CN111344098B - 控制焊接电极预热的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于控制焊接电极预热的系统和方法。示例性可消耗性电极进给焊接型系统包括被配置成向焊接型电路提供焊接型电流的焊接型电流源，该焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴；电极预热电路，该电极预热电路被配置成经由焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过焊接型电极的第一部分；电极预热控制电路，该电极预热控制电路被配置为基于接触焊嘴到工件距离的变化来调节所述预热电流或电极进给速度中的至少一个；以及电流解释器，该电流解释器被配置为基于所述焊接型电流或所述预热电流中的至少一个来确定所述焊炬的接触焊嘴到工件距离的变化。

Description

控制焊接电极预热的系统和方法

相关申请

本国际申请要求2017年6月9日提交的标题为“Systems,Methods,and Apparatusto Control Welding Electrode Preheating”的美国专利申请第15/618,926号的优先权。美国专利申请第15/618,926号的全文以引用的方式并入本文中。

背景技术

焊接是在所有工业中已日益普遍的工艺。焊接是在其本质上简单地说使两件金属结合的方式。为了各种目的，已经实现了宽范围的焊接系统和焊接控制方案。在连续焊接操作中，金属惰性气体(MIG)焊接和埋弧焊(SAW)技术允许通过从焊炬供给由惰性气体保护的焊丝来形成连续焊缝。这种焊丝进给系统可用于其他焊接系统，例如钨惰性气体(TIG)焊接。向焊丝施加功率，并且通过工件完成电路以维持熔化电极丝和工件以形成所需焊接的焊接电弧。

发明内容

本公开总体上涉及焊接，并且更具体地涉及用于控制焊接电极预热的系统、方法和设备。

附图说明

图1示出了示例性机器人焊接系统。

图2a示出了具有空气冷却式预热器部分的示例性机器人鹅颈焊炬的侧视图。

图2b示出了具有空气冷却式预热器部分的示例性机器人鹅颈焊炬的剖视侧视图。

图2c示出了具有液体冷却式焊接缆线的示例性机器人鹅颈焊炬的透视图。

图2d示出了具有液体冷却式焊接缆线的示例性机器人鹅颈焊炬的剖视透视图。

图3示出了示例性接触焊嘴组装件的功能图。

图4a、4b和4c示出了示例性预热焊炬焊丝配置。

图5示出了另一示例性接触焊嘴组装件的功能图，其中电力供应器向电极丝提供焊接功率。

图6示出了另一示例性接触焊嘴组装件的功能图，其中预热电力供应器和接触焊嘴之间的电连接相对于图5中的连接是反向的。

图7示出了另一示例性接触焊嘴组装件的功能图，其中电力供应器向电极丝提供焊接功率。

图8示出了另一示例性接触焊嘴组装件的功能图，其中单个电力供应器经由第一接触焊嘴和/或第二接触焊嘴向电极提供预热功率和焊接功率二者。

图9是图3、5、6、7和/或8的电力供应器的示例实施方式的框图。

图10示出了示例查找表，其将焊接型电流值与接触焊嘴到工件距离值、伸出长度、电弧长度、伸出加热变化和/或预热补偿调节相关联。

图11是表示示例性机器可读指令的流程图，该指令可以由电极预热控制电路执行以控制对电极丝的预热。

图12是表示示例性机器可读指令的另一流程图，所述指令可由电极预热控制电路执行，以基于测量的焊接型电流确定接触焊嘴到工件距离、伸出长度或电弧长度。

附图不是按比例绘制的。在适当的情况下，在附图中使用相同或相似的附图标记来表示相似或相同的元件。

具体实施方式

为了促进对所要求保护的技术的原理的理解并呈现其当前理解的最佳操作模式，现在将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解，并不旨在由此限制所要求保护的技术的范围，所说明的装置的这种改变和进一步修改以及对所说明的所要求保护的技术的原理的这种进一步应用被认为是所要求保护的技术所涉及的领域的技术人员通常会想到的。

如这里所使用的，词语“示例性”意味着“用作示例、实例或例证”。本文中描述的实施例不是限制性的，而是仅仅是示例性的。应当理解，所描述的实施例不一定被解释为较之其他实施例是优选的或有利的。此外，术语“实施例”不要求本公开的所有实施例包括所讨论的特征、优点或操作模式。

如本文使用的，焊丝进给焊接型系统是指能够执行焊接(例如，气体保护金属极电弧焊接(GMAW)、气体保护钨极电弧焊接(GTAW)等)、钎焊、包覆、耐磨堆焊和/或其他工艺的系统，其中填充金属由进给到工作位置(例如电弧或焊接熔池)的焊丝提供。

如本文所用，焊接型电力供应器是指当向其施加功率时能够供应焊接、包覆、等离子切割、感应加热、激光(包括激光焊接、激光混合和激光包覆)、碳弧切割或刨削和/或电阻预热的任何装置，包括但不限于变压器-整流器、逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器、开关模式电力供应器等，以及与其相关的控制电路系统和其他辅助电路系统。

如本文所用，预热是指在焊接电弧和/或在电极丝熔敷在行进路径中之前加热电极丝。如本文所用，术语“预热电压”是指表示电极的传导预热电流的部分上的电压的测量电压，但不一定是该部分的精确电压。

一些公开的示例描述了电流“从”和/或“向”电路和/或电力供应器中的位置传导。类似地，一些公开的示例描述了经由一个或多个路径“提供”电流，该路径可以包括一个或多个导电或部分导电的元件。术语“从”、“向”和“提供”在用于描述电流传导时并不需要电流的方向或极性。相反，对于给定的电路，即使提供或示出了示例性电流极性或方向，这些电流也可以在任一方向上传导或具有任一极性，。

公开的示例性可消耗性电极进给焊接型系统包括焊接型电流源、电极预热电路、电流解释器和电极预热控制电路。焊接型电流源向焊接型电路提供焊接型电流，其中焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴。电极预热电路经由焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过焊接型电极的第一部分。电流解释器基于焊接型电流或预热电流中的至少一个来确定焊炬的接触焊嘴到工件距离的变化。电极预热控制电路被配置为基于接触焊嘴到工件距离的变化来调节预热电流或电极进给速度中的至少一个。

在一些示例中，电流解释器通过以下步骤检测接触焊嘴到工件距离的变化：测量预热电流；基于预热电流的测量而确定接触焊嘴到工件距离；识别焊接型电流或预热电流中的至少一个的变化；以及基于所述焊接型电流或所述预热电流中的所述至少一个的变化来确定所述接触焊嘴到工件距离的变化。

在一些示例中，电流解释器通过测量在第一时间段期间的第一平均预热电流来测量预热电流。在一些这样的示例中，电流解释器通过识别1)在第二时间段期间的第二平均预热电流和2)第一平均预热电流之间的差值来识别预热电流的变化。在一些示例中，电流解释器通过在将预热电流值与接触焊嘴到工件距离相关联的表中查找预热电流来基于预热电流确定接触焊嘴到工件距离。在一些这样的示例中，电流解释器通过查找焊接设定点电压、焊接型电流、热输入或焊接型电路中的电阻中的至少一个来基于预热电流确定接触焊嘴到工件距离。

在一些示例性系统中，电流解释器包括电流传感器，其中该系统还包括存储器装置以存储与相应的接触焊嘴到工件距离相关联的多个预热电流测量值。在一些示例中，焊接型电流源执行电压受控的控制回路以提供焊接型电流。在一些这样的示例中，电极预热控制电路控制预热电流以将焊接型电流维持在电流范围内并将热输入维持在热输入范围内。

在一些示例性系统中，电极预热控制电路调节预热电流以维持对工件的基本恒定的热输入。在一些实例中，第一接触焊嘴传导预热电流，其中焊接型电极的第一部分位于焊炬的第一接触焊嘴和第二接触焊嘴之间。

公开的示例方法包括：使用焊接型电流源向焊接型电路提供焊接型电流，其中所述焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴；经由所述焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过所述焊接型电极的第一部分；以及基于接触焊嘴到工件距离或伸出长度的变化来调节预热电流或电极进给速度中的至少一个。

在一些示例性方法中，确定该变化包括：测量该预热电流，基于该预热电流的测量来确定该接触焊嘴到工件距离或该伸出长度中的至少一个，识别焊接型电流或预热电流中的至少一个的变化，以及基于焊接型电流或预热电流中的至少一个的变化来确定焊炬的接触焊嘴到工件距离或伸出长度中的至少一个的变化。在一些实施例中，调节预热电流或电极进给速度中的至少一个包括维持对工件的基本恒定的热输入。

在一些示例方法中，确定所述变化包括在存储在存储器装置中的查找表中查找预热电流的变化。一些示例方法还包括确定焊炬的接触焊嘴到工件距离或焊接型电极的伸出长度中的至少一个的变化。在一些这样的示例中，确定焊炬的接触焊嘴到工件距离或伸出长度中的至少一个的变化包括在查找表中查找预热电流或焊接型电流中的至少一个。在一些示例中，确定焊炬的接触焊嘴到工件距离或伸出长度中的至少一个的变化包括在查找表中查找焊接型电路的电阻、焓、热输入或焊接型电压设定点中的至少一个。在一些示例性方法中，调节预热电流或电极进给速度包括控制预热电流或电极进给速度以维持目标电弧长度。

一些公开的可消耗性电极进给焊接型系统包括焊接型电流源以向焊接型电路提供焊接型电流，其中焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴。该系统进一步包括电极预热电路以及控制电路，该电极预热电路用于经由该焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过该焊接型电极的第一部分，所述控制电路通过基于监测预热电流和焊接型电流的组合作为接触焊嘴到工件距离的指标来调节预热电流或电极进给速度中的至少一个来维持对焊缝的基本恒定的热输入。

