CN111097992B - 用于起动电弧焊的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开用于起动电弧焊的系统和方法。一种实例焊接型功率供应器包含：功率转换电路系统，被配置成将输入功率转换为焊接型功率；以及控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：在焊接操作之前，控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极；并且响应于识别焊丝电极与工件之间的接触：控制功率转换电路系统将起弧电流输出到焊丝电极；控制焊炬的送给马达缩进焊丝电极；基于焊接操作的第一参数而控制送给马达推进焊丝电极；并且基于焊接操作的第一参数或第二参数而控制功率转换电路系统将焊接型功率输出到焊丝电极。

Description

用于起动电弧焊的系统和方法
技术领域
本公开概括地涉及焊接系统，并且更具体地涉及用于启动电弧焊的系统和方法。
背景技术
焊接型部件(例如，焊炬)有时由焊接型功率供应器供电。常规的功率供应器使用一系列电气部件和/或电气电路系统以以产生适当的焊接型功率以用于各种焊接型操作和/或焊接型部件。
常规的短路金属极气体保护电弧焊(GMAW)(也称为金属极惰性气体保护(MIG)焊接)是在电极与待焊接的金属件之间形成电弧的焊接方法。电弧产生导致金属件熔融的热。熔融的金属件一经冷却，金属件就接合并形成焊缝。电气参数和/或物理参数可被调整以给出可能的最佳电弧并改进总体焊接方法。
发明内容
公开用于启动电弧焊的系统和方法，实质上如附图中的至少一幅所图示以及结合附图中的至少一幅所描述。
附图说明
图1是根据本公开的方面示例性焊接型系统的图示。
图2是图示在焊接电弧的启动期间图1的系统中的示例性电压、电流和送丝速度命令的图表。
图3A到图3C图示在焊接电弧的启动期间电极和工件接触的示例性序列。
图4A和图4B是代表示例性机器可读指令的流程图，该机器可读指令可由图1的焊接系统执行以控制焊接电弧的启动。
附图未必按比例绘制。适当时，类似或相同附图标记用于表示类似或相同部件。
具体实施方式
常规电弧启动技术包括推进(例如，运入)焊丝电极以触碰工件。当焊丝电极接触工件时，焊接电路完成，并且电流开始流动。此常规电弧启动技术需要大量能量以点燃焊接电弧，并且焊接电流通常处于350A到500A的范围中。当电弧确实点燃时，流经焊丝的大量能量倾向于产生大量飞溅物。在电弧启动之后，送丝速率和/或电源能量从起动参数斜坡变化到稳态焊接参数。
一些常规电弧启动技术包括缩进焊丝(也称为缩进起弧)。常规缩进起弧与常规电弧启动类似之处在于将焊丝以减小的速率朝向工件推进并触碰板。较低电流用于点燃电弧。缩进起弧中的典型电流可以是20安到100安。电弧借助于机械过程来点燃，在该机械过程中，焊丝通过颠倒送丝马达的方向来缩进而脱离与工件接触(也称为焊丝缩进)。随着焊丝缩进，电流增大到50安到125安以支持电弧。随着焊丝在此电流下缩回，焊丝与工件之间的短路被清除，并且焊丝缩进启动电弧。在电弧启动之后，送丝速率和/或电源能量从起动参数斜坡变化到稳态焊接参数。
与常规起弧相比，常规缩进起弧在较低能量水平下发生，并且减少飞溅物。然而，在焊丝电极接触工件时，电源是操作的并且在正确条件下，电流可将焊丝点焊到工件。常规焊接功率供应器可被设计成在数百安下运行，并且通常在较低电流电平下不具有精确的电流控制和/或电流响应。将焊丝点焊的可能性需要工件被牢固地附接或夹紧，或焊丝电极的所尝试的缩进将移动焊接板，由此可中断自动和/或手动焊接操作。
本公开的示例性方法和设备包括在焊接型功率被停用或按其它方式未提供到焊丝电极时检测焊丝电极与工件之间的接触。在一些实施例中，使用低电流电源来检测接触，该低电流电源在焊丝电极与工件接触时检测电路的闭合。当检测到接触时，焊接型功率可接着被启用或按其它方式提供到焊丝电极，由此在焊丝电极从工件缩进时启动电弧。
较低电流意味着将焊嘴中的焊丝点焊的可能性降低或消除和/或在电弧启动期间热点减少或消除。相比之下，焊接型电流电平可导致焊丝产生点焊缝(例如，在焊炬内将焊丝电极点焊到接触焊嘴)和/或热点(例如，焊丝在焊炬中与接触焊嘴接触的点处的局部焊丝加热)。这些效应缩短接触焊嘴寿命和/或降低将焊丝平稳地送给到焊缝的能力(例如，在分离后，点焊缝刮擦焊丝，从而导致焊丝卡住和/或缩短的接触焊嘴寿命)，并且通过本公开的示例性方法和设备来减少或预防。附加地或替代地，热点可导致热点处的焊丝分离以及电弧启动时的闪耀，这也通过本公开的示例性方法和设备来减少或预防。
如本文所使用，术语“焊接型功率”表示适合用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的功率。如本文所使用，术语“焊接型功率供应器”表示在向其施加功率时能够供应焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)功率的任何装置，包含(但不限于)逆变器、转换器、谐振功率供应器、准谐振功率供应器及诸如此类，以及与其相关联的控制电路系统和其它辅助电路系统。
如本文所使用，“焊接电压设置点”表示经由用户接口、网络通信、焊接程序规范或另一选择方法而输入到功率转换器的电压。
如本文所使用，“电路”包含任何模拟和/或数字部件、电力和/或控制元件，例如，微处理器、数字信号处理器(DSP)、软件及诸如此类、分立的和/或集成的部件，或其部分和/或组合。
本公开的示例性焊接型功率供应器包含功率转换电路系统以及控制电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率；所述控制电路系统被配置成：在焊接操作之前，控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极。控制电路系统被进一步配置成响应于识别焊丝电极与工件之间的接触：控制功率转换电路系统将起动送给速度起弧电流输出到焊丝电极；控制焊炬的送给马达缩进焊丝电极；基于焊接操作的第一参数而控制送给马达推进焊丝电极；并且基于焊接操作的第一参数或第二参数而控制功率转换电路系统将焊接型功率输出到焊丝电极。
