CN112605502A - 超高沉积速率焊接系统 - Google Patents
超高沉积速率焊接系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112605502A CN112605502A CN202011062356.XA CN202011062356A CN112605502A CN 112605502 A CN112605502 A CN 112605502A CN 202011062356 A CN202011062356 A CN 202011062356A CN 112605502 A CN112605502 A CN 112605502A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- consumable
- welding
- hot wire
- wire
- workpiece
- 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
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 160
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 26
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- KJLLKLRVCJAFRY-UHFFFAOYSA-N mebutizide Chemical compound ClC1=C(S(N)(=O)=O)C=C2S(=O)(=O)NC(C(C)C(C)CC)NC2=C1 KJLLKLRVCJAFRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
-
- 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
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
-
- 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
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
-
- 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
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
- B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
-
- 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
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
-
- 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
-
- 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
- B23K9/0956—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
- 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
- B23K9/1093—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
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- B23K9/24—Features related to electrodes
- B23K9/28—Supporting devices for electrodes
- B23K9/29—Supporting devices adapted for making use of shielding means
- B23K9/291—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas
- B23K9/295—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas using consumable electrode-wire
-
- 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
- B23K9/32—Accessories
-
- 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
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
- B23K10/02—Plasma welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
本披露描述了针对能够实现超高沉积速率的改进系统的装置和方法。特别地,描述了用于实现包括GMAW焊接系统和热丝焊接系统以便实现超高沉积速率的焊接系统的装置和方法。通常,该焊接系统包括充当电极的可消耗有芯焊丝。该可消耗有芯焊丝包括基于该可消耗有芯焊丝的总重量处于0.005%与10%之间的浓度的一种或多种碱土金属元素。该热丝焊接系统包括可消耗热丝,该可消耗热丝被配置成定位在由所熔化的可消耗有芯焊丝产生的熔化焊池中。
Description
背景技术
焊接系统和表面工程系统在许多工业环境中都很普遍。因此,用户不断要求改进焊接。改进的焊接要求更高的沉积速率和改进的物理性能,同时还要保持高质量的外观。例如,改进的物理性能可以包括高屈服强度、延展性和断裂韧性。类似地,较高的沉积速率允许更多的焊接材料进入工件中或提高焊接系统的速度。因此,需要一种能够存在这些期望特征的改进系统。
发明内容
本文披露的各种实施例涉及一种系统。在一些实施例中,该系统包括与热丝焊接子系统相结合的气体保护金属极电弧焊(GMAW)子系统。该系统包括可消耗有芯焊丝,该可消耗有芯焊丝包括浓度处于该焊丝的总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素,其中,该一种或多种碱土金属元素与基础金属组合物合金化。该系统还包括第一电源,该第一电源被配置成施加电流以产生足以熔化该可消耗有芯焊丝的焊接电弧。该系统还包括:第一焊枪,该第一焊枪被配置成将所熔化的可消耗有芯焊丝沉积到工件上;可消耗热丝,该可消耗热丝被配置成在不直接受到该焊接电弧的作用下熔化;热丝焊炬,该热丝焊炬被配置成将该可消耗热丝引导至该工件上的焊池;以及控制器,该控制器被配置成控制该第一电源、该可消耗有芯焊丝的给送速率、以及该可消耗热丝的给送速率,使得该系统实现超过50磅/小时的沉积速率。
通常,该系统被设计成提供被配置成充当电极的可消耗有芯焊丝,使其紧邻工件,该焊丝包括浓度处于该焊丝的总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素。该系统进一步被设计成向第一焊枪提供电流,使得形成足以熔化可消耗有芯焊丝的焊接电弧,并且被设计成将所熔化的可消耗有芯焊丝沉积到工件上。该系统进一步被设计成将可消耗热丝沉积到该工件上,使得该可消耗热丝和该可消耗有芯焊丝的沉积速率合计超过50磅/小时。在一些实施例中,通过热丝焊炬将可消耗热丝引导至熔化焊池,并且还引导成紧邻焊接电弧。在一些实施例中,沉积可消耗热丝进一步包括通过将来自热丝电源的第一电流施加至该可消耗热丝使得该第一电流行进到该工件上的焊池来加热该可消耗热丝。在一些实施例中,该控制器监测该第一电流并响应于检测到该可消耗热丝与该焊池之间的电弧事件而关闭该第一电流。
附图说明
结合附图从以下描述和所附权利要求中,本披露的上文和其他特征将变得更加完全清楚。应理解的是,这些附图仅仅描绘了根据本披露的若干个实施例、并且因此不应被认为是限制其范围;将使用这些附图来更具体和详细地描述本披露。
图1是根据展示性实施例的系统的示意图。
图2是根据展示性实施例的系统中的一个或多个电极丝的配置的等距视图。
图3是根据展示性实施例的具有一种或多种元素的可消耗有芯焊丝的等距视图。
图4是描绘根据展示性实施例的焊接过程的方法的流程图。
在以下详细说明中参考了形成本文的一部分的附图。在附图中,除非上下文另外指示,否则同样的符号典型地标识同样的部件。在详细说明、附图以及权利要求中所描述的展示性实施例并不意在进行限制。可以使用其他的实施例并且可以进行其他的改变而不背离在此提出的主题的精神或范围。将容易理解的是,如在此总体上描述并且在附图中展示的本披露的多个方面可以用多种多样的构型来布置、代替、组合、以及设计,所有这些都被明确考虑并且构成本披露的一部分。
具体实施方式
本披露描述了针对能够实现超高沉积速率的改进焊接系统的装置和方法。特别地,描述了用于实现包括GMAW焊接系统和热丝焊接系统以便实现超高沉积速率的焊接系统的装置和方法。GMAW焊接系统包括可消耗有芯焊丝(例如,电极),该可消耗有芯焊丝包括基于该可消耗有芯焊丝的总重量处于0.005%与10%之间的浓度的一种或多种碱土金属元素。热丝焊接系统包括可消耗热丝(例如,电极)。通常,GMAW焊接系统操作成使得由电源产生的电流产生焊接电弧,并且使可消耗有芯焊丝熔化并且将所产生的熔滴沉积到工件上。将可消耗热丝放置成紧邻但不直接接触焊接电弧,使得间接热量使可消耗热丝熔化,并且所产生的可消耗热丝的熔滴也沉积到工件上。所产生的可消耗有芯焊丝和可消耗热丝的总沉积速率超过50磅/小时。在一些实施例中,总沉积速率超过75磅/小时。部分由于可消耗有芯焊丝承受的电流(以及所产生的热量)增加以及所产生的可以施加到可消耗热丝并且使得熔化速率增加的间接热量增加,因此这种超高沉积速率是可实现的。单根实心焊丝GMAW的沉积速率上限为约25磅/小时。当可消耗有芯焊丝在没有焊丝的GMAW系统中使用时,只能实现最高达50磅/小时的沉积速率,以免产生不良焊接特征。GMAW系统的不良焊接特征的示例包括过度渗透、过度飞溅、咬边和多孔。可消耗有芯焊丝和热丝焊接技术的结合,允许沉积速率超过50磅/小时,同时仍保持焊接质量。
