CN1757476B

CN1757476B - 使用带芯电极的ac焊接的方法

Info

Publication number: CN1757476B
Application number: CN2005100900167A
Authority: CN
Inventors: 巴德里·K.纳拉亚南; 帕特里克·T.绍尔蒂什; 埃里奥特·K.什塔瓦; 鲁塞尔·K.迈尔斯
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: JP2006102813A; US20060070983A1; TWI331551B; US9956638B2; TW200611776A; BRPI0501442A; AU2005201535B2; MXPA05005143A; KR100646640B1; EP1645352A1; JP5036979B2; AU2005201535A1; US20140346159A1; KR20060047588A; US8759715B2; TWI339604B; CN1757476A; TW201026422A; CA2503109A1

Abstract

一种具有带芯电极的电弧焊接方法，包括：产生具有第一形状和第一时间的正波形；产生具有第二形状和第二时间的负波形；使得所述第一和第二形状中的一个在振幅上比所述形状的另一个大；以及调节所述第一和第二时间的百分比关系，使得具有较大振幅的形状的时间充分小于另一形状的时间。

Description

使用带芯电极的AC焊接的方法

技术领域

本发明涉及电弧焊接的技术，特别涉及特别地为了带芯电极提出的AC焊接的方法以及执行该新方法的焊机。

背景技术

本发明涉及基于变极器的电源，其具有控制脉冲宽度调制器的波形生成器或波形整形器，用于生成在AC焊接循环中的各种部分的形状。用于该类型的焊机和方法的独特的控制系统在Houston6,472,634中揭示了。该专利合并作为参考。通过使用Houston6,472,634揭示的控制系统和焊机而获得的单个AC波形构成独特的技术，其中许多电流脉冲以至少18kHz的频率发生，且每个电流脉冲的振幅由波形整形器或波形生成器控制。这样的技术可以追溯至Blankenship5,278,930，其揭示了在AC焊接方法中波形的形成。用于电弧焊接的AC波形的早期创造主要用于实心焊条。已经提出了使用波形生成器或波形整形器通过变极器获得的AC波形可以适用于具有带芯电极的使用。通过特别地构建AC波形，该波形可以和特定的带芯电极协调，从而外套和芯以期望的速度燃烧。因此，已经发现AC焊接可以成功地用于带芯电极。以往，常规的DC焊接被用于带芯电极。通过为AC波形生成特定的轮廓，为具有带芯电极的使用裁减整个焊接处理；然而，具有带芯电极的AC波形的这类型协调需要非常精确的波形产生。该目的已经通过仅使用由林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)提出的波形技术类型而获得。通过准确控制和带芯电极一起使用的AC波形，最佳化焊接处理的特性，例如基底金属的渗透，电极的熔化速度，输入至基底金属的热量，焊接进行时间，以及进线速度。和特定带芯电极一起使用的准确控制的AC波形的创造并不是现有技术的概念，但是是本发明所关注的通常背景技术。

发明内容

由林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)先导提出的波形技术已经研究在具有带芯电极的AC焊接中使用。带芯电极使得焊接操作由焊珠中的合金以及很少限制的焊接操作的位置更精确地控制，该焊珠为了期望的机械特性而设置。然而，为了提供电弧稳定性和适当的融化温度和速度，用于AC处理的波形的实际控制非常复杂。电弧焊接过程中焊接金属的污染仍然是使用带芯电极的AC焊接中的一个问题。焊接操作之后焊接金属中诸如氮的污染物可以引起焊接金属中的多孔性，裂纹和其它类型的缺陷。因此，面对电弧焊接处理的设计者的最大的挑战已被定义为将诸如氮的元素从电弧环境中排除或拟制这样的杂质的潜在有害影响的技术。污染的潜在源包括，制造焊接电极的材料，工件自身的杂质和周围的大气。已知焊剂带芯电极包括封装粒状填充物的管状金属外套。该填充物包括造渣或熔渣介质，以及合金组分。设计一些组分以分解产生保护焊接金属不受大气影响的气体。带芯电极包含诸如铝、镁、锆、钛的“脱氧(killing)”介质，这些介质与外部污染化学结合，以防止它们在焊接金属中形成多孔和有害掺杂。本发明涉及一种独特的，新的AC焊接方法的使用，其能够减少带芯电极在焊接金属中包含主要是氮的污染。该方法同样减少需用于作为“脱氧(killing)”介质，特别是铝的含量。

本发明通过更改电弧电流或电弧电压以减少整个电弧长度，来减少电弧和熔融金属暴露在周围的大气中。电弧长度的减小减少了熔融金属通过电弧传送过程中暴露的时间，同样减少了金属为熔融状态时的温度。过去，具有焊剂带芯电极的焊接通常应用直流，一般为负的DC电流。然而，诸如上面提及的新研发的焊接电源使得使用AC电流利用特定焊剂带芯电极的焊接变为可能。这样的电源使得AC波形的正和负部分的参数相互独立地调节。从而，当使用焊剂带芯电极时，本发明通过应用用于带芯电极的焊接的AC电源的独特控制，获得更好的焊接效果。

本发明利用控制用于带芯电极的AC波形的正和负部分的实际形状的能力。基于变极器具有波形生成器或波形整形器的电源的产生导致了电源能够改变AC波形的波均衡。波均衡是焊接周期为正的时间和周期的总体时间之间的百分比关系。这些电源同样改变DC偏移。DC偏移为波形的正部分和波形的负部分之间的振幅差且通常为一数字，例如20。-20偏移表示波形的负部分较大。正部分比负部分小20％。类似的，+20％偏移表示波形的正部分较大。负部分比正部分的振幅小20％。该偏移可以用于AC波形的电压或电流。林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)出售的Power Wave电源具有调节波均衡和DC偏移的能力。该特征当用于获得焊剂带芯电极的、焊接工业中公知的优点时，用于本发明中控制AC焊接过程的操作模式。

本发明涉及使用带芯电极的AC焊机的操作，其使用波均衡和DC偏移之间的关系，减少焊接处理中的有效电弧长度，从而减少焊接金属的污染的可能性。已经发现：当负电压不足以维持电弧稳定性时使用正偏移，焊接处理可以通过由低波均衡获得的周期性的高正电压尖峰(spike)而执行。换句话说，通过具有+DC偏移，波形的负部分的电压可以比使用DC进行焊机需用于维持电弧稳定性的电压小。在每个AC波形过程中小的正波形的使用在焊接过程中将稳定性赋予电弧。从而，波形的电压RMS低且电弧长度同样为小。使用+DC偏移和低波均衡的焊接模式维持焊接金属中低的氮恢复率。该模式直至诸如约35-40％的给定均衡都可以使用。因此，使用本发明的第一操作模式为具有低波均衡的+DC偏移。该模式为本发明的优选操作。同样发现：通过使用AC波形的负部分的振幅比正部分的振幅大的-DC偏移，氮恢复率随着波均衡的增加而减少。该事实被用于在使用+DC偏移波形的氮恢复率的减少小于由使用-DC偏移的增加的波均衡而引起的增加的氮恢复率之后改变焊接模式。从而，本发明包括以维持焊接金属中低污染的方式控制DC偏移和波均衡。通过使用在低的波均衡的+DC偏移和在高的波均衡的-DC偏移，这变为可能。AC波形的这两个参数的控制被用于减少波形的电压RMS至一足够低的等级以最小化焊接处理的电弧长度。

已经发现：可以操纵AC波形的DC偏移和波均衡，以控制焊接金属中氮的等级。这类型的操纵同样可以减少和控制焊接金属中氧和氢的等级。通过减少污染的整个等级，在电极的芯中更少地需要诸如铝的“脱氧(killing)”介质。该更少的需要使得电极设计者注意力集中在：最佳化电极中合金介质等级以获得焊接金属中最合适的物理特性。

为了在使用焊剂带芯电极的焊接过程中最小化焊接金属的大气污染，通过协调波均衡和相关的DC偏移来调节AC波形，以最小化与电弧稳定性和金属从电极平滑传送至焊接熔潭相一致的平均电弧长度。电弧长度为电弧电压的函数，虽然该函数可以是或不是线性，但较高的电压得到较长的电弧，反之亦然。因此，对于使用带芯电极的AC焊接，波均衡和DC偏移的操纵允许一减少的电弧长度。该波形的独特控制为克服常规DC焊接的改进，在常规DC焊接中需要较高电压来维持稳定的电弧。可用电弧长度的较低限制在电极的端部需要较高的电压。通过使用本发明，AC波形可以用于带芯电极且电弧长度减少。即使存在较短电弧长度，也因此获得电弧稳定性。本发明设置三个参数以实现该目的。在AC波形的正部分期间的电压RMS，在AC波形的负部分期间的电压RMS，和波均衡为三个参数。波形的两个部分的RMS维持在由波均衡的调节确定的低等级。使用+DC偏移，波形的RMS随着波均衡的增加而增加。以相反的方式，对于-DC偏移，RMS随着波均衡的增加而减少。从而，在较低的波均衡处，使用+DC偏移。在较高的波均衡处，使用-DC偏移。在任一方式中，目的是控制RMS来减少电弧长度和焊接处理期间熔融金属暴露而产生的污染量。

通过本发明设置较短的整个电弧长度从而反映为两个新的焊接模式。在正部分具有较高电压的短循环周期或低波均衡，或在负部分具有较高电压的较长循环周期或高波均衡。从而，本发明包括：对于AC周期时间的主要部分的低电压导致短的平均电弧长度，和在相反方向较高电压的短脉冲维持电弧稳定性。这样的结果通过应用本发明而获得。通过使用本发明的约束选择最佳波形设置。从而，可以实现较短电弧长度和焊接金属的污染减少。然而，对于不同电极，实际的波形不同。在电极芯中具有不同电离特性的材料可以在正极或负极改变电弧稳定性。电离种类的适当选择，结合本发明指定的波形偏移和波均衡的创造性的设置，用来最佳化电极性质的不同方面，例如焊接形状，渗透性，和物理特性。当使用该类型的带芯电极的AC焊接时，本发明实现该结果，该类型包括一熔渣系统或具有合金介质的焊剂系统。由于在本领域已知的原因，在焊接过程中所需的、特别是铝的脱氧(killing)介质的含量将减少。该减少为填充物中低于10％的等级，优选为填充物中低于5％的等级和基本上没有铝。本发明的使用导致焊接金属中的低污染，且从而减少诸如铝的脱氧(killing)介质的需求。

依照本发明，提供一种具有带芯电极的电弧焊接方法。该方法包括：产生具有第一形状和第一时间的正波形；产生具有第二形状和第二时间的负波形；使得所述第一和第二形状中的一个在振幅上比所述形状的另一个大；以及调节第一和第二时间的百分比关系，以获得比给定电平小的电压RMS。该用于电压RMS的给定电平大于焊接处理的选择的电弧稳定电平。

