CN111843113A - 用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备 - Google Patents

用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111843113A
CN111843113A CN202010350111.0A CN202010350111A CN111843113A CN 111843113 A CN111843113 A CN 111843113A CN 202010350111 A CN202010350111 A CN 202010350111A CN 111843113 A CN111843113 A CN 111843113A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
welding
output
conversion circuitry
power supply
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
CN202010350111.0A
Other languages
English (en)
Inventor
克雷格·斯蒂芬·克诺那
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 CN111843113A publication Critical patent/CN111843113A/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
    • B23K9/095—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
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1093—Consumable electrode or filler wire preheat 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
    • 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
    • B23K9/10—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
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • 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
    • B23K9/1006—Power supply
    • B23K9/1043—Power supply characterised by the electric circuit
    • 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
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire
    • B23K9/125—Feeding of electrodes
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer

Landscapes

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

Abstract

一种示例焊接功率供应器，包括：功率输入，所述功率输入被配置为接收交流(AC)输入功率；以及功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置为：将所述输入功率的第一部分转换成焊接功率；将所述焊接功率输出到焊接电路；将所述输入功率的第二部分转换成预加热功率；以及将所述预加热功率输出到预加热器。

Description

用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备
相关申请
本专利要求2019年4月30日提交的发明名称为“METHODS AND APPARATUS TOPROVIDE WELDING-TYPE POWER AND PREHEATING POWER[用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备]”的美国临时专利申请序列号62/841,153的权益。美国专利申请序列号62/841,153的全部内容通过援引明确并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及焊接，更具体地涉及用于将焊接型功率转换成焊接型功率和电阻预加热功率的方法和设备。
焊接是在所有行业中越来越普遍的过程。焊接就其本质简单来说是使两块金属结合的方式。各种各样的焊接系统和焊接控制方案已经被实施用于各种用途。在连续焊接操作中，熔化极惰性气体保护焊(MIG)和埋弧焊(SAW)技术允许通过从焊炬送给被惰性气体保护的焊接电极丝和/或通过助焊剂来形成连续焊道。这种送丝系统可供用于其他焊接系统，比如钨极惰性气体保护(TIG)焊。向焊丝施加电功率并且通过工件补全电路以维持使电极丝和工件熔化从而形成所需焊缝的焊接电弧。
发明内容
公开了、基本上通过至少一张图图示并且结合该至少一张图描述的、如同在权利要求中更完整地阐述了用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备。
附图说明
图1图示了根据本公开的各方面的示例焊接功率供应器，该焊接功率供应器被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。
图2是可以用于实现图1的功率转换电路系统的示例功率转换电路系统的示意图。
图3图示了根据本公开的各方面的另一示例焊接系统，该焊接系统被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率，该焊接系统包括送丝组件，该送丝组件在焊接功率供应器的壳体内具有预加热器。
图4图示了根据本公开的各方面的另一示例焊接系统，该焊接系统被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。
图5图示了根据本公开的各方面的另一个示例焊接系统，该焊接系统被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率，该焊接系统包括被配置为联接到焊接端子的功率总线。
图6是表示示例机器可读指令的流程图，这些指令可以由图1、图3、图4和/或图5的示例焊接功率供应器执行，以将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。
图7图示了根据本公开的各方面的另一示例焊接功率供应器，该焊接功率供应器被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。
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
出于促进对本公开的原理的理解的目的，现在将参考附图中所示的示例，并且将使用特定语言来描述这些示例。然而应理解，本公开并不意在限制权利要求的范围。如本公开所涉及的技术领域中的技术人员通常将想到的，设想了所示示例中的修改和本文中所示的本公开的原理的这种进一步应用。
本文中公开了用于向焊炬提供预加热功率和焊接功率的系统和方法。特别地，所公开的示例系统包括焊接型电源，该焊接型电源被配置为向焊炬输出焊接功率和预加热功率，以用于在电弧之前预加热电极丝。在一些示例中，一个或多个功率转换电路包括在单个焊接电源(该单个焊接电源也可以包括送丝组件)内以由单个功率输入生成和输出预加热功率和焊接功率两者。