图1是根据展示性实施例的系统100的示意图。在一些实施例中,系统100是焊接系统。在一些实施例中,系统100是表面工程系统。例如,这种表面工程系统可以包括用于增材、镀覆、堆积和/或表面硬化应用的系统。焊接系统100包括GMAW系统和热丝焊接系统。该GMAW系统包括电源101、可消耗有芯焊丝102、送丝器104和焊炬105。通常,可消耗有芯焊丝102经由送丝器104和焊炬105被输送至工件115上的焊池197。电源101产生电流并且将电流传输至焊炬105。然后电流行进至可消耗有芯焊丝102的端部,并且在可消耗有芯焊丝与工件之间产生焊接电弧。在一些实施例中,电源101被配置成产生脉冲直流(DC)电源。在另一实施例中,电源101可以被配置成产生交流(AC)电源。应当了解的是,尽管本文示出并且讨论了GMAW系统,但是替代性实施例可以使用GTAW、FCAW、MCAW等。GMAW系统还可以包括未描绘的保护气体系统或亚弧焊剂系统。
可消耗有芯焊丝102可以包括由护套包围的芯。芯可以包括颗粒,这些颗粒具有与基于可消耗有芯焊丝102的总重量处于0.005%与10%之间的浓度的一种或多种碱土金属元素合金化的基础金属。在整个美国专利申请公开号2018/0133844中描述了这种可消耗有芯焊丝102的示例,其内容通过援引结合于此。可消耗有芯焊丝102允许在焊接作业期间使用具有更高安培数的电流(例如,以及由此的功率),同时保持稳定性并提高沉积速率。
热丝焊接系统包括可消耗热丝106、热丝焊炬107、热丝电源108以及热丝送丝器150。通常,热丝106经由热丝送丝器150和热丝焊炬107被输送至工件115上的焊池。在一些实施例中,热丝焊炬107被来自热丝电源108的电流电阻加热,该电流加热并且使要沉积到工件115上的焊池197中的热丝熔化。在一些实施例中,热丝电源108输送脉冲直流(DC)电源。在另外的实施例中,热丝电源108将交流(AC)电源输送至热丝焊炬107。在一些实施例中,可消耗热丝106可以被引导成紧邻由GMAW系统产生的焊接电弧,使得可消耗热丝106熔化并且将熔滴沉积到工件115上(例如,在焊池197处)。在一些实施例中,可以省略热丝电源108,并且来自焊接电弧的间接热量可能足以使可消耗有芯热丝106熔化。在一些实施例中,热丝焊接系统可以包括一个或多个可消耗热丝,该一个或多个可消耗热丝被配置成使用一个或多个热丝焊炬熔化(沉积)到工件115上。
焊接系统100还可以包括运动控制系统,该运动控制系统能够相对于热丝焊炬107和焊炬105移动工件。在一些实施例中,运动控制系统可以包括运动控制器180以及机器人190,该机器人被配置成在焊接作业期间移动工件115。在替代性实施例中,焊炬105和热丝焊炬107可以附连在一起,其方式为使得焊炬105和热丝焊炬107可以相对于工件115手动地或自动地移动,并且在整个焊接作业中继续以本文描述的方式进行焊接。即,在一些实施例中,热丝焊炬107和焊炬105可以附连至机器人190的机器人臂的端部,该机器人臂的端部能够相对于工件115移动焊炬105和107。
焊接系统100还可以包括控制器195。控制器195可以可操作地并且可通信地连接至运动控制器180、电源101和热丝供应器108。因此,由于这种结构,控制器195能够测量工件115与相应的焊炬105和107之间的电势差,并且还能够测量通过工件115和热丝106的电流。控制器195可能还能够根据测得的电流和电压来计算出电阻值或功率值,并且相应地改变设置或输出。
通常,控制器195被配置成控制第一电源101、可消耗有芯焊丝102的给送速率(例如,经由控制送丝器104)、以及可消耗热丝106的给送速率(例如,经由控制热丝送丝器150),使得焊接系统实现超过75磅/小时的沉积速率。例如,控制器195可能检测到热丝焊炬107与工件115之间的电压差为零或接近零,这可以向控制器195发出可消耗热丝106与焊池197(例如,在工件115处)接触的信号。替代性地,控制器195可能感测到热丝焊炬107与工件115之间的电压(例如2-10V),这可以向控制器195发出可消耗热丝106没有与焊池197(例如,工件115)接触的信号,并且发出应当使热丝送丝器150加速以便将可消耗热丝106保持在焊池197中的信号。
