CN111372711A - 具有用于预热焊丝的第一接触焊嘴和第二接触焊嘴的焊接炬 - Google Patents

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CN111372711A CN201880050329.5A CN201880050329A CN111372711A CN 111372711 A CN111372711 A CN 111372711A CN 201880050329 A CN201880050329 A CN 201880050329A CN 111372711 A CN111372711 A CN 111372711A
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詹姆斯·李·于克尔
杰克·布拉德利·茨魏尔
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Abstract

本申请涉及一种焊接炬(1500)。所述焊接炬包括：焊接组装件，所述焊接组装件包括第一接触焊嘴以及第二接触焊嘴，所述第一接触焊嘴被配置为将焊接电流传导至可消耗性电极，所述第二接触喷嘴被配置为将预热电流传导至可消耗性电极；具有弯头的颈部，所述颈部被配置为保持焊接组装件并将可消耗性电极输送到焊接组装件；焊接炬主体，所述焊接炬主体被配置为将颈部保持与焊接组装件相对；以及焊接炬安装组装件；其中，焊接组装件、颈部、弯头、焊接炬主体和焊接炬安装组装件的尺寸被设置为，以便当用于更换具有单个接触焊嘴的第二焊接炬(1500)时，焊接炬(1500)提供相同的工具中心点距离、相同的弯曲角度和相同的接近角度。

Description

具有用于预热焊丝的第一接触焊嘴和第二接触焊嘴的焊接炬
相关申请
本专利要求2017年6月9日提交的标题为“Systems,Methods,and Apparatus toPreheat Welding Wire”的序列号为62/517,534的美国临时专利申请的优先权。序列号为62/517,534的美国临时专利申请的整体通过引用并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及焊接，并且更具体地，涉及提供焊丝预热以用于焊接的焊接炬和方法。
背景技术
焊接是在所有行业中已越来越普遍的工艺。从本质上简单地讲，焊接是使两块金属结合的一种方法。为了各种目的，已经实现了各种各样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)技术允许通过进给由来自焊接炬的惰性气体和/或由焊剂保护的焊丝来形成连续的焊道。这种焊丝进给系统可用于其他焊接系统，例如钨极惰性气体(TIG)焊接。将电能施加到焊丝上，并通过工件完成电路，以维持焊弧，该焊弧使电极丝和工件熔化以形成所需焊缝。
虽然这些焊接技术在许多应用中非常有效，但是基于焊接是以“冷”还是“热”电极启动而可能具有不同的初始焊接性能。通常，冷电极启动可以被认为是其中电极末端和相邻金属处于或相对接近环境温度时的启动。相比之下，热电极启动通常是其中电极末端和相邻金属的温度升高得多但低于电极丝熔点的那些启动。在某些应用中，据信当电极是热的时，促进引发焊弧和焊接。然而，当前的现有技术没有提供设计用于确保在开始焊接操作之前加热电极的方案。
附图说明
图1示出了根据本公开的方面的示例机器人焊接系统，其中机器人被用于使用焊接工具来焊接工件。
图2示出了根据本公开的方面的示例液冷式焊接炬。
图3示出了图2的示例液冷式焊接炬的分解图。
图4是示例液制冷式组装件的更详细描述，该示例液制冷式组装件可用于实现图2的液制冷式组装件。
图5是图4的液冷式电力电缆组装件的剖视图。
图6是图3的示例液冷式电力电缆组装件的分解图。
图7A、7B和7C是图6的示例冷却器主体的视图。
图8是耦接至图4的液制冷式组装件的图2的液制冷式组装件和快速断开组装件的剖视图。
图9示出了通过快速断开组装件从焊接炬的其余部分断开的图2的示例焊接组装件和示例液制冷式组装件。
图10是图2的示例焊接组装件的剖视图。
图11A、11B和11C示出了图10的第一接触焊嘴的示例实施方式。
图12A和12B示出了图10的焊丝引导器的示例实施方式。
图13A、13B和13C示出了图10的第二接触焊嘴的示例实施方式。
图14A和14B示出了图3和10的示例扩散器的视图。
图15A示出了根据本公开的方面的具有第一工具中心点距离和焊接炬颈角的常规机器人焊接炬。
图15B示出了图2的液冷式焊接炬的示例实施方式，其被配置为替代图15A的常规焊接炬，同时保持相同的工具中心点距离和焊接炬颈角。
图16是根据本公开的方面的示例焊接电缆的横截面，该焊接电缆可用于向焊接炬提供冷却液、焊接电流和预热电流，并且将冷却液从焊接炬中带走。
图17示出了包括图2的示例焊接炬并且可以与图1的焊接系统一起使用的示例焊接系统的功能图。
图18是图17的电力供应器的示例实施方式的框图。
图19示出了根据本公开的方面的另一示例液冷式焊接炬。
图20是图19的示例焊接炬的分解图。
图21是图19的示例焊接组装件的剖视平面图。
图22是图19的示例电力和液体传输组装件的剖视平面图。
图23是图19的示例电力和液体传输组装件的视图。
附图未按比例绘制。在适当的情况下，在附图中使用相同或相似的附图标记指代相似或相同的元件。
具体实施方式
为了促进对本公开原理的理解，现在将参考附图中示出的示例，并且将使用特定语言来描述它们。然而，将理解的是，本公开并不意图限制权利要求的范围。对所图示的示例的修改以及如本文所示的本公开的原理的这种进一步应用被认为是本公开所涉及的领域的技术人员通常会想到的。
如本文中所使用的，词语“示例性”是指“用作示例、实例或例证”。本文中所描述的实施例不是限制性的，而仅仅是示例性的。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“本发明的实施例”、“实施例”或“本发明”不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作模式。
如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子元件(即，硬件)以及任何软件和/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。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一组一行或多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二组一行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指列表中由“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”表示“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“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”表示“x，y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例或例证。如本文所使用的，术语“诸如”和“例如”引出一个或多个非限制性示例、实例或例证的列表。如本文所使用的，只要电路系统包含执行功能所需的硬件和代码(如果有必要)，该电路系统就“可操作”以执行该功能，而不管该功能的执行是否被禁用或未被启用(例如，通过操作者可配置的设置，工厂调整等)。
如本文所使用的，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(GMAW)，气体保护钨极电弧焊(GTAW)等)、钎焊、包覆、耐磨堆焊和/或其他工艺的系统，其中通过送给到工作位置(例如电弧或焊接熔池)的焊丝来提供填充金属。
如本文中所使用的，焊接型电源是指在向其施加电力时能够供应焊接、包覆、等离子切割、感应加热、激光(包括激光焊接和激光包覆)、碳弧切割或刨削和/或电阻式预热的任何设备，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、以及与其相关联的控制电路系统和其他辅助电路系统。
如本文所使用的，预热是指在焊弧和/或电极丝熔敷在行进路径中之前加热电极丝。
如本文所使用的，术语“前”和/或“向前”是指更靠近焊弧的位置，而“后方”，“后”，“后侧”和/或“向后”是指离焊弧更远的位置。
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。
