DE202013012051U1 - System for starting and using a combined flux-cored wire feed and high-intensity energy source for welding - Google Patents

System for starting and using a combined flux-cored wire feed and high-intensity energy source for welding Download PDF

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Abstract

Schweißsystem, das umfasst: eine lichtbogenerzeugende Stromversorgung, die ein Lichtbogenerzeugungssignal an eine Elektrode abgibt, um einen Lichtbogen zwischen der Elektrode und mindestens einem Werkstück (115) zu erzeugen, so dass eine Schmelzpfütze auf dem mindestens einen Werkstück (115) entsteht, wobei das Lichtbogenerzeugungssignal mehrere Stromimpulse umfasst; eine Warmdraht-Stromversorgung (170), die ein Erwärmungssignal zum Erwärmen mindestens eines Verbrauchsmaterials erzeugt, so dass das Verbrauchsmaterial in der Schmelzpfütze schmilzt, wenn das Verbrauchsmaterial in Kontakt mit der Schmelzpfütze steht, wobei das Erwärmungssignal mehrere Erwärmungsstromimpulse umfasst; und eine Steuereinheit (195), die das Lichtbogenerzeugungssignal und das Erwärmungssignal so synchronisiert, dass ein konstanter Phasenwinkel zwischen den Stromimpulsen des Lichtbogenerzeugungssignals und den Erwärmungsstromimpulsen beibehalten wird, wobei die Warmdraht-Stromversorgung (170) und/oder die Steuereinheit (195) eine Rückmeldung überwacht, die in Bezug zu dem Erwärmungssignal steht, und die Rückmeldung mit einer Lichtbogenerzeugungsschwelle vergleicht, und die Warmdraht-Stromversorgung (170) das Erwärmungssignal abschaltet, wenn die Rückmeldung den Lichtbogenerzeugungsschwellenpegel erreicht.A welding system, comprising: an arc generating power supply that provides an arc generation signal to an electrode to create an arc between the electrode and at least one workpiece (115) to form a molten puddle on the at least one workpiece (115), the arc generation signal comprises a plurality of current pulses; a hot wire power supply (170) that generates a heating signal for heating at least one consumable such that the consumable in the molten puddle melts when the consumable is in contact with the molten puddle, the heating signal comprising a plurality of heating current pulses; and a control unit (195) that synchronizes the arc generation signal and the heating signal to maintain a constant phase angle between the current pulses of the arc generation signal and the heating current pulses, the hot wire power supply (170) and / or the control unit (195) monitoring feedback which is related to the heating signal and compares the feedback to an arc generation threshold, and the hot wire power supply (170) turns off the heating signal when the feedback reaches the arc generation threshold level.

Description

PRIORITÄTPRIORITY

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 13/212,026, und beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 13/212,026, eingereicht am 17. August 2011, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird, und die ihrerseits eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 12/352,667, eingereicht am 13. Januar 2009, ist, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.The present application is a partial refinement of US Patent Application No. 13 / 212,026, and claims priority from US Patent Application No. 13 / 212,026, filed on Aug. 17, 2011, which is hereby incorporated by reference in its entirety and, in turn, is a partial refinement of U.S. Patent Application No. 12 / 352,667, filed January 13, 2009, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bestimmte Ausführungsformen betreffen Fülldraht-Auftragsschweißanwendungen sowie Schweiß- und Verbindungsanwendungen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen ein System zum Starten und Verwenden eines kombinierten Fülldrahtzufuhr- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweiß-, Verbindungs- und Schweißanwendungen.Certain embodiments relate to flux cored surfacing applications, as well as welding and bonding applications. More specifically, certain embodiments relate to a system for starting and using a combined flux-cored feed and power source system for brazing, plating, building, filling, hardfacing, joining, and welding applications.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Das herkömmliche Fülldrahtverfahren zum Schweißen (zum Beispiel ein Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß(GTAW)-Fülldrahtverfahren) erbringt höhere Abscheidungsraten und Schweißgeschwindigkeiten als herkömmliches Lichtbogenschweißen allein. Der Fülldraht, der einem Brenner vorauseilt, wird durch eine separate Stromversorgung widerstandserwärmt. Der Draht wird durch ein Kontaktrohr in Richtung eines Werkstücks geleitet und erstreckt sich über das Rohr hinaus. Die Verlängerung kann widerstandserwärmt werden. Die Verlängerung kann widerstandserwärmt werden, während sie sich der Pfütze nähert. Eine Wolframelektrode kann dafür verwendet werden, das Werkstück zu erwärmen und zu schmelzen, um die Schweißpfütze zu bilden. Die Stromversorgung stellt einen Großteil der Energie bereit, die benötigt wird, um den Fülldraht widerstandszuschmelzen. In einigen Fällen kann die Drahtzufuhr durchrutschen oder stocken, und der Strom in dem Draht kann einen Lichtbogen zwischen der Spitze des Drahtes und dem Werkstück erzeugen. Die zusätzliche Wärme eines solchen Lichtbogens kann Durchbrand, Schweißspritzer und eine schlechte Oberflächenqualität verursachen. Das Risiko des Entstehens eines solchen Lichtbogens ist am Beginn des Prozesses größer, wo der Draht anfangs an einem kleine Punkt mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Wenn der Anfangsstrom in dem Draht zu hoch ist, so kann der Punkt wegbrennen, wodurch ein Lichtbogen entsteht.The conventional flux-cored method of welding (for example, a gas-tungsten arc welding (GTAW) filler wire method) provides higher deposition rates and welding speeds than conventional arc welding alone. The cored wire leading to a burner is resistance heated by a separate power supply. The wire is passed through a contact tube in the direction of a workpiece and extends beyond the tube. The extension can be resistance heated. The extension can be resistance heated as it approaches the puddle. A tungsten electrode may be used to heat and melt the workpiece to form the weld puddle. The power supply provides much of the energy needed to reflow the flux-cored wire. In some cases, the wire feed may slip or falter, and the current in the wire may create an arc between the tip of the wire and the workpiece. The extra heat of such an arc can cause burn through, spatter, and poor surface quality. The risk of creating such an arc is greater at the beginning of the process where the wire initially contacts the workpiece at a small point. If the initial current in the wire is too high, the spot may burn away, creating an arc.

Weitere Einschränkungen und Nachteile von konventionellen, herkömmlichen und vorgeschlagenen Lösungsansätzen werden dem Fachmann anhand eines Vergleichs solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbar, die im restlichen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt werden.Further limitations and disadvantages of conventional, conventional and proposed approaches will become apparent to those skilled in the art from a comparison of such approaches with embodiments of the present invention set forth in the remainder of the present application with reference to the drawings.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System zum Starten und Verwenden eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems. Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Starten und Verwenden eines kombinierten Drahtzufuhr- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweiß-, Schweiß- und Verbindungsanwendungen. Das System ist ausgestaltet zum Anlegen einer Abfühlspannung zwischen mindestens einem ohmschen Fülldraht und einem Werkstück über eine Stromquelle und das Voranschieben eines distalen Endes des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes in Richtung des Werkstücks. Das System ist des Weiteren ausgestaltet zum Abfühlen, wann das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes erstmals Kontakt mit dem Werkstück herstellt. Das System ist des Weiteren ausgestaltet zum Abschalten der Stromquelle zu dem mindestens einen ohmschen Fülldraht über ein definiertes Zeitintervall in Reaktion auf das Abfühlen. Das System ist des Weiteren ausgestaltet zum Einschalten der Stromquelle an einem Ende des definierten Zeitintervalls, um Erwärmungsstrom durch mindestens einen ohmschen Fülldraht fließen zu lassen. Das System ist des Weiteren ausgestaltet zum Anlegen von Energie von einer hoch-intensiven Energiequelle an das Werkstück, um das Werkstück zu erwärmen, mindestens während der Erwärmungsstrom fließt. Die hoch-intensive Energiequelle kann mindestens eines von Folgendem enthalten: eine Laservorrichtung, eine Plasma-Lichtbogenschweiß(PAW)-Vorrichtung, eine Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß(GTAW)-Vorrichtung, eine Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Vorrichtung, eine Flussmittelkern-Lichtbogenschweiß(FCAW)-Vorrichtung und eine Unterpulver-Lichtbogenschweiß(SAW)-Vorrichtung.Embodiments of the present invention include a system for starting and using a combined cored wire feeder and power source system. A first embodiment of the present invention includes a system for starting and using a combined wire feed and power source system for brazing, cladding, build up, fill, hardfacing, welding, and bonding applications. The system is configured to apply a sense voltage between at least one ohmic flux-cored wire and a workpiece via a current source and advance a distal end of the at least one ohmic flux-cored wire toward the workpiece. The system is further configured to sense when the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire first makes contact with the workpiece. The system is further configured to turn off the power source to the at least one resistive flux-cored wire over a defined time interval in response to the sensing. The system is further configured to turn on the power source at one end of the defined time interval to flow heating current through at least one resistive flux-cored wire. The system is further configured to apply energy from a high-intensity energy source to the workpiece to heat the workpiece, at least while the heating current is flowing. The high intensity power source may include at least one of a laser device, a plasma arc welding (PAW) device, a gas tungsten arc welding (GTAW) device, a gas metal arc welding (GMAW) device, a Flux Cored Arc Welding (FCAW) Device and Submerged Arc Welding (SAW) Device.

Diese und weitere Merkmale der beanspruchten Erfindung sowie Details von veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen besser verstanden.These and other features of the claimed invention, as well as details of illustrated embodiments of the invention, will be better understood by reference to the following description and drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll- und Hartauftragsschweißanwendungen; 1 FIG. 12 illustrates a functional block diagram of an exemplary embodiment. FIG a combined cored wire feeder and power source system for brazing, cladding, build up, fill and hardfacing applications;

2 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Startverfahrens, das durch das System von 1 verwendet wird; 2 FIG. 4 illustrates a flowchart of one embodiment of a start-up procedure performed by the system of FIG 1 is used;

3 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Nach-Start-Verfahrens, das durch das System von 1 verwendet wird; 3 FIG. 12 illustrates a flowchart of one embodiment of a post-startup process performed by the system of FIG 1 is used;

4 veranschaulicht eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Paares von Spannungs- und Stromwellenformen, die mit dem Nach-Start-Verfahren von 3 verknüpft sind; 4 FIG. 12 illustrates a first exemplary embodiment of a pair of voltage and current waveforms that are used with the post-start method of FIG 3 linked;

5 veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Paares von Spannungs- und Stromwellenformen, die mit dem Nach-Start-Verfahren von 3 verknüpft sind; 5 FIG. 12 illustrates a second exemplary embodiment of a pair of voltage and current waveforms that are used with the post-start method of FIG 3 linked;

6 und 6A veranschaulichen eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zum Ausführen einer Schweißoperation verwendet wird; 6 and 6A illustrate another exemplary embodiment of the present invention used to perform a welding operation;

7, 7A und 7B veranschaulichen weitere beispielhafte Ausführungsformen des Schweißens mit der vorliegenden Erfindung; 7 . 7A and 7B illustrate further exemplary embodiments of welding with the present invention;

6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform des gleichzeitigen Verbindens zweier Seiten einer Schweißfuge; 6 illustrates another exemplary embodiment of simultaneously joining two sides of a weld joint;

9 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Schweißens mit der vorliegenden Erfindung; 9 illustrates another exemplary embodiment of welding with the present invention;

10 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schweißen einer Schweißfuge mit mehreren Lasern und Drähten; 10 illustrates another exemplary embodiment of the present invention for welding a multiple metal fiber and wire weld joint;

11A bis 11C zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Kontaktspitzen, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden; 11A to 11C show exemplary embodiments of contact tips used with embodiments of the present invention;

12 veranschaulicht ein Warmdraht-Stromversorgungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 12 illustrates a hot wire power supply system according to an embodiment of the present invention;

13A–C veranschaulichen Spannungs- und Stromwellenformen, die durch beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden; 13A -C illustrate voltage and current waveforms generated by exemplary embodiments of the present invention;

14 veranschaulicht ein weiteres Schweißsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 14 illustrates another welding system according to an exemplary embodiment of the present invention;

15 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Schweißpfütze, die durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird; 15 Fig. 12 illustrates an exemplary embodiment of a weld puddle created by an embodiment of the present invention;

16A zu 16F veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen von Schweißpfützen und einer Laserstrahlanwendung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; 16A to 16F illustrate exemplary embodiments of weld puddles and a laser beam application in accordance with embodiments of the present invention;

17 veranschaulicht ein Schweißsystem gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 17 illustrates a welding system according to another exemplary embodiment of the present invention;

18 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Abstiegsschaltkreises, der in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 18 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a descent circuit that may be used in embodiments of the present invention; FIG.

19 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Dampfabzugsdüse gemäß der vorliegenden Erfindung; 19 FIG. 11 illustrates an exemplary embodiment of a vapor extraction nozzle according to the present invention; FIG.

20 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines weiteren Schweißsystems der vorliegenden Erfindung; 20 Figure 1 illustrates an exemplary embodiment of another welding system of the present invention;

21 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Schweißoperation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 21 FIG. 10 illustrates an example embodiment of a welding operation according to an embodiment of the present invention; FIG.