控制器195还可以检测热丝焊炬107与工件115之间(例如,当电压尖峰时)的电弧事件,并且调节热丝电源108以抑制电弧。例如,控制器195可能经由电流或电压变化感测到可消耗热丝106与工件115之间的电弧事件,并且关闭热丝电源108以便抑制电弧并且允许可消耗热丝106与工件115上的焊池197重新接合。在一些实施例中,控制器感测的电流是经由可消耗热丝106从热丝电源108传输到工件115以便加热可消耗热丝106的电流。在另一示例中,控制器195可通信地联接至送丝器104,并且被配置成基于控制器195的设置,控制送丝器104以使可消耗有芯焊丝104的线轴退绕并且将可消耗有芯焊丝102引导至焊炬105(例如,第一焊枪)。在一些实施例中,控制器195可以主动调节送丝器104的速度,以确保可消耗有芯焊丝102被适当地定位在距工件115一定距离处,并且从焊炬105伸出适当的量。
此外,控制器195可以追踪热丝电源108和电源101的电流,并且使电流同步以确保实现稳定的焊接电弧,并且确保两个电源101和108的电流(例如,所产生的磁场)不会彼此干扰。在替代性实施例中,可以实施其他电流同步方法、控制器或硬件以实现稳定的操作。
图2是根据展示性实施例的焊接系统200中的一个或多个电极的配置的等距视图。特别地,焊接系统200包括第一焊接焊炬201、可消耗有芯焊丝202、热丝焊接焊炬203以及热丝可消耗电极204。第一焊接焊炬201可以包括喷嘴210,该喷嘴被设计成将可消耗有芯焊丝202从第一焊接焊炬201朝向工件250引导。在一些实施例中,第一焊接焊炬201可以是GMAW焊接焊炬。第一焊接焊炬201从电源(未描绘)接收电流,并且在可消耗有芯焊丝202与工件215之间产生焊接电弧280。焊接电弧280使可消耗有芯焊丝202熔化,并且熔滴沉积到工件250上,以产生熔化焊池251。在一些实施例中,产生焊接电弧280所提供的电流为约300安培至1000安培。在一些实施例中,产生焊接电弧280所提供的电流大于1000安培。
热丝焊接焊炬203被设计并且被定位成将可消耗热丝204引导至熔化焊池251。如以上所指出的,热丝焊接焊炬203还可以包括第一端子(未描绘),该第一端子被设计成从热丝电源(未描绘)接收第一电流,并且经由可消耗热丝204将第一电流传输至工件,以便将可消耗热丝204加热至熔化温度或接近熔化温度。在一些实施例中,可消耗热丝204由热丝焊接焊炬203引导至熔化焊池251,并且紧邻但不接触焊接电弧280,使得来自焊接电弧280和熔化焊池251的热量有助于可消耗热丝的熔化。通常,可消耗热丝204的熔化使得可消耗热丝204的熔滴沉积到熔化焊池251中。可以基于特定的焊接作业来选择可消耗热丝204的确切组成成分。例如,可消耗热丝204可以是碳化钨。
图3是根据展示性实施例的具有一种或多种元素的可消耗有芯焊丝400的截面的等距视图。可消耗有芯焊丝300包括外部护套301和内芯402。一般来说,有芯电极是被连续给送的管状金属护套,具有芯、或颗粒或粉末。在一些实施例中,外部护套301由低碳钢、钢复合材料、铝、铝复合材料或其组合形成。通常,可消耗有芯焊丝300足够柔韧以缠绕到线轴上。在一些实施例中,可消耗有芯焊丝300的外径310在0.045”(1.1mm)与0.068”(1.77mm)之间、0.045”(1.1mm)与3/32”(2.4mm)之间或0.052”(1.4mm)与0.068”(1.7mm)之间。
在一些实施例中,内芯302具有在其中添加有添加物或其他元素322(例如,碱土金属)的基础金属。在一些实施例中,基础金属是铝或铝组合物。在一些实施例中,基础金属是钢或钢组合物。在一些实施例中,基础金属是形成护套的相同金属。内芯302包括浓度处于可消耗有芯焊丝300的总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素(Be、Mg、Cam Sr、Ba、Ra)。即,将一种或多种碱土金属元素的原子与上述参考范围内的基础金属组合物合金化以形成内芯302。在一些实施例中,也可以将氟元素添加到内芯组合物中,使得氟为电极可消耗有芯焊丝400的总重量的约0.1%与高于1.5%之间。
图4是描绘根据展示性实施例的焊接方法的流程图。在操作401中,经由第一焊接焊炬将可消耗有芯焊丝提供至工件。可以将可消耗有芯焊丝通过第一焊接焊炬从送丝器给送,使得可消耗有芯焊丝的端部紧邻工件。可消耗有芯焊丝包括浓度处于可消耗有芯焊丝总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素(Be、Mg、Cam Sr、Ba、Ra)。可消耗有芯焊丝可以在整个焊接作业中经由送丝器连续地给送,使得可消耗有芯焊丝与工件之间的距离基本保持恒定。
在操作402中,将电流提供给焊接焊炬,使得在可消耗有芯焊丝与工件之间产生焊接电弧。在一些实施例中,控制器接收值作为输入以控制电源,然后电源可以将所需电流输出到第一焊接焊炬。在一些实施例中,所述电流在300安培至500安培的范围内。在一些实施例中,电流是恒定电流。在一些实施例中,电流是交流电流。电流使可消耗有芯焊丝与工件之间产生焊接电弧。在一些实施例中,控制器还引导气体系统以在施加电流时向第一焊接焊炬供应金属惰性气体。然后,第一焊接焊炬可以将金属惰性气体从喷嘴喷出,以便保护熔化焊池免受大气气体的影响。
