CN113099568B - 用于可互换感应加热系统的系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种感应加热系统包括可互换的次级感应加热组件和/或次级感应加热线圈磁通集中器，它们被特别配置用于产生的特定类型的焊缝和/或被配置用于在产生的焊缝处的特定的焊接接头。例如，次级感应加热组件和/或次级感应加热线圈磁通集中器可以具有特定物理配置(例如，形状、轮廓等)并且/或者包括特定材料(例如，铁氧体)，这些特定物理配置和特定材料非常适用于产生的特定类型的焊缝和/或在产生的焊缝处的特定焊接接头。在某些实施例中，例如，机器人定位系统可以被配置为将次级感应加热线圈移动到感应加热线圈更换站，以例如分离次级感应加热线圈并且附接另一次级感应加热线圈，从而便于不同次级感应加热线圈用于不同类型焊缝的感应加热。此外，在某些实施例中，机器人定位系统可以被配置为将次级感应加热线圈移动到感应加热线圈更换站，以例如分离次级感应加热线圈磁通集中器并且附接另一次级感应加热线圈磁通集中器。

Description

用于可互换感应加热系统的系统与方法

本申请为申请日为2015年11月18日、国际申请号为PCT/US2015/061406、国家申请号为201580076410.7、发明名称为“用于可互换感应加热系统的系统与方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年12月23日提交的标题为《用于可互换感应加热系统的系统与方法》(“SYSTEMS AND METHODS FOR INTERCHANGEABLE INDUCTION HEATING SYSTEMS”)的美国临时专利申请US62/096,271的优先权和权益，特此以引用方式将其全部并入本文以达到所有目的。

背景技术

本公开总体上涉及感应加热系统，并更具体地涉及可互换的感应加热组件。

感应加热可用于在焊接之前对金属进行预加热或在焊接后对金属进行后加热。将钢件(或其他材料)焊接在一起是公知的。例如，管通常是取扁平钢件并轧制所述钢而形成。然后沿着轧制钢的端部制成纵向焊缝，从而形成一段管。可以通过将管的相邻部分环缝焊接到一起来形成管道。焊接钢(或其他材料)的其他应用包括造船、铁路场、油罐卡车或其他较高强度合金焊接。

在焊接钢(或其他材料)时，通常希望沿着焊缝路径预热工件。预热用于升高沿着焊缝路径的工件的温度，因为在预热焊缝路径时特别是在焊接高合金钢时填充金属能更好地粘合到工件上。在没有预热的情况下，非常有可能的是，填充金属将与工件不适当粘合起来，并且例如可能形成裂缝。通常，在焊接之前，钢可以预热至约600℃。

发明内容

本文所述的实施例包括可互换的次级感应加热组件和/或次级感应加热线圈磁通集中器，它们被特别配置用于产生的特定类型的焊缝和/或在产生的焊缝处的特定焊接接头。例如，次级感应加热组件和/或次级感应加热线圈磁通集中器可以具有特定物理配置(例如，形状、轮廓等)并且/或者包括特定材料(例如，铁氧体或其他高磁导材料)，这些特定物理配置和特定材料非常适用于产生的特定类型的焊缝和/或在产生的焊缝处的特定焊接接头。在某些实施例中，例如，机器人定位系统可以被配置为将次级感应加热线圈移动到感应加热线圈更换站，以例如分离次级感应加热线圈并且附接另一次级感应加热线圈，从而便于不同次级感应加热线圈用于不同类型焊缝的感应加热。此外，在某些实施例中，机器人定位系统可以被配置为将次级感应加热线圈移动到感应加热线圈更换站，以例如分离次级感应加热线圈磁通集中器并且附接另一次级感应加热线圈磁通集中器。

附图说明

参考附图阅读以下具体实施方式时将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面以及优点，其中贯穿这些附图的相同符号表示相同的部件，其中：

