CN113000990A - 用于在焊丝预处理期间进行气体控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及用于对在焊接操作中使用的焊丝进行预处理的系统和方法。使用本文所公开的系统和方法的实施例，可以通过以下步骤从焊丝中去除氢和/或其他污染物：使该焊丝穿过预处理室，优选地将从该预处理室排出的气体与在焊接操作中利用的保护气体隔离开；处理该预处理室内的焊丝以释放出氢和/或其他污染物；以及产生通过该预处理室的湍流气体流动。通过在预处理室内产生湍流气体流动，可以更好地将释放出的氢和/或其他污染物从焊丝输送走，从而防止释放出的污染物被重新引入到焊丝上或以其他方式被输送到焊缝中。

Description

用于在焊丝预处理期间进行气体控制的方法和系统

背景

本公开内容总体上涉及焊接，并且更具体地涉及用于对焊接器具的焊丝进行预处理以减少凝固焊缝中的氢量并使这种焊缝不易受到氢致开裂(HIC)和氢脆变的影响的方法、系统和装置。更具体地，本公开内容涉及用于在这样的预处理操作期间控制和利用气体流动的方法、系统和装置。

焊接是一种在所有行业中越来越普遍的工艺。焊接就其本质而言只是使两块金属结合在一起的方式。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，金属惰性气体(MIG)焊接和埋弧焊(SAW)技术允许通过从焊炬送给被惰性气体和/或助焊剂保护的焊接电极丝来形成连续焊道。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期望焊缝的焊接电弧。

发明内容

本公开内容涉及一种与焊炬一起使用的焊丝预处理系统、方法和装置，更具体地涉及预处理焊丝以进行低氢焊接的系统、方法和装置。

本公开内容的实施例涉及一种焊接系统，该焊接系统包括具有远端的焊炬，填充焊丝延伸穿过该远端。填充焊丝沿下游方向朝向远端进入并穿过焊炬。当填充焊丝从卷轴进入并穿过焊炬时，该填充焊丝穿过了预处理室或清洁室及保护气体室。在焊接操作期间的给定时间，预处理室包围焊丝的至少一部分，并且保护气体室包围焊丝的至少一部分。保护气体室具有气体入口和气体出口。保护气体室的出口被配置为使得离开保护气体室的保护气体在从焊炬的远端伸出的焊丝部分周围流动。例如，保护气体室的出口通常可以对应于焊炬的远端。预处理室也包括气体入口和气体出口。然而，预处理室的气体出口与保护气体室隔离开。

例如，在一些实施例中，预处理室的气体出口可以被配置为使得离开该预处理室的气体被引导远离焊池，即远离从焊炬的远端伸出的焊丝部分。这可能涉及在与焊炬的远端相距一定距离处且在与保护气体的下游流动方向不同的方向上将气体从预处理室排放到大气中。可替代地，离开预处理室的气体可以被输送到收集单元、进行循环利用等。

在一些实施例中，通过将预处理室至少部分地嵌设在保护气体室的至少一部分内，使预处理室的气体出口与保护气体室隔离开。在这样的实施例中，预处理室的气体出口可以包括延伸穿过保护气体室的一个或多个旁路导管。以这种方式，可以将用过的预处理气体输送通过保护气体室，而不会使用过的预处理气体与保护气体混合。在其他实施例中，通过将预处理室布置在保护气体室的上游，使预处理室的气体出口与保护气体室隔离开。可以通过一个或多个挡板和/或通过可以用于流体地隔离这两个室的任何其他设备将预处理室的下游端与保护气体室的上游端分隔开。

在一些实施例中，预处理室和保护气体室均可以被布置在焊炬的主体内。在其他实施例中，仅预处理室的一部分可以被布置在焊炬的主体内。在又一些其他实施例中，预处理室可以被布置在焊炬主体的上游。

在一些实施例中，预处理室的气体入口和保护气体室的入口可以可操作地连接(例如，流体地连接)，使得附接到单个连接端口的气体管线可以向这两个室供应气体。以这种方式，可以将单气体供应既用作预处理气体又用作保护气体。在一些实施例中，预处理室的气体入口和保护气体室的入口可以彼此不同，使得供应给预处理室的气体可以具有与供应给保护气体室的气体不同的成分。例如，预处理室的气体入口可以被配置为连接到第一气体管线，并且保护气体室的入口可以被配置为连接到第二气体管线。在一些实施例中，该系统可以被配置为使得使用者可以选择是使用单个气体附接件还是使用两个不同的气体附接件。

在一些实施例中，预处理室可以被配置为诸如通过焊丝预加热电路电阻式地预加热电极丝。焊丝预加热电路可以包括第一接触端头、第二接触端头、以及在该第一接触端头与该第二接触端头之间的电极丝区段。在一些实施例中，预处理室可以被配置为对诸如铝焊丝等填充焊丝进行蚀刻。例如，预处理室可以包括被布置和配置为对填充焊丝的表面层进行蚀刻的一个或多个电极(例如，钨电极)。

本公开内容的实施例还涉及对焊接设备的焊丝进行预处理以减少引入到焊缝中的氢量的方法。该方法包括：使焊丝穿过具有气体入口和气体出口的预处理室；在气体入口与气体出口之间提供通过预处理室的气体流动；以及对焊丝进行预处理(例如，通过进行预加热和/或蚀刻)以从焊丝释放出氢和/或其他污染物。通过在预处理期间在焊丝周围提供气体流动，从焊丝去除的氢和/或其他污染物可以被该气体吸收。离开预处理室的出口的气体可以与在焊接操作期间利用的保护气体隔离开。进一步地，离开预处理室的出口的气体可以被引导以远离焊接操作，即远离从焊炬的远端伸出的焊丝部分。这可以涉及在与焊炬的远端相距一定距离处和/或在与保护气体的下游流动方向不同的方向上将气体从预处理室排放到大气中。可替代地，离开预处理室的气体可以不被排放，而是被输送到收集单元、进行循环利用等。

在一些实施例中，对焊丝的预处理涉及对焊丝进行预加热以去除氢和/或其他污染物。预加热可以涉及电阻式预加热，其中产生焊丝预加热电路。焊丝预加热电路可以包括以一定的间隔关系将第一接触端头和第二接触端头与焊丝连接。在一些实施例中，对焊丝的预处理涉及对焊丝的表面进行蚀刻(例如，对铝焊丝的表面进行蚀刻)，以去除氢和/或其他污染物。蚀刻可以涉及使用一个或多个电极(例如，钨电极)。

在一些实施例中，流过预处理室的气体可以是与用作焊接操作的保护气体相同的气体。然而，在其他实施例中，流过预处理室的气体在成分上可以不同于用作焊接操作的保护气体的气体。例如，可以将第一气体用作焊接操作的保护气体，并且可以将具有与第一气体不同的成分的第二气体用作预处理气体。