在操作402中,将来自可消耗有芯焊丝的熔滴沉积到工件上。焊接电弧使可消耗有芯焊丝的端部熔化,并且熔滴沉积到工件上。即,熔滴在工件上形成熔化焊池。可以在施加电流的同时相对于第一焊接焊炬移动工件,使得新的(例如,或长形的)熔化焊池沉积到工件上。
在操作403中,将可消耗热丝提供至工件,使得可消耗热丝和可消耗有芯焊丝的沉积速率合计超过50磅/小时。在一些实施例中,可消耗热丝和可消耗有芯焊丝的总沉积速率合计超过75磅/小时。在一些实施例中,热丝的直径为0.52”。经由热丝焊炬提供可消耗热丝。特别地,第二送丝器可以使可消耗热丝的线轴退绕并且向热丝焊炬给送,使得可消耗热丝延伸穿过热丝焊炬,并且延伸到熔化焊池中或其附近,并且紧邻焊接电弧。在一些实施例中,热丝焊炬可以包括电阻加热元件,该电阻加热元件接收电流并且加热可消耗热丝。在一些实施例中,热丝电源产生第一电流,该第一电流通过可消耗热丝传输至工件,并且由此加热可消耗热丝。可消耗热丝由于加热(例如,紧邻焊接电弧和熔化焊池,并且,如果适用的话,来自热丝焊炬的加热)而熔化,并且所产生的熔滴沉积到焊池中。所产生的整个焊接过程的总沉积速率超过一小时75磅。
关于本文对复数和/或单数术语的使用,本领域普通技术人员可以在适当的情形和/或应用中将多个转换成单个和/或将单个转换成多个。清楚起见,本文并未明确地陈述不同的单数/复数排列。
本领域内的人员应理解,一般来说,本文且尤其在所附权利要求(例如,所附权利要求的主体)中使用的术语总体上旨在作为“开放式”术语(例如术语“包括”应该被理解为“包括但是不限于”、术语“具有”应该被理解为“至少具有”、术语“包括有”应该被理解为“包括但不限于”等)。
本领域内的人员另外应理解,如果希望特定数目的所引入的权利要求陈述,那么将在该权利要求中明确陈述这一意图,并且在不存在这类陈述的情况下,不存在这种意图。例如,为了帮助理解,以下所附权利要求可以含有使用介绍性短语“至少一个(种)”或者“一个(种)或多个(种)”来引入权利要求陈述。然而,使用这类短语不应解释为暗示由不定冠词“一个(种)”引入的权利要求陈述会将含有这类所引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制成仅含有一个这类陈述的发明,即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个(种)或多个(种)”或“至少一个(种)”以及不定冠词(如“一个(种)”)时(例如“一个(种)”应典型地解释为意味着“至少一个(种)”或“一个(种)或多个(种)”);这对用于引入权利要求陈述的定冠词的使用同样成立。另外,即使明确地陈述了特定数目的权利要求陈述,本领域技术人员应意识到此陈述通常应当解释为意指至少该陈述的数目(例如,没有其他修饰的“两个陈述”的直接陈述通常意味着至少两个陈述,或两个或更多个陈述)。
此外,在使用类似于“A、B和C等中的至少一项”的惯例的那些情况下,通常,这种构造旨在是在本领域的普通技术人员应理解该惯例的意义上的(例如,“系统具有A、B和C中的至少一项”将包括但是不限于系统单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A与B、一起具有A与C、一起具有B与C和/或一起具有A、B和C三者,等等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一项”的惯例的那些情况下,通常,这种构造旨在是在本领域的普通技术人员应理解该惯例的意义上的(例如,“系统具有A、B或C中的至少一项”将包括但是不限于系统单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A与B、一起具有A与C、一起具有B与C和/或一起具有A、B和C三者,等等)。本领域内的人员另外应理解,基本上任何呈现两个或更多个替代性术语的分离性词语和/或短语,无论是在说明书、权利要求还是附图中,都应理解为涵盖以下可能性:包括这些术语中的一者、这些术语中的任一者、或两个术语。例如,短语“A或B”应理解为包括以下可能性:“A”、或“B”、或“A和B”。另外,除非另外指出,使用的单词“大致”、“约”、“左右”、“基本上”等是指正负百分之十。
已经出于展示和说明的目的呈现了展示性实施例的以上说明。关于所披露的精确形式并不旨在是穷尽的或对其进行限制,并且鉴于以上传授内容修改和变更是可能的或可以从所披露实施例的实践中获得。本发明的范围旨在是由其附属权利要求及其等效物来限定的。
Claims (20)
1.一种系统,包括:
可消耗有芯焊丝,该可消耗有芯焊丝包括浓度处于该焊丝的总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素,其中,该一种或多种碱土金属元素与基础金属组合物合金化;
第一电源,该第一电源被配置成施加电流以产生足以熔化该可消耗有芯焊丝的焊接电弧;