尽管常规预加热技术涉及具有多个电源和/或能够协调预加热和焊接输出以获得有效的焊接结果的控制电路系统，但是所公开的示例系统和方法可以降低使用焊丝预加热进行焊接时涉及的复杂性和/或成本。例如，从常规焊接型电源转换到也提供预加热功率的焊接型电源的操作员可以从购买和使用能够输出焊接功率和预加热功率两者的单个电源中受益。
通过从单个电源提供焊接功率和预加热功率两者，并且在一些示例中提供送丝，所公开的系统和方法使得焊接操作员能够利用焊丝预加热的益处，比如减少对焊缝的热量输入、增加熔覆、减少过程从熔滴转移到喷射转移的能量、和/或减少电极丝和所得到的焊缝中的氢。
如本文中所使用的，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)。如本文中所使用的，例如，当执行第一组一行或多行代码时，特定处理器和存储器可以构成第一“电路”，并且当执行第二组一行或多行第二代码时，可以构成第二“电路”。如本文中所使用的，“和/或”是指清单中由“和/或”连接的项中的任何一项或多项。例如，“x和/或y”是指三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“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”是指七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文中所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或范例。如本文中所使用的，术语“例如(e.g.)”和“比如(for example)”给出一个或多个非限制性示例、实例、或范例的清单。如本文中所使用的，每当电路系统包括用于执行某一功能所必要的硬件和代码(如果需要)时，电路系统“能操作”用于执行该功能，而该功能的执行是被禁用或未被启用(例如，通过操作员可配置的设置、出厂调节等)。
如本文中所使用的，送丝焊接型系统是指能够执行焊接(例如，熔化极气体保护焊(GMAW)、钨极惰性气体保护焊(GTAW)、埋弧焊(SAW)等)、钎焊、熔覆、耐磨堆焊和/或其他过程的系统，其中，通过送给到工作位置(比如电弧或焊接熔池)的焊丝提供填料金属。
如本文中所使用的，焊接型电源是指在被施加功率时能够为焊接、熔覆、等离子切割、感应加热、激光加工(包括激光焊接和激光熔覆)、碳弧切割或熔刮、和/或电阻预加热供电的任何装置，包括但不限于变压器-整流器、逆变器、转换器、谐振功率供应器、准谐振功率供应器、开关模式功率供应器等、以及与其相关联的控制电路系统和其他辅助电路系统。术语“电源”和“功率供应器”在本文中可互换使用。
如本文中所使用的，预加热是指在电极丝的行进路径上的焊接电弧和/或熔敷之前加热电极丝。
一些公开的示例描述了“从”电路和/或功率供应器中的某些位置传导电流和/或将电流传导“到”电路和/或功率供应器中的某些位置。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元件或部分导电的元件。用于描述电流传导的术语“从”、“到”和“提供”并不需要电流的方向或极性。相反，即使提供或图示了示例电流极性或方向，对于给定电路，这些电流也可以沿任一方向传导或具有任一极性。
所公开的示例焊接功率供应器包括被配置为接收交流(AC)输入功率的功率输入、以及功率转换电路系统。功率转换电路系统被配置为将输入功率的第一部分转换成焊接功率，将焊接功率输出到焊接电路，将输入功率的第二部分转换成预加热功率，并将预加热功率输出到预加热器。
一些示例焊接功率供应器进一步包括：整流器，该整流器被配置为对AC输入功率进行整流；以及预调节器电路，该预调节器电路被配置为将整流后的AC输入功率转换为中间功率，其中，输入功率的第一部分和第二部分在第一功率转换电路系统和第二功率转换电路系统处被接收作为中间功率。在一些示例焊接功率供应器中，功率转换电路系统包括：第一功率转换电路系统，该第一功率转换电路系统被配置为将输入功率的第一部分转换成焊接功率并将焊接功率输出到焊接电路；以及第二功率转换电路系统，该第二功率转换电路系统被配置为将输入功率的第二部分转换成预加热功率并将预加热功率输出到预加热电路。在一些示例中，第一功率转换电路系统包括第一功率转换器和第一变压器，并且第二功率转换电路系统包括第二功率转换器和第二变压器。
在一些示例焊接功率供应器中，功率转换电路系统包括：整流器，该整流器被配置为将AC输入功率转换到具有第一DC电压的第一DC总线；第一功率转换电路系统，该第一功率转换电路系统被配置为将第一DC电压转换成第二DC电压；第二功率转换电路系统，该第二功率转换电路系统被配置为至少经由第一逆变器和第一变压器将第二DC电压转换成焊接功率，并将焊接功率输出到焊接电路；以及第三功率转换电路系统，该第三功率转换电路系统被配置为至少经由第二逆变器和第二变压器将第二DC电压转换成预加热功率，并将预加热功率输出到预加热器。
一些示例焊接功率供应器进一步包括第一连接器，该第一连接器被配置为输出焊接功率；以及第二连接器，该第二连接器被配置为输出预加热功率。一些示例焊接功率供应器进一步包括第三连接器，该第三连接器被配置为传导焊接功率或预加热功率中的至少一个。一些示例焊接功率供应器进一步包括：用于输出焊接功率的第一和第二端子；以及送丝组件，该送丝组件包括接触元件，该接触元件被配置为预加热器的一部分并且将预加热功率传导到由送丝器送给的电极丝。在一些示例中，接触元件包括送丝辊或空转辊中的至少一个。
一些示例焊接功率供应器进一步包括被配置为输出焊接功率的第一和第二焊接端子、以及送丝组件。送丝组件包括：送丝辊，该送丝辊被配置为将电极丝送给到连接到焊接功率供应器的第三端子；第一功率总线，该第一功率总线被配置为当第三端子连接到焊接功率供应器时电联接到第三端子的第二功率总线，其中，功率转换电路系统被配置为经由第一功率总线和经由第一焊接端子或第二焊接端子输出预加热功率；以及第三功率总线，该第三功率总线被配置为当第三端子连接到焊接功率供应器时电联接到第三端子的第四功率总线，该送丝组件被配置为将第一焊接端子或第二焊接端子联接到第三功率总线，以使得焊接功率能够输出到焊接电路。
在一些示例中，功率转换电路系统包括多个开关模式功率供应器。在一些示例中，该预加热器包括以下中的至少一个：预加热电路，所述预加热电路包括电极丝的位于第一接触点与第二接触点之间的部分；感应线圈，所述感应线圈被配置为加热所述电极丝；钨电极，所述钨电极被配置为建立到所述电极丝的电弧；激光器，所述激光器被配置为向所述电极丝输出能量；加热线圈，所述加热线圈被配置为通过辐射加热所述电极丝；或对流加热材料，所述对流加热材料被配置为接触所述电极丝以将热量传递至所述电极丝。
一些示例焊接电源进一步包括控制电路系统，该控制电路系统被配置为控制功率转换电路系统来转换输入功率的第一部分和输入功率的第二部分。在一些示例中，控制电路系统被配置为基于焊接过程参数来确定要由功率转换电路系统输出的焊接功率或要由功率转换电路系统输出的预加热功率中的至少一个。在一些示例中，焊接过程参数包括工件厚度、工件材料、焊丝材料、焊丝类型、焊丝直径、气体类型、或总热量输入限值中的至少一个。在一些示例中，控制电路系统被配置为基于焊接过程参数来确定焊接电压、焊接电流、送丝速度、电感、焊接脉冲宽度、相对脉冲幅度、波形、预加热电压、预加热电流、预加热脉冲、预加热电阻或预加热能量输入中的至少一个。
图1图示了示例焊接系统10，该焊接系统包括焊接电源12，该焊接电源被配置为将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。图1的示例焊接系统10包括焊接电源12和预加热焊炬14。焊炬14可以是基于所需的焊接应用被配置用于任何送丝焊接过程的焊炬，该送丝焊接过程是比如熔化极气体保护焊(GMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、自保护FCAW和/或埋弧焊(SAW)。
焊接电源12将来自主电源22的输入功率转换成被输出到焊炬14的输出焊接功率和/或预加热功率中的一个或两个。在图1的示例中，焊接电源还将填料金属供应到被配置用于GMAW焊接、FCAW焊接或SAW焊接的焊炬14。