所公开的示例焊接炬包括焊接组装件，具有弯头的颈部，焊接炬主体和焊接炬安装组装件。焊接组装件包括被配置为将焊接电流传导至消耗性电极的第一接触焊嘴和被配置为将预热电流传导至消耗性电极的第二接触焊嘴。颈部被配置为保持焊接组装件并将消耗性电极输送到焊接组装件。焊接炬主体被配置为将颈部保持与焊接组装件相对。焊接组装件、颈部、弯头、焊接炬主体和焊接炬安装组装件的尺寸被设置为，以便当用于更换具有单个接触焊嘴的第二焊接炬时，焊接炬提供相同的工具中心点距离、相同的弯曲角度和相同的接近角度。
在一些示例焊接炬中，颈部与第二接触焊嘴之间的长度是基于喷嘴长度、预热距离、喷嘴角度或颈部角度中的至少一个。在一些示例中，弯曲角度包括0度、22度、35度或45度中的至少一个。在一些示例中，焊接炬具有与第二焊接炬相同的工具中心点面积。在一些示例焊接炬中，焊接组装件的长度小于5英寸。在一些示例中，第一接触焊嘴和第二接触焊嘴之间的距离小于3.5英寸。
一些示例焊接炬还包括多个液制冷式组装件，所述多个液制冷式组装件被配置为：传导预热电流；将焊接电流传导至消耗性电极；以及向焊接组装件提供冷却液。一些示例焊接炬还包括电力和液体传输组装件，所述电力和液体传输组装件耦接到焊接炬主体并且配置成将焊接电流输送到多个液制冷式组装件中的一个或多个。在一些示例中，电力和液体传输组装件耦接至焊接炬主体的与焊接炬安装组装件相对的一侧。在一些示例中，工具中心点距离是350毫米或400毫米。
所公开的示例焊接炬包括：焊接组装件，包括被配置为将焊接电流传导至可消耗性电极的第一接触焊嘴；具有弯头的颈部，其中所述颈部被配置为保持焊接组装件并将消耗性电极输送到焊接组装件；第二接触焊嘴，位于弯头的与第一接触焊嘴相对的一侧，其中第二接触焊嘴被配置为将预热电流传导至可消耗性电极；焊接炬主体，被配置为将颈部保持与焊接组装件相对；以及焊接炬安装组装件，其中焊接组装件、颈部、弯头、焊接炬主体和焊接炬安装组装件的尺寸被设置为以便当用于更换具有单个接触焊嘴的第二焊接炬时，焊接炬提供相同的工具中心点距离、相同的弯曲角度和相同的接近角度。
一些示例焊接炬还包括定位在弯头处的陶瓷辊，以引导可消耗性电极的被预热部分通过弯头。在一些示例中，在颈部与第二接触焊嘴之间的长度是基于喷嘴长度、预热距离、喷嘴角度或颈部角度中的至少一个。在一些示例焊接炬中，弯曲角度是0度、22度、35度或45度。在一些示例中，焊接炬具有与第二焊接炬相同的工具中心点面积。
在一些示例中，焊接组装件的长度小于5英寸。在一些示例中，第一接触焊嘴和第二接触焊嘴之间的距离小于3.5英寸。一些示例焊接炬还包括多个液制冷式组装件，所述多个液制冷式组装件被配置为：传导预热电流；将焊接电流传导至消耗性电极；并向焊接组装件提供冷却液。一些示例焊接炬还包括电力和液体传输组装件，所述电力和液体传输组装件耦接到焊接炬主体并且被配置为将焊接电流输送到多个液制冷式组装件中的一个或多个。在一些示例中，电力和液体传输组装件耦接至焊接炬主体的与焊接炬安装组装件相对的一侧。
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(例如所示的弯颈(即鹅颈设计)焊接炬(或在手动控制下时，手持式焊接炬))来焊接工件106，供向该焊接炬的电力是由焊接设备110经由导管118输送，并通过接地导管120返回。焊接设备110除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、焊丝进给器和其他设备。其他设备可以包括例如水冷却器、排烟设备、一个或多个控制器、传感器、用户接口、通信设备(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接技术在焊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之外还包括保护金属极电弧焊(SMAW)、MIG、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、TIG、激光焊、埋弧焊(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，还可以包括自动化或半自动化的外部金属填料(例如，通过焊丝进给器)。在多弧应用中(例如，明弧或埋弧)，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。焊接设备110可以是具有一个或多个电力供应器以及相关联的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)或它们的组合。焊接工具108可以是例如TIG焊接炬、MIG焊接炬或药芯焊接炬(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。
如以下将讨论的，焊接工具108采用接触焊嘴组装件，该接触焊嘴组装件在使用电极丝114形成焊弧之前加热电极丝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。
在焊接系统100中，通过导管118和接地导管120而与焊接设备110可操作地耦接的机器人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(无论是预热电流和/或焊接电流)的开始和停止，来控制焊接工具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之间产生焊弧，由此最终产生焊接件。因此，导管118和电极丝114输送足以在电极丝114和工件106之间产生电焊弧的焊接电流和电压。在电极丝114和工件106之间的焊接点处，焊弧局部地熔化工件106和供给至焊接接头112的焊丝114，从而在金属冷却时形成焊接接头112。
在某些方面，代替机器人102的机械臂，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接炬来焊接工件106，电力由焊接设备110经由导管118而向该手持式焊炬输送。在操作中，与图1的系统100一样，电极丝114将电流输送至工件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接炬并经由例如触发器来触发电流的开始和停止来控制电极丝114的位置和操作。手持式焊接炬通常包括手柄、触发器、导体管、在导体管远端的喷嘴以及接触焊嘴组装件。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，从而提供焊接电流，并根据需要启动焊丝进给器(例如，以驱动电极丝114向前以进给电极丝114，并反向驱动电极丝114以缩回电极丝114)。例如，授予Craig S.Knoener的共同拥有的第6,858,818号美国专利描述了控制焊接型系统的焊丝进给器的示例系统和方法。
图2示出了示例液冷式焊接炬200。液冷式焊接炬200可以用于实施图1的焊接工具108，以将电极丝114输送至工件，同时提供电阻式预热电力和焊接型电力二者。
液冷式焊接炬200包括焊接组装件202、安装组装件204、焊接电缆206、液制冷式组装件208、210、212、214以及电力和液体传输组装件216。如本文所公开的，示例液冷式焊接炬200可以用于用具有相同工具中心点(TCP)的允许电阻式预热的焊接炬来代替常规的机器人焊接炬。通过将焊接炬替代为具有相同TCP的另一个焊接炬，在对工具点略微或不重新编程的情况下，机器人能够使用替代焊接炬来继续进行焊接程序。
焊接组装件202接收焊接电流和预热电流，将焊接电流传导至电极丝114，并且将预热电流传导通过电极丝114的部分。示例焊接组装件202由经由液制冷式组装件208-214提供的液体进行液体冷却。图2的示例焊接组装件202经由焊接电缆206、液制冷式组装件208和212、和/或液制冷式组装件210和214中的一个或多个而接收焊接电流。由于工件为焊接电流提供了通向电力供应器的返回路径，因此没有通过焊接电缆206或液制冷式组装件208提供返回路径。焊接电缆206是风冷(或气冷)式电缆。但是，焊接电缆206也可以被液体冷却。
示例焊接组装件202经由焊接电缆206、液制冷式组装件208和212和/或液制冷式组装件210和214而接收预热电流。在图2的示例中，焊接电流是通过焊接电缆206、液制冷式组装件208和212或液制冷式组装件210和214中的与具有相同极性(即电流方向)的预热电流相比不同的一者进行传导。焊接组装件202将预热电流传导通过电极丝114的部分，以通过电阻式加热(例如，I2R加热)来加热电极丝。然后，预热电流经由焊接电缆206、液制冷式组装件208和212或液制冷式组装件210和214中的不同的一者而返回到预热电力供应器，以完成预热回路。
在图2的示例中，焊接电流路径、预热电流供应路径和预热电流返回路径可以是焊接电缆206、液制冷式组装件208和212以及液制冷式组装件210和214中的均不同的。在一些示例中，焊接电流路径可以与预热电流供应路径或预热电流返回路径重叠，以减小导体中的净电流。例如，如果焊接电流为300A并且预热电流为100A，则焊接电流和预热电流可以叠加以产生200A的净电流。
