是例如自上次焊接或电弧以来的时间的测量。

可替代地或除此之外，信息106可包括电极和/或母材的温度的其它指示。作为示例，信息106可以包括电极和/或母材的温度的实际测量。信息106可以包括紧邻电极和/或母材的区域或物体的温度的实际测量。在任何情况下，温度确定模块102可以使用信息106来确定或估计电极和/或被焊接的母材的近似温度。

温度确定模块102可以随后对温度进行分类-例如，电极可以被认为是“暖”或“冷”。温度确定模块102不限于以二元方式(即，在两个类别之间)对温度进行分类，并且可以将温度分类为任何数量的可能类别中的一个。例如，温度确定模块102可以具有十种不同的温度类别，并且可以基于实际温度测量或自上次焊接以来的时间测量来确定电极落入的十个不同类别中的哪一个。

温度确定模块102可以使用一个或多个定时阈值来通过温度对电极和/或母材进行分类。可以使用任何数量的温度类别和定时阈值。作为示例，可以建立两个类别-“暖”电极或“冷”电极-并且可以使用单个定时阈值。可以将定时阈值与信息106提供的定时信息进行比较，以确定电极是暖还是冷。例如，可以建立2秒的定时阈值，使得如果自上次焊接以来的时间(如信息106所示)大于2秒，则温度确定模块102可以确定电极是冷的。可替代地，如果自上次焊接以来的时间(如信息106所示)小于2秒，则温度确定模块102可确定电极是暖的。以这种方式，可以建立任何数量的类别和阈值并用于确定电极和/或母材的温度。

温度确定模块102可以基于由温度确定模块102做出的任何确定或估计的温度向参数优化模块104提供信号108。信号108可以包括指示电极和/或母材可以多么暖或冷的信息。例如，信号108可以指示电极和/或母材是“暖”或“冷”，或者可以指示电极和/或母材在任何数量的确定的温度类别内(例如，落入十种不同的温度类别中的一种)。

参数优化模块104可以基于来自温度确定模块102的接收信息108来调整焊接系统的一个或多个参数。基于电极和/或母材是“暖”还是“冷”(或落入任何数量的可能温度类别中的一个)，参数优化模块104可以调整一个或多个操作参数以在焊接过程重新开始时改善焊接过程。

输出电流(和/或电流响应)可以是可由参数优化模块104调整的参数。可以通过参数优化模块104调整或修改与输出电流/电流响应相关的多个参数。可以在任何数量的步骤中并且在任何时间段内调整参数(例如，通过许多步骤以达到设置水平或仅经过几个步骤以达到设置水平)。

第一参数可以是上升时间或上升时间常数(或斜升时间)。上升时间可以根据确定的温度而变化。作为示例，对于确定的“暖”电极，上升时间常数可以是60毫秒(ms)。对于确定的“冷”电极，上升时间常数可以是150ms。因此，与“冷”电极的上升时间相比，“暖”电极的上升时间可以更短。

第二个参数可以是电流水平。可以基于确定的温度改变电流水平。作为示例，对于确定的“暖”电极，电流水平可以设置如下：

[3*Iref，Iref+300A]中的最小值(1)

其中Iref是预定的设置电流值。对于确定的“冷”电极，电流水平可以设置如下：

[2*Iref，Iref+150A]中的最小值(2)

因此，与“冷”电极的电流水平相比，“暖”电极的电流水平可以设置得更高，然后在焊接过程重新开始时使用。总的来说，由参数优化模块104进行的上升时间和电流水平调整通常可以使输出电流更快地上升到用于具有相对较高温度的电极的较高水平。此外，在上面的(1)和(2)中，电流水平可以是电弧稳定脉冲的目标水平。另外，电流水平与时间常数的组合可以定义电流上升的速率。

第三个参数可以是接触和电流上升之间的时间延迟。接触和电流上升之间的时间延迟可以降低干扰焊接过程和质量的接触弹跳的风险。可以从电极接触工件的时间到电流增加开始测量时间延迟。对于“暖”电极和“冷”电极，时间延迟可以不同，或者可以是相同的。例如，对于“暖”和“冷”电极，时间延迟可以均设置为50ms。

第四参数可以是斜升过滤系数。斜升过滤系数可以应用于电流水平的斜升。可以基于确定的温度改变斜升过滤系数。作为示例，对于确定的“暖”电极，斜升过滤系数可以被设置为0.980174952018632。对于确定的“冷”电极，斜升过滤系数可以设置为0.996867645107823。

总之，与“冷”电极相比，参数优化模块104可以设置一个或多个参数以使“暖”电极的电流上升更快。这可以改善焊接质量并且可以防止冻结。例如，较暖的电极通常具有较高的将其表面“形成”冷母材料并冻结的倾向。通过将电流的较快上升用于暖电极，可以抵消和减轻冻结的趋势。