焊接电源12联接到或包括主电源22，比如供应主要功率的电网或发动机驱动的发电机，该主要功率可以是单相或三相AC电源。例如，焊接电源12可以是发动机驱动的焊接电源，其在焊接电源12内包括提供主要功率22的发动机和发电机。焊接电源12可以处理主要功率22以输出焊接型功率，以便于经由焊炬电缆50输出到焊炬14。
功率转换电路系统30将主要功率(例如AC功率)转换成作为直流(DC)或AC的焊接型功率，并转换成预加热功率。示例预加热功率可以包括DC和/或AC电流，当传导通过电极线54的一部分时，该电流提供电阻加热或焦耳加热。本文公开的预加热功率的附加示例可以包括在电极线54内提供感应加热的高频AC电流、和/或适合于热丝技术、基于电弧的预加热(其中电弧用于在焊接电弧之前向焊丝施加热量)、基于激光的预加热、辐射加热、对流加热、和/或任何其他形式的焊丝加热的功率。功率转换电路系统30可以包括电路元件，比如变压器、开关、升压转换器、逆变器、降压转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、正向转换器、逆向转换器、内部总线、总线电容器、电压和电流传感器和/或任何其他用于将输入功率转换为焊接功率和预加热功率并将焊接功率和预加热功率输出至焊炬14的拓扑结构和/或电路系统。下面更详细地公开了功率转换电路系统30的示例实现方式。
输入功率的第一部分和第二部分可以按时间划分(例如，第一部分在第一时间使用，而第二部分在第二时间使用)和/或在给定时间被划分为总输送功率的一部分。功率转换电路系统30将焊接功率输出到焊接电路，并将预加热功率输出到预加热电路或其他预加热器。焊接电路和预加热电路可以使用焊炬14、焊接附件和/或电源12的任意组合来实现。
功率转换电路系统30可以包括电路元件，比如升压转换器。在一些示例中，功率转换电路系统30接收的主要功率22是在大约110V与575V之间、大约110V与480V之间或者大约110V与240V之间的AC电压。如参考输入功率所使用的，术语“大致”可以指在所需电压的±5伏特内或10％内。
功率转换电路系统30可以被配置为将输入功率转换为任何常规的和/或将来的焊接型输出。示例功率转换电路系统30可以实现一个或多个受控电压控制环路、一个或多个受控电流控制环路、一个或多个受控功率控制环路和/或一个或多个受控电阻控制环路，以控制输出到焊接电路和/或到预加热电路的电压和/或电流。如下面更详细描述的，可以使用一个或多个转换电路(比如多个转换电路)来实现功率转换电路系统30，在所述多个转换电路中，使用单独一个的转换电路来产生焊接型输出和预加热输出中的每一个。
在一些示例中，功率转换电路系统30被配置为将输入功率转换为受控波形焊接输出，比如脉冲焊接过程或短路焊接过程(例如，金属熔敷控制(RMDTM))。例如，RMDTM焊接过程利用受控波形焊接输出，该受控波形焊接输出的电流波形在短路周期内的特定时间点会发生变化。
焊接电源12包括控制电路系统32和操作员界面34。控制电路系统32控制焊接电源12的操作，并且可以从操作员界面34接收输入，操作员可以通过该界面选择焊接过程(例如，GMAW、FCAW、SAW)并输入所需的输入功率参数(例如，电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接方案等等)。控制电路系统32可以被配置为接收和处理关于系统10的性能和需求的多个输入。
控制电路系统32包括控制电源12的操作的一个或多个控制器和/或处理器36。控制电路系统32接收并处理与系统的性能和需求相关联的多个输入。(多个)处理器36可以包括一个或多个微处理器，比如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或ASICS、一个或多个微控制器、和/或任何其他类型的处理和/或逻辑装置。例如，控制电路系统32可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)。控制电路系统32可以包括比如继电器电路系统、电压与电流感测电路系统、功率储存电路系统等电路系统和/或其他电路系统，并且被配置为感测由电源12接收的主要功率22。
示例控制电路系统32包括一个或多个存储器装置38。(多个)存储器装置38可以包括易失性和/或非易失性存储器和/或存储装置，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器、固态存储装置和/或任何其他合适的光学、磁性和/或固态存储介质。(多个)存储器装置38存储数据(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。用于焊接应用的存储数据的示例包括焊炬的姿态(例如，取向)、接触端头与工件之间的距离、电压、电流、焊接装置设置等等。存储器装置38可以存储供处理器36执行的机器可执行指令(例如，固件或软件)。此外或可替代地，不同焊接过程的一个或多个控制方案与相关联的设置和参数一起可以与被配置为在操作期间提供特定输出(例如，开始送丝、启用气体流、捕捉焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅物的量)的机器可执行指令一起存储在(多个)存储器装置38中。
示例操作员界面34使得能够控制或调节焊接系统10的参数。操作员界面34联接到控制电路系统32，以使操作员通过选择焊丝尺寸、焊丝类型、材料和气体参数来选择和调节焊接过程(例如，脉冲、短路、FCAW)。操作员界面34联接到控制电路系统32，以用于控制用于焊接应用的电压、安培数、功率、电阻、送丝速度和电弧长度。操作员界面34可以使用任何输入装置来接收输入，比如经由小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线装置等。
操作员界面34可以接收指定工件厚度、工件材料、焊丝材料(例如，钢、铝)、焊丝类型(例如，实心的、包芯的)、焊丝直径、气体类型和/或任何其他参数的输入。在接收到输入后，控制电路系统32确定用于焊接应用的焊接输出。例如，控制电路系统32可以至少部分地基于通过操作员界面34接收的输入来确定焊接过程的焊接电压、焊接电流、送丝速度、电感、焊接脉冲宽度、相对脉冲幅度、波形、预加热电压、预加热电流、预加热脉冲、预加热电阻、预加热能量输入和/或任何其他焊接和/或预加热参数。
在一些示例中，焊接电源12可以包括极性反转电路系统。极性反转电路系统在由控制电路系统32指示时反转输出焊接型功率的极性。例如，一些焊接过程(比如TIG焊接)可以在电极具有负极性(被称为DC电极负性)(DCEN)时实现所需的焊接。其他焊接过程(比如粘焊或GMAW焊接)可以在电极具有正极性(被称为DC电极正性)(DCEP)时实现所需的焊接。当在TIG焊接过程和GMAW焊接过程之间切换时，极性反转电路系统可以被配置为将极性从DCEN转换为DCEP。
此外或可替代地，操作员可以在不了解极性的情况下简单地将焊炬14连接到电源12，比如当焊炬位于距电源12相当大的距离处时。控制电路系统32可以响应于通过通信电路系统接收的信号和/或基于所选择的或确定的焊接过程，指示极性反转电路系统反转极性。
在一些示例中，电源12包括通信电路系统。例如，通信电路系统可以被配置为与焊炬14、附件和/或联接到功率电缆和/或通信端口的(多个)其他装置通信。通信电路系统通过用于供应焊接型功率的焊接功率电缆发送和接收命令和/或反馈信号。此外或可替代地，通信电路系统可以与焊炬14和/或其他(多个)装置无线地通信。
对于一些焊接过程(例如，GMAW)，在焊接过程中利用保护气体。在图1的示例中，焊接电源12包括一个或多个被配置为控制来自气体源48的气体流量的气体控制阀46。控制电路系统32控制气体控制阀46。焊接电源12可以联接到一个或多个气体源48，因为例如一些焊接过程可能利用与其他焊接过程不同的保护气体。在一些示例中，焊接电源12被配置为经由组合式焊炬电缆50将气体和焊接功率和/或预加热功率一起供应至焊炬14。在其他示例中，气体控制阀46和气体源48可以与焊接电源12分开。例如，气体控制阀46可以被设置成经由连接器连接到组合式焊炬电缆50。