22A22C veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen von Stromwellenformen, die durch Schweißsysteme der vorliegenden Erfindung verwendet werden; 22A - 22C illustrate exemplary embodiments of current waveforms used by welding systems of the present invention;

23 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer weiteren Schweißoperation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 23 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of another welding operation according to an embodiment of the present invention; FIG.

24 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform von Stromwellenformen, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können; 24 illustrates another exemplary embodiment of current waveforms that may be used with embodiments of the present invention;

25 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer weiteren Schweißoperation, die mit Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann; 25 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of another welding operation that may be used with embodiments of the invention; FIG.

25A veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Stromwellenform, die mit der in 25 gezeigten Ausführungsform verwendet werden kann; 25A FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a current waveform consistent with that in FIG 25 shown embodiment can be used;

26 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer weiteren Schweißoperation unter Verwendung nebeneinanderliegender Lichtbogenschweißoperationen; 26 FIG. 10 illustrates an exemplary embodiment of another welding operation using adjacent arc welding operations; FIG.

27 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer weiteren Schweißoperation der vorliegenden Erfindung; und 27 Fig. 10 illustrates an exemplary embodiment of another welding operation of the present invention; and

28 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Schweißoperation der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer magnetischen Lenkung. 28 illustrates another exemplary embodiment of a welding operation of the present invention using a magnetic steering.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Der Begriff „Auftragsschweißen” wird im vorliegenden Text in einem weiten Sinne verwendet und kann sich auf jegliche Anwendungen beziehen, wie zum Beispiel Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll- und Hartauftragsschweißen. Zum Beispiel wird in einer „Hartlöt”-Anwendung ein Füllmetall zwischen eng nebeneinanderliegenden Oberflächen einer Fuge durch Kapillarwirkung verteilt, während man bei einer „Fugenlöt”-Anwendung das Füllmetall in einen Spalt fließen lässt. Jedoch werden im Sinne des vorliegenden Textes beide Techniken im weitesten Sinne als Auftragsschweißanwendungen bezeichnet.The term "build-up welding" is used herein in a broad sense and may refer to any application, such as brazing, plating, build up, fill and hardfacing. For example, in a "braze" application, a filler metal is distributed between closely spaced surfaces of a joint by capillary action, while in a "braze" application, the filler metal is allowed to flow into a gap. However, for the purposes of the present text, both techniques are broadly referred to as build-up welding applications.

1 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems 100 zum Ausführen von Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweiß- sowie Verbindungs- und Schweißanwendungen. Das System 100 enthält ein Laser-Teilsystem, das in der Lage ist, einen Laserstrahl 110 auf ein Werkstück 115 zu fokussieren, um das Werkstück 115 zu erwärmen. Das Laser-Teilsystem ist eine hoch-intensive Energiequelle. Das Laser-Teilsystem kann eine beliebige Form einer hochenergetischen Laserquelle sein, einschließlich beispielsweise Kohlendioxid-, Nd:YAG-, Yb-Scheiben-, YB-Faser-, Faserübertragungs- oder Direktdioden-Lasersysteme. Des Weiteren können sogar Weißlicht- oder Quarzlasersysteme verwendet werden, wenn sie genügend Energie haben. Weitere Ausführungsformen des Systems können mindestens eines von Folgendem enthalten: einen Elektronenstrahl, ein Plasma-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Flussmittelkern-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, und ein Unterpulver-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, um als die hoch-intensive Energiequelle zu dienen. Die folgende Spezifikation nimmt wiederholt Bezug auf das Lasersystem, den Laserstrahl und die Laserstromversorgung; es versteht sich jedoch, dass diese Verweise nur beispielhafter Art sind, da jede beliebige hoch-intensive Energiequelle verwendet werden kann. Zum Beispiel kann eine hoch-intensive Energiequelle mindestens 500 W/cm2 bereitstellen. Das Laser-Teilsystem enthält eine Laservorrichtung 120 und eine Laserstromversorgung 130, die miteinander wirkverbunden sind. Die Laserstromversorgung 130 liefert die Energie zum Betreiben der Laservorrichtung 120. 1 FIG. 12 illustrates a functional block diagram of an exemplary embodiment of a combined flux-cored feeder and power source system. FIG 100 for performing brazing, cladding, building, filling, hardfacing, joining and welding applications. The system 100 contains a laser subsystem that is capable of producing a laser beam 110 on a workpiece 115 to focus around the workpiece 115 to warm up. The laser subsystem is a high-intensity energy source. The laser subsystem may be any form of high energy laser source including, for example, carbon dioxide, Nd: YAG, Yb disc, YB fiber, fiber transfer, or direct diode laser systems. Furthermore, even white light or quartz laser systems can be used if they have enough energy. Other embodiments of the system may include at least one of an electron beam, a plasma arc welding subsystem, a gas tungsten arc welding subsystem, a gas metal arc welding subsystem, a flux cored arc welding subsystem, and a subpowder. Arc welding subsystem to serve as the high-intensity power source. The following specification repeatedly refers to the laser system, the laser beam and the laser power supply; however, it should be understood that these references are merely exemplary in nature, as any high-intensity energy source may be used. For example, a high intensity energy source can provide at least 500 W / cm 2 . The laser subsystem includes a laser device 120 and a laser power supply 130 that are operatively connected to each other. The laser power supply 130 provides the energy to operate the laser device 120 ,

Das System 100 enthält außerdem ein Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem, das in der Lage ist, mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 bereitzustellen, um einen Kontakt mit dem Werkstück 115 in der Nähe des Laserstrahls 110 herzustellen. Natürlich versteht es sich, dass mit der Erwähnung des Werkstücks 115 im vorliegenden Text die Schmelzpfütze als Teil des Werkstücks 115 angesehen wird, so dass der Verweis auf einen Kontakt mit dem Werkstück 115 auch einen Kontakt mit der Pfütze enthält. Das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem enthält eine Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150, ein Kontaktrohr 160 und eine Warmdraht-Stromversorgung 170. Während des Betriebes wird der Fülldraht 140, der dem Laserstrahl 110 vorauseilt, durch elektrischen Strom aus der Warmdraht-Stromversorgung 170, die zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 wirkverbunden ist, widerstandserwärmt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Warmdraht-Stromversorgung 170 eine gepulste Gleichstromversorgung, obgleich Wechselstrom- oder sonstige Arten von Energie ebenfalls möglich sind. Der Draht 140 wird von der Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150 durch das Kontaktrohr 160 in Richtung des Werkstücks 115 geführt und erstreckt sich über das das Rohr 160 hinaus. Der Verlängerungsabschnitt des Drahtes 140 wird so widerstandserwärmt, dass der Verlängerungsabschnitt sich dem Schmelzpunkt annähert oder diesen erreicht, bevor er eine Schweißpfütze auf dem Werkstück berührt. Der Laserstrahl 110 dient zum Schmelzen eines Teils des Grundmetalls des Werkstücks 115, um eine Schweißpfütze zu bilden, und dient auch zum Schmelzen des Drahtes 140 auf das Werkstück 115. Die Stromversorgung 170 liefert einen großen Teil der Energie, die benötigt wird, um den Fülldraht 140 widerstandszuschmelzen. Das Zuführvorrichtungs-Teilsystem kann gemäß bestimmten anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, gleichzeitig einen oder mehrere Drähte bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein erster Draht für Hartauftragsschweißen und/oder Korrosionsschützen des Werkstücks verwendet werden, und ein zweiter Draht kann dafür verwendet werden, die Struktur des Werkstücks zu verstärken.The system 100 Also includes a hot fill wire feeder subsystem capable of having at least one ohmic flux cored wire 140 to provide a contact with the workpiece 115 near the laser beam 110 manufacture. Of course, it goes without saying that with the mention of the workpiece 115 in the present text, the molten puddle as part of the workpiece 115 is viewed, so the reference to a contact with the workpiece 115 also contains a contact with the puddle. The hot fill wire feeder subsystem includes a cored wire feeder 150 , a contact tube 160 and a hot wire power supply 170 , During operation, the cored wire becomes 140 , the laser beam 110 precedes, by electric current from the hot wire power supply 170 between the contact tube 160 and the workpiece 115 is actively connected, resistance heated. According to an embodiment of the present invention, the hot wire power supply is 170 a pulsed DC power supply, although AC or other types of power are also possible. The wire 140 is from the Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150 through the contact tube 160 in the direction of the workpiece 115 guided and extends over the pipe 160 out. The extension section of the wire 140 is so resistance heated that the extension portion approaches or reaches the melting point before it contacts a weld puddle on the workpiece. The laser beam 110 serves to melt a part of the base metal of the workpiece 115 to form a sweat puddle, and also serves to melt the wire 140 on the workpiece 115 , The power supply 170 provides a large part of the energy needed to fill the cored wire 140 widerstandszuschmelzen. The feeder subsystem may, according to certain other embodiments of the present invention, be capable of simultaneously providing one or more wires. For example, a first wire may be used for hardfacing and / or corrosion protection of the workpiece, and a second wire may be used to reinforce the structure of the workpiece.

Das System 100 enthält des Weiteren ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das in der Lage ist, den Laserstrahl 110 (die Energiequelle) und den ohmschen Fülldraht 140 in derselben Richtung 125 entlang des Werkstücks 115 (wenigstens im relativen Sinn) dergestalt zu bewegen, dass der Laserstrahl 110 und der ohmsche Fülldraht 140 in einer festen Beziehung zueinander bleiben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 115 und der Laser/Draht-Kombination erreicht werden, indem man das Werkstück 115 physisch bewegt oder indem man die Laservorrichtung 120 und das Drahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem bewegt. In 1 enthält das Bewegungssteuerungsteilsystem eine Bewegungssteuereinheit 160, die mit einem Roboter 190 wirkverbunden ist. Die Bewegungssteuereinheit 180 steuert die Bewegung des Roboters 190. Der Roboter 190 ist mit dem Werkstück 115 wirkverbunden (zum Beispiel mechanisch daran befestigt), um das Werkstück 115 so in der Richtung 125 zu bewegen, dass sich der Laserstrahl 110 und der Draht 140 praktisch an dem Werkstück 115 entlang bewegen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Laservorrichtung 110 und das Kontaktrohr 160 in einem einzelnen Kopf integriert sein. Der Kopf kann über ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das mit dem Kopf wirkverbunden ist, entlang des Werkstücks 115 bewegt werden.The system 100 further includes a motion control subsystem capable of the laser beam 110 (the energy source) and the ohmic flux-cored wire 140 in the same direction 125 along the workpiece 115 (at least in the relative sense) to move in such a way that the laser beam 110 and the ohmic flux-cored wire 140 in a solid Stay in contact with each other. According to various embodiments, the relative movement between the workpiece 115 and the laser / wire combination can be achieved by holding the workpiece 115 physically moved or by the laser device 120 and the wire feeder subsystem moves. In 1 The motion control subsystem includes a motion control unit 160 that with a robot 190 is actively connected. The motion control unit 180 controls the movement of the robot 190 , The robot 190 is with the workpiece 115 operatively connected (eg mechanically attached) to the workpiece 115 so in the direction 125 to move that, the laser beam 110 and the wire 140 practically on the workpiece 115 move along. According to an alternative embodiment of the present invention, the laser device 110 and the contact tube 160 be integrated in a single head. The head can travel along the workpiece via a motion control subsystem operatively connected to the head 115 to be moved.

Im Allgemeinen gibt es verschiedene Verfahren, wie eine hoch-intensive Energiequelle und ein Warmdraht relativ zu einem Werkstück bewegt werden können. Wenn das Werkstück zum Beispiel rund ist, so können die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht ortsfest sein, und das Werkstück kann unter der hoch-intensiven Energiequelle und dem Warmdraht gedreht werden. Alternativ kann sich ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung parallel zu dem runden Werkstück bewegen, und während das Werkstück gedreht wird, können sich die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht kontinuierlich oder schrittweise einmal je Umdrehung bewegen, um zum Beispiel Material auf die Oberfläche des runden Werkstücks aufzutragen. Wenn das Werkstück flach oder zumindest nicht rund ist, so kann das Werkstück unter der hochintensiven Energiequelle und dem Warmdraht bewegt werden, wie in 1 gezeigt. Jedoch kann auch ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung oder sogar ein an einem Träger montierter Schlitten dafür verwendet werden, eine hoch-intensive Energiequelle und einen Warmdrahtkopf relativ zu dem Werkstück zu bewegen.In general, there are various methods of how to move a high intensity power source and a hot wire relative to a workpiece. For example, when the workpiece is round, the high intensity energy source and the hot wire may be stationary, and the workpiece may be rotated under the high intensity energy source and the hot wire. Alternatively, a robotic arm or linear pulling device may move parallel to the round workpiece, and while the workpiece is being rotated, the high intensity energy source and hot wire may move continuously or incrementally once per revolution, for example material onto the surface of the round workpiece apply. If the workpiece is flat or at least not round, then the workpiece can be moved under the high intensity power source and the hot wire, as in FIG 1 shown. However, a robotic arm or device, or even a carriage mounted on a carrier, may also be used to move a high intensity power source and a hot wire head relative to the workpiece.

