CN110769964A - 用于提高的穿透电流的焊接装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种装置(100)可以包括用于生成输出电流的电源(102)。装置还可以包括用于跨间隙施加输出电流的等离子焊炬(114)，以及用于接收启用穿透电流模式的选择的用户界面(118)。装置还可以包括控制器，该控制器用于响应于穿透电流模式的选择而将等离子焊炬处的输出电流设置从第一水平临时地增加到第二水平。

Description

用于提高的穿透电流的焊接装置和方法

相关申请的交叉引用

本国际申请要求于2017年6月19日提交的美国非临时专利申请No.15/626,593的优先权，该申请的全部公开内容通过引用整体并入。

技术领域

本实施例涉及电源，该电源用于焊接型电源，即，通常用于切割、焊接或加热的电源。

背景技术

等离子电弧切割是已知的用于切割诸如钢、铝等金属材料的技术。等离子电弧装置可以包括等离子电弧焊炬，该等离子电弧焊炬用于生成足够功率的电弧以切割具有给定厚度的材料。在已知的等离子焊炬操作中，可以通过沿着工件的边缘发起切割来执行切割。这样的切割可以适合用于将金属板的一个部分与相邻的部分分开。替代地，可以通过穿透通过金属板以建立孤立的孔来发起等离子焊炬操作。从这点出发，切割操作可以从较大的板内去除诸如圆形部分的部分。

在施加给工件的给定电流量下，等离子焊炬可以能够(从侧面)切割给定金属的比在孔中可以穿透的更厚的材料。为了切割在这些厚度下的金属，切割相应地需要开始于正在被切割的材料的边缘处。这个因素限制了给定电源的应用，并且排除了在该功率下在给定材料中切割孔的可能性。

关于这些和其它考虑，提供了本公开。

发明内容

在一个实施例中，装置可以包括用于生成输出电流的电源。装置还可以包括用于跨间隙施加输出电流的等离子焊炬，以及用于接收启用穿透电流模式的选择的用户界面。装置还可以包括控制器，所述控制器用于响应于穿透电流模式的选择而将等离子焊炬处的输出电流设置从第一水平临时地增加到第二水平。

在另一个实施例中，切割工件的方法可以包括：接收指示切割电流设置的信号，所述切割电流设置与等离子焊炬的第一水平下的输出电流的值对应。方法还可以包括：接收启用穿透电流模式的指示，以及发送第一控制信号以将所述等离子焊炬的输出电流的值从所述第一水平增加到第二水平。

在进一步的实施例中，控制等离子切割操作的装置可以包括用于生成输出电流的电源。装置还可以包括用于跨间隙施加所述输出电流的等离子焊炬。装置还可以包括控制器，所述控制器被布置为：将所述输出电流设置为零级水平，用于电弧发起；将所述输出电流增加到临时的第二水平达五秒或更短的预定持续时间；以及为了等离子切割操作的平衡，随后将所述输出电流减小到稳态切割电流。

附图说明

图1呈现了根据该公开的各种实施例的用于等离子切割的装置。

图2呈现了根据该公开的实施例的用户界面。

图3呈现了根据该公开的实施例的处理流程。

具体实施方式

各种实施例提供了用于改善的等离子切割装置的操作的部件和技术。尤其是，本实施例利用以下事实：用于诸如等离子切割的操作的电源可能被电源的部件上的热负荷/循环限制。这个考虑导致占空比额定值例如在40安培(40A)下为100％、在60A下为80％、在100A下为40％。给定的电源可以根据占空比来限制其输出功率，该占空比可以被决定用于在诸如若干分钟的时间段期间的操作。这个限制可能不适当地限制了由等离子焊炬输出的用于切割的电流，因为这可以阻止在穿透给定材料所需的电流水平下的操作。尤其在本实施例中，电流输出可以在初始操作期间增加一段时间，其不引起部件超过热负荷/循环，从而允许在穿透操作中切割更厚的材料。如果这个“穿透电流”不超过标称切割电流太多，那么耗材寿命将不会被这样的操作严重不利地影响。