在一些实施例中，控制电路系统被配置成基于来自耦接到焊丝电极并耦接到工件的触碰检测电路的信号而识别焊丝电极与工件之间的接触。一些示例性功率供应器还包含触碰检测电路，所述触碰检测电路被配置成输出触碰检测信号，其中控制电路系统被配置成：控制触碰检测电路经由输出端子而将触碰检测信号输出到焊丝电极；监测输出端子处的电压；并且响应于检测到输出端子处的电压小于阈值，识别焊丝电极与工件之间的接触。
在一些实施例中，控制电路系统被配置成在控制功率转换电路系统将焊接型功率输出到焊丝电极之前，控制送给马达按起动送给速度推进焊丝电极并控制功率转换电路系统输出起动电压输出。在一些实施例中，控制电路系统被配置成响应于识别焊接操作的结束而控制送丝机的辅助送给马达将焊丝电极缩进预定量。
在一些实施例中，控制电路系统被配置成：在控制功率转换电路系统输出起弧电流时监视功率转换电路系统的输出端子处的电压；并且响应于检测到阈值电压，控制送给马达按起动送给速度推进焊丝电极并控制功率转换电路系统输出起动电压输出。在一些此种实施例中，控制电路系统被配置成：控制送给马达将送丝速度从起动送给速度斜坡变化到送丝速度设置点；并且控制功率转换电路系统将输出电压从起动电压输出斜坡变化到焊接电压设置点。
在一些示例性功率供应器中，控制电路系统被配置成：在控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极之后并在识别焊丝电极与工件之间的接触之前，控制焊炬的送给马达推进焊丝电极。在一些实施例中，控制电路系统被配置成基于测量送给马达的转矩而识别焊丝电极与工件之间的接触。在一些实施例中，控制电路系统被配置成在控制控制送给马达缩进焊丝电极之前或与此同时，控制功率转换电路系统将起弧电流输出到焊丝电极。
本公开的示例性方法包含：在焊接操作之前，经由控制电路系统而控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极；以及响应于识别焊丝电极与工件之间的接触：经由控制电路系统而控制焊炬的送给马达缩进焊丝电极；经由控制电路系统而控制功率转换电路系统将起弧电流输出到焊丝电极；经由控制电路系统而基于焊接操作的第一参数而控制送给马达推进焊丝电极；以及经由控制电路系统而基于焊接操作的第一参数或第二参数而控制功率转换电路系统将焊接型功率输出到焊丝电极。
在一些实施例中，焊丝电极与工件之间的接触的识别包含在控制电路系统处从耦接到焊丝电极并耦接到工件的触碰检测电路接收信号。一些示例性方法还包含：经由控制电路系统而控制触碰检测电路经由输出端子将触碰检测信号输出到焊丝电极；监视输出端子处的电压；以及响应于检测到输出端子处的电压小于阈值，识别焊丝电极与工件之间的接触。
一些示例性方法还包含控制送给马达按起动送给速度推进焊丝电极并控制功率转换电路系统输出起动电压输出。一些示例性方法还包含响应于识别焊接操作的结束而控制送丝机的辅助送给马达将焊丝电极缩进预定量。
一些示例性方法还包含：在控制功率转换电路系统输出起弧电流时监视功率转换电路系统的输出端子处的电压；以及响应于检测到阈值电压，控制送给马达按起动送给速度推进焊丝电极并控制功率转换电路系统输出起动电压输出。一些示例性方法还包含：控制送给马达将送丝速度从起动送给速度斜坡变化到送丝速度设置点；以及控制功率转换电路系统将输出从起动电压输出斜坡变化到焊接电压设置点。
一些示例性方法还包含，在控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极之后并在识别焊丝电极与工件之间的接触之前，控制焊炬的送给马达推进焊丝电极。在一些示例性方法中，焊丝电极与工件之间的接触的识别是基于测量送给马达的转矩。
一些本公开的示例性焊接型功率供应器包含：功率转换电路系统以及控制电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率；所述控制电路系统被配置成：在功率转换电路系统未将焊接型功率输出到焊丝电极时，识别焊丝电极与工件之间的接触；响应于识别接触，控制功率转换电路系统将起弧电流输出到焊丝电极并控制焊炬的送给马达缩进焊丝电极。
一些本公开的示例性焊接型功率供应器包含：功率转换电路系统以及控制电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率；所述控制电路系统被配置成：在焊接操作之前，控制功率转换电路系统停止将焊接型功率输出到焊丝电极；并且响应于识别焊丝电极与工件之间的接触：控制功率转换电路系统将起弧电流输出到焊丝电极；控制送给马达缩进焊丝电极；基于焊接操作的第一参数而控制送给马达推进焊丝电极；并且基于焊接操作的第一参数或第二参数而控制功率转换电路系统将焊接型功率输出到焊丝电极。
现参照附图，图1是示例性焊接系统100的框图，所述焊接系统100具有焊接型功率供应器102、送丝机104和焊炬106。焊接系统100对焊接应用供电、控制并将耗材供应到焊接应用。在一些实施例中，功率供应器102直接将输入功率供应到焊炬106。焊炬106可以是基于期望的焊接应用而被配置用于保护金属极电弧焊(SMAW，或焊条焊接)、钨极惰性气体(TIG)焊接、金属极气体保护电弧焊(GMAW)、药芯电弧焊(FCAW)的焊炬。在所图示的实施例中，功率供应器102被配置成将功率供应到送丝机104，并且送丝机104可被配置成将输入功率导引到焊炬106。除了供应输入功率之外，送丝机104还可针对各种焊接应用(例如，GMAW焊接、药芯电弧焊(FCAW))将填料金属供应到焊炬106。虽然图1的示例性焊接系统100包含送丝机104(例如，针对GMAW或FCAW焊接)，但送丝机104可被替换为任一其它类型的远程附属装置，例如，提供焊条和/或TIG焊接的焊条焊接和/或TIG焊接远程控制接口。