Das System 100 enthält des Weiteren ein Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195, das mit dem Werkstück 115 und dem Kontaktrohr 160 wirkverbunden ist (d. h. praktisch mit dem Ausgang der Warmdrahtstromversorgung 170 verbunden ist) und in der Lage ist, einen Potenzialunterschied (d. h. eine Spannung V) zwischen dem Werkstück 115 und dem Warmdraht 140 und einen Strom (I) durch das Werkstück 115 und den Warmdraht 140 zu messen. Das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 kann des Weiteren in der Lage sein, einen Widerstandwert (R = V/I) und/oder einen Leistungswert (P = V·I) aus der gemessenen Spannung und dem gemessenen Strom zu berechnen. Im Allgemeinen beträgt, wenn der Warmdraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, der Potenzialunterschied zwischen dem Warmdraht 140 und dem Werkstück 115 null Volt oder sehr nahe null Volt. Infolge dessen kann das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 abfühlen, wann der ohmsche Fülldraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, und ist mit der Warmdraht-Stromversorgung 170 wirkverbunden, um des Weiteren in der Lage zu sein, den Stromfluss durch den ohmschen Fülldraht 140 in Reaktion auf das Abfühlen zu steuern, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 ein integraler Bestandteil der Warmdraht-Stromversorgung 170 sein.The system 100 further includes a sense and current control subsystem 195 that with the workpiece 115 and the contact tube 160 operatively connected (ie practically with the output of the hot wire power supply 170 connected) and is capable of a potential difference (ie, a voltage V) between the workpiece 115 and the hot wire 140 and a current (I) through the workpiece 115 and the hot wire 140 to eat. The sensing and current control subsystem 195 Further, it may be capable of calculating a resistance value (R = V / I) and / or a power value (P = V · I) from the measured voltage and the measured current. In general, if the hot wire 140 in contact with the workpiece 115 stands, the potential difference between the hot wire 140 and the workpiece 115 zero volts or very close to zero volts. As a result, the sense and current control subsystem 195 sensing when the ohmic flux cored wire 140 in contact with the workpiece 115 stands, and is with the hot wire power supply 170 operatively connected to further be able to control the current flow through the ohmic flux-cored wire 140 in response to sensing, as described in greater detail below. According to another embodiment of the present invention, the sense and current control unit 195 an integral part of the hot wire power supply 170 be.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungssteuereinheit 180 des Weiteren mit der Laserstromversorgung 130 und/oder die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 wirkverbunden sein. Auf diese Weise können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Laserstromversorgung 130 miteinander kommunizieren, damit die Laserstromversorgung 130 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 180 weiß, ob die Laservorrichtung 120 aktiv ist. Gleichermaßen können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 auf diese Weise miteinander kommunizieren, damit die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 190 weiß, wann das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem aktiv ist. Eine solche Kommunikation kann dafür verwendet werden, Aktivitäten zwischen den verschiedenen Teilsystemen des Systems 100 zu koordinieren.According to an embodiment of the present invention, the motion control unit 180 further with the laser power supply 130 and / or the sensing and current control unit 195 be actively connected. In this way, the motion control unit can 180 and the laser power supply 130 communicate with each other so that the laser power supply 130 knows when the workpiece 115 moves, and thus the motion control unit 180 knows if the laser device 120 is active. Similarly, the motion control unit 180 and the sense and current control unit 195 communicate with each other in this way, so that the sensing and power control unit 195 knows when the workpiece 115 moves, and thus the motion control unit 190 knows when the hot fill wire feeder subsystem is active. Such communication can be used for activities between the various subsystems of the system 100 to coordinate.

2 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Startverfahrens 200, das durch das System 100 von 1 verwendet wird. In Schritt 210 wird eine Abfühlspannung zwischen mindestens einem ohmschen Fülldraht 140 und einem Werkstück 115 über eine Stromquelle 170 angelegt. Die Abfühlspannung kann durch die Warmdraht-Stromversorgung 170 unter dem Befehl der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 angelegt werden. Des Weiteren stellt die angelegte Abfühlspannung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht genug Energie bereit, um den Draht 140 nennenswert zu erwärmen. In Schritt 220 wird ein distales Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 in Richtung des Werkstücks 115 vorangeschoben. Das Voranschieben wird durch die Drahtzufuhrvorrichtung 150 ausgeführt. In Schritt 230 wird erfühlt, wann das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 erstmals Kontakt mit dem Werkstück 115 herstellt. Zum Beispiel kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 anweisen, einen sehr niedrigen Strompegel (zum Beispiel 3 bis 5 A) durch den Warmdraht 140 zuzuführen. Ein solches Abfühlen kann durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 bewerkstelligt werden, indem er einen Potenzialunterschied von etwa null Volt (zum Beispiel 0,4 V) zwischen dem Fülldraht 140 (zum Beispiel über das Kontaktrohr 160) und dem Werkstück 115 misst. Wenn das distale Ende des Fülldrahtes 140 mit dem Werkstück 115 kurzgeschlossen wird (d. h. einen Kontakt mit dem Werkstück herstellt), so darf kein signifikanter Spannungspegel (über null Volt) zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115 existieren. 2 illustrates a flowchart of one embodiment of a startup method 200 that through the system 100 from 1 is used. In step 210 becomes a sense voltage between at least one ohmic flux-cored wire 140 and a workpiece 115 via a power source 170 created. The sensing voltage can be through the hot wire power supply 170 under the command of the sense and current control unit 195 be created. Furthermore, according to an embodiment of the present invention, the applied sense voltage does not provide enough energy to the wire 140 to heat appreciably. In step 220 becomes a distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 in the direction of the workpiece 115 advance pushed. The feed is through the wire feeder 150 executed. In step 230 is sensed when the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 first contact with the workpiece 115 manufactures. For example, the sense and current control unit 195 the hot wire power supply 170 instruct a very low current level (for example 3 to 5 A) through the hot wire 140 supply. Such sensing may be provided by the sense and current control unit 195 by making a potential difference of about zero volts (for example 0.4 V) between the flux cored wire 140 (for example via the contact tube 160 ) and the workpiece 115 measures. If the distal end of the filler wire 140 with the workpiece 115 is short circuited (ie making contact with the workpiece), there must be no significant voltage level (above zero volts) between the flux cored wire 140 and the workpiece 115 exist.

In Schritt 240 wird die Stromquelle 170 zu dem mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 in Reaktion auf das Abfühlen über ein definiertes Zeitintervall (zum Beispiel einige Millisekunden) abgeschaltet. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Stromquelle 170 anweisen, sich abzuschalten. In Schritt 250 wird die Stromquelle 170 an einem Ende des definierten Zeitintervalls eingeschaltet, um einen Erwärmungsstrom durch den mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 fließen zu lassen. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Stromquelle 170 anweisen, sich einzuschalten. In Schritt 260 wird Energie von einer hoch-intensiven Energiequelle 110 an das Werkstück 115 angelegt, um das Werkstück 115 zu erwärmen, mindestens während der Erwärmungsstrom fließt.In step 240 becomes the power source 170 to the at least one ohmic flux-cored wire 140 turned off in response to sensing over a defined time interval (for example, a few milliseconds). The sensing and power control unit 195 can be the power source 170 instruct to switch off. In step 250 becomes the power source 170 turned on at one end of the defined time interval to a heating current through the at least one ohmic flux-cored wire 140 to flow. The sensing and power control unit 195 can be the power source 170 instruct to turn on. In step 260 Energy becomes a high-intensity energy source 110 to the workpiece 115 applied to the workpiece 115 to heat, at least while the heating current is flowing.

Optional kann das Verfahren 200 Folgendes enthalten: Stoppen des Voranschiebens des Drahtes 140 in Reaktion auf das Abfühlen, Neustarten des Voranschiebens (d. h. erneutes Voranschieben) des Drahtes 140 am Ende des definierten Zeitintervalls, und Verifizieren, dass das distale Ende des Fülldrahtes 140 immer noch in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, bevor der Erwärmungsstrom angelegt wird. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Drahtzufuhrvorrichtung 150 anweisen, das Zuführen zu stoppen, und kann das System 100 anweisen zu warten (zum Beispiel einige Millisekunden). In einer solchen Ausführungsform ist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 mit der Drahtzufuhrvorrichtung 150 wirkverbunden, um die Drahtzufuhrvorrichtung 150 anzuweisen, zu starten und zu stoppen. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Warmdraht-Stromversorgung 170 anweisen, den Erwärmungsstrom anzulegen, um den Draht 140 zu erwärmen, und den Draht 140 wieder in Richtung des Werkstücks 115 zuzuführen.Optionally, the procedure 200 Includes: stopping the advance of the wire 140 in response to the sensing, restarting the advancement (ie re-advancing) of the wire 140 at the end of the defined time interval, and verify that the distal end of the filler wire 140 still in contact with the workpiece 115 is before the heating current is applied. The sensing and power control unit 195 can the wire feeder 150 instruct, stop feeding, and can system 100 instruct to wait (for example, a few milliseconds). In such an embodiment, the sense and current control unit is 195 with the wire feeder 150 operatively connected to the wire feeder 150 instruct, start and stop. The sensing and power control unit 195 can be the hot wire power supply 170 instruct to apply the heating current to the wire 140 to warm, and the wire 140 again in the direction of the workpiece 115 supply.

Sobald das Startverfahren ausgeführt wurde, kann das System 100 in einen Nach-Start-Betriebsmodus eintreten, wobei der Laserstrahl 110 und der Warmdraht 140 in Bezug auf das Werkstück 115 bewegt werden, um eine Hartlötanwendung, eine Plattierungsanwendung, eine Materialaufbauanwendung, eine Hartauftragsanwendung oder eine Schweiß- oder Verbindungsoperation. 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Nach-Start-Verfahrens 300, das durch das System 100 von 1 verwendet wird. In Schritt 310 werden eine hoch-intensive Energiequelle (zum Beispiel die Laservorrichtung 120) und mindestens ein ohmscher Fülldraht 140 dergestalt entlang eines Werkstücks 115 bewegt, dass das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 der hoch-intensiven Energiequelle (zum Beispiel der Laservorrichtung 120) vorauseilt oder auf gleicher Höhe mit ihr ist, dergestalt, dass Energie (zum Beispiel der Laserstrahl 110) von der hoch-intensiven Energiequelle (zum Beispiel der Laservorrichtung 120) und/oder das erwärmte Werkstück 115 (d. h. das Werkstück 115 wird durch den Laserstrahl 110 erwärmt) das distale Ende des Fülldrahtes 140 auf das Werkstück 115 schmilzt, während der mindestens eine ohmsche Fülldraht 140 in Richtung des Werkstücks 115 zugeführt wird. Die Bewegungssteuereinheit 180 weist den Roboter 130 an, das Werkstück 115 in Bezug auf den Laserstrahl 110 und den Warmdraht 140 zu bewegen. Die Laserstromversorgung 130 liefert die Energie, um die Laservorrichtung 120 zu betreiben und so den Laserstrahl 110 zu bilden. Die Warmdraht-Stromversorgung 170 speist elektrischen Strom in den Warmdraht 140 ein, so wie es durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 angewiesen wurde.Once the startup procedure has been performed, the system can 100 enter a post-start operating mode, the laser beam 110 and the hot wire 140 in relation to the workpiece 115 be moved to a brazing application, a plating application, a build-up application, a hard-facing application or a welding or bonding operation. 3 illustrates a flowchart of one embodiment of a post-start process 300 that through the system 100 from 1 is used. In step 310 become a high-intensity energy source (for example, the laser device 120 ) and at least one ohmic flux-cored wire 140 such along a workpiece 115 that moves the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 the high-intensity energy source (for example, the laser device 120 ) is ahead or at the same height with it, in such a way that energy (for example the laser beam 110 ) from the high-intensity energy source (for example, the laser device 120 ) and / or the heated workpiece 115 (ie the workpiece 115 is through the laser beam 110 heated) the distal end of the filler wire 140 on the workpiece 115 melts while the at least one ohmic flux-cored wire 140 in the direction of the workpiece 115 is supplied. The motion control unit 180 instructs the robot 130 on, the workpiece 115 in relation to the laser beam 110 and the hot wire 140 to move. The laser power supply 130 provides the energy to the laser device 120 to operate and so the laser beam 110 to build. The hot wire power supply 170 feeds electric current into the hot wire 140 as by the sense and current control unit 195 was instructed.

In Schritt 320 wird erfühlt, wann immer das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 kurz davor steht, den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren (d. h. es wird eine Vorausschau-Fähigkeit bereitgestellt). Ein solches Abfühlen kann durch einen Vorausschauschaltkreis innerhalb der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 bewerkstelligt werden, der eine Änderungsrate eines von Folgendem abfühlt: eines Potenzialunterschieds zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115 (dv/dt), eines Stroms durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (di/dt), eines Widerstands zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115 (dr/dt), oder einer Leistung durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (dp/dt). Wenn die Änderungsrate einen zuvor festgelegten Wert übersteigt, so prädiziert die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 formal, dass ein Verlust des Kontakts kurz bevor steht. Solche Vorausschauschaltkreise sind dem Fachmann auf dem Gebiet des Lichtbogenschweißens vertraut.In step 320 is sensed whenever the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 just before that is the contact with the workpiece 115 to lose (ie a look-ahead capability is provided). Such sensing may be accomplished by a lookahead circuit within the sense and current controller 195 can be accomplished, which senses a rate of change of one of the following: a potential difference between the flux cored wire 140 and the workpiece 115 (dv / dt), a current through the cored wire 140 and the workpiece 115 (di / dt), a resistance between the filler wire 140 and the workpiece 115 (dr / dt), or a power through the cored wire 140 and the workpiece 115 (Dp / dt). When the rate of change exceeds a predetermined value, the sense and current control unit predicts 195 formally, that a loss of contact is imminent. Such advance circuits are familiar to those skilled in the art of arc welding.