参考图1，示出了示例焊接系统100，其中机器人102用于使用焊接工具108来焊接工件106，焊接工具108例如所示的弯曲颈(即鹅颈设计)焊炬(或者当处于手动控制下时，手持式焊炬)，焊接设备110通过导管118向该焊接工具108输送功率，并通过接地导管120返回。焊接设备110除了其他外还可以包括一个或多个电源(每个在本文中通常称为“电力供应器”)、保护气体源、焊丝进给机和其他装置。其他装置可包括例如水冷却器、排烟装置、一个或多个控制器、传感器、用户接口、通信装置(有线和/或无线)等。

图1的焊接系统100可以通过任何已知的电焊技术在焊接件中的两个部件之间形成焊缝(例如在焊接接头112处)。已知的电焊技术除了其他外还包括保护金属极电弧焊接(SMAW)、MIG、药芯焊丝电弧焊接(FCAW)、TIG、激光(例如激光焊接、激光包覆、激光混合)、埋弧焊接(SAW)、螺柱焊、搅拌摩擦焊和电阻焊。MIG、TIG、热丝包覆、热丝TIG、热丝钎焊、多弧应用和SAW焊接技术，除了其他之外，还可以包括自动或半自动的外部金属填料(例如通过焊丝进给机)。在多弧应用(例如明弧或埋弧)中，预热器可以利用在焊丝与熔池之间的电弧而将焊丝预热到熔池中。可选地，在任何实施例中，焊接设备110可以是具有一个或多个电力供应器和相关电路系统的电弧焊接设备，其向焊接工具(例如焊接工具108)的电极丝114提供直流(DC)、交流(AC)或其组合。焊接工具108可以是例如TIG焊炬、MIG焊炬或药芯焊炬(通常称为MIG“枪”)。电极丝114可以是管状型电极、实心型焊丝、药芯焊丝、无缝金属芯焊丝和/或任何其他类型的电极丝。

如下所述，焊接工具108可以采用接触焊嘴组装件206，其在使用电极丝114形成焊接电弧320之前加热电极丝114。合适的电极丝114类型包括例如管状焊丝、金属芯焊丝、铝焊丝、气体保护金属极电弧焊(GMAW)实心焊丝、复合GMAW焊丝、气体保护FCAW焊丝、SAW焊丝、自保护焊丝等。在一个方面，电极丝114可以采用管状焊丝和反极性电流的组合，这通过将金属过渡从熔滴过渡改变为流动喷射(streaming spray)来增加金属过渡稳定性。通过在电极丝离开第一焊嘴并送入电弧(其中发生材料过渡)之前预热，管状电极丝114表现得更像实心焊丝，因为材料过渡是更均匀的喷射或流动喷射。此外，减少了在用金属芯焊丝焊接时常见的放气事件和非常细微的飞溅事件。这种配置使得管状焊丝能够以类似于实心焊丝型流动喷射的方式起作用。预热的另一个优点是，减轻了由于在焊丝制造中不良的焊丝铸造和螺旋控制(其在管状焊丝中可能比实心焊丝更显著)所致的焊丝翻转，因为在预热段中将减少不期望的焊丝扭曲。

如将关于图2a至2d所讨论的，焊接工具108可以是鹅颈式焊炬，例如与机器人焊接一起使用的那些焊炬，但也可考虑其他形状，包括大于零的几乎任何颈部弯曲角、用于低氢FCAW焊接的手持式型式、用于GMAW的手持式、直颈硬自动化焊炬、直颈SAW焊炬等。图2a示出了具有空气冷却式预热器部分的示例性机器人鹅颈焊炬的侧视图。图2b示出了具有空气冷却式预热器部分的示例性机器人鹅颈焊炬的剖视侧视图。图2c示出了具有液体冷却式焊接缆线的示例性机器人鹅颈焊炬的透视图。图2d示出了具有液体冷却式焊接缆线的示例性机器人鹅颈焊炬的剖视透视图，其中部分地示出了铜导体。在某些方面，可以使用多个陶瓷导向件或辊来提供其中具有弯曲部的预热器，其可具有与接触焊嘴接触的优点并允许独特的形状因素。在其他方面，颈部可以是直的，并且机器人安装支架具有弯曲部。

然而，鹅颈焊炬设计有许多优点。例如，鹅颈焊炬设计允许更好地接近焊接接头112，以及在重型设备应用中的自动化能力。与例如串列式焊炬设计相比，鹅颈式焊炬设计还允许在更紧密的空间中进行更厚的熔敷焊接。因此，在操作中，电极丝114将焊接电流输送到工件106(例如焊接件)上的焊接点(例如焊接接头112)以形成焊接电弧320。

在焊接系统100中，经由管道118和接地管道120而与焊接设备110可操作地联接的机器人102通过操纵焊接工具108并通过向焊接设备110发送例如触发信号来触发流向电极丝114的电流(无论预热电流和/或焊接电流)的开始和停止从而控制焊接工具108的位置和电极丝114的操作(例如，通过焊丝进给器)。当焊接电流正在流动时，在电极丝114和工件106之间产生焊接电弧320，由此最终产生焊接件。导管118和电极丝114因此输送足以在电极丝114和工件106之间产生焊接电弧320的焊接电流和电压。在电极丝114和工件106之间的焊接点处，焊接电弧320局部熔化工件106和提供给焊接接头112的电极丝114，从而当金属冷却时形成焊接接头112。

在某些方面，代替机器人102的机器人臂，人类操作者可以控制电极丝114的位置和操作。例如，操作者佩戴焊接头戴件并使用手持式焊炬来焊接工件106，焊接设备110通过导管118向该手持式焊炬输送功率。在操作中，与图1的系统100一样，电极丝114将电流输送到工件106(例如，焊接件)上的焊接点。然而，操作者可以通过操纵手持式焊炬并通过例如触发器触发电流的开始和停止来控制电极丝114的位置和操作。手持式焊炬通常包括手柄、触发器、导体管、位于导体管远端的喷嘴，以及如本文所公开的接触焊嘴组装件206。向触发器施加压力(即致动触发器)而通过向焊接设备110发送触发信号来启动焊接过程，由此提供焊接电流，并且根据需要启动焊丝进给器(例如，以驱动电极丝114向前以馈送电极丝114并且反向驱动以缩回电极丝114)。Craig S.Knoener所共同拥有的美国专利第6,858,818号例如描述了控制焊接型系统的焊丝进给机的示例系统和方法。本公开的主题可以与旋转电弧和往复送丝一起实施。在一个实例中，可以移动底部末端以使预热的焊丝旋转。在另一个实例中，焊丝可以在被预热之前被上游的反向焊丝进给马达轴向向前和向后移动。旋转和反向焊丝进给本身都可以对焊丝的熔化速率和熔敷产生积极的影响。当它们结合时，可以复合对熔敷速率的影响。

图2A示出了示例性机器人鹅颈焊炬108的透视图。所示的鹅颈焊炬108通常包括焊炬主体202、从焊炬主体202的前端延伸的鹅颈204，以及在鹅颈204的远端或通过鹅颈204的半径的接触焊嘴组装件206。焊接系统100的导管118可操作地联接到焊炬主体202的后端，焊炬主体202进一步可操作地联接到机器人102和焊接设备110。导管118向焊炬主体202供应电流、保护气体和可消耗性电极(例如电极丝114)及其他。电流、保护气体和可消耗性电极通过焊炬主体202行进到鹅颈204，并通过在接触焊嘴组装件206的远端处的孔口最终离开，在该孔口处最终形成焊接电弧320。在某些方面，鹅颈焊炬108可以被流体冷却，例如被空气冷却的和/或液体冷却的(例如水冷的)。在一个实施例中，液体制冷机构围绕预热接触焊嘴并将额外的热量从焊炬主体内的预热器传递。

为了便于维护，鹅颈焊炬108可以配置有可互换的部件和消耗品。例如，鹅颈焊炬108可以包括快速更换附加件和/或第二接触焊嘴，其允许适配于现有的水冷式/空气冷却式焊炬。例如，共同拥有的美国专利公布第2010/0012637号公开了一种用于机器人焊炬的合适的鹅颈锁定机构，该机器人焊炬具有焊炬主体和鹅颈，该鹅颈包括设置在焊炬主体中的连接器接收器。

用于预热的电源的封装可以采取各种形式中的一种。在一个优选方面，预热电力供应器可以与焊接电力供应器集成在一起，或者在同一壳体内。在同一箱体内，预热电力供应器可以是辅助电力供应器，其自身独立的变压器从主电源馈电；然而，预热电力供应器也可以通过馈送专用次级绕组来共享用于焊接电流的相同的主电源和变压器。集成盒提供了互连、安装和服务的简单性。另一个实施例是预热电力供应器单独地封装在其自身的壳体中，有利于改装入现有的设备中，并且允许与其他电源配对的“混合和匹配”灵活性，例如适合于明弧焊接和埋弧焊接的电源。单独的封装还需要焊接电源内部的控制器和预热电源之间的通信。可以通过数字联网，或更具体地通过工业串行总线、CAN总线或以太网/IP来提供通信。单独的封装还可能导致或许在馈线中、在焊炬之前的接线盒中、或者在焊炬本身中将预热电源的功率输出和焊接电源的输出组合。