功率供应器102接收初级功率108(例如，从AC电网、发动机/发电机组、电池组或其它能量产生或存储装置或其组合)，调节初级功率，并根据焊接系统100的需求而将输出功率提供到一个或更多个焊接装置。初级功率108可从场外位置供应(例如，初级功率可源于电网)。功率供应器102包含功率转换电路系统110，其中功率转换电路系统110可包含能够如焊接系统100的需求(例如，特定焊接方法和方案)所指示而将AC输入功率转换为AC和/或DC输出功率的变压器、整流器、开关及诸如此类。功率转换电路系统110基于焊接电压设置点而将输入功率(例如，初级功率108)转换为焊接型功率，并经由焊接电路而输出焊接型功率。
在一些实施例中，功率转换电路系统110被配置成将初级功率108转换为焊接型功率与辅助功率输出两者。然而，在其它实施例中，功率转换电路系统110适配成将初级功率仅转换为焊接功率输出。
功率供应器102包含控制功率供应器102的操作的控制器112。功率供应器102还包含用户接口114。也被称为“控制电路系统”的控制器112从用户接口114接收输入，经由用户接口114，用户可选择方法和/或输入期望参数(例如，电压、电流、特定脉冲式或非脉冲式焊接方案等)。用户接口114可使用任何输入装置(例如，经由小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线装置等)而接收输入。此外，控制器112基于用户进行的输入以及基于其它电流操作参数而控制操作参数。具体来说，用户接口114可包含显示器116以便向操作员呈现、示出或指示信息。控制器112还可包含接口电路系统以便将数据传达给焊接系统100中的其它装置(例如，送丝机104)。例如，在一些情形下，功率供应器102与焊接系统100内的其它焊接装置无线通信。此外，在一些情形下，功率供应器102使用有线连接(例如，通过使用网络接口控制器(NIC))而与其它焊接装置通信以经由网络(例如，以太网、10baseT、10base100等)传达数据。在图1的实例中，控制器112经由通信收发器118经由焊接电路而与送丝机104通信，如下所述。
控制器112包含控制功率供应器102的操作的至少一个控制器或处理器120。控制器112接收并处理与焊接系统100的性能和需求相关联的多个输入。处理器120可包含一个或更多个微处理器，例如，一个或更多个“通用”微处理器、一个或更多个专用微处理器和/或ASIC和/或任一其它类型的处理装置。例如，处理器120可包含一个或更多个数字信号处理器(DSP)。
示例性控制器112包含一个或更多个存储装置123和一个或更多个存储器装置124。存储装置123(例如，非易失性存储装置)可包含ROM、闪速存储器、硬盘驱动器和/或任一其它适当光学、磁性和/或固态存储介质和/或其组合。存储装置123存储数据(例如，对应于焊接应用的数据)、指令(例如，执行焊接过程的软件或固件)和/或任何其它适当数据。用于焊接应用的所存储的数据的实例包含焊炬的姿态(例如，取向)、接触焊嘴与工件之间的距离、电压、电流、焊接装置设置及诸如此类。
存储器装置124可包含易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM))。存储器装置124和/或存储装置123可存储各种信息，并可用于各种目的。例如，存储器装置124和/或存储装置123可存储处理器可执行指令125(例如，固件或软件)以供处理器120执行。此外，用于各种焊接过程的一种或更多种控制方案与相关联的设置和参数可连同代码一起存储在存储装置123和/或存储器装置124中，所述代码被配置成在操作期间提供具体输出(例如，启动送丝、实现气体流动、捕获焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅物的量)。
在一些实施例中，焊接功率从功率转换电路系统110穿过焊接缆线126而流动到送丝机104和焊炬106。示例性焊接缆线126可与功率供应器102和送丝机104中的每一个处的焊接螺柱附接和分开(例如，以实现容易地在磨损或损坏的状况下替换焊接缆线126)。此外，在一些实施例中，焊接数据是通过焊接缆线126提供，以使得焊接功率和焊接数据一起经过焊接缆线126而提供和传输。通信收发器118可以通信地耦接到焊接缆线126以通过焊接缆线126而传达(例如，发送/接收)数据。通信收发器118可基于各种类型的功率线通信方法和技术来实施。例如，通信收发器118可利用IEEE标准P1901.2以通过焊接缆线126提供数据通信。以此方式，焊接缆线126可用于将焊接功率从功率供应器102提供到送丝机104和焊炬106。附加地或替代地，通信缆线127可用于在通信收发器118和送丝机104的类似通信收发器119之间发射和/或接收数据通信。
示例性通信收发器118包含接收器电路121和发射器电路122。通常，接收器电路121接收由送丝机104发射的数据，并且发射器电路122将数据发射到送丝机104。在一些实施例中，在焊接电流流经焊接电路(例如，在焊接型操作期间)时和/或在焊接电流已停止流经焊接电路之后(例如，在焊接型操作之后)，接收器电路121经由焊接电路而接收通信。
通信收发器118的示例性实施方案描述在第9,012,807号美国专利中。第9,012,807号美国专利的全部内容以引用方式并入本文中。然而，可使用通信收发器118的其它实施方案。
示例性送丝机104也包含通信收发器119，该通信收发器119可在构造和/或功能上与通信收发器118类似或相同。
示例性功率供应器102包含电压监视器160和电流监视器168。电压监视器160监视来自焊接功率供应器102的输出电压。输出电压可由功率转换电路系统110、触碰检测电路系统111、外部电压源、电流源和/或负载和/或任一其它电压内因或外因控制。电流监视器168监视输出电流。虽然示例性电流监视器168被图示为监视来自功率转换电路系统110的输出电流，但电流监视器168可被配置成监视流经功率供应器102和/或任何特定电路的输出端子的任何电流。例如，电流监视器168可检测在触碰检测电路系统111正输出电压并且功率转换电路系统110被停用时，电流是否正流动。
在一些实施例中，气体供应器128取决于焊接应用而提供保护气体，例如，氩气、氦气、二氧化碳及诸如此类。保护气体流动到阀门130，该阀门130控制气体的流量，并且视需要可被选择以允许调制或调节供应到焊接应用的气体的量。阀门130可由控制器112打开、关闭或按其它方式操作以实现、抑制或控制穿过阀门130的气体流(例如，保护气体)。保护气体离开阀门130并穿过缆线132(其在一些实施方案中可封装有焊接功率输出)流动到送丝机104，该送丝机104将保护气体提供到焊接应用。在一些实施例中，焊接系统100不包含气体供应器128、阀门130和/或缆线132。
在一些实施例中，送丝机104使用焊接功率以对送丝机104中的各种部件供电，例如，以对送丝机控制器134供电。如上所述，焊接缆线126可被配置成提供或供应焊接功率。功率供应器102也可使用设置在功率供应器102内的焊接缆线126和通信收发器118而与送丝机104的通信收发器119通信。在一些实施例中，通信收发器119实质上类似于功率供应器102的通信收发器118。送丝机控制器134控制送丝机104的操作。在一些实施例中，送丝机104使用送丝机控制器134以检测送丝机104是否与功率供应器102通信，并且如果送丝机104与功率供应器102通信，那么检测功率供应器102的当前焊接过程。
接触器135(例如，高电流继电器)由送丝机控制器134控制，并且被配置成允许或抑制焊接功率继续流动到焊接缆线126以用于焊接应用。在一些实施例中，接触器135是机电装置。然而，接触器135可以是任一其它适当装置，例如，固态装置，和/或可在功率供应器102被配置成控制焊接型功率到焊炬106的输出时被省去。控制器112和/或控制器134可控制接触器135闭合和/或打开以将功率提供到焊炬106。送丝机104包含辅助马达136，该辅助马达136从送丝机控制器134接收控制信号以驱动辊138，辊138旋转以将焊丝拉离焊丝卷轴140。焊接经由焊炬缆线142而提供到焊接应用。同样，送丝机104可经由缆线142而从缆线132提供保护气体。焊丝电极、保护气体和来自焊接缆线126的功率在单个焊炬缆线144中捆扎在一起和/或分别地提供到焊炬106。
焊炬106针对焊接应用而输送焊丝、焊接功率和/或保护气体。焊炬106用于在焊炬106与工件146之间建立焊接电弧。工作缆线148将工件146耦接到功率供应器102(例如，耦接到功率转换电路系统110)以对焊接电流提供返回路径(例如，作为焊接电路的部分)。示例性工作缆线148可与功率供应器102附接和/或分开以便替换工作缆线148。工作缆线148可用接线夹150(或另一电力连接装置)端接，该接线夹150将功率供应器102耦接到工件146。
示例性焊炬106包含双向送给马达152，该双向送给马达152被配置成在焊接操作期间将焊丝电极从送丝机拉动到焊炬106以将焊丝送给到焊接电弧。送给马达152还可受控制以颠倒焊丝方向而将焊丝从工件缩进。改变焊丝速度和/或颠倒焊丝可在一些焊接过程中用于减少飞溅物和/或实现期望焊接结果。辅助马达136可作为辅助马达操作以从卷轴140拉动焊丝，并将焊丝朝向焊炬106送给，而示例性送给马达152在焊接期间推进和缩进焊丝电极以控制短路和/或电弧长度。
触碰检测电路系统111包含被配置成检测焊炬106(例如，由焊炬106固持的电极)与工件146之间的电接触的电路系统。例如，触碰检测电路系统111将输出电压施加到功率供应器102的输出端子，所述输出端子可以是由功率转换电路系统110用于输出焊接型功率的相同输出端子。触碰检测电路系统111监视输出以检测电流，这在焊炬106与工件146(例如，经由电极)电接触以闭合电路并允许电流流动时发生。示例性触碰检测电路系统111可被输出限制到低电流(例如，小于10mA)，并且响应于检测到电流的流动而将检测信号提供到控制器112。
为了减少或消除上文所论述的常规电弧启动技术的缺陷，示例性控制器112控制功率转换电路系统110在焊丝电极与工件之间的初始接触期间不产生输出。实际上，控制器112使用触碰检测电路系统111以通过没有将焊丝电极点焊到工件146的风险的电流来检测焊丝电极与工件146之间的接触。在检测到接触之后，控制器112可启用或按其它方式控制功率转换电路系统110以输出起弧电流和/或启动电弧的焊接电流。
图2是图示焊接电弧的启动期间图1的系统中的示例性电压、电流和送丝速度命令的图表200。图3A到图3C图示焊接电弧的启动期间电极和工件接触的简化示例性序列。为了清楚起见，图3A到图3C省去连接图3A到图3C所示的元件的元件，例如，焊接缆线126、接触器135及诸如此类。
示例性图表200图示电压反馈信号202(例如，由电压监视器160测量的电压)、电流反馈信号204(例如，由电流监视器168测量的电流)以及送丝速度命令信号206(例如，由控制器112输出到送丝机104的送丝速度命令)。图2的送丝速度信号206包含指示焊丝推进的正值与指示焊丝缩进的负值两者。示例性信号202到206是出于说明的目的，并且未必按比例绘制。
在第一时间208，例如通过按压焊炬106的触发器和/或由机器人焊接控制器发出的启动信号而产生焊接启动信号。响应于焊接启动信号，控制器112控制触碰检测电路系统111输出焊丝电极(例如，焊炬106)与工件146之间的电压，并且通过电路的完成而对指示焊丝电极与工件146之间的接触的电流流动进行监视。示例性电压反馈信号202增大到触碰检测电路系统111的输出电压。
在图2的实施例中，在启用触碰检测电路系统111之后，在时间210，控制器112控制焊炬106的送给马达152而开始推进焊丝电极(如送丝速度信号206的增大所图示)。送给马达152可按相对低的起动速度推进焊丝，以减少颠倒送丝速度来缩进焊丝电极所需的时间。为了辅助后续缩进，控制器112未启用辅助马达136，这导致送给马达152减少焊炬缆线144内(例如，焊炬缆线144中的焊丝内衬内)的焊丝电极的压缩和/或增大其拉伸。
图3A图示在时间208和/或时间210示例性焊丝电极302、焊炬106的部分和工件146。如图3A所图示，防止功率转换电路系统110将焊接型功率输出到焊丝电极302。虽然焊接型功率输出的防止在图3A中被图示为将功率转换电路系统110与电极302物理地断开连接的断开开关，但控制器112可替代地控制功率转换电路系统110的元件(例如，开关模式功率供应实施方案的开关元件)以防止从功率转换电路系统110输出焊接型功率。
在一些其它实施例中，控制器112未控制送给马达152推进焊丝电极。实际上，依赖于由操作员或机器人进行的焊炬106的移动以导致焊丝电极302与工件146之间的电接触。
在时间212，控制器112经由触碰检测电路系统111而检测焊丝电极与工件146之间的接触，这导致电压反馈信号202的减小以及从触碰检测电路系统111输出的非零电流的检测。响应于检测到接触，在时间214，控制器112控制送给马达152缩进焊丝电极302，并控制功率转换电路系统110输出起弧电流。输出起弧电流可在开始缩进焊丝电极302之前或与此同时发生。在图2的实施例中，控制器112对启动起动电流和缩进焊丝之前的接触设置延迟或时间下限。
图3B图示在时间212和/或时间214(例如，在焊丝电极302缩进而脱离与工件146接触之前)示例性焊丝电极302、焊炬106的部分和工件146。在图3B的实施例中，电路由触碰检测电路系统111、焊丝电极302和工件146(以及连接电路系统)形成，从而允许电流流动并指示接触在焊丝电极302与工件146之间形成。功率转换电路系统110尚未被启用或受控制而输出焊接型功率。
在时间214与216之间，焊丝电极302缩进，并且焊接型功率由功率转换电路系统110输出到焊丝电极302，由此随着电弧长度增大而导致电弧启动和升高的输出电压(例如，增大的电压反馈信号202)。在时间216，控制器112识别电压反馈信号202已达到阈值电压218。在图2的实例中，控制器112在阈值电压218的识别之后的持续时间中继续缩进焊丝电极302，直到时间220为止。
在时间220，示例性控制器112改变为转变模式，其中控制器112再次控制送给马达152将焊丝电极302朝向工件146推进。控制器112进一步控制辅助马达136推进焊丝电极302并减小功率转换电路系统110的输出电流。例如，控制器112可在时间220减小输出电流以减小输入到工件146的能量而在转变模式期间减少飞溅物。
在其它实施例中，控制器112可在阈值电压218的识别之后立即改变为斜坡进入(ramp-in)模式，从而省去时间216与220之间的额外焊丝缩进时间。
图3C图示在时间216和/或时间220(例如，在电弧304由功率转换电路系统110在焊丝电极302与工件146之间建立时)的示例性焊丝电极302、焊炬106的部分和工件146。在图3C的实例中，功率转换电路系统110被启用以将焊接型功率输出到焊丝电极302，这提供功率以启动电弧304。
在时间222，控制器112改变为斜坡变化模式以基于针对焊接操作而指定的设置点而转变送丝速度和焊接型输出。在图2的实例中，电压斜坡变化到被设置得高于设置点电压的热起动电压，并且控制器112控制功率转换电路系统110斜坡变化，以使得历经预定持续时间在时间224达到热起动电压。控制器112控制功率转换电路系统110使基于在时间222的电压和/或电流的输出电压和/或输出电流斜坡变化到稳态或设置点电压和/或电流，并且基于斜坡变化时间而进行。
在时间226，控制器112根据所选择的焊接过程(例如，焊接程序、输出设置点等)而控制功率转换电路系统110和送丝机104(例如，包含送给马达152和辅助马达136)。
在一些实施例中，在焊接操作结束时(例如，在电弧熄灭时)，控制器112可控制辅助马达136在短时间中颠倒以减少焊丝内衬内的焊丝电极302的压缩。一些辅助马达可倾向于在焊丝内衬内的焊丝电极中引入一些压缩，这可使得在下一起弧程序期间缩进焊丝电极困难。
图4A和图4B是代表可由图1的焊接系统100执行以控制焊接电弧的启动的示例性机器可读指令400的流程图。例如，控制器112(例如，经由处理器120)可执行存储在存储装置123和/或存储器124中的指令400。下文中参照图1的焊接系统100来描述示例性指令400。
在框402中，控制器112停用功率转换电路系统110的输出。例如，控制器112可控制开关元件将功率转换电路系统110与焊接型功率供应器102的输出端子断开连接和/或控制功率转换电路系统110不输出功率。
在框404中，示例性控制器112控制触碰检测电路系统111输出触碰检测信号。示例性触碰检测信号可包含足够电压和低电流。
在框406中，控制器112确定是否将送丝机104控制在自动模式中以便触碰检测。在自动模式中，焊丝电极302与工件146之间的接触通过使用焊炬106中的送给马达152而推进焊丝电极302来产生。相反，在非自动(例如，手动)模式中，焊丝电极302与工件146之间的接触通过将焊炬106朝向工件146移动而产生。焊丝电极302具有从焊炬106的固定伸出，并且焊炬106的移动可由操作员、机器人、操纵员和/或任一其它焊炬操纵源导致。
如果将送丝机104控制在自动模式中以便触碰检测(框406)，那么在框408中，控制器112控制送给马达152推进焊丝电极302。在开始推进焊丝电极(框408)之后或者如果不将送给马达152控制在自动模式中以便触碰检测(框406)，那么在框410中，控制器112确定是否检测到焊丝电极302与工件146之间的接触。例如，控制器112可确定是否已由触碰检测电路系统111检测到电流。如果尚未检测到接触(框410)，那么控制器112将框410迭代以对接触进行监视。
当检测到接触(框410)时，在框412中，控制器112在第一电流电平下启用功率转换电路系统110的输出。在一些实施例中，当功率转换电路系统110被启用时，控制器112可停用(例如，关断、切断连接)触碰检测电路系统111。在框414中，控制器112控制送给马达152缩进焊丝电极302。由于框412和414，电弧通常由于焊丝缩进以及由功率转换电路系统110输出的功率而启动。
在电弧启动之后，电弧电压随着焊丝电极302熔融和/或送给马达152继续缩进焊丝电极302而增大。在框416中，控制器112确定是否检测到至少阈值电压(例如，经由电压监视器160)。如果未检测到阈值电压(框416)，那么控制器112将框416迭代以针对阈值电压进行监视。
当检测到阈值电压(框416)时，在框418中，控制器112起动计时器，此后，功率转换电路系统110的控制模式改变。在框420中，控制器112确定计时器是否已期满(例如，倒数计时器是否已达到阈值(例如，零)，正数计时器是否已达到目标值等)。如果计时器尚未期满(框420)，那么控制器112将框420迭代以针对计时器期满进行监视。
当计时器期满(框420)时，在框422中，控制器112将功率转换电路系统110的输出设置为第二电流电平。例如，控制器112可将输出电流设置为在焊接操作的初始阶段期间减少飞溅物的低电平。在框424中，控制器112控制送给马达152推进焊丝电极302，并控制辅助马达136送给焊丝电极306。在一些实施例中，控制器112可控制送给马达152和/或辅助马达136按较高推进速率推进焊丝电极302，以快速地颠倒焊丝方向并减小电弧长度，同时控制功率转换电路系统110输出比框412到420中的电弧启动电流低的电流。
在框426中，控制器112起动计时器，此后，功率转换电路系统110的控制模式改变为斜坡变化模式。在框428中，控制器112确定计时器是否已期满(例如，倒数计时器是否已达到阈值(例如，零)，正数计时器是否已达到目标值等)。如果计时器尚未期满(框428)，那么控制器112将框428迭代以针对计时器期满进行监视。
当计时器已期满(在框428中)时，在框430中，控制器112设置功率转换电路系统110的输出以增大输出电压，并在框432中，控制送给马达152和辅助马达136增大送丝速度。例如，控制器112可控制功率转换电路系统110、送给马达152和辅助马达136为所选择的焊接过程、电压设置点和/或送丝速度设置点做好准备，并且接着使输出电压和送丝速度斜坡变化到所选择的电压设置点和/或送丝速度设置点。
在框434中，控制器112起动计时器，此后，功率转换电路系统110的控制模式改变为焊接操作。在框436中，控制器112确定计时器是否已期满(例如，倒数计时器是否已达到阈值(例如，零)，正数计时器是否已达到目标值等)。如果计时器尚未期满(框436)，那么控制器112将框436迭代以针对计时器期满进行监视。
参照图4B，当计时器期满(框436)时，在框438中，控制器112基于所编程的焊接操作而控制功率转换电路系统110的输出、送给马达152和辅助马达136。在框440中，控制器112确定焊接操作是否已结束。例如，控制器112可确定是否已接收到焊接结束命令和/或是否已释放焊炬106的触发器。如果焊接操作尚未结束(框440)，那么控制返回到框438以继续所编程的焊接操作。
当焊接操作结束(框440)时，在框442中，控制器112控制辅助马达136颠倒以减小焊丝内衬中的焊丝压缩。示例性指令400接着结束。
在一些实施例中，可省去框418和420、框426和428和/或框434和436，在此状况下，控制器112可立即响应于检测到触发事件(例如，焊丝电极与工件之间的接触、目标电压等)而继续到后续模式。
虽然参照控制焊炬的送给马达缩进焊丝来描述上文公开的实施例，但在其它实施例中，焊炬不具有送给马达。在这些实施例中，送给马达实施在送丝机104中和/或功率供应器102中，并且受控制以推进和缩进焊丝电极。送给马达可经过修改而如上所述受控制，以补偿送给马达与焊炬106之间的焊丝电极的长度的压缩和/或拉伸。例如，修改可包含增大从推进焊丝电极到缩进焊丝电极和/或从缩进焊丝电极到推进焊丝电极的计时改变。
本发明的装置和/或方法可实现在硬件、软件或硬件与软件的组合中。本发明的方法和/或系统可以集中方式实现在至少一个计算系统、处理器和/或其它逻辑电路中，或以分布方式实现，其中不同元件分布在若干互连的计算系统、处理器和/或其它逻辑电路各处。适配用于执行本文所述的方法的任何种类的计算系统或其它设备都是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其它代码的集成到焊接功率供应器中的处理系统，所述程序或代码在被加载和执行时控制焊接功率供应器以使得所述焊接功率供应器执行本文所述的方法。另一典型实施方案可包括专用集成电路或芯片，例如，现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)或复杂可编程逻辑装置(CPLD)和/或片上系统(SoC)。一些实施方案可包括其上存储有可由机器执行的一行或更多行代码的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪速存储器、光盘、磁性存储盘等)，因此使机器执行如本文所述的过程。如本文所使用，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包含所有类型的机器可读存储介质，并且不包含传播信号。
虽然已参照某些实施方案来描述本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适应于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。例如，可组合、划分、重新布置和/或以其它方式修改所公开的实施例的组块和/或部件。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含字面上和依据等同原则落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (22)

1.一种焊接型功率供应器，包括：
功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率，并且被配置成将所述焊接型功率输出到输出端子；
触碰检测电路，所述触碰检测电路与所述功率转换电路系统并联地耦接到所述输出端子，并且被配置成经由所述输出端子输出触碰检测信号；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：
在焊接操作之前，禁用所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子；
当禁用所述功率转换电路系统输出所述焊接型功率时，控制所述触碰检测电路经由所述输出端子输出所述触碰检测信号；
基于所述触碰检测信号而监视所述输出端子，以识别耦接到所述输出端子的焊丝电极与工件之间的接触；并且
响应于识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：
控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述输出端子；
控制焊炬的送给马达缩进所述焊丝电极；
基于所述焊接操作的第一参数而控制所述送给马达推进所述焊丝电极；并且
基于所述焊接操作的所述第一参数或第二参数而控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子。
2.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成响应于检测到以下条件1)和2)中的一个或多个而识别耦接到所述输出端子的所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：1)所述输出端子处存在电流，或2)所述输出端子两端的电压小于阈值电压。
3.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成在控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子之前，控制所述送给马达按起动送给速度推进所述焊丝电极并控制所述功率转换电路系统输出起动电压输出。
4.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成响应于识别所述焊接操作的结束而控制送丝机的辅助送给马达将所述焊丝电极缩进预定量。
5.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成：
在控制所述功率转换电路系统输出所述起弧电流时，监视所述功率转换电路系统的输出端子处的电压；并且
响应于检测到阈值电压，控制所述送给马达按起动送给速度推进所述焊丝电极并控制所述功率转换电路系统输出起动电压输出。
6.根据权利要求5所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成：
控制所述送给马达将送丝速度从所述起动送给速度斜坡变化到送丝速度设置点；并且
控制所述功率转换电路系统将输出电压从所述起动电压输出斜坡变化到焊接电压设置点。
7.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成：在禁用输出所述焊接型功率之后并在识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触之前，控制所述焊炬的所述送给马达推进所述焊丝电极。
8.根据权利要求7所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成基于测量所述送给马达的转矩而识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触。
9.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成在控制所述送给马达缩进所述焊丝电极之前或与此同时，控制所述功率转换电路系统将所述起弧电流输出到所述焊丝电极。
10.根据权利要求1所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成通过控制开关元件将所述功率转换电路系统与所述输出端子断开连接来禁用所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子；或者
其中所述控制电路系统被配置成通过控制所述功率转换电路系统不输出功率来禁用所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子。
11.一种方法，包括：
在焊接操作之前，经由控制电路系统而禁用功率转换电路系统将焊接型功率输出到输出端子；
当禁用所述功率转换电路系统输出所述焊接型功率时，控制触碰检测电路将触碰检测信号输出到所述输出端子，所述触碰检测电路与所述功率转换电路系统并联地耦接到所述输出端子；
通过基于所述触碰检测信号而监视所述输出端子，识别耦接到所述输出端子的焊丝电极与工件之间的接触；以及
响应于识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：
经由所述控制电路系统而控制焊炬的送给马达缩进所述焊丝电极；
经由所述控制电路系统而控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述输出端子；
经由所述控制电路系统而基于所述焊接操作的第一参数而控制所述送给马达推进所述焊丝电极；以及
经由所述控制电路系统而基于所述焊接操作的所述第一参数或第二参数而控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述焊丝电极。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括控制所述送给马达按起动送给速度推进所述焊丝电极并控制所述功率转换电路系统输出起动电压输出。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于识别所述焊接操作的结束而控制送丝机的辅助送给马达将所述焊丝电极缩进预定量。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在控制所述功率转换电路系统输出所述起弧电流时监视所述功率转换电路系统的输出端子处的电压；以及
响应于检测到阈值电压，控制所述送给马达按起动送给速度推进所述焊丝电极并控制所述功率转换电路系统输出起动电压输出。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