铝通常用于电极的芯中，来减少焊接金属中氮的含量。实际上，芯填充物的5-20％通常为铝。然而，焊接金属中的铝降低扩散转换和促使切变。特别的，总是很难达到FCAW-S电极中针状铁素体(acicular ferrite)微结构，这是因为铝的加入引起板条状贝氏体(lath bainite)的形成。从而，在含有铝的焊接金属中形成很好的颗粒微结构是固有的困难的。期望在焊接金属中降低或消除铝的等级，从而获得很好的焊接微结构，其提高焊接金属的韧性。通过使用本发明，铝可以减少至5％以下，且在一些电极中，芯填充物中铝为2％以下或基本上为零。这在具有带芯电极的焊接中是本质的提高。在本发明的优选实施例中，AC波形的正形状在振幅上比负形状大。在该+DC偏移模式下，波均衡小于50％且优选为小于约30％。然而，波均衡大于5％，从而焊接操作具有低底部的负电压，其具有间歇的高正电压峰值。这些短的脉冲提供低DC-焊接操作的优点，且维持焊接操作的稳定性。因此，即使用于焊接的实际电压或电流不足以用于电弧稳定，具有高的正峰值的低RMS保持电弧稳定。当DC偏移为负时，在AC波形中使用负电压或电流的较高振幅。当使用偏移时，波均衡的百分比关系比诸如30％的值大。在两个例子中，在低电平具有一固定电压，在高电平具有一峰值电压。这减少了RMS和电弧长度，且维持了稳定性。

广义上，本发明提供具有带芯电极的电弧焊接方法。该方法包括具有第一形状和第一时间的正波形和具有第二形状和第二时间的负波形的产生。一个波形具有比另一波形大的振幅，且第一和第二时间的百分比关系被调节，从而具有较大振幅的形状的时间比另一波形的时间充分小。正和负波形的电压RMS大于设置的电弧稳定电平。通过改变包括正波形和负波形的AC周期的波均衡调节电压RMS。正波形和负波形结合以形成一AC周期。该关系通常参考为具有正部分和负部分的AC波形。这两个表现为相同的思想。

依照本发明的另一方面，对于波形的一部分的较大时间为另一部分的时间的至少两倍。实际上，较大时间为另一部分时间的至少八倍。具有较小振幅的波形为具有较大振幅的另一波形或形状的振幅的0.7-0.9倍。因此，在波形的主要部分期间低电压或电流获得低电压RMS，而高电压或电流峰值用来维持电弧稳定性。小的高电压和高电流部分约为5-15％波均衡。该偏移为：低电流或电压约为高电压或高电流的振幅的0.70-0.90倍。使用这些偏移和使用小的峰值部分，由电弧稳定性维持低的电压RMS。减少了焊接金属中的污染。

依照本发明的另一方面，提供一种电弧焊机，其包括具有波形生成器的变极器。该生成器具有第一输入，用于产生具有第一形状和第一时间的正波形或部分；和第二输入，用于产生具有第二形状和第二时间的负波形。第一和第二形状中的一个在振幅上比所述形状的另一个大，且提供一电路以调节第一和第二时间的百分比关系，以获得比给定电平小的电压RMS，该给定电平大于一设置的电弧稳定电平。使用超过另一振幅且仅为整个时间的小部分的一振幅，低电压RMS由在相反方向的峰值获得，以维持电弧稳定性。

AC波形以已知的频率产生。该频率为在30-120Hz的通常范围内，优选约为50-60Hz。

本发明的主要目的在于提供一种具有带芯电极的AC焊接方法，该方法具有减少的电压RMS，以减少电弧长度，和引起焊接金属污染的机械物理特性。

本发明的另一目的在于提供如上所述的方法，该方法涉及具有一相对长的低振幅部分和具有一相对短的高振幅部分。该高振幅部分通常为整个波形周期的5-15％。

本发明的另一目的在于提供如上所述的方法，该方法使得在芯中铝的使用减少，该减少至小于10％的等级，优选为在芯中基本上没有铝。因此，提高了焊接金属的颗粒大小。

本发明的另一目的在于提供一种电弧焊机，其包括具有波形生成器的变极器。该波形生成器具有第一输入，用于产生具有第一形状和第一时间的正波形或部分；和第二输入，用于产生具有第二形状和第二时间的负波形或部分，其中，第一和第二形状中的一个在振幅上比所述形状的另一个大。该设置单个波形的各个部分的轮廓以调节相对振幅的能力是诸如林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)制造的波形技术类型的电源的能力。该焊机同样能够调节第一和第二时间的百分比关系，以获得低RMS，其具有电压或电流的短峰值以维持电弧稳定性。频率优选在30-120Hz的通常范围内。

本发明的更大的目的在于提供一种AC焊机和使用该AC焊机的方法，该焊机和方法使用用于AC焊接处理的带芯电极且具有引起较少污染的电弧长度。

本发明的另一目的在于提供一种在带芯电极中使用的新的熔渣系统，该熔渣系统减少或消除在焊接金属中铝的等级，从而获得提高焊接金属的韧性的好的微结构。该熔渣系统氧化铝或利用镁、硅、锆、钛代替铝。从而，该熔渣系统致力于消除作为去氧剂的铝，从而钠电弧稳定可以在带芯电极中使用。

本发明的这些和其它优点将在下面结合附图的描述中更加明显。

附图说明

图1为可用于执行本发明的焊接系统的框图。

图2为两并联电源的接线图，每个电源包括一切换输出并可用于执行本发明。

图3为可由图1和2揭示的电源控制的类型的三个级联电极的截面侧视图。

图4为使用Houston6,472,634和Stava6,291,798所揭示的、三电极的焊接系统的示意框图，其中三个电源中的一个在通过如图17所示的程序形成精确制作的波形形成中使用。

图5为显示由如图4所示的系统驱动的单个电极的方框图，该系统具有Houston6,472,634揭示的可变脉冲生成器且用于实施本发明。

图6为用于两个示例的同步脉冲的一个的电流图，且显示用于一个级联电极的均衡AC波形。

图7为添加了极性信号的电流图，该极性信号具有确定在焊机中使用的波形的极性的逻辑，该焊机可以实施如图17，21和27所示的本发明。

图8为显示具有用于给定带芯电极的轮廓的波形的更广方面、由如图21和27所示的焊机输出的电流图。

图9和10为在级联电极的并存极性关系的期间焊接熔潭的动态状况的示意图。

图11为显示两个相邻的级联电极上的、可由本发明的背景形成的变极器生成波形的两个电流图。

图12为在相邻的级联电极上、具有并存极性关系的区域的波形的两个电流图，其中每个波形可以和给定电极协调。

图13为相邻的级联电极上的波形的电流图，其中一个电极的AC波形基本上与另一电极的波形不同，以限制并存极性关系的时间。

图14为用于由本发明的背景中的系统操作的相邻电极的两个正弦波形的电流图，其对于相邻的电极具有不同形状的波形。

图15为显示在级联电极的四个相邻AC电弧处的、依照本发明的背景技术整形和同步的波形的电流图。

图16为一已知的软件程序的示意图，该程序使得在协调的开关指令已经处理且下一同步信号已经产生后马上切换并联电源。

图17为在焊机的计算机化的控制器中使用的程序的框图，该程序使用图1-16所示的系统控制波形的实际轮廓，从而焊机可以使用依照如图21和27所示的程序为给定带芯电极制作的波形执行AC焊接操作。

图18为显示由图17所示的程序制作的用于给定带芯电极的AC波形的示意图。

图19为具有框图的侧视图，该框图显示了使用图17和27中的系统控制本发明的AC波形。

图20为通常沿着图19的线20-20的放大的横截面视图。

图21显示实施本发明的优选系统的框图。

图22为显示当实施如图21所示的系统时在焊接处理中使用的AC波形的电流，电压或功率曲线的图表。

图23为类似于图22的图表，其显示用于给定带芯电极的产生的AC波形的特定修改，且其可由实现如图28-45所示的系统的本发明的优选实施例获得。

图24为显示外套和芯以不同的速率熔化的带芯电极的放大的示意图。

图25为类似于图24的示意图，其显示了不在具有带芯电极的焊接中使用制作的波形的缺点。

图26为类似于图24和25的示意图，其显示了使用如图21所示的背景系统的焊接处理的操作。

图27为显示类似于图21所示的焊机的焊机的框图，其使用背景系统的一个修改形式，其中固定的带芯电极激活给定波形从波形生成器输出。

图28为显示用于本发明的带芯电极的部分、侧面示意图，且其显示通过使用本发明最小化的电弧长度。

图29为显示氮恢复率的图表，该氮恢复率通过使用实施本发明的两个分开的模式获得。

图30为类似于图29的图表的图表，其显示在AC波形的整个波均衡上本发明的实施。

图31为具有在本发明的实施中调节的参数的AC电压或电流波形。

图32为类似于图30的波形，其还具有在使用本发明时可能的更改。

图33为显示在+DC偏移模式下本发明的优选实施例的电压的图表。

图34为类似于图33的图表的图表，其显示在-DC偏移模式下本发明的优选实施例。

图35为显示用于+DC偏移的操作模式的图表，其涉及依照均衡的RMS。

图36为类似于图37的图表的图表，其显示使用-DC偏移模式的优选实施例的操作。

图37为在电极的芯中的铝由于本发明的使用而减少的图表。

图38为通常地显示电弧长度和RMS之间的直接关系的图表。

图39为显示对于本发明的+DC偏移模式，氮恢复和均衡的关系的图表和相关的波形。

图40为例如如图39所示的图表和波形的一结合的图，其显示当使用本发明的-DC偏移模式时均衡和氮恢复之间的关系。

图41-43为显示波形均衡思想的图表。

图44为显示在+DC偏移模式下本发明的优选操作的图表。

图45为类似于图44的图表的示意图，其显示在-DC偏移模式下本发明的优选操作的图表。

具体实施方式

现参照仅用于示例而非限定本发明的优选实施例的附图，在图1，2，4，5和16中详细显示了实现本发明的背景系统。图2和6-15描述了揭示的背景焊接系统的属性和特征。在图17和18中描述的焊机用于使用波形整形器或波形生成器构建AC波形的精确的轮廓，从而该轮廓适合在图20中描述的特定电极。这些电极确定的轮廓被用在以图19-27中描述的方式形成的背景系统的焊接方法的应用中。总之，图1-16揭示现有系统，其提供使用林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)提出的波形技术的AC波形。图17-27揭示了如何使用该已知的技术，为给定的带芯电极制作AC波形。该信息为图28-45揭示的本发明的背景，在本发明中，制作AC波形形状的能力被用于具有两个不同模式的新型焊接方法中，且用于通过减小RMS或电弧长度LA减少焊接金属污染。

波形技术的通常描述

(图1-16)