图1是根据本公开的感应加热系统实施例的立体图；

图2是根据本公开的感应加热系统实施例的框图；

图3是示出根据本公开的感应加热系统实施例的某些内部部件的框图；

图4是根据本公开的位于由焊炬产生的焊弧之前的感应加热组件实施例的示意图；

图5是根据本公开的感应加热组件实施例的立体图；

图6是根据本公开的变压器实施例的立体图；

图7是根据本公开的次级感应加热线圈实施例的立体图；

图8A和图8B是根据本公开的感应加热组件的实施例的侧视图，其分别示出了用于槽焊缝和角焊缝的快速断开特征；

图9是根据本公开的感应加热系统实施例的侧视图，其示出了变压器和次级感应加热线圈作为可相对于彼此独立定位的单独部件；

图10是根据本公开可以用于将变压器与远程定位的次级感应加热线圈连接的绞线电缆(litz cable)实施例的立体图；

图11A是包括根据本公开的包括次级连接器的感应加热系统实施例的侧视图；

图11B是图11B的次级连接器的正视图；

图12是根据本公开的次级连接器实施例的立体图；以及

图13至图16示出了根据本公开的用于各种不同类型焊缝的集成感应加热组件的各种实施例。

具体实施方式

图1是根据本公开的感应加热系统10的实施例的立体图。如图1所示，感应加热系统10包括感应电源12和感应加热组件14，其共同起作用以预加热和/或后加热工件16(例如，在图示实施例中的角焊缝工件)。例如，在某些实施例中，感应加热组件14可以通过机器人定位系统相对于工件16沿焊缝路径移动，焊缝路径可以在焊炬18(其也可以由机器人定位系统移动)的前面或后面，使得感应加热组件14可以通过焊炬18对在工件16上产生的焊缝进行预加热或者后加热。感应加热组件14经由第一电缆20(或电缆束)从感应电源12接收感应加热电力、冷却剂等，并且焊炬18经由第二电缆24(或电缆束)从焊接电源22接收焊接电力、焊丝、气体供给等。

在某些实施例中，感应电源12经由电缆20向感应加热组件14提供交流(AC)电力。提供给感应加热组件14的AC电力产生AC磁场，该AC磁场将涡电流引入工件16，从而使工件16得以加热。感应电源12可以是能够向感应加热组件14输出足够的电力以给工件16产生感应加热的任何电源。例如，在某些实施例中，感应电源12能够输出高达300安培的电力，然而，在其他实施例能够产生更大的输出电流(例如，高达700安培，甚至更大)。在某些实施例中，感应电源12包括如本文所述的转换器电路，该转换器电路提供施加到感应加热组件14的AC输出。

图2是根据本公开的感应加热系统10的实施例的框图。系统10包括焊接电源22、焊丝进给机26和焊炬18。焊接电源22可以是需要电力源28的基于电力转换器或逆变器的焊接电源。可以在电力源中提供许多不同的电路设计，并且可以设想许多不同的焊接方案(例如，直流、交流、脉冲、短路等)。这些常规电路和工艺技术中的任何一种可以与本发明的感应加热技术结合使用。在其他实施例中，焊接电源22可以是可包括内燃机的发电机或交流发电机焊接电源。

焊接电源22还可包括用户界面30，所述用户界面用于调节诸如电压和电流的各种焊接参数并在需要时连接电力源28。此外，气体源32可以联接到焊接电源22。气体源32是供给焊炬18的保护气体源。气体源32还向辅助保护气体扩散器34供应保护气体。例如，在某些实施例中，气体源32可以供应氩气。如将理解的，通过焊炬18和辅助气体扩散器34将保护气体供应至液体焊池的位置，以防止吸收可能对焊缝造成冶金损害的大气气体。如图所示，焊接电源22联接到焊丝进给机26。例如，焊接电源22可以通过送丝机电源线、焊接电缆、气体软管和控制电缆联接到焊丝进给机26。

所示实施例中示出的焊丝进给机26将焊丝提供给用于焊接操作的焊炬18。可以使用各种焊丝。例如，焊丝可以是实心碳钢、实心铝、实心不锈钢、复合药芯焊丝等。本实施例可以与任何合适类型的电极和任何合适的线丝组合物一起使用。此外，焊丝的厚度可以根据使用焊丝的焊接应用而变化。例如，焊丝可以是0.045、0.052、1/16、3/32、1/8或任何其他直径。此外，焊丝进给机26可以装有各种内部部件，例如送丝驱动系统、电动机组件、电动机等。焊丝进给机26还可以包括允许用户设定一个或多个送丝参数(例如送丝速度)的控制面板(未示出)。在所示实施例中，辅助保护气体扩散器34还通过气体软管36联接到焊丝进给机26。然而，焊丝进给机26可以与包括气体操作(金属惰性气体电弧焊(GMAW))或无气体操作(金属保护电弧焊(SMAW)或自保护药芯焊丝电弧焊(FCAW))的任何送丝工艺一起使用。

如图所示，焊丝通过电缆24供给焊炬18。电缆24还可以向焊炬18供应气体。如进一步所示，单独的电缆38(通常通过夹具)将焊接电源22联接到工件16，以在焊接操作期间完成焊接电源22和焊炬18之间的电路。

示例性系统10还包括感应电源12和感应加热组件14。如图所示，感应电源12包括用户界面40。用户界面40可包括按钮、旋钮、刻度盘等，以允许操作者调节感应电源12的各种操作参数。例如，用户界面40可以被配置为使得操作者能够设置和调整由感应电源12产生的交流电流的频率。类似地，用户界面40可以使操作者能够选择感应加热组件14的次级感应加热线圈44所需的输出温度。用户界面40还可以包括被配置为向操作者提供系统反馈(例如，次级感应加热线圈44的实时温度、次级感应加热线圈44相对于工件16的行进速度等)的一个或多个显示器。感应电源12通过电缆束20联接到变压器42。在某些实施例中，变压器42可以是气冷系统或液冷系统。例如，第一导管可以使冷却剂流入变压器42，而另一导管可以使得冷却剂能够从变压器流至移除冷却剂热量的热交换器或其他装置。