Wenn das distale Ende des Drahtes 140 aufgrund von Erwärmung hochschmelzflüssig wird, so kann das distale Ende beginnen, sich von dem Draht 140 auf das Werkstück 115 abzuschnüren. Zum Beispiel steigt in diesem Moment der Potenzialunterschied oder die Spannung, weil der Querschnitt des distalen Endes des Drahtes rasch abnimmt, während er sich abschnürt. Darum kann das System 100 durch Messen einer solchen Änderungsrate vorwegnehmen, wann das distale Ende kurz davor steht, sich abzuschnüren und den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren. Außerdem kann, wenn der Kontakt vollständig verloren ist, ein Potenzialunterschied (d. h. ein Spannungspegel), der signifikant größer als null Volt ist, durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 gemessen werden. Dieser Potenzialunterschied könnte dazu führen, dass (unerwünschtermaßen) ein Lichtbogen zwischen dem neuen distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 entsteht, wenn die Aktion in Schritt 330 nicht unternommen wird. Natürlich braucht der Draht 140 in anderen Ausführungsformen kein merkliches Abschnüren aufzuweisen, sondern fließt vielmehr gleichmäßig in die Pfütze, während gleichzeitig ein nahezu konstanter Querschnitt in die Pfütze hinein beibehalten wird.If the distal end of the wire 140 due to heating becomes molten, the distal end may begin to move away from the wire 140 on the workpiece 115 pinch off. For example, at this moment, the potential difference or stress increases because the cross-section of the distal end of the wire rapidly decreases as it pinches off. That's what the system can do 100 by anticipating such a rate of change, when the distal end is about to approach itself cut off and contact with the workpiece 115 to lose. In addition, when the contact is completely lost, a potential difference (ie, a voltage level) significantly greater than zero volts may be detected by the sense and current control unit 195 be measured. This potential difference could cause (undesirably) an arc between the new distal end of the wire 140 and the workpiece 115 arises when the action in step 330 is not taken. Of course the wire needs 140 In other embodiments, there is no appreciable constriction, but rather flows evenly into the puddle while maintaining a nearly constant cross-section into the puddle.

In Schritt 330 wird der Fluss des Erwärmungsstroms durch den mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 in Reaktion auf das Erfühlen, dass das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 kurz davor steht, den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren, abgeschaltet (oder wenigstens deutlich verringert, zum Beispiel um 95%). Wenn die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 bestimmt, dass der Kontakt kurz davor steht, verloren zu gehen, so weist die Steuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 an, den in den Warmdraht 140 eingespeisten Strom abzuschalten (oder wenigstens deutlich zu verringern). Auf diese Weise wird die Bildung eines ungewollten Lichtbogens vermieden, wodurch unerwünschte Effekte, wie zum Beispiel Spritzer oder Durchbrand, verhindert werden.In step 330 becomes the flow of the heating current through the at least one ohmic flux-cored wire 140 in response to sensing that the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 just before that is the contact with the workpiece 115 losing, turned off (or at least significantly reduced, for example, by 95%). When the sensing and power control unit 195 determines that the contact is about to get lost, so the control unit points out 195 the hot wire power supply 170 into the hot wire 140 cut off (or at least significantly reduce) fed-in power. In this way, the formation of an unwanted arc is avoided, whereby unwanted effects, such as spattering or burn-through, are prevented.

In Schritt 340 wird erfühlt, wann immer das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes 140 wieder einen Kontakt mit dem Werkstücks 115 herstellt, weil der Draht 140 weiterhin in Richtung des Werkstücks 115 vorangeschoben wird. Ein solches Abfühlen kann bewerkstelligt werden, indem die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 einen Potenzialunterschied von etwa null Volt zwischen dem Fülldraht 140 (zum Beispiel über das Kontaktrohr 160) und dem Werkstück 115 misst. Wenn das distale Ende des Fülldrahtes 140 mit dem Werkstück 115 kurzgeschlossen wird (d. h. einen Kontakt mit dem Werkstück herstellt), so besteht möglicherweise kein signifikanter Spannungspegel über null Volt zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115. Die Phrase „stellt wieder einen Kontakt her” meint im vorliegenden Text die Situation, wo sich der Draht 140 in Richtung des Werkstücks 115 voranschiebt und die gemessene Spannung zwischen dem Draht 140 (zum Beispiel über das Kontaktrohr 160) und dem Werkstück 115 etwa null Volt beträgt, unabhängig davon, ob sich das distale Ende des Drahtes 140 tatsächlich vollständig von dem Werkstück 115 abschnürt oder nicht. In Schritt 350 wird der Erwärmungsstrom in Reaktion auf das Abfühlen, dass das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes wieder einen Kontakt mit dem Werkstück herstellt, erneut durch den mindestens einen ohmschen Fülldraht geschickt. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Warmdraht-Stromversorgung 170 anweisen, den Erwärmungsstrom erneut einzuspeisen, um das Erwärmen des Drahtes 140 fortzusetzen. Dieser Prozess kann die gesamte Dauer der Auftragsschweißanwendung fortgesetzt werden.In step 340 is sensed whenever the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire 140 again a contact with the workpiece 115 produces, because the wire 140 continue in the direction of the workpiece 115 is pushed forward. Such sensing can be accomplished by the sensing and power control unit 195 a potential difference of about zero volts between the cored wire 140 (for example via the contact tube 160 ) and the workpiece 115 measures. If the distal end of the filler wire 140 with the workpiece 115 shorted (ie making contact with the workpiece), there may not be a significant voltage level above zero volts between the flux cored wire 140 and the workpiece 115 , The phrase "makes contact again" in the present text means the situation where the wire is 140 in the direction of the workpiece 115 advances and the measured voltage between the wire 140 (for example via the contact tube 160 ) and the workpiece 115 is about zero volts, regardless of whether the distal end of the wire 140 actually completely from the workpiece 115 pinch off or not. In step 350 For example, in response to sensing that the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire is re-contacting the workpiece, the heating current is again passed through the at least one ohmic flux-cored wire. The sensing and power control unit 195 can be the hot wire power supply 170 instruct to re-feed the heating current to warm the wire 140 continue. This process can be continued throughout the duration of the build-up welding application.

Zum Beispiel veranschaulicht 4 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Paares von Spannungs- und Stromwellenformen 410 bzw. 420, die mit dem Nach-Start-Verfahren 300 von 3 verknüpft sind. Die Spannungswellenform 410 wird durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 gemessen. Die Stromwellenform 420 wird mittels der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 durch den Draht 140 und Werkstück 115 hindurch gemessen.For example, illustrated 4 a first exemplary embodiment of a pair of voltage and current waveforms 410 respectively. 420 that with the post-start procedure 300 from 3 are linked. The voltage waveform 410 is through the sensing and power control unit 195 between the contact tube 160 and the workpiece 115 measured. The current waveform 420 is done by means of the sense and current control unit 195 through the wire 140 and workpiece 115 measured through.

Wann immer das distale Ende des ohmschen Fülldrahtes 140 kurz davor steht, den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren, überschreitet die Änderungsrate der Spannungswellenform 410 (d. h. dv/dt) einen zuvor festgelegten Schwellenwert, was anzeigt, dass ein Abschnüren kurz bevor steht (siehe den Abstieg bei Punkt 411 der Wellenform 410). Statt dessen können als Alternativen eine Änderungsrate des Stroms durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (di/dt), eine Änderungsrate des Widerstands zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115 (dr/dt) oder eine Änderungsrate der Leistung durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (dp/dt) dafür verwendet werden anzuzeigen, dass ein Abschnüren kurz bevor steht. Solche Änderungsraten-Vorhersagetechniken sind dem Fachmann vertraut. In diesem Moment weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 an, den Stromfluss durch den Draht 140 abzuschalten (oder wenigstens deutlich zu verringern).Whenever the distal end of the ohmic flux-cored wire 140 just before that is the contact with the workpiece 115 losing exceeds the rate of change of the voltage waveform 410 (ie, dv / dt) a predetermined threshold, indicating that pinching is imminent (see the descent at point 411 the waveform 410 ). Instead, as alternatives may be a rate of change of the current through the flux-cored wire 140 and the workpiece 115 (di / dt), a rate of change of resistance between the flux cored wire 140 and the workpiece 115 (dr / dt) or a rate of change of power through the cored wire 140 and the workpiece 115 (dp / dt) are used to indicate that pinching is imminent. Such rate of change prediction techniques are familiar to those skilled in the art. At this moment, the sensing and current control unit points 195 the hot wire power supply 170 on, the flow of current through the wire 140 switch off (or at least significantly reduce).

Wenn die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 erfühlt, dass das distale Ende des Fülldrahtes 140 nach einem Zeitintervall 430 wieder einen guten Kontakt mit dem Werkstück 115 herstellt (wenn zum Beispiel der Spannungspegel bei Punkt 412 auf etwa null Volt zurückfällt), so weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 an, den Stromfluss durch den ohmschen Fülldraht 140 in Richtung eines zuvor festgelegten Ausgangsstrompegels 450 ansteigen zu lassen (siehe Anstieg 425). Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt das Ansteigen an einem Sollpunktwert 440. Dieser Prozess wiederholt sich, wenn sich die Energiequelle 120 und der Draht 140 relativ zu dem Werkstück 115 bewegen und der Draht 140 sich mittels der Drahtzufuhrvorrichtung 150 in Richtung des Werkstücks 115 voranschiebt. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 größtenteils beibehalten, und es wird verhindert, dass ein Lichtbogen zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 entsteht. Ein Ansteigen des Erwärmungsstroms hilft zu verhindern, dass eine Änderungsrate der Spannung versehentlich als ein Abschnürzustand oder ein Lichtbogenentstehungszustand interpretiert wird, wenn gar kein solcher Zustand existiert. Jede große Änderung des Stroms könnte aufgrund der Induktivität in dem Erwärmungskreis eine fehlerhafte Spannungsmessung verursachen. Wenn der Strom allmählich angehoben wird, so wird der Effekt der Induktivität reduziert.When the sensing and power control unit 195 feels that the distal end of the filler wire 140 after a time interval 430 again a good contact with the workpiece 115 (for example, if the voltage level at point 412 falls to about zero volts), so the sense and current control unit 195 the hot wire power supply 170 on, the current flow through the ohmic flux-cored wire 140 in the direction of a predetermined output level 450 to rise (see rise 425 ). In accordance with an embodiment of the present invention, the increase begins at a set point value 440 , This process is repeated when the energy source 120 and the wire 140 relative to the workpiece 115 move and the wire 140 by means of the wire feeder 150 in the direction of the workpiece 115 forward pushes. In this way, the contact between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 largely retained, and it prevents an arc between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 arises. An increase in the heating current helps to prevent a rate of change of the voltage from being inadvertently interpreted as a pinch-off state or an arcing state when there is no such state. Any large change in current could cause a faulty voltage measurement due to the inductance in the heating circuit. As the current is gradually increased, the effect of inductance is reduced.

5 veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Paares von Spannungs- und Stromwellenformen 510 bzw. 520, die mit dem Nach-Start-Verfahren von 3 verknüpft sind. Die Spannungswellenform 510 wird durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 gemessen. Die Stromwellenform 520 wird mittels der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 durch den Draht 140 und das Werkstück 115 hindurch gemessen. 5 illustrates a second exemplary embodiment of a pair of voltage and current waveforms 510 respectively. 520 using the post-start procedure of 3 are linked. The voltage waveform 510 is through the sensing and power control unit 195 between the contact tube 160 and the workpiece 115 measured. The current waveform 520 is done by means of the sense and current control unit 195 through the wire 140 and the workpiece 115 measured through.

Wann immer das distale Ende des ohmschen Fülldrahtes 140 kurz davor steht, den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren, überschreitet die Änderungsrate der Spannungswellenform 510 (d. h. dv/dt) einen zuvor festgelegten Schwellenwert, was anzeigt, dass ein Abschnüren kurz bevor steht (siehe den Abstieg bei Punkt 511 der Wellenform 510). Statt dessen können als Alternativen eine Änderungsrate des Strom durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (dl/dt), eine Änderungsrate des Widerstands zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115 (dr/dt) oder eine Änderungsrate der Leistung durch den Fülldraht 140 und das Werkstück 115 (dp/dt) dafür verwendet werden anzuzeigen, dass ein Abschnüren kurz bevor steht. Solche Änderungsraten-Vorhersagetechniken sind dem Fachmann vertraut. Zu diesem Zeitpunkt weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 an, den Stromfluss durch den Draht 140 abzuschalten (oder wenigstens deutlich zu verringern).Whenever the distal end of the ohmic flux-cored wire 140 just before that is the contact with the workpiece 115 losing exceeds the rate of change of the voltage waveform 510 (ie, dv / dt) a predetermined threshold, indicating that pinching is imminent (see the descent at point 511 the waveform 510 ). Instead, as alternatives may be a rate of change of the current through the flux-cored wire 140 and the workpiece 115 (dl / dt), a rate of change of resistance between the filler wire 140 and the workpiece 115 (dr / dt) or a rate of change of power through the cored wire 140 and the workpiece 115 (dp / dt) are used to indicate that pinching is imminent. Such rate of change prediction techniques are familiar to those skilled in the art. At this point, the sense and current control unit points 195 the hot wire power supply 170 on, the flow of current through the wire 140 switch off (or at least significantly reduce).