本公开内容的实施例还涉及通过以下步骤从在焊接操作中利用的填充焊丝中去除氢的方法：使该焊丝穿过包括气体入口和气体出口的预处理室或清洁室，该气体出口优选地是将从预处理室排出的气体与在焊接操作中利用的保护气体隔离开的气体出口；在预处理室内对焊丝进行处理以释放出氢和/或其他污染物；以及产生通过预处理室的湍流气体流动。目前已经发现，通过在预处理室内产生湍流气体流动，可以使得远离焊丝地输送释放出的氢和/或其他污染物变得更高效，从而使得被重新引入到焊丝上或以其他方式被输送到焊接区中的污染物更少。

在一些实施例中，可以使流过预处理室的气体的雷诺数至少为2100、可替代地至少为2500、可替代地至少为2800、可替代地至少为3000、可替代地至少为3500、可替代地至少为4000。可以以多种方式对流过预处理室的气体进行作用，以产生期望程度的湍流，该多种作用方式包括例如诸如通过使气体流过横截面减小的区域、将一个或多个障碍物放置在气体的流动路径内、使气体经过一个或多个粗糙的或有纹理的表面等预处理室的气体入口处或其附近对气体的流动产生干扰。

在一些实施例中，对焊丝的处理涉及对焊丝进行预加热以去除氢和/或其他污染物。预加热可以涉及电阻式预加热，其中产生焊丝预加热电路。焊丝预加热电路可以包括以一定的间隔关系将第一接触端头和第二接触端头与焊丝的连接。在一些实施例中，对焊丝的处理涉及对焊丝的表面进行蚀刻(例如，对铝焊丝的表面进行蚀刻)，以去除氢和/或其他污染物。蚀刻可以涉及使用一个或多个电极(例如，钨电极)。

本公开内容的实施例还涉及一种焊接系统，该焊接系统包括填充焊丝和包围该焊丝的至少一部分的预处理室以及被配置为在预处理室内产生湍流气体流动的一个或多个流动干扰器，其中，该预处理室包括气体入口和气体出口、优选地是与保护气体室隔离开的气体出口。一个或多个流动干扰器可以包括例如横截面减小的区域、气体的流动路径内的一个或多个障碍物、一个或多个粗糙的或有纹理的表面等。

在一些实施例中，预处理室均可以被布置在焊炬的主体内。在其他实施例中，仅预处理室的一部分可以被布置在焊炬的主体内。在又一些其他实施例中，预处理室可以被布置在焊炬主体的上游。预处理室的气体出口可以被配置为引导离开预处理室的气体以使其远离焊接操作，例如，远离焊炬的远端。

在一些实施例中，预处理室可以被配置为诸如通过焊丝预加热电路电阻式地预加热电极丝。焊丝预加热电路可以包括第一接触端头、第二接触端头、以及在该第一接触端头与该第二接触端头之间的电极丝区段。在一些实施例中，预处理室可以被配置为对诸如铝焊丝等填充焊丝进行蚀刻。例如，预处理室可以包括被布置和配置为对填充焊丝的表面层进行蚀刻的一个或多个电极(例如，钨电极)。

本公开内容的实施例还涉及一种利用本文所公开的系统和/或方法来执行焊接操作的方法。

附图说明

以下是对附图中描绘的示例的描述。附图不一定按比例绘制，并且出于清晰或简明的目的，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或示意性示出。

图1展示了用于对焊丝进行预加热的系统的实施例。

图2展示了用于对焊丝进行蚀刻的系统的实施例。

图3展示了用于对焊丝进行预加热的系统的实施例，其中，预加热室的气体出口与保护气体室隔离开。

图4展示了用于经由预处理(例如，预加热、蚀刻)对焊丝进行清洁的系统的实施例，其中，离开清洁室的气体与保护气体隔离开，清洁室至少部分地嵌设在保护气体室内，并且清洁室的气体入口流体地连接到保护气体室的气体入口。

图5展示了用于经由预处理(例如，预加热、蚀刻)对焊丝进行清洁的系统的实施例，其中，离开清洁室的气体与保护气体隔离开，清洁室至少部分地嵌设在保护气体室内，并且清洁室的气体入口独立于保护气体室的气体入口。

图6展示了用于经由预处理(例如，预加热、蚀刻)对焊丝进行清洁的系统的实施例，其中，离开清洁室的气体与保护气体隔离开，清洁室被布置在保护气体室的上游，并且清洁室的气体入口流体地连接到保护气体室的气体入口。

图7展示了用于经由预处理(例如，预加热、蚀刻)对焊丝进行清洁的系统的实施例，其中，离开清洁室的气体与保护气体隔离开，清洁室被布置在保护气体室的上游，并且清洁室的气体入口独立于保护气体室的气体入口。

图8展示了用于对焊丝进行蚀刻的系统的实施例，其中，蚀刻室的气体出口与保护气体室隔离开。

图9展示了当使预处理气体处于湍流状态时在焊丝的表面处产生薄粘性层。

图10展示了与图9中所示的流动条件相关联的不同输送机制。

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特征。

具体实施方式

在以下详细的描述中，阐述了具体的细节，以便提供对本公开内容的实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将了解的是，在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下也可以实践所公开的示例。为简洁起见，可能并不详细描述众所周知的特征或工艺。此外，相似或相同的附图标记可以用于标识相同或相似的元件。

氢脆变是由于氢的存在和扩散而使金属失去韧性、变脆和/或断裂的过程。至少部分地由诸如焊接电极等填充焊丝引入的氢引起的工件上的压力会累积。当压力超过阈值水平时，工件会以称为氢致开裂的机理开裂。在整个焊接过程中，金属可以通过使用已暴露于水分和/或以其他方式形成的碳氢化合物的焊接填充材料来吸收氢。

管状焊丝在制造期间在控制水分水平方面通常比实心焊丝更困难，并且在储存和/或现场使用期间可能更易于吸收水分。在使用有缝焊丝进行焊接时，操作员和/或其他原料搬运人员必须格外小心，以避免使填充材料面对可能会增加氢开裂风险的源。经常在诸如造船、管道和/或结构性焊接等应用中使用的、可能易受氢开裂影响的常见有缝焊丝包括FabCO XL550(E71T-1CJ/-9CJ/-12CJ H4)、Fabshield 81N1(E71T8-Ni1J H8)和FabCOR86R(E70C-6M H4)。

铝焊丝是反应性强的，并且当暴露于大气条件下时会形成表面氧化物层。氧化物层包含来自大气中的湿气的大量水。水提供了氢的来源，氢可能会导致铝焊缝中的孔隙。

本文所描述的焊接系统可以通过任何已知的电焊接技术在焊件中的两个部件之间(例如，在焊接接头处)形成焊缝。已知的电焊接技术尤其包括有保护的金属电弧焊(SMAW)、MIG、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、TIG、激光焊、埋弧焊(SAW)、螺柱焊、摩擦搅拌焊和电阻焊。MIG、TIG、热丝熔覆、热丝TIG、热丝钎焊、多弧应用和SAW焊接技术尤其可能涉及自动或半自动外部金属填充器(例如，经由送丝器)。可选地，在任何实施例中，焊接设备可以是具有一个或多个电力供应器和相关联电路系统的电弧焊接设备，该相关联电路系统向焊接工具的电极丝提供直流电流(DC)、交流电流(AC)或其组合。焊接工具可以是例如TIG焊炬、MIG焊炬或药芯焊炬(通常称为MIG“焊枪”)。电极丝可以是管状型电极、实心型焊丝、药芯焊丝、无缝金属芯焊丝和/或任何其他类型的电极丝。