如以下更详细地描述，焊接组装件202和液制冷式组装件212、214可以经由电力和液体传输组装件216而与液冷式焊接炬200的其余部分分开。
图3示出了图2的示例液冷式焊接炬200的分解图。
如图3所示，示例焊接组装件202包括喷嘴302、扩散器绝缘体304、第一接触焊嘴306、焊丝引导器308、气体扩散器310、第一接触焊嘴绝缘体312、第二接触焊嘴314、第二接触焊嘴绝缘体316、喷嘴座318和喷嘴座夹具320。
液冷式电力电缆组装件322包括液制冷式组装件212、214、冷却器324和电源连接器插销326、328。下面参考图6、7A、7B和8更详细地描述液冷式电力电缆组装件322。
电力和液体传输组装件216使焊接组装件202和液冷式电力电缆组装件322能够从安装组装件204快速分离。在图3的示例中，电力和液体传输组装件216包括鞍形件330、鞍形盖332、鞍形扣334和鞍形夹具336。下面参考图4和5更详细地描述电力和液体传输组装件216。
示例安装组装件204包括焊接炬主体338、颈部340和机器人链接组装件342，该机器人链接组装件342包括例如支架、链接臂和机器人安装盘。
图4是示例液制冷式组装件400的更详细描述，该示例液制冷式组装件400可以用于实现图2的液制冷式组装件208、210。图5是图4的液制冷式组装件400的剖视图。
液制冷式组装件400包括液体截止阀406和固持电力传输插口404的电力电缆插口402。液制冷式组装件400还包括软管408和内部导体410。软管408在第一端上耦接到电力电缆插口402并且在第二端上耦接到电力电缆配件412。
电力电缆插口402接收电源连接器插销326、328之一，以将冷却液体和焊接电流和/或预热电流传输到液制冷式组装件212、214中的相应一个。电力传输插口404使电源连接器插销326、328得以插入，并向和/或从插入的电源连接器插销326、328传输电流。可用于实现电力传输插口404的示例电力传输插口是由Methode Electronics，Inc.出售的
Figure GDA0002496067250000091
电力接触器，它在电力传输插口和插入的电源连接器插销326、328之间提供多个触点。
液体截止阀406选择性地允许液体从软管408流到电力传输插口404并流到所连接的液制冷式组装件212、214。示例液体截止阀406是Schrader阀。但是，可以使用其他类型的阀来实现液体截止阀406。当将电源连接器插销326、328插入(例如，完全插入)到电力传输插口404中时，电源连接器插销326、328将阀杆414从阀406的阀芯416移位(脱座)，从而允许液体流向软管408和/或从软管408流出。当电源连接器插销326、328被卸下或部分卸下时，阀杆414被迫回到阀芯416中并停止液体流动。
软管408经由套圈418和装配螺母420而耦接到电力电缆配件412。电力电缆配件412耦接到焊接电流源和/或预热电流源，并电连接以向或从软管408的内部导体410传输焊接电流和/或预热电流。软管408还经由套圈418而耦接到电力电缆插口402。示例电力电缆配件412、示例电力电缆插口402和/或软管408包括软管倒钩以固定软管408。然而，可以使用将软管固定到电力电缆配件412和/或电力电缆插口402的其他方法，例如夹具、压缩配件或任何其他软管配件。
在操作期间，当电力电缆配件412耦接至电源和液制冷式设备，并且电力电缆插口402耦接至液制冷式组装件212、214时，示例液制冷式组装件400允许液体(例如，基于组装件是被配置为液体供应还是液体回流)向或从液制冷式设备流动通过电力电缆配件412、软管408、阀406、电力电缆插口402和电力传输插口404。示例液制冷式组装件400还从和/或向焊接电力供应器和/或预热电力供应器传导电流。例如，电流被传导通过电力电缆配件412、内部导体410、电力电缆插口402和电力传输插口404。
图6是图3的示例液冷式电力电缆组装件322的分解图。液冷式电力电缆组装件322提供了从液制冷式组装件212、214到图3的焊接组装件202的冷却液体供应和返回路径。液冷式电力电缆组装件322包括液制冷式组装件212、214、电源连接器插销326、328、制冷主体602和制冷主体盖604。
示例液制冷式组装件212、214中的每一个包括三层：内部传导层606a、606b；绝缘层608a、608b；和外部保护层610a、610b。内部传导层606a、606b传导电流和液体，并且由传导性材料诸如铜构成。绝缘层608a、608b在内部传导层606a、606b与外部保护层610a、610b之间提供电绝缘。示例绝缘层608a、608b可以是硅树脂、PTFE、PET和/或任何其他合适的电绝缘性材料或材料的组合。外部保护层610a、610b提供刚性和/或物理保护以免于损坏诸如刺穿。外部保护层610a、610b可以是刚性材料诸如铝或任何其他适当的材料或材料的组合。
在一些示例中，层606a-610a、606b-610b中的两个或更多个可以进行组合。例如，绝缘层608a、608b还可以用作外部保护层610a、610b，反之亦然。在其他示例中，可以省略外部保护层610a、610b。
内部传导层606a、606b被包含在绝缘层608a、608b内。绝缘层608a、608b相似地被包含在外部保护层610a、610b内。
液制冷式组装件212、214中的一个将冷却液体供应到制冷主体602，而液制冷式组装件212、214中的另一个从制冷主体602接收液体。制冷主体602使液体循环通过介于液体输入端口和液体输出端口之间的曲折路径612。制冷主体602耦接到焊接组装件202，以将热量从焊接组装件202中的部件传导到液体，从而冷却焊接组装件202。制冷主体盖604附接到制冷主体602以将流体容纳在曲折路径612中。在一些示例中，制冷主体602和制冷主体盖604可以是单个单元(例如，使用增材制造技术来构造)。
图7A、7B和7C是图6的示例冷却器主体602的视图。如图7A、7B和7C所示，曲折路径612包括围绕冷却器主体602的周界的连续路径。在示出的示例中，液制冷式组装件214将冷却液体供应到冷却器主体602，并且液制冷式组装件212将冷却液体返回到液制冷器。冷却液体沿着流动路径702(用虚线示出)通过曲折路径612以增加从焊接组装件202到液体的热传递。在图7A、7B和7C中显示从一个视图到下一个视图的连续性A和B。
图8是耦接至图4的液制冷式组装件400的图2的液制冷式组件212、214以及电力和液体传输组装件216的剖视图。
如图8所示，电力电缆插口402落座于鞍形件330中，由此防止了电力电缆插口402的移动。示例电源连接器插销326被插入电力电缆插口402和电力传输插口404中。电源连接器插销326包括：内部液体冷却剂通道802、使液体能够流入和/或流出液体冷却剂通道802的一个或多个液体冷却剂端口804，以及密封件806。当被插入时，电源连接器插销326打开阀406，以允许液体流过阀406、液体冷却剂端口804、液体冷却剂通道802和内部传导层606a。保持环808可以被包括在鞍形盖332中，以将电源连接器插销326保持就位。
除了使液制冷式组装件212处于与液制冷式组装件208流体连通之外，示例电源连接器插销326还在液制冷式组装件212和液制冷式组装件208之间传导焊接电流和/或预热电流。示例内部传导层606a与电力传输插销326电接触，该电力传输插销326是导电材料(例如，铜)并且与电力传输插口404电接触。
虽然参考液制冷式组装件208、液制冷式组装件212和电源连接器插销326描述了示例，但是这些示例类似地可适用于液制冷式组装件210、液制冷式组装件214和电源连接器插销328。
图9示出了图2的示例焊接组装件202和示例液制冷式组装件212、214经由电力和液体传输组装件216而从焊接炬200的其余部分断开连接。为了分离示例液制冷式组装件212、214，将示例鞍形扣334从鞍形件330上的保持销902解开或以其他方式分离。当解开鞍形扣334时，电源连接器插销328可以从电力电缆插口402脱离，并且可以同时从鞍形件330提起鞍形盖332。相反地，为了安装液制冷式组装件212、214，将电源连接器插销326、328插入相应的电力电缆插口402中，同时将鞍形盖332放置到鞍形件330上。当电源连接器插销326、328和鞍形盖332就位在鞍形件330上时，鞍形扣334钩入保持销902中，以将电源连接器插销326、328固定就位。
图10是图2的示例焊接组装件202的剖视图。焊接组装件202经由液制冷式组装件212、214而被液体冷却。液制冷式组装件212、214和/或焊接炬颈部1002向焊接组装件202提供焊接电流和预热电流，以预热电极丝114并产生焊弧。