在某些实施例中，交流电流离开变压器42并通过电导体46提供给次级感应加热线圈44。如下面详细讨论的，电导体46可以具有中空芯并且还可以使流动的冷却剂按路线输送(route)穿过次级感应加热线圈44。在所示的实施例中，次级感应加热线圈44邻近工件16放置。当交流电流流过次级感应加热线圈44时，在工件16内产生并引起涡电流。涡电流与工件16的电阻率相反地流动，从而在工件16中产生局部热量。如图所示，次级感应加热线圈44位于焊炬18前方。换句话说，对于在方向48上操作和行进的焊炬18，次级感应加热线圈44被放置在焊炬18前方(即，沿着焊接接头并且在由焊炬18产生的焊弧50之前)。因此，次级感应加热线圈44在焊弧50的正前方加热工件16的局部区域52，从而提高正好在焊弧50前方的局部区域52的温度。

如图所示，也可以联接焊接电源22和感应电源12。例如，可以通过硬线、通过无线连接、通过网络连接等方式来联接焊接电源22和感应电源12。如同下面详细讨论的，焊接电源22和感应电源12可以在示例性系统10的操作期间交换数据和信息。更具体地说，焊接电源22和感应电源12可以(例如，利用来自彼此的反馈)协同运行来调整示例性系统10的各种操作参数。

应当注意，可以根据本公开的方面，对图1的示例性系统10进行修改。尽管在电弧焊接工艺的上下文中描述了所示的实施例，但是本公开的特征可以与各种其他合适的焊接或切割系统和工艺一起使用。例如，感应加热组件14可以与等离子切割系统或与板弯曲系统一起使用。更具体地，感应加热组件14可以设置在等离子切割机之前，以增加等离子切割之前的局部区域的温度，从而能够提高切割速度。此外，虽然在本实施例中感应加热组件14位于焊炬18前方，但是感应加热组件14可以位于其他位置。例如，感应加热组件14可以位于焊炬18后方，以在工件16被焊接和熔合之后对焊接位置提供热处理。类似地，某些实施例可以包括多于一个的感应加热组件14(即，用以在焊接之前升高局部区域52的温度的位于焊炬18前方的第一感应加热组件14，以及用以提供已熔合焊接位置的热处理的位于焊炬18后方的第二加热组件14)。

图3是示出根据本公开的示例性感应加热系统10的某些内部部件的框图。如上所述，电力源28可以为焊接电源22和/或感应电源12供电。焊接电源22向焊丝进给机26供电，焊接电源22联接到工件16，从而在焊接操作期间完成焊接电源22和焊炬18之间的电路。感应电源12产生向变压器42供应的交流电流，变压器42随后将电流按路线输送至次级感应加热线圈44。如上所述，焊接电源22和感应电源12可以被联接和配置为交换信息和数据(例如，操作参数、设置、用户输入等)，以使得焊接电源22和感应电源12协同起作用。

焊接电源22包括若干内部部件以调节系统10的各种操作参数。在所示实施例中，焊接电源22包括控制电路54、处理器56、存储器电路58和接口电路60。控制电路54被配置为向焊接电源22和/或焊丝进给机26施加控制信号。例如，控制电路54可以向焊丝进给机26提供与由焊接电源22提供的电压或电流有关的控制信号。控制电路54还可以提供用于调节焊丝进给机26的操作的控制信号，例如脉宽调制(PWM)信号，以调节焊丝进给机26中的电动机组件的占空比等等。

控制电路54还被联接到处理器56、存储器电路58和接口电路60。接口电路60被联接到焊接电源22的用户界面30。如上所述，用户界面30被配置为使得操作者能够输入和控制焊接电源22的各种设置。例如，用户界面30可以包括用于选择至焊丝进给机26的所需的电压或电流输出的菜单。此外，用户界面30可以包括焊接工艺或焊丝材料和直径的菜单或列表。如将理解的，不同的焊接工艺、焊丝材料和焊丝直径可以具有不同的特性，并且可能需要用于各种操作参数的不同配置。例如，需要不同值的配置参数可以包括电压输出、电流输出、焊丝进给速度、焊丝进给扭矩等。对于各种焊接工艺、焊丝材料和焊丝直径中的每一种，可将用于这些配置参数以及其他参数的预设值存储在存储器电路58中。

作为实例，用户可以从显示在焊接电源22的用户界面30上的多种不同焊接工艺的菜单中选择一种焊接工艺。用户界面30将焊接工艺的选择通信给接口电路60，接口电路60将选择通信给处理器56。处理器56然后检索存储在存储器电路58中的焊接工艺的特定配置参数。此后，处理器56将配置参数发送到控制电路54，以便控制电路54可以向焊接送丝机26施加适当的控制信号。在某些实施例中，如下所述，焊接电源22的控制电路54还可以将配置参数通信给感应电源12。