示例电源12包括送丝组件60，该送丝组件向焊炬14供应电极丝54以便进行焊接操作。送丝组件60包括比如焊丝卷轴64和被配置为向驱动辊68提供动力的送丝驱动器等元件。送丝组件60沿焊炬电缆50向焊炬14送给电极丝54。可以通过联接至焊炬14的焊炬电缆50和/或联接至工件44的工作电缆42来供应焊接输出。如下面更详细地公开的，预加热输出可以被供应给焊炬14(或经由送丝组件60中的连接供应到另一个部件)、经由一个或多个预加热功率端子被供应到焊炬14、和/或被供应到在送丝组件60内或在焊接电源12的壳体86内的预加热器。
示例电源12联接至预加热GMAW焊炬14，该焊炬被配置为向焊接应用供应气体、电极丝54和电功率。如下面更详细讨论的，焊接电源12被配置为接收输入功率，将输入功率的第一部分转换成焊接功率，并将焊接功率输出到焊接电路，并将输入功率的第二部分转换成预加热功率，并将预加热功率输出到预加热电路或其他预加热器。
示例焊炬14包括第一接触端头18和第二接触端头20。电极丝54从送丝组件60被送给到焊炬14并穿过接触端头18、20，以在电极丝54与工件44之间产生焊接电弧26。预加热电路包括第一接触端头18、第二接触端头20以及电极丝54的位于第一接触端头18与第二接触端头20之间的部分56。示例电源12进一步联接至工作电缆42，该工作电缆联接至工件44。
在操作中，电极丝54穿过第二接触端头20和第一接触端头18，在该第二接触端头与第一接触端头之间，功率转换电路系统30输出预加热电流以加热电极丝54。具体地，在图1所示的配置中，预加热电流经由第二接触端头20进入电极丝54，并且经由第一接触端头18离开电极丝54。然而，预加热电流可以沿相反的方向传导。在第一接触端头18处，焊接电流也可以进入(或离开)电极丝54。
焊接电流由功率转换电路系统30输出，该功率转换电路系统从主电源22获得预加热功率和焊接功率。焊接电流经由工件44离开电极丝54，进而产生焊接电弧26。当电极线54与工件44接触时，电路被补全，并且焊接电流流过电极线54、流过(多个)金属工件44，并经由工作电缆42返回到功率转换电路系统30。焊接电流使电极丝54和与电极线54相接触的(多个)工件44的母体金属熔化，由此在熔化物凝固时将多个工件结合在一起。通过预加热电极丝54，可以通过大为减小的电弧能量产生焊接电弧26。一般而言，预加热电流同接触端头18、20与电极丝54之间的距离大小成比例。
在操作期间，功率转换电路系统30建立预加热电路，以将预加热电流传导通过电极丝54的区段56。预加热电流经由第一导体102从功率转换电路系统30流到第二接触端头20，流过电极线54的区段56到达第一接触端头18，并经由将功率转换电路系统30连接到第一接触端头18的第二电缆104返回到功率转换电路系统30。导体102、104中的任一个、两者都可以与其他电缆和/或导管组合或都不与其组合。例如，导体102和/或导体104可以是电缆50的一部分。在其他示例中，导体104被包括在电缆50内，并且导体102单独地通往焊炬14。为此，电源12可以包括一个到三个端子，一根或多根电缆可以物理连接到这些端子上，以建立预加热连接、焊接连接和工作连接。例如，可以使用不同连接之间的适当绝缘将多个连接实现在单个端子中。
在图1所示的示例中，电源12包括两个端子106、108，这两个端子被配置为向接触端头20和工作电缆42输出焊接功率。导体104将端子106联接到焊炬14，该焊炬从导体104向接触端头20提供功率。工作电缆42将端子108联接到工件44。示例端子106、108可以具有指定的极性，或者可以具有可反转的极性。
因为预加热电流路径在第一接触端头18与功率转换电路系统30之间的连接(例如，经由导体104)上与焊接电流路径是重叠的，所以相比为流到第一接触端头18的焊接电流和流到第一接触端头18的预加热电流提供不同的连接，电缆50可以在第一接触端头18与功率转换电路系统30之间实现更有成本效益的单个连接(例如，单根电缆)。
示例电源12包括壳体86，控制电路系统32、功率转换电路系统30、送丝组件60、操作员界面34和/或气体控制阀46被容置在该壳体内。在功率转换电路系统30包括多个功率转换电路(例如，预加热功率转换电路和焊接功率转换电路)的示例中，所有的功率转换电路都包括在壳体86中。
图2是示例功率转换电路系统200的示意图，该功率转换电路系统可以用于实现图1的功率转换电路系统30，以用于转换输入功率以输出焊接功率和预加热功率。
图2的示例功率转换电路系统200包括预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204。预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204均联接到作为输入功率源的主要功率22。在图2的示例中，主要功率22是单相AC功率。功率转换电路系统200包括整流器206，该整流器对AC输入功率进行整流以提供第一DC总线电压208。
升压转换器210可以用于将第一DC总线电压208转换成期望的第二DC总线电压212。升压转换器210可以实现预调节器电路，以将经整流的功率(例如，第一DC总线电压)转换成中间功率(例如，第二DC总线电压212)。在其他示例中，预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204中的每一个可以使用不同的升压转换器被供应以不同的DC电压，和/或升压转换器210可以供应单独的DC总线(具有对应的能量储存元件)，以在不同的时间段内为预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204中的每一个供应不同的DC输入电压。预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204共享同一个输入功率源(例如，主要功率22)，即使输入功率可以以任何适当的方式在预加热功率转换电路系统202与焊接功率转换电路系统204之间进行划分。
预加热功率转换电路系统202将第二DC总线电压212转换成预加热输出214，并且焊接功率转换电路系统204将第二DC总线电压212转换成焊接输出216。示例预加热输出214和焊接输出216中的每一个使用逆变器和/或变压器(例如，预加热功率转换电路系统202中的第一变压器、焊接功率转换电路系统204中的第二变压器)的不同组合来产生。
示例控制电路系统32控制示例预加热功率转换电路系统202、示例焊接功率转换电路系统204和示例升压转换器210中的开关Q1、Q2、Q3、Q4和Q5。通过控制开关Q1-Q5，示例控制电路系统可以控制第二DC总线电压212、预加热输出214和/或焊接输出216，以根据配置的预加热参数(例如，预加热电压、预加热电流等)和/或配置的焊接参数(例如，焊接电压、焊接电流、脉冲参数、AC频率等)输出预加热输出214和/或焊接输出216。
如图2所示，示例预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204各自是将第一DC总线转换成输出的正向转换器。虽然示例预加热功率转换电路系统202和示例焊接功率转换电路系统204在本文中被描述为正向转换器电路，但是可以使用任何其他拓扑实现预加热功率转换电路系统202和焊接功率转换电路系统204中的任意一个或两个，比如开关模式功率供应器、全桥和/或半桥拓扑、和/或基于逆变器的转换器电路。
控制电路系统32、操作员界面34、气体控制阀46和/或送丝组件60可以使用预加热输出214、焊接输出216和/或可以转换主要功率22的一(多个)部分的一个或多个附加的和/或不同的功率转换电路来供电。
在一些示例中，控制电路系统32被配置为调节焊接功率转换电路系统204的控制，以基于预加热输出来调节焊接输出216，比如保持一致的焊接热量输入和/或增加熔覆。例如，控制电路系统32可以基于控制预加热功率转换电路系统202增加预加热输出214来经由焊接功率转换电路系统204减小焊接输出216(例如，焊接电压和/或焊接电流)。