现转向通常的背景波形技术系统以示例在本发明中使用的波形控制的类型，图1揭示了为一单个单元形式的单个电弧焊机系统S，以在焊接站WS产生交流电作为电弧。该系统或单元包括一第一主焊机A，其具有与电极E和工件W串联的输出引线10，12，该电极E和工件W为管道缝结合或其它焊接操作的形式。霍尔效应电流变换器14在线16上提供与焊机A的电流成比例的电压。诸如焊接参数的短时间临界数据(less time critical data)在远程中心控制站18生成。类似的，从跟随焊机B包括与引线10，12并联的引线20，22，以将另一AC电流导向焊接站WS。在焊接过程中，霍尔效应电流变换器24在线26上产生表示焊机B中电流电平的电压。虽然仅显示了一单个从焊机或跟随焊机B，任意数量的其它焊机也可以与主焊机并联，以生成跨越电极E和工件W的交流电。该AC电流在焊接站而不是极性开关网络之前合并。每个焊机包括一控制器和基于变极器的电源，示例为主控制器和电源30与从控制器和电源32。控制器30，32从相对的低电平逻辑网络接收参数数据和同步数据。参数信息或数据为电源特性，从而每个电源被提供有期望的参数，诸如电流，电压和/或焊线进给速度。低电平数字网络可以提供参数信息；然而用于极性反转的AC电流在同时发生。该“相同”时间表示小于10μs的时间误差，优选在1-5μs的通常范围。为了实现来自电源30和电源32的AC输出的精确协调，切换点和极性信息不能从定时没有特别精确的通常的逻辑网络提供。这些单个的电源通过叫做“网关”的高速、高精确的DC逻辑接口协调。如图1所示，电源30，32被分别提供有由双向引线42m，42s指示的必要操作参数。这样的非时间敏感信息由图1所示的数字网络提供。主电源30接收由单向引线40指示的同步信号，以定时(time)其AC输出电流的控制器操作。电源30的AC电流的极性如线46所表示地输出。用于主电源30的AC电流的实际切换指令在线44上输出。该切换指令告诉以变极器形式的电源S“脱氧(kill)”，即电流的急剧减小。可选择的，其实际上为反转极性的切换信号。该线44上的“切换点”或指令优选为“脱氧(kill)”和实现Stava6,111,216揭示的“切换点”的电流反转指令。从而，同步的切换点或指令从电源30通过线44输出。这些切换点或指令可以涉及跟随着低电流的切换准备信号或仅仅一电流反转点的电源“脱氧(kill)”。当利用“脱氧(kill)”思想时，使用开关“准备”，因为直至他们低于设置电流才有变极器实际反转。该思想在图16中更佳地描述。控制器30的开关极性控制线46上的逻辑。从电源32接收线44b上的切换点或指令逻辑和线46b上的极性逻辑。这两个逻辑信号通过在线44a，46a上的作为发送网关的网关50，作为接收网关的网关52，在主电源和从电源之间互连。这些网关为用于每个电源的网络接口卡，从而线44b，46b分别同步地接近线44，46上的逻辑。实际上，网络接口卡或网关50，52控制该逻辑在10μs内，优选在1-5μs内。低准确网络对于来自远端控制器18的通过线42m，42s的数据为单独的电源进行控制，该数据示例为由网关或接口卡提供。这些线包含来自远端区域(例如中心控制器18)的数据，这些数据不是时间敏感且没有利用网关的准确特性。该用于定时开关反转的高准确数据使用通过网络接口卡50，52的互连逻辑信号。在图1中的系统为一用于单个AC电弧的单个单元。然而，本发明并不仅限于级联电极，其中产生两个或多个AC电弧以填满在管道焊接中发现的大的缝隙。然而，该背景系统被显示用于该应用。从而，用于第一电极的主电源30接收同步信号，其确定对于第一电极(即ARC1)的系统S的定时或相位操作。系统S可和其它相同的系统一起使用，以生成由同步输出84，86和88同步的ARC2，3和4。该思想在图5中示例性地描述。在图1中显示了同步或相位设置信号82-88，其仅具有级联电极中的一个。包括中心控制计算机和/或web服务器的信息网络N提供数字信息或数据，其与在级联操作中控制不同电极的多个系统或单元中的特定电源相关。因特网信息62被导向为具有局域互连线70a，70b，70c的以太网网络70形式的局域网。类似的互连线被导向于产生级联焊接操作中的电弧ARC1，2，3和4的四个单元中使用的每个电源。系统或单元S的描述应用于每个在其它电极处的电弧。如果应用AC电流，使用主电源。在某些方面，仅主电源使用单元特定同步信号。如果需要更高的电流，该系统或单元包括如关于图1的系统描述的主从电源结合。两个或多个AC电弧通过生成器80同步。通常，紧接着两个或多个同步的AC电弧，使用-DC电流，用于在级联电极焊接操作中引导电极。DC电源不需同步，也不需与极性逻辑和切换点或指令准确互连。一些DC供电的电极可以在正极和负极之间切换，但不是以AC驱动的电极的频率切换。与电弧的构成无关，以太网或局域网70包括参数信息，该信息以在级联焊机操作中使用的各种系统的特定电源指定编码的方式识别。该网络同样应用用于多个单元或系统的同步信号，从而系统可以在时间关系上偏移。如图1中的线40所指示，这些同步信号被主电源解码和接收。以这样的方式，AC电弧基于时间偏移。这些同步信号不需要和通过网络接口卡或网关50，52的切换点一样准确。在数据网络上的同步信号被以可变脉冲生成器形式的网络接口所接收。该生成器在线84，86和88中产生偏移同步信号。这些同步信号指示用于在级联操作中分开的电极的单独交流电流单元的相位。同步信号可由接口80生成或由该生成器通过网络70所接收。网络70仅激活生成器，从而为多个同步信号产生延迟模式。同样，生成器80 可以以同步脉冲的频率改变单个单元的频率，如果该特征是在通路焊接操作中所期望的。

多种控制器和电源可以用来实现图1所描述的系统；然而，该系统的优选实施在图2中提出，其中电源PSA与控制器和电源30结合，电源PSB与控制器和电源32结合。在适当的时候，这两个单元在结构上基本上相同，且标注相同的标号。电源PSA的描述同样适用于电源PSB。变极器100具有一输入整流器102，用于接收三相线电流L1，L2和L3。输出变压器110通过一输出整流器112连接至用于驱动相反极性的开关Q1，Q2的抽头电感120。除了控制器140a输出定时信息给控制器140b之外，电源PSA的控制器140a和PSB的控制器140b基本上相同。切换点或线142，144控制极性开关Q1，Q2的导通状态，用于在线142，144上的逻辑所指示的时候反转极性，这在Stava6,111,216中详细描述了，在此合并作为参考。该控制是使用逻辑处理器的数字信号；从而，A/D转换器150将反馈线16或线26上的电流信息转换为用于误差放大器152的输出电平的控制数字值，该误差放大器示例为模拟误差放大器。实际上，其为一数字系统，在控制结构上没有模拟信号。然而，如示例的那样，放大器具有来自转换器150的第一输入152a和来自控制器140a或140b的第二输入152b。线152b上的电流指令信号包括通过在焊接站WS的电弧的AC电流所需的波形(wave shape或waveform)。这是林肯电气公司(Lincoln Electric)的多篇专利，例如Blankenship5,278,390，所揭示的标准技术，在此合并作为参考。同样参照Stava6,207,929，在此合并作为参考。来自放大器152的输出被转换器160转换为模拟电压信号，以驱动脉冲宽度调制器162在振荡器164控制的频率工作，该过程在处理器软件中为定时器程序。电弧处波形的形状是在线152b上的电压或数字。振荡器164的频率大于18kHz。该系统的整体构造在本发明的优选实施例中被数字化，且不包括恢复回模拟信号。该描述为用于示例目的的示意图，且并不限定在本发明的实施中使用的电源的种类。可以使用其它电源。

利用图1和2的思想的背景系统在图3和4中示例。工件200为管道中的缝，其通过由单个电源PS1，PS2，PS3分别供电的级联电极202，204，206焊接在一起。电源可以包括依照Houston6,472,634中的技术协调的多于一个的电源。示例的实施例涉及用于引导电极202的DC电弧和用于每个级联电极204，206的AC电弧。级联电极的产生的波形为AC电流，且包括由依照先前描述的波形技术的波形整形器或波形生成器产生的形状。当电极202，204和206沿着焊道WP移动时，熔融金属P沉积在具有开口根部部分210的管道缝隙200中，接着分别从电极202，204和206沉积212，214和216。之前描述的超过两个的、将通过图15的波形描述和示例的AC驱动电极，可以通过与相邻电极的AC电流相关的本发明操作。如图4所示的电源中的每一个包括从整流器222接收DC链路的变换器220。依照林肯电气公司的波形技术，芯片和内部编程的脉冲宽度调制器级224由振荡器226驱动工作在大于18kHz的频率，优选为大于20kHz。当振荡器226驱动脉冲宽度调制器224时，输出电流具有由波形整形器240输出的作为线242上的电压和数字的波形指示的形状。输出引线217，218和电极202，204和206串联。实时波形和来自霍尔效应传感器的线232上的实际电弧电流通过示例为比较器230的级相比较，从而线234上的输出控制AC波形的形状。线234上的数字或电压确定线224a上的输出信号以控制变换器220，从而电弧的电流波形跟随从波形整形器240输出的选择的轮廓。这是之前讨论了的标准的林肯电气公司的波形技术。电源PS1在引导电极202产生DC电弧；从而从该电源的波形整形器240的输出为指示DC电流的振幅的稳定状态。本发明与DC电弧的形成没有关系。相反的，本发明为例如电极204，206的级联电极的两相邻AC电弧的电流控制。依照本发明，波形整形器240包括用于选择AC波形的期望形状或轮廓的输入250。该形状可以通过示意地表示为移位(shift)程序252的内部编程实时移位。波形整形器240具有一输出，其为线254上的极性信号。实际上，极性信号为如图7所示的逻辑比特。逻辑1表示波形整形器240产生的波形为负极性，逻辑0表示正极性。该导至电源的逻辑信号或比特控制器220依照图16揭示的技术读取。变极器在由线254上的逻辑比特的改变开始的特定“准备”时候从正极性切换至负极性，或执行相反的切换。实际上，该比特从图1和图5所示的可变脉冲生成器80接收。图3和4显示的背景焊接系统使用在电极204和206的AC电弧电流的形状，以获得有益结果，即通用的静止熔融金属P和/或符合在电弧焊接中使用的变压器波形的合成正弦波形。图3和4显示的电弧焊接系统具有一程序，以在用于波形整形器240的“选择”程序250选择波形。该独特的波形被级联电极所使用。产生AC电弧的电源中的一个在图5中示意性地描述。如图1所示，电源通过可变脉冲生成器80控制。来自该生成器的信号260控制用于第一电弧的电源。该信号包括波形的同步以及由波形整形器240输出至线254上的极性比特。线260a-260n控制期望的接下来的级联AC电弧，该电弧由本发明的焊机系统操作。这些信号的定时将其它波形的开始点移位。图5仅显示了可变脉冲生成器80的关系，以控制与图4结合说明的连续电弧。