如本文中所使用的，送丝焊接系统是指能够执行焊接(例如，气体保护金属极电弧焊(GMAW)、气体保护钨极电弧焊(GTAW)、埋弧焊(SAW)等)、钎焊、包覆、耐磨堆焊和/或其他工艺的系统，其中，通过送入工作位置(诸如电弧或焊接熔池)的焊丝提供填充金属。

本公开内容的实施例涉及对焊丝的预处理，即在焊丝的行进路径上且在焊接电弧和/或熔敷之前对填充焊丝进行处理。预处理可以包括预加热、蚀刻或其组合。如本文中所使用的，预加热是指在焊接电弧和/或熔敷之前对焊丝进行加热。如本文中所使用的，蚀刻是指去除焊丝的表面层，例如去除铝焊丝的氧化物层。预处理可以在焊接工具自身内(例如，在焊炬或焊枪内)进行或在不同的部件内(例如，在独立于焊接工具的部件内)进行。因为预处理使得从焊丝中释放出氢，所以该预处理在本文中被称为清洁室或预清洁室的部件中进行。

电阻式预加热方法和系统

所公开的示例涉及在电极丝从焊丝卷轴展开之后并且在电弧之前电阻式地预加热电极丝。例如，电极丝可以经由位于焊丝源与电弧之间的任意两个点处的接触点来被预加热。接触点可以使用与电极丝建立电接触的任何技术来实施，例如接触端头、导电刷和/或导电辊。一些其他所公开的示例涉及在焊丝拉拔(例如，制造)过程期间电阻式地预加热焊丝，以立即减少所拉拔的焊丝中的氢。因此，所公开的示例能够将焊丝递送到焊接应用，这显著地降低使用预加热焊丝的焊缝发生开裂和脆化的风险。

除了焊接电路之外，所公开的示例还包括一个或多个预加热电路，该一个或多个预加热电路被控制为提供电流以预加热电极。对焊接电极进行预加热提供多种潜在益处，在2016年11月4日提交的且名称为“Systems,Methods,and Apparatus to PreheatWelding Wire[用于对焊丝进行预加热的系统、方法和装置]”的美国专利申请号15/343,992中描述了这些潜在益处。美国专利申请号15/343,992的全部内容通过援引并入本文。除了提供这样的益处之外，所公开的示例还使用一个或多个预加热电路以通过增大氢从焊丝扩散的速率来降低焊丝中的氢含量。

在一些示例中，预加热电路包括多个接触点(例如，焊炬接触端头和/或其他接触点)，该多个接触点可以被布置成在焊炬处、送丝器处、送丝器与焊炬之间、和/或焊炬、送丝器或焊炬与送丝器之间的任何组合的位置与电极丝接触。在一些示例中，焊接系统包括多个预加热电路。不同的预加热电路可以提供不同水平的预加热电流。例如，可以为从焊丝卷轴送给的电极丝提供低的第一预加热电流以升高焊丝的温度，从而促进氢扩散，同时保持足够的柱强度以在不发生屈曲的情况下送给焊丝。当焊丝靠近焊炬时，施加更高的预加热电流，以使焊丝温度升高至更接近焊丝熔点的温度。由每个预加热电路施加的电流可以在电极丝的(多个)区段中叠加(例如，添加或削减)、在一个或多个接触端头或其他接触点处叠加(例如，添加或削减)、或者不重叠。附加地或可替代地，可以将焊接电流叠加在一个或多个预加热电流上和/或与所述预加热电流不重叠。

与常规的烘干技术相比以及与常规的干伸技术相比，所公开的示例经由控制回路(例如，电压控制回路、电流控制回路等)控制焊丝中的预加热电流以在相对较短的一段时间内以始终如一的方式减小氢水平。在一些示例中，基于焊丝的各方面(诸如焊丝类型、焊丝成分和/或焊丝直径)、从送丝器到电弧的焊丝路径的长度、送丝速度和/或影响氢扩散的任何其他控制变量来控制预加热电流。可以实施查找表以针对某些类型的管状焊丝和送丝速率调用最佳预加热参数。

在一些示例中，可以增添氢传感器以监测氢的水平。例如，可以将基于钯(Pd)的(例如，Pd官能化的)碳纳米管(CNT)、具有Pd合金栅极的基于二极管的肖特基传感器、和/或高度有序的竖直定向的二氧化钛(TiO2)纳米管微电子机械系统(MEMS)传感器引入到焊炬中，以检测氢水平和/或对预加热电源进行闭环控制。也可以在预加热室附近设置氢传感器以在将消耗型电极熔敷到焊池中以形成焊接金属之前测量氢水平。

所公开的用于减少与消耗型焊接电极相关联的氢的示例装置包括：焊接型电源，该焊接型电源被配置为向焊接型电路提供焊接型电流，其中，该焊接型电路包括焊接型电极以及焊炬的第一接触点；以及电极预加热电路，该电极预加热电路被配置为通过焊接型电极的第一部分来供应预加热电流，其中，焊接型电极的第一部分位于供应焊接型电极的焊丝源与焊炬的第一接触点之间。

一些示例装置进一步包括电极预加热控制电路，该电极预加热控制电路被配置为基于焊接型电极的类型、焊接型电极的化学性质、焊丝直径或气体成分中的至少一者来控制预加热电流。一些示例装置进一步包括氢传感器，该氢传感器被配置为测量下列至少一个位置的氢：在焊接型电极中或在焊接型电极附近，其中，电极预加热控制电路被配置为基于来自氢传感器的氢测量结果来控制预加热电流。在一些示例中，氢传感器是基于钯的传感器、基于二极管的肖特基传感器、或基于微机械系统的传感器中的至少一个。

一些示例装置进一步包括水分传感器，该水分传感器被配置为测量下列至少一个位置的水分：在焊接型电极中或在焊接型电极附近，其中，电极预加热控制电路被配置为基于来自水分传感器的水分测量结果来控制预加热电流。在一些示例中，电极预加热电路被配置为经由第一接触点和第二接触点将预加热电流提供给电极预加热电路。在一些示例中，预加热电流和焊接型电流具有相应的极性，这些极性将第二接触点处的净电流减小到小于预加热电流和焊接型电流。

一些示例装置进一步包括焊丝冷却器，该焊丝冷却器被配置为在对焊接型电极加热之后对焊接型电极进行冷却。一些示例装置进一步包括电极预加热控制电路，该电极预加热控制电路被配置为控制预加热电流以在焊接型电极中实现目标电流、目标电压、目标功率、目标电阻、目标温度或目标焓中的至少一者。在一些示例中，焊炬包括用于从传导预加热电流的焊接型电极附近的体积中去除氢的排放系统。

在一些示例中，电极预加热电路包括位于第一接触点与焊丝源之间的第二接触点。在一些这样的示例中，第二接触点是送丝器的驱动辊。在一些示例中，第二接触点包括焊炬中的第二接触端头。在一些示例中，电极预加热电路包括第一接触点和第二接触点。在一些示例中，电极预加热电路包括位于第一接触点与第二接触点之间的第三接触点。