在明弧焊中，存在两种衍生焊接，即造船和重型设备制造中常见的高熔敷焊接(通常为槽接头、对接接头和角接接头，15-40ipm的行进速度)；以及在汽车中常见的高速焊接(通常为搭接接头，70-120ipm的行进速度)。在这两种情况下，焊丝预热改进了熔敷和/或行进速度。在明弧中，可以使用具有实心或金属芯焊丝的GMAW；或者可以使用具有药芯焊丝的FCAW作为工艺。在埋弧焊接中，可以使用实心或金属芯焊丝。在明弧和埋弧两者中，多焊丝和/或电弧组合都是可行的。例如，前导焊丝(lead wire)具有预热和电弧，但是尾随焊丝(trail wire)仅具有预热而没有电弧。另一个示例是前导焊丝和尾随焊丝都具有预热和电弧。还有另一个示例是有3根焊丝，其中第一焊丝和第三焊丝同时具有预热和电弧，但中间焊丝仅具有预热但没有电弧。有许多可能的排列。第三组应用是通过另一非消耗性热源诸如激光、等离子体或TIG进行电阻预热，以便于焊接、铜焊、包覆和耐磨堆焊。通过电阻预热对焊丝进行预热，并将其送入通过激光、等离子体或TIG熔化的液体熔池中。

在一些实例中，(例如比较远离电弧的)第二接触焊嘴是弹簧加载的，一体适用的接触焊嘴。第二接触焊嘴中的弹簧压力改善了电接触，而不管接触焊嘴上的电腐蚀和/或机械磨损。传统的弹簧加载接触焊嘴相对昂贵并且容易由于暴露于电弧和/或回烧而损坏。然而，使用未暴露于电弧且未暴露于回烧的弹簧加载的第二接触焊嘴改善了弹簧加载的接触焊嘴的寿命。因为焊炬适应不同的焊丝尺寸，并且多尺寸或通用的第二接触焊嘴通过减少与焊丝直径相匹配的接触焊嘴(例如第一接触焊嘴)的数量而提高了焊接操作者的便利性。弹簧加载的接触焊嘴的构造可以是一件式(例如具有槽的管状结构，以使得尖齿tine适应于不同的焊丝直径并提供压力和可靠接触)或两件式或多件式。对于习惯于传统焊枪且仅具有单个接触焊嘴(例如更靠近电弧的接触焊嘴)的焊接操作者，焊接操作者很少或从不需要更换第二接触焊嘴，由此改善了焊接操作者使用多个接触焊嘴的体验。

图3示出了示例性接触焊嘴组装件206的功能图，其可以与(无论是机器人操作还是手动操作的)焊接系统100一起使用。如图所示，接触焊嘴组装件206可包括第一主体部分304、保护气体入口306、第一接触焊嘴318、第二主体部分310、第三主体部分312、陶瓷引导件314、气体喷嘴316和第二接触焊嘴308。虽然第一主体部分304、第二主体部分310和第三主体部分312被示出为分离的部件，但是本领域技术人员在阅读了本公开之后将认识到，所述主体部分304、310、312中的一个或多个可以被制造为单个部件。在某些方面，接触焊嘴组装件206可以添加到现有的焊炬。例如，接触焊嘴组装件206可以附接到标准焊接装置的远端，然后用于电阻预热。类似地，接触焊嘴组装件206可以设置为具有定制软件的PLC改型，从而能够与已经具有电源和馈线的现有系统集成。

在一些示例中，第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308是模块化的和/或可移除的，以便焊接系统100的用户可容易地维护。例如，第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308可以被实施为可更换的筒。在一些示例中，焊接设备110监测并识别应该更换第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308的一个或多个指示，诸如以下各项的测量值：第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308的使用时间、第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308的温度、第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308和/或焊丝中的电流、第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308和/或焊丝之间的电压、焊丝中的焓和/或任何其他数据。

在操作中，电极丝114从鹅颈204穿过第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308，在第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308之间，第二电力供应器302b产生预热电流以加热电极丝114。具体地，预热电流经由第二接触焊嘴308进入电极丝114并经由第一接触焊嘴318离开。在第一接触焊嘴318处，焊接电流也可以进入电极丝114。焊接电流由第一电力供应器302a产生或以其他方式提供。焊接电流经由工件106离开电极丝114，由此继而产生焊接电弧320。也就是说，当通过焊接电流进行激励以用于焊接时，电极丝114携带高电势。当电极丝114与目标金属工件106接触时，电路完成，并且焊接电流流过电极丝114，穿过金属工件106并接地。焊接电流使电极丝114和与电极丝114接触的工件106的母体金属熔化，从而在熔化物凝固时接合工件。通过预热电极丝114，可以产生电弧能量显著降低的焊接电弧320。当接触焊嘴之间的距离为5.5英寸时，预热电流可以在例如75A至400A的范围内。一般而言，预热电流与两个接触焊嘴之间的距离和电极丝114的尺寸成比例。也就是说，该距离越小，需要的电流越大。预热电流可以在电极之间沿任一方向流动。

焊接电流由第一电力供应器302a产生或以其他方式提供，而预热电流由第二电力供应器302b产生或以其他方式提供。第一电力供应器302a和第二电力供应器302b可以最终共享公共电源(例如公共发电机或线路电流连接)，但是来自公共电源的电流被转换、逆变和/或调节以产生两个单独的电流-预热电流和焊接电流。例如，可以利用单个电源和相关联的转换器电路系统来促进预热操作，在这种情况下，三个引线可以从焊接设备110或焊接设备中的辅助电源线延伸，这可以消除对第二电力供应器302b的需要。

图3的示例电力供应器302a、302b由电极预热控制电路322至少部分地基于来自电流解释器324的反馈进行控制。例如，电极预热控制电路322基于接触焊嘴到工件距离(CTWD)的变化来调节(例如由电力供应器302b输出的)预热电流或(例如由驱动马达330控制的)电极进给速度中的至少一个。驱动马达330驱动电极丝114从源(例如焊丝盘)通过接触焊嘴308、318朝向工件106。示例性电极预热控制电路322可以控制驱动马达330的速度以控制电极丝114的进给速度。

示例电流解释器324包括电流传感器以获得由电力供应器302a输出的焊接型电流的测量值。为此，示例电流解释器324可以与电力供应器302a的正输出端子或负输出端子中的任一个联接。示例性电力供应器302a被配置为执行电压受控的控制回路以提供焊接型电流。

除了通过电力供应器302b和接触焊嘴308和318对电极丝114进行预热之外，电极丝114还可以引起“伸出加热”。如本文所用，术语“伸出加热”是指通过将焊接电流传导通过电极丝114的位于接触焊嘴318与焊接电弧320之间的伸出部分而发生的电阻加热。对于给定的电流，伸出加热随着伸出长度的增加而增加，并且随着伸出长度的减少而减少。如本文所用，术语“伸出长度”是指电极丝114从接触焊嘴318延伸的的长度(例如电极丝114的在接触焊嘴与焊接电弧320之间的长度)。CTWD是伸出长度和电弧长度之和。

如下面更详细地描述的，电极预热控制电路322可操作来控制由电力供应器302b提供的预热功率，以维持对焊缝的基本恒定的热输入(例如在一定范围内的热输入)。在一些示例中，电极预热控制电路322基于估计电极114的伸出加热并且通过基于估计的伸出加热的变化修改由电力供应器302b提供的预热功率来控制预热功率。

针对给定的焊丝类型、焊丝尺寸、焊丝进给速度和气体类型，平均焊接型电流和平均预热电流被存储在查找表328中并表示预定CTWD处的值。与这些表值的任何偏差反映CTWD相对于预定CTWD的变化。在操作的示例中，在电压受控焊接过程中，随着CTWD变得更短，焊接型电流增加以(例如通过减少焊丝伸出并增加电弧长度)维持期望的焊接电压，并且因此导致测量的平均焊接电流增加。如果测量的平均焊接电流超过查找表的对应于预定CTWD的阈值范围，则预热控制回路(例如另外的电压受控回路或电流受控回路，其被控制以将平均焊接电流维持在针对给定焊丝进给速度的表值范围内)增加电极预热电流，这使得焊接型电流朝着期望的平均焊接电流/热输入减小。相反地，如果CTWD增大，则焊接型电流将减小并导致平均焊接型电流减小。如果平均焊接型电流低于查找表的对应于预定CTWD的阈值范围，则预热控制回路将减少预热电流，这继而导致焊接型电流的增加。

在预热电流被校正之后，焊接型电流和热输入已经返回到目标或设定点水平。因为基于预热电流量来控制焊接型电流以维持目标热输入，所以不同的CTWD现在通过预热电流中对应于查找表328中的先前CTWD的先前值的变化来反映。例如，CTWD的减少导致预热电流的增加，并且CTWD的增加导致预热电流的减少，而稳态焊接型电流、焊接型电压和热输入维持与先前CTWD相同。换句话说，CTWD的变化导致在恒电压焊接过程中焊接型电流的变化。预热控制回路对平均焊接型电流的变化作出反应以控制预热电流并引起焊接型电流的变化，以努力将焊接型电流和焊接型电压维持在设定点值。查找表328可以基于测量的或命令的预热电流量和/或焊接型电流量而指示CTWD，和/或可以用于在焊接时显示实际CTWD。

电流解释器324基于由电力供应器302a提供的焊接型电流和/或由预热电力供应器302b提供的预热电流的相应变化来确定焊炬(例如焊炬108、组装件206)的CTWD、电极伸出距离和/或电弧长度的变化。电流解释器324可以例如测量由电力供应器302b提供的预热电流和/或测量由电力供应器302a提供的焊接型电流，基于对预热电流和/或焊接型电流的测量确定CTWD，识别预热电流和/或焊接型电流的变化，以及基于预热电流和/或焊接型电流的变化确定CTWD的变化。