在Houston6,472,634的焊接系统中，产生如图6所示的AC波形，其中用于电极204处的电弧AC1的波形整形器产生具有正部分272和负部分274的信号270。在电极206处的第二电弧AC2通过来自波形整形器的信号280控制，该信号具有正部分282和负部分284。如图6所示，这两个信号是相同的，但是来自生成器80的信号被移位一距离x。在一电弧处由该波形技术产生的电流脉冲或波形为具有正部分290和负部分292，其在图6中的底部显示。来自波形整形器的逻辑比特确定了什么时候波形从正极切换至负极或从负极切换至正极时。依照Stava6,111,216(在此合并作为参考)的揭示，脉冲宽度调制器224在点291a和291b通常被移位至较低的电平。然后，电流减少直至到达固定电平，例如100amp。接着，开关在点294a和294b改变极性。当电流在正部分290和负部分292之间转换时，这产生垂直线或形状296a，296b。这是在Houston专利中揭示的系统，其中类似的波形被移位以防止磁干扰。波形部分290，292在AC1和AC2相同。这不同于本发明，本发明关于以至今为止还没有使用过的方式在电弧AC1和电弧AC2处定制波形，这是为了控制熔融金属熔潭和/或合成一正弦波形。提出图6的揭示以显示移位波形的思想。在极性之间垂直变换的相同的切换处理被用于本发明的优选实施例中。从图6所示的焊接系统转换为不均衡波形在图7中显示了。线254上的逻辑显示为在部分300为逻辑1，在部分302为逻辑0。逻辑或比特数的改变表示图16中所示的系统切换极性的时刻。这在图6的底部的点294a，294b处示例地显示。用于每个相邻电弧的波形整形器240具有用于一个极性的第一波形310和用于另一极性的第二波形312。每个波形310，312 由于线234上的逻辑和线254上的逻辑一起产生。从而，如图7所示的脉冲310，312对于正极部分和负极部分为不同的脉冲。每个脉冲310，312由如图所示的分离且不同的电流脉冲310a，312a产生。极性之间的切换如图6所示地实现，其中由波形整形器生成的波形显示为具有波形310，312的通常形状。正极控制渗透，负极控制沉积。波形的正负脉冲不同且切换点被控制，从而在一电弧处的AC波形在正极和负极被控制以具有由波形整形器240的输出产生的特定形状。用于相邻于具有如图7所示的电流的电弧的电弧的波形被不同地控制，以获得图8所示的优点。在电弧AC1处的波形为图8的上部分。其具有由电流脉冲320a显示的正部分320和由脉冲322a形成的负部分322。正部分320具有最大振幅a，宽度或周期b。负部分322具有最大振幅d，宽度或周期c。这四个参数由波形整形器240调节。在示例的实施例中，电弧AC2具有图8的底部所示的波形，其中正部分330由电流脉冲330a形成且具有高度或振幅a’和时间长度或周期b’。负部分332由电流脉冲332a形成且具有最大振幅d’和时间长度c’。这些参数由波形整形器240调节。依照本发明，来自波形整形器的电弧AC1处的波形的相位与电弧AC2的波形不同。这两个波形具有被调节的参数或尺寸，从而(a)渗透和沉积被控制，且(b)在熔潭P遵从特定的极性关系(其为相同极性或相反的极性)的过程中并没有很长时间。设计该波形的思想防止了如图9和10所示的长时间极性关系。在图9中，电极204，206具有相同的极性，其由在任意的给定时间相邻电流的波形确定。在该例子中，电极204的磁通350和电极206的磁通352为相同方向，且在电极之间的中心区域354处相互抵消。这使得来自电极204，206的熔融金属部分360，362在熔潭P中运动至一起，如箭头c所示。在电极204之间的熔潭中熔融金属的相互向内运动或挤压，如果没有在非常短的时间(即小于20ms)内结束，将最终导致向上的涌起动作。如图10所示，在电极204，206具有相反的极性时，发生熔潭的相对运动。然而，磁通370和372在电极之间的中心处积累并增加。电极之间大的力使得熔潭P的熔融金属部分364，366相互作用或排斥。这由箭头r表示。在熔潭P中熔融金属相外的力，如果其持续通常为小于10ms的时间时，将损坏焊珠。从图9和10可以看出，期望限制相邻电极的波形的极性为相同极性或相反极性的时间。诸如图6所示的波形实现了防止特定极性关系(其为相同极性和相反极性)的长时间发生的目的。如图8所示，相同极性和相反极性维持非常短的时间，其比电弧AC1和AC2处的波形的周期长度小。该防止极性关系长时间发生的有益发展以及在正负区域具有不同形状和不同比例的脉冲的新思想结合起来，以之前在常规的变压器电源或林肯波形技术的常规使用的焊接中不能得到的方式，控制熔潭，控制渗透和控制沉积。

在图11中，来自波形整形器240的AC波形的正和负部分为合成的正弦形状，与波形的负部分相比正部分具有不同的能量。该合成的正弦波或波形的正弦部分使得波形与变压器焊接电路兼容且与正弦波焊接的评估兼容。在图11中，波形370在电弧AC1处，波形372在电弧AC2处。这些级联的电弧使用图11中所示的AC焊接电流，其中小的正的正弦部分370a控制电弧AC1的渗透，而大的负部分370b控制电弧AC1的金属沉积。如图7所描述的，随着逻辑比特的改变，在极性之间切换。如垂线370c所示，正弦波形370从约100安培垂直下冲通过零电流。负部分370b和正部分370a之间的变换同样在引起垂直变换370d的切换点处开始垂直变换。类似的，电弧AC2的相移波形372具有小的渗透部分372a和大的负沉积部分372b。极性之间的变换由垂线372c和372d表示。波形372相对于波形370移位，从而熔潭的动态被控制，而不会有由相邻电弧AC1，AC2的极性引起的熔潭中熔融金属的过度挤压和排斥。在图11中，正弦波形状相同且频率相同。它们仅仅是移位，以防止特定极性关系长时间发生。

在图12中，波形380用于电弧AC1，波形382用于电弧AC2。部分380a，380b，382a，382b被正弦合成，且显示为具有大体相同的振幅。通过将这两个波形移位90°，并存极性的区域表示为区域390，392，394和396。通过使用具有正弦轮廓的移位的波形，相同或相反极性不会保持任意时间长度。从而，熔融金属熔潭不被搅动而保持静止。该优点通过使用本发明而获得，本发明同样结合在给定波形的正极和负极部分之间能量不同的思想。图12实际上示例显示了并存极性关系的定义和它们仅保持短的时间周期的事实。为实现该目的，本发明的另一实施例在图13中显示，其中之前定义的波形380和显示为电弧AC2(a)的锯齿波的波形400或显示为电弧AC2(b)的波形的振荡波结合。波形380和不同波形400或不同波形402的结合产生并存极性关系410，412，414等非常小的区域或时间。在图14中，在一电弧处生成的AC波形与在另一电弧处生成的AC波形非常不一样。在图14中显示了用于本发明的非常不一样的波形的相同思想，其中波形420为AC脉冲轮廓波形，波形430为具有约为波形420的周期一半的正弦轮廓波形。波形420具有小渗透的正部分420a和大的沉积部分420b，其具有直线极性变换420c。波形430包括正部分430a和负部分430b，其具有垂直极性变换430c。通过拥有这两个不同的波形，对一个电极实现了合成的正弦思想，且没有长时间的并存极性关系。从而，在由电弧AC1，AC2进行的焊接操作过程中，熔潭P中的熔融金属维持略静止。

在图15中，波形450，452，454和456由用于四个级联电弧的电源的波形整形器240生成，这四个级联电弧为电弧AC1，电弧AC2，电弧AC3和电弧AC4。相邻电弧如同步信号460且从正部分至负部分变换的时候所示对准，同步信号460定义波形一致。除了开始脉冲被对准之外，该同步信号由图1中所示的生成器80产生。在本发明的实施例中，第一波形450具有正部分450a，其与相邻波形452，454和456的正和负部分同步。例如，正部分450a与波形452的正部分452a和负部分452b同步且相关。类似的，波形452的正部分452a与波形454的的正部分454a和负部分454b同步且相关。相同的关系存在于正部分454a和波形456的部分456a，456b之间。负部分450b与对准的波形452的两个相对极性部分同步并相关。相同的定时关系存在于负部分452b和波形454之间。换句话说，在每一相邻电弧中，波形的一个极性部分与该相邻电弧的整个波形相关。因此，很好地控制了如结合图9和10的描述所提到的熔潭P的挤压力和排斥力。正部分或负部分的一个或多个可以和结合如图11和12揭示的波形提到的正弦波同步。

如图1和2所示，当开关的主控制器切换时，切换指令发送至电源30的主控制器140a。这使得“脱氧(kill)”信号被主电源接收，从而脱氧(kill)信号和极性逻辑迅速传送给与一单个电极并联的一个或多个从电源的控制器。如果标准AC电源和与极性开关并联的大的缓冲器一起使用，该从控制器或多个从控制器在主电源接收切换指令之后在1-12μs内迅速切换。这是高准确接口卡或网关的优点。实际上，用于并联电源的电流反转的实际切换直至输出电流低于给定值(即约为100安培)时才发生。这允许使用更小的开关。

用于单个AC电弧的所有电源的切换的实施使用延迟切换技术，其中实际切换仅在所有电源低于给定低电流值之后才发生。延迟处理在数字处理器的软件中完成，其在图16中的示意图中显示。当主电源500的控制器接收如线502表示的指令信号时，电源开始切换顺序。主电源在线504上输出逻辑，以提供用于从电源的切换的期望极性，以与主电源的极性切换相应。在指令的切换顺序中，电源500的变极器关闭，从而去往电极E的电流如霍尔效应变换器510所接收的而减少。线502中的切换指令引起由线512表示的立即“脱氧(kill)”信号，其去往并联从电源520，522的控制器，该从电源520，522提供电流给由霍尔效应变换器532，534测量的节点530。所有电源具有随着变极器关闭的切换顺序。软件比较器电路550，552，554比较减小了的电流和由线556上的电压表示的给定低电流。当每个电源降低至小于给定值时，在线560，562和564上分别出现信号，其分别去往取样和保持电路570，572和574的输入。这些电路由线580中的选通(strobe)信号从每个电源输出。当设定的逻辑存储在电路570，572和574中时，YES逻辑在选通信号的时出现在线准备¹，准备²和准备³上。该信号在电源中生成且具有25μs的周期。然而，可以使用其它的高速选通器。该信号被导向主电源的控制器C，如图16的虚线所示。由与门584表示的软件与功能在所有电源准备切换电极时在线582上输出YES逻辑。该输出条件导向软件双稳态多谐振荡器600的时钟启动端ECLK，该软件双稳态多谐振荡器600具有D端口，其提供有线504上切换极性的期望逻辑。工作在1MHz的振荡器或定时器通过线602上的信号经过端口CK给双稳态多谐振荡器提供时钟。其将线504上的极性指令逻辑转移至Q端口604，以在线610中提供该逻辑，来在线612上的同一逻辑切换主电源500的同时切换从电源520，522。在切换之后，线504上的极性逻辑转换为相反的极性，且主电源基于切换频率等待下一切换指令。可以使用其它电路来影响切换顺序中的延迟；然而图16中的示例为本方案。