控制所述送给马达将送丝速度从所述起动送给速度斜坡变化到送丝速度设置点；以及
控制所述功率转换电路系统将输出电压从所述起动电压输出斜坡变化到焊接电压设置点。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括在禁用输出所述焊接型功率之后并在识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触之前，控制所述焊炬的所述送给马达推进所述焊丝电极。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触的所述识别是基于测量所述送给马达的转矩。
18.一种焊接型功率供应器，包括：
功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率，并且被配置成将所述焊接型功率输出到输出端子；
触碰检测电路，所述触碰检测电路与所述功率转换电路系统并联地耦接到所述输出端子，并且被配置成经由所述输出端子输出触碰检测信号；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：
在所述功率转换电路系统未将所述焊接型功率输出到所述输出端子时：
控制所述触碰检测电路将所述触碰检测信号经由所述输出端子输出到焊丝电极；并且
基于所述触碰检测信号而监视所述输出端子，以识别耦接到所述输出端子的所述焊丝电极与工件之间的接触；并且
响应于识别所述接触，控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述输出端子并控制焊炬的送给马达缩进所述焊丝电极。
19.根据权利要求18所述的焊接型功率供应器，其中所述控制电路系统被配置成禁用所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子；或者
其中所述控制电路系统被配置成响应于检测到以下条件1)和2)中的一个或多个而识别耦接到所述输出端子的所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：1)所述输出端子处存在电流，或2)所述输出端子两端的电压小于阈值电压。
20.一种焊接型功率供应器，包括：
功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率，并且被配置成将所述焊接型功率输出到输出端子；
触碰检测电路，所述触碰检测电路与所述功率转换电路系统并联地耦接到所述输出端子，并且被配置成将触碰检测信号输出到所述输出端子，所述触碰检测信号包括电压；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：
在焊接操作之前，禁用所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子；
控制所述触碰检测电路经由所述输出端子输出所述触碰检测信号；
基于所述触碰检测信号而监视所述输出端子，以识别耦接到所述输出端子的焊丝电极与工件之间的接触；并且
响应于识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：
控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述输出端子；
控制送给马达缩进所述焊丝电极；
基于所述焊接操作的第一参数而控制所述送给马达推进所述焊丝电极；并且
基于所述焊接操作的所述第一参数或第二参数而控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述输出端子。
21.一种焊接型功率供应器，包括：
功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置成将输入功率转换为焊接型功率；
触碰检测电路，所述触碰检测电路被配置成输出触碰检测信号；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：
在焊接操作之前，禁用所述功率转换电路系统以停止将所述焊接型功率输出到焊丝电极；
当所述功率转换电路系统被禁用时，控制所述触碰检测电路经由输出端子将所述触碰检测信号输出到所述焊丝电极；
监视所述输出端子处的电压；
响应于检测到所述输出端子处的所述电压小于阈值，识别所述焊丝电极与工件之间的接触；以及
响应于识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：
控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述焊丝电极；
控制焊炬的送给马达缩进所述焊丝电极；
基于所述焊接操作的第一参数而控制所述送给马达推进所述焊丝电极；并且
基于所述焊接操作的所述第一参数或第二参数而控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述焊丝电极。
22.一种方法，包括：
在焊接操作之前，经由控制电路系统而禁用功率转换电路系统以停止将焊接型功率输出到焊丝电极；
当所述功率转换电路系统被禁用时，经由所述控制电路系统而控制触碰检测电路经由输出端子将触碰检测信号输出到所述焊丝电极；
监视所述输出端子处的电压；
响应于检测到所述输出端子处的所述电压小于阈值，识别所述焊丝电极与工件之间的接触；以及
响应于识别所述焊丝电极与所述工件之间的所述接触：
经由所述控制电路系统而控制焊炬的送给马达缩进所述焊丝电极；
经由所述控制电路系统而控制所述功率转换电路系统将起弧电流输出到所述焊丝电极；
经由所述控制电路系统而基于所述焊接操作的第一参数而控制所述送给马达推进所述焊丝电极；以及
经由所述控制电路系统而基于所述焊接操作的所述第一参数或第二参数而控制所述功率转换电路系统将所述焊接型功率输出到所述焊丝电极。
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