所公开的用于减少焊接型电极中的氢的示例方法包括：经由焊接型电源向焊接型电路提供焊接型电流，其中，该焊接型电路包括焊接型电极以及焊炬的第一接触点；以及经由电极预加热电路、通过焊接型电极的在焊丝源与焊炬的第一接触点之间的焊接型电极的第一部分来供应预加热电流。

图1展示了具有电阻式预加热的示例性焊接系统200的功能图。如所展示的，焊接系统200可以包括焊炬主体204、保护气体入口206、第一接触端头218、陶瓷引导件214、气体喷嘴216和第二接触端头208。

在一些示例中，第一接触端头218和/或第二接触端头208是模块化的和/或可移除的，以便于焊接系统200的使用者进行维修。例如，第一接触端头218和/或第二接触端头208可以被实施为可更换盒。在一些示例中，焊接设备110考虑例如以下各项来监测并指示第一接触端头218和/或第二接触端头208应被更换：第一接触端头218和/或第二接触端头208的使用时间的测量结果、第一接触端头218和/或第二接触端头208的(多个)温度、第一接触端头218和/或第二接触端头208和/或焊丝中的安培数、第一接触端头218和/或第二接触端头208和/或焊丝之间的电压、焊丝中的焓和/或任何其他数据。

在操作中，电极丝114穿过第一接触端头218和第二接触端头208进入焊炬204的主体中，在该第一接触端头与该第二接触端头之间，第二电力供应器202b产生预加热电流以加热电极丝114。具体地，预加热电流可以经由第二接触端头208进入电极丝114，并且经由第一接触端头218离开。在第一接触端头218处，焊接电流也可以进入电极丝114。焊接电流由第一电力供应器202a产生或以其他方式提供。焊接电流经由工件106离开电极丝114，进而产生焊接电弧220。即，电极丝114在经由焊接电流通电以进行焊接时携带高电势。当电极丝114与目标金属工件106接触时，电路被补全，并且焊接电流流过电极丝114、跨过(多个)金属工件106并到达地面。焊接电流使电极丝114和与电极丝114相接触的(多个)工件106的母体金属熔化，由此在熔化物凝固时将工件结合在一起。通过预加热电极丝114，可以通过大为减小的电弧能量来产生焊接电弧220。

预加热电流的范围可以是从例如25A至400A。总体而言，对于给定的电极温度上升，预加热电流与两个接触端头之间的距离的平方根成反比和/或与电极丝114的尺寸成正比。即，距离越小，实现一定温度上升所需的电流就越大。预加热电流可以在接触端头208、218之间沿任一方向流动。

为了避免电极丝114发生不希望的扭结、屈曲或卡塞，可以提供引导件214以在电极丝114从第二接触端头208向第一接触端头218行进时引导该电极丝。引导件214可以由陶瓷、介电材料、玻璃陶瓷多晶材料和/或另一非导电材料制成。接触端头组件200可以进一步包括弹簧施力装置或等效的装置，该弹簧施力装置或等效的装置通过使电极丝114保持拉紧和/或绷直来减少焊丝的扭结、屈曲和卡塞，同时增大焊丝接触效率。

在所展示的实施例中，第一接触端头218和第二接触端头208两者存在于焊炬的主体204内。然而，在其他实施例中，第二接触端头208和第一接触端头218中的一个或多个可以被布置在不同的位置处，例如，被布置在焊炬的主体204外部。

例如，在一些实施例中，第二接触端头208可以被布置在送丝器处(例如，焊接设备110处)或另一延伸距离处，以引入预加热电流，在这种情况下，预加热电流可以离开焊炬204中的接触端头。焊炬204中的接触端头可以与焊接电流被引入到电极丝114的接触端头相同或不同。可以进一步沿电极丝114设置(多个)预加热接触端头，以便于与推拉式焊枪一起使用，诸如可从Miller Electric of Appleton,Wisconsin(威斯康星州阿普尔顿的米勒电气)获得的焊枪。衬里可以由陶瓷辊制成，因此预加热电流可以在送丝器处向回流动，并且由于衬里的长度，该预加热电流具有非常低的值。

在一些实施例中，第一接触端头218和第二接触端头208可以被布置在鹅颈式弯曲部的每一侧。例如，预加热区段可以是弯曲的(例如，非直线的)。即，焊丝通过焊炬的具有大于0度的弯曲部的区段被送给，或者通过将被认为是“鹅颈”的颈部被送给。第二接触端头208可以被布置在最初的弯曲部之前，而第一接触端头218可以被布置在该弯曲部结束之后。这样的布置对于移动通过这两个接触端头之间的颈部部分的加热焊丝的连接性具有额外的优点。这样的布置导致这两个接触端头之间更可靠的连接，在这种情况下原本需要离轴机加工的介电插入物。

通常，焊接电流由第一电力供应器202a生成或由其以其他方式提供，而预加热电流由第二电力供应器202b生成或由其以其他方式提供。第一电力供应器202a和第二电力供应器202b最终可以共用同一电源(例如，同一发电机或线路电流连接)，但来自同一电源的电流被转换、逆变和/或调节以产生两股不同的电流——预加热电流和焊接电流。例如，可以利用单个电源和相关联的转换器电路系统来促进预加热操作。在这种情况下，三根引线可以从焊接设备110或焊机中的辅助电力线延伸，这可以省去第二电力供应器202b。

预加热电流和焊接电流可以是DC、AC、脉冲变化的DC、和/或其组合。例如，焊接电流可以是AC，而预加热电流可以是DC，反之亦然。类似地，焊接电流可以是DC电极负接(DCEN)或各种其他电力机制。在某些方面，可以进一步控制焊接电流波形，包括恒定电压、恒定电流和/或脉冲(例如，AccuPulse)控制。在某些方面，作为恒定电流的替代，可以使用恒定电压和/或恒定功率、恒定熔透和/或恒定焓来促进预加热。例如，可能期望控制到工件中的熔透量。在某些方面，接触端头到工件的距离可能发生变化，这在恒定电压焊接过程下将使焊接电流增大或减小，以便将电压维持在目标电压命令处或其接近，并且因此改变到焊接件中的熔透/热输入量。通过响应于接触端头到工件距离的变化而调整预加热电流的量，可以有利地控制熔透/热输入。此外，可以改变熔透以反映所期望的焊道/熔透轮廓。例如，可以将预加热电流改变为多个波形(诸如但不限于脉冲型波形)以取得所期望的焊道/熔透轮廓。