第一焊枪,该第一焊枪被配置成将所熔化的可消耗有芯焊丝沉积到工件上;
可消耗热丝,该可消耗热丝被配置成在不直接受到该焊接电弧的作用下熔化;
热丝焊炬,该热丝焊炬被配置成将该可消耗热丝引导至该工件上的焊池;以及
控制器,该控制器被配置成控制该第一电源、该可消耗有芯焊丝的给送速率、以及该可消耗热丝的给送速率,使得该系统实现超过50磅/小时的沉积速率。
2.如权利要求1所述的系统,其中,该第一电源被配置成向该第一焊枪提供电流以产生该焊接电弧。
3.如权利要求2所述的系统,其中,该电流在300安培至1000安培的范围内。
4.如权利要求1所述的系统,进一步包括送丝器,该送丝器被配置成使该可消耗有芯焊丝的线轴退绕并且将该可消耗有芯焊丝引导至该第一焊枪。
5.如权利要求4所述的系统,其中,在该可消耗有芯焊丝的端部与该工件之间产生焊接电弧。
6.如权利要求5所述的系统,进一步包括热丝送丝器,该热丝送丝器被配置成使该可消耗热丝的线轴退绕并且将该可消耗热丝引导至该热丝焊炬并且穿过该热丝焊炬。
7.如权利要求6所述的系统,其中,该热丝焊炬被配置成将电流从热丝电源传输至该可消耗热丝,使得第一电流经由该可消耗热丝被传输至该工件。
8.如权利要求7所述的系统,其中,该热丝焊炬相对于该第一焊枪被安装成使得该热丝焊炬将该可消耗热丝引导成紧邻该焊接电弧并且引导至该焊池。
9.如权利要求8所述的系统,其中,该控制器可通信地连接至该工件、该热丝焊炬、以及该热丝送丝器。
10.如权利要求9所述的系统,其中,该控制器被配置成当在该热丝焊炬与该工件之间感测到的电压在2伏特与10伏特之间时,使该热丝送丝器加速。
11.一种方法,包括:
经由系统提供被配置成充当电极的可消耗有芯焊丝,该焊丝包括浓度处于该焊丝的总重量的0.005%与10%之间的一种或多种碱土金属元素,其中,该一种或多种碱土金属元素与基础金属组合物合金化;
经由该系统施加电流,以产生足以熔化该可消耗有芯焊丝的焊接电弧;
经由该系统的第一焊枪,将所熔化的可消耗有芯焊丝沉积到工件上;以及
经由该系统的热丝焊炬将可消耗热丝沉积到该工件上,使得该可消耗热丝和该可消耗有芯焊丝的沉积速率合计超过50磅/小时。
12.如权利要求11所述的方法,其中,该电流在300安培与1000安培之间,并且其中,该可消耗热丝由于因该焊接电弧的间接热量熔化而沉积到该工件上。
13.如权利要求12所述的方法,其中,沉积该可消耗热丝包括:
通过该热丝焊炬将该可消耗焊丝引导至该工件上的焊池并且引导成紧邻该焊接电弧;以及
通过该系统的控制器控制热丝送丝器的退绕速度,使得实现该50磅/小时的沉积速率。
14.如权利要求13所述的方法,其中,沉积该可消耗热丝进一步包括:通过将来自热丝电源的第一电流施加至该可消耗热丝使得该第一电流行进到该工件上的焊池来加热该可消耗热丝,其中,该控制器监测该第一电流并响应于检测到该可消耗热丝与该焊池之间的电弧事件而关闭该第一电流。
15.如权利要求11所述的方法,其中,提供该可消耗有芯焊丝包括:通过送丝器和该第一焊枪将该可消耗有芯焊丝的一端引导至距该工件一定距离处。
16.如权利要求15所述的方法,其中,该电流从电源提供至该第一焊枪,使得在该可消耗有芯焊丝的端部与该工件之间形成该焊接电弧。
17.如权利要求16所述的方法,进一步包括将该热丝焊炬和该第一焊枪一起在该工件上移动,以完成焊接作业。
18.如权利要求11所述的方法,其中,该电流作为直流电施加。
19.如权利要求11所述的方法,其中,该电流作为交流电施加。
20.如权利要求11所述的方法,进一步包括经由该系统的控制器来监测该热丝焊炬与该工件之间的电压,并且响应于检测到电弧事件而关闭热丝电源。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/593,648 US20210101222A1 (en) | 2019-10-04 | 2019-10-04 | Ultra high deposition rate welding system |
US16/593,648 | 2019-10-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112605502A true CN112605502A (zh) | 2021-04-06 |
Family
ID=72659636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011062356.XA Pending CN112605502A (zh) | 2019-10-04 | 2020-09-30 | 超高沉积速率焊接系统 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210101222A1 (zh) |
EP (1) | EP3799991A1 (zh) |
JP (1) | JP2021058935A (zh) |
KR (1) | KR20210041513A (zh) |