在所示实施例中，感应电源12包括控制电路62、处理器64、存储器电路66和接口电路68。控制电路62被配置为向感应电源12和/或变压器42施加控制信号。例如，控制电路62可以提供与由感应电源12提供给变压器42的交流电流有关的控制信号(例如，交流电频率)。此外，控制电路62可以调节与感应电源12和/或变压器42一起使用的冷却系统的操作。如上所述，感应加热组件14可以使用空气或冷却剂来在整个感应加热组件14中提供循环冷却。例如，控制电路62可调节通过变压器42和次级感应加热线圈44的液体冷却剂的流动，以保持感应加热组件14所需的温度。

控制电路62还被联接到处理器64、存储器电路66和接口电路68。接口电路68被联接到感应电源12的用户界面40。如上所述，感应电源12的用户界面40使得操作者能够调节感应电源系统12的一个或多个操作参数或设置。例如，用户界面40可以使用户能够从设计菜单中选择感应加热组件14的特定设计。如将理解的，不同的次级感应加热线圈44的设计可以具有不同的配置参数。例如，不同的设计可能具有不同的最大操作温度，并且可能需要不同频率的交流电以实现所需温度。类似地，用于冷却感应加热组件14的冷却剂可以具有不同的配置参数(例如，传热系数、粘度、流速等)。这种配置参数以及其他参数的预设值可以存储在存储器电路66中。例如，用户界面40可将用户选择的次级感应加热线圈44的设计通信给接口电路68，接口电路68可将该选择通信给处理器64。然后，处理器64可以检索存储在存储器电路66中的次级感应加热线圈44的特定配置参数。此后，处理器64将配置参数发送到控制电路62，以便控制电路62可以向感应电源12和变压器42施加适当的控制信号。

如上所述，焊接电源22和感应电源12可以通过硬线、无线连接、网络连接等彼此联接。特别地，焊接电源22和感应电源12可以被配置为相互发送和接收与系统10的操作相关的数据和信息。例如，焊接电源22和感应电源12可以彼此通信以协调相对于工件16的感应加热组件14和焊炬18的速度。如将理解的，在某些实施例中，次级感应加热线圈44和焊炬18均被设计用于自动操作。因此，焊接电源22和感应电源12可以被联接和配置为通信，并且配置为当次级感应加热线圈44和焊炬18沿着工件16在方向48上行进时在次级感应加热线圈44和焊弧50之间保持恒定的距离。例如，焊炬18和次级感应加热线圈44可以各自具有被配置为测量沿着工件16的行进速度或温度的传感器。

作为另一实例，焊接电源22可以将用户选择的焊接工艺(即，由操作者通过用户界面30选择的焊接工艺)通信至感应电源12。更具体地，焊接电源22的控制电路54可将焊接工艺的选择通信至感应电源12的控制电路62。此后，感应电源12的控制电路62可以基于用户选择的焊接工艺来修改各种操作参数中的任何一个。例如，控制电路62可以开始或结束该工艺，或者调节提供给次级感应加热线圈44的交流电的频率或幅度或调节通过变压器42和/或次级感应加热线圈44的冷却剂的流量，以根据所选择的焊接工艺实现次级感应加热线圈44所需的最高温度。更具体地，对于所选择的焊接工艺，处理器64可以从存储器电路66检索所选择的焊接工艺的配置参数，并将配置参数发送给控制电路62。类似地，感应电源12的控制电路62可以将操作信息或数据发送给焊接电源22的控制电路54。例如，控制电路62可以将次级感应加热线圈44的温度数据(例如，最高温度或实时温度)发送给焊接电源22的控制电路54。随后，焊接电源22的控制电路54可以响应于从感应电源12接收到的数据来调整焊接电源和/或焊丝进给机26的一个或多个操作参数。例如，焊接电源22的控制电路54可以基于从感应电源12的控制电路62接收到的次级感应加热线圈44的温度数据，来开始或结束焊接工艺或者调整焊丝进给机26的焊丝进给速度或扭矩。如将理解的，对于由次级感应加热线圈44提供到焊弧50前方的工件16的局部区域52的较高温度，可能需要较慢的焊丝进给速度。

应当注意，在某些实施例中，可以结合用于产生和控制感应加热电力和焊接电力的电源12、22和相关联的控制电路。也就是说，可以在单个电源中提供所述电路的一些或者全部，并且某些电路可以用于两个功能(例如，操作者界面部件)。此外，中央控制器可以向焊接/切割系统和感应系统两者提供协调和同步命令。