电流可以是由具有初级相位控制的简单变压器递送的线频率AC。使用CC、CV或恒定功率来控制递送到预加热区段的电流和电压可能更简单，这取决于如何实施控制以及电力供应器配置如何做到这一点。在另一方面，用于消耗型电弧焊接(GMAW和SAW)的焊接电源可以包括调节恒定焊接电流输出并且适应地调整焊丝速度以维持电弧长度或电弧电压设定点(例如，CC+V过程控制)。在又另一方面，焊接电源可以包括调节恒定焊接电压输出(或电弧长度)并且适应地调整焊丝速度以维持电弧电流设定点(例如，CV+C过程控制)。CC+V过程控制和CV+C过程控制允许通过适应地调整送丝速度(或可变熔敷)来适应焊丝干伸变化和预加热电流/温度变化。在又另一方面，电源可以包括调节恒定焊接电流输出，送丝器维持恒定熔敷，并且预加热电源适应地调整预加热电流(或预加热电力)以维持恒定电弧电压(或电弧长度)。可以理解，预加热电流/功率的增加为焊丝焊接过程(GMAW和SAW)添加了新的自由度，该新的自由度实现在维持恒定焊接熔透和焊接宽度(电弧电流)、熔敷(焊丝速度)和过程稳定性(电弧长度或电弧电压)方面的灵活性和可控性。这些控制方案可以在焊接过程期间进行切换，例如，CV+C仅用于起弧，而其他控制机制用于主焊接。

焊接系统200可以被配置为监测在预加热接触端头之间(如所展示的，在第一接触端头218与第二接触端头208之间)的电极丝114的离开温度(例如，预加热温度)。可以使用一个或多个温度确定设备(诸如温度计)来监测预加热温度，该一个或多个温度确定设备被布置成邻近电极丝114或以其他方式可操作地被布置，以利于定期或实时反馈。示例温度计可以包括接触式传感器和非接触式传感器两者，诸如非接触红外温度传感器、热敏电阻器和/或热电偶。红外温度计根据由电极丝114发出的热辐射的一部分来确定温度，以产生测得的预加热温度。除了温度计之外或代替温度计，温度确定设备还可以包括一个或多个传感器和/或计算电极丝114的预加热温度的算法。例如，系统可以基于例如电流或电压来动态地计算温度。在某些方面，温度计可以测量介电引导件或第一接触端头的温度以推断出焊丝温度。

在操作中，操作员可以设置目标预定预加热温度，由此焊接系统200动态地监测电极丝114的预加热温度，并经由第二电力供应器102b调整预加热电流以补偿测得的预加热温度与目标预定预加热温度的任何偏差(或其他差异)。类似地，可以设置控制，以使得直到电极丝114已经被预加热到预定预加热温度时才能执行焊接操作。

示例组件200对电极丝114的一区段进行预加热以减少在焊接之前电极丝114中存在的氢。在一些示例中，组件200可以监测电极丝114中的氢水平并且在焊接之前对电极丝114的一区段进行预加热以减少氢。组件200包括电极预加热控制电路222。电极预加热控制电路222可操作以控制由电力供应器202b供应的预加热电力，以维持对焊缝的基本上恒定的热输入(例如，一定范围内的热输入)。在一些示例中，电极预加热控制电路222基于对电极丝114的干伸加热的估计并通过基于所估计的干伸加热的变化来修改由电力供应器202b提供的预加热电力从而控制预加热电力。

在一些示例中，电极预加热控制电路222从氢传感器接收氢测量信号并且调整预加热电力供应器202b的预加热参数(例如，电流、电压、电力、焓等)和/或焊接电力供应器202a的焊接参数。

与常规的氢减少方法相比，通过以电极丝114从组件200送出的速度将电极丝114预加热到所期望的温度，相对于存在或可允许的氢量，组件200更容易减少和/或消除过量的氢。

电极预加热控制电路222基于为了减少该类型电极丝中的水分而对该类型电极丝进行烘干的观察效果并基于电极丝114的送给速度来控制预加热参数，诸如预加热电力、电流、电压和/或焦耳加热。例如，较高的电极丝114的送给速率可能需要较高的预加热电力。使用管状电极在对接接缝上进行焊接可能比具有榫接接头的管状电极需要更少的预加热电力。具有更大横截面积的更大直径的管状焊丝可能需要更高的预加热电力。

示例电极预加热控制电路222可以使用查找表或其他存储器结构基于(例如，经由使用者界面或另一输入方法)对电极预加热控制电路222的输入来检索预加热参数。例如，电极预加热控制电路222可以使用送丝速度、焊丝类型(例如，管状焊丝、实心焊丝、焊丝名称等)和/或焊丝直径来识别表中的用于控制预加热电力供应器202b的预加热电流、预加热电压、预加热焓、焊丝温度和/或焊丝电阻(例如，指示焊丝的温度)中的一项或多项。例如，可以使用型号、通用产品代码(UPC)和/或焊丝的任何物理描述来识别焊丝类型。除了直径、成分和送丝速度之外，焊丝的电阻也可以作为用于确定预加热的变量而被包括在内。例如，管状焊丝的包层厚度和/或填充百分比(例如，芯材料重量与包层重量之比)至少部分地确定焊丝的电阻。预加热距离可以是固定的和/或可动态控制的输入，并且因此可以用作查找表的输入变量。通过使用不同的电阻加热水平和/或时间段对不同的焊丝类型进行测试以确定氢含量，可以凭经验确定查找表中的数据。

当包括氢传感器时，该氢传感器监测电极丝114上和/或其附近的氢水平。例如，氢传感器可以是基于钯(Pd)的传感器，诸如钯官能化的碳纳米管(CNT)。氢传感器的另一示例实施方式是作为具有Pd合金栅极的基于二极管的肖特基传感器。附加地或可替代地，可以将高度有序的竖直定向的二氧化钛(TiO2)纳米管微电子机械系统(MEMS)传感器结合在焊炬中，以检测电极丝114中或其附近的低水平(例如，百万分之几、十亿分之几等)的氢。电极预加热控制电路222可以基于从氢传感器接收到的氢测量结果对预加热电力供应器202b进行闭环控制。也可以在预加热室附近设置氢传感器以在将电极丝114熔敷到工件106处的焊池中以形成焊缝金属之前测量氢水平。可以使用水分传感器代替氢传感器或作为对氢传感器的补充。

示例组件200允许以低成本生产管状电极并且仍然取得低氢表现。组件200还可以降低在电极丝114的生产期间减少或防止氢吸收的成本，诸如可以使与带钢质量、拉拔润滑剂、助焊剂采购和储存相关联的成本、和/或其他生产、储存和/或采购成本最小化。此外，可以降低防止电极丝114吸收水分的包装和/或储存成本，并且可以延长电极丝114的保存期限。

因为氢减少得以改善，所以制造商可以针对具有由在焊炬处提供焊丝预加热的示例组件提供的氢免除的机械性能选择更多种类的管状焊丝。氢的减少变得更容易，因为它不像常规技术中那样取决于干伸长度。最终使用者通常无法以一致的方式调节干伸长度，因此经由预加热进行氢减少允许固定的、自我调节的预加热长度，使得焊丝加热将是一致的且不依赖于干伸长度。较短的干伸长度也改善了焊接电力供应器202a对短路事件和/或熄弧事件的响应。预加热氢减少方法进一步省去了在使用焊丝114之前将电极丝114预烘干相当长一段时间的需要。当使用传统的干伸方法时，预加热氢减少方法可以对电极丝114进行尽可能多的加热，这与常规方法相比进一步降低了在被引入到焊缝之前的氢水平。