图3图示了另一个示例焊接电源300，该焊接电源被配置为将输入功率(例如，主要功率22)转换成焊接功率(例如，焊接输出216)和预加热功率(例如，预加热输出214)。示例焊接电源300包括功率转换电路系统30、控制电路系统32、操作员界面34、(多个)处理器36、存储器38、气体控制阀46、壳体86和端子106、108。示例电源300接收主要功率22作为到功率转换电路系统30的输入功率。
示例焊接电源300进一步包括送丝组件302，该送丝组件可以类似于图1的送丝组件60。送丝组件60包括焊丝卷轴64、送丝驱动器和驱动辊68。示例送丝组件302进一步包括焊丝预加热器304(即，在焊接电源300所在的与功率转换电路系统30所在相同的壳体86内)。
在图3的示例中，功率转换电路系统30将预加热输出214输出到壳体86内(例如，送丝组件302内)的焊丝预加热器304。示例焊丝预加热器304可以提供以下中的任一个：电阻预加热(例如，经由电极丝54上的两个接触点)、电极丝54的感应加热(例如，经由将电极丝54布设穿过感应线圈或布设在感应线圈附近)、基于电弧的预加热(例如，经由被配置为向电极丝54建立电弧的一个或多个钨电极)、基于激光的预加热(例如，经由被配置为向焊丝54输出能量的激光器)、辐射加热(例如，经由不与焊丝54接触但被配置为通过辐射加热焊丝54的加热线圈)、对流加热(例如，经由被配置为与焊丝54接触以将热量传递至焊丝54的加热线圈、陶瓷或其他受热材料)和/或任何其他预加热技术。在操作中，示例焊接电源300经由焊丝预加热器304预加热电极丝54。示例控制电路系统32可以如上面参考图1和图2所描述的那样控制功率转换电路系统30。
作为示例，预加热器304可以提供第一接触点而不是第二接触端头20，使得电极线54的被电阻式地预加热的部分从预加热器304延伸到接触端头18。示例预加热器304可以是送丝组件302的驱动辊或空转辊。
通过在电源300处执行预加热，操作员可以使用标准焊炬，而不是包括预加热和/或液体冷却设备的焊炬。因此，在电源300处执行预加热可以减少要由操作员握住和操纵的焊炬的体积。
在其他示例中，其他类型的焊丝预加热器可以包括在预加热焊炬14中。例如，图4是向焊炬14中的焊丝预加热器402提供预加热功率(例如，预加热输出314)的示例焊接电源400的框图。示例焊接电源400包括功率转换电路系统30、控制电路系统32、操作员界面34、(多个)处理器36、存储器38、气体控制阀46和壳体86。示例电源400接收主要功率22作为到功率转换电路系统30的输入功率。
在图4的示例中，功率转换电路系统30将预加热输出214输出到焊炬14中的焊丝预加热器402。示例焊丝预加热器402可以提供以下中的任一个：电极丝54的感应加热(例如，经由将电极丝54布设穿过感应线圈或布设在感应线圈附近)、基于电弧的预加热(例如，经由被配置为向电极丝54建立电弧的一个或多个钨电极)、基于激光的预加热、辐射加热、对流加热、和/或任何其他预加热技术。在操作中，示例电源12经由焊炬14中的焊丝预加热器402预加热电极丝54。示例控制电路系统32可以如上面参考图4所描述的那样控制功率转换电路系统30。
在一些其他示例中，焊丝预加热器402可以位于将焊炬14附接到送丝器16的电缆鞭中(例如，与其成一体或附接到其上)。例如，电缆可以沿电缆鞭的中途设置有壳体，该壳体离焊炬本体(例如，焊炬14的手持部分)足够远，使得焊丝预加热器402的质量在焊接操作期间不会显著影响操作员对焊炬14的操纵。
为了向焊炬14提供预加热输出214和焊接输出216，示例电源400进一步包括输出端子或连接器404、406、408。功率转换电路系统30经由端子404、406将焊接输出216输出到工件44和接触端头18，并经由端子406、408将预加热输出214输出到焊丝预加热器402。电源400可以包括用于输出预加热输出214的附加输出端子，而不是将端子406用于焊接输出216和预加热输出214两者。
图5图示了另一各示例焊接电源500，该焊接电源被配置为将输入功率转换成焊接功率(例如，焊接输出216)和预加热功率(例如，预加热输出214)。示例焊接电源500包括功率转换电路系统30、控制电路系统32、操作员界面34、(多个)处理器36、存储器38、气体控制阀46和壳体86。示例电源500接收主要功率22作为到功率转换电路系统30的输入功率，并将预加热输出214和焊接输出216输出到预加热焊炬14的接触端头18、20。
为了将焊炬14连接到电源500，示例焊接电源500进一步包括焊炬端子502、预加热功率总线504和焊接功率总线506。焊炬端子502被配置为接收经由焊炬电缆50连接到焊炬14的互补焊炬连接器508。当连接时，焊炬端子502和焊炬连接器508将预加热输出214和焊接输出216传导至焊炬14。电源500进一步包括焊接输出端子510、512。例如，功率转换电路系统30被配置为经由预加热功率总线504和输出端子510输出预加热输出214，并且被配置为经由焊接输出端子510、512输出焊接输出216。
为了控制焊接输出的极性，焊接功率总线506可以经由总线端子514和短电缆鞭516连接到焊接输出端子510、512中的任一个。通过将短电缆鞭516连接到端子510、512中的一个并将工作电缆42连接到端子510、512中的另一个，示例功率总线506可以具有对应的极性。不管到焊炬14的焊接输出216的极性如何，预加热输出214被配置为经由预加热功率总线504以及焊接输出端子510、512之一输出预加热输出214。
焊炬端子502、焊炬连接器508以及焊炬端子502和焊炬连接器508的功率总线(其可以用于实现预加热功率总线504和/或焊接功率总线506)的示例实现方式在授予Romenesko等人的发布于2017年4月4日的美国专利号9,610,646中进行公开。美国专利号9,610,646的全部内容通过援引并入本文。然而，其他连接器和/或端子可以用于将焊接电流和/或预热电流传输到焊炬14。在图5的示例中，预热功率总线504和焊接功率总线506两者经由焊炬电缆50联接到焊炬14。
虽然参考在焊炬处电阻性预加热焊丝描述了前述示例，但是所公开的示例也可以与其他形式的焊丝加热结合使用，比如焊丝的感应加热、热焊丝技术、基于电弧的预加热(其中在焊接电弧之前使用电弧向焊丝施加热量)、基于激光的预加热、辐射加热、对流加热、和/或任何其他形式的焊丝加热。
图6是表示示例机器可读指令的流程图，该指令可以由图1、图3、图4和/或图5的示例焊接电源执行，以将输入功率转换成焊接功率和预加热功率。下面参照图1的焊接电源12和图2的示例功率转换电路系统200描述了示例指令600。然而，指令600可以使用焊接电源12、功率转换电路系统30和/或其他焊接附件的其他实现方式来执行。
在框602处，控制电路系统32确定是否已经接收到指定(多个)焊接过程参数的输入。例如，控制电路系统32可以接收指定焊接过程参数中的任一个或多个的(多个)输入，该焊接过程参数包括工件厚度、工件材料、焊丝材料、焊丝类型、焊丝直径、气体类型、或总热量输入限值。此外或可替代地，控制电路系统32可以接收焊接参数(例如，焊接电压、焊接电流、送丝速度、脉冲参数、焊接气体流量等)、预加热参数(例如，预加热电压、预加热电流、预加热温度、预加热电阻、预加热热量输入)、总热量输入、和/或任何其他参数作为输入。控制电路系统32可以经由图1的操作员界面34、从焊炬14上的输入装置、经由焊接附件和/或任何其他输入手段来接收输入。
如果已经接收到输入(框602)，则在框604，控制电路系统32基于所接收的焊接过程参数来确定焊接功率输出和/或预加热功率输出。例如，控制电路系统32可以确定焊接电压、焊接电流、送丝速度、电感、焊接脉冲宽度、相对脉冲幅度、波形、预加热电压、预加热电流、预加热脉冲、预加热电阻、预加热能量输入和/或任何其他焊接功率参数和/或预加热功率参数中的一个或多个。
在确定焊接功率输出和/或预加热功率输出之后(框604)之后，或者如果尚未接收到输入(框602)，则在框606，控制电路系统32确定焊接是否有效。例如，控制电路系统32可以确定是否在焊炬14上按下了扳机和/或在功率转换电路系统30的输入处是否可获得焊接型功率。如果焊接无效(框606)，则控制返回到框602以等待输入。