就图1-16所描述的来说，实现其它优点特征的焊机和用于该焊机中的控制系统被提交作为背景信息。该背景技术已由本申请的受让人林肯电气公司(Lincoln Electric)研究出来。该背景描述用于波形技术焊机的描述而提交。该波形可以为由之前描述的焊接实现的DC或使用相同技术的AC。已经发现该技术可以用于“描绘(paint)”在焊接处理中使用的AC波形的精确轮廓。

用于带芯电极的“描绘(paint)”AC波形

(图17-27)

通过使用程序700获得用于带芯电极的精确的AC波形。通过使用图1-16所示的技术，该“描绘(paint)”AC波形和特定的带芯电极协调。

如图4和5所示的该波形技术焊机和/或焊接系统由控制程序700操作，以准确地设置给定波形的精确轮廓，该给定波形和图19和20所示类型的特定带芯电极一起使用。程序700在图17中揭示了，在此，焊机705具有波形整形器240，其通过选择网络250设置焊接波形的通常类型。该选择的波形为期望的AC波形，通过连续的波形执行给定的焊接处理。依照本发明的该波形被设置用于特定的带芯电极。波形控制程序700具有一轮廓控制网络710，以设置波形的精确，期望的轮廓，和一振幅控制电路712，以调节波形的能量和功率，而基本上不用改变用于给定的带芯电极的设置轮廓。该特定的AC轮廓被存储在图21和28的焊机中，在相应的电极在焊接处理中使用时使用。在正部分和负部分调节AC波形的思想可以实现本发明的性能。

程序或控制网络700连接至波形整形器240，以控制构成AC焊接处理的连续波形的每个单个波形的准确综合(general)轮廓。为了实现精确目的和波形综合轮廓的精确协作设置，单独地调节四个单独的轮廓参数。第一个参数为由电路720设置在波形轮廓中的频率，该电路720由接口网络722手动或自动调节，以减少由线724表示的输出上的设置值。该值控制AC波形轮廓的设置频率。当然，这实际上是波形的周期。类似的，波形的占空比(dutycycle)或波均衡由电路730控制，该电路具有一可调节接口网络732和一输出线734，用于产生一值来控制AC波形的正半周期和负半周期之间的关系。该轮廓参数由来自电路730的线734上的逻辑或数据设置。通过线724上的信号或数据以及线734上的数据，波形的AC轮廓被设置。这与波形的单个部分的能量等级无关，而仅与波形的综合固定的轮廓有关。为了控制波形的上升沿速度，提供一电路740，其具有一手动或自动的调节网络742和线744上的输出信号，该信号用于设置波形的设置轮廓从负极变为正极的速度。类似的，下降沿电路750提供有调节接口752和输出线754。线724，734，744和754上值的大小设置单个波形的轮廓。这些参数中的至少两个一起使用来设置轮廓，然而，优选为设置所有的轮廓参数来定义一波形轮廓。

为了控制在焊接处理中每个单个波形传输的能量或功率而控制AC波形的轮廓，程序700包括振幅电路或网络712，其被分成两个单个的部件760，762。振幅电路的这些部件在每个极性期间控制波形的能量或其它与功率相关的电平，而基本上不影响由轮廓设置网络710设置的综合轮廓。部件760包括一电平控制电路770，该电平控制电路770由接口网络772手动调节以控制线774上的输入值和线776上的输出值之间的关系。电平控制电路770实质上为用于在生成的设置波形轮廓的正部分过程中控制电流，电压和/或功率的数字误差放大器电路。选择器250a将电路770变换为电流，电压或功率模式。部件760通过改变由网络710设置的综合轮廓，控制在波形的正部分期间的能量、或功率或其它热量等级。类似的，第二部件762具有数字误差放大器电路780，其由网络782设置或调节，从而输入线784上的值控制输出线786上的电平或信号。因此，线776，786上的数字电平数据在轮廓控制网络710设置的每个半周期期间控制电流，电压和/或功率。选择器250b将将电路780变换为电流，电压或功率模式。

依照程序700的另一特征，波形整形器240仅由振幅控制电路712控制，且轮廓由在图4和5所示的背景波形控制系统中使用的网络或程序250设置。网络250不设置轮廓，但选择和图21和28的揭示一起描述的AC波形的已知类型。程序700的增加的优点通过和电路720，730，740和750一起使用振幅电路770，780设置所有轮廓参数。当然，由这些电路中的任一个控制的AC波形是对于图1-16的通常背景技术的一个改进。程序700在AC波形的每个极性过程中协作地调节所有轮廓参数和振幅值，从而波形相应于特定的带芯电极。

为了说明程序700的能力，在图18中示意性地显示两个AC波形。AC波形800具有正部分802和负部分804，两者皆由一连串的迅速产生的电流脉冲800a生成。波形800仅示例一方波，以示例波形的频率或周期以及正部分802和负部分804的比例的控制。这些参数通过使用程序700正确地设置，以修正之前仅由网络450选择的AC波形的类型。在AC波形的示意性描述中，上升沿速度和下降沿速度基本上为零。当然，在Stava6,111,216揭示的切换思想将被使用，用于在正负波形部分移位以获得在Stava专利中描述的优点。第二示例的波形810具有频率f，正部分812和负部分814。在该示例中，上升沿速度独立于下降沿速度而控制。这些沿(ramp)速度以箭头方式示出，以表示他们存在于极性之间变换的过程中波形的前导和拖尾边沿。程序700与由电路720，730，740和750作出的单个波形的精确轮廓物理设置有关。波形的多个参数被调节以将AC波形基本上“描绘(paint)”为期望的轮廓。使用AC波形的设置的综合轮廓的非常精确的焊接处理通过使用诸如程序700的控制程序的波形技术控制的焊机执行，例如林肯电气公司(LincolnElectric)的Power Wave。该程序用于为每个单个的带芯电极“描绘(paint)”AC波形，从而在焊接处理中使用的AC波形和电极之间匹配。

图17中的程序700用于构建或产生AC波形，其为诸如图19和20所示的电极910的每个单独识别的带芯电极最佳化且特定地制作。焊机900具有用于将电极910导向工件W的焊炬902。电弧AC在电极910的端部和工件W之间产生。该电极为带芯电极，其具有外套912和内部填充的芯914。该芯包括焊剂成分，例如由颗粒914a表示。这些成分914a的作用为：a)通过利用溶渣覆盖熔融金属来防止熔融的焊接金属受大气污染，b)和任何大气污染化学结合，从而他们对焊接质量的负面影响最小化，和/或c)生成电弧保护气体。依照标准规则，芯914同样包括合金成分，参考作为颗粒914b，以及其它混杂颗粒914c，它们结合以提供芯914的填充。为了最佳化焊接操作，必须使用具有外部保护气体的实心焊线。然而，为了产生具有特殊的机械和冶金性能的焊接，需要特殊的合金，其很难以实心焊线的方式获得。当使用需要外部保护气体的焊接处理时，污染很难防止。从而，使用自保护的带芯电极是有益的，从而外界不影响焊接。带芯电极对于外壳和芯表现不同的燃烧率。所有这些困难导致大多数管道焊接使用实心焊线和外部保护气体来实现。为了克服这些问题，林肯电气公司(Lincoln Electric Companyof Cleveland， Ohio)提出用于管道焊接的STT焊接。这样的焊接使用短路处理，在此，表面张力转移熔融金属。该处理降低焊接处理的热量，特别是在开口根部焊接过程中。具有AC电源的焊接和带芯电极的优点不能得到，这是因为焊接波形没有对特定的带芯电极进行最佳化。通过使用波形技术控制AC波形，这些困难可以被克服。通过使用例如图17中所示的程序700的程序，精确的AC波形为了焊接操作而产生，且与给定的带芯电极特别地相关。与给定的带芯电极相协作的AC波形的精确轮廓或形状优化焊接操作。现在，可以使用具有精确轮廓的波形的AC焊接操作，该波形被准确的制作轮廓以适应特定的带芯电极。使用带芯电极的AC焊接由于图17-27揭示的技术而变得便利。

焊机900依照本发明构建，用于执行使用带芯电极的AC焊接操作，从而对于特定的电极最佳化焊接操作。焊机900的细节在图21中显示，其中电源920由整流器920a驱动。电极910为带有外套912和芯914的带芯电极。焊机900的电源920具有一存储装置，单元或电路922，以在线924上产生电极识别信号，从而识别在焊接处理中使用的特定电极910。读取装置921识别如图21上部所示的、通过读取装置的特定电极910。从而，线924上的信号识别电极910。装置921a手动地告知读取装置921哪个电极被使用。换句话说，读取装置921为在焊接操作中使用的特定电极910而设置。手动调节该装置以指示特殊电极。电极910可以通过条码或其它读取技术由存储装置922识别。条码位于收容电极910的转轴或线鼓上。换句话说，装置921自动感应焊条或电极910的标记或接收如方框921a所示的、指示电极的手动输入。921b上的信号被导向存储装置922，在此为所有被焊机900使用的电极存储以数据形式的信号。线921b上的信号寻址相应于该特殊带芯电极的存储装置922中的特定数据。该数据引起施加至线924上的轮廓信号。该信号激活波形查找装置926，从而该装置在线928上输出轮廓信号。该信号指示选择电路250选择已由程序700为一特定带芯电极产生的特定存储轮廓。图17所示的程序700为特殊电极制作存储的波形。电源920的其它部分在之前已经描述了。线928中的轮廓信号选择存储在与电路250相关的存储器中的特殊构造或产生的AC波形。为特定带芯电极910的特定构造和组成制作的 AC焊接波形输出至线242上。依照可选择的构造，线928上的特定信号由电极和进线速度确定。装置930具有输出至线932上的设置点。因此，线924和932上的逻辑或数据确定线928上的轮廓选择信号。使用波形生成器250的存储器中的期望的存储轮廓。该轮廓基于特定电极和/或特定设置点进线速度。

在图22中显示了典型构造的AC波形，其中处理曲线950具有包括正部分952和负部分954的一系列波形。这些波形由大量的单个脉冲960产生，其以基本上大于18kHz的速率产生且在脉冲宽度调节器224的输出线224a上产生。其控制高速切换变极器。曲线950具有正的振幅x和负的振幅y，负部分954的长度由z表示。为了控制焊接处理中的热量，当图22中所示的AC波形为了特定的带芯电极构造时，调节占空比或波均衡z。图22中的曲线950的负部分954控制输入工件的整体热量。正部分952对电极贡献较多的热量，对工件贡献较小的热量。从而，通过改变占空比或波均衡z，工件上的整体热量可以被改变或控制。AC焊接处理在波形整形器或波形生成器240的输出产生。该选择的波形被精确地调节以最佳化其与特定带芯电极910的使用。为了控制焊接处理中的热量，波形具有由程序700控制的占空比z。在AC波形已经固定之后，基于来自选择电路250的逻辑，将其送至波形生成器240。焊机900的使用和使用特定带芯电极的特定AC波形相关，以固定由形成电极910的构造指示的焊接处理的操作。