在一些示例中，电流解释器324引用教导的平均电流，该教导的平均电流存储在存储器装置326中(例如存储在存储器装置326中的查找表328中)。查找表328包括与CTWD值、电极伸出距离和/或电弧长度中的一个或多个相关联的先前观察到的电流组。在一些示例中，查找表328将电流值与伸出加热值和/或预热补偿值相关联以用于控制预热电力供应器302b和/或电极进给速度。

为了确定焊接型电流、预热电流和预热电压的相关值，从测量的或已知的CTWD测量CTWD值、电极伸出距离和/或电弧长度、预热电流(例如平均预热电流)和预热电压。在电压受控(例如“恒定电压”)焊接过程中，焊接型电力供应器302a改变焊接型电流以维持设定的焊接型电压，并且预热电力供应器302b改变预热电流以将恒定热输入维持在改变的焊接型电流水平。CTWD的变化引起测量电压的变化，致使电力供应器302a响应电流的变化而将焊接型电压返回(或维持)到设定点值。

当示例电流解释器324将预热电流(或平均预热电流)的变化与查找表328进行比较时，示例电流解释器324可以附加地或可替代地将焊接型电流的变化和/或焊接型电流和预热电流的组合的变化与查找表328中的相应值进行比较。然而，如果焊接和/或预热控制回路被配置为经由改变预热电流(如在以上示例中的情况)将焊接型电流返回到目标值，则经由焊接型电流(或平均焊接型电流)的改变确定CTWD的改变可能需要示例电流解释器324监测焊接型电流和/或平均焊接型电流的瞬变(例如转换速率)。

图3的示例电流解释器324监测预热电流(例如焊接型电流的变化)以确定CTWD并检测在焊接期间与CTWD的偏差。例如，电极预热控制电路322和/或电流解释器324可以确定预热电流的运行平均值，以确定平均CTWD，并基于焊接型电流的变化而识别相对于平均CTWD的变化。可以在第一(例如运行)时间段期间取得平均CTWD，其中为了计算运行平均值，每个新样本替换最旧的样本。然后，电流解释器324可以将最近的电流样本与运行平均值进行比较，和/或将第二运行平均值(例如在较短时间段期间的运行平均值)与第一运行平均值进行比较。

基于识别到CTWD的变化，示例性电极预热控制电路322控制预热电力供应器302b以维持对工件106的基本恒定的热输入。例如，当CTWD、伸出和/或电弧长度变化引起伸出加热的相应变化时，电极预热控制电路322对在电极丝114消耗在熔池中之前执行的电极丝114的预热量进行相应调整，以将对电极丝114的整体预热(例如在电弧处消耗电极丝114之前)维持在基本恒定的值。因为热输入可以直接影响熔深，所以示例性电极预热控制电路322可以附加地或可替代地控制对电极丝114的预热做出的调节，以控制进入工件106的焊接熔深量。

在一些其他实例中，代替确定CTWD、伸出长度和/或电弧长度，电极预热控制电路322根据存储在存储器装置326中的查找表328来确定伸出加热的变化和/或确定预热调节。

在其他示例中，电极预热控制电路322可以访问在电流值和CTWD、伸出长度和/或电弧长度之间的一个或多个存储关系，以确定与预热电流和焊接型电流(例如电流样本、平均电流等)的特定组合对应的CTWD、伸出长度和/或电弧长度。例如，代替存储与特定焊接型电流值对应的CTWD、伸出长度和/或电弧长度的值，存储器装置326可以存储一个或多个算法或其他关系数据。所述关系可以通过例如对焊接型电流、焊接型电压、预热电流、预热电压、预热功率、预热电阻、电极预热温度、CTWD、伸出长度和/或电弧长度收集类似数据点以填充查找表，随后执行回归分析和/或其他数据处理以将数据表征为数学关系来确定。示例性电极预热控制电路322基于例如电压设定点和平均焊接型电流或焊接型电流样本来填充变量，以确定相应的CTWD、伸出长度和/或电弧长度。

为了避免电极丝114的不希望的扭结、弯曲或卡住，可以提供引导件314以在电极丝114从第二接触焊嘴308行进到第一接触焊嘴318时引导电极丝114。引导件314可由陶瓷、介电材料、玻璃陶瓷多晶材料和/或另一非导电材料制成。接触焊嘴组装件206还可以包括弹簧加载的装置或等同装置，该弹簧加载的装置或等同装置减少焊丝扭结、弯曲和卡住，同时通过维持电极丝114拉紧(taught)和/或平直而增加电极丝接触效率。

在某些方面，第二接接触焊嘴可定位在焊丝进给机处(例如在焊接设备110处)或另一延伸距离处，以引入预热电流，在这种情况下，预热电流可离开鹅颈焊炬108中的接触焊嘴。鹅颈焊炬108中的接触焊嘴可以与将焊接电流引入电极丝114的接触焊嘴相同或不同。预热接触焊嘴可以进一步沿着电极丝114定位，以便于与推-拉式焊枪(Push-Pull Gun)一起使用，例如可从威斯康星州Appleton的Miller Electric获得的推-拉式焊枪。衬里可以由陶瓷辊制成，因此预热电流可以注回在进给器处，并且由于衬里的长度而具有非常低的值。

在某些方面，代替不同的接触焊嘴组装件206，第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308可以定位在鹅颈弯曲部的每一侧上。例如，如图2b所示，预热段可以是弯曲的(例如非直线的)。也就是说，焊丝被进给通过焊炬的具有大于0度弯曲的部分或被认为是“鹅颈”的颈部。第二接触焊嘴308可以定位在初始弯曲之前，且第一接触焊嘴318可以定位在弯曲完成之后。这种布置可以有利于加热的焊丝移动通过颈部的介于两个接触焊嘴之间的部分的连接性。这种布置导致两个接触焊嘴之间更可靠的连接，其中先前需要离轴的机加工的介电插入件。

预热电流和焊接电流可以是DC、AC或其组合。例如，焊接电流可以是AC，而预热电流可以是DC，反之亦然。类似地，焊接电流可以是DC电极负极(DCEN)或各种其他电源方案。在某些方面，可以进一步控制焊接电流波形，包括恒定电压、恒定电流和/或脉冲(例如，AccuPulse)。在某些方面，恒定电流、恒定阻抗、恒定功率、恒定熔深和/或恒定焓，而非恒定电压，可以用于促进预热。例如，可以适宜地控制进入工件的熔深量。在某些方面，接触焊嘴到工件距离可能存在变化，其在恒定电压焊接工艺下将增加或减小焊接电流，以便使电压维持在或接近目标电压命令，且因此改变焊接件中的熔深/热输入的量。通过响应于接触焊嘴到工件距离的变化来调节预热电流量，可以有利地控制熔深/热输入。此外，可以改变熔深以反映期望的焊道/熔深轮廓。例如，预热电流可以改变成多个波形，例如但不限于脉冲型波形，以获得期望的焊道/熔透轮廓。

预热电流可以是从具有初级相位控制的简单变压器输送的线路频率AC。根据如何实现控制以及提供功率的电力供应配置，通过使用电流受控的控制回路(也称为恒定电流或CC)、电压受控的控制回路(也称为恒定电压或CV)、恒定阻抗、恒定焓、恒定熔透或恒定功率，可以更简单地控制输送到预热部分的电流和电压。在另一方面，用于消耗性电弧焊(GMAW和SAW)的焊接电源可以包括调节恒定的焊接电流输出和适配焊丝速度以维持电弧长度或电弧电压设定点(例如CC+V过程控制)。在又一方面，焊接电源可以包括调节恒定的焊接电压输出(或电弧长度)并适配焊丝速度以维持电弧电流设定点(例如CV+C过程控制)。CC+V和CV+C过程控制允许通过适配焊丝进给速度(或可变熔敷)来适应焊丝伸出变化和预热电流/温度变化。在又一方面，电源可以包括调节恒定的焊接电流输出，进给器维持恒定的熔敷，并且预热电源适配预热电流(或预热功率)以维持恒定的电弧电压(或电弧长度)。当使用CV+C过程来控制焊接型电流时，焊丝进给速度和/或预热电流的组合可以基于CTWD的变化而改变，以维持恒定的热输入和/或熔深。例如，焊丝进给速度的变化可以使焊接型电压和焊接型电流返回到目标值或平均值，在这种情况下不发生预热电流的变化。在其他示例中，焊丝进给速度和预热的变化的组合可以用于基于CTWD而校正焊接型电压和/或焊接型电流。

当焊接电流被控制为恒定时，可以监测焊接电弧电压的变化以指示电弧长度的变化。然后将焊接电压与查找表中的平均电压和/或焊接电压设定点进行比较。预热电流然后将增大或减小以将焊接电压维持在查找表值的范围内。这些变化将主要影响焊接过程，因为焊接电流和/或热输入已经维持恒定。可以理解，预热电流/功率的增加给焊丝焊接过程(GMAW和SAW)增加了新的自由度，这允许在维持恒定的焊接熔深和焊缝宽度(电弧电流)、熔敷(焊丝速度)和过程稳定性(电弧长度或电压)方面具有灵活性和可控性。这些控制方案可以在焊接过程期间切换，例如，CV+C仅用于电弧启动，而其他控制方案用于主焊接。