当焊接有效时(框606)，在框608处，功率转换电路系统30接收功率输入(例如，图1的主要功率22)。在框610处，控制电路系统32确定是否启用焊接输出(例如，基于焊接过程参数)。如果启用焊接输出(框610)，则在框612处，功率转换电路系统30基于所确定的焊接功率输出将输入功率的至少一部分转换成焊接功率输出。例如，控制电路系统32可以控制图2的焊接功率转换电路系统204和/或升压转换器210，以将主要功率22转换成焊接输出216。
在框614，功率转换电路系统30将焊接输出216输出到焊炬14。例如，焊接输出216被传导至接触端头18和工作电缆42以产生电弧26。
在输出焊接型功率之后(方框614)，或者如果焊接输出被禁用(框610)，则在框616，控制电路系统32确定是否启用预加热(例如，基于焊接过程参数)。例如，控制电路系统32可以选择性地使预加热功率转换电路系统202能提供预加热输出214，并选择性地禁用预加热功率转换电路系统202从而停止预加热输出214。控制电路系统32可以基于例如经由操作员界面34的用户输入和/或来自电源、遥控器和/或焊炬14的输入来启用和/或禁用预加热。
如果允许焊接输出(框616)，则在框618处，功率转换电路系统30基于所确定的预加热功率输出将输入功率的至少一部分转换成预加热功率输出。例如，控制电路系统32可以控制图2的预加热功率转换电路系统202和/或升压转换器210，以将主要功率22转换成预加热输出214。
在框620，功率转换电路系统30将焊接型功率输出到焊炬14。例如，预加热输出314经由导体102、104被传导至接触端头18和接触端头20。
在输出预加热功率之后(框620)，或者如果禁用预加热(框616)，则控制返回到框606以确定焊接是否仍然有效。
图7图示了另一示例焊接功率供应器700，该焊接功率供应器被配置为将输入功率(例如，图1的主要功率22)转换成焊接功率和预加热功率。示例焊接电源700包括控制电路系统32、操作员界面34、(多个)处理器36、存储器38、气体控制阀46、壳体86和端子106、108。示例功率供应器700接收主要功率22作为输入功率。
代替将主要功率22转换成预加热输出214和焊接输出216两者的功率转换电路系统30，示例焊接功率供应器700包括焊接功率转换电路系统702和预加热功率转换电路系统704。焊接功率转换电路系统702接收主要功率22，并基于由控制电路系统32确定的设定点将主要功率22转换成焊接输出(例如，焊接输出216)。焊接功率转换电路系统702可以与图2的焊接功率转换电路系统204相似、相同或不同。作为示例，焊接功率转换电路系统702可以包括整流器206、升压转换器210和焊接功率转换电路系统204。在其他示例中，焊接功率转换电路系统702可以包括任何其他合适的拓扑。焊接功率转换电路系统702向端子106、108输出焊接输出功率。
示例预加热功率转换电路系统704从焊接功率转换电路系统702的焊接输出获得输入功率(例如，从与端子106、108的连接)。预加热功率转换电路系统704将焊接功率的一部分转换成预加热输出(例如，预加热输出214)，而剩余的焊接功率可以被输出到焊炬14和/或输出到送丝组件60。预加热功率转换电路系统704可以与图2的预加热功率转换电路系统202相似、相同或不同。作为示例，预加热功率转换电路系统704可以包括整流器206、升压转换器210和预加热功率转换电路系统202。在其他示例中，预加热功率转换电路系统704可以包括任何其他合适的拓扑。预加热功率转换电路系统704将焊接预加热功率输出到焊炬14和/或输出到另一个预加热器(例如，类似于图3的预加热器304的预加热器)。例如，预加热功率转换电路系统704可以经由焊炬电缆50中的导体706并经由端子106输出焊接预加热功率。
可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现本装置和/或方法。本方法和/或系统可以以集中方式在至少一个计算系统、处理器和/或其他逻辑电路中被实现，或者以不同的元件遍布在若干互连计算系统、处理器和/或其他逻辑电路上的分布式方式被实现。适于执行本文所描述的方法的任何种类的计算系统或其他装置都是适合的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其他代码、被整合在焊接功率供应器中的处理系统，该程序或其他代码当被加载和执行时控制所述焊接功率供应器，使得其实施本文中所描述的方法。另一个典型的实现方式可以包括专用集成电路或芯片，比如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)和/或片上系统(SoC)。一些实现方式可以包括非暂时机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪速存储器、光盘、磁性存储盘等)，所述非暂时机器可读介质上存储有可由机器执行的一个或多个代码行，由此使机器进行本文中所描述的过程。如在本文中所使用的，术语“非暂时计算机可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质并且不包括传播信号。
示例控制电路实现方式可以是微控制器、现场可编程逻辑电路和/或任何其他能够执行焊接控制软件的指令的控制或逻辑电路。控制电路也可以以模拟电路和/或数字电路和模拟电路的组合来实现。
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效物。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本公开的教导。例如，所公开的示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被改变。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实现方式。替代地，本方法和/或系统将包括照字面地和在等效物教条下均属于所附权利要求的范围的所有实现方式。

Claims (16)

1.一种焊接功率供应器，包括：
功率输入，所述功率输入被配置为接收交流(AC)输入功率；以及
功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置为：
将所述输入功率的第一部分转换成焊接功率；
将所述焊接功率输出到焊接电路；
将所述输入功率的第二部分转换成预加热功率；以及
将所述预加热功率输出到预加热器。
2.如权利要求1所述的焊接功率供应器，进一步包括：
整流器，所述整流器被配置为对所述AC输入功率进行整流；以及
预调节器电路，所述预调节器电路被配置为将整流后的AC输入功率转换为中间功率，其中，所述输入功率的所述第一部分和所述第二部分在所述第一功率转换电路系统和所述第二功率转换电路系统处被接收作为所述中间功率。
3.如权利要求1所述的焊接功率供应器，其中，所述功率转换电路系统包括：
第一功率转换电路系统，所述第一功率转换电路系统被配置为将所述输入功率的所述第一部分转换成所述焊接功率并将所述焊接功率输出到所述焊接电路；以及
第二功率转换电路系统，所述第二功率转换电路系统被配置为将所述输入功率的所述第二部分转换成所述预加热功率并将所述预加热功率输出到所述预加热器。
4.如权利要求3所述的焊接功率供应器，其中，所述第一功率转换电路系统包括第一功率转换器和第一变压器，并且所述第二功率转换电路系统包括第二功率转换器和第二变压器。
5.如权利要求1所述的焊接功率供应器，其中，所述功率转换电路系统包括：
整流器，所述整流器被配置为将所述AC输入功率转换到具有第一DC电压的第一DC总线；
第一功率转换电路系统，所述第一功率转换电路系统被配置为将所述第一DC电压转换成第二DC电压；
第二功率转换电路系统，所述第二功率转换电路系统被配置为至少经由第一逆变器和第一变压器将所述第二DC电压转换成所述焊接功率，并将所述焊接功率输出到所述焊接电路；以及
第三功率转换电路系统，所述第三功率转换电路系统被配置为至少经由第二逆变器和第二变压器将所述第二DC电压转换成所述预加热功率，并将所述预加热功率输出到所述预加热器。