CN (1) | CN112605502A (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104968467A (zh) * | 2013-02-01 | 2015-10-07 | 林肯环球股份有限公司 | 使管道端部具有激光热焊丝层的方法和系统 |
CN105473267A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-04-06 | 林肯环球股份有限公司 | 利用热焊丝tig定位热控制进行焊接的系统和方法 |
CN105916623A (zh) * | 2013-11-07 | 2016-08-31 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用由氩/氦气体混合物构成的保护气体的电弧堆焊方法 |
CN106573347A (zh) * | 2014-08-12 | 2017-04-19 | 霍伯特兄弟公司 | 用于低锰焊接合金的系统和方法 |
CN108067761A (zh) * | 2016-11-16 | 2018-05-25 | 林肯环球股份有限公司 | 具有碱土金属的焊接电极焊丝 |
CN108098188A (zh) * | 2012-07-30 | 2018-06-01 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 根部焊道焊接方案 |
CN109570812A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 林肯环球股份有限公司 | 含铝焊接电极 |
CN109689267A (zh) * | 2016-07-08 | 2019-04-26 | 挪威钛公司 | 用于由两个焊枪通过固体自由成形制造来构建金属物体的方法和设备 |
CN109834407A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 林肯环球股份有限公司 | 增材结构构建技术的系统和方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140263234A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Lincoln Global, Inc. | Tandem hot-wire systems |
US20150028011A1 (en) * | 2013-07-24 | 2015-01-29 | Lincoln Global, Inc. | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications |
-
2019
- 2019-10-04 US US16/593,648 patent/US20210101222A1/en not_active Abandoned
-
2020
- 2020-09-25 EP EP20198403.6A patent/EP3799991A1/en not_active Withdrawn
- 2020-09-30 CN CN202011062356.XA patent/CN112605502A/zh active Pending
- 2020-10-02 JP JP2020167592A patent/JP2021058935A/ja active Pending
- 2020-10-05 KR KR1020200128306A patent/KR20210041513A/ko unknown
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108098188A (zh) * | 2012-07-30 | 2018-06-01 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 根部焊道焊接方案 |
CN104968467A (zh) * | 2013-02-01 | 2015-10-07 | 林肯环球股份有限公司 | 使管道端部具有激光热焊丝层的方法和系统 |
CN105473267A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-04-06 | 林肯环球股份有限公司 | 利用热焊丝tig定位热控制进行焊接的系统和方法 |
CN105916623A (zh) * | 2013-11-07 | 2016-08-31 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用由氩/氦气体混合物构成的保护气体的电弧堆焊方法 |
CN106573347A (zh) * | 2014-08-12 | 2017-04-19 | 霍伯特兄弟公司 | 用于低锰焊接合金的系统和方法 |