AC波形优选为如图22所示的方波；然而，为了控制初始加热，焊机900能够提供如图23所示的非方波，其中，处理曲线970包括多个波形，每个皆具有正部分972和负部分974。这些部分中的每一个皆由多个单个脉冲960形成，如对于图22中的曲线950所说明的那样。这些单个脉冲960以大于18kHz的频率产生，且为通常在变极器型电源中使用的且在涉及图1-16的通常技术部分中描述的波形技术脉冲。为了减少加热率，部分972，974提供有边沿部分976，977，978和979。其它轮廓也可以最佳化具有带芯电极的AC焊接。

当使用带芯电极而不控制轮廓时引起的通常问题在图24中显示了。焊接处理融化外套912以提供熔融金属980的一部分，该熔融金属980围绕该电极向上融化，如熔融的上端部982所示。从而，电极的外套比芯更快融化。其引起熔融的金属材料位于电极910的输出端，而没有由芯914的内部构造的融化产生的保护气体或化学反应。从而，电弧AC在没有保护的大气中融化电极910的金属。熔融金属所必须的保护在外套和芯以相同的速度融化时形成。熔融金属的融化速度比芯快的问题进一步由图25的示意图表示。来自外套912的熔融金属990在芯到达融化的时刻之前已经和工件W结合。这不能为焊接处理提供所需的保护。图24和25显示了为什么使用带芯电极的AC焊接不能用于非支撑(off-shore)管道焊接和其它管道焊接。当使用带芯电极时，如上所述的AC波形控制输入热量。

通过为焊接处理中使用的AC波形控制精确轮廓，可以使得外套912和芯914以大约相同的速度融化。使外套的融化和芯的融化充分协调失败是不使用使用带芯电极的AC焊接的一个原因。控制AC波形的轮廓的优点由于不需外部保护气体的处理而产生。当该情况发生时，保护气体SG和其它保护组分在外套912的融化之前生成。该特点可以通过使用程序700精确制作用于焊接操作的波形的轮廓而获得。在过去，这样的协调是不可能的。程序700或类似的程序生成AC波形，为了特定带芯电极特殊制作该波形，以使得带芯电极以防止熔融金属在焊接操作中受到大气污染的方式在AC焊接处理中使用。

当使用带芯电极焊接时，期望具有以相同速度融化的外套和芯。该操作促使特定的芯材料和外部外套均匀混合，从而该熔融金属的混合物化学地抵制大气污染的影响。需用于产生期望的焊接金属机制和冶金特性的合金元素非均匀地分布在焊接金属中。此外，最佳化由熔渣和/或形成气体的物质得到的保护优点。在图26中示例了该情况。相反的，图25示例了外套比芯更快地融化的情况。来自外套912的熔融金属990在芯914达到被融化的时刻之前已和工件W结合。金属990没有被防止大气污染的影响至一程度，该程度在未融化芯的组分实际融化时发生。此外，需用于实现期望的机械和冶金特性的合金元素可以不存在于熔融金属990中。

在图27中显示了一可选择的处理，其中选择电路992依照来自方框994的线994a上的数据选择波形B。该方框具有识别特定电极A的数据。该电极具有适合选择电路992中波形B的成分。来自进线速度方框996的线996a上的设置点996a用于选择波形B，从而波形B不仅是用于电极的波形，而且是用于具有特定设置点的电极A的波形。其调节波形生成器240的输出，以控制AC焊接处理的波形为了由方框994表示的精密带芯电极A而制作。电极A用于激活波形B。当使用特定带芯电极时，产生波形以执行期望的操作。通过识别特定带芯电极和激活与其协调的AC波形，在电极和工件之间执行期望的焊接处理。芯的组成和外套的尺寸确定在AC焊接处理中使用的最佳化波形轮廓。同时使用诸如图17中的程序700的程序，使得精确设置和修改在使用波形技术的类型的电弧焊接处理中使用的波形的轮廓。

图17-27显示了图1-16的波形技术为何可以用于AC焊接或带芯电极。由于具有这些能力的提高，使得在图28-45中揭示的本发明的新的焊接方法变为可能。

本发明

(图28-45)

如先前的部分所描述的，使用波形技术这类型的电焊机可以用于使用诸如图28所示的电极1000的带芯电极的AC焊接。这样的电极包括一围绕由颗粒材料形成的芯1004的外部钢套1002，该颗粒材料包括合金金属和熔渣或焊剂材料。因为具有内部焊剂或熔渣材料，在焊接操作中不需要外部保护气体。因为在芯1004中包括合金材料，在工件1010上的焊接金属1012的熔潭可被调节以具有精密的合金构成。这是使用带芯电极，而不是必须由焊线的实际构成来实现合金的实心焊条，的本质上的优点和原因。当使用实心焊线时，对于焊接金属的合金调节是非常困难的。从而，如之前部分所讨论的，应用带芯电极在高质量焊接中非常有利。电弧AR以一速度融化外套1002且融化芯1004的组成或填充物，该速度可以被控制的基本上相同。焊接金属1012中的污染，例如氢，氮，氧，可以导致焊接技术中的多孔性问题，裂缝和其它类型的物理缺陷。从而，设计焊接处理以将污染从熔融的焊接金属中排除是很有挑战性的。通常使用“脱氧(kill)”介质的方法来防止它们在焊接金属中形成多孔或有害的夹杂物，该介质典型为硅，铝，钛，锆，其与潜在的污染化学结合。此外，为了将氢从焊接中移除，同样可以加入“净化剂 (scavengers)”，从而与包含一种类(species)的氢反应。为了在焊接金属1012周围一致性的沉积，通常需要以一定数量增加这样的脱氧(killing)介质，它们本身对焊接金属的特性，例如展延性和低温度韧性，是有害的。从而，期望减少熔融金属裸露在电弧AR中，以防止金属中的污染通过电极1000到达工件1010，从而可以最小化脱氧(killing)介质。本发明为用于带芯电极1000的AC焊接的使用，在此，AC波形的正极和负极形状被改变以减少整个电弧长度LA。通过该方式，较少地暴露于大气中，且金属熔融过程的时间较小。实际上，通过减少电弧长度，在熔融金属从电极行进至焊接金属熔潭时，其温度会减少。仅通过使用可以执行具有在正极部分和负极部分不同形状的AC焊接处理的焊机，具有带芯电极的AC焊接可以在该领域有效地使用。如之前部分所描述的，交流波形的正极部分和负极部分的参数可独立地调节，以补偿和最佳化选择的电极1000的外套1002和芯1004的融化。本发明涉及在用于具有带芯电极的AC焊接的焊机和方法的进一步的改进，其中正极部分和负极部分的形状被独立地控制。依照本发明的波形控制技术可以实现电弧长度LA的减少，且保持电弧稳定性。从而，用于执行具有带芯电极的AC焊接处理的焊机被依照本发明修改，以执行在电弧焊接领域不被人所知或没有被使用的特定方法。

该改进的电弧焊接处理的基本特征在图29所示的曲线图中显示。该曲线图展示了使用直径为0.062英寸的自保护焊剂带芯电极作出的一系列测试焊接的结果。该特别的焊剂带芯电极为林肯电气公司的Lincoln InnershieldNR-233。以不变的进线速度和行进速度，执行焊接。电源工作在频率约为60Hz的AC，以并排布置三焊道(pass)或焊珠(bead)。然后，在第一层的三焊道或焊珠之上的第二层中布置并列焊珠的两个焊道。在焊接之前给板的表面喷砂清理，以移除污迹和污染。在第二层的焊接金属被分解为氮成分，其为使用焊剂带芯电极的焊接质量而需要排除的污染之一。因为没有氮故意地混合在NR-233电极中，假设焊接金属中的氮为来自周围大气。用于执行这些焊接操作的电源为特别构造用来产生具有可变波形交流电流的电源，例如，林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)出售的PowerWave。AC波形的两个特性被修改，以产生在图表1020中所示的结果。对于第一次测试，产生20％的-DC偏移，从而正部分的电压比负部分的电压小20％。在测试中，负电压为23伏，正电压为18伏。通过周期性地将波均衡(balance)从0改变至50％，产生曲线1022。波均衡为AC波形的正部分和AC波形的周期的比例。在50％的波均衡处，AC波形的正负部分相同。对于波均衡的各种值，测量氮恢复率(nitrogen recovery)。其为曲线1022产生一统计直线，该直线通常从不能接受的0.036氮级别向下延伸至具有0.029氮恢复率的点1022a。如部分1022b所示，曲线1022对于减少的氮恢复率而向下延伸。第二组测试在20％的+DC偏移的条件下执行，从而AC波形的负部分比正部分的小20％。该测试产生的曲线1024通常地从0.020的氮恢复率向上延伸至相应于曲线1022的点1022a的点1024a。因此，氮恢复率的数值如曲线1024的部分1024b所示地增加。曲线1022和1024在点1022a，1024a相交，其氮恢复率等级由虚线1026所标示。图表的曲线1022和1024实际上典型地示例了当波形随着波均衡量而改变时，-DC偏移AC波形和+DC偏移AC波形的斜率类型。由测试可以发现：+DC偏移在低波均衡时具有低的污染等级。类似的，AC波形的-DC偏移在波均衡的高等级具有低的污染等级。该发现是基于在使用用于带芯电极的AC焊接时修改波形以减少污染。当使用负偏移时，波均衡应当大于大约30％，如点1022c所示。当使用正偏移时，波均衡应当小于约50％，如点1024c所示。在所有的例子中，波均衡必须在保证用于使用本发明的电弧的足够的电压RMS。该低等级与线1024在点1024d相交，在此，波均衡约为5％。通过线1022的延长，该等级产生一相应的低点1022d。点1022d为通过点1024d的相同低等级线和线1022的交点。从而，曲线1020表示的测试定义了通过调节偏移和波均衡以产生低电弧长度从而减少大气污染的控制AC波形的方法。该测试是在60Hz下进行的，然而它们同样在30-120Hz下进行了。

图30显示了具有负偏移曲线1032和正偏移曲线1034的曲线1030。这是从图29表示的测试结果得到的，其中曲线1032提供在点1032c和1032d之间的工作范围。如此，使用-DC偏移，AC波形具有约30％至95％的均衡。+DC偏移波形具有5％至50％的波均衡。虽然依照如图30所示的本发明的操作的两种模式具有在两个分隔点之间的范围，优选为具有5％至15％之间的波均衡的正偏移波形。该负偏移波形具有85％和95％之间的波均衡。该方法产生低污染且是本发明的优选实施。图30的图表1030示例了本发明，其中使用了AC波形，其具有低波均衡+DC偏移和高波均衡-DC偏移。该优选的实施是使用+DC偏移波形。