Wenn die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 erfühlt, dass das distale Ende des Fülldrahtes 140 nach einem Zeitintervall 530 wieder einen guten Kontakt mit dem Werkstück 115 hat (wenn zum Beispiel der Spannungspegel bei Punkt 512 auf etwa null Volt zurückfällt), so weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 an, den Erwärmungsstrom (siehe Erwärmungsstrompegel 525) durch den ohmschen Fülldraht 140 fließen zu lassen. Dieser Prozess wiederholt sich, während sich die Energiequelle 120 und der Draht 140 relativ zu dem Werkstück 115 bewegen und während der Draht 140 durch die Drahtzufuhrvorrichtung 150 in Richtung des Werkstücks 115 vorangeschoben wird. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 größtenteils beibehalten, und es wird verhindert, dass ein Lichtbogen zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 entsteht. Da der Erwärmungsstrom in diesem Fall nicht allmählich ansteigt, können bestimmte Spannungsmesswerte aufgrund der Induktivität in dem Erwärmungskreis als unbeabsichtigt oder fehlerhaft ignoriert werden.When the sensing and power control unit 195 feels that the distal end of the filler wire 140 after a time interval 530 again a good contact with the workpiece 115 has (for example, the voltage level at point 512 falls to about zero volts), so the sense and current control unit 195 the hot wire power supply 170 on, the heating current (see heating current level 525 ) through the ohmic flux-cored wire 140 to flow. This process is repeated while the energy source 120 and the wire 140 relative to the workpiece 115 move and while the wire 140 through the wire feeder 150 in the direction of the workpiece 115 is pushed forward. In this way, the contact between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 largely retained, and it prevents an arc between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 arises. Since the heating current does not increase gradually in this case, certain voltage measurements due to the inductance in the heating circuit may be ignored as inadvertent or erroneous.

Zusammenfassend ausgedrückt, werden ein Verfahren und ein System zum Starten und Verwenden eines kombinierten Drahtzufuhr- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll- und Hartauftragsschweißanwendungen offenbart. Es wird hoch-intensive Energie an ein Werkstück angelegt, um das Werkstück zu erwärmen. Ein oder mehrere ohmsche Fülldrähte werden – zusammen mit der hochintensiven Energie oder dieser vorauseilend – in Richtung des Werkstücks zugeführt. Es wird das Abfühlen ermöglicht, wann ein distales Ende des einen oder der mehreren ohmschen Fülldrähte einen Kontakt mit dem Werkstück bei oder nahe der angelegten hoch-intensiven Energie herstellt. Der elektrische Erwärmungsstrom zu dem einen oder den mehreren ohmschen Fülldrähten wird auf der Grundlage gesteuert, ob das distale Ende des einen oder der mehreren ohmschen Fülldrähte in Kontakt mit dem Werkstück steht oder nicht. Die angelegte hoch-intensive Energie und der eine oder die mehreren ohmschen Fülldrähte werden in derselben Richtung entlang des Werkstücks in einer festen Beziehung zueinander bewegt.In summary, a method and system for starting and using a combined wire feed and power source system for brazing, cladding, build up, fill, and hardfacing applications is disclosed. High-intensity energy is applied to a workpiece to heat the workpiece. One or more ohmic cored wires are - along with the high-energy energy or this leading - fed in the direction of the workpiece. The sensing is enabled when a distal end of the one or more ohmic cored wires make contact with the workpiece at or near the applied high-intensity energy. The electric heating current to the one or more ohmic cored wires is controlled on the basis of whether or not the distal end of the one or more ohmic cored wires is in contact with the workpiece. The applied high-intensity energy and the one or more ohmic cored wires are moved in the same direction along the workpiece in a fixed relationship to each other.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen werden Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung für Schweiß- oder Verbindungsoperationen verwendet. Die oben besprochenen Ausführungsformen konzentrierten sich auf das Verwenden von Füllmetallen in Auftragsschweißoperation. Jedoch können Aspekte der vorliegenden Erfindung auch in Schweiß- und Verbindungsanwendungen verwendet werden, in denen Werkstücke mittels Schweißoperationen und unter Verwendung eines Füllmetalls verbunden werden. Zwar betreffen die oben beschriebenen Ausführungsformen, Systeme und Verfahren das Auftragen eines Füllmetalls, doch sie ähneln denen, die in Schweißoperationen verwendet werden, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Darum versteht es sich in den folgenden Besprechungen, dass die obigen Besprechungen allgemein Gültigkeit haben, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus kann die folgende Besprechung Bezüge auf die 1 bis 5 enthalten.In other exemplary embodiments, systems and methods of the present invention are used for welding or jointing operations. The embodiments discussed above focused on using filler metals in build-up welding operation. However, aspects of the present invention may also be used in welding and bonding applications in which workpieces are joined by means of welding operations and using a filler metal. While the embodiments, systems, and methods described above relate to the application of a filler metal, they are similar to those used in welding operations, as described in greater detail below. Therefore, it is understood in the following discussions that the above discussions are generally valid unless otherwise specified. In addition, the following discussion may refer to the 1 to 5 contain.

Es ist bekannt, dass Schweiß- oder Verbindungsoperationen in der Regel mehrere Werkstücke in einer Schweißoperation miteinander verbinden, wobei ein Füllmetall mit mindestens einem Teil des Werkstückmetalls kombiniert wird, um eine Schweißfuge zu bilden. Aufgrund des Wunsches nach einem höheren Produktionsdurchsatz bei Schweißoperationen besteht eine unablässige Nachfrage nach schnelleren Schweißoperationen, die nicht zu Schweißnähten von unterdurchschnittlicher Qualität führen. Darüber hinaus besteht Bedarf an Systemen, die rasch unter schwierigen Umgebungsbedingungen schweißen können, wie zum Beispiel an entfernt gelegenen Arbeitsorten. Wie unten beschrieben, stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung signifikante Vorteile gegenüber derzeitigen Schweißtechnologien bereit. Zu diesen Vorteilen gehören beispielsweise eine verringerte Gesamtwärmezufuhr, die zu einem nur geringen Verziehen des Werkstücks führt, sehr hohe Schweißvorschubgeschwindigkeiten, sehr niedrige Schweißspritzerraten, Schweißen ohne Abschirmung, Schweißen plattierter oder beschichteter Materialien bei hohen Geschwindigkeiten mit allenfalls wenigen Schweißspritzern, und Schweißen komplexer Materialien bei hohen Geschwindigkeiten.It is known that welding or joining operations typically combine a plurality of workpieces in a welding operation, wherein a filler metal is combined with at least a portion of the workpiece metal to form a To form weld joint. Due to the desire for higher production throughput in welding operations, there is an unrelenting demand for faster welding operations that do not result in weld seams of below average quality. In addition, there is a need for systems that can rapidly weld under harsh environmental conditions, such as at remote work sites. As described below, exemplary embodiments of the present invention provide significant advantages over current welding technologies. These advantages include, for example, reduced total heat input resulting in little distortion of the workpiece, very high welding feed rates, very low welding spatter rates, unshielded welding, welding of clad or coated materials at high speeds with few spatters at most, and welding of complex materials at high speeds speeds.

In beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten im Vergleich zum Lichtbogenschweißen unter Verwendung beschichteter Werkstücke erhalten werden, die in der Regel signifikante Vorbereitungsarbeiten erfordern und viel langsamere Schweißprozesse unter Verwendung von Lichtbogenschweißverfahren darstellen. Als ein Beispiel konzentriert sich die folgende Besprechung auf das Schweißen galvanisierter Werkstücke. Die Galvanisierung von Metall dient der besseren Korrosionsfestigkeit des Metalls und ist in vielen industriellen Anwendungen wünschenswert. Jedoch kann das konventionelle Schweißen galvanisierter Werkstücke problematisch sein. Genauer gesagt, verdampft während des Schweißens das Zink in der Galvanisierung, und diese Zinkdämpfe können in der Schweißpfütze eingeschlossen werden, während die Pfütze sich verfestigt, was zu Porosität führt. Diese Porosität beeinträchtigt die Festigkeit der Schweißfuge. Aufgrund dessen erfordern existierende Schweißtechniken einen ersten Schritt des Entfernens der Galvanisierung oder das Schweißen durch die Galvanisierung bei niedrigeren Verarbeitungsgeschwindigkeiten und mit einem gewissen Grad an Defekten, was ineffizient ist und Verzögerungen verursacht oder erfordert, dass der Schweißprozess langsam vonstatten geht. Durch das Verlangsamen des Prozesses bleibt die Schweißpfütze länger schmelzflüssig, wodurch das verdampfte Zink entweichen kann. Jedoch sind aufgrund der langsamen Geschwindigkeit die Produktionsraten gering, und die Gesamtwärmezufuhr in die Schweißnaht kann hoch sein. Weitere Beschichtungen, die ähnliche Probleme verursachen können, sind beispielsweise: Anstrichstoffs, Stanzschmiermittel, Glasauskleidungen, aluminisierte Beschichtungen, Oberflächenwärmebehandlungen, Nitridierungs- oder Carbonisierungsbehandlungen, Plattierungsbehandlungen oder sonstige verdampfende Beschichtungen oder Materialien. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beseitigen diese Probleme, wie unten erläutert wird.In exemplary embodiments of the present invention, very high welding speeds compared to arc welding can be obtained using coated workpieces, which typically require significant preparatory work and represent much slower welding processes using arc welding techniques. As an example, the following discussion focuses on welding galvanized workpieces. The galvanization of metal serves to improve the corrosion resistance of the metal and is desirable in many industrial applications. However, conventional welding of galvanized workpieces can be problematic. More specifically, during welding, the zinc evaporates in the galvanization, and these zinc vapors can be trapped in the weld puddle as the puddle solidifies, resulting in porosity. This porosity affects the strength of the weld joint. Because of this, existing welding techniques require a first step of galvanizing removal or galvanizing at lower processing speeds and with a certain degree of defects, which is inefficient and causes delays or requires the welding process to be slow. By slowing down the process, the sweat puddle remains molten for longer, allowing the vaporized zinc to escape. However, due to the slow speed, the production rates are low and the total heat input into the weld can be high. Other coatings that may cause similar problems include: paints, stamped lubricants, glass liners, aluminized coatings, surface heat treatments, nitriding or carbonation treatments, plating treatments, or other evaporative coatings or materials. Exemplary embodiments of the present invention eliminate these problems, as explained below.

Wir wenden uns den 6 und 6A (Querschnitts- bzw. Seitenansicht) zu, wo eine repräsentative Schweißüberlappungsfuge gezeigt ist. In dieser Figur sind zwei beschichtete (zum Beispiel galvanisierte) Werkstücke W1/W2 mit einer Überlappschweißnaht zu verbinden. Die Überlappungsfugenoberflächen 601 und 603 sind zunächst mit der Beschichtung sowie der Oberfläche 605 des Werkstücks W1 bedeckt. In einer typischen Schweißoperation (zum Beispiel GMAW) werden Abschnitte der bedeckten Oberfläche 605 in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht. Das liegt an der typischen Einbrandtiefe einer standardmäßigen Schweißoperation. Weil die Oberfläche 605 in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht wird, verdampft die Beschichtung auf der Oberfläche 605, aber weil die Distanz der Oberfläche 605 von der Oberfläche des Schweißpfütze groß ist, können die Gase eingeschlossen werden, während sich die Schweißpfütze verfestigt. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung passiert das nicht.We turn to the 6 and 6A (Cross-sectional or side view), where a representative weld overlap is shown. In this figure, two coated (for example galvanized) workpieces W1 / W2 are to be joined with an overlap weld. The overlap joint surfaces 601 and 603 are first with the coating as well as the surface 605 of the workpiece W1 covered. In a typical welding operation (for example, GMAW), portions of the covered surface become 605 brought into a molten state. This is due to the typical penetration depth of a standard welding operation. Because the surface 605 is brought to a molten state, the coating evaporates on the surface 605 but because the distance of the surface 605 from the surface of the weld puddle, the gases may become trapped as the weld puddle solidifies. This does not happen in embodiments of the present invention.

Wie in den 6 und 6A gezeigt, wird ein Laserstrahl 110 von der Laservorrichtung 120 auf die Schweißfuge gerichtet, genauer gesagt auf die Oberflächen 601 und 603. Der Laserstrahl 110 hat eine Energiedichte, die ausreicht, um Abschnitte der Schweißoberflächen zu schmelzen, um Schmelzpfützen 601A und 603A zu erzeugen, wodurch eine allgemeine Schweißpfütze entsteht. Darüber hinaus wird ein Fülldraht 140, der gemäß der obigen Beschreibung widerstandserwärmt wird, auf die Schweißpfütze gerichtet, um das benötigte Füllmaterial für die Schweißraupe bereitzustellen. Im Gegensatz zu den meisten Schweißprozessen stellt der Fülldraht 140 während des Schweißprozesses einen Kontakt mit der Schweißpfütze her und wird in die Schweißpfütze eingetaucht. Das liegt daran, dass dieser Prozess keinen Schweißlichtbogen verwendet, um den Fülldraht 140 zu transferieren, sondern statt dessen einfach den Fülldraht in die Schweißpfütze hinein schmilzt.As in the 6 and 6A shown is a laser beam 110 from the laser device 120 directed to the weld, more precisely to the surfaces 601 and 603 , The laser beam 110 has an energy density sufficient to melt portions of the weld surfaces to melt puddles 601A and 603A create, creating a general puddle. In addition, a cored wire 140 , which is resistance heated according to the above description, directed to the weld puddle to provide the required fill material for the weld bead. Unlike most welding processes, the flux cored wire 140 during the welding process makes contact with the welding puddle and is immersed in the welding puddle. This is because this process does not use a welding arc around the flux-cored wire 140 Instead, simply melt the filler wire into the weld puddle.