蚀刻方法和系统

在一些实施例中，可以使用(多个)电弧去除铝焊丝的氧化物层。铝是高反应性的，并且当暴露于大气条件下会形成表面氧化物层。氧化物层包含来自大气中的湿气的大量水。水提供了氢的来源，氢可能会导致铝焊缝中的孔隙。因此，有利的是去除氧化物层，并且减少或防止在清洁之后重新形成氧化物层。因此，所公开的系统和方法可以被配置为经由对焊丝的电弧预加热来去除铝焊丝的氧化物层(以及任何其他表面污染物)。气体在蚀刻过程期间流过焊丝，以防止在铝焊丝上重新形成氧化物层。类似地，所公开的系统和方法可以被配置为在预加热过程期间从焊丝去除有机污染物。有机污染物的去除防止了由“脏”焊丝导致的焊缝缺陷，这些焊缝缺陷可以包括焊缝中的孔隙。

所公开的示例涉及在从焊丝卷轴展开之后并且在电弧之前蚀刻焊丝。例如，可以经由例如由位于焊丝源与电弧之间的任意位置处的一个或多个钨电极形成的电弧来蚀刻焊丝。对焊丝进行蚀刻提供多种潜在益处，在2019年8月28日提交的且名称为“Systems andMethods for Wire Surface Oxidation Removal and/or Wire Preheating Using aTungsten Arc[用于使用钨电弧进行焊丝表面氧化物去除和/或焊丝预加热的系统和方法]”的美国专利申请号16/553,522中描述了这些潜在益处。美国专利申请号16/553,522的全部内容通过援引并入本文。

在一些实施例中，系统可以被配置为经由电弧预加热来蚀刻焊丝。该系统包含一个或多个钨电极，该一个或多个钨电极经由电弧焊丝加热来预加热所送给的焊丝。在焊接型系统中，一个或多个钨电极可以连接到用于提供预加热电力的焊接电力供应器、和/或连接到单独的预加热电力源。在一些示例中，焊炬中的一个或多个钨电极可以连接到一个或多个专用的预加热电源。

图2是诸如可以用于对铝焊丝进行蚀刻的示例性电弧预加热系统1000的框图。预加热系统1000包括第一钨电极1002和第二钨电极1004。每个钨电极1002和1006电连接到预加热电源1006。预加热电源1006也是焊接电源，该焊接电源提供焊接电力，该焊接电力为焊丝1010与工件1012之间的焊接电弧1008提供电力。在其他实施例中，钨电极1002和1006中的一个或多个可以替代地电连接到一个或多个专用的预加热电源。

焊丝1010通过接触端头1014送给并且被递送到工件1012。接触端头1014连接到焊接电源1006，以便为焊丝1010与工件1012之间的焊接电弧1008提供电力。工件1012电连接到电源1006，以补全电源1006、接触端头1014与焊丝1010之间的电路。在一些示例中，焊丝1010被第一钨电极1002与第二钨电极1004之间的电弧1016预加热，其中焊丝1010穿过该第一钨电极与第二钨电极。在一些示例中，电弧1016包括从第一钨电极1002到焊丝1010的第一电弧、以及从焊丝1010到第二钨电极1004的第二电弧，反之亦然。

在所展示的实施例中，钨电极1002和1004被布置在接触端头1014之后(即，焊丝1010在接触端头1014的下游被预加热和蚀刻)。然而，在其他实施例中，钨电极1002和1004可以被布置在接触端头1014之前(即，焊丝1010在接触端头1014的上游被预加热和蚀刻)。

如在所展示的实施例中所示，第一钨电极1002和第二钨电极1004可以在圆周上错开(即，错开180度)，以便蚀刻铝焊丝1010的两侧。在一些实施例中，系统1000可以包括多于两个的电极。例如，在一些实施例中，系统1000可以进一步包括第三钨电极。第一钨电极、第二钨电极和第三钨电极可以在圆周上错开(即，错开120度)，以便均匀地蚀刻铝焊丝1010。在一些实施例中，系统1000可以进一步包括第四钨电极。第一钨电极、第二钨电极、第三钨电极和第四钨电极可以在圆周上错开(即，错开90度)，以便均匀地蚀刻铝焊丝1010。

当正在使用预加热系统进行蚀刻时，可以将钨电极中的一个或两个设置为电极正接。与电极负接极性相比，使用电极正接极性的电弧(例如，钨电极相对于电极丝具有正电压时)更容易去除铝焊丝上的氧化层。因此，利用电极正接电弧预加热铝焊丝来去除铝焊丝上的氧化层。在一些示例中，电极可以连接到交流电源。当连接到交流电源时，钨电极之间的(多个)电弧将具有正分量，并且该正分量去除铝焊丝的表面氧化。为了去除铝焊丝的表面氧化，可以将钨电极连接到具有正时间分量的电源。在一些实施例中，预加热系统可以连接到多相电源(例如，三个电极连接到三相电源的三个相)。由于多相系统利用交流电，因此当利用多相系统时，在任何给定时间，至少一个电弧是电极正接极性的，这有助于从铝焊丝上去除污染物。

预处理气体出口与保护气体的隔离

为了在预处理过程期间促进从焊丝114上去除氢和/或防止在蚀刻之后在铝焊丝上重新形成氧化物层，可以在焊丝114周围提供气体流动。为了简单起见，该气体在本文中可以称为预加热气体，而不管预处理是涉及预加热、蚀刻还是涉及这两者。因为在焊接操作中使用的保护气体能够如预加热气体那样进行操作，所以用于焊接操作的保护气体之前已经被用作预加热气体。如图1所示，例如，保护气体入口206被布置在预加热区的至少一部分的上游，例如被布置在第一接触端头218的上游。然而，目前已经认识到，将保护气体用作预加热气体可能具有明显的缺点。

在预处理步骤期间从焊丝114上去除的氢和/或其他污染物被转移到预处理区中并被离开预处理区的气体携带走。因此，当用于焊接操作的保护气体被用作预处理气体时，来自焊丝的氢和/或其他污染物被朝向焊接电弧220推动。因此，来自保护气体的氢可能被俘获在焊缝中，几乎就像来自焊丝的氢可能被俘获在焊缝中那样，从而导致同样的开裂、脆变和/或孔隙问题。本公开内容的实施例提供了一些的方法和系统，其可以将预处理气体与保护气体分隔开以使得被引导朝向焊接电弧220的保护气体不包含来自预处理步骤的氢污染物。

由此，本公开内容的实施例提供了保护气体的多流动路径。多流动路径系统包括：第一流动路径，在预处理步骤期间保护气体的第一部分通过该第一流动路径在电极丝114周围流动；以及第二流动路径，保护气体的第二部分通过该第二流动路径在焊炬204的远端处的电极丝114周围流动。保护气体的第一部分(即作为预处理气体进行操作的保护气体的那一部分)离开预加热区，并且理想地远离焊接电弧220被引导，例如远离焊炬的远端。保护气体的第二部分(即用于焊接操作的保护气体的那一部分)以任一常规方式(例如，喷嘴)通过焊炬的远端离开，并且不含在焊丝预处理期间释放出的氢污染物。