还应该注意的是，尽管在本公开中有时根据焊接系统的设计提及焊炬和相邻的感应加热系统的前进或移动，但是焊炬18和感应加热组件14实际上可以通过单个或多个工件被移动而被移位，而同时在其他系统中它们可以保持大致静止。例如，在某些机器人或自动操作中、在埋弧应用中等可以是这种情况。本公开旨在涵盖这两种情况，并且对于移动焊炬和感应加热系统的提及应被理解为包括这些部件与单个或多个工件之间的任何相对运动。

图4是根据本公开的位于由焊炬18产生的焊弧50前方的感应加热组件14的实施例的示意图。如上所述，变压器42通过电缆束20联接到感应电源12。感应电源12通过电缆束20向变压器42提供交流电。例如，尽管也可以提供其他频率，但交流电可以具有从5,000Hz到300,000Hz的频率。从变压器42将交流电供给到次级感应加热线圈44。具体地，交流电通过附接到变压器42的基座72的电力连接件70离开变压器42。在某些实施例中，电导体46例如通过软钎焊、硬钎焊或螺栓联接到电力连接件70。然而，在本文所述的其他实施例中，电导体46可以可拆卸地与电力连接件70联接，以使得不同的次级感应加热线圈44可互换地联接到变压器42。如上所述，电导体46可以具有中空芯，从而使冷却剂能够流过次级感应加热线圈44的电导体46，以调节次级感应加热线圈44的最高温度。换句话说，次级感应加热线圈44的电导体46可以承载交流电流和冷却剂流。如图所示，在某些实施例中，变压器42可由顶板74和底板76支撑。在某些实施例中，顶板74和底板76可以由陶瓷或其他电绝缘材料形成。

图5是根据本公开的感应加热组件14的实施例的立体图。电导体46联接到变压器42的柱子上，以使来自变压器的交流电流通过电导体46循环。此外，电导体46可以是中空的，使得冷却剂流可以通过冷却剂入口78接收，循环通过电导体46的中空内部，并经由冷却剂出口80排出。在某些实施例中，次级感应加热线圈44联接到次级感应加热线圈磁通集中器82。例如，在某些实施例中，次级感应加热线圈磁通集中器82可以是由诸如铁氧体、加工铁氧体等的高磁导材料形成的盒或其他中空结构。此外，在某些实施例中，次级感应加热线圈磁通集中器82可以涂覆有被配置为将热传递到次级感应加热线圈44的冷却元件的散热复合物。

如本文中更详细描述的，变压器42和次级感应加热线圈44在某些实施例中可以彼此可拆卸地联接，从而使得次级感应加热线圈44在系统10操作期间能够相对于变压器42互换。例如，在某些实施例中，机器人定位系统可以操纵感应加热组件14的定位以及变压器42和次感应加热线圈44之间的联接，以便例如将感应加热组件14移动到感应加热线圈更换站，以从变压器42分离第一次级感应加热线圈44并且将第二次级感应加热线圈44附接到变压器42，由此例如便于不同的次级感应加热线圈44用于不同类型焊缝的感应加热。此外，在某些实施例中，次级感应加热线圈磁通集中器82可以类似地与次级感应加热线圈44可拆卸地联接，以便于感应加热线圈磁通集中器82的互换性。例如，在某些实施例中，不同的次级感应加热线圈磁通集中器82可以包括不同的高磁导材料。如本文所用，术语“高磁导”可以用于指具有大体上大于空气磁导率(例如，磁导率大于10、大于100等)的任何材料。

图6是根据本公开的变压器42的实施例的立体图。如图所示，在某些实施例中，变压器42包括用作主引线入口/出口(例如，用于输送用于感应加热的AC电力)和冷却剂入口两者的入口导管84，以及用作冷却剂出口的出口导管86。通过变压器42的冷却剂入口和出口进入和离开的冷却剂用于冷却变压器42的内部部件。另外，如图6所示，在某些实施例中，变压器42包括多个次级端子88(例如，具有带螺纹的螺栓)，这些次级端子可用于将变压器42联接到次级感应加热线圈44的电导体46，以传递通过次级感应加热线圈44的所述感应加热电力(例如，传递到次级感应加热线圈磁通集中器82)。

图7是根据本公开的次级感应加热线圈44的实施例的立体图。如图所示，通常，可能特别有利的是，使次级感应加热线圈44的电导体46的两个大体上平行的部分90之间的距离最小化，并且使这些部分90的长度最大化以最小化次级感应加热线圈44的感应系数。此外，可能有利的是，将变压器42尽可能靠近工件16定位，以使次级感应加热线圈44所需长度最小化。此外，在某些实施例中，次级感应加热线圈44可以包括被配置为与变压器42的底板76相配合的次级板92。例如，在某些实施例中，次级板92包括多个开口94，变压器42的多个次级端子88可以穿过多个开口94装配，由此在变压器42的底板76和次级感应加热线圈44的次级板92之间建立电连接。