使用先进的受控焊接波形允许减少热输入、变形并且在高熔敷速率下改进焊道几何形状。因此，扩大了脉冲焊接的操作范围，减少了在高熔敷速率下的旋转过渡，并且减少了由旋转喷射引起的飞溅。通过预热电极丝114，脉冲编程的工作范围可以扩展到更高的熔敷。这是可能的，因为以这些熔敷速率过渡材料所需的功率较低。以前，在较高熔敷速率下脉冲宽度/频率/峰值电流强度太高，以至于脉冲的益处不再存在。通过预热电极丝114，操作者能够使用类似的脉冲程序用于较高的速率(例如，600英寸每分钟(ipm))，其先前仅在较慢的速率下可用，例如300ipm。预热电极丝114还使具有低背景电流的脉冲焊接的益处最大化。此外，结合接触焊嘴组装件206使用具有定制脉冲配置的金属芯允许以更高质量进行更重的熔敷焊接。通过预热电极丝114，其行为类似于实心焊丝及其过渡方式。

附加地或可替代地，预热电极丝114使得脉冲波形的背景电流能够显著减小，因为其主要功能可以从生长球改变为仅仅维持在电极丝114和工件106之间的电弧。传统上，脉冲波形的背景电流用于使液滴或球增长，该液滴或球随后熔敷到工件106上。示例性电力供应器302a可以基于由预热电力供应器302b施加到电极丝114的预热功率来实施脉冲波形。

焊接系统100可以被配置成监测在预热接触焊嘴之间(如图所示，在第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308之间)电极丝114的出口温度(例如预热温度)。预热温度可以使用一个或多个温度测定装置(例如温度计)来监测，该温度测定装置定位成邻近电极丝114，或者以其他方式可操作地定位，以便于周期性或实时的焊接反馈。示例性温度计可以包括接触式传感器和非接触式传感器，例如非接触式红外温度传感器、热敏电阻和/或热电偶。红外温度计根据由电极丝114发射的热辐射的部分而确定温度，以产生测量的预热温度。除了温度计之外或代替温度计，温度测定装置可以包括计算电极丝114的预热温度的一个或多个传感器和/或算法。例如，系统可以基于例如电流或电压而动态地计算温度。在某些方面中，温度计可以测量介电引导件或第一接触焊嘴的温度以推断焊丝温度。

在操作中，操作者可以设定目标预定预热温度，由此焊接系统100动态地监测电极丝114的预热温度，并通过第二电力供应器302b来调节预热电流，以补偿测量的预热温度从目标预定预热温度的任何偏差(或其他差异)。类似地，可以设定控制，从而在电极丝114已经被预热到该预定预热温度之前不能执行焊接操作。

如图4a至4c所示，在单个预热的焊丝、串联预热的焊丝(两个电源)和/或双预热的焊丝配置(一个电源)中，预热焊炬可以与埋弧电源组合使用。例如，图4a示出了单个预热的焊丝配置中的埋弧(SAW)电源。焊丝可以用CV AC、CV EP、CV EN、CV+C AC、CV+C EP、CV+CEN、CC AC、CC EP、CC EN、CC+V AC、CC+V EP和/或CC+V EN进行预热。图4b示出串联预热的焊丝配置中的埋弧电源。焊丝可用于标准SAW配置或前述的任何变型中。焊丝可以用CV AC、CVEP、CV EN、CV+C AC、CV+C EP、CV+C EN、CC AC、CC EP、CC EN、CC+V AC、CC+V EP和/或CC+VEN进行预热。在某些方面，一根焊丝可以被预热，一根是普通的(前后焊丝)。此外，对于每根焊丝可以采用不同的极性组合(EP、EN、AC、CV+C、CC+V)。对于某些应用，图4b中的一种示例性串联SAW配置是，前导电弧是用于熔深的未加热的实心焊丝上的DCEP，而尾随电弧是用于熔敷的电阻预热的金属芯焊丝上的DCEN。最后，图4c示出了单个预热焊丝配置中的埋弧电源。焊丝可以用CV AC、CV EP、CV EN、CV+C AC、CV+C EP、CV+C EN、CC AC、CC EP、CC EN、CC+VAC、CC+V EP和/或CC+V EN进行预热。

图5示出了另一示例性接触焊嘴组装件500的功能图。接触焊嘴组装件500类似于图3所示的组装件206。组装件500包括电力供应器302a以向电极丝114提供焊接功率(例如用于产生焊接电弧320或其他焊接功率传输)。组装件500还包括电力供应器302b以产生预热电流来加热电极丝114。

该组装件包括第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308。预热电力供应器302b具有与上面参照图3所述的第二接触焊嘴308和第一接触焊嘴318相同的电连接。代替以上图3所示的焊接电力供应器302a(例如经由正极性连接)电连接到第一接触焊嘴318和(例如经由负极性连接)电连接到工件106，焊接电力供应器302a经由正极性连接而电连接到第二接触焊嘴308并且经由负极性连接而电连接到工件106。

在图5的示例性组装件中，预热电力供应器302b向电极丝114的在接触焊嘴308和318之间的部分提供预热电流，这可以发生在焊接之前和/或焊接期间。在操作中，焊接电力供应器302a提供焊接电流以支持电弧320。在图5的配置中，由焊接电力供应器302a提供的能量还预热在第二接触焊嘴308和电弧320之间的电极丝114。在一些示例中，预热电力供应器302b提供功率以与由焊接电力供应器302a提供的能量结合来预热电极丝114，从而减少由焊接电力供应器302a输送的功率。

图6示出了另一示例性接触焊嘴组装件600的功能图。组装件600类似于图5的组装件500。然而，预热电力供应器302b和接触焊嘴308和318之间的电连接相对于图5中的连接是相反的。换句话说，预热电力供应器302b通过负极性连接而电连接到第二接触焊嘴308，并通过正极性连接而电连接到第一接触焊嘴318。

在示例性组装件600中，当焊接电力供应器302a不提供功率时(例如当不焊接时)，电力供应器302b可以向焊丝的在接触焊嘴308和318之间的部分提供预热功率。当焊接电力供应器302a向组装件600提供焊接功率时，预热电力供应器302b被关断和/或用于减少由焊接电力供应器302a提供的焊接功率的部分，以控制焊接电力供应器302a对电极丝114的预热。

图7示出了另一示例性接触焊嘴组装件700的功能图。组装件700包括电力供应器302a以向电极丝114提供焊接功率(例如用于产生焊接电弧320或其他焊接功率传输)。组装件700还包括电力供应器302b以产生预热电流来加热电极丝114。焊接电力供应器302a(例如经由正极性连接)电连接到第一接触焊嘴318并且(例如经由负极性连接)电连接到工件106。

在图7的组装件700中，预热电力供应器302b电连接到电极丝114，从而由电力供应器302a提供的焊接电流不与由预热电力供应器302b提供的预热电流叠加在焊丝上。为此，示例性组装件700包括第三接触焊嘴702，预热电力供应器302b电连接到该第三接触焊嘴702。虽然图7示出了预热电力供应器302b经由正极性连接而电连接到第三接触焊嘴702并且经由负极性连接而电连接到第二接触焊嘴308的示例，但是在其他示例中，连接的极性是相反的。

图8示出了另一示例性接触焊嘴组装件800的功能图。组装件800包括单个电力供应器，该电力供应器经由第一接触焊嘴318和/或第二接触焊嘴308向电极丝114提供预热功率和焊接功率二者。为了控制到接触焊嘴308和318的预热电力和/或焊接电力的方向，组装件800包括预热/焊接开关802。预热/焊接开关802切换在焊接电力供应器302a与第一接触焊嘴318、第二接触焊嘴308和/或工件106之间的电连接。

焊接电力供应器302a通过例如控制预热/焊接开关802以将焊接电力供应器302a的正极性端子连接到接触焊嘴308和318中的一个并且将焊接电力供应器302a的负极性端子连接到接触焊嘴308和318中的另一个来向电极丝114提供预热。焊接电力供应器302a(例如，基于正在使用的是DCEN还是DCEP)通过例如控制预热/焊接开关802以将焊接电力供应器302a的正极性端子连接到工件106之一或接触焊嘴308和318之一，并且将焊接电力供应器302a的负极性端子连接到工件106中的另一个或接触焊嘴308和318之一，来向电极丝114提供焊接。

如果预热/焊接开关802将焊接电力供应器302a的端子之一连接到第二接触焊嘴308并且将焊接电力供应器302a的另一个端子连接到工件106，则由焊接电力供应器302a提供的焊接电流还向电极丝114提供预热。在一些示例中，预热/焊接开关802在将焊接电力供应器302a连接到用于预热电极丝114的第一组电连接(例如连接到接触焊嘴308和318)、连接到用于焊接的第二组电连接(例如连接到工件106和第一接触焊嘴318)，和/或连接到用于同时预热电极丝114和焊接的(例如连接到工件106和第二接触焊嘴308)第三组电连接之间交替。

一些示例性焊接系统100使用辐射加热来经由焊丝衬里加热电极丝114。一个示例包括使用镍铬铁合金、铂和/或其他合适的材料构造盘绕的焊丝衬里，以同时物理地支撑和/或引导电极丝114从焊丝供应源到达焊枪并同时加热电极丝114。焊丝衬里由示例预热电力供应器302b加热。可以使用较高的加热电流来加热焊丝衬里的较短部分，和/或可以使用减小的加热电流来加热焊丝衬里的较长部分(例如，从焊丝进给机延伸到焊炬的焊丝衬里的大部分)。使用辐射加热由焊丝衬里逐渐加热电极丝114，从而当电极丝114到达焊炬和/或第一接触焊嘴318时，电极丝114具有升高的温度。