6.如权利要求1所述的焊接功率供应器，进一步包括：第一连接器，所述第一连接器被配置为输出所述焊接功率；以及第二连接器，所述第二连接器被配置为输出所述预加热功率。
7.如权利要求6所述的焊接功率供应器，进一步包括：第三连接器，所述第三连接器被配置为传导所述焊接功率或所述预加热功率中的至少一个。
8.如权利要求1所述的焊接功率供应器，进一步包括：
第一端子和第二端子，所述第一端子和所述第二端子用于输出所述焊接功率；以及
送丝组件，所述送丝组件包括接触元件，所述接触元件被配置为所述预加热器的一部分并且将所述预加热功率传导到由所述送丝器送给的电极丝。
9.如权利要求8所述的焊接功率供应器，其中，所述接触元件包括送丝辊或空转辊中的至少一个。
10.如权利要求1所述的焊接功率供应器，进一步包括：
第一焊接端子和第二焊接端子，所述第一焊接端子和所述第二焊接端子被配置为输出所述焊接功率；以及
送丝组件，所述送丝组件包括：
送丝辊，所述送丝辊被配置为将所述电极丝送给到连接到所述焊接功率供应器的第三端子；
第一功率总线，所述第一功率总线被配置为当所述第三端子连接到所述焊接功率供应器时电联接到所述第三端子的第二功率总线，所述功率转换电路系统被配置为经由所述第一功率总线和经由所述第一焊接端子或所述第二焊接端子输出所述预加热功率；以及
第三功率总线，所述第三功率总线被配置为当所述第三端子连接到所述焊接功率供应器时电联接到所述第三端子的第四功率总线，所述送丝组件被配置为将所述第一焊接端子或所述第二焊接端子联接到所述第三功率总线，以使得所述焊接功率能够输出到所述焊接电路。
11.如权利要求1所述的焊接功率供应器，其中，所述功率转换电路系统包括多个开关模式功率供应器。
12.如权利要求1所述的焊接功率供应器，其中，所述预加热器包括以下中的至少一个：预加热电路，所述预加热电路包括电极丝的位于第一接触点与第二接触点之间的一部分；感应线圈，所述感应线圈被配置为加热所述电极丝；钨电极，所述钨电极被配置为建立到所述电极丝的电弧；激光器，所述激光器被配置为向所述电极丝输出能量；加热线圈，所述加热线圈被配置为通过辐射加热所述电极丝；或对流加热材料，所述对流加热材料被配置为接触所述电极丝以将热量传递至所述电极丝。
13.如权利要求1所述的焊接功率供应器，进一步包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为控制所述功率转换电路系统来转换所述输入功率的所述第一部分和所述输入功率的所述第二部分。
14.如权利要求13所述的焊接功率供应器，其中，所述控制电路系统被配置为基于焊接过程参数来确定要由所述功率转换电路系统输出的所述焊接功率或要由所述功率转换电路系统输出的所述预加热功率中的至少一个。
15.如权利要求14所述的焊接功率供应器，其中，所述焊接过程参数包括工件厚度、工件材料、焊丝材料、焊丝类型、焊丝直径、气体类型、或总热量输入限值中的至少一个。
16.如权利要求14所述的焊接功率供应器，其中，所述控制电路系统被配置为基于所述焊接过程参数来确定焊接电压、焊接电流、送丝速度、电感、焊接脉冲宽度、相对脉冲幅度、波形、预加热电压、预加热电流、预加热脉冲、预加热电阻、或预加热能量输入中的至少一个。
CN202010350111.0A 2019-04-30 2020-04-28 用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备 Pending CN111843113A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962841153P 2019-04-30 2019-04-30
US62/841,153 2019-04-30
US16/832,844 2020-03-27
US16/832,844 US11845150B2 (en) 2019-04-30 2020-03-27 Methods and apparatus to provide welding-type power and preheating power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111843113A true CN111843113A (zh) 2020-10-30

Family

ID=70470745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010350111.0A Pending CN111843113A (zh) 2019-04-30 2020-04-28 用于提供焊接型功率和预加热功率的方法和设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11845150B2 (zh)
EP (1) EP3741491A1 (zh)
CN (1) CN111843113A (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5319179A (en) * 1991-12-19 1994-06-07 Mtu Maintenance Gmbh Method and apparatus for welding workpieces made of superalloys
US20090277893A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Brandon John Speilman Welding power supply with scaled output voltage
CN101618474A (zh) * 2009-07-24 2010-01-06 北京工业大学 多电极输出弧焊电源
US20100201192A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Ming-Hsiang Yeh Power conversion device
CN102186624A (zh) * 2008-10-20 2011-09-14 林肯环球股份有限公司 用于控制混合焊接工艺的系统和方法
CN102211238A (zh) * 2010-04-07 2011-10-12 株式会社电装 弧焊方法和弧焊设备
CN102458747A (zh) * 2009-06-18 2012-05-16 弗罗纽斯国际有限公司 用于在焊接操作过程中改变焊接处理的方法和用于在焊接操作之前施加热量的方法
CN102990201A (zh) * 2011-09-14 2013-03-27 株式会社大亨 焊接装置
US20140217077A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-07 Illinois Tool Works Inc. Welding wire preheating system and method
CN104411439A (zh) * 2012-07-06 2015-03-11 林肯环球股份有限公司 用于在热焊丝工艺期间使用两个激光束加热消耗品的方法和系统
CN104470669A (zh) * 2012-06-08 2015-03-25 伊利诺斯工具制品有限公司 焊丝馈送器功率应用系统和方法
CN105246634A (zh) * 2013-03-15 2016-01-13 林肯环球股份有限公司 前后排列的热丝系统
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
US20180099346A1 (en) * 2015-12-10 2018-04-12 Illinois Tool Works Inc. Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire
CN108472759A (zh) * 2015-12-10 2018-08-31 伊利诺斯工具制品有限公司 用于预热焊丝的系统、方法和设备