在某些实施例中，次级感应加热线圈44的次级板92和变压器42的底板76包括快速断开特征96，以使得变压器42和次级感应加热线圈44能够彼此快速连接和断开，从而使得可以快速建立和移除变压器42和次级感应加热线圈44之间的电连接和冷却剂连接(例如，便于感应加热电力和冷却剂的传递)。在这样的实施例中，可以在变压器42的快速断开特征96中使用阀，以确保在连接过程期间冷却剂流被重新按路线输送(reroute)。这种快速断开特征96在利用机器人定位系统(例如，机器人操纵感应加热组件14的次级感应加热线圈44和/或变压器42的定位)的系统中可能是特别有利的。

图8A和图8B是感应加热组件14的实施例的侧视图，示出了根据本公开的槽焊缝和角焊缝的快速断开特征96。快速断开特征96有利于次级感应加热线圈44与变压器42的相对快速的联接和解除联接，同时在变压器42和次级感应加热线圈44的联接和解除联接期间分别建立和终止变压器42和次级感应加热线圈44的冷却剂和电力之间的连接。可以在不使用工具的情况下执行快速联接和解除联接，并且可以在几秒钟内(例如，小于5秒、小于2秒、小于1秒，或甚至更快)完成，而不是更多常规的可能需要相当长时间的联接机制。

图5-8大体上示出了变压器42和次级感应加热线圈44彼此直接联接的实施例。在其他实施例中，变压器42和次级感应加热线圈44可以彼此不直接联接，而是可以彼此远离地定位。图9是根据本公开的感应加热系统10的实施例的侧视图，示出了变压器42和次级感应加热线圈44作为可相对于彼此独立定位的单独部件。如图所示，在某些实施例中，变压器42可以直接安装到机器人定位系统100的基部结构98，并且因此在系统10的操作期间可以保持在相对固定的位置。相比之下，次级感应加热线圈44直接联接到机器人定位系统100的远程臂102，其中臂102的定位由机器人定位系统100操纵，从而使得次级感应加热线圈44可以在系统10的操作期间相对于工件16被移动。在某些实施例中，快速断开特征96可以用于次级感应加热线圈44与远程臂102的连接/断开。例如，臂板104(例如，类似于如图8A和图8B所示的实施例的变压器42的底板76)可以被配置为与次级感应加热线圈44的次级板92相配合，以建立/移除变压器42和远程定位的次级感应加热线圈44之间的电连接和/或冷却剂连接。为此，在某些实施例中，臂板104可以经由配置成在变压器42和臂板104之间输送感应加热电力和/或冷却剂的电缆106(例如，电缆束)连接到变压器42。例如，在某些实施例中，电缆106可以包括柔性低电感次级连接，例如同轴液冷绞线电缆，如图10所示。

在其他实施例中，如图11A和11B所示，次级感应加热线圈44可以经由次级连接器108远离变压器42定位，次级连接器108包括两个大致平行的板110、112，例如，通过两个薄的大致平行的板片114连接的顶板110和底板112，板片114将顶板110和底板112彼此连接。在某些实施例中，两个板片114可以由铜构成。通常，第一板片114用于将感应加热电力输送给次级感应加热线圈44，而第二板片114完成顶板110和底板112之间的电路。因此，两个板片114形成低电感总线结构，以经由顶板110和底板112将高频AC电力从变压器42传输给次级感应加热线圈44。如图所示，在某些实施例中，两个板片114可以在顶板110和底板112之间大致垂直于顶板110和底板112延伸。在某些实施例中，两个板片114被薄的绝缘层116隔开，以将两个板片114彼此电绝缘并使次级连接器108的电感最小化。

应当理解，次级连接器108的顶板110可以被配置为直接与变压器42的底板76联接，并且次级连接器108的底板112可以被配置为以与本文所述的变压器42的底板76和次级感应加热线圈44的次级板92可直接彼此联接的相似方式与次级感应加热线圈44的次级板92直接联接。例如，在某些实施例中，次级连接器108的顶板110和底板112可以包括如本文所述的快速断开特征96。

此外，在某些实施例中，次级连接器108可以包括布置在两个板片114的每一侧上的冷却管道118，以使来自变压器42的冷却剂能够循环通过次级感应加热线圈44。在某些实施例中，设置在板片114的第一侧上的第一冷却管118可以将冷却剂从变压器42输送给次级感应加热线圈44，并且设置在板片114的相对第二侧上的第二冷却管118可将冷却剂从次感应加热线圈44返回到变压器42。图12是根据本公开的次级连接器108的实施例的立体图。应当理解，为了说明的目的，仅在板片114的第一侧上示出冷却管118。如图所示，第一冷却管118包括被配置为与变压器42连接以接收来自变压器42的冷却剂的冷却剂入口120和与次级感应加热线圈44连接的冷却剂出口122，使得冷却剂可以从变压器42输送到次级感应加热线圈44。应当理解，第二冷却管118(未示出)可以包括类似的入口和出口，以便于冷却剂从次级感应加热线圈44到变压器42的返回流动。如图所示，在某些实施例中，冷却管118可以包括多个大致平行的管段124，其在板片114的相应侧上前后交替，以同样便于板片114的冷却。在某些实施例中，邻近的管段124可以通过柔性(例如，橡胶)软管126连接，其在使用期间提供灵活性。