所公开的示例可以用于在减少基底材料稀释的情况下执行包覆操作。在这样的示例中，预热电力供应器302b提供高预热功率以将焊丝预热到接近熔化。焊接电力供应器302a然后提供相对低的电弧电流(例如15-20A)以将焊丝末端带到实际熔点。然而，因为相对低的电流(例如15-20A)可能不足以引起熔化的焊丝的夹断而跨过电弧过渡液体金属，所以一些这样的示例使用快速响应马达来振荡焊丝。焊丝的振荡使液态金属振荡或振动离开焊丝末端。这种振荡技术的例子由Y.Wu和R.Kovacevic的“Mechanically assisteddroplet transfer process in gas metal arcwelding,”Proceedings of theInstitution of Mechanical Engineers Vol 216Part B:J Engineering Manufacture,p.555,2002所描述，其全部内容通过引用并入本文中。通过使用低电弧电流，示例性包覆方法降低了基体金属稀释和/或降低了方法诸如激光包覆的成本。

在一些实例中，焊接型设备可用于执行金属增材制造和/或金属增材涂覆。例如，涂覆系统或增材制造系统使用如上所述的焊丝预热和电压钳，但省略激光器。在一些其他实例中，包覆系统使用焊丝预热并省略夹具和激光器。在任一情况下，金属可以不必结合到工件上，而是可以形成涂层和/或放置在基底上，随后可以从基底上去除金属。

在一些示例中，包覆系统使用电阻预热来预热焊丝。使用TIG焊接电弧熔化预热的焊丝。

一些示例性包覆系统使用预热系统来执行先导预热(例如在焊丝接触工件之前，其中焊炬中的两个焊嘴进行预热)和传递的预热(例如，一旦电流开始在工作引线中流动，则打开更靠近工件的焊嘴)。包覆系统在先导预热模式和传递预热模式之间切换预热系统。

在一些情况下，在延长的伸出长度下预热电极可能遭受不稳定性，这是由埋弧焊和/或GMAW方法中的短路控制响应引起的。传统的短路控制响应是增加电流以清除检测到的短路。然而，电流增加使延伸的伸出部分过热到非常高的温度，导致焊丝失去刚性和/或机械稳定性。因此，虽然焊接系统100试图获得稳定的电弧长度或接触焊嘴到工件距离，但是过热的焊丝部分以比正常速率更高的速率熔化，并且可能导致电弧长度摆动或振荡。一些示例通过在延长的短路事件(例如持续超过5ms的短路)期间使用电流受控(例如恒定电流)模式控制焊接电力供应器302a来解决这种不稳定性。电流受控模式不包括在短路清除方法中典型的鲨鱼鳍响应或高人工电感。例如，对于该焊丝进给速率(例如高电流)或固定低电流(例如50A或更低)而言，电流受控模式可以使用与喷射模式中使用的平均电流相同的平均电流。焊接系统100还启动焊丝缩回以清除短路。在短路被清除之后，焊接系统100将模式恢复到电压受控(例如恒定电压)喷射和/或脉冲喷射模式。在这样的示例中，焊丝驱动马达是高度响应的(例如类似于在受控短路(CSC)模式中使用的马达)，但是相对于在CSC模式中使用的占空比处于减小的占空比。在这样的示例中，马达不用于像CSC模式一样快地清除短路。

一些示例增加了焊接的熔敷速率，同时使用喷射模式减少了对工件的热输入。焊接系统100在低焊丝速度模式下的喷射模式和高焊丝速度模式下的冷焊丝进给之间切换。在此上下文中，冷焊丝是指未熔化的焊丝，无论是被预热的还是未被预热的。在一些这样的示例中，焊接系统100预热电极丝114并以喷射模式(例如电压受控和/或脉冲)执行焊接，然后将电流减小到较低的电流水平(例如50A或更小)。在喷射模式下操作一段时间之后，焊接系统加速焊丝进给速率(例如到最大马达进给速率)以将冷(例如未熔化的)电极丝114输入到焊接熔池。冷焊丝的输入既添加填充金属又冷却焊接熔池。在焊接熔池冷却得太多而不能进一步熔化焊丝之前，使用预热的焊丝增加焊丝熔敷在焊接熔池中，但是可以省略对焊丝的预热。然后，焊接系统100缩回焊丝，同时维持较低的焊接电流以重新启动焊接电弧。当电弧重新启动时，焊接系统100以更高的电流返回到喷射模式，并以更低的焊丝进给速率进给电极丝114。在一些示例中，当将冷焊丝进给到焊接熔池中以增加熔敷时，焊接系统100维持较高的电流，但是在收回焊丝之前减小电流(例如减小到50A或更小)，以减小电弧重启动期间的飞溅。在这样的示例中，焊丝驱动马达是高度响应的(例如，类似于在受控短路(CSC)模式中使用的马达)，但是相对于在CSC模式中使用的占空比处于减小的占空比。在这样的示例中，马达不用于像CSC模式一样快地清除短路。

在一些情况下，电极丝114和接触焊嘴318之间不良的物理接触可能导致电极丝114和接触焊嘴318之间的电弧放电，这可能损坏接触焊嘴318。所公开的示例包括其间的箝位二极管(例如，齐纳二极管)，以箝位预热电力供应器302b的输出电压，从而将输出电压箝位到小于阈值(例如小于14V)。使用箝位二极管减少或消除了在接触焊嘴308和318与电极丝114之间引发电弧的可能性。另外，箝位二极管减少了主焊接电流在第一接触焊嘴318中产生电弧的可能性。当电极丝114和第一接触焊嘴318之间的物理接触不良时，电弧电流可以通过箝位电路和第二接触焊嘴308传导或重定向到电极丝114，以防止焊嘴烧结并延长第一接触焊嘴318的寿命。箝位二极管被选择为具有(例如在几百纳秒接通下)传导预热电流和焊接电流两者的电流容量。在一些示例中，箝位二极管是碳化硅整流二极管。

在一些实例中，第二接触焊嘴308用作传感器以检测第一接触焊嘴318处的电弧放电条件(例如不预热电极丝114)。当检测到在第一接触焊嘴318处产生电弧的这种条件时，焊接系统100箝位在如上所述的焊嘴到焊丝接触电压。

虽然上面公开的示例包括同轴对准的接触焊嘴308和318，但是在其他示例中，接触焊嘴308和318的轴是偏移的(例如平行但不对准)和/或倾斜的(例如不平行)。在一些其他实例中，在两个接触焊嘴308与318之间提供弧形或弯曲的焊丝支撑件(例如陶瓷)以改进第一接触焊嘴318处的接触。在一些其他示例中，第一接触焊嘴318设置有弹簧加载式接触件以接触电极丝114，从而确保第一接触焊嘴318与电极丝114之间的接触。

在一些示例中，焊接系统100对焊丝短路事件作出反应。示例性焊接系统100使用反馈来立即关闭预热功率，以防止软的、预热的焊丝被压缩并防止第一接触焊嘴318和第二接触焊嘴308之间的堵塞。焊接系统100使用诸如来自焊丝进给马达(例如，马达电流、马达转矩等)和/或在两个接触焊嘴马达电流之间的另一个焊丝进给力传感器或其他进给力传感器的反馈来提供快速检测。附加地或替代地，焊接系统100使用反馈诸如短路测量(例如电弧电压)的持续时间来检测焊丝残断(stubbing)事件(例如，通过使电极丝114接触工件106来熄灭电弧)。响应于检测到该事件，焊接系统100关闭或禁用预热电力供应器，和/或降低预热电力供应器的预热功率，以防止接触焊嘴之间的焊丝扭结(noodling)。

在一些示例中，焊接系统100包括焊接型电源以向焊接型电路提供焊接型功率，其中焊接型电路包括焊接型电极和如本文讨论的焊炬的第一接触焊嘴。示例焊接系统100还包括本文公开的示例预热电路之一，该预热电路经由焊炬的第二接触焊嘴提供预热功率通过焊接型电极的第一部分。所公开的示例还包括电极预热控制电路322，其被配置为基于指定预热功率的用户输入来控制预热功率。

图9是图3、5、6、7和/或8的电力供应器302a、302b的示例实施方式的框图。示例性电力供应器302a、302b向焊接应用供电、提供控制和供应消耗品。在一些示例中，电力供应器302a、302b直接向焊炬108提供输入功率。在所示示例中，焊接电力供应器302a、302b被配置成向焊接操作和/或预热操作提供功率。示例焊接电力供应器302a、302b还向焊丝进给机提供功率，以将电极丝94供应到焊炬108以用于各种焊接应用(例如GMAW焊接、药芯焊丝电弧焊接(FCAW))。

电力供应器302a、302b接收初级功率908(例如来自AC电网、发动机/发电机组、电池或其他能量产生或存储装置，或其组合)，调节初级功率，并且根据系统的需求向一个或多个焊接装置和/或预热装置提供输出功率。可以从非现场位置供应初级功率908(例如，初级功率可以源自电网)。焊接电力供应器302a、302b包括功率转换器910，其可以包括变压器、整流器、开关及诸如此类，能够根据系统的需求(例如，特定的焊接过程和方案)将AC输入功率转换成AC和/或DC输出功率。功率转换器910基于焊接电压设定点将输入功率(例如初级功率908)转换为焊接型功率，并经由焊接电路输出焊接型功率。

在一些示例中，功率转换器910被配置成将初级功率908转换为焊接型功率和辅助功率输出两者。然而，在其他示例中，功率转换器910被适配成将初级功率仅转换为焊接功率输出，并且提供单独的辅助转换器以将初级功率转换为辅助功率。在一些其他示例中，电力供应器302a、302b直接从墙壁插座接收转换后的辅助功率输出。电力供应器302a、302b可以采用任何合适的功率转换系统或机构来产生和提供焊接功率和辅助功率。