图1图示了根据该公开的各种实施例的装置100。如所示，装置100可以被配置为从AC电源102接收诸如AC电力的电力。AC电源102可以提供例如120VAC的电力或208-230VAC的电力。在这上下文中实施例不是限制性的。装置100还可以包括输入整流器104以及逆变器106，以根据已知原理生成用于切割的输出电流。例如，可以将逆变器106的输出经由输出变压器108提供给工件112。装置100可以被额定为经由等离子焊炬114来输送最大输出电流。可以根据装置100的操作的占空比来设置最大输出电流。例如，在40％的占空比下，最大输出电流可以为60A、80A或其它值。在这上下文中实施例不是限制性的。如本文所使用的，术语“占空比”可以意指装置100在几分钟的时段期间在诸如60A的高输出电流下操作的时间百分比。例如，40％占空比可以对应于在高输出电流下操作装置100用于切割达4分钟的时段，而不操作达六分钟。在60A输出电流下的切割进行了40％的或更少的总时间的情况下，可以继续在40％的占空比下的这个操作。

装置100还可以包括电流传感器，示为传感器110，该传感器可以测量在装置100的第二侧上的输出电流，如所示。传感器110可以提供输出电流的实时测量，该测量可以用于控制装置100的操作。在操作中，至少在跨越大于若干秒的时间的长持续时间中，装置100可以被限制为最大输出电流。最大输出电流可以决定可以被等离子焊炬114成功地切割的工件112的材料的最大厚度。

在各种实施例中，装置100还可以包括穿透电流控制器116，该部件可以根据本公开的实施例以软件和硬件的组合来实施。对于其中工件是金属板并且其中从工件112的边缘进行工件的切割的切割操作，工件112的可以被切割的最大厚度可以比对于其中工件112要在工件112的中间被初始穿透的切割操作的最大厚度更大。例如，60A的电流可能对于从边缘切割3/4”的金属板是有效的，而60A可能能够通过仅1/2”的金属板穿透孔，并且可能对通过3/4”的金属板穿透孔是无效的。

为了解决上面的问题，穿透电流控制器116具备至少在诸如若干秒或更短的量级上的短持续时间中调整操作装置100的输出电流的能力。在各种实施例中，穿透电流控制器116可以控制装置100的部件，诸如逆变器106，以促进在比为装置100的切割操作设置的输出电流更高的输出电流下的操作。通过允许在更高的输出电流下操作短的时间段，可以由等离子焊炬114至少在足以在工件112中穿透孔的持续时间中输送超过诸如60A的设置的输出电流的“穿透电流”。作为示例，90A的穿透电流可以由穿透电流控制器116启用，使得高达90A的电流可以被输送到等离子焊炬114达一秒的时段，从而促进在如由工件112表示的3/4”的金属板中穿透孔的能力。随后，输出电流可以被限制为60A，例如用于工件112的继续的切割，该切割可以进行几分钟的持续时间。换句话说，一旦在工件112中建立孔，工件112的切割就可以在比建立孔所需的更低的电流水平下进行。以这种方式，可以生成整体上形成的工件112中的切口，而不从侧面切割工件112，同时不超过装置100的额定输出电流。因为提高的穿透电流的持续时间被限制为少于若干秒，因此作为示例，用于持续若干分钟的切割操作的总平均电流可以与从未超过60A的电流的情况大致相同。

还如图1中所示，装置100可以包括用户界面118，其中用户界面118可以包括屏幕、转盘或其它设备，从而提供显示、可选择的菜单或其它已知的供用户参与的界面。下面参考图2讨论用户界面118的一个实施例。用户界面118可以允许用户选择用于装置100的操作的参数，包括不同的操作模式。作为示例，用户界面118可以提供是否操作装置100以允许增加的穿透电流的选择，其中输出电流可以在有限的持续时间中超过正常的输出电流。

现在转到图2，示出了用户界面118的实施例，其中用户界面118可以被实施为菜单，诸如显示器上的菜单。提供穿透电流启用部件202，其允许用户启用装置100的在穿透电流模式下的，即，在提供增加的输出电流的模式下的操作。当被选择时，穿透电流启用部件202连同穿透电流控制器116一起可以将可以由逆变器106生成的最大输出电流从第一水平设置为第二水平。作为示例，输出电力的第一水平可以与60A对应，用于操作等离子焊炬114以在高达若干分钟的持续时间期间执行连续的切割。最大输出电力的第二水平可以与90A对应，用于在诸如若干秒或更短的短持续时间中操作等离子焊炬114。在一些示例中，第二水平可以是预定水平。这个操作可以适合于在工件112内生成孔，例如，其中60A电流可能是不足够的电力使等离子焊炬114穿透通过工件112的孔。