Weil der Fülldraht 140 auf oder nahe seinen Schmelzpunkt vorgewärmt wird, ist sein Vorhandensein in der Schweißpfütze nicht geeignet, die Pfütze merklich abzukühlen oder zu verfestigen, und der Fülldraht 140 wird rasch in der Schweißpfütze hinein aufgezehrt. Die allgemeine Funktionsweise und Steuerung des Fülldrahtes 140 sind so, wie es zuvor mit Bezug auf die Auftragsschweiß-Ausführungsformen beschrieben wurde.Because the cored wire 140 is preheated to or near its melting point, its presence in the puddle of sweat is not likely to significantly cool or solidify the puddle, and the filler wire 140 is quickly consumed in the sweat puddle. The general operation and control of the cored wire 140 are as previously described with respect to the build-up welding embodiments.

Weil der Laserstrahl 110 präzise fokussiert und auf die Oberflächen 601/603 gerichtet werden kann, kann die Einbrandtiefe für die Pfützen 601A/603A präzise gesteuert werden. Durch sorgfältiges Steuern dieser Tiefe verhindern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein unnötiges Einbrennen oder Schmelzen der Oberfläche 605. Weil die Oberfläche 605 nicht übermäßig geschmolzen wird, wird keine Beschichtung auf der Oberfläche 605 verdampft und wird nicht in der Schweißpfütze eingeschlossen. Darüber hinaus wird jegliche Beschichtung auf der Oberfläche der Schweißfuge 601 und 603 auf einfache Weise durch den Laserstrahl 110 verdampft, und dieses Gas kann aus der Schweißzone entweichen, bevor die Schweißpfütze sich verfestigt. Es wird in Betracht gezogen, dass ein Gasabzugssystem verwendet werden kann, um das Entfernen verdampfter Beschichtungsmaterialien zu unterstützen. Because the laser beam 110 precisely focused and on the surfaces 601 / 603 can be addressed, the penetration depth for the puddles 601A / 603A be precisely controlled. By carefully controlling this depth, embodiments of the present invention prevent unnecessary burn-in or melting of the surface 605 , Because the surface 605 is not overly melted, no coating on the surface 605 evaporates and is not trapped in the sweat puddle. In addition, any coating on the surface of the weld joint 601 and 603 in a simple way by the laser beam 110 evaporates and this gas can escape from the weld zone before the weld puddle solidifies. It is contemplated that a gas exhaust system may be used to assist in the removal of vaporized coating materials.

Weil die Tiefe des Schweißpfützeneinbrands präzise gesteuert werden kann, kann die Geschwindigkeit des Schweißens beschichteter Werkstücke deutlich erhöht werden, während Porosität signifikant minimiert oder beseitigt wird. Einige Lichtbogenschweißsysteme können gute Vorschubgeschwindigkeiten für das Schweißen erreichen, aber bei den höheren Geschwindigkeiten können Probleme wie zum Beispiel Porosität und Schweißspritzer auftreten. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten mit allenfalls geringer Porosität oder wenigen Schweißspritzern (wie im vorliegenden Text besprochen) erreicht werden, und es lassen sich auf einfache Weise sogar Vorschubgeschwindigkeiten von über 50 Inch/min für viele verschiedene Arten von Schweißoperationen erreichen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Schweißvorschubgeschwindigkeiten von über 80 Inch/Minute erreichen. Darüber hinaus können anderen Ausführungsformen Vorschubgeschwindigkeiten im Bereich von 100 bis 150 Inch/min mit allenfalls geringer Porosität oder wenigen Schweißspritzern (wie im vorliegenden Text besprochen) erreichen. Natürlich hängen die erreichten Geschwindigkeiten von den Werkstückeigenschaften (Dicke und Zusammensetzung) und den Drahteigenschaften (zum Beispiel Durchmesser) ab, aber diese Geschwindigkeiten sind in vielen verschiedenen Schweiß- und Verbindungsanwendungen ohne Weiteres erreichbar, wenn Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können diese Geschwindigkeiten entweder mit einem 100%-igen Kohlendioxidschutzgas erreicht werden, oder sie können gänzlich ohne Schutzgas erreicht werden. Des Weiteren können diese Vorschubgeschwindigkeiten ohne Entfernen von Oberflächenbeschichtungen vor dem Bilden der Schweißpfütze und dem Schweißen erreicht werden. Natürlich wird in Betracht gezogen, dass noch höhere Vorschubgeschwindigkeiten erreicht werden können. Weil des Weiteren die Wärmezufuhr in die Schweißnaht verringert wird, können diese hohen Geschwindigkeiten mit dünneren Werkstücken 115 erreicht werden, die in der Regel eine langsamere Schweißgeschwindigkeit haben, weil die Wärmezufuhr niedrig gehalten werden muss, um ein Verziehen zu vermeiden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können nicht nur die oben beschriebenen hohen Vorschubgeschwindigkeiten mit allenfalls geringer Porosität oder wenigen Schweißspritzern erreichen, sondern sie können auch sehr hohe Abscheidungsraten mit geringem Vermischen erreichen. Genauer gesagt, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Abscheidungsraten von 10 lb/h oder höher ohne Schutzgas und mit allenfalls geringer Porosität oder wenigen Schweißspritzern erreichen. In einigen Ausführungsformen liegt die Abscheidungsrate im Bereich von 10 bis 20 lb/h.Because the depth of weld puddle firing can be precisely controlled, the speed of welding coated workpieces can be significantly increased while significantly minimizing or eliminating porosity. Some arc welding systems can achieve good feed speeds for welding, but at higher speeds, problems such as porosity and weld spatter can occur. In exemplary embodiments of the present invention, very high feed rates with possibly low porosity or spatter (as discussed herein) can be achieved, and even feed rates in excess of 50 inches / min can easily be achieved for many different types of welding operations. Embodiments of the present invention can achieve weld advance speeds in excess of 80 inches / minute. In addition, other embodiments can achieve feed rates in the range of 100 to 150 inches / min with minimal or no spatter (as discussed herein). Of course, the speeds achieved depend on workpiece properties (thickness and composition) and wire characteristics (eg, diameter), but these speeds are readily achievable in many different welding and bonding applications when employing embodiments of the present invention. In addition, these speeds can be achieved either with a 100% carbon dioxide gas, or they can be achieved entirely without shielding gas. Furthermore, these feed rates can be achieved without removing surface coatings prior to forming the weld puddle and welding. Of course, it is considered that even higher feed rates can be achieved. Further, because the heat input into the weld is reduced, these high speeds can be achieved with thinner workpieces 115 are achieved, which usually have a slower welding speed, because the heat must be kept low to avoid warping. Embodiments of the present invention can not only achieve the above-described high feed rates with possibly low porosity or few spatter, but can also achieve very high deposition rates with little mixing. More specifically, embodiments of the present invention can achieve deposition rates of 10 lb / hr or higher without shielding gas and with at most low porosity or spatter. In some embodiments, the deposition rate is in the range of 10 to 20 lb / hr.

In den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden diese extrem hohen Vorschubgeschwindigkeiten mit allenfalls wenig Porosität und allenfalls wenig Schweißspritzern erreicht. Die Porosität einer Schweißnaht kann durch Untersuchen eines Querschnitts und/oder einer Länge der Schweißraupe bestimmt werden, um die Porositätsverhältnisse zu bestimmen. Das Querschnittsporositätsverhältnis ist die Gesamtfläche an Porosität in einem bestimmten Querschnitt über die Gesamtquerschnittsfläche der Schweißfuge an diesem Punkt. Das Längsporositätsverhältnis ist die akkumulierte Gesamtlänge der Poren in einer bestimmten Längeneinheit der Schweißfuge. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die oben beschriebenen Vorschubgeschwindigkeiten mit einer Querschnittsporosität zwischen 0 und 20% erreichen. Das heißt, eine Schweißraupe ohne Blasen oder Hohlräume hat 0% Porosität. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Querschnittsporosität im Bereich von 0 bis 10% liegen, und kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform im Bereich von 2 bis 5% liegen. Es versteht sich, dass in einigen Schweißanwendungen ein gewisser Grad an Porosität akzeptabel ist. Darüber hinaus liegt in beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Längsporosität der Schweißnaht im Bereich von 0 bis 20% und 0 bis 10% betragen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen liegt das Längsporositätsverhältnis im Bereich von 1 bis 5%. Das heißt, es können zum Beispiel Schweißnähte erzeugt werden, die eine Querschnittsporosität im Bereich von 2 bis 5% und ein Längsporositätsverhältnis von 1 bis 5% haben.In the exemplary embodiments of the present invention, these extremely high feed rates are achieved at best with little porosity and at most little spatter. The porosity of a weld can be determined by examining a cross-section and / or length of the weld bead to determine the porosity ratios. The cross-sectional porosity ratio is the total area of porosity in a particular cross-section over the total cross-sectional area of the weld at that point. The longitudinal porosity ratio is the accumulated total length of the pores in a certain unit length of the weld joint. Embodiments of the present invention can achieve the above-described feed rates with a cross-sectional porosity between 0 and 20%. That is, a weld bead without bubbles or voids has 0% porosity. In other exemplary embodiments, the cross-sectional porosity may range from 0 to 10%, and in another exemplary embodiment may be in the range of 2 to 5%. It is understood that in some welding applications a certain degree of porosity is acceptable. Moreover, in exemplary embodiments of the invention, the longitudinal porosity of the weld is in the range of 0 to 20% and 0 to 10%. In other exemplary embodiments, the longitudinal pore ratio is in the range of 1 to 5%. That is, for example, welds having a cross-sectional porosity in the range of 2 to 5% and a longitudinal porosity ratio of 1 to 5% can be produced.

Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mit den oben genannten Vorschubgeschwindigkeiten mit allenfalls wenigen Schweißspritzern schweißen. Schweißspritzer entstehen, wenn Tröpfchen der Schweißpfütze veranlasst werden, nach außerhalb der Schweißzone zu spritzen. Wenn Schweißspritzer entstehen, so können sie die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen und können Produktionsverzögerungen verursachen, da sie in der Regel nach dem Schweißprozess von dem Werkstück abgeputzt werden müssen. Das heißt, das Schweißen mit hoher Geschwindigkeit ohne Schweißspritzer hat einen hohen Nutzen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mit den oben beschriebenen hohen Vorschubgeschwindigkeiten mit einem Schweißspritzerfaktor im Bereich von 0 bis 0,5 schweißen, wobei der Schweißspritzerfaktor das Gewicht an Schweißspritzern über eine bestimmte Vorschubdistanz X (in mg) über dem Gewicht des aufgezehrten Fülldrahtes 140 über die gleiche Distanz X (in kg) ist. Das heißt: Schweißspritzerfaktor = (Schweißspritzergewicht (mg)/aufgezehrten Fülldraht Gewicht (kg)) Further embodiments of the present invention can weld at the above-mentioned feed rates with only a few weld spatters. Spatters are generated when droplets of the weld puddle are caused to splash outside the weld zone. If spatters occur, so They can affect the quality of the weld and can cause production delays, since they usually have to be cleaned off the workpiece after the welding process. That is, welding at high speed without spattering has a high utility. Embodiments of the present invention can weld at the above-described high feed rates with a weld spatter factor in the range of 0 to 0.5, where the spatter factor is the weight of weld spatter over a given feed distance X (in mg) over the weight of the consumed filler wire 140 over the same distance X (in kg) is. This means: Spatter factor = (spatter weight (mg) / consumed cored wire Weight (kg))

Die Distanz X sollte eine Distanz sein, die eine repräsentative Stichprobennahme der Schweißfuge erlaubt. Das heißt, wenn die Distanz X zu kurz ist, zum Beispiel 0,5 Inch, so ist sie möglicherweise nicht für die Schweißnaht repräsentativ. Das heißt, eine Schweißfuge mit einem Schweißspritzerfaktor von 0 würde keine Schweißspritzer für den aufgezehrten Fülldraht über die Distanz X haben, und eine Schweißnaht mit einem Schweißspritzerfaktor von 2,5 hätte 5 mg Schweißspritzer auf 2 kg aufgezehrten Fülldraht. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Schweißspritzerfaktor im Bereich von 0 bis 1. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schweißspritzerfaktor im Bereich von 0 bis 0,5. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Schweißspritzerfaktor im Bereich von 0 bis 0,3. Es ist anzumerken, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Schweißspritzerfaktorbereiche mit oder ohne Verwendung einer externen Abschirmung, wie zum Beispiel Schutzgas- oder Flussmittelabschirmung, erreichen können. Des Weiteren können die oben beschriebenen Schweißspritzerfaktorbereiche beim Schweißen unbeschichteter oder beschichteter Werkstücke, einschließlich galvanisierter Werkstücke, erreicht werden, ohne dass die Galvanisierung vor der Schweißoperation entfernt werden muss.The distance X should be a distance that allows a representative sampling of the weld joint. That is, if the distance X is too short, for example 0.5 inches, then it may not be representative of the weld. That is, a weld joint with a weld spatter factor of 0 would have no weld spatter for the consumed filler wire over the distance X, and a weld with a spatter factor of 2.5 would have 5 mg spatter on 2 kg of consumed filler wire. In an exemplary embodiment of the present invention, the spatter factor is in the range of 0 to 1. In another exemplary embodiment, the spatter factor is in the range of 0 to 0.5. In another exemplary embodiment of the present invention, the spatter factor is in the range of 0 to 0.3. It should be appreciated that embodiments of the present invention may achieve the weld spatter factor ranges described above with or without the use of external shielding, such as shielding gas or flux shielding. Further, the weld spatter factor ranges described above can be achieved in welding uncoated or coated workpieces, including galvanized workpieces, without having to remove the electroplating prior to the welding operation.