参数优化模块104可以生成信号110以指示要被调整或优化的一个或多个参数。例如，信号110可以包括电流响应控制信息。可以将信号110提供给与控制模块100相关联的焊接系统的其它部件，以实现对信号110中指定的电流的调整。

温度确定模块102和参数优化模块104可以用硬件、软件或其任何组合来实现。

图2示出了逻辑流程200的示例，其可以表示用于基于温度调整过程控制参数的一个或多个所公开技术的实现。逻辑流程200可以表示可以由图1中描绘的控制模块100执行的操作。

在202处，可以接收指示温度的信息。该信息可以由焊接系统的部件接收，诸如焊接系统的控制模块。温度信息可以与电极的温度、母材的温度和/或焊池或熔池的温度相关。该信息可以是温度的直接或间接测量。例如，该信息可以是电极温度的实际测量。信息可以是时间的测量。例如，该信息可以是自上次焊接以来的时间测量(例如，对焊接过程的中断的测量、自电弧起作用以来的时间、从提供输出电流以来的时间等)。

在204处，确定或估计的温度可以被确定。确定或估计的温度可以是电极的温度、母材的温度和/或焊池或熔池的温度。温度可以以多种方式确定。作为示例，可以将指示温度的接收信息与一个或多个阈值进行比较，以确定温度类别(例如，沿着预定温度标度)。可以使用两种或更多种温度类别，并且可以使用一个或多个阈值。作为示例，可以使用单个阈值来确定电极是“暖”还是“冷”。阈值可以是时间阈值，使得在时间阈值以上的任何时间量(如在202处接收的信息所指示的)导致电极被确定为冷，而任何小于阈值的时间量导致电极被确定为暖。

在206处，可以基于在204处进行的温度确定来调整焊接过程参数。可以调整任意数量的焊接过程参数。作为示例，可以通过修改一个或多个焊接过程参数来调整输出电流和/或输出电流响应。可以调整以改变响应时间的参数可以包括上升时间常数、电流水平、从接触到电流增加的延迟以及斜升过滤系数。参数可以针对每个可能的温度类别而不同。

在208处，可以基于修改的过程参数来调整焊接过程。在中断后再次开始焊接过程时，可以调整焊接过程。可以将修改的过程参数提供给焊接系统内的任何数量的部件以调整焊接过程。

本公开不限于本文描述的具体实施例的范围。实际上，除了本文描述的那些之外，根据前面的描述和附图，本公开的其它各种实施例和对本公开的修改对于本领域普通技术人员而言将是清楚的。因此，这些其它实施例和修改旨意在落入本公开的范围内。此外，尽管已在特定目的的特定环境中的特定实现的上下文中描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识到其有用性不限于此并且本公开可以对于任何目的在任何数量的环境中被有益地实现。因此，应当鉴于如本文所述的本公开的全部范围和精神来解释下面阐述的权利要求。

Claims (18)

1.一种焊接系统，包括：

温度确定模块；以及

耦合到温度确定模块的参数优化模块，其中温度确定模块在焊接过程的中断期间确定电极的温度，

其中参数优化模块基于所确定的电极的温度来调整一个或多个焊接过程参数，以在焊接过程重新开始时使用。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，温度确定模块基于所接收的指示电极的温度的信息来确定电极的温度。

3.根据权利要求2所述的焊接系统，其中，所接收的信息包括电极的温度的实际测量。

4.根据权利要求2所述的焊接系统，其中，所接收的信息包括对焊接过程中断的持续时间的测量。

5.根据权利要求4所述的焊接系统，其中，所述持续时间包括自上次焊接以来的时间量。

6.根据权利要求4所述的焊接系统，其中，所述持续时间包括自提供输出电流以来的时间量。

7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述温度确定模块确定所述电极是相对暖的电极还是相对冷的电极。

8.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述参数优化模块基于所确定的电极的温度来调整输出电流的响应。

9.根据权利要求8所述的焊接系统，其中，所述参数优化模块调整输出电流的斜升时间。

10.根据权利要求8所述的焊接系统，其中，所述参数优化模块调整输出电流的斜升过滤系数。

11.根据权利要求8所述的焊接系统，其中，所述参数优化模块调整输出电流的电流水平。

12.一种方法，包括：

在焊接过程的中断期间接收指示电极的温度的信息；

基于所接收的信息确定电极的温度；

基于所确定的电极的温度调整一个或多个焊接过程参数；以及

将调整的焊接过程参数提供给焊接系统的一个或多个部件，以在焊接过程重新开始时调整焊接系统的操作。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所接收的信息包括电极的温度的实际测量。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所接收的信息包括焊接过程中断的时间长度。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，基于所确定的电极的温度来调整输出电流的响应。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，调整输出电流的斜升时间。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，调整输出电流的斜升过滤系数。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，调整输出电流的电流水平。