还如图2中所示，用户界面118可以包括穿透电流限制部件204，其中当启用穿透电流时，用户可以输入最大输出电流值。例如，如果60A表示正常的输出电流，那么穿透电流限制部件204可以允许用户输入超过60A的输出电流值，高达所确定的最大值或限度。因而，作为示例，用户可以输入“70A”或“80A”。随后，穿透电流控制器116可以将穿透电流操作期间的输出电流限制为由用户所选择的电流值。在其它实施例中，如果启用穿透电流操作，那么穿透电流控制器116可以在没有来自用户的附加输入的情况下自动地设置诸如90A的用于在穿透电流模式下的操作的输出电流。

在一些实施例中，用户界面还可以提供其它部件(即，配置参数)，诸如切割电流限制部件206，该部件允许用户手动地选择诸如60A的用于持续切割的输出电流。一旦设置，逆变器106就可以在延长的持续时间中，诸如在若干分钟期间，将输出电流限制为60A。在一些实施例中，一旦选择切割电流值，就可以相应地生成穿透电流值。因而，如果60A被设置为切割电流，那么穿透电流，即，在短持续时间中的输出电流，可以在没有用户干预的情况下自动地被设置在90A。

如图2中进一步所示，用户界面118可以包括厚度选择部件208。当用户占用厚度选择部件208时，用户可以输入要切割的工件112的厚度。基于所选择的厚度，穿透电流控制器116可以设置诸如60A的用于在延长的持续时间中切割的输出电流的限度，同时还可以设置诸如90A的穿透电流，所有这些都是在没有附加的用户输入的情况下的。

如图2中附加地所示，用户界面118可以包括穿透电流持续时间部件210，其允许手动地选择在较高的输出电流下的操作的持续时间。在一些示例中，用户可以选择高达最大持续时间的不同的持续时间，诸如1/2秒、1秒、2秒等。

在操作中，当启用穿透电流模式时，穿透电流控制器116连同逆变器106一起可以如下限制在等离子焊炬114处的输出电流。当要执行等离子切割操作时，等离子气体可以流动到装置100，同时建立在相对低值下的引示电流以生成等离子电弧。在随后当将等离子焊炬114应用于工件112的时刻，可以增加输出电流以切割工件，同时通过逆变器106的控制将输出电流限制为诸如90A的穿透电流值。换句话说，在预定时段期间，逆变器106可以由穿透电流控制器116控制，以将等离子焊炬114处的输出电流限制为高达90A的值。例如，传感器110可以向穿透电流控制器116提供实时输出电流信息，以控制逆变器106的操作，使得输出电流不超过90A。而且，可以预设将输出电流限制为90A的持续时间，使得一旦等离子焊炬114的操作的初始时段已过去，就可以将输出电流限制为更低的值。例如，在一秒之后，穿透电流控制器116然后可以控制逆变器106以将输出电流限制为诸如60A的默认输出电流达诸如若干分钟的延长的持续时间。

因而，在启用穿透电流模式的情况下，给定切割操作可以涉及两个不同的间隔，其中在若干秒或更短的初始间隔期间，可以生成相对较高的输出电流，而在接下来的高达若干分钟的间隔期间，可以生成相对较低的输出电流。因为诸如装置100的装置可以在可维持用于长期切割的电流水平之上的增加的电流下在短间隔中操作，因此可以在以其它方式不可切割的材料中实现孔的穿透。

虽然在前述实施例中，装置可以包括用于启用穿透电流模式的界面或其它机制，但是在附加的实施例中，等离子切割装置可以被布置为自动地提供穿透电流操作，而无需启用任何特定的模式。例如，装置可以包括控制器，该控制器被布置为将输出电流设置为零级水平(zeroth level)用于电弧发起和/或引示，并且将输出电流增加到临时的第二水平达五秒或更短的预定持续时间，并且为了等离子切割操作的平衡，随后当预定间隔(持续时间)已过去时将输出电流减小到稳态切割电流。所有这些操作可以在没有操作模式的选择的情况下由控制器按顺序自动地发起。

图3描绘了根据该公开的实施例的示例性处理流程300。在框302处，接收切割电流的选择。切割电流可以与在诸如高达许多分钟的延长的时间段期间要输送给等离子焊炬的输出电流对应。可以通过诸如转盘、触摸屏、按键盘或其它设备的用户界面来接收切割电流的选择。然后流程进行到框304。

在框304处，进行关于是否启用穿透电流模式的决定。在各种实施例中，可以经由诸如触摸屏、按键盘、转盘或其它指示设备的用户界面来完成穿透电流模式的启用。如果不启用，那么流程进行到框310，其中输出电流被限制为切割电流。在框304处，如果启用穿透电流模式，那么流程进行到框306。