电力供应器302a、302b包括控制器912以控制电力供应器302a、302b的操作。焊接电力供应器302a、302b还包括用户接口914。控制器912接收来自用户接口914的输入，通过该接口，用户可以选择过程和/或输入期望的参数(例如电压、电流、特定的脉冲式或非脉冲式焊接方式及诸如此类)。用户接口914可以使用任何输入装置来接收输入，例如经由小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线设备等。此外，控制器912基于用户的输入以及基于其他当前操作参数来控制操作参数。具体地，用户接口914可以包括显示器916以便于向操作者呈现、示出或指示信息。控制器912还可以包括接口电路，以便于将数据传送到系统中的其他装置，例如焊丝进给机。例如，在一些情况下，电力供应器302a、302b与焊接系统内的其他焊接装置无线通信。此外，在一些情况下，电力供应器302a、302b使用有线连接而与其他焊接装置通信，例如通过使用网络接口控制器(NIC)经由网络(例如以太网、10BASE2、10BASE-T、100BASE-TX等)传送数据。在图1的示例中，控制器912经由通信收发器918经由焊接电路而与焊丝进给机通信。

控制器912包括至少一个控制器或处理器920，其控制焊接电力供应器902的操作。控制器912接收和处理与系统的性能和需求相关联的多个输入。处理器920可以包括一个或多个微处理器，例如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或ASICS，和/或任何其他类型的处理装置。例如，处理器920可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)。

示例性控制器912包括一个或多个存储装置923和一个或多个存储器装置924。存储装置923(例如非易失性存储装置)可以包括ROM、快闪存储器、硬盘驱动器和/或任何其他合适的光学、磁性和/或固态存储介质和/或其组合。存储装置923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/或任何其他适当的数据。用于焊接应用的存储数据的示例包括焊炬的姿态(例如取向)、接触焊嘴和工件之间的距离、电压、电流、焊接装置设置及诸如此类。

存储器装置924可以包括易失性存储器(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924和/或存储装置923可以存储各种信息且可以用于各种目的。例如，存储器装置924和/或存储装置923可以存储处理器可执行的指令925(例如固件或软件)以供处理器920执行。此外，用于各种焊接过程的一种或多种控制方案、连同相关联的设置和参数，可以连同代码一起被存储在存储装置923和/或存储器装置924中，所述代码被配置成在操作期间提供特定输出(例如启动焊丝进给、启用气流、捕获焊接数据、检测短路参数、确定飞溅量)。

在一些示例中，焊接功率从功率转换器910流过焊接缆线926。示例性焊接缆线926可在每个焊接电力供应器302a、302b处从焊接栓柱附接和拆卸(例如，以便在磨损或损坏的情况下能够容易地更换焊接缆线926)。此外，在一些示例中，焊接数据是用焊接缆线926来提供，从而焊接功率和焊接数据通过焊接缆线926一起进行提供和传输。通信收发器918通信地联接到焊接缆线926以通过焊接缆线926传达(例如发送/接收)数据。通信收发器918可以基于各种类型的电力线通信方法和技术来实现。例如，通信收发器918可以利用IEEE标准P1901.2来通过焊接缆线926提供数据通信。以此方式，焊接缆线926可以用于从焊接电力供应器302a、302b向焊丝进给机和焊炬108提供焊接功率。附加地或可替代地，焊接缆线926可以用于向焊丝进给机和焊炬108发送数据通信和/或从焊丝进给机和焊炬108接收数据通信。通信收发器918例如经由缆线数据耦合器927通信地联接到焊接缆线926，以表征焊接缆线926，如以下更详细描述的。缆线数据耦合器927可以是例如电压或电流传感器。

在一些示例中，电力供应器302a、302b包括或实施在焊丝进给机中。

示例通信收发器918包括接收器电路921和发送器电路922。通常，接收器电路921经由焊接缆线926接收由焊丝进给机发送的数据，并且发送器电路922将数据经由焊接缆线926发送到焊丝进给机。如下面更详细描述的，通信收发器918能够实现从焊丝进给机的位置远程配置电力供应器302a、302b和/或通过使用由焊丝进给机104发送的焊接电压反馈信息由电力供应器302a、302b补偿焊接电压。在一些示例中，(例如在焊接型操作期间)当焊接电流正在流过焊接电路时和/或(例如在焊接型操作之后)在焊接电流已经停止流过焊接电路之后，接收器电路921经由焊接电路接收通信。这种通信的例子包括当焊接电流正在流过焊接电路时在远离电力供应器302a、302b的装置(例如焊丝进给机)处测量的焊接电压反馈信息。

在美国专利第9,012,807号中描述了通信收发器918的示例性实施方式。美国专利第9,012,807号的全部内容通过引用并入本文中。然而，可以使用通信收发器918的其他实施方案。

示例性焊丝进给机104还包括通信收发器919，其在结构上和/或功能上可以与通信收发器918类似或相同。

在一些示例中，气体供应器928根据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。保护气体流向阀930，该阀930控制气体的流动，并且如果需要，可以选择该阀930以允许调节或调整供应给焊接应用的气体量。阀930可以由控制器912打开、关闭或以其他方式操作，以允许、禁止或控制通过阀930的气流(例如保护气体)。保护气体离开阀930并通过缆线932(在一些实施方式中，缆线932可以与焊接功率输出一起封装)流向焊丝进给机，该焊丝进给机向焊接应用提供保护气体。在一些示例中，电力供应器302a、302b不包括气体供应器928、阀930和/或缆线932。

虽然所公开的实例将电极预热控制电路322、电流解释器324和/或存储器装置326描述为在电力供应器302a、302b外部，但在其他实例中，电力供应器302a、302b实施电极预热控制电路322、电流解释器324和/或存储器装置326和/或其部分。

图10示出了将焊接型电流值与CTWD值、伸出长度、电弧长度、伸出加热变化和/或预热补偿调节相关联的示例查找表1002、1004、1006。示例查找表1002、1004、1006包括可用于实现在存储器装置326中存储的查找表328的示例数据。

表1002、1004、1006预先填充有焊接电流值与CTWD值、伸出长度、电弧长度、伸出加热变化和/或预热补偿调节之间的关系。在接收到焊接型电流样本时，电流解释器324可以基于焊接设定点电压在表1002、1004、1006之一中查找焊接型电流样本和/或平均焊接型电流。

虽然在图10中示出表1002、1004、1006的示例组织，但是表1002、1004、1006可以以其他方式组织。

除了以上示例之外或作为其替代，该示例包括基于CTWD的变化来控制焊接电流和/或预热电流，图3的接触焊嘴组装件206可以用于基于检测焊接型电流、焊接型电压、预热电流和/或预热电压来控制操纵接触焊嘴组装件206的机器人的CTWD。例如，机器人定位控制器可以通过机器人调节CTWD(例如，在指定包络内调节CTWD，以降低碰撞的可能性)，以使焊接控制回路和预热控制回路自调节到期望的电压和/或电流。类似于查找表328的查找表可由机器人控制器引用和/或可被引用以标识用于机器人控制器的命令。

图11是表示示例性机器可读指令1100的流程图，该指令可以由图3、5、6、7和/或8的电极预热控制电路322执行以控制对电极丝114的预热。示例指令1100下面参考图3来描述，但是可以使用本文公开的任何示例系统来实现。

在框1102处，示例性电力供应器302a向焊接型电路提供焊接型电流，并且示例性电力供应器302b基于对焊缝的目标热输入、目标焊接电压设定点、CTWD和目标焊接型电流而向预热电路提供预热电流。在图3的示例中，电力供应器302a可以实现电压受控的控制回路以经由接触焊嘴318提供焊接型电流，并且电极预热控制电路322控制电力供应器302b以经由接触焊嘴308和318提供预热电流。然而，如上面参考图5、图6、图7和/或图8所示，可以使用其他布置来输送焊接型电流和/或预热电流。

在框1104处，电流解释器324采样焊接型电流和预热电流。例如，与电力供应器302a的正端子和/或负端子联接的电流传感器可以对由电力供应器302a输出的焊接型电流进行采样，并且与电力供应器302b的正端子和/或负端子联接的电流传感器可以对由电力供应器302b输出的预热电流进行采样。

在框1106处，电流解释器324使用焊接型电流样本来确定在第一时间段期间的焊接型电流的平均值。例如，电流解释器324可以确定最近X个样本的焊接型电流的运行平均值，其中X可以结合电流的采样速率和/或基于预热电流对焊接型电流变化的期望响应来选择。

在框1108处，电流解释器324确定平均焊接型电流是否在目标电流范围之外。可以基于目标焊接型电流值来选择目标电流范围。如果平均焊接型电流在目标电流范围之外(框1108)，则在框1110，电极预热控制电路322控制经由预热电路提供的预热电流，以将焊接型电流返回到目标焊接型电流值，同时维持目标热输入。例如，如上所述，导致焊接型电流增大到高于目标电流范围的CTWD的减小将导致电极预热控制电路322增大预热电流以将焊接型电流减小回到目标电流范围。在控制预热电流(框1110)之后，控制返回到框1104以采样焊接型电流和预热电流(例如以确定焊接型电流何时已返回到目标电流范围)。

当平均焊接型电流位于目标电流范围内时(框1108)，在框1112，电流解释器324基于焊接型电流、焊接型电压、预热电流和目标热输入从查找表328确定CTWD(和/或伸出和/或电弧长度)。例如，电流解释器324可以通过使用焊接型电流、焊接型电压、预热电流和目标热输入参考示例表1002、1004、1006，和/或通过从多个CTWD内插CTWD来确定CTWD。下面参考图12描述框1112的示例实施方式。

在框1114处，电流解释器324输出CTWD(和/或伸出和/或电弧长度)和/或预热电流值。例如，电流解释器324可以经由图9的用户接口914而显示CTWD和/或预热电流值，和/或相应信息诸如焊接熔深。