本公开内容的其他实施例利用与用于焊接操作的保护气体不同的预处理气体。这些实施例利用包括独立气体入口的多流动路径系统。该系统包括：第一气体流动路径，在预处理步骤期间预处理气体通过该第一气体流动路径在电极丝114周围流动；以及第二气体流动路径，保护气体通过该第二气体流动路径在焊炬204的远端处的电极丝114周围流动。与第一气体流动路径相关联的气体入口不同于与第二气体流动路径相关联的气体入口，使得预处理气体可以是与保护气体不同的气体。离开第一流动路径的预处理气体理想地远离焊接电弧220被引导，例如，远离焊炬的远端。保护气体以任一常规方式(例如，喷嘴)通过焊炬的远端离开第二流动路径，并且不含在焊丝预处理期间释放出的氢污染物。

保护气体也可以在具有不同气体入口的系统中用作预处理气体。例如，供应保护气体的气体管线可以简单地分成第一保护气体管线和第二保护气体管线，其中第一保护气体管线附接到单独的预处理气体入口，而第二保护气体管线附接到单独的保护气体入口。

本公开内容的实施例涉及包括预加热气体室226和保护气体室236的焊接系统或组件200或者焊炬204。为了简单起见，自始至终将使用术语“预加热气体室226”，但是应当理解，该术语同样适用于在其中执行焊丝蚀刻的气体室。预加热气体室226包围电极丝114的至少第一部分。保护气体室236包围电极丝114的至少第二部分。电极丝114的第二部分在电极丝的第一部分的下游，即，位于更靠近焊炬224的远端及焊接电弧220的位置。

在一些实施例中，预加热气体室226和保护气体室228均可以被布置在焊接设备(例如，焊炬204)内。例如，在一些实施例中，电阻式预加热系统的第一接触点218和第二接触点208(或蚀刻系统的第一电极1002和第二电极1004)可以被布置在焊炬主体204内。本公开内容的实施例涉及焊接组件200，该焊接组件包括焊炬204，该焊炬包括如本文所描述的被布置在焊炬204内的预加热气体室226和保护气体室228。在其他实施例中，预加热气体室226的至少一部分可以在焊炬主体204的外部。例如，在一些实施例中，第二接触点208或第二接触点和第一接触点218两者(或类似地，第一电极1002和第二电极1004中的一个或多个)可以被布置在焊接设备(例如，焊炬主体204)的上游。本公开内容的实施例还涉及包括预加热气体室226的焊接组件200，该预加热气体室的至少一部分在焊接设备(例如，焊炬主体204)本身的外部。

预加热气体室226包括气体入口227和气体出口229。保护气体室236也包括气体入口237和气体出口239。在一些实施例中，预加热室226的气体入口227可以流体地连接到保护气体室236的气体入口237。在其他实施例中，预加热室226的气体入口227可以不流体地连接到保护气体室236的气体入口237。在一些实施例中，可以将单个气体供应既用作预处理气体又用作保护气体的气体供应。在其他实施例中，可以提供第一气体供应以用作预加热气体的气体供应，并且可以提供不同的第二气体供应以用作保护气体的气体供应。

例如，在一些焊接操作中，保护气体可能相对较昂贵。因此，通过使使用者能够利用与保护气体分开且不同的预加热气体，本公开内容的实施例提供了显著的益处。在其他实施例中，可能期望由具有单个气体供应连接的系统提供的操作简易性。

在一些实施例中，焊接设备可以被配置为使得使用者可以在独立的气体入口227、237与流体连接的气体入口之间切换。以这种方式，该系统可以以任一种方式进行操作，这取决于多种考量，包括对正在执行的焊接操作的经济考量、使用者的经验、不同预加热气体供应的可获得性等。例如，在一些实施例中，该系统可以包括诸如可控挡板等部件，通过该部件可以使得预加热室226的入口227和保护气体室236的入口237处于第一取向，在该第一取向上，入口227、237流体地连接(允许单个气体供应)；或者处于第二取向，在该第二取向上，这些入口未流体地连接(允许单独的预加热气体供应)。

虽然预加热室226的入口227和保护气体室236的入口237可以流体地连接，但是预加热室226的出口229理想地与保护气体室236的出口239不同。保护气体室236的出口239被配置为使得流过出口239的保护气体在从焊接设备204的远端224伸出的焊丝114部分周围流动。以这种方式，保护气体被引导朝向焊池。相反，期望将预加热气体远离焊池引导。特别地，预加热室226的出口227理想地被配置为使得流过该出口的预加热气体远离焊接器具204的远端224被引导。换句话说，预加热室226的出口227被配置为使得流过该出口的预加热气体远离预加热室226的出口229被引导。

在一些实施例中，可以将离开预加热室226的出口229的气体排放到大气中。排放优选地在远离从焊接器具204的远端伸出的焊丝部分的方向上进行。例如，在预加热室226被布置在焊炬204内的情况下，必须将预加热室226的出口229布置为使得气体从焊炬204的主体中的、距远端224一定距离的端口流出。理想地，出口229还可以被定向为以与焊炬224的远端至少成25度、可替代地至少成35度、可替代地至少成45度、可替代地至少成60度、可替代地至少成75度、可替代地至少成90度的角度来引导气体。在其他实施例中，离开预加热室226的出口229的气体可以流入气体管线中，通过该气体管线可以将使用过的预加热气体输送到收集容器中、进行循环利用等。

在一些实施例中，预加热室226可以至少部分地嵌设在保护气体室236的至少一部分内。图4中展示了这种实施例的示例。在这种实施例中，预加热室226的出口229可以包括延伸穿过保护气体室236的一个或多个旁路导管241。以这种方式，可以防止离开预加热室226的预加热气体与流过保护气体室236并被引导朝向焊缝的保护气体混合。

在图4所展示的实施例中，预加热室226的入口227和保护气体室236的入口237被示出为可操作地连接，使得气体供应管线可以在单个连接端口206处连接到焊炬204，以便将气体供应到这两个室中。然而，如先前所解释的，在其他实施例中，预加热室226的入口227可以与第一气体供应连接端口245相连，并且保护气体室236的入口237可以与不同的第二气体供应连接端口246相连。例如图5中展示了这种实施例。在又一些其他实施例中，该系统可以被配置为既允许单个气体供应管线的连接又允许多个单独的气体供应管线的连接。

在其他实施例中，预加热室226可以被布置在保护气体室236的上游。图6中展示了这种实施例的示例。在这种实施例中，预加热室226的下游端可以通过一个或多个挡板242与保护气体室236的上游端分隔开。以这种方式，流过预加热室226的出口229的预加热气体可以从保护气体室236的上游离开焊接设备204。

在图6所展示的实施例中，预加热室226的入口227和保护气体室236的入口237被示出为可操作地连接，使得气体供应管线可以在单个连接端口206处连接到焊炬204，以便将气体供应到这两个室中。然而，如先前所解释的，在其他实施例中，预加热室226的入口227可以与第一气体供应连接端口245相连，并且保护气体室236的入口237可以与不同的第二气体供应连接端口246相连。例如图7中展示了这种实施例。在又一些其他实施例中，该系统可以被配置为允许单个气体供应管线和多个不同的气体供应管线两者的连接。