在框306处，进行关于是否诸如通过用户界面已接收到穿透电流限度(意为穿透电流的最大值)的决定。如果否，那么流程进行到框312，其中对于预设持续时间以及在大于切割电流限度的预设电流限度下来重写切割电流值。例如，如果接收到60A的切割电流，并且在没有任何特定值的指示的情况下启用穿透电流，那么穿透电流的90A的预设限度可以被设置为作为默认时段的两秒中的输出电流。在两秒之后，为了用于切割操作的时间的平衡，输出电流(切割电流)可以被限制为60A。如果已接收到穿透值，那么流程进行到框308。

在框308处，进行关于是否诸如通过用户界面已接收到穿透电流时间或持续时间的决定。如果否，那么流程进行到框314，其中在接收的穿透电流限度下对于预设持续时间重写切割电流值。例如，如果所接收的穿透电流值为80A，那么可以将提供80A的穿透电流的预设持续时间设置为作为默认时段的两秒。在两秒之后，为了用于切割操作的时间的平衡，可以将输出电流(切割电流)限制为60A。如果已接收到穿透电流时间选择，那么流程进行到框316，其中在所接收的穿透电流限度的值下对于所接收的穿透电流的持续时间重写切割电流值。

本公开在范围上不被本文所描述的具体实施例限制。实际上，除了本文所描述的那些之外，根据前面的描述和附图，本公开的其它各种实施例和修改对本领域普通技术人员而言将是明显的。因而，这样的其它实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，虽然在本文中出于特定目的在特定环境中在特定实施方式的背景中描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识到其有用性不限于此，并且本公开可以有益地出于任何数量的目的在任何数量的环境中被实现。因而，下面阐述的权利要求应鉴于如本文所描述的本公开的全部广度和精神来解释。

Claims (16)

1.一种装置，包括：

电源，用于生成输出电流；

等离子焊炬，用于跨间隙施加所述输出电流；以及

用户界面，用于接收启用穿透电流模式的选择；以及

控制器，用于响应于启用所述穿透电流模式的选择而将所述等离子焊炬处的输出电流设置从第一水平临时地增加到第二水平。

2.如权利要求1所述的装置，所述控制器可操作为在初始时段中将所述输出电流设置为第二水平，并且在紧跟在所述初始时段之后的后续时段中将所述输出电流设置为第一水平。

3.如权利要求2所述的装置，所述第一水平包括用于在大于五秒的持续时间期间的切割操作的输出电流设置。

4.如权利要求2所述的装置，所述第二水平包括穿透电流，所述穿透电流包括要在所述初始时段期间施加的输出电流设置，其中所述初始时段具有两秒或更短的持续时间。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述输出电流的所述第一水平基于所述等离子焊炬的操作的占空比。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述用户界面包括穿透电流启用选择，所述穿透电流启用选择可操作为启用所述电源来生成高达与所述第二水平对应的值的输出电流。

7.如权利要求2所述的装置，其中所述用户界面包括用于设置在所述第二水平下的操作的持续时间的穿透电流持续时间的选择。

8.一种切割工件的方法，包括：

接收指示切割电流设置的信号，所述切割电流设置与等离子焊炬的第一水平下的输出电流的值对应；

接收启用穿透电流模式的指示；以及

发送第一控制信号以将所述等离子焊炬的输出电流的值从所述第一水平增加到第二水平。

9.如权利要求8所述的方法，还包括发送第二控制信号以将所述等离子焊炬的输出电流的值从所述第二水平减小到所述第一水平。

10.如权利要求9所述的方法，其中当从所述第一控制信号的发送起已过去预定间隔时，发送所述第二控制信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述预定间隔是两秒或更短。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述预定间隔基于从用户界面接收的用户信号。

13.如权利要求8所述的方法，其中所述第二水平基于从用户界面接收的用户输入。

14.如权利要求8所述的方法，其中所述第二水平是预定水平。

15.一种控制等离子切割操作的装置，包括：

电源，用于生成输出电流；

等离子焊炬，用于跨间隙施加所述输出电流；以及

控制器，所述控制器被布置为：

将所述输出电流设置为零级水平，用于电弧发起；

将所述输出电流增加到临时的第二水平达五秒或更短的预定持续时间；以及

随后将所述输出电流减小到稳态切割电流，以达到等离子的切割操作的平衡。

16.如权利要求15所述的装置，还包括：

用户界面，用于接收启用穿透电流模式的选择，其中当启用所述穿透电流模式时，所述控制器可操作为将所述输出电流从所述零级水平增加到所述临时的第二水平。

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