US20180333798A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Illinois Tool Works Inc. Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire
US20180354052A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 Illinois Tool Works Inc. Systems, Methods, and Apparatus to Control Weld Current in a Preheating System
WO2019067346A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Illinois Tool Works Inc. SYSTEMS, METHODS AND APPARATUS FOR PREHEATING A WELDING WIRE

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9610646B2 (en) 2013-05-15 2017-04-04 Illinois Tool Works Inc. Polarity changing pin connector

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5319179A (en) * 1991-12-19 1994-06-07 Mtu Maintenance Gmbh Method and apparatus for welding workpieces made of superalloys
US20090277893A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Brandon John Speilman Welding power supply with scaled output voltage
CN102186624A (zh) * 2008-10-20 2011-09-14 林肯环球股份有限公司 用于控制混合焊接工艺的系统和方法
US20100201192A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Ming-Hsiang Yeh Power conversion device
CN102458747A (zh) * 2009-06-18 2012-05-16 弗罗纽斯国际有限公司 用于在焊接操作过程中改变焊接处理的方法和用于在焊接操作之前施加热量的方法
CN101618474A (zh) * 2009-07-24 2010-01-06 北京工业大学 多电极输出弧焊电源
CN102211238A (zh) * 2010-04-07 2011-10-12 株式会社电装 弧焊方法和弧焊设备
CN102990201A (zh) * 2011-09-14 2013-03-27 株式会社大亨 焊接装置
CN104470669A (zh) * 2012-06-08 2015-03-25 伊利诺斯工具制品有限公司 焊丝馈送器功率应用系统和方法
CN104411439A (zh) * 2012-07-06 2015-03-11 林肯环球股份有限公司 用于在热焊丝工艺期间使用两个激光束加热消耗品的方法和系统
US20140217077A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-07 Illinois Tool Works Inc. Welding wire preheating system and method
CN105246634A (zh) * 2013-03-15 2016-01-13 林肯环球股份有限公司 前后排列的热丝系统
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
US20180099346A1 (en) * 2015-12-10 2018-04-12 Illinois Tool Works Inc. Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire
CN108472759A (zh) * 2015-12-10 2018-08-31 伊利诺斯工具制品有限公司 用于预热焊丝的系统、方法和设备
US20180333798A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Illinois Tool Works Inc. Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire
US20180354052A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 Illinois Tool Works Inc. Systems, Methods, and Apparatus to Control Weld Current in a Preheating System
WO2019067346A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Illinois Tool Works Inc. SYSTEMS, METHODS AND APPARATUS FOR PREHEATING A WELDING WIRE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张瑞英;穆森;王军;: "铝合金薄板交流CMT焊接过程能量分配研究", 电焊机, no. 06, 20 June 2013 (2013-06-20), pages 27 - 31 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200346295A1 (en) 2020-11-05
EP3741491A1 (en) 2020-11-25
US11845150B2 (en) 2023-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11980977B2 (en) Systems, methods, and apparatus to control weld current in a preheating system
US20210114149A1 (en) Methods and apparatus to determine energy input to welding processes involving multiple energy sources
US11845150B2 (en) Methods and apparatus to provide welding-type power and preheating power
US11897062B2 (en) Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire
CN111745270B (zh) 将焊接功率转换成焊接功率和电阻预加热功率的方法和设备
CA3078063C (en) Methods and apparatus to provide welding-type power and preheating power
CN113165097B (zh) 用于电阻式地预加热电极丝的埋弧焊系统和埋弧焊焊炬
US20210060685A1 (en) Methods and apparatus to provide welding-type power and preheating power

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