在框1110处，电极预热控制电路322基于由CTWD、伸出长度和/或电弧长度的变化引起的热输入的变化来控制经由预热电路提供的预热电流和/或控制电极进给速度以维持对焊缝的目标热输入。例如，电极预热控制电路322可以通过增加由预热电力供应器302b提供的预热电流和/或降低电极进给速度以增加预热电路的预热和/或增加伸出预热来响应检测到电极114的伸出加热的减少。相反地，电极预热控制电路322可以通过减少由预热电力供应器302b提供的预热电流和/或增加电极进给速度以减少预热电路的预热和/或减少伸出预热来响应检测到电极114的伸出加热的增加。

在控制到预热电流(例如向预热电流施加命令)之后，控制返回到框1102以继续控制对电极丝114的预热。

图12是表示示例性机器可读指令1100的另一流程图，所述指令可以由图3、5、6、7和/或8的电极预热控制电路322执行，以基于所测量的焊接型电流样本、预热电流、预热阻抗、预热功率、预热焓或电极预热温度中的至少一个来确定接触焊嘴到工件距离、伸出长度或电弧长度。示例指令1200下面参考图3来描述，但是可以使用本文公开的任何示例系统来实现。

在框1202处，电极预热控制电路322在存储器装置(例如存储器装置326)中查找值，该存储器装置存储与接触焊嘴到工件距离、伸出长度和/或电弧长度相关联的电流值、电压值和/或热输入值。电极预热控制电路322例如可以使用平均预热电流和/或预热电流样本作为查找表的查找关键词，该查找关键词是基于设定点焊接型电压、平均焊接型电流和/或目标热输入而选择的。在一些示例中，可以使用设定点焊接型电压、平均焊接型电流和/或目标热输入来缩窄待搜索的查找表328中的预热电流值的列表。

在框1204处，电极预热控制电路322基于预热电流值、存储器装置326中的一个或多个存储的预热电流值，以及相关联的存储的CTWD、伸出长度和/或电弧长度来内插CTWD、伸出长度和/或电弧长度。例如，在预热电流样本具有比存储在查找表328中的电流值更高的分辨率的情况下，示例性电极预热控制电路322可以从查找表328中选择两个预热电流值，用于查找的预热电流值落在这两个预热电流值之间。然后，电极预热控制电路322可以基于与所选的存储的预热电流值相关联的CTWD、伸出长度和/或电弧长度来内插CTWD、伸出长度和/或电弧长度。内插可以包括线性或非线性内插。

如本文所使用的，术语“电路(circuit)”和“电路系统(circuitry)”是指物理电子部件(即硬件)和任何软件和/或固件(“代码”)，所述软件和/或固件可以配置硬件，由硬件执行，和\或以其他方式与硬件相关联。如本文中所使用，例如，特定的处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可以包括第一“电路”，且在执行第二一行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所用，“和/或”是指列表中通过“和/或”连接的项目中的任何一个或多个。例如，“x和/或y”表示三元素集合{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”表示七元素集合{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x，y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性”意指充当非限制性实例、例子或示例。如本文所用，术语“诸如”和“例如”列出了一个或多个非限制性示例、实例或例子的列表。如本文所使用的，无论功能的执行是否被(例如通过用户可配置设置、工厂微调等)禁用或未被启用，只要电路系统包括执行该功能所必需的硬件和代码(如果有必要的话)，则该电路系统就“可操作地”执行该功能。

本发明的方法和/或系统可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。本发明的方法和/或系统可以以集中的方式在至少一个计算系统中实现，或者以分布的方式实现，其中不同的元件分布在若干互连的计算系统上。适配于执行本文描述的方法的任何类型的计算系统或其他设备都是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其他代码的通用计算系统，所述程序或其他代码在被加载和执行时控制该计算系统以使得其执行本文所述的方法。另一典型实施方式可以包括专用集成电路或芯片。一些实施方式可以包括其上存储有可由机器执行的一行或多行代码的非易失性机器可读(例如计算机可读)介质(例如闪存驱动器、光盘、磁存储盘等)，由此使得该机器执行如本文所述的过程。

虽然已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应与本公开的教导。例如，可以组合、划分、重新安排和/或以其他方式修改所公开示例的系统、框和/或其他部件。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。相反，本方法和/或系统将包括从字面上和依据等同原则落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

本文中引用的所有文件(包括期刊文章或摘要、已公布的或相应的美国或外国专利申请、授权的或外国专利、或任何其他文件)各自均通过引用而整体地并入本文中，包括所引用的文件中呈现的所有数据、表格、附图和文本。

Claims (20)

1.一种可消耗性电极进给焊接型系统，包括：

焊接型电流源，所述焊接型电流源被配置为向焊接型电路提供焊接型电流，所述焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴；

电极预热电路，所述电极预热电路被配置成经由所述焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过所述焊接型电极的第一部分；

电流解释器电路，所述电流解释器电路被配置成基于所述焊接型电流或所述预热电流中的至少一个来确定在所述第一接触焊嘴与工件之间的接触焊嘴到工件距离的变化；以及

电极预热控制电路，所述电极预热控制电路被配置为基于所述接触焊嘴到工件距离的所述变化来调节所述预热电流或电极进给速度中的至少一个。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述电流解释器电路被配置成通过以下方式来检测所述接触焊嘴到工件距离的所述变化：

测量所述预热电流；

基于对所述预热电流的所述测量而确定所述接触焊嘴到工件距离；

识别所述焊接型电流或所述预热电流中的所述至少一个的变化；以及

基于所述焊接型电流或所述预热电流中的所述至少一个的所述变化来确定所述接触焊嘴到工件距离的所述变化。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述电流解释器电路被配置为通过测量在第一时间段期间的第一平均预热电流来测量所述预热电流。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述电流解释器电路被配置成通过识别在第二时间段期间的第二平均预热电流与所述第一平均预热电流之间的差值来识别所述预热电流的所述变化。

5.如权利要求2所述的系统，其中所述电流解释器电路被配置为通过在将预热电流值与接触焊嘴到工件距离相关联的表中查找所述预热电流，基于所述预热电流来确定所述接触焊嘴到工件距离。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述电流解释器电路被配置成通过查找所述焊接型电路中的焊接设定点电压、所述焊接型电流、热输入或电阻中的至少一个来基于所述预热电流确定所述接触焊嘴到工件距离。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述电流解释器电路包括电流传感器，所述系统进一步包括存储器装置，所述存储器装置被配置成存储与对应的接触焊嘴到工件距离相关联的多个预热电流测量值。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述焊接型电流源被配置为执行电压受控的控制回路以提供所述焊接型电流。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述电极预热控制电路被配置成控制所述预热电流以将所述焊接型电流维持在电流范围内并且将热输入维持在热输入范围内。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述电极预热控制电路被配置成调节所述预热电流以维持输入到工件中的恒定的热输入。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述第一接触焊嘴被配置成传导所述预热电流，所述焊接型电极的所述第一部分位于所述焊炬的所述第一接触焊嘴与所述第二接触焊嘴之间。

12.一种方法，包括：

使用焊接型电流源向焊接型电路提供焊接型电流，所述焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴；

经由所述焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过所述焊接型电极的第一部分；

基于所述焊接型电流或所述预热电流中的至少一个确定在所述第一接触焊嘴与工件之间的接触焊嘴到工件距离的变化；以及

基于所述接触焊嘴到工件距离的变化来调节所述预热电流或电极进给速度中的至少一个。

13.如权利要求12所述的方法，其中确定所述变化包括：

测量所述预热电流；

基于对所述预热电流的所述测量而确定所述接触焊嘴到工件距离；

识别所述焊接型电流或所述预热电流中的所述至少一个的变化；以及

基于所述焊接型电流或所述预热电流中的所述至少一个的所述变化来确定所述焊炬的所述接触焊嘴到工件距离的变化。

14.如权利要求12所述的方法，其中调节所述预热电流或所述电极进给速度中的所述至少一个包括维持对工件的基本恒定的热输入。

15.如权利要求12所述的方法，其中确定所述变化包括在存储在存储器装置中的查找表中查找所述预热电流的变化。

16.如权利要求12所述的方法，进一步包括确定所述焊炬的所述接触焊嘴到工件距离的变化。

17.如权利要求16所述的方法，其中确定所述焊炬的所述接触焊嘴到工件距离的所述变化包括在查找表中查找所述预热电流或所述焊接型电流中的至少一个。

18.如权利要求16所述的方法，其中确定所述焊炬的所述接触焊嘴到工件距离的所述变化包括在查找表中查找所述焊接型电路的电阻、焓、热输入或焊接型电压设定点中的至少一个。

19.如权利要求12所述的方法，其中调节所述预热电流或所述电极进给速度包括控制所述预热电流或所述电极进给速度以维持目标电弧长度。

20.一种可消耗性电极进给焊接型系统，包括：

焊接型电流源，所述焊接型电流源被配置为向焊接型电路提供焊接型电流，所述焊接型电路包括焊接型电极和焊炬的第一接触焊嘴；

电极预热电路，所述电极预热电路被配置成经由所述焊炬的第二接触焊嘴提供预热电流通过所述焊接型电极的第一部分；

传感器，所述传感器被配置成监测所述预热电流和所述焊接型电流；以及

控制电路，所述控制电路被配置成通过基于所述预热电流和所述焊接型电流的组合作为在所述第一接触焊嘴与工件之间的接触焊嘴到工件距离的指标来调节所述预热电流或电极进给速度中的至少一个来维持对焊缝的恒定的热输入。

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