Es gibt eine Anzahl von Verfahren zum Messen von Schweißspritzern für einen Schweißstoß. Ein Verfahren kann die Verwendung eines „Schweißspritzerbootes” enthalten. Bei einem solchen Verfahren wird eine repräsentative Schweißnahtprobe in einen Behälter von ausreichender Größe verbracht, um alle, oder nahezu alle, durch eine Schweißraupe erzeugten Schweißspritzer aufzufangen. Der Behälter oder Abschnitte des Behälters, wie zum Beispiel die Oberseite, können sich mit dem Schweißprozess bewegen, um sicherzustellen, dass die Schweißspritzer aufgefangen werden. In der Regel besteht das Boot aus Kupfer, so dass die Schweißspritzer nicht an den Oberflächen haften bleiben. Die repräsentative Schweißnaht wird über dem Boden des Behälters ausgeführt, so dass alle während des Schweißens entstehenden Schweißspritzer in den Behälter fallen. Während des Schweißens wird die Menge des verzehrten Schweißdrahtes überwacht. Nachdem das Schweißen vollendet ist, wird das Schweißspritzerboot mit einer hinreichend genauen Vorrichtung gewogen, um die gegebenenfalls vorhandene Differenz zwischen dem Gewicht des Behälters vor und nach dem Schweißen zu bestimmen. Diese Differenz stellt das Gewicht der Schweißspritzer dar und wird dann durch den Betrag in kg des verzehrten Fülldrahtes geteilt. Alternativ können die Schweißspritzer, wenn sie nicht an dem Boot haften, entfernt und allein gewogen werden.There are a number of methods for measuring weld spatters for a weld joint. One method may include the use of a "spatter boat". In one such method, a representative weld sample is placed in a container of sufficient size to catch all, or almost all, spatter weld generated by a weld bead. The container or portions of the container, such as the top, may move with the welding process to ensure that the weld spatter is captured. As a rule, the boat is made of copper, so that the spatter does not adhere to the surfaces. The representative weld is made over the bottom of the container so that all spatters generated during welding fall into the container. During welding, the amount of consumed welding wire is monitored. After the welding is completed, the weld sprayer boat is weighed with a sufficiently accurate device to determine the difference, if any, between the weight of the container before and after welding. This difference represents the weight of the spatter and is then divided by the amount in kg of the consumed filler wire. Alternatively, if they do not adhere to the boat, the spatter can be removed and weighed alone.

Wie zuvor beschrieben, erlaubt das Verwenden der Laservorrichtung 120 eine präzise Steuerung der Tiefe der Schweißpfütze. Des Weiteren erlaubt das Verwenden des Lasers 120 eine leichte Justierung der Größe und Tiefe der Schweißpfütze. Das liegt daran, dass der Laserstrahl 110 auf einfache Weise fokussiert und defokussiert werden kann oder dass seine Strahlintensität sehr leicht verändert werden kann. Dank dieser Fähigkeiten kann die Wärmeverteilung zu den Werkstücken W1 und W2 präzise gesteuert werden. Diese Steuerung erlaubt die Bildung sehr schmaler Schweißpfützen für präzises Schweißen sowie das Minimieren der Größe der Schweißzone auf dem Werkstück. Dies bietet auch Vorteile beim Minimieren der Bereiche des Werkstücks, die nicht von der Schweißraupe beeinflusst werden. Genauer gesagt, haben die Bereiche des Werkstücks neben der Schweißraupe minimale Auswirkungen auf die Schweißoperation, was bei Lichtbogenschweißoperationen oft nicht der Fall ist.As described above, using the laser device allows 120 a precise control of the depth of the weld puddle. Furthermore, using the laser allows 120 a slight adjustment of the size and depth of the sweat puddle. That's because the laser beam 110 can be easily focused and defocused or that its beam intensity can be changed very easily. Thanks to these capabilities, the heat distribution to the workpieces W1 and W2 can be precisely controlled. This control allows the formation of very narrow welding puddles for precise welding as well as minimizing the size of the welding zone on the workpiece. This also offers advantages in minimizing the areas of the workpiece that are not affected by the weld bead. Specifically, the areas of the workpiece adjacent the weld bead have minimal effects on the welding operation, which is often not the case with arc welding operations.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Form und/oder Intensität des Strahls 110 während des Schweißprozesses justiert oder verändert werden. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, an bestimmten Stellen auf einem Werkstück die Einbrandtiefe zu ändern oder die Größe der Schweißraupe zu ändern. In solchen Ausführungsformen können die Form, Intensität und/oder Größe des Strahls 110 während des Schweißprozesses so justiert werden, dass die erforderliche Änderung der Schweißparameter herbeigeführt wird.In exemplary embodiments of the present invention, the shape and / or intensity of the beam 110 adjusted or changed during the welding process. For example, it may be necessary to change the penetration depth at certain locations on a workpiece or to change the size of the weld bead. In such embodiments, the shape, intensity and / or size of the beam 110 be adjusted during the welding process so that the required change in the welding parameters is brought about.

Wie oben beschrieben, trifft der Fülldraht 140 auf die gleiche Schweißpfütze wie der Laserstrahl 110. In einer beispielhaften Ausführungsform trifft der Fülldraht 140 an derselben Stelle auf die Schweißpfütze wie der Laserstrahl 110. Jedoch kann der Fülldraht 140 in anderen beispielhaften Ausführungsformen in einer räumlichen Entfernung zum Laserstrahl 110 auf dieselbe Schweißpfütze auftreffen. In der in 6A gezeigten Ausführungsform eilt der Fülldraht 140 während der Schweißoperation dem Strahl 110 hinterher. Jedoch ist das nicht notwendig, da der Fülldraht 140 auch in der führenden Position positioniert sein kann. Die vorliegende Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt, da der Fülldraht 140 auch an anderen Stellen relativ zu dem Strahl 110 positioniert sein kann, solange der Fülldraht 140 auf dieselbe Schweißpfütze trifft wie der Strahl 110.As described above, the flux-cored wire strikes 140 on the same sweat puddle as the laser beam 110 , In an exemplary embodiment, the flux cored wire strikes 140 at the same place on the welding puddle as the laser beam 110 , However, the cored wire can 140 in other exemplary embodiments, in a spatial distance to the laser beam 110 hit the same sweat puddle. In the in 6A In the embodiment shown, the filler wire rushes 140 during the welding operation the beam 110 after. However, this is not necessary because the flux-cored wire 140 can also be positioned in the leading position. The present invention is not limited in this respect since the flux-cored wire 140 also in other places relative to the beam 110 can be positioned as long as the filler wire 140 meets the same puddle as the jet 110 ,

Die oben beschriebene Ausführungsform wurde mit Bezug auf Werkstücke beschrieben, die eine Beschichtung, wie zum Beispiel eine Galvanisierung, haben. Jedoch können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch auf Werkstücken verwendet werden, die keine Beschichtung haben. Genauer gesagt, kann der gleiche oben beschriebene Schweißprozess mit nicht-beschichteten Werkstücken ausgeführt werden. Solche Ausführungsformen erreichen die gleichen Leistungsattribute, wie oben im Hinblick auf beschichtete Metalle beschrieben wurden.The embodiment described above has been described with reference to workpieces having a coating such as electroplating. However, embodiments of the present invention may also be used on workpieces that do not have a coating. More specifically, the same welding process as described above can be carried out with uncoated workpieces. Such embodiments achieve the same performance attributes as described above with respect to coated metals.

Darüber hinaus sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf das Schweißen von Stahlwerkstücken beschränkt, sondern können auch für das Schweißen von Aluminium oder komplexeren Metallen verwendet werden, wie weiter unten noch beschrieben wird.Moreover, exemplary embodiments of the present invention are not limited to the welding of steel workpieces, but may also be used for the welding of aluminum or more complex metals, as will be described below.

Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Schutzgas. In einem typischen Lichtbogenschweißvorgang wird ein Schutzgas oder ein Abschirmungsflussmittel verwendet, um zu verhindern, dass der Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre, oder andere schädliche Elemente, mit der Schweißpfütze und dem Metalltransfer interagieren. Eine solche Interferenz kann der Qualität und dem Aussehen der Schweißnaht abträglich sein. Darum wird in nahezu allen Lichtbogenschweißprozessen eine Abschirmung mittels eines von außen zugeführten Schutzgases, oder eines Schutzgases, das durch das Aufzehren einer Elektrode mit einem darauf befindlichen Flussmittel erzeugt wird (zum Beispiel Stabelektrode, Flussmittelkern-Elektrode usw.), oder eines von außen zugeführten körnigen Flussmittels (zum Beispiel Unterpulver-Lichtbogenschweißen) bereitgestellt. Darüber hinaus muss in einigen Schweißoperationen, wie zum Beispiel beim Schweißen spezialisierter Metalle oder beim Schweißen galvanisierter Werkstücke, ein spezielles Schutzgasgemisch verwendet werden. Solche Gemische können außerordentlich teuer sein. Darüber hinaus ist es beim Schweißen in extremen Umgebungen oft schwierig, große Mengen Schutzgas zum Arbeitsort zu transportieren (wie zum Beispiel bei Pipelines), oder der Wind bläst das Schutzgas vom Lichtbogen fort. Darüber hinaus hat die Verwendung von Dampfabzugssystemen in den vergangenen Jahren zugenommen. Zwar ziehen diese Systeme Dämpfe ab, aber ebenso saugen sie das Schutzgas fort, wenn sie zu nahe beim Schweißvorgang platziert werden.Another advantageous aspect of the present invention relates to protective gas. In a typical arc welding process, a shielding gas or shielding flux is used to prevent the oxygen and nitrogen in the atmosphere, or other deleterious elements, from interacting with the weld puddle and metal transfer. Such interference can be detrimental to the quality and appearance of the weld. Therefore, in almost all arc welding processes, shielding is provided by means of an externally supplied shielding gas, or shielding gas, generated by consuming an electrode with a flux thereon (e.g., stick electrode, flux-center electrode, etc.) or granular supplied from the outside Flux (for example, submerged arc welding) provided. In addition, in some welding operations, such as welding of specialized metals or welding of galvanized workpieces, a special inert gas mixture must be used. Such mixtures can be extremely expensive. In addition, when welding in extreme environments, it is often difficult to transport large quantities of inert gas to the work site (such as in pipelines), or the wind blows the shielding gas away from the arc. In addition, the use of vapor extraction systems has increased in recent years. While these systems remove fumes, they also exhaust the shielding gas if they are placed too close to the welding process.

Zu den Nutzeffekten der vorliegenden Erfindung gehört die Fähigkeit, minimale Mengen oder gar kein Schutzgas beim Schweißen zu verwenden. Alternativ erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Schutzgasen, die normalerweise nicht für einen speziellen Schweißvorgang verwendet werden könnten. Dies wird weiter unten besprochen.Among the benefits of the present invention is the ability to use minimal amounts or no inert gas in welding. Alternatively, embodiments of the present invention allow the use of shielding gases that normally could not be used for a particular welding operation. This will be discussed below.

Beim Schweißen typischer (nicht-beschichteter) Werkstücke mit einem Lichtbogenschweißprozess wird eine Abschirmung – welcher Art auch immer – benötigt. Es wurde entdeckt, dass beim Schweißen mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine Abschirmung erforderlich ist. Das heißt, es müssen kein Schutzgas, kein körniges Flussmittel und keine selbstabschirmenden Elektroden verwendet werden. Jedoch erzeugt die vorliegende Erfindung im Gegensatz zu einem Lichtbogenschweißprozess eine Qualitätsschweißnaht. Das heißt, die oben beschriebenen Schweißgeschwindigkeiten können ganz ohne Abschirmung erreicht werden. Dies konnte nicht mit den Lichtbogenschweißprozessen des Standes der Technik erreicht werden.When welding typical (non-coated) workpieces with an arc welding process, shielding of whatever kind is required. It has been discovered that no shielding is required when welding with embodiments of the present invention. That is, no shielding gas, granular flux, and self-shielding electrodes need to be used. However, in contrast to an arc welding process, the present invention produces a quality weld. That is, the above-described welding speeds can be achieved without shielding. This could not be achieved with the arc welding processes of the prior art.