如上所述，在某些实施例中，变压器42和次级感应加热线圈44可以彼此可拆卸地联接，从而使得次级感应加热线圈44在系统10操作期间能够相对于变压器42互换。类似地，在某些实施例中，次级感应加热线圈磁通集中器82可以可拆卸地与次级感应加热线圈44联接，以便于感应加热线圈磁通集中器82的可互换性。因此，现在回到图9，在某些实施例中，机器人定位系统100可以被配置为将次级感应加热线圈44移动到感应加热线圈更换站128，以便例如将次级感应加热线圈44从远程臂102分离，并且附接另一次级感应加热线圈44到远程臂102，从而便于不同的次级感应加热线圈44用于不同类型焊缝的感应加热。此外，在某些实施例中，机器人定位系统100可以被配置为将次级感应加热线圈44移动到感应加热线圈更换站128，以例如将次级感应加热线圈磁通集中器82从次级感应加热线圈44分离，并且将另一次感应加热线圈磁通集中器82附接到次级感应加热线圈44。

在某些实施例中，本文所述的变压器42和次级感应加热线圈44可以组合成集成感应加热组件14，其可以例如在感应加热线圈更换站128处可互换。图13至图16示出了根据本公开的用于各种不同类型的焊缝的集成感应加热组件14的各种实施例。例如，图13和14示出了特别地配置用于角焊缝的集成感应加热组件14的实施例，图15和图16示出了特别地配置用于槽焊缝的集成感应加热组件14的实施例。每个实施例包括围绕集成感应加热组件14的壳体132的内部缠绕的中空电导管130，其包括用于使感应加热电力和冷却剂循环通过集成感应加热组件的14的入口134和出口136。应当理解，在某些实施例中，入口134和出口136配置有快速断开特征96，以确保经由感应加热线圈更换站128(见图9)的可互换性。

通过电导管130传送的感应加热电力被输送到特别地设计成将焊剂聚集到特定类型焊缝的高磁导磁芯138(例如，感应加热磁通集中器)。例如，如图13和图14所示，特别地设计用于角焊缝的集成感应加热组件14包括具有两个相邻侧面140、142的磁芯138，该两个相邻侧面140、142彼此大致垂直地对准，并且每个相邻侧面140、142大致在相对于集成感应加热组件14的中心轴线144成45°角处对准。因此，磁芯138的远端146被配置为与由其上产生角焊缝的工件16形成的90°角大致匹配。如图14所示，集成感应加热组件14的壳体132包括从壳体132延伸的相对的侧壁148，并且大体与磁芯138形状类似，以同样匹配由角焊缝接头形成的90°角。同样如图14所示，设置在集成感应加热组件14的壳体132内的电导管130包括将感应加热电力和冷却剂引入集成感应加热组件14中的第一多个绕组(例如，匝)150，以及完成电路并从集成感应加热组件14返回冷却剂的第二多个绕组(例如，匝)152。相比之下，图15和图16所示的集成感应加热组件14更适合于槽焊接，只要磁芯138形成大致圆柱形形状并且相对的两侧壁148大致为矩形以更紧密地匹配特定的槽焊缝接头的形状。通常，图15和图16所示的磁芯138的远端包括基本平坦的表面，其被配置为基本上平行于工件16设置，在其间形成槽焊缝接头。

如本文所使用的，术语“基本上”(例如，“基本上平行”，“基本上垂直”等)旨在解释由于制造公差、操作条件(例如，振动、热膨胀等)引起的变化等。例如，本领域普通技术人员将会理解，诸如“平行”、“垂直”这样的词具有精确的数学和/或几何含义。然而，在保持所要求术语的精神的同时，术语“基本上平行”和“基本上垂直”允许由于制造公差、操作条件(例如，振动、热膨胀等)而引起的变化。

虽然在本文中仅示出和描述了本公开的某些特征，但是对本领域技术人员而言，将产生许多修改和变化。因此，可以理解附加权利要求意于覆盖所有本公开内容的真正精神内的修改和变化。

Claims (22)

1.一种感应加热系统，包括：

感应加热电源装置，所述感应加热电源装置被配置为产生感应加热电力；

感应加热组件，所述感应加热组件被配置为使用从所述感应加热电源装置接收的所述感应加热电力来产生将涡电流引入工件的交流(AC)磁场，

可拆卸板，所述可拆卸板包括第一部分和第二部分，所述可拆卸板联接到所述感应加热组件的变压器；以及

电导体，所述电导体在第一端连接到所述可拆卸板的所述第一部分并且在第二端连接到所述可拆卸板的所述第二部分，其中，所述第一部分连接到所述变压器的第一端子，并且所述第二部分连接到所述变压器的第二端子以将来自所述变压器的电流通过所述电导体循环，