图31和32显示了AC波形1040和1040A。每个波形都由依照波形技术的、优选为在本发明的实施中使用的、一系列电压或电流脉冲1050构成。波形技术利用由波形生成器或波形整形器控制的脉冲宽度调制器，从而正部分1042，1042a的正部分和负部分1044，1044a的实际轮廓可以为特定形状的轮廓。在图31中，制作的波形为方波，其为本发明的优选实施；然而本发明同样可以有不是方波的波形实现，如图32所示。在两个AC波形中，正部分具有表示为RMS1的RMS，负部分具有表示为RMS2的RMS。依照本发明，偏移涉及一部分的RMS比另一部分的RMS大，其差值在之前已定义为偏移。如图32所示，波形1040a可以对任何特定的带芯电极制作。然而，本发明涉及具有波均衡的协调偏移的更宽的概念，以实现在用于如图28所示的带芯电极1000的AC焊接操作中使用的AC波形的正部分和负部分之间的RMS的期望关系。用于实施本发明的优选波形在图33和34中显示，在这些图中使用和图31，32所揭示的相同波形技术。在本发明的优选实施中，正偏移波形1100有具有电压Va以产生AC波形的正部分1102和具有电压振幅在0.75-0.90Va范围内的负部分1104。高电压峰值正部分1102约为整个波形的时间的5-15％。其为短的正时间1110和长的负时间1112之间的关系。波形1110优选为电压波形，但是也可以为电流波形。在正部分期间的电压不足以维持电弧稳定；然而周期的高电压峰值1102维持电弧。从而，波形1110由于具有在低电压的波形主要部分而具有低RMS，且仅在相反极性使用周期性的峰值。该相同的通常思想在图34中显示了，其中波形1120为-DC偏移波形，其具有高电压正部分1122和低电压负部分1124。在波形1120的主要部分的RMS由AC波形的负部分控制；然而稳定性由高电压负部分1122维持。AC波形的高电压和低电压的相对时间被设置为时间1130和1132，该时间具有和图33所示的波形110中的相应时间相同的关系。即使本发明期望在图30所示的两个间隔点，如1032c，1032d和点1034c和1034d，之间的使用，在图33和34中提出的关系为优选的实施。操作的第一模式为+DC偏移，其具有在5-15％通常范围内的低的波均衡，第二模式为-DC偏移，其具有在85-95％的通常范围内的波均衡。波形1100和1120皆为可调节偏移和可调节波均衡的AC波形，其通过利用使用由林肯电气公司(Lincoln Electric)先导地提出的类型的波形技术的焊机实现。当然，其它技术可以用于在图30和在图33和34中通常地提出的本发明的实施。实际上，波形1100和1120的频率在30-120Hz的通常范围内。

本发明的一个特征在于改变波均衡，在此在AC波形的正部分和负部分的振幅之间具有实质的不同。如此，波均衡可以用来调节AC波形的电压RMS，以减少AC波形的电压RMS至一值，在该值时电弧长度相对较小。如果波形为电压，但是电压RMS可以被电流波形控制，这是真实的。在实现该目的时，如图29和30中讨论的DC偏移优选为约在10-30之间的值。换句话说，用于实际焊接操作中的AC波形的较小或较少的振幅部分比短的高电压部分的较高振幅要小大约10-30％用来稳定电弧。通过调节波均衡，可以减少AC波形的电压RMS。这在图35和36中显示了，其中正偏移曲线1200依照本发明在相应于用于电压RMS的x点的点1202和点1204之间工作。该值由直线1210表示。广义上来说，本发明可以被使用，其中正偏移曲线1200超过37％；然而在导致产生图29的图表1020的测试中，在37％的波均衡处获得用于-20DC偏移的期望电压RMS。如此，负曲线1300到达RMS等级1210约为37％的点1302。仅示例本发明的图35和36的描述用于：通过通常具有在10-20的范围内的DC偏移和通过调节波均衡，控制AC波形的电压RMS。波均衡和偏移产生波形的正部分和负部分，它们独立地调节以实现本发明的目的。该波形示例为由波形整形器和波形生成器产生的电压波形，然而波形也可以产生作为由相同技术获得的电流波形。

本发明的优点在于能够减少用于使用具有带芯电极的焊接的AC波形的电弧长度。过去，电极通常包括超过10％的铝作为在焊接过程中去除(kill)氮污染的合金介质。通过使用本发明，减少RMS，其减少电弧长度La，从而降低诸如铝的“脱氧(killing)”介质的期望量。该思想在图37和38中示例了，其中曲线1400表示在电极的芯中所需的“脱氧(killing)”介质或铝的百分比，其与电弧长度有关。当电弧长度减小时，所需的或需要的铝同样减少，因为在电弧中的熔融金属较少地暴露在大气中。在常规的工作中，铝以基本上超过填充物的10％的量在电极中使用。通过使用本发明发现：电弧长度可以减少至小于1402的值，该等级需要在芯的填充物中铝约为2％。曲线1400实际上描述和示例：电弧长度通过使用本发明而减少，铝的含量同样减少。先前的曲线主要与RMS相关，然而在图38中的曲线1410揭示了电压RMS和电弧长度具有一直接关系，虽然该关系可能不是准确的直线。从而，之前讨论的与电压RMS相关的曲线等同的应用于电弧长度。

总之，图39表示当对于正偏移波形1510由曲线1500表示氮恢复率时本发明的操作的一个模式。曲线从点1502的最小氮恢复率延伸至如点1504表示的最大氮恢复率。依照该操作模式，期望的较低RMS由虚线1506表示。该线被调节至电弧操作的期望电弧长度，以提供交点1508，该点定义AC焊接处理的波均衡。正偏移波形1510包括23伏的正部分1510和18伏的负部分1514，在振幅上的不同允许波均衡的调节以提供期望的氮恢复率。期望RMS的垂直移动引起线1506在点1508和线1500相交。在DC-(零波均衡)处使用带芯电极的焊接将导致不稳定的电弧。该不稳定的状态由点1502表示。然而，该工作点将产生非常低的氮污染。正部分1512仅在波均衡从点1502零值增加时产生。当这种情况发生时，均衡增加，且氮等级同样增加。从而，正偏移波形1510用来实施本发明的第一模式时，波均衡较优的只增加5-15％之间的些微量。操作的第二模式在图40中显示，其中曲线1600由具有低振幅的正部分1612和高振幅的负部分1614的负偏移波形1610产生。曲线1600从在DC-但是具有高电压的点1602开始行进。点1602因为高的负电压而产生高的氮恢复率。曲线1600从不能接收的DC-工作点1602行进至具有低的氮恢复率的点1604。在点1604，焊接操作基本上为18伏的DC+。其同样产生不稳定的电弧。同样，在点1502发生的具有不稳定的18伏的DC-。为了在曲线1600上提供期望的工作点1608，调节如图39所示的RMS线1506，以产生交点1608。该交点确定用于操作的第二模式的期望的波均衡，其中应用负DC偏移AC波形。图39和40示例了本发明的的两个实施。焊机或控制器可以在+DC偏移和-DC偏移的操作的两模式之间切换。

通过使用波形技术电源，本发明的波均衡可以通过改变波形的正部分而改变，且同时保持波形常数的循环长度。然而，可以作出波形形状的其它改变以修改有效的波均衡。代表的波均衡思想在图41-43中示例地显示。AC波形1620有具有循环长度m的正部分1622和负部分1624。通过移动部分1622的拖尾边缘1626，调节波均衡。这是标准技术。然而，通过使用波形技术类型的电弧焊机，可以使用其它配置，其中之一在图42中显示了。AC波形1630具有正部分1632和负部分1634。波均衡可以通过向拖尾边缘1634朝外移动而增加负部分1634而调节。从而，循环长度现在为m+a，且波均衡减小而负部分1634增加。类似的，图43的AC波形1640包括正部分1642和负部分1644。可以通过将部分1644的前导边缘1646向左移动而将循环长度减小至m-b。因此，如图41-43所示，可以在AC波形上作出各种调节以产生在正部分和负部分上的不同形状，以修改波均衡，且同时还有部分振幅的调节，其改变DC偏移。改变波均衡的AC波形的其它调节皆在本领域的技术范围之内。

图44和45显示了用于本发明的两种操作模式的两波形。图44的波形1700具有高振幅的正部分1710和低振幅的负部分1712。这是在优选实施例中使用的+DC偏移波形，其中该波形与低的波均衡协调。类似的，图45的-DC偏移波形1720具有低振幅的正部分1722和高振幅的负部分1724。该波形用于操作的模式，在此应用高均衡。显示这两波形以表示本发明的优选操作，如图44所示，以及使用如图45所示的波形的操作的另一模式。对于正和负偏移电压，在图44和45中显示了本发明的优选实施。实际上，使用在图44中显示的思想。

本发明涉及AC焊接，其中波形的正和负部分独立地调节以实现低电弧长度和减少污染的目的。在使用该方法时，设计新的熔渣和焊剂系统，其和自保护焊剂带芯电极一起使用。这些焊剂系统将使用MnO，SiO₂，CaO和BaF₂作为第二熔渣调节剂。将使用结合这些新系统的电极，而不用保护气体，且该电极将在芯中加入(relay on)去氧和脱氮介质，用于防止大气污染的额外保护。第一新的熔渣系统在下面提出，其中百分比为最终产物熔渣中的量。

例子I

TiO₂-ZrO₂-Na₂O-Li₂O-MgO

组分熔渣的％

TiO₂ 5-35

ZrO₂ 5-35

Na₂O 0-5

Li₂O 0-5

MgO 15-45

次要熔渣形成物

BaF₂ 0-2

CaO 0-2

Fe₂O₃ 0-3

Al <5

该熔渣系统模拟用于FCAW-S电极的FCAW-G熔渣系统。通过使用本发明的熔渣系统和AC方法，消除了作为去氧剂的铝，从而可以在该熔渣系统使用钠稳定剂。

第二新的熔渣系统如下所示：

例子II

ZrO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-MgO-Li₂O

组分熔渣的％

Al₂O₃ 10-35

MgO 10-40

Fe₂O₃ 5-20

ZrO₂ 0-20

Li₂O 0-5

次要熔渣形成物

BaF₂ 0-5

CaO 0-2

TiO₂ 0-2

Al <5

Fe₂O₃+2Al->Al₂O₃+2Fe

第二新的熔渣系统试图控制焊接金属中铝的含量并通过使用氧化铁有效地控制氧化铝的含量，以提高铝热反应。通过控制焊接金属中铝的含量，最佳化微观结构以及得到可接受的机械特性。在该基于氧化物为主的熔渣系统中的氧化铁同样有助于降低熔融金属的熔点。这使得电极适用于在不适当的地方的垂直方向进行焊接。

其它熔渣系统可以用于实现本发明；然而，这两个新的熔渣系统，例子I和例子II，已经被测试且在用于焊剂带芯电极的AC处理中表现出优点，其中DC偏移且波均衡如上所述地控制。

使用本发明的思想，可以在使用带芯电极的AC焊接的所揭示的方法中作出各种更改，其使用或者不使用这两个新的熔渣系统中的一个。

Claims

1.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

基于至少所述带芯焊接电极，产生具有波形周期和用于维持稳定的短焊接电弧的RMS电平的焊接波形，所述焊接波形具有正部分和负部分，其中所述正部分具有第一振幅和第一周期，所述负部分具有第二振幅和第二周期，其中所述第一振幅和所述第二振幅不相同；以及