示例焊接组装件202包括喷嘴302、扩散器绝缘体304、第一接触焊嘴306、焊丝引导器308、气体扩散器310、第一接触焊嘴绝缘体312、第二接触焊嘴314、第二接触焊嘴绝缘体316、喷嘴座318、喷嘴座夹具320，制冷主体602和制冷主体盖604。焊接组装件202附接到焊接炬颈部1002，焊丝衬里1004通过焊接炬颈部1002将电极丝114和/或保护气体输送到焊接组装件202。
第一接触焊嘴306将焊接电流输送到电极丝114以进行电弧焊接。第一接触焊嘴306螺纹连接到气体扩散器310中，该气体扩散器310又螺纹连接到扩散器绝缘体304中。扩散器绝缘体304在气体扩散器310和喷嘴302之间提供电绝缘和热绝缘。
气体扩散器310螺纹连接到制冷主体602中。制冷主体602将焊接电流和/或预热电流从液冷式电力电缆组装件322(例如，从内部传导层606a、606b)传导到扩散器310，该扩散器310电连接到第一接触焊嘴306。第一接触焊嘴绝缘体312和扩散器绝缘体304在焊接电流路径和预热电流路径与喷嘴302之间提供电绝缘。
第二接触焊嘴314电耦接至焊接炬颈部1002以向和/或从电极丝114传导预热电流。预热电路包括焊接炬颈部1002、第二接触焊嘴314、第一接触焊嘴306、电极丝1006在第二接触焊嘴314和第一接触焊嘴306之间的部分、扩散器310、制冷主体602，以及液冷式电力电缆组装件322中的内部传导层606a、606b中的一个或两个。
第二接触焊嘴绝缘体316在第二接触焊嘴314和制冷主体602之间提供电绝缘。第二接触焊嘴绝缘体316包括密封件1008(例如，O形圈)以减少或防止焊接气体泄漏。
喷嘴座318和喷嘴座夹具320提供了附接点以便将焊接组装件202螺纹连接到焊接炬颈部1002上。喷嘴座318从刚性的焊接炬颈部1002物理地耦合到液冷式电力电缆组装件322和/或提供对液冷式电力电缆组装件322的支撑。
除了焊接组装件202、液冷式电力电缆组装件322和焊接炬颈部1002可(例如，经由电力和液体传输组装件216以及在焊接炬颈部1002和安装组装件204之间的常规断开连接特征)从安装组装件204拆卸之外，还可以将焊接组装件202完全或部分地拆卸，以接近焊接组装件202中的一个或多个部件。
在图10的示例中，可经由喷嘴302的末端而将第一接触焊嘴306、焊丝引导器308和/或第二接触焊嘴314移除。图11A、11B和11C示出了第一接触焊嘴306的示例实施方式，图12A和12B示出了焊丝引导器308的示例实施方式，并且图13A、13B和13C示出了第二接触焊嘴314的示例实施方式。
如图10和11A所示，第一接触焊嘴306的第一端1102具有六边形横截面。六边形横截面使得第一接触焊嘴306能够经由喷嘴302中的开口而从扩散器310通过螺纹松开。其他外部几何形状可以用于第一接触焊嘴306的第一端1102的横截面。附加地或可替代地，可以使用内部几何形状(例如，与相应的工具结合)以将第一接触焊嘴306从扩散器310上通过螺纹松开。
在经由喷嘴302而从焊接组装件202去除第一接触焊嘴306之后，也可以经由喷嘴302而去除焊丝引导器308。如图10、图12A和图12B所示，焊丝引导器308的外表面1202是相对光滑的(例如，没有螺纹的)，并且可以在没有螺纹的情况下插入到制冷主体602的内径1010中以及从制冷主体602的内径1010中移除。焊丝引导器308具有焊丝路径1204，以将焊丝从第二接触焊嘴314引导到第一接触焊嘴306。在一些示例中，焊丝引导器308是非导电材料例如陶瓷，从而电极丝114是在第二接触焊嘴314和第一接触焊嘴306之间的唯一导电路径。
如图13A、13B和13C所示，第二接触焊嘴314在第二接触焊嘴314的第一端1302上包括六边形横截面。第一端1302(例如，头部)的内表面1304和/或外表面1306可以提供六边形横截面和/或任何其他形状，以使第二接触焊嘴能够从焊接炬颈部1002上通过螺纹松开。示例第二接触焊嘴314包括螺纹1305，以使第二接触焊嘴314能够螺纹连接到第二接触焊嘴绝缘体316中。外表面1306的直径小于螺纹1305的大直径，这可以改善对外表面1306的接近，以移除和/或安装第二接触焊嘴314。
如图10所示，第二接触焊嘴314的外径等于或小于制冷主体602的内径1010，并且小于第二接触焊嘴绝缘体316的内径1012，以使第二接触焊嘴314能够通过喷嘴302的尖端、制冷主体602和第二接触焊嘴绝缘体316而移除。可以操纵第一端1302(例如，经由插入通过喷嘴302的工具)以从焊接炬颈部1002通过螺纹松开第二接触焊嘴314，然后可以在不拆卸焊接组装件202的情况下将第二接接触焊嘴314从焊接组装件202上移除。
如图13A、13B和13C所示，第二接触焊嘴314包括狭槽1308，该狭槽在第二接触焊嘴314的外部纵向地延伸通过螺纹1305。狭槽1308允许焊接气体经由制冷主体602(例如，通过制冷主体602的内部，通过和/或围绕焊丝引导器308而从焊接炬颈部1002的内部流动到扩散器310。
第二接触焊嘴314包括具有第一直径的第一孔1310。电极丝114与第一孔1310电接触。示例第二接触焊嘴314还可以在接触焊嘴314的离开第一孔1310的后侧上具有较大的第二孔1312。第二孔1312的长度可以被选择为控制第一孔1310的接触长度。
如图10中所示，示例接触焊嘴314可以具有插入件1012，该插入件1012被插入第一孔1310内，以改善与电极丝114的接触，改善与电极丝114的电流传送，和/或改善工作温度下的机械强度。
图14A和图14B示出了图3和图10的示例扩散器310的视图。如以上参考图10所讨论的，扩散器310包括两组外螺纹以安装到扩散器绝缘体304和制冷主体602中，以及一组内螺纹以将第一接触焊嘴306安装到扩散器310中。扩散器310包括气体出口1402，以使气体能够从制冷主体602的内径1010流动到喷嘴302，以输出到焊缝。
图15A示出了具有第一工具中心点距离和焊接炬颈角度的常规机器人焊接炬1500。图15B示出了图2的液冷式焊接炬200的示例实施方式，其被配置为在保持相同的工具中心点距离和焊接炬颈角的同时代替图15A的常规焊接炬1500。
常规焊接炬1500的工具中心点距离1502是伸出距离1504、喷嘴长度1506、喷嘴角度1508、颈部弯曲角度1510、工具中心点面积1512和垫片宽度1514的函数。使用以下等式1定义工具中心点面积1512(例如，面积TCP)：
面积TCP＝0.5*((TCP-垫片宽度1514)2*TAN(喷嘴角度1508)+((TCP-垫片宽度1514)-(喷嘴长度1506+伸出距离1504)*COS(喷嘴角度1508))2*(TAN(喷嘴角度1508-颈部弯曲角度1510)-1)) (等式1)
上面参考图10、11A-11C、12A、12B、13A-13C、14A和/或14B描述的示例焊接组装件202可以具有与常规喷嘴相同的喷嘴长度1506。在其他示例中，焊接组装件202可能需要比常规焊接炬的喷嘴更长的喷嘴302。在一些示例中，诸如下面参考图19-23描述的焊接炬，焊接组装件可以具有比常规喷嘴更短的喷嘴。然而，示例焊炬颈部1002的长度和/或示例安装组装件204的长度和/或一个或多个尺寸可以被调节以补偿喷嘴长度的差异。
使用本文公开的示例焊接组装件202，示例液冷式焊接炬200的尺寸可以被设置为替代任何标准工具中心点距离(例如350mm、400mm、450mm、500mm等)和/或焊接炬颈部角度(例如0度、22度、35度、45度等)，以在替代后保持相同的TCP、焊接炬颈部角度和工具中心点面积。换句话说，公开的示例焊接组装件202和/或液冷式焊接炬200可以用作常规机器人焊接炬的替代品，以使得发生替代的机器人不需要对新的工具中心点或焊接炬颈部角度进行重新编程或重新校准。在用公开的示例液冷式焊接炬替代常规焊接炬之后，与常规焊接炬相比，经替代的机器人能够具有更高的熔敷速率、改善的焊接启动和/或其他优点。因此，可以执行对焊接电压、电流和/或焊接炬行进速度的重新编程，以实现液冷式焊接炬200对于先前编程的焊接任务的优点。
除了常规焊接炬1500的工具中心点距离1502、伸出距离1504、喷嘴长度1506、喷嘴角度1508、颈部弯曲角度1510、工具中心点面积1512和垫片宽度1514尺寸，示例性焊接炬200还包括喷嘴内的预热距离1516。喷嘴长度1506被细分为伸出距离1504、预热距离1516和颈部至接触焊嘴的长度1518。常规焊接炬1500可被视为预热距离1516为0。通过用焊接炬200代替常规焊接炬1500，该焊接炬200具有基本上相同的工具中心点距离1502、伸出距离1504、喷嘴长度1506、喷嘴角度1508、颈部弯曲角度1510和工具中心点面积1512，这种替代减少了避免增加碰撞风险所需的编程。
下表1和表2说明了对于两个示例工具中心点距离1502(350mm和400mm)尺寸1502-1516的示例比较。
Figure GDA0002496067250000161
Figure GDA0002496067250000171
表1用于常规焊接炬和所公开的示例焊接炬的350mm TCP尺寸