在图4至图5中所展示的嵌设布置和图6至图7中所展示的上游/下游布置两者都适用于任何类型的预处理，既包括对电极丝进行预加热又包括对诸如铝焊丝等填充焊丝进行蚀刻。图8示出了使用电极202和204来蚀刻填充焊丝114的系统的实施例，其中，预处理室226与保护气体室236隔离开。在图8中，预处理室226被布置在保护气体室236的上游。然而，在未展示的替代性实施例中，预处理室226可以至少部分地嵌设在保护气体室236内。

进一步地，尽管在所展示的实施例中示出了预处理室226和保护气体室236的嵌设布置以及预处理室226和保护气体室236的上游/下游布置，但是在不脱离本公开内容的范围的情况下，可设想使预处理室226的出口与保护气体室236的出口隔离开的其他方式。

增强从焊丝中去除氢

在以使离开预处理的气体与焊接操作的保护气体隔离开的方式来执行预处理步骤的情况下，也可以更改预处理的操作参数，以便从焊丝中更高效且有效地去除氢。例如，在随后将在预加热或蚀刻过程期间使用的气体用作焊接操作的保护气体的情况下，由于保护气体中的湍流是不希望的，因此本领域技术人员通常将会寻求防止或最小化湍流。因为在预处理期间(及其之后)的气体流动通常是相对层流的，所以从焊丝中去除的氢(和其他污染物)通过扩散从焊丝输送走。

另一方面，根据本公开内容的实施例，使预处理气体处于高度湍流状态。在预处理期间(及其之后)，气体的湍流促使氢远离焊丝移动。

图9和图10中展示了这种效果。即，如图9所示，在临界雷诺数以上，产生了具有薄粘性子层的湍流。薄粘性子层在紧邻焊丝的位置产生较大的浓度和温度梯度。这些较大梯度和在薄粘性层上方的湍流有助于将(从焊丝中去除的)氢从焊丝输送走。具体地，如图10所示，在焊丝上方的湍流区域中，氢将通过对流体积输送被去除。在从焊丝输送走氢和其他去除的污染物方面，该对流输送明显比扩散更有效。

氢(和其他污染物)可以从焊丝输送走的速度越快，氢被焊丝再次吸收或与焊丝一起行进到达焊池的可能性就越小，在该焊池中，氢可能被吸收到焊缝中。因此，本公开内容的实施例提供了增强的焊丝清洁过程。

在一些实施例中，一种从填充焊丝中去除氢的方法涉及：在焊丝穿过清洁室226时，诸如通过本文所描述的预加热过程或蚀刻过程，对焊丝进行预处理以去除氢。气体也从气体入口227穿过清洁室226达到气体出口229。当气体穿过清洁室226时，使气体产生湍流。

如本领域技术人员通常将理解的，可以通过任何数量的机制使气体产生湍流。例如，在一些实施例中，可以对清洁室226的入口227处或其附近的气体流动形成干扰。气体流动可能例如受到具有减小的横截面、流动障碍、粗糙的或有纹理的表面、或其组合的气体入口的干扰。在一些实施例中，仅增加气体的流速即可获得期望程度的湍流。然而，该方法的缺点在于气体供应将更快地消耗。因此，期望清洁室226或到清洁室的气体入口227具有一个或多个流动干扰器，所述流动干扰器被配置为在清洁室内产生湍流气体流动。

可以使穿过焊丝预清洁室226的气体的雷诺数至少为2100、可替代地至少为2500、可替代地至少为2800、可替代地至少为3000、可替代地至少为3200、可替代地至少为3500、可替代地至少为3800、可替代地至少为4000。通常，在预清洁室226中的气体流动的雷诺数越高，对流输送效果就越好，并且从焊丝去除的污染物将越快地从焊丝表面被输送走。

关于本文所描述的方法，系统(例如，清洁室226和保护气体室236)可以如以上所描述和所展示实施例中的任一实施例中那样来进行布置，但是除非明确说明，否则该方法不限于系统的任何特定布置。

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，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。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/或以其他方式被修改。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。替代地，本方法和/或系统将包括无论是从字面上还是依据等同原则都落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种从在焊接操作中利用的填充焊丝中去除氢的方法，所述方法包括：

使所述焊丝穿过包括气体入口和气体出口的预处理室，

在所述预处理室内，

i.处理所述焊丝以释放出氢，并且

ii.产生通过所述预处理室的气体的湍流流动，使得所述气体将释放出的氢从所述焊丝输送走。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤包括对所述焊丝进行预加热以释放出氢。

3.如权利要求2所述的方法，其中，对所述焊丝进行预加热包括形成焊丝预加热电路，所述焊丝预加热电路包括第一接触端头、第二接触端头、以及在所述第一接触端头与所述第二接触端头之间的电极丝区段。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤包括对所述焊丝进行蚀刻以释放出氢。

5.如权利要求3所述的方法，其中，对所述焊丝进行蚀刻包括产生电弧。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述预处理室中的所述气体的雷诺数至少为2100。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述预处理室中的所述气体的雷诺数至少为2800。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述预处理室中的所述气体的雷诺数至少为4000。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括将流过所述预处理室的所述出口的气体与焊接操作的保护气体隔离开。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述预处理室被布置在焊炬内，并且所述预处理室的所述气体出口将所述气体远离所述焊炬的远端引导。

11.如权利要求9所述的方法，其中，所述预处理室与所述焊炬是分隔开的，并且所述预处理室的所述气体出口将所述气体远离所述焊丝引导。

12.如权利要求1所述的方法，其中，产生通过所述预处理室的气体的湍流流动的步骤包括在所述气体入口处或所述气体入口附近干扰气体的流动。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述气体入口包括减小的横截面、流动障碍、有纹理的表面、或其组合。

14.一种焊接系统，包括：

填充焊丝；

包围所述焊丝的至少一部分的预处理室，所述清洁室包括气体入口和气体出口；以及

一个或多个流动干扰器，所述一个或多个流动干扰器被配置为在所述预处理室内产生湍流气体流动。

15.如权利要求14所述的焊接系统，其中，所述一个或多个流动干扰器包括减小的横截面、流动障碍、有纹理的表面、或其组合。

16.如权利要求14所述的焊接系统，进一步包括所述预处理室内的焊丝预加热电路。

17.如权利要求16所述的焊接系统，其中，所述焊丝预加热电路包括第一接触端头、第二接触端头、以及在所述第一接触端头与所述第二接触端头之间的焊丝区段。

18.如权利要求14所述的焊接系统，进一步包括所述预处理室内的焊丝蚀刻电极。

19.如权利要求14所述的焊接系统，进一步包括保护气体室，并且其中，所述预处理室的所述气体出口与所述保护气体室隔离开。

20.如权利要求19所述的焊接系统，其中，所述预处理室被布置在焊炬内，并且所述预处理室的所述气体出口将气体远离所述焊炬的远端引导。

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