调节所述焊接波形的波均衡以维持所述稳定的短焊接电弧，其中所述波均衡是所述第一周期和所述波形周期之间的比例；并且

其中，如果所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值，则减小所述波均衡以维持所述稳定的短焊接电弧；如果所述第一振幅绝对值小于所述第二振幅绝对值，则增加所述波均衡以维持所述稳定的短焊接电弧。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述焊接波形以大致相同的速率熔化所述带芯焊接电极的外套和芯。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括独立地控制所述焊接波形的所述正部分和所述负部分中的每个。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括调节所述第一和第二振幅绝对值之间的差以维持所述稳定的短焊接电弧。

5.如权利要求1所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.5之间。

6.如权利要求1所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间。

7.如权利要求1所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.3和0.95之间。

8.如权利要求1所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.85和0.95之间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值为所述第一振幅绝对值的0.7～0.9。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一周期为所述波形周期的5～15％。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二振幅绝对值中的较小者比所述第一和第二振幅绝对值中的较大者小10～30％。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于10％的铝。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于5％的铝。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于2％的铝。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部基本上没有铝。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述焊接波形是电压波形。

17.如权利要求1所述的方法，其中，所述焊接波形是通过一系列由波形发生器控制的脉冲形成的。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯包括用于氧化铝的成分的颗粒。

19.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其最终产物熔渣包括：从TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂以及它们的组合物，和MgO构成的类中选择的熔渣成分。

20.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括：5～35％的TiO₂、5～35％的ZrO₂、0～5％的Na₂O、0～5％的Li₂O和15～45％的MgO。

21.如权利要求1所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括：10～35％的Al₂O₃、10～40％的MgO、5～20％的Fe₂O₃、0～20％的ZrO₂和0～5％的Li₂O。

22.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

基于至少所述带芯焊接电极，产生具有波形周期和RMS电平的焊接波形，所述焊接波形具有正部分和负部分，其中所述正部分具有第一振幅和第一周期，所述负部分具有第二振幅和第二周期，其中所述第一振幅和所述第二振幅不相同；以及

调节所述焊接波形的波均衡以维持所述RMS电平低于电弧稳定电平，其中所述波均衡是所述第一周期和所述波形周期之间的比例；并且

其中，如果所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值，则减小所述波均衡以维持所述RMS电平低于所述电弧稳定电平；如果所述第一振幅绝对值小于所述第二振幅绝对值，则增加所述波均衡以维持RMS电平低于所述电弧稳定电平。

23.如权利要求22所述的方法，进一步包括使用所述焊接波形以大致相同的速率熔化所述带芯焊接电极的外套和芯。

24.如权利要求22所述的方法，进一步包括独立地控制所述焊接波形的所述正部分和所述负部分中的每个。

25.如权利要求22所述的方法，进一步包括调节所述第一和第二振幅绝对值之间的差以维持所述稳定的短焊接电弧。

26.如权利要求22所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.5之间。

27.如权利要求22所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间。

28.如权利要求22所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.3和0.95之间。

29.如权利要求22所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.85和0.95之间。

30.如权利要求22所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值为所述第一振幅绝对值的0.7～0.9。

31.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一周期为所述波形周期的5～15％。

32.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一和第二振幅绝对值中的较小者比所述第一和第二振幅绝对值中的较大者小10～30％。

33.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于10％的铝。

34.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于5％的铝。

35.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于2％的铝。

36.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部基本上没有铝。

37.如权利要求22所述的方法，其中，所述焊接波形是电压波形。

38.如权利要求22所述的方法，其中，所述焊接波形是通过一系列由波形发生器控制的脉冲形成的。

39.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯包括用于氧化铝的成分的颗粒。

40.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其最终产物熔渣包括：从TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂以及它们的组合物，和MgO构成的类中选择的熔渣成分。

41.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括5～35％的TiO₂、5～35％的ZrO₂、0～5％的Na₂O、0～5％的Li₂O和15～45％的MgO。

42.如权利要求22所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括10～35％的Al₂O₃、10～40％的MgO、5～20％的Fe₂O₃、0～20％的ZrO₂和0～5％的Li₂O。

43.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

基于至少所述带芯焊接电极，产生焊接波形以维持稳定的焊接电弧，所述焊接波形具有波形周期、正部分和负部分，其中所述正部分具有第一振幅和第一周期，所述负部分具有第二振幅和第二周期，其中所述第一振幅和所述第二振幅不相同；以及

调节所述焊接波形的波均衡以维持所述稳定的焊接电弧，其中所述波均衡是所述第一周期和所述波形周期之间的比例；并且

其中，如果所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值，则减小所述波均衡以维持所述稳定的焊接电弧；如果所述第一振幅绝对值小于所述第二振幅绝对值，则增加所述波均衡以维持所述稳定的焊接电弧。

44.如权利要求43所述的方法，进一步包括使用所述焊接波形以大致相同的速率熔化所述带芯焊接电极的外套和芯。

45.如权利要求43所述的方法，进一步包括独立地控制所述焊接波形的所述正部分和所述负部分中的每个。

46.如权利要求43所述的方法，进一步包括调节所述第一和第二振幅绝对值之间的差以维持所述稳定的焊接电弧。

47.如权利要求43所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.5之间。

48.如权利要求43所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间。

49.如权利要求43所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.3和0.95之间。

50.如权利要求43所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.85和0.95之间。

51.如权利要求43所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值为所述第一振幅绝对值的0.7～0.9。

52.如权利要求43所述的方法，其中，所述第一周期为所述波形周期的5～15％。

53.如权利要求43所述的方法，其中，所述第一和第二振幅绝对值中的较小者比所述第一和第二振幅绝对值中的较大者小10～30％。

54.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于10％的铝。

55.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于5％的铝。

56.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于2％的铝。

57.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部基本上没有铝。

58.如权利要求43所述的方法，其中，所述焊接波形是电压波形。

59.如权利要求43所述的方法，其中，所述焊接波形是通过一系列由波形发生器控制的脉冲形成的。

60.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯包括用于氧化铝的成分的颗粒。

61.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其最终产物熔渣包括：从TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂以及它们的组合物，和MgO构成的类中选择的熔渣成分。

62.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括5～35％的TiO₂、5～35％的ZrO₂、0～5％的Na₂O、0～5％的Li₂O和15～45％的MgO。

63.如权利要求43所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯部具有一熔渣系统，其包括10～35％的Al₂O₃、10～40％的MgO、5～20％的Fe₂O₃、0～20％的ZrO₂和0～5％的Li₂O。

64.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

基于至少所述带芯焊接电极，产生具有波形周期和RMS电平的焊接波形，所述焊接波形具有正部分和负部分，其中所述正部分具有第一振幅和第一周期，所述负部分具有第二振幅和第二周期，其中所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值；以及

调节所述焊接波形的波均衡以维持所述RMS电平低于电弧稳定电平，其中所述波均衡是所述第一周期和所述波形周期之间的比例，并且

其中，所述波均衡被维持在0.05和0.5之间。

65.如权利要求64所述的方法，进一步包括使用所述焊接波形以大致相同的速率熔化所述带芯焊接电极的外套和芯。

66.如权利要求64所述的方法，进一步包括独立地控制所述焊接波形的所述正部分和所述负部分中的每个。

67.如权利要求64所述的方法，进一步包括调节所述第一和第二振幅绝对值之间的差以维持所述稳定的焊接电弧。

68.如权利要求64所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间。

69.如权利要求64所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值为所述第一振幅绝对值的0.7～0.9。

70.如权利要求64所述的方法，其中，所述第一周期为所述波形周期的5～15％。

71.如权利要求64所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值比所述第一振幅绝对值小10～30％。

72.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于10％的铝。

73.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于5％的铝。

74.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于2％的铝。

75.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部基本上没有铝。

76.如权利要求64所述的方法，其中，所述焊接波形是电压波形。

77.如权利要求64所述的方法，其中，所述焊接波形是通过一系列由波形发生器控制的脉冲形成的。

78.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯包括用于氧化铝的成分的颗粒。

79.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其最终产物熔渣包括：从TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂以及它们的组合物，和MgO构成的类中选择的熔渣成分。

80.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括5～35％的TiO₂、5～35％的ZrO₂、0～5％的Na₂O、0～5％的Li₂O和15～45％的MgO。

81.如权利要求64所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯部具有一熔渣系统，其包括10～35％的Al₂O₃、10～40％的MgO、5～20％的Fe₂O₃、0～20％的ZrO₂和0～5％的Li₂O。

82.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

调节所述焊接波形的波均衡和所述第一和第二振幅之间的差，以维持所述RMS电平低于电弧稳定电平，其中所述波均衡是所述第一周期和所述波形周期之间的比例，并且

其中，如果所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值，则减小所述波均衡以维持所述RMS电平低于所述电弧稳定电平；如果所述第一振幅绝对值小于所述第二振幅绝对值，则增加所述波均衡以维持所述RMS电平低于所述电弧稳定电平。

83.如权利要求82所述的方法，进一步包括使用所述焊接波形以大致相同的速率熔化所述带芯焊接电极的外套和芯。

84.如权利要求82所述的方法，进一步包括独立地控制所述焊接波形的所述正部分和所述负部分中的每个。

85.如权利要求82所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.5之间。

86.如权利要求82所述的方法，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间。

87.如权利要求82所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.3和0.95之间。

88.如权利要求82所述的方法，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.85和0.95之间。

89.如权利要求82所述的方法，其中，所述第二振幅绝对值为所述第一振幅绝对值的0.7～0.9。

90.如权利要求82所述的方法，其中，所述第一周期为所述波形周期的5～15％。

91.如权利要求82所述的方法，其中，所述第一和第二振幅绝对值中的较小者比所述第一和第二振幅绝对值中的较大者小10～30％。

92.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于10％的铝。

93.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于5％的铝。

94.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部具有小于2％的铝。

95.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极在其芯部基本上没有铝。

96.如权利要求82所述的方法，其中，所述焊接波形是电压波形。

97.如权利要求82所述的方法，其中，所述焊接波形是通过一系列由波形发生器控制的脉冲形成的。

98.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯包括用于氧化铝的成分的颗粒。

99.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其最终产物熔渣包括：从TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂以及它们的组合物，和MgO构成的类中选择的熔渣成分。

100.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括10～35％的Al₂O₃、10～40％的MgO、5～20％的Fe₂O₃、0～20％的ZrO₂和0～5％的Li₂O。

101.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

其中，如果所述第一振幅的绝对值大于所述第二振幅的绝对值，则减小所述波均衡以维持所述RMS电平低于所述电弧稳定电平；如果所述第一振幅绝对值小于所述第二振幅绝对值，则增加所述波均衡以维持所述RMS电平低于所述电弧稳定电平，并且

其中，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，则所述波均衡被维持在0.05和0.5之间，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，则所述波均衡被维持在0.3和0.95之间。

102.一种具有带芯焊接电极的电弧焊接方法，所述方法包括：

其中，如果第一振幅绝对值大于第二振幅绝对值，所述波均衡被维持在0.05和0.15之间，如果第一振幅绝对值小于第二振幅绝对值，则所述波均衡被维持在0.85和0.95之间。

103.如权利要求82所述的方法，其中，所述带芯焊接电极的芯具有一熔渣系统，其包括5～35％的TiO₂、5～35％的ZrO₂、0～5％的Na₂O、0～5％的Li₂O和15～45％的MgO。