Figure GDA0002496067250000172
表2用于常规焊接炬和所公开的示例焊接炬的400mm TCP尺寸
具有3.29英寸的预热长度的焊接炬(例如，以上表1和2的焊接炬2和5)可以与空气冷却式焊接炬一起使用。预热长度为2.40英寸的焊接炬会导致焊接炬200的喷嘴长度1506和TCP面积1512与常规焊接炬1500的喷嘴长度和TCP面积1512基本匹配。但是，电流密度可能会增加到足以要求增加焊接组装件202的半径(例如，增加焊接组装件202中的部件)以继续使用空气冷却(如表1和2的焊接炬2和5中所示)。附加地或可替代地，2.40英寸的预热距离可与本文公开的示例液冷式焊接炬200一起使用。
表1和2的任何尺寸(或类似尺寸)可以基于另一个尺寸的规格来选择。例如，预热长度(以及因此焊接组装件的尺寸)可以基于以下任意一种来选择：TCP，伸出，颈部至接触焊嘴的长度，喷嘴长度，喷嘴角度，颈部角度和/或TCP面积。附加地或可替代地，颈部至接触焊嘴的长度是基于喷嘴长度、预热距离、喷嘴角度或颈部角度中的至少一个。
比表1和表2的示例的3.29英寸更长的预热长度1516可能导致焊接炬包络线比常规焊接炬1500的包络线大得超过一个可接受的量。包络线过大的焊接炬可能需要更多的机器人程序来代替常规焊接炬，并且/或者在操作过程中发生碰撞的机会更高。附加的编程和碰撞是替代的不良影响，并且所公开的示例减少或防止了这种影响同时提供焊接组装件202上的电极预热的好处。
示例焊接组装件202包括第一接触焊嘴306和第二接触焊嘴314，以使得两个接触焊嘴306、314都在焊接炬颈部1002中的弯头的远端上，但在一些其他示例中，第二接触焊嘴314在焊接炬颈部1002中的弯头的近端上。附加地或可替代地，第三接触焊嘴进一步位于焊接炬颈部1002中的弯头的近侧上，以便在第二接触焊嘴314(在弯头的任一侧上)和第三接触焊嘴(在弯头的近侧)之间发生预热。
当将电极丝114加热到超过特定温度时，电极丝114的柱强度可能降低到使得加热的电极丝114不再能够绕着焊接炬颈部1002中的弯头被推动而不会弯折的程度。在一些这样的示例中，液冷式焊接炬200设置有牵引马达，以辅助位于焊丝进给器中的推动马达。
焊接炬颈部1002中的弯头可以设置有陶瓷轴承，以减小焊丝衬里1004和电极丝114之间的摩擦力，这增加了电极丝114在可能弯折之前被预热到的温度。
在一些示例中，第一接触焊嘴306和第二接触焊嘴314之间的长度(例如，预热长度)是可调节的，以改变电极丝114的正被预热的长度。随着预热长度的增加，每单位电流增加添加到电极丝114的能量。为了改变预热长度，接触焊嘴306、314中的一个或两个可以被配置为经由手动和/或自动方法在轴向方向上平移。
以第二接触焊嘴314为例，第二接触焊嘴314可被螺纹连接到在第二接触焊嘴314与焊接炬颈部1002之间的中间设备中。可以在限制第二接触焊嘴314的旋转的同时自动旋转(例如用与接触焊嘴耦接的马达)和/或手动旋转(例如用拇指轮或者配置成使接触焊嘴旋转的其他装置)中间设备，这导致第二接触焊嘴314的螺纹朝向或远离第一接触焊嘴306携带第二接触焊嘴314。
附加地或可替代地，第一接触焊嘴306和/或第二接触焊嘴314可以被配置为可逆的以改变预热长度。例如，如果第一接触焊嘴306与电极丝114的接触位置比第一接触焊嘴306的中点更靠近第二接触焊嘴314，则使第一接触焊嘴306反转会改变与电极丝114的接触位置并延伸预热长度。在一些示例中，不同的接触焊嘴具有不同的触点，从而改变接触焊嘴改变了预热长度。在一些其他示例中，焊接组装件202可以被具有不同预热长度(例如，接触焊嘴306、314之间的不同间隔)的不同焊接组装件代替(这可能需要运行不同的机器人程序来考虑不同的喷嘴长度)。
预热长度的改变可以基于例如电极丝114的温度和/或基于用户指定的期望的预热水平或对焊缝的热量输入来自动控制。在一些示例中，当预热长度是可自动调节的时，使用电流受控制的控制回路来控制预热电流。
电力和液体传输组装件216在焊接炬主体338的与安装组装件204相对的一侧或与焊接炬颈部1002中的弯曲方向相反的一侧附接到焊接炬主体338。因为电力和液体传输组装件216增加了焊接炬200的体积，所以将电力和液体传输组装件216相对于安装组装件204和/或相对于焊接炬颈部1002中的弯曲方向定位可以当使用与常规焊接炬相同的程序和替换的预热焊接炬200时，减少与工件碰撞的机会。
在其他示例中，焊接组装件202可以设置有焊丝振荡器，以在电极丝114的尖端引起物理振荡或迂回。可以用于提供焊丝振荡的焊丝振荡器的示例实施方式描述于第4,295,031号美国专利中。通过使用焊丝振荡器和接触焊嘴306、314两者，所公开的示例焊接炬可以向焊缝提供焊丝振荡和电阻预热两者，以进一步提高熔敷速率和焊缝质量。
图16是示例焊接电缆1600的横截面，其可用于向焊接炬提供冷却液、焊接电流和预热电流，并将冷却液从焊接炬中带走。在第一接触焊嘴306是预热电路和焊接电路的部分的情况下，可以使用示例的焊接电缆1600代替液制冷式组装件208、210。
焊接电缆1600是同轴型焊接电缆，其中电极丝114通过焊丝引导器1602进给。焊丝引导器1602被护套1604围绕。第一导体1606提供用于预热电流或焊接电流和预热电流二者的第一电路径。第一导体1606可以是例如额定传导焊接电流的铜护套或带子。第一导体1606被护套1608包围。
第二导体1610提供用于预热电流或焊接电流和预热电流二者的第二电路径。在图16的示例中，第一导体1606或第二导体1610中的第一个提供用于预热电流的路径并且耦接至预热电力供应器。第二导体1610被护套1612包围。在一些示例中，在护套1612的外部可以存在另一个保护层，以保护焊接电缆1600免受损坏。在一些示例中，护套1612为电缆1600提供物理和电气保护。
护套1604和第一导体1606和/或护套1608之间的环形空间1614沿第一方向(例如，从液体冷却器到焊接炬，从焊接炬到液体冷却器)传导冷却液。护套1608与第二导体1610和/或护套1612之间的环形空间1616在与环形空间1614中的液体流动方向相反的第二方向上引导冷却液。
图17示出了包括图2的示例焊接炬200的示例焊接系统1700的功能图，该系统可以与图1的焊接系统100一起使用。焊接系统1700包括具有第一接触焊嘴306和第二接触焊嘴314的焊接炬200。系统1700还包括从具有焊丝驱动器1704和线轴1706的焊丝进给器1702进给的电极丝114、预热电力供应器1708和焊接电力供应器1710。系统1700在操作中被示为在电极丝114和工件106之间产生焊弧1712。
在操作中，电极丝114从线轴1706穿过第二接触焊嘴314和第一接触焊嘴306，在第二接触焊嘴314和第一接触焊嘴306之间，预热电力供应器1708产生预热电流以加热电极丝114。具体地，在图17所示的配置中，预热电流经由第二接触焊嘴314进入电极丝114(例如，经由图10的焊丝驱动器1704和/或焊接炬颈部1002)，并经由第一接触焊嘴306离开。在第一接触焊嘴306上，焊接电流也可以进入电极丝114(例如，经由液制冷式组装件208和212，和/或210和214)。焊接电流由焊接电力供应器1710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，继而产生焊弧1712。当电极丝114与目标金属工件106接触时，电路完成，焊接电流流过电极丝114，跨过金属工件106，并返回到焊接电力供应器1710。焊接电流使电极丝114和工件106的母金属接触电极丝114以熔化，从而在熔化物凝固时接合工件。通过预热电极丝114，可以产生电弧能量大大降低的焊弧1712。一般而言，预热电流与在接触焊嘴306、314与电极丝114的尺寸之间的距离成比例。
焊接电流由焊接电力供应器1710产生或以其他方式提供，而预热电流由预热电力供应器1708产生或以其他方式提供。预热电力供应器1708和焊接电力供应器1710可以最终共享一个公共电源(例如，一个公共发电机或线路电流连接)，但是来自该公共电源的电流经过转换、反相和/或调节以产生两个独立的电流-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来促进预热操作，在这种情况下，可以从单个电源延伸三个引线。
在操作过程中，系统1700建立焊接电路，以将焊接电流从焊接电力供应器1710经由液制冷式组装件208和212和/或210和214而传导到第一接触焊嘴306，并经由焊弧1712、工件106和工作引线1718而返回到电力供应器1710。为了使焊接电力供应器1710与第一接触焊嘴306和工件106之间能够连接，焊接电力供应器1710包括端子1720、1722(例如，正极端子和负极端子)。
在操作期间，预热电力供应器建立预热电路，以将预热电流传导通过电极丝114的部分1726。为了使预热电力供应器1708与接触焊嘴306、314之间能够连接，预热电力供应器1708包括端子1728、1730。预热电流从焊接电力供应器1710流到第二接触焊嘴314(例如，通过焊接炬颈部1002)、电极丝114的部分1726、第一接触焊嘴306，并经由将焊接电力供应器1710的端子1720与预热电力供应器1708的端子1730连接的电缆1732而返回到预热电力供应器1708。
因为预热电流路径与焊接电流路径重叠在介于第一接触焊嘴306与电力供应器1708、1710之间的连接上，所以电缆1732可以在第一接触焊嘴306与电力供应器1708、1710之间实现更具成本效益的单个连接(例如，单根电缆)，而不是为到第一接触焊嘴306的焊接电流和到第一接触焊嘴306的预热电流提供分别的连接。在其他示例中，预热电力供应器1708的端子1730经由与在第一接触焊嘴306和焊接电力供应器1710之间的路径不同的路径而连接到第一接触焊嘴306。例如，焊接电流可以经由液制冷式组装件208和212传导，而预热电流可以经由液制冷式组装件210和214传导(反之亦然)。
在一些示例中，通过包括位于焊接炬处或附近以将电极丝114拉出的进给马达，焊接炬可以包括推拉式焊丝进给系统。在一些示例中，通过包括拉进进给马达，能够实现电极丝114的被预热的部分沿着焊丝进给路径到达与图2、3和10的示例不同的位置。例如，第二接触焊嘴314可以移动到颈部1002中(例如，在沿电极丝114的进给方向在焊接炬颈部1002中弯头之前)和/或在焊接炬主体中(例如，图2的安装组装件204)和/或多个接触焊嘴可以沿着电极丝114的长度定位在各个位置处，以提供与焊接电路分开的预热电路(例如，不与焊接电路共享相同的接触焊嘴)和/或提供附加的预热电路(例如，施加到电极丝114的第一部分的第一预热电流和施加到预热丝的第二部分的第二预热电流)。在一些示例中，推拉式焊丝进给系统的惰辊可以用作传导预热电流的接触焊嘴。通过将预热电路的全部或部分移动到焊接炬颈部1002中弯头的焊丝源侧(例如，弯头的更靠近电极进给路径中的焊丝线轴的那一侧)，焊接组装件的尺寸可以减小，预热长度可以增加，和/或可以减小预热电流。焊接组装件尺寸的减小和预热电流的减小使得焊接炬尺寸能够更接近于常规的非电阻式预热焊接炬，从而进一步提高了用提供电阻式预热的焊接炬替代常规焊接炬的便利性。
图18是图17的电力供应器1708、1710的示例实施方式的框图。示例电力供应器1708、1710为焊接应用供电、控制焊接应用并为焊接应用提供消耗品。在一些示例中，电力供应器1708、1710直接向焊接工具108提供输入电力。在所示示例中，电力供应器1708、1710被配置为向焊接操作和/或预热操作提供电力。示例电力供应器1708、1710还向焊丝进给器供电，以将电极丝114供应给焊接工具108，以用于各种焊接应用(例如，GMAW焊接、药芯焊丝电弧焊(FCAW))。
电力供应器1708、1710(例如，从AC电网、发动机/发电机组、电池或其他能量产生或存储设备或其组合)接收主电力1808，调节主电力，并根据系统需求向一个或多个焊接设备和/或预热设备提供输出电力。可以从异地位置提供主电力1808(例如，主电力可以源自电网)。电力供应器1708、1710包括电力转换器1810，该电力转换器1810可以包括变压器、整流器、开关及诸如此类，能够根据系统需求(例如，特定的焊接过程和方案)而将AC输入功率转换为AC和/或DC输出功率。电力转换器1810基于焊接电压设定值而将输入电力(例如，主电力1808)转换为焊接型电力，并经由焊接电路而输出该焊接型电力。
在一些示例中，电力转换器1810被配置为将主电力1808转换为焊接型电力输出和辅助电力输出两者。然而，在其他示例中，电力转换器1810被适配成将主电力仅转换成焊接电力输出，并且提供单独的辅助转换器以将主电力转换成辅助电力。在一些其他示例中，电力供应器1708、1710直接从壁装插座接收转换后的辅助电力输出。电力供应器1708、1710可以采用任何合适的电力转换系统或机构来产生并提供焊接电力和辅助电力二者。
电力供应器1708、1710包括控制器1812，以控制电力供应器1708、1710的操作。电力供应器1708、1710还包括用户接口1814。控制器1812从用户接口1814接收输入，用户可以通过所述用户接口来选择过程和/或输入所需的参数(例如，电压、电流、特定的脉冲式或非脉冲式焊接方案及诸如此类)。用户接口1814可以使用任何输入设备诸如经由小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线设备等来接收输入。此外，控制器1812也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1814可以包括显示器1816以便向操作者呈现、示出或指示信息。控制器1812还可以包括接口电路系统以便将数据传送到系统中的其他设备(例如焊丝进给器)。例如，在一些情况下，电力供应器1708、1710与焊接系统内的其他焊接设备无线通信。此外，在一些情况下，电力供应器1708、1710使用有线连接例如通过使用网络接口控制器(NIC)来与其他焊接设备进行通信，以便经由网络(例如，ETHERNET、10baseT、10base100等)进行数据通信。在图18的示例中，控制器1812经由通信收发器1818经由焊接电路而与焊丝进给器通信。
控制器1812包括至少一个控制器或处理器1820，其控制焊接电力供应器1802的操作。控制器1812接收并处理与系统的性能和需求相关联的多个输入。处理器1820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设备。举例来说，处理器1820可以包含一个或多个数字信号处理器(DSP)。
示例控制器1812包括一个或多个储存装置1823和一个或多个存储设备1824。储存装置1823(例如，非易失性储存器)可以包括ROM、闪存、硬盘驱动器和/或任何其他合适的光学、磁性和/或固态储存介质和/或其组合。储存装置1823储存数据(例如，与焊接应用相对应的数据)、指令(例如，用于执行焊接过程的软件或固件)和/或任何其他适当的数据。用于焊接应用的储存数据的示例包括焊接炬的姿态(例如，取向)、接触焊嘴与工件之间的距离、电压、电流、焊接设备设置及诸如此类。
存储设备1824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)。存储设备1824和/或储存装置1823可以存储各种信息，并且可以用于各种目的。例如，存储设备1824和/或储存装置1823可以存储处理器可执行的指令1825(例如，固件或软件)以供处理器1820执行。另外，可以将用于各种焊接过程的一个或多个控制方案以及相关联的设置和参数以及代码存储在储存装置1823和/或存储设备1824中，所述代码被配置为在操作期间提供特定输出(例如，启动送丝，使气体流动，捕获焊接电流数据，检测短路参数，确定飞溅量)。
在一些示例中，焊接电力从电力转换器1810流过焊接电缆1826。示例焊接电缆1826在每个电力供应器1708、1710处与焊接螺柱可附接和可拆卸(例如，以便于在磨损或损坏的情况下能够容易地更换焊接电缆1826)。此外，在一些示例中，焊接数据用焊接电缆1826来提供，以使得焊接电力和焊接数据一起通过焊接电缆1826而提供并发送。通信收发器1818通信地耦接到焊接电缆1826以通过焊接电缆1826来传输(例如，发送/接收)数据。可以基于各种类型的电力线通信方法和技术来实现通信收发器1818。例如，通信收发器1818可以利用IEEE标准P1901.2来通过焊接电缆1826提供数据通信。以这种方式，可以利用焊接电缆1826来将焊接电力从电力供应器1708、1710提供给焊丝进给器和焊接工具108。附加地或可替代地，焊接电缆1826可以用于向/从焊丝进给器和焊接工具108发送和/或接收数据通信。通信收发器1818例如经由电缆数据耦接器1827而通信地耦接到焊接电缆1826，以表征焊接电缆1826，如下面更详细地描述的。电缆数据耦接器1827可以是例如电压或电流传感器。
在一些示例中，电力供应器1708、1710包括焊丝进给器或在焊丝进给器中实现。
示例通信收发器1818包括接收器电路1821和发射器电路1822。通常，接收器电路1821经由焊接电缆1826而接收由焊丝进给器发送的数据，并且发射器电路1822经由焊接电缆1826而将数据发送到焊丝进给器。如下文更详细所述，通信收发器1818能够实现使用由焊丝进给器104发送的焊接电压反馈信息来从焊丝进给器的位置远程配置电力供应器1708、1710和/或通过电力供应器1708、1710补偿焊接电压。在一些示例中，接收器电路1821在焊接电流正在流过焊接电路时(例如，在焊接型操作期间)和/或在焊接电流已停止流过焊接电路之后(例如，在焊接型操作之后)，经由焊接电路而接收通信。这样的通信的示例包括在焊接电流正在流过焊接电路时在远离电力供应器1708、1710的设备(例如焊丝进给器)处测量的焊接电压反馈信息
在第9,012,807号美国专利中描述了通信收发器1818的示例实施方式。第9,012,807号美国专利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1818的其他实施方式。
示例焊丝进给器104还包括通信收发器1819，其结构和/或功能可以与通信收发器1818相似或相同。
在一些示例中，取决于焊接应用，气体供应器1828提供保护气体，例如氩气、氦气、二氧化碳及诸如此类。保护气体流到阀1830，阀1830控制气体的流量，并且如果需要的话，可以被选择为允许调制或调节供应给焊接应用的气体的量。阀1830可以由控制器1812打开、关闭或以其他方式操作以启用、禁止或控制通过阀1830的气体流(例如，保护气体)。保护气体离开阀1830并流过电缆1832(在一些实施方式中可以与焊接电力输出包装在一起)到达焊丝进给器，焊丝进给器将保护气体提供给焊接应用。在一些示例中，电力供应器1708、1710不包括气体供应器1828、阀1830和/或电缆1832。
图19示出了另一个示例的液冷式焊接炬1900。类似于图2-14B的焊接炬200，示例的液冷式焊接炬1900经由焊接炬1900中的多个触点(例如，接触焊嘴)而电阻式预热电极丝114。
图19的焊接炬1900包括焊接组装件1902、安装组装件1904、焊接电缆1906、液制冷式组装件1908、1910、1912、1914以及电力和液体传输组装件1916。示例的液冷式焊接炬1900可以用于用具有相同工具中心点(TCP)的能够电阻式预热的焊接炬代替常规的机器人焊接炬。
焊接组装件1902接收焊接电流和预热电流，将焊接电流传导至电极丝114，并且将预热电流传导通过电极丝114的一部分。示例焊接组装件1902由经由液制冷式组装件1908-214提供的液体进行液体冷却。图19的示例焊接组装件1902经由焊接电缆1906、液制冷式组装件1908和1912和/或液制冷式组装件1910和1914中的一个或多个来接收焊接电流。因为工件提供了焊接电流到电力供应器的返回路径，所以没有提供经由焊接电缆1906或液制冷式组装件1908的返回路径。焊接电缆1906是风冷(或气冷)式电缆。但是，焊接电缆1906也可以被液体冷却。
示例焊接组装件1902经由焊接电缆1906、液制冷式组装件1908和1912和/或液制冷式组装件1910和1914而接收预热电流。在图19的示例中，焊接电流是经由焊接电缆1906、液制冷式组装件1908和1912或液制冷式组装件1910和1914中的与具有相同极性的预热电流(即，电流方向)相比不同的一者来传导的。焊接组装件1902将预热电流传导通过电极丝114的一部分，以经由电阻加热(例如，I2R加热)来加热电极丝。然后，预热电流经由焊接电缆1906、液制冷式组装件1908和1912或液制冷式组装件1910和1914中的另一者返回到预热电力供应器，以完成预热回路。
在图19的示例中，焊接电流路径、预热电流供应路径和预热电流返回路径可以是焊接电缆1906、液制冷式组装件1908和1912以及液制冷式组装件1910和1914中的均不同的。在一些示例中，焊接电流路径可以与预热电流供应路径或预热电流返回路径重叠，以减小导体中的净电流。例如，如果焊接电流为300A，预热电流为100A，则可以将焊接电流和预热电流叠加以产生1900A的净电流。
如以下更详细地描述的，焊接组装件1902和液制冷式组装件1912、1914可以经由电力和液体传输组装件1916而与液冷式焊接炬1900的其余部分分开，并且可以同时从安装组装件1904中分开。
图20是图19的焊接炬1900的示例焊接组装件1902的分解图。焊接组装件1902包括前部2002和后部2004。图21是图19的示例焊接组装件1902的剖视平面图，其中前部2002耦接到后部2004。如下面更详细地描述的，前部2002可从后部拆卸以使得能够接近后接触焊嘴2006(例如，预热的接触焊嘴)。
前部2002包括喷嘴2008、喷嘴绝缘体2010、前接触焊嘴2012、扩散器2014、焊丝引导器2016、制冷主体2018、手动螺母2020和手动螺母绝缘体2022。后部2004包括阀组装件2024、阀组装件绝缘体2026和阀组装件壳体2028。
示例手动螺母2020将制冷主体2018以及连接至制冷主体2018的部件2008-2016固定至后部2004。在图20的示例中，手动螺母2020具有要拧到阀组装件2024的外螺纹2030上的内螺纹。手动螺母2020的锥形边缘2032与制冷主体2018的肩部配合，以将制冷主体2018推向阀组装件2024。手动螺母绝缘体2022使手动螺母电绝缘，以减少或防止操作者经由手动螺母2020而接触焊接电压和/或预热电压。
示例阀组装件2024包括分别位于流体通道2036a、2036b内的流体阀2034a、2034b。流体通道2036a、2036b与液制冷式组装件1912、1914流体连通，以使流体循环通过焊接组装件1902。示例阀2034a、2034b是Schrader阀，Schrader阀在阀未被致动时切断流体流动。为了致动所述阀，示例制冷主体2018包括阀致动器2038a、2038b，其位于制冷主体2018的通道2040a、2040b内。当前部2002(包括制冷主体2018)固定到后部2004时，阀致动器2038a、2038b将阀2034a、2034b致动。
当阀被致动时，制冷主体2018与液制冷式组装件1912、1914流体连通。示例制冷主体2018包括一个或多个内部通道，以将流体从阀致动器2038a、2038b中的一个引导至阀致动器2038a、2038b中的第二个。换句话说，阀致动器2038a、2038b中的一个是从液制冷式组装件1912、1914中的一个到制冷主体2018中的通道2102的入口，而阀致动器2038a、2038b中的另一个是从通道2102到液制冷式组装件1912、1914中的另一个的出口。示例通道2102在制冷主体2018内在阀致动器2038a、2038b之间周向延伸，以将热量从喷嘴2008传递到通道2102内的流体。
示例的喷嘴2008包括内螺纹2104，该内螺纹2104将喷嘴2008耦接到与制冷主体2018的外部耦接的螺纹环2042。当耦接时，来自喷嘴2008的热量被传递到制冷主体2018以进一步耗散到冷却液。
当被固定(例如，通过螺纹连接在一起)时，制冷主体2018和阀组装件2024电接触，以经由扩散器2014而与前接触焊嘴2012传递焊接电流和/或预热电流。焊接电流和/或预热电流经由一个或多个液制冷式组装件1912、1914进行传导。例如，液制冷式组装件1912、1914中的一个或两个包括导体层，该导体层经由扩散器2014、制冷主体2018和阀组装件2024而电耦接到前接触焊嘴2012。预热电流经由包括一个或多个导体层的焊接炬颈部2044、用于传递电极丝114的焊丝衬里、以及环形空间(用于向焊接组装件1902提供气体流以经由扩散器2014输出到焊缝)而从焊接电缆1906传导至后接触焊嘴2006。
如图20所示，液制冷式组装件1912、1914可以经由支架2046或其他附接技术而固定到焊接炬颈部2044。
示例焊丝引导器2016可以与图3的焊丝引导器308相似或相同。焊丝引导器2016被保持在扩散器2014的孔内。喷嘴绝缘体2010使喷嘴2008从前接触焊嘴2012和扩散器2014电绝缘和热绝缘。喷嘴2008通过位于制冷主体2018上的一个或多个附加的电绝缘体2110而从制冷主体2018电绝缘。示例电绝缘体2110可以是导热的，以将热量从喷嘴2008传导到制冷主体2018。聚醚醚酮(PEEK)和/或其他热塑性塑料可用于实现示例电绝缘体2110。
示例冷却主体2018可包括任何数量的电绝缘体和/或流体密封件，以使得能够将电流传导至扩散器2014，减少或防止电流传导至不需要或不需要的部件，和/或减少或防止流体冷却体2018泄漏。
示例制冷主体2018可包括任何数量的电绝缘体和/或流体密封件，以使得能够将电流传导至扩散器2014，减少或防止将电流传导至不需要或不期望的部件(例如，外部部件)和/或减少或防止流体从制冷主体2018泄漏。在图21的示例中，制冷主体2018包括限定通道2102的内部本体2106和被配置为封闭通道2102的盖2108。
示例后接触焊嘴2006可以与图3和图13A-13C的第二接触焊嘴314相似或相同。
图22是图19的示例电力和液体传输组装件1916的剖视平面图。图23是图19的示例电力和液体传输组装件1916的局部分解正视图。
示例电力和液体传输组装件1916与图2、3和8的电力和液体传输组装件216类似在于，电力和液体传输组装件1916包括多个液体传输阀、相应的阀致动器和一个或多个电力传输插口，并且在于电力和液体传输组装件1916使液制冷式组装件1912、1914能够与电力和液体传输组装件1916断开连接，并且响应于断开连接而切断流体传输。
示例的电力和液体传输组装件1916耦接至液制冷式组装件1908、1910，液制冷式组装件1908、1910提供供应和返回管线以便于制冷液体到达液体冷却器。示例液制冷式组装件1908包括内部导体2202，以传导焊接电流(例如，至图17的焊接电力供应器1710)和/或预热电流(例如，至预热电力供应器1708)。导体2202与插口2204电接触，由此允许流体从插口2204的外部流到插口2204的内部，电力和液体传输组装件1916的流体配件2206被安装在其中以形成与液制冷式组装件1908的流体连接以及与插口2204的电接触。在图22的示例中，液制冷式组装件1910仅包括用于输送液体的导管，并且不包括内部导体或插口。在其他示例中，液制冷式组装件1910还包括导体，并且具有与液制冷式组装件1908相似或相同的构造。
电力和液体传输组装件1916的每个示例液制冷式通道包括在流体插口2209a、2209b内的液体截止阀2208a、2208b。耦接至液制冷式组装件1908的通道(例如，携带电流和液体)包括电力传输插口2210。耦接至液制冷式组装件1910(例如，仅携带液体)的通道可包括非导电插口2212，其具有与电力传输插座2210相似、相同或不同的尺寸。
电力电缆插口2210接收液制冷式组装件1912的电源连接器插销2214，以将制冷液体和焊接电流和/或预热电流传输到液制冷式组装件1912。非导电插口2212也接收电源连接器插销或与插口2212的尺寸对应的其他插销。电力传输插口2210使得电源连接器插销2214能够插入，并且向和/或从所插入的电源连接器插销2214传输电流。可用于实现电力传输插口2210的示例电力传输插口是
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电力接触器，由Methode Electronics，Inc.出售，它在电力传输插口和插入的电源连接器插销2214之间提供多个触点。
液体截止阀2208a、2208b选择性地允许液体从液制冷式组装件1908、1910流向插口2210、2212以及流向连接的液制冷式组装件1912、1914。示例液体截止阀2208a、2208b是Schrader阀。但是，可以使用其他类型的阀来实现液体截止阀2208a、2208b。当将电源连接器插销2214、2216插入(例如，完全插入)到插口2210、2212中时，电源连接器插销2214、2216使阀杆2218从阀2208a、2208b的阀芯2220移位(例如，脱座)，从而允许液体向和/或从软管液制冷式组装件1908-1914流动。当移除或部分移除电源连接器插销2214、2216时，阀杆2218被迫回到阀芯2220中并停止液体流动。
液制冷式组装件1908的软管2222经由套圈2224耦接到流体插口2209a。示例插口2209a、2209b和/或软管2222包括用于固定软管2222的软管倒钩。但是可以使用将软管固定到插口2209a、2209b的其他方法，例如夹具、压缩配件或任何其他软管配件。
示例的电力和液体传输组装件1916可以如上面参考图8的电力和液体传输组装件216所描述的那样操作。
如图23所示，可以至少部分地使用盖2302将液制冷式组装件1912、1914固定至电力和液体传输组装件1916，该盖2302被配置为防止电源连接器插销2214、2216从电力和液体传输组装件1916断开连接。例如，盖2302可包括肩部和/或其他特征，该肩部和/或其他特征被配置为防止电源连接器插销2214、2216从电力和液体传输组装件1916移开。盖2302可以通过紧固件诸如螺栓和/或任何其他类型的紧固件或紧固技术来固定。
尽管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将理解，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代等同物。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开的教导。例如，所公开示例的系统、框和/或其他部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式修改。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。相反，本发明的方法和/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，已公告的或外国专利，或任何其他文件，各自均通过引用而整体地并入本文中，包括引用的文件中记载的所有数据、表格、图形和文本。

Claims (20)

1.一种焊接炬，包括：
焊接组装件，所述焊接组装件包括：
第一接触焊嘴，所述第一接触焊嘴被配置为将焊接电流传导至可消耗性电极：以及
第二接触焊嘴，所述第二接触焊嘴被配置为将预热电流传导至所述可消耗性电极；
具有弯头的颈部，所述颈部被配置为保持所述焊接组装件并且将所述可消耗性电极输送到所述焊接组装件；
焊接炬主体，所述焊接炬主体被配置为将所述颈部保持与所述焊接组装件相对；以及
焊接炬安装组装件；
其中，所述焊接组装件、所述颈部，所述弯头、所述焊接炬主体和所述焊接炬安装组装件的尺寸被设置为，以便当用于更换具有单个接触焊嘴的第二焊接炬时，所述焊接炬提供相同的工具中心点距离、相同的弯曲角度和相同的接近角度。
2.根据权利要求1所述的焊接炬，其中，所述颈部和所述第二接触焊嘴之间的长度是基于喷嘴长度、预热距离、喷嘴角度或颈部角度中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的焊接炬，其中，所述弯曲角度包括0度、22度、35度或45度中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的焊接炬，其中，所述焊接炬具有与所述第二焊接炬相同的工具中心点面积。
5.根据权利要求1所述的焊接炬，其中，所述焊接组装件的长度小于5英寸。
6.根据权利要求1所述的焊接炬，其中，所述第一接触焊嘴和所述第二接触焊嘴之间的距离小于3.5英寸。
7.根据权利要求1所述的焊接炬，还包括多个液制冷式组装件，所述液制冷式组装件被配置为：
传导所述预热电流；
将所述焊接电流传导至所述可消耗性电极；以及
向所述焊接组装件提供冷却液。
8.根据权利要求7所述的焊接炬，还包括电力和液体传输组装件，所述电力和液体传输组装件耦接至所述焊接炬主体并且被配置为将所述焊接电流输送至所述多个液制冷式组装件中的一个或多个。
9.根据权利要求8所述的焊接炬，其中，所述电力和液体传输组装件耦接至所述焊接炬主体的与所述焊接炬安装组装件相对的一侧。
10.根据权利要求8所述的焊接炬，其中，所述工具中心点距离是350毫米或400毫米。
11.一种焊接炬，包括：
焊接组装件，所述焊接组装件包括第一接触焊嘴，所述第一接触焊嘴被配置为将焊接电流传导至可消耗性电极；
具有弯头的颈部，所述颈部被配置为保持所述焊接组装件并且将所述可消耗性电极输送到所述焊接组装件；
第二接触焊嘴，所述第二接触焊嘴位于所述弯头的与所述第一接触焊嘴的相对侧，所述第二接触焊嘴被配置为将预热电流传导至所述可消耗性电极；
焊接炬主体，所述焊接炬主体被配置为将所述颈部保持与所述焊接组装件相对；以及
焊接炬安装组装件；
其中，所述焊接组装件、所述颈部、所述弯头、所述焊接炬主体和所述焊接炬安装组装件的尺寸被设置为，以便当用于更换具有单个接触焊嘴的第二焊接炬时，所述焊接炬提供相同的工具中心点距离、相同的弯曲角度和相同的接近角度。
12.根据权利要求11所述的焊接炬，还包括定位在所述弯头处的陶瓷辊，以引导所述可消耗性电极的被预热部分通过所述弯头。
13.根据权利要求11所述的焊接炬，其中，所述颈部与所述第二接触焊嘴之间的长度是基于喷嘴长度、预热距离、喷嘴角度或颈部角度中的至少一个。
14.根据权利要求11所述的焊接炬，其中，所述弯曲角度包括0度、22度、35度或45度中的至少一个。
15.根据权利要求11所述的焊接炬，其中，所述焊接炬具有与所述第二焊接炬相同的工具中心点面积。
16.根据权利要求11所述的焊接炬，其中，所述焊接组装件的长度小于5英寸。
17.根据权利要求11所述的焊接炬，其中，所述第一接触焊嘴和所述第二接触焊嘴之间的距离小于3.5英寸。
18.根据权利要求11所述的焊接炬，还包括多个液制冷式组装件，所述液制冷式组装件被配置为：
传导所述预热电流；
将所述焊接电流传导至所述可消耗性电极；以及
向所述焊接组装件提供冷却液。
19.根据权利要求18所述的焊接炬，还包括电力和液体传输组装件，所述电力和液体传输组装件耦接至所述焊接炬主体并且被配置为将所述焊接电流输送至所述多个液制冷式组装件中的一个或多个。
20.根据权利要求19所述的焊接炬，其中，所述电力和液体传输组装件耦接至所述焊接炬主体的与所述焊接炬安装组装件相对的一侧。
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