其中所述感应加热组件包括设置在所述感应加热组件的远端处的磁芯，其中所述磁芯的形状对应于所述工件的形状。

2.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述磁芯包括被配置为相对于所述工件聚焦所述磁场的高磁导磁芯，其中所述高磁导磁芯的类型对应于所述工件的类型。

3.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述磁芯的远端包括相邻的垂直侧面，当所述磁场将所述涡电流引导到所述工件中时，所述相邻的垂直侧面被配置为邻近角焊缝工件的相邻构件设置。

4.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述磁芯的远端包括基本平坦的表面，所述基本平坦的表面被配置为基本上平行于槽焊缝工件设置。

5.根据权利要求1所述的感应加热系统，包括机器人定位系统，所述机器人定位系统被配置为操纵所述感应加热组件相对于所述工件的定位。

6.根据权利要求5所述的感应加热系统，包括感应加热组件更换系统，其中所述机器人定位系统被配置为将所述感应加热组件移动到所述感应加热组件更换站，以将所述感应加热组件从所述感应加热电源装置解除联接并且将另一感应加热组件联接到所述感应加热电源装置。

7.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述感应加热组件是可互换感应加热组件，所述可互换感应加热组件被配置为电联接到所述感应加热电源装置并且从所述感应加热电源装置解除联接。

8.根据权利要求7所述的感应加热系统，其中所述可互换感应加热组件包括快速断开特征，所述快速断开特征被配置为便于所述可互换感应加热组件与所述感应加热电源装置的快速联接和解除联接。

9.根据权利要求1所述的感应加热系统，其中所述电导体包括配置成用于冷却剂流动的中空电导体管。

10.一种感应加热系统，包括：

变压器，所述变压器被配置为从感应加热电源装置接收交流(AC)电力，并将所述交流电力转换成感应加热电力；

可互换感应加热线圈，所述可互换感应加热线圈被配置为电联接至所述变压器并从所述变压器解除联接，以接收来自所述变压器的所述感应加热电力，并产生将涡电流引入工件的AC磁场，其中所述可互换感应加热线圈的形状对应于所述工件的形状；

第一板，所述第一板将总线结构物理地联接到所述变压器；

第二板，所述第二板将所述总线结构物理地联接到所述可互换感应加热线圈；以及

连接所述第一板和所述第二板的第一和第二大致平行的板片。

11.根据权利要求10所述的感应加热系统，其中所述可互换感应加热线圈包括通量集中器，所述通量集中器包括高磁导材料，所述高磁导材料被配置为相对于所述工件聚焦所述AC磁场，其中所述高磁导材料的类型对应于所述工件的类型。

12.根据权利要求10所述的感应加热系统，其中所述可互换感应加热线圈包括快速断开特征，所述快速断开特征被配置为便于所述可互换感应加热线圈与所述变压器的快速联接和解除联接，其中所述可互换感应加热线圈包括导电环，所述导电环从所述快速断开特征基本上垂直地延伸，从所述快速断开特征以一定角度延伸，或者所述导电环包括配置成用于冷却剂流动的中空管。

13.根据权利要求10所述的感应加热系统，包括机器人定位系统，所述机器人定位系统被配置为操纵所述可互换感应加热线圈相对于所述工件的定位。

14.根据权利要求13所述的感应加热系统，包括感应加热线圈更换系统，其中所述机器人定位系统被配置为将所述可互换感应加热线圈移动到所述感应加热线圈更换站，以将所述可互换感应加热线圈从所述变压器解除电联接，并将另一个可互换感应加热线圈电联接到所述变压器。

15.根据权利要求10所述的感应加热系统，包括被配置为将所述变压器电联接到所述可互换感应加热线圈的电缆。

16.根据权利要求10所述的感应加热系统，包括总线结构，所述总线结构被配置为将所述变压器物理联接到所述可互换感应加热线圈。

17.根据权利要求16所述的感应加热系统，其中所述总线结构包括所述第一板和所述第二板。

18.根据权利要求17所述的感应加热系统，其中所述第一板和所述第二板基本上平行，并且所述第一板片和所述第二板片从所述第一板和所述第二板垂直地延伸。

19.根据权利要求17所述的感应加热系统，其中一个或多个冷却管布置在所述第一板片或所述第二板片的一侧上。

20.根据权利要求17所述的感应加热系统，包括邻近所述第一板片设置的第一电导体管和邻近所述第二板片设置的第二电导体管，其中所述第一电导体管被配置为将冷却剂输送到所述可互换感应加热线圈，并且所述第二电导体管被配置为从所述可互换感应加热线圈返回所述冷却剂。

21.一种感应加热系统，包括权利要求1-9中的一项技术特征。

22.一种感应加热系统，包括权利要求10-20中的一项技术特征。