Während eines typischen Lichtbogenschweißprozesses wird ein schmelzflüssiges Tröpfchen des Fülldrahtes durch den Schweißlichtbogen von dem Fülldraht zu der Schweißpfütze transferiert. Ohne Abschirmung ist die gesamte Oberfläche des Tröpfchens während des Transfers der Atmosphäre ausgesetzt und nimmt daher Stickstoff und Sauerstoff aus der Atmosphäre auf und gibt den Stickstoff und den Sauerstoff an die Schweißpfütze ab. Das ist nicht wünschenswert.During a typical arc welding process, a molten droplet of the filler wire is transferred by the welding arc from the filler wire to the weld puddle. Without shielding, the entire surface of the droplet is exposed during the transfer to the atmosphere and therefore absorbs nitrogen and oxygen from the atmosphere and releases the nitrogen and oxygen to the weld puddle. That is not desirable.

Weil die vorliegende Erfindung den Fülldraht ohne Tröpfchen oder ähnliche Prozesse zu der Schweißnaht führt, ist der Fülldraht nicht im gleichen Maße der Atmosphäre ausgesetzt. Darum ist in vielen Schweißanwendungen die Verwendung einer Abschirmung nicht erforderlich. Darum können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht nur hohe Schweißgeschwindigkeiten mit allenfalls geringer Porosität oder wenigen Schweißspritzern erreichen, sondern sie können dies auch ohne Verwendung eines Schutzgases tun.Because the present invention guides the flux-cored wire to the weld without droplets or similar processes, the flux-cored wire is not exposed to the atmosphere to the same extent. Therefore, in many welding applications, the use of a shield is not required. Therefore, embodiments of the present invention can not only achieve high welding speeds with little or no porosity or spatter, but can do so without using a shielding gas.

Ohne eine Abschirmung verwenden zu müssen, ist es möglich, eine Dampfabzugsdüse während des Schweißens viel näher an der Schweißfuge zu positionieren, so dass ein effizienterer und effektiverer Abzug von Dämpfen ermöglicht wird. Wenn ein Schutzgas verwendet wird, so ist es notwendig, die Dampfabzugsdüse an einer solchen Stelle anzuordnen, dass sie nicht die Funktion des Schutzgases stört. Dank der Vorteile der vorliegenden Erfindung gibt es keine derartige Einschränkung, und der Abzug von Dämpfen kann optimiert werden. Zum Beispiel wird in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Laserstrahl 110 durch eine Laserschirmbaugruppe 1901 geschützt, die den Strahl von dem Laser 120 bis nahe an die Oberfläche des Werkstücks 115 abschirmt. Eine Darstellung dessen ist in 19 zu sehen. Der Schirm 1901 (im Querschnitt gezeigt) schützt den Strahl 110 vor Interferenz und bietet zusätzliche Sicherheit während des Betriebes. Des Weiteren kann der Schirm mit einem Dampfabzugssystem 1903 gekoppelt werden, das jegliche Schweißdämpfe aus der Schweißzone abzieht. Weil Ausführungsformen ohne Schutzgas verwendet werden können, kann der Schirm 1901 sehr nahe an der Schweißnaht positioniert werden, um die Dämpfe direkt aus der Schweißzone abzuziehen. Der Schirm 1901 kann praktisch so positioniert werden, dass seine Distanz Z über der Schweißnaht im Bereich von 0,125 bis 0,5 Inch liegt. Natürlich können auch andere Distanzen verwendet werden, aber es muss darauf geachtet werden, weder die Schweißpfütze zu stören noch die Wirksamkeit des Schirms 1901 signifikant zu beeinträchtigen. Weil Dampfabzugssysteme 1903 vom Schweißfachmann allgemein verstanden werden und ihm bekannt sind, werden ihre Bauweise und Funktion im vorliegenden Text nicht ausführlich besprochen. Obgleich 19 den Schirm 1901 so zeigt, dass er nur den Strahl 110 schützt, ist es natürlich möglich, dass der Schirm 1901 so gebaut ist, dass er mindestens einen Abschnitt des Drahtes 140 und der Kontaktspitze 160 schützt. Zum Beispiel ist es möglich, dass die Bodenöffnung des Schirms 1901 groß genug ist, um nahezu die gesamte Schweißpfütze zu bedecken, oder noch größer als die Schweißpfütze ist, um den Abzug von Dämpfen zu verstärken.Without having to use a shield, it is possible to position a steam extraction nozzle much closer to the welding joint during welding, thus enabling a more efficient and effective extraction of vapors. If a shielding gas is used, it is necessary to place the vapor extraction nozzle in such a location that it does not interfere with the function of the shielding gas. Thanks to the advantages of the present invention There is no such limitation and the extraction of vapors can be optimized. For example, in an exemplary embodiment of the present invention, the laser beam becomes 110 through a laser shield assembly 1901 Protected the beam from the laser 120 close to the surface of the workpiece 115 shields. A representation of this is in 19 to see. The screen 1901 (shown in cross-section) protects the beam 110 against interference and provides additional security during operation. Furthermore, the screen with a vapor extraction system 1903 be coupled, which extracts any welding fumes from the weld zone. Because embodiments without shielding gas can be used, the shield 1901 be positioned very close to the weld to remove the vapors directly from the weld zone. The screen 1901 can be conveniently positioned so that its distance Z over the weld is in the range of 0.125 to 0.5 inches. Of course, other distances can be used, but care must be taken not to disturb the puddle or the effectiveness of the screen 1901 significantly affect. Because steam exhaust systems 1903 are generally understood by the welding expert and known to him, their design and function are not discussed in detail in the present text. Although 19 the screen 1901 so it shows that he only has the beam 110 Of course, it is possible that the screen protects 1901 is built so that it has at least a section of the wire 140 and the contact tip 160 protects. For example, it is possible that the bottom opening of the umbrella 1901 is large enough to cover almost the entire puddle of sweat, or even larger than the sweat puddle, to enhance the extraction of vapors.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die zum Schweißen beschichteter Werkstücke, wie zum Beispiel galvanisierter Werkstücke, verwendet werden, kann ein viel kostengünstigeres Schutzgas verwendet werden. Zum Beispiel kann ein aus 100% CO2 bestehendes Schutzgas zum Schweißen vieler verschiedener Materialien, wie zum Beispiel Weichstähle, verwendet werden. Das gilt auch dann, wenn komplexere Metalle geschweißt werden, wie zum Beispiel Edelstahl, Duplexstahl und Superduplexstahl, die sich mit lediglich einem 100%-igen Stickstoffschutzgas schweißen lassen. In typischen Lichtbogenschweißoperationen erfordert das Schweißen von Edelstahl, Duplexstahl oder Superduplexstahl komplexere Schutzgasgemische, die ziemlich teuer sein können. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben das Schweißen dieser Stähle mit lediglich einem 100%-igen Stickstoffschutzgas. In weiteren Ausführungsformen können diese Stähle ohne Abschirmung geschweißt werden. In einem typischen Schweißprozess für galvanisierte Materialien muss ein speziell gemischtes Schutzgas, wie zum Beispiel ein Argon/CO2-Gemisch, verwendet werden. Diese Art von Gas muss zum Teil deshalb verwendet werden, weil während des normalen Lichtbogenschweißens eine Katode und eine Anode in der Schweißzone vorhanden sind. Jedoch gibt es, wie oben erläutert wurde und unten weiter erläutert wird, keinen Schweißlichtbogen, und darum gibt es weder eine Anode noch eine Katode in der Schweißzone. Darum wird das Risiko, dass das Füllmetall schädliche Elemente aus der Atmosphäre aufnimmt, deutlich gesenkt, da es weder einen Lichtbogen noch einen Tröpfchentransfer gibt. Es ist anzumerken, dass zwar viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Schweißen ohne eine Abschirmung – wie Schutzgas – erlauben, dass aber trotzdem ein Gasstrom über der Schweißnaht verwendet werden kann, um Dämpfe oder Verunreinigungen aus der Schweißzone zu entfernen. Das heißt, während des Schweißens wird in Betracht gezogen, dass Luft, Stickstoff, CO2 oder sonstige Gase über die Schweißnaht geblasen werden können, um Verunreinigungen aus der Schweißzone zu entfernen.In exemplary embodiments of the present invention used to weld coated workpieces, such as galvanized workpieces, a much less expensive shielding gas can be used. For example, a shielding gas consisting of 100% CO 2 can be used to weld many different materials, such as mild steels. This is true even if more complex metals are welded, such as stainless steel, duplex steel and super duplex steel, which can be welded using only a 100% nitrogen blanket gas. In typical arc welding operations, welding stainless steel, duplex steel or super duplex steel requires more complex shielding gas mixtures, which can be quite expensive. Embodiments of the present invention permit welding of these steels with only a 100% nitrogen blanket gas. In other embodiments, these steels may be welded without shielding. In a typical galvanized material welding process, a specially mixed inert gas, such as an argon / CO 2 mixture, must be used. This type of gas must be used in part because during normal arc welding, a cathode and an anode are present in the weld zone. However, as explained above and discussed further below, there is no welding arc, and therefore there is neither an anode nor a cathode in the weld zone. Therefore, the risk of the filler metal picking up harmful elements from the atmosphere is significantly reduced since there is no arc or droplet transfer. It should be noted that although many embodiments of the present invention allow welding without shielding - such as inert gas - but still a gas flow over the weld can be used to remove vapors or contaminants from the weld zone. That is, during welding, it is contemplated that air, nitrogen, CO 2 or other gases may be blown across the weld to remove contaminants from the weld zone.

Neben der Fähigkeit, beschichtete Materialien mit hohen Geschwindigkeiten zu schweißen, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch zum Schweißen von Dualphasenstählen mit einer signifikant reduzierten Wärmeeinflusszone („WEZ”) verwendet werden. Ein Dualphasenstahl ist ein hochfester Stahl, der sowohl eine Ferrit- als auch eine Martensit-Mikrostruktur aufweist, wodurch der Stahl hohe Festigkeit und gute Formbarkeit aufweisen kann. Aufgrund der Eigenart von Dualphasenstählen ist die Festigkeit einer Dualphasenstahl-Schweißnaht durch die Festigkeit der Wärmeeinflusszone begrenzt. Die Wärmeeinflusszone ist die Zone um die Schweißfuge (außer dem Füllmetall), die signifikant durch den Schweißprozess erwärmt wird, dergestalt, dass ihre Mikrostruktur durch den Lichtbogenschweißprozess nachteilig verändert wird. In bekannten Lichtbogenschweißprozessen ist die Wärmeeinflusszone aufgrund der Größe des Lichtbogenplasmas und der hohen Wärmezufuhr zur Schweißzone ziemlich groß. Weil die Wärmeeinflusszone ziemlich groß ist, wird die Wärmeeinflusszone der die Festigkeit begrenzende Abschnitt der Schweißnaht. Darum werden in Lichtbogenschweißprozessen in der Regel Weichstahlfülldrähte 140 zum Schweißen solcher Fugen verwendet (zum Beispiel Elektroden vom Typ ER70S-6 oder -3), da die Verwendung hochfester Elektroden unnötig ist. Des Weiteren müssen die Konstrukteure aus diesem Grund die Schweißfugen in Dualphasenstählen strategisch aus hochbelasteten Strukturen heraus halten, wie zum Beispiel in Kraftfahrzeugrahmen, Stoßfängern, Motorträger usw.In addition to the ability to weld coated materials at high speeds, embodiments of the present invention may also be used to weld dual phase steels with a significantly reduced heat affected zone ("HAZ"). A dual-phase steel is a high-strength steel that has both a ferrite and a martensite microstructure, whereby the steel can have high strength and good formability. Due to the nature of dual phase steels, the strength of a dual phase steel weld is limited by the strength of the heat affected zone. The heat affected zone is the zone around the weld joint (other than the filler metal) that is significantly heated by the welding process, such that its microstructure is adversely affected by the arc welding process. In known arc welding processes, the heat affected zone is quite large due to the size of the arc plasma and the high heat input to the weld zone. Because the heat affected zone is quite large, the heat affected zone becomes the strength limiting portion of the weld. Therefore, in arc welding processes usually mild steel filler wires 140 used for welding such joints (for example ER70S-6 or -3 electrodes), since the use of high-strength electrodes is unnecessary. Furthermore, for this reason, the designers must strategically keep the weld joints in dual-phase steels out of highly stressed structures, such as in motor vehicle frames, bumpers, engine mounts, etc.

Wie oben besprochen, bietet das Verwenden der Laservorrichtung 120 einen hohen Grad an Präzision bei der Erzeugung der Schweißpfütze. Dank dieser Präzision kann die die Schweißraupe umgebende Wärmeeinflusszone sehr klein gehalten werden, oder der Gesamteffekt der Wärmeeinflusszone auf das Werkstück kann minimiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmeeinflusszone des Werkstücks sogar nahezu beseitigt werden. Das geschieht, indem man den Fokus des Laserstrahls 110 nur auf den Abschnitten des Werkstücks hält, in denen eine Pfütze erzeugt werden soll. Durch signifikantes Reduzieren der Größe der Wärmeeinflusszone wird die Festigkeit des Grundmetalls nicht so sehr beeinträchtigt wie im Fall der Verwendung eines Lichtbogenschweißprozesses. Darum ist das Vorhandensein oder die Stelle der Wärmeeinflusszone nicht mehr der einschränkende Faktor beim