CN109689267A (zh) * | 2016-07-08 | 2019-04-26 | 挪威钛公司 | 用于由两个焊枪通过固体自由成形制造来构建金属物体的方法和设备 |
CN108067761A (zh) * | 2016-11-16 | 2018-05-25 | 林肯环球股份有限公司 | 具有碱土金属的焊接电极焊丝 |
CN109570812A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 林肯环球股份有限公司 | 含铝焊接电极 |
CN109834407A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 林肯环球股份有限公司 | 增材结构构建技术的系统和方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021058935A (ja) | 2021-04-15 |
KR20210041513A (ko) | 2021-04-15 |
US20210101222A1 (en) | 2021-04-08 |
EP3799991A1 (en) | 2021-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112025034B (zh) | 双焊丝焊接或增材制造系统及方法 | |
JP4676698B2 (ja) | 改良した消耗電極アーク溶接 | |
CA2921695C (en) | Extraction of arc length from voltage and current feedback | |
US4447703A (en) | Method and apparatus for arc welding | |
KR900007801B1 (ko) | 내마모성 표면재료를 부착시키는 용접장치 및 방법과 용접 비이드를 가진 금속기재(基材) | |
CA3066663C (en) | Methods and apparatus to preheat welding wire for low hydrogen welding | |
EP2532466A2 (en) | Two-electrode welding method | |
MX2014006637A (es) | Método y sistema de soldadura de arco giratorio con electrodo negativo de cc. | |
CA3036375C (en) | Helical welding wire and helix forming welding torch | |
CN110114179B (zh) | 用于焊接应用的场形成器 | |
CN111344098A (zh) | 控制焊接电极预热的系统和方法 | |
WO2009034460A2 (en) | Method and apparatus of welding with electrical stickout | |
EP3799991A1 (en) | A system and a method achieving ultra high deposition rate welding | |
EP3481578B1 (en) | Fluid-cooled contact tip assembly for metal welding | |
EP3838468A1 (en) | Methods and systems for gas control during welding wire pretreatments | |
EP1245323A1 (en) | Method and apparatus for building up a workpiece by deposit welding | |
CN111050969B (zh) | 减少焊丝中的脱落的系统、方法和设备 | |
US11772182B2 (en) | Systems and methods for gas control during welding wire pretreatments | |
CA1217533A (en) | Method and apparatus for arc welding using preheated electrode | |
CN105916623A (zh) | 用由氩/氦气体混合物构成的保护气体的电弧堆焊方法 | |
EP0827801A1 (en) | Welding torch | |
AU2002336817A1 (en) | Improved consumable electrode arc welding |
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 |