CN111468802A - 具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法 - Google Patents

具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111468802A
CN111468802A CN202010076856.2A CN202010076856A CN111468802A CN 111468802 A CN111468802 A CN 111468802A CN 202010076856 A CN202010076856 A CN 202010076856A CN 111468802 A CN111468802 A CN 111468802A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
short circuit
welding process
arc
process parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010076856.2A
Other languages
English (en)
Inventor
理查德·M·哈奇森
亚当·E·安德斯
麦斯威尔·B·布洛克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Illinois Tool Works Inc
Original Assignee
Illinois Tool Works Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Illinois Tool Works Inc filed Critical Illinois Tool Works Inc
Publication of CN111468802A publication Critical patent/CN111468802A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953—Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/133—Means for feeding electrodes, e.g. drums, rolls, motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

公开了一种焊接型系统的系统和方法，该焊接型系统包括被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率的焊接型功率源。双向送丝器用于使电极丝前进到工件或从工件缩回。一个或多个传感器测量一个或多个焊接过程参数。并且开关被设置用于断开电极丝与工件之间的电弧电流的替代性电流路径。例如，开关响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导该电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。

Description

具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2019年1月24日提交的名称为“Systems and Methods with IntegratedSwitch for Controlled Short Circuit Welding Processes(具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法)”的美国临时专利申请号62/796,342的非临时专利申请，该美国临时专利申请通过援引以其全文并入本文。
背景技术
焊接是在所有行业中变得越来越普遍的工艺。用于结合过程(诸如焊接、钎焊、胶接和/或其他结合操作)的常规系统和方法需要在设备上进行大量投资，诸如加工、显示、实施工件、焊接工具、传感器和/或其他设备。
常规的短路气体金属电弧焊(GMAW)也称为金属惰性气体(MIG)焊接，是一种在要焊接的电极与金属零件之间形成电弧的焊接过程。电弧产生使金属零件熔化的热量。熔化的金属零件冷却之后，金属零件会接合并形成焊接件。可以测量电气和/或物理参数，并且可以在焊接操作期间将这些测量的结果作为过程反馈和系统反馈提供给焊工和/或控制系统和控制电路。焊工和/或控制系统和控制电路可以在焊接时使用该反馈信息实时地调节焊接参数，从而使得焊接过程得到改善。
尽管在某些情况下可以使此类过程自动化，但是大量的应用对于手动焊接操作仍继续存在，其成功很大程度上取决于焊接操作者(有时被称为焊工)对焊枪或焊炬的正确使用。例如，不合适的焊炬角度(工件角度和行进角度)、接触末端到工件的距离、行进速度和指向是可能决定焊接质量的参数。然而，即使是经验丰富的焊工，在整个焊接过程中也常常难以监测和维持这些参数。在这方面，焊工可从提供对短路焊接过程的控制的系统和方法中获益，从而得到改善的焊接质量和改善的焊接接头。
发明内容
本公开涉及用于受控短路焊接过程的系统和方法，如基本上由至少一个附图展示和/或结合至少一个附图描述的并且如权利要求所阐述的。特别地，所公开的受控短路焊接系统和方法采用集成开关以便提供用于电极丝与工件之间的电弧电流的替代性电流路径。开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。
通过以下描述和附图，将更加充分地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征以及本公开的所展示示例的细节。
附图说明
图1展示了根据本公开的各方面的采用受控短路焊接过程的焊接型系统。
图2是根据本公开的各方面的示例焊接型系统的框图。
图3展示了根据本公开的各方面的短路焊接过程的各个阶段。
图4A和图4B分别展示了根据本公开的各方面的短路焊接过程的电压特性曲线和电流特性曲线。
图5A和图5B分别展示了根据本公开的各方面的在短路事件清除之前短路焊接过程的电压特性曲线和电流特性曲线。
图6A和图6B分别展示了根据本公开的各方面的在短路事件开始之前短路焊接过程的电压特性曲线和电流特性曲线。
图7展示了根据本公开的各方面的用于预测短路事件或检测短路事件、并且然后激活集成开关的示例方法。
图8展示了根据本公开的各方面的用于预测短路事件、并且然后激活次级开关的示例方法。
图9展示了根据本公开的各方面的用于检测短路事件、并且然后激活次级开关的示例方法。
附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于指代相似或相同的部件。
具体实施方式
本公开涉及用于受控短路焊接过程的系统和方法，如基本上由至少一个附图展示和/或结合至少一个附图描述的并且如权利要求所阐述的。特别地，所公开的受控短路焊接系统和方法采用集成开关以便提供用于电极丝与工件之间的电弧电流的替代性电流路径。开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。
例如，在发生短路清除事件时从电极丝流向工件的电流量与该事件所产生的飞溅物的量直接相关。所产生的飞溅物可以与电流平方的大小成比例。这种飞溅物会产生低质量的焊接，并导致飞溅物附着到焊接部位周围的表面，从而为焊工造成补焊工作。
虽然期望以低电流水平清除短路以限制飞溅物的量，但是利用在短路事件期间焦耳加热对电极丝的影响也是有益的。这种类型的加热对于更高沉积速率的焊接过程可能尤其有用。然而，如果在短路事件期间施加高电流以鼓励加热，则为了避免飞溅物，将必须在短路清除后快速减少电流量。此过程发生的速度在采用双向送丝器的受控短路焊接过程中变得更加突出，这些送丝器通过以周期性方式使电极丝前进和缩回来提供对焊接过程的附加控制。
因此，为了清除具有低飞溅物和高沉积速率两者的短路，可以使用集成开关装置或次级开关装置以在清除事件之前快速减小短路中的电流水平。例如，当被触发时，集成开关可以闭合，从而经由替代性电路或次级电路来提供替代性电流路径。该替代性电流路径的断开迅速地限制了经由电极丝流向工件的电流量。结果，随着短路清除，并且随着丝从工件缩回，可用于使电弧重燃的电流较低，从而在电弧阶段产生较少的飞溅物。
开关可以由与焊接过程参数相对应的一个或多个反馈变量或其函数来触发。在一些示例中，诸如电压、功率或阻抗等一个或多个变量的变化速率(例如，和/或其导数)可以指示即将发生的短路清除事件和/或短路清除事件的发生。
响应于与焊接过程参数相对应的不同的一个或多个反馈变量或其函数，可以在短路清除之后断开开关。在一些示例中，响应于计时器(例如，该计时器与控制器或其他逻辑例程集成和/或由其监测)的届满，可以在预定持续时间之后断开开关。持续时间可以由特定的焊接过程和/或焊接特性(例如，焊接顺序、丝类型/工件类型、历史数据等)来确定和/或由操作者来设置。一些示例包括所测量的电压、功率、和/或电流变化率超过一个或多个阈值。例如，此类值可以通过分析历史数据、预定值、计算出的阈值来确定。
另外或可替代地，随着焊接系统开始进入电弧阶段，期望的是熔滴以相对较低的电流水平进入焊接熔池(例如，在MIG焊接过程中)。例如，如果电流水平太高，则熔滴与熔池之间的正常润湿作用可能会被熔滴/熔池界面处的洛伦兹“拧断(pinch)”力中断。如上所述，熔滴转移的这种中断可能导致该过程排出大的飞溅物熔滴。
为了避免这种现象和由此产生的飞溅物的量，当熔滴进入熔池时，可以在电弧的最终阶段将电流减小到期望的低水平。然而，这则限制了可用于使丝熔化的电弧能量的量，从而限制了沉积速率。
使中止的过渡事件最小化的替代性过程是利用集成开关和替代性电流路径来调整流过丝的电流量。例如，在预期或检测到短路事件时，激活开关，并且快速减小焊接电流以减小熔滴熔池界面处的洛伦兹力。这种减小使得熔滴完全转移到熔池中，而不会产生过多飞溅物。
对短路事件的预期可以基于与焊接过程参数相对应的一个或多个反馈变量或其函数。例如，可以基于N个先前电弧事件的所测量持续时间或所计算持续时间来计算电弧的代表性(即，平均)持续时间。另外或可替代地，所测量的电压值和/或阻抗值超过一个或多个阈值可以对应于预期的短路事件。在一些示例中，短路事件的发生可以通过电压、和/或电流变化率超过一个或多个阈值来确定。
有利地，所得到的焊接操作具有提高的过程稳定性，减少的飞溅物产生(即使在更高的沉积速率下)，和对变化的过程变量(如接触末端到工件距离(CTWD)、焊炬行进速度、焊炬角度、材料厚度、接头配置)更好的适应性，以及其他益处。
在所公开的示例中，一种焊接型系统包括被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率的焊接型功率源。双向送丝器用于使电极丝前进到工件或从工件缩回。一个或多个传感器被配置用于测量一个或多个焊接过程参数。开关为电极丝与工件之间的电弧电流提供替代性电流路径。开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。
在一些示例中，该开关被配置用于调节流过该替代性电流路径的电弧电流的量，以调整该电弧焊接过程的电压水平。在示例中，控制器用于：接收与该一个或多个焊接过程参数相对应的数据；将该数据与将焊接过程参数与短路清除事件进行关联的多个阈值进行比较；并且基于该一个或多个焊接过程参数来确定预期的短路事件或短路事件的发生。
在示例中，控制器用于基于该一个或多个焊接过程参数来生成控制信号，其中，该开关被配置用于接收来自该控制器的这些控制信号并基于这些控制信号来调节流过该替代性电流路径的电弧电流的量。在示例中，该一个或多个焊接过程参数是在该焊接电极与该工件之间测量的电压。
在一些示例中，该一个或多个焊接过程参数是该电弧电流的变化率。在示例中，该一个或多个焊接过程参数是来自该焊接型功率源的功率输出。在一些示例中，该开关是基于半导体的器件。在示例中，该开关是晶体管器件。
在示例中，该开关是无源开关，其被配置用于自动激活以重新引导该电弧电流以使电弧电流流过该替代性电流路径。在一些示例中，该开关进一步被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过第二阈值而在该短路清除事件之前断开以调节流过该替代性电流路径的电弧电流的量。
在一些示例中，该第二阈值是与该焊接型系统相关联的电压变化率、功率变化率或阻抗变化率中的一个。在示例中，该第二阈值对应于短路事件。
在一些所公开示例中，一种焊接型系统包括被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率的焊接型功率源。双向送丝器用于使电极丝前进到工件或从工件缩回。一个或多个传感器被配置用于测量一个或多个焊接过程参数。开关为电极丝与工件之间的电弧电流提供替代性电流路径。该开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路事件相对应的阈值而闭合，以重新引导该电弧电流的全部或一部分以使其流过该替代性电流路径。
在示例中，该阈值是与预期的短路事件相对应的第一阈值，该一个或多个焊接过程参数包括与该电弧焊接过程相关联的电压或阻抗。
在一些示例中，该阈值是与预期的短路事件相对应的第二阈值，该一个或多个焊接过程参数包括超过一个或多个电弧事件的代表性持续时间的所测量电弧事件持续时间。
在示例中，该阈值是与检测到的短路事件相对应的第三阈值，该一个或多个焊接过程参数包括电压、或该电弧电流的变化率。
在一些示例中，控制器接收与该一个或多个焊接过程参数相对应的数据，将该数据与将焊接过程参数与预期的短路事件或检测到的短路事件进行关联的多个阈值进行比较，并且基于该一个或多个焊接过程参数来识别预期的短路事件或短路事件的发生。
在示例中，控制器基于该一个或多个焊接过程参数来生成控制信号，其中，该开关被配置用于基于这些控制信号来完全或部分地闭合，以调节流过该替代性电流路径的电弧电流的量。在一些示例中，该焊接型系统被配置用于执行增材制造操作。
如本文所使用的，术语“焊接型功率”是指适合于焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的功率。如本文所使用的，术语“焊接型电力供应器”是指在向其施加功率时能够向焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)提供功率的任何装置，包括但不限于逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等、以及控制电路和与其相关联的其他辅助电路。
如本文所使用的，术语“脉冲焊接”包括利用通常以可控频率在较高的峰值与较低的本底之间脉冲变化的输出功率进行的焊接，并且在电弧状态下执行脉冲焊接。
如本文所使用的，术语“周期性”和/或“循环性”焊接过程和/或输出包括可以表征为一系列周期和/或循环的焊接输出，其中每个循环可以相同、相似或不同。
如本文所使用的，术语“送丝器”包括驱动丝的电机或机构、丝的安装件、与其相关的控制件以及相关联的硬件和软件。
如本文所使用的，术语“双向送丝器”包括驱动丝的电机或机构、丝的安装件、与其相关的控制件以及相关联的硬件和软件，双向送丝器既能够使丝前进又能够使丝缩回。双向送丝器可以在周期性和/或循环性焊接过程中使用。
如本文所使用的，术语“控制器”或“控制电路”包括位于一个或多个板上的、用于控制焊接型系统或诸如电源、功率源、发动机或发电机等装置的全部或一部分的数字和/或模拟电路、分立电路或集成电路、微处理器、DSP、FPGA等、和/或软件、硬件和固件。
如本文所使用的，“电路”或“电路”包括任何模拟和/或数字部件、功率和/或控制元件(诸如微处理器、数字信号处理器(DSP)、软件等)、分立部件和/或集成部件，或其多个部分和/或组合。
如本文所使用的，术语“能量储存装置”是储存能量的任何装置，诸如例如电池、超级电容器等。
如本文所使用的，术语“存储器”包括易失性和非易失性存储器，并且可以是阵列、数据库、列表等。
如本文所使用的，术语“焊炬”或“焊接型工具”可以包括手持式焊炬或机器人焊炬、焊枪或用于产生焊接电弧的其他装置。
如本文所使用的，术语“焊接模式”或“焊接操作”是所使用的过程或输出的类型，诸如CC、CV、脉冲、MIG、TIG、喷涂、短路等。
如本文所使用的，术语“升压转换器”是在使电压升高的电路中使用的转换器。例如，升压转换器可以是一种逐步升压转换器(诸如DC-DC功率转换器)，该逐步升压转换器可以在从其输入端(例如，从能量储存装置)至其输出端(例如负载和/或附接的功率总线)使电流逐步降低的同时使电压逐步升高。这是一种开关模式电力供应器。
如本文所使用的，术语“降压转换器”(例如，逐步降压转换器)是指从其输入端至其输出端使电压逐步降低(例如，在使电流逐步升高的同时)的功率转换器。
图1展示了用于执行受控短路(CSC)焊接操作的示例电弧焊接型系统100。如图1的电弧焊接型系统所示，电力供应器10和送丝器12经由导体或导管14耦接。在所展示的示例中，电力供应器10与送丝器12分离，使得送丝器的位置可以与电力供应器相距一定距离并且在焊接位置附近。然而，在一些示例中，送丝器可以与电力供应器10整合在一起。在这种情况下，导管14将在系统内部。在送丝器12与电力供应器10分离的示例中，在电力供应器和送丝器12上通常设置有端子，以允许将导体或导管耦接至系统，从而允许从电力供应器10向送丝器12提供电力和气体，并允许在这两个装置之间交换数据。
系统100被配置用于向焊接工具或焊炬16提供丝、电力和保护气体。工具16可以是许多不同的类型，并且可以允许将焊丝42(例如，电极丝)和气体送给到与工件、基板或平台18邻近的位置。第二导体延伸到焊接工件，以补全电力供应器与工件之间的电路。在增材制造的背景下，基板18提供了基础，在该基础上通过施加金属熔滴80而形成包括层82的零件78。
如图1所示，所公开的受控短路焊接系统100可以采用集成开关13和/或相关电路，以为电极丝42与工件18之间的电弧电流提供替代性电流路径。开关13被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。开关13可以与工具16集成、附接至工具16、和/或可以位于系统内的一个或多个位置处。下文进一步描述开关13和一个或多个过程期间的操作的细节。可以在2016年6月16日提交的名称为“Welding System with ArcControl(具有电弧控制的焊接系统)”的美国专利申请15/184,005中找到用于这种操作的示例开关，该美国专利申请通过援引以其全文并入本文。
焊接系统100被配置用于例如经由设置在电力供应器10上的操作者接口20由操作者和/或根据焊接顺序选择数据设置。操作者接口20通常将被纳入到电力供应器10的前面板中，并且可以允许选择诸如焊接过程、要使用的丝类型的设置、电压和电流设置等。特别地，该系统被配置用于允许利用穿过工具16送给的各种钢制焊丝、铝制焊丝或其他类型的焊丝进行焊接。此外，该系统被配置用于采用具有各种横截面几何形状(例如，圆形、大致平坦、三角形等)的焊丝。这些焊接设置被传送到电力供应器内的控制电路22。该系统可以尤其适于实施针对某些电极类型配置的焊接方案。
另外或可替代地，可以经由诸如存储在与电力供应器10相关联的处理器/控制电路22可访问的存储器上的焊接顺序程序来提供焊接操作的处理指令。在这种情况下，定序器可以采用存储的信息(例如，与期望的产品配置和/或过程相关联，包括历史数据)和/或可由用户自定义。例如，同与零件78相对应的具体设计相关联的信息(例如，与零件78相关联的热分布、材料特性、系统控制参数等)可以存储在存储器中和/或经由网络接口提供。因此，该信息可用于控制系统的操作以促进零件78的形成，诸如通过控制来自电力供应器10、送丝器电机48、54等的功率输出。
控制电路22操作以控制供应到焊丝42用于执行期望焊接操作的焊接功率输出的产生。在示例中，控制电路22可以适于调整MIG焊接方案，该MIG焊接方案促进熔融金属到零件78的短路转移，而无需向零件78或焊丝42增添过多的能量。在“短路”模式下，在由焊接电弧产生加热的影响下，在焊丝42上形成熔融材料的熔滴，并且由于焊丝42、熔滴80和零件78之间的接触或短路而周期性地转移至零件78。注意这里在本公开中，零件78有时被称为工件或焊接工件。
以此方式，系统和/或控制电路22通过在焊接过程期间调节系统的一个或多个操作特性来控制零件78的焊接。操作特性可以包括但不限于送丝速度、送丝方向、行进速度、功率输出、过程模式、沉积路径、沉积顺序、焊炬角度等。
另外，(多个)传感器70可以测量与系统的操作相关联的操作参数(例如，电流、电压、电感、相位、阻抗、功率、电感、速度、加速度、取向、位置等)。所感测的操作特性(例如，电压、电流、温度、形状、速度等)可以被提供给控制电路22或其他控制器(例如，控制电路32、与控制系统72相关联的控制器等)以进一步控制焊接过程。
通常通过焊接线缆52将来自电力供应器的电力施加到丝电极42。类似地，通过送丝器和焊接线缆52送给保护气体。在焊接操作期间，焊丝42穿过焊接线缆52的护套朝向工具16前进。在工具16内，第二送丝器电机53包括辊54，辊54可以设置有相关联的驱动辊，该驱动辊可以被调整以提供期望的送丝速度和/或方向。
可以采用控制系统72来根据控制电路22、32以及来自(多个)传感器70的信息调整例如工具16的移动和位置。在示例中，控制系统72可以经由一条或多条线缆75与电力供应器10、送丝器12和/或工具16通信。因此，可以经由线缆75提供和/或交换电力和/或信息以控制焊接过程。特别地，控制系统72可以采用具有一个或多个致动器76(例如，伺服电机、关节等)的一个或多个臂74。以此方式，控制系统72可以发出命令以在焊接操作期间以六个自由度对附接的工具16进行精细控制，包括行进速度、工具位置、与零件78的距离等。控制系统72可以包括用于感测操作特性的一个或多个传感器，该一个或多个传感器可以与控制电路22、32通信以进一步促进零件78的形成。
在一些示例中，控制电路22、32可以向送丝器12、电力供应器10和/或控制系统72提供信号，以使得能够根据具体的应用或焊接过程开始和停止焊接过程。即，在该过程启动时，气体流动可以开始，丝可以进给，并且可以将功率施加到焊接线缆52并且通过工具16的接触末端施加到正在进给的焊丝42。工件线缆和夹具58允许闭合从电源开始通过焊炬、电极(丝)和零件78的电路，以用于在操作期间维持焊接电弧。
本电弧焊接系统允许基于先前的电流测量值和持续时间测量值来控制连续的电压水平和/或电流水平和/或脉冲持续时间，从而控制焊丝电极与前进的焊接熔池之间的短路事件的促进、发生、持续和中断。特别地，基于一个或多个以上在前的短路事件或短路事件的各方面(诸如其持续时间)来调节波形的电流峰值。
控制电路22耦接至功率转换电路24。该功率转换电路24适于产生输出功率，诸如在工具16处施加到焊丝42的脉冲波形。可以采用各种功率转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等。这种电路的配置就其本身而言可以是本领域公知的类型。如箭头26指示的，功率转换电路24耦接至电力源。施加到功率转换电路24的电力可以源自电网，但是也可以使用其他电力源，诸如由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其他替代的电力源产生的电力。图1中展示的电力供应器还可以包括被配置用于允许控制电路22与送丝器12交换信号的接口电路28。
送丝器12可以包括耦接至接口电路28的互补接口电路30。在一些示例中，可以在两个部件上都提供多引脚接口，并且多重导体线缆在接口电路之间延伸以允许在电力供应器10、送丝器12或电力供应器10和送丝器12两者上设置诸如送丝速度、过程、选择的电流、电压或功率水平等信息。
送丝器12还可以包括耦接至接口电路30的控制电路32。如下文描述的，控制电路32允许根据操作者的选择或存储的序列指令来控制送丝速度，并且允许经由接口电路将这些设置反馈回电力供应器。控制电路32耦接至送丝器上的操作者接口34，该操作者接口允许选择一个或多个焊接参数，特别是送丝速度。操作者接口还可允许选择诸如过程、所使用的丝类型、电流、电压或功率设置等焊接参数。控制电路32还可以耦接至气体控制阀36，该气体控制阀调整保护气体到焊炬的流量。通常，这种气体是在焊接时提供的，并且可以在焊接之前立即被接通以及在焊接之后短时间内接通。施加到气体控制阀36的气体可以以加压瓶的形式提供，如附图标记38所表示的。
送丝器12包括用于在控制电路32的控制下将丝送至工具16并由此送至焊接应用的部件。例如，焊丝40的一个或多个卷轴容纳在送丝器中。焊丝42从卷轴上解绕，并逐渐地送至工具16。卷轴可与离合器44相联，当将丝被送至工具时，该离合器与卷轴脱离。还可调整离合器44以维持最小摩擦水平从而避免卷轴40自由旋转。第一送丝器电机46可设置在壳体48内，该第一送丝器电机46与送丝辊47接合以将丝从送丝器12朝着工具16推进。
在图1的示例中，可移动缓冲器60可包括第一部分62和第二部分64，其中第一部分和第二部分中的至少一个部分被配置用于响应于第一送丝器电机46与第二送丝器电机53之间焊丝42的量的变化而相对于第一部分和第二部分中的另一部分移动。传感器66(例如，一个或多个传感器)被配置用于感测第一部分与第二部分之间的相对移动或位移，并将传感器数据提供给控制电路(例如，控制电路22、32)来作为响应调节焊丝42的速度和/或方向。
在实践中，辊47中的至少一个机械耦接至电机，并且由电机旋转以驱动来自送丝器的丝，同时配合的辊朝向丝施加偏压以维持两个辊与丝之间的良好接触。一些系统可能包括多个这种类型的辊。可以提供转速计50或其他传感器，以用于检测第一送丝器电机46、辊47或任何其他相关联部件的速度，以便提供实际送丝速度的指示。来自转速计的信号被反馈回至控制电路32，诸如用于连续或周期性的监测、校准等。在一些示例中，系统包括用于使送丝装置旋转的丝卷轴电机，其可被类似地调节以增加或减少送丝器电机之间的丝的量。
在一些示例中，送丝器12可以被配置用于使焊丝42的方向反转(即，双向送丝器)。此外，尽管描述为利用两个送丝器和/或送丝器电机(例如，送丝器电机46和53)操作，但是该系统可以利用单个送丝单元操作，以在焊接操作(例如，零件78成形)期间使丝前进和/或缩回。另外或可替代地，在一些示例中，一个送丝器可以被配置用于使焊丝42前进，而另一送丝器被配置用于使焊丝的方向反转。在该示例中，如本文公开的，一个或多个控制电路(例如，控制电路22、32)协调两个送丝器的操作以在焊接系统中实施CSC焊接过程。
也可以实施其他系统布置和输入方案。例如，焊丝可以从大容量存储容器(例如，滚筒)或从送丝器外部的一个或多个卷轴进给。类似地，焊丝可以从“卷轴枪”进给，在卷轴枪配置中，卷轴被安装在焊炬上或附近。如本文所述，送丝速度设置可以经由送丝器上的操作者输入34或电力供应器的操作者接口20或经由操作者输入34和操作者接口20两者被输入。在焊炬上具有送丝速度调节的系统中，这可以是针对这种设置使用的输入。
尽管关于电弧焊接型系统进行了描述，但是公开的系统可以结合各种技术实施以进行各种类型的焊接过程。
因此，如关于图1所描述的，焊接型系统100可以包括焊接型功率源10，该焊接型功率源被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率，例如以向送丝器12、机器人系统74中的一个或多个供电，经由工具16执行电弧焊接等。送丝器12可以是被配置用于使丝42前进到工件18或从工件18缩回的双向送丝器。传感器70测量一个或多个焊接过程参数，并将这些测量结果提供给控制器(例如，控制电路22、控制电路32、控制系统72等)，该控制器对开关13的操作发出命令以提供用于丝42与工件18之间的电弧电流的替代性电流路径。开关13被配置用于例如响应于焊接/增材制造操作期间一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的一个或多个阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径。
图2描绘了根据本公开的各方面的示例焊接型功率系统200的框图。系统200包括焊接电力供应器210、控制器214、焊炬216以及工件和/或基板218。焊接电弧220形成在焊炬216与工件218之间。该系统包括与初级电流路径215相对应的(多条)线缆212和集成的次级开关电路211。另外，该系统包括电流传感器222、电压传感器224、功率传感器226和阻抗传感器228。在一些示例中，传感器222、224、226和228中的一个或多个的位置远离控制器214和/或焊接电力供应器210。在替代性示例中，根据系统200的期望布置，传感器222、224、226和228中的一个或多个与控制器214和/或焊接电力供应器210集成在一起，或者是位于远端位置或集成在一起的任意组合。
沿着初级电流路径215经由(多条)线缆212提供电力，这由控制器214控制，以引导电流流过焊丝直至工件218。次级开关213位于次级开关电路211中，次级开关电路211位于次级电流路径217中。该次级电流路径217可以被称为替代性电流路径217或备选电流路径217。
如图2所示，次级开关213响应于一个或多个焊接过程参数超过如由控制器214确定的与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导电弧电流的全部或一部分以使其流过替代性电流路径217。
例如，开关213响应于来自控制器214的命令来调节流过替代性电流路径217的电弧电流的量，以调整电弧焊接过程的电压水平或电流水平。
控制器214经由接口221连接到一个或多个部件，包括传感器222、224、228以及初级电路212、次级电路213和/或工具216(即，经由一条或多条线缆212)，并且可以从这些部件中的一个或多个接收与一个或多个焊接过程参数相对应的数据。
控制器214将接收到的数据与将焊接过程参数与短路清除事件进行关联的多个阈值进行比较，这些阈值可以存储在存储器223中和/或经由接口221远程访问。然后，控制器214基于一个或多个焊接过程参数(例如，通过经由处理器225分析参数)来确定预期的短路事件或短路事件的发生。
响应于落在阈值之外，控制器214将产生控制信号以命令开关213进行调节(例如，完全或部分闭合)，以调整流过替代性电流路径217的电弧电流的量，从而改变流过初级电流路径215的电弧电流的量。
在一些示例中，焊接过程参数是在焊接电极与工件之间测量的电压、电弧电流的变化率、来自焊接型功率源的功率输出等。此外，开关213可以是各种开关器件，如基于半导体的器件(例如，MOSFET)或晶体管器件。
在一些示例中，开关213是无源控制的，并且将响应于多个过程参数中的一个或多个过程参数的变化(例如，电流、电压、功率等的突然变化)而自动激活，以便通过替代性电流路径217重定向电弧电流。
在所披露的示例中，响应于一个或多个焊接过程参数超过与焊接型系统相关联的第二阈值(例如，电压变化率、功率变化率或阻抗变化率等)，开关213在短路清除事件之前断开以调节流过替代性电流路径217的电弧电流的量。在一些示例中，第二阈值对应于预期的短路事件和/或短路事件的发生。
如图2所示，电流传感器222测量流到焊炬216的电流232的值。电压传感器224测量焊炬216与工件218之间的电压。控制器214包括确定负载229的阻抗的阻抗传感器228。焊接电力供应器210包括功率传感器226，该功率传感器测量由焊接电力供应器226提供给系统200的功率。
焊接型系统200包括经由线缆212的初级电流路径和次级开关213。线缆212为从焊接电源210流向焊炬216的电流232提供了初级路径。次级开关213为电极丝与工件218之间的电弧电流232提供替代电流，其中次级开关213被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而激活，以完全或部分断开替代性电流路径217。焊接过程参数可以例如包括由电流传感器222测量的示例性电流232、由电压传感器224测量的电压、由阻抗传感器228测量或确定的负载229的阻抗、或由功率传感器226测量的焊接电力供应器提供的功率。
这些焊接过程参数只是许多焊接过程参数中的几个例子，其可以由系统200的传感器或各个部件测量或确定。在焊接型系统200中，阈值可以是与预期的短路事件相对应的第二阈值，并且一个或多个焊接过程参数可以包括超过平均持续时间或一个或多个电弧事件的所测量的电弧事件持续时间。阈值可以是与检测到的短路事件相对应的第三阈值，并且一个或多个焊接过程参数可以包括电压、或电弧电流的变化率。阈值可以是与检测到的短路事件相对应的第三阈值，并且一个或多个焊接过程参数可以包括电压、或电弧电流的变化率。
焊接型系统200可以进一步包括控制器214，该控制器被配置用于接收与一个或多个焊接过程参数相对应的数据。控制器214可以将该数据与将焊接过程参数与预期的短路事件或检测到的短路事件进行关联的多个阈值进行比较，并且控制器214可以基于一个或多个焊接过程参数来识别预期的短路事件或短路事件的发生。焊接型系统200还可以被配置用于执行增材制造操作。
图3展示了根据本公开的各方面的短路焊接过程300的各个阶段。短路焊接过程300的各个阶段在图3中由附图标记320表示阶段1，附图标记304表示阶段2，附图标记306表示阶段3，附图标记308表示阶段4。在图3和图4A、图4B中，还由P1、P2、P3和P4表示阶段1、2、3和4。下文更详细地描述了这四个阶段P1、P2、P3和P4。
在图3中的阶段1(P1)302中，焊炬310的末端非常靠近工件312。丝314从焊炬310的末端伸出，并且在丝314的末端处形成的熔滴316与工件312上的熔池318之间出现电弧320。
参考4A和图4B，阶段1(P1)在时间t0开始并且在时间t1结束。在图4A的展示中，水平轴402指示时间(t)，而竖直轴404指示电压(V)。在图4B的展示中，水平轴402指示时间(t)，而竖直轴406指示电流(I)。在时间间隔t0至t1期间(P1)，电压大致恒定在V3的值，而电流大致恒定在I1的值。
如图3所示，电弧320出现并且丝314的末端已经形成为尚未接触熔池318的熔滴316。然而，随着在持续时间t0至t1期间电弧320继续，熔滴316的大小增大。随着熔滴316的大小继续增长，它变得更重并且被重力下拉。如阶段2(P2)的330所指示的，熔滴316最终被下拉以接触熔池318。
返回参考图4A和图4B，在时间t1(例如，阶段2(P2)的开始)，电压迅速从大致V3下降至V1。在图4A中描绘的示例性情况中，V1的值可以大致是零。这是响应于在丝314与工件312之间已经形成短路的情况。因此，电流流过该短路。如图4B中指示的，在时间t1开始(例如，阶段2(P2)的开始)，电流从时间t1处的值I1增大至时间t2处的值I2。时间间隔t1至t3覆盖与阶段2(P2)和阶段(P3)相关联的持续时间。在从t1到t3的这个时间间隔期间，丝314的末端与工件312的熔池318接触，从而导致短路。在短路阶段期间，从t1到t3电流从I1的电流值增大至I2。在t1到t3之间的时段期间，如图4A中指示的，电压逐渐从V1增大至V2。电压从V1到V2的这种逐渐增大是由于在时间t1到t3之间将丝314的末端和熔池318分开的金属逐渐变窄。如图3的阶段2(P2)和阶段3(P3)的图中所指示的，较窄电流路径导致较高的电阻，从而导致电压在时间间隔t1到t3期间从V1增大至V2。
图3的阶段3(P3)的图用附图标记340示出了恰好在时间t3发生的短路清除之前的时间点的接触。一旦短路清除，电弧320就会在丝314的末端与熔池318之间重新点燃。清除事件和电弧320的重启在图3的阶段4(P4)的图中描绘，并且由附图标记350表示。一旦在时间t3短路清除，电压就从V2的近似值迅速增大到V4的近似值，如图4A中指示的。由于迅速增大的电压的过冲效应，V4的值可能高于V3。然而，在t3到t4的时间间隔期间，电压从值V4减小到命令值V3。
时间t3指示过程300的阶段4(P4)的开始，并且时间t4指示阶段4(P4)的结束。在t3到t4之间的时段期间，电流从I2减小到I1，如图4B中指示的。t0到t4之间的时段可以被解释为周期性过程300的一个循环。在图4A和图4B中，这一个循环由字母“D”和附图标记413表示。在循环D结束处(即，时间t4)，循环D重复自身。，图4A中所描绘的电压曲线410和图4B中所描绘的电流曲线420形成了图3和图4A、图4B中所展示的在阶段1(P1)、阶段(P2)、阶段(P3)和阶段(P4)的各个阶段中电弧事件和短路事件的周期性系列。
参照图5A和图5B，分别示出了当系统响应于在短路事件的清除之前开关213的致动时的电压波形510和电流波形520。
如图5A的展示所示，在t0到t1之间的时间间隔(P1)期间，电压510近似恒定在V3的值，而电流近似恒定在I1的值。在时间t1(例如，阶段2(P2)的开始)，电压响应于短路而迅速从大致V3下降至V1。时间间隔t1至t3覆盖与阶段2(P2)和阶段(P3)相关联的持续时间。例如，在从t1到t3的这个时间间隔期间，丝314的末端与工件312的熔池318接触，从而导致短路。
在短路事件开始之后的短路阶段期间，在t1到t2的时段，电流从电流值I1增大到I2，以便在短路期间在电极丝中产生焦耳加热。如图5A中所指示的，在t1到t2之间的时段期间，由于使丝314的末端和熔池318分开的金属逐渐变窄，电压从V1逐渐增大到V2。
响应于来自过程反馈参数的短路即将清除的指示，激活开关213，从而闭合用于替代性电流路径的电路，如t2所示。例如，过程反馈参数可以表示估计或预期的短路清除事件。作为响应，电流在t2减小，以便限制短路清除事件期间的电流量，如t3处电压的上升所指示的。因此，电流的下降限制了由高电流短路清除事件引起的飞溅物的量。
一旦在时间t3短路清除，电压就从V1的近似值迅速增大到V4的近似值，如图5A中指示的。由于迅速增大的电压的过冲效应，V4的值可能高于V3。然而，在t3到t4的时间间隔期间，电压从值V4减小到命令值V3。
t0到t4之间的时段可以被解释为周期性过程300的一个循环。在图5A和图5B中，这一个循环由字母“D”和附图标记513表示。在循环D结束处(即，时间t4)，循环D重复自身。图5A中所描绘的电压曲线510和图5B中所描绘的电流曲线520形成了如图3和图5A、图5B中展示的阶段1(P1)、阶段(P2)、阶段(P3)和阶段(P4)的各个阶段中电弧事件和短路事件的周期性系列。
参照图6A和图6B，分别示出了当系统响应于在短路事件之前或短路事件开始时开关的致动时的电压波形610和电流波形620。
如图6A所示，在t0到t1之间的时间间隔(P1)期间，电压610近似恒定在V3的值，而电流近似恒定在I2的值。在时间t1(例如，阶段2(P2)的开始)，电压响应于短路而迅速从大致V3下降至V1。时间间隔t1至t3覆盖与阶段2(P2)和阶段(P3)相关联的持续时间。例如，在从t1到t3的这个时间间隔期间，丝314的末端与工件312的熔池318接触，从而导致短路。
在由一个或多个反馈参数确定的短路开始时，激活开关以转移来自电极丝的电流，从而将流过丝的电流从值I2减小到I1。因此，在短路事件开始时，流过电极丝的电流水平相对较低，从而减少了所产生的飞溅物的量。
在短路阶段期间，可以停用开关，以允许电流再次流过丝，从而在t1到t2的时段期间将电流值从I1增大到I3，以便在短路期间产生焦耳加热。如图6A中所指示的，在t1到t2之间的时段期间，由于使丝314的末端和熔池318分开的金属逐渐变窄，电压从V1逐渐增大到V2。
一旦在时间t3短路清除，电压就从V1的近似值迅速增大到V4的近似值，如图6A中指示的。由于迅速增大的电压的过冲效应，V4的值可能高于V3。然而，在t3到t4的时间间隔期间，电压从值V4减小到命令值V3。
t0到t4之间的时段可以被解释为周期性过程300的一个循环。在图6A和图6B中，这一个循环由字母“D”和附图标记613表示。在循环D结束处(即，时间t4)，循环D重复自身。图6A中所描绘的电压曲线610和图6B中所描绘的电流曲线620形成了如图3和图6A、图6B中展示的阶段1(P1)、阶段(P2)、阶段(P3)和阶段(P4)的各个阶段中的电弧事件和短路事件的周期性系列。
尽管被公开为单独的过程例程，但是在图5A和图5B中展示的控制波形可以与图6A和图6B中展示的波形一起实施。例如，在短路事件开始或预期短路事件时，电流水平可以减小以允许电极丝以低电流水平接触焊接熔池，如关于图6B所公开的。一旦建立短路，电流就可以增大以促进电极丝中的焦耳加热，如关于图5B和图6B所公开的。如图5B所示，在短路的清除或估计清除时，电流水平可以再次减小，以允许电极丝在低电流水平下断开与焊接件的接触，以避免剧烈的清除事件和相关联的飞溅物。
图7展示了根据本公开的各方面的用于预测短路事件或检测短路事件、并且然后激活图2的次级开关213的方法700的示例。过程700开始于图2中描绘的控制器214监测电弧事件的数量和持续时间(框710)。控制器214执行与方法700有关的监测和控制功能。然而，有可能在一些示例中，监测过程的一部分或全部将由次级开关电路211和/或次级开关213执行。
控制器214确定电弧事件的数量或电弧事件的持续时间是否超过阈值(框712)。如果控制器214在步骤712处确定电弧事件的数量或电弧事件的持续时间超过一个或多个阈值，则控制器214移至步骤714。控制器基于电弧持续时间超过最后N个电弧事件的平均持续时间或根据焊接过程参数中的一个或多个来预测短路事件(框712)。然后，控制器214前进到步骤716，以基于焊接电压超过阈值电压值或电流变化率超过阈值电流变化率值来检测短路事件(框716)。在一些示例中，可以使用计算di/dt来确定电流变化率。
在方法700的步骤712处，控制器214可以确定电弧事件的数量或持续时间未超过阈值。在电弧事件的数量或持续时间未超过阈值的情况下，控制器214继续监测电压(框722)。如果控制器214在步骤724处确定电压超过阈值(框724)，则控制器前进到步骤716，以开始基于焊接电压超过阈值电压值或电流变化率超过阈值电流变化率值来检测短路事件的步骤(框716)。然而，如果在步骤724处，控制器214确定电压未超过阈值，则控制器循环回到步骤710，并监测电弧事件的数量和持续时间(框710)。在步骤716之后，控制器214前进到步骤718，并在预期到短路事件或检测到短路事件时激活次级开关213，以使电流减小到阈值电流值。
图8展示了根据本公开的各方面的用于预测短路事件、并且然后激活次级开关213的方法800的示例。控制器214确定最后N个电弧事件的平均持续时间(框810)。控制器214然后确定最后N个电弧事件的平均持续时间是否超过阈值(框812)。如果在步骤812处，控制器214确定最后N个电弧事件的平均持续时间确实超过阈值，则控制器前进到步骤818，并激活次级开关213以控制电流减小到阈值电流值。然而，如果在步骤812处，控制器214确定最后N个电弧事件的平均持续时间未超过阈值，则控制器214前进到步骤814，以确定焊接参数值(框814)。
在步骤816处，控制器214确定焊接参数值是否超过阈值(框816)。如果控制器214在步骤816处确定焊接参数值未超过阈值，则控制器214循环回到步骤810，以确定最后N个电弧事件的平均持续时间。然而，如果在步骤816处，控制器214确实确定焊接参数值超过阈值，则控制器前进到步骤818并激活次级开关213，并且控制器214调节电流以减小到阈值电流值(框818)。
图9展示了根据本公开的各方面的用于检测短路事件、并且然后激活次级开关213的方法900的示例。在框910中，控制器214监测包括电压和电流的焊接参数(框910)。控制器214然后继续以确定焊接电压的值(框912)。如果在步骤912处，控制器214确定焊接电压超过阈值(框914)，则控制器214前进到步骤920以激活次级开关213并调节电流以减小到阈值电流值。然而，如果在步骤914处，控制器214确定电压未超过阈值，则控制器前进到步骤916，以确定比率di/dt是否超过阈值(框918)。如果在步骤918处，控制器214确定比率di/dt未超过阈值，则控制器214循环回到步骤912，以确定焊接电压的值。然而，如果在步骤918处，控制器214确定比率di/dt超过阈值，则控制器214激活次级开关213并调节电流以减小到阈值电流值。
如本文所描述的，这些系统和方法尤其是在具有高安培数的电极的情况下提供了改进的电弧起弧，并且提供了在焊接时短路清除的优点。此外，采用集成的能量储存装置来增加系统的功率输出是一种改善发动机驱动器上电弧起弧的节约成本的解决方案。
可以用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现本方法和系统。示例实施方式包括专用集成电路和/或可编程控制电路。
如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子部件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，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构成第一“电路”，而在执行第二一行或多行代码时可以构成第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指由“和/或”结合在一起的列表中的任何一个项或多个项。例如，“x和/或y”是指三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”是指“x和y之一或两者”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元素集{(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”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“如”和“例如”给出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，当电路系统包括执行某一功能所必需的硬件和代码(如果有必要)时，电路系统“可操作”以执行该功能，而不管该功能的执行是被禁用还是被启用(例如，通过用户可配置的设置、出厂调节等)。
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换等同物。例如，所公开示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式修改。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本公开的教导。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/或系统将包括无论是从字面上还是在等同物原则下都落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种焊接型系统，包括：
焊接型功率源，所述焊接型功率源被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率；
双向送丝器，所述双向送丝器用于使电极丝前进到工件或从工件缩回；
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置用于测量一个或多个焊接过程参数；以及
开关，所述开关用于为电极丝与工件之间的电弧电流提供替代性电流路径，其中，所述开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路清除事件相对应的第一阈值而闭合，以重新引导所述电弧电流的全部或一部分以使之流过所述替代性电流路径。
2.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述开关被配置用于调节流过所述替代性电流路径的电弧电流的量，以调节所述电弧焊接过程的电压水平或电流水平。
3.如权利要求1所述的焊接型系统，进一步包括控制器，用于：
接收与所述一个或多个焊接过程参数相对应的数据；
将所述数据与将焊接过程参数与短路清除事件进行关联的多个阈值进行比较；并且
基于所述一个或多个焊接过程参数来确定预期的短路事件或短路事件的发生。
4.如权利要求3所述的焊接型系统，进一步包括控制器，用于基于所述一个或多个焊接过程参数来生成控制信号，其中，所述开关被配置用于接收来自所述控制器的所述控制信号并基于所述控制信号来调节流过所述替代性电流路径的电弧电流的量。
5.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述一个或多个焊接过程参数是在所述焊接电极与所述工件之间测量的电压。
6.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述一个或多个焊接过程参数是所述电弧电流的变化率。
7.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述一个或多个焊接过程参数是来自所述焊接型功率源的功率输出。
8.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述开关是基于半导体的器件。
9.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述开关是晶体管器件。
10.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述开关是无源开关，所述无源开关被配置用于自动激活以重新引导所述电弧电流以使之流过所述替代性电流路径。
11.如权利要求1所述的焊接型系统，其中，所述开关进一步被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过第二阈值而在所述短路清除事件之前调节流过所述替代性电流路径的电弧电流的量。
12.如权利要求11所述的焊接型系统，其中，所述第二阈值是与所述焊接型系统相关联的电压变化率、功率变化率或阻抗变化率中的一个。
13.如权利要求12所述的焊接型系统，其中，所述第二阈值对应于短路事件。
14.一种焊接型系统，包括：
焊接型功率源，所述焊接型功率源被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率；
双向送丝器，所述双向送丝器用于使电极丝前进到工件或从工件缩回；
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置用于测量一个或多个焊接过程参数；以及
开关，所述开关用于为电极丝与工件之间的电弧电流提供替代性电流路径，其中，所述开关被配置用于响应于一个或多个焊接过程参数超过与短路事件相对应的阈值而闭合，以重新引导所述电弧电流的全部或一部分以使之流过所述替代性电流路径。
15.如权利要求14所述的焊接型系统，其中，所述阈值是与预期的短路事件相对应的第一阈值，所述一个或多个焊接过程参数包括与所述电弧焊接过程相关联的电压或阻抗。
16.如权利要求14所述的焊接型系统，其中，所述阈值是与预期的短路事件相对应的第二阈值，所述一个或多个焊接过程参数包括超过一个或多个电弧事件的代表性持续时间的所测量电弧事件持续时间。
17.如权利要求14所述的焊接型系统，其中，所述阈值是与检测到的短路事件相对应的第三阈值，所述一个或多个焊接过程参数包括电压、或所述电弧电流的变化率。
18.如权利要求14所述的焊接型系统，进一步包括控制器，用于：
接收与所述一个或多个焊接过程参数相对应的数据；
将所述数据与将焊接过程参数与预期的短路事件或检测到的短路事件进行关联的多个阈值进行比较；并且
基于所述一个或多个焊接过程参数识别预期的短路事件或短路事件的发生。
19.如权利要求14所述的焊接型系统，进一步包括控制器，用于基于所述一个或多个焊接过程参数来生成控制信号，其中，所述开关被配置用于基于所述控制信号来完全或部分地闭合，以调节流过所述替代性电流路径的电弧电流的量。
20.如权利要求14所述的焊接型系统，其中，所述焊接型系统被配置用于执行增材制造操作。
CN202010076856.2A 2019-01-24 2020-01-23 具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法 Pending CN111468802A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962796342P 2019-01-24 2019-01-24
US62/796,342 2019-01-24
US16/737,636 2020-01-08
US16/737,636 US20200238418A1 (en) 2019-01-24 2020-01-08 Systems and methods with integrated switch for controlled short circuit welding processes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111468802A true CN111468802A (zh) 2020-07-31

Family

ID=69185347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010076856.2A Pending CN111468802A (zh) 2019-01-24 2020-01-23 具有集成开关的用于受控短路焊接过程的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200238418A1 (zh)
EP (1) EP3685948B1 (zh)
CN (1) CN111468802A (zh)
CA (1) CA3068017A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112611942A (zh) * 2020-12-22 2021-04-06 昆明理工大学 一种电缆初期电弧故障建模方法
CN113102863A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 广西建工集团第一安装工程有限公司 一种高效轧辊轮齿硬质合金堆焊系统及堆焊方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4125759A (en) * 1974-10-17 1978-11-14 Osaka Transformer Co., Ltd. Method and apparatus for shortcircuiting arc welding
CN1033448A (zh) * 1986-12-11 1989-06-21 林肯电学公司 控制短路型焊接系统的方法和装置
US5043557A (en) * 1988-06-29 1991-08-27 Mitsubishi Denki K.K. Load voltage detecting device for use in an apparatus for supplying a current variable with time to a load section
US20020008095A1 (en) * 2000-01-27 2002-01-24 John Norrish Welding control system
US20040016735A1 (en) * 2002-07-23 2004-01-29 Gerd Huismann Method and apparatus for retracting and advancing a welding wire
US20050184039A1 (en) * 2004-02-23 2005-08-25 Lincoln Global, Inc. Short circuit arc welder and method of controlling same
EP1666183A1 (en) * 2003-09-26 2006-06-07 Tsinghua University Method and system for reducing spatter in short circuit transition procedure for gas-shielded welding
CN101421068A (zh) * 2006-04-12 2009-04-29 弗罗纽斯国际有限公司 用于对工件进行焊接的方法
CN102470475A (zh) * 2009-08-10 2012-05-23 弗罗纽斯国际有限公司 用于在短弧焊接期间断开短路的方法以及用于短弧焊接的焊接装置
US20130327753A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Illinois Tool Works Inc. Controlled waveform welding wire feeder system and method
US20150209889A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
CN105636734A (zh) * 2013-10-30 2016-06-01 伊利诺斯工具制品有限公司 从电压和电流反馈提取电弧长度
US20160167151A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Illinois Tool Works Inc. Reduced energy welding system and method
CN105980093A (zh) * 2013-11-22 2016-09-28 伊利诺斯工具制品有限公司 具有总线控制系统的焊接送丝机以及操作具有总线控制系统的焊接送丝机的方法
US20160288235A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Illinois Tool Works Inc. Controlled short circuit welding system and method
US20160368075A1 (en) * 2014-03-10 2016-12-22 Daihen Corporation Arc welding control method
US20170072499A1 (en) * 2015-06-18 2017-03-16 Illinois Tool Works Inc. Welding system with arc control

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546234A (en) * 1983-08-11 1985-10-08 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Output control of short circuit welding power source
US6906284B2 (en) * 1998-12-24 2005-06-14 You-Chul Kim Arc welding method
US6974931B2 (en) * 2003-05-07 2005-12-13 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for pulse and short circuit arc welding
US6933466B2 (en) * 2003-05-08 2005-08-23 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for arc welding with wire heat control
US9085041B2 (en) * 2009-01-13 2015-07-21 Lincoln Global, Inc. Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding
CN105445611B (zh) * 2014-05-30 2019-11-08 西门子公司 故障电弧的检测方法和检测装置
US20180036822A1 (en) * 2015-06-18 2018-02-08 Illinois Tool Works Inc. Welding system with arc control
US10722967B2 (en) * 2017-01-27 2020-07-28 Lincoln Global, Inc. Apparatus and method for welding with AC waveform
US11370051B2 (en) * 2018-10-30 2022-06-28 Lincoln Global, Inc. Time-based short circuit response

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4125759A (en) * 1974-10-17 1978-11-14 Osaka Transformer Co., Ltd. Method and apparatus for shortcircuiting arc welding
CN1033448A (zh) * 1986-12-11 1989-06-21 林肯电学公司 控制短路型焊接系统的方法和装置
US5043557A (en) * 1988-06-29 1991-08-27 Mitsubishi Denki K.K. Load voltage detecting device for use in an apparatus for supplying a current variable with time to a load section
US20020008095A1 (en) * 2000-01-27 2002-01-24 John Norrish Welding control system
US20040016735A1 (en) * 2002-07-23 2004-01-29 Gerd Huismann Method and apparatus for retracting and advancing a welding wire
EP1666183A1 (en) * 2003-09-26 2006-06-07 Tsinghua University Method and system for reducing spatter in short circuit transition procedure for gas-shielded welding
US20050184039A1 (en) * 2004-02-23 2005-08-25 Lincoln Global, Inc. Short circuit arc welder and method of controlling same
CN101421068A (zh) * 2006-04-12 2009-04-29 弗罗纽斯国际有限公司 用于对工件进行焊接的方法
CN102470475A (zh) * 2009-08-10 2012-05-23 弗罗纽斯国际有限公司 用于在短弧焊接期间断开短路的方法以及用于短弧焊接的焊接装置
US20120132632A1 (en) * 2009-08-10 2012-05-31 Fronius International Gmbh Method for disconnecting a short circuit during short-arc welding and welding device for short-arc welding
US20130327753A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Illinois Tool Works Inc. Controlled waveform welding wire feeder system and method
CN104379290A (zh) * 2012-06-08 2015-02-25 伊利诺斯工具制品有限公司 受控波形焊接送丝机系统及方法
CN105636734A (zh) * 2013-10-30 2016-06-01 伊利诺斯工具制品有限公司 从电压和电流反馈提取电弧长度
CN105980093A (zh) * 2013-11-22 2016-09-28 伊利诺斯工具制品有限公司 具有总线控制系统的焊接送丝机以及操作具有总线控制系统的焊接送丝机的方法
US20150209889A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
US20160368075A1 (en) * 2014-03-10 2016-12-22 Daihen Corporation Arc welding control method
US20160167151A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Illinois Tool Works Inc. Reduced energy welding system and method
CN107530813A (zh) * 2014-12-11 2018-01-02 伊利诺斯工具制品有限公司 利用减少能量焊接的焊接系统和方法
US20160288235A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Illinois Tool Works Inc. Controlled short circuit welding system and method
US20170072499A1 (en) * 2015-06-18 2017-03-16 Illinois Tool Works Inc. Welding system with arc control

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
温旭辉;刘钧;赵峰;孔亮;王又珑;: "车用高性能永磁电机驱动系统的研发", 汽车工程, no. 10, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 44 *
白文杰;区智明;孙晓明;: "短路过渡电弧控制系统自调性能的分析和研究", 电焊机, 31 December 2011 (2011-12-31), pages 28 - 31 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112611942A (zh) * 2020-12-22 2021-04-06 昆明理工大学 一种电缆初期电弧故障建模方法
CN112611942B (zh) * 2020-12-22 2022-09-30 昆明理工大学 一种电缆初期电弧故障建模方法
CN113102863A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 广西建工集团第一安装工程有限公司 一种高效轧辊轮齿硬质合金堆焊系统及堆焊方法
CN113102863B (zh) * 2021-05-28 2023-03-21 广西建工集团第一安装工程有限公司 一种高效轧辊轮齿硬质合金堆焊系统及堆焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3685948A1 (en) 2020-07-29
CA3068017A1 (en) 2020-07-24
EP3685948B1 (en) 2023-08-23
US20200238418A1 (en) 2020-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11253940B2 (en) Reduced energy welding system and method
US9987701B2 (en) Hybrid pulsed-short circuit welding regime
CA3038114C (en) System and method for short arc welding
JP2016506873A (ja) 溶接ワイヤ予熱システムおよび方法
KR20150086555A (ko) 다빙 펄스 용접 시스템 및 방법
US11911859B2 (en) Systems, methods, and apparatus to provide preheat voltage feedback loss protection
CN112423928B (zh) 用于受控短路焊接系统中的缓冲器感测的系统和方法
EP3685948B1 (en) Systems with integrated switch for controlled short circuit welding processes
CN111683778A (zh) 用于预热焊丝的系统、方法和设备
EP3705219B1 (en) Systems for controlled arc and short phase time adjustment
US20200238421A1 (en) Systems and methods for controlling drive roll contact force in welding-type systems
US12036630B2 (en) Systems and methods for controlling heat input during short-circuiting type welding processes
EP3523080A1 (en) Method and apparatus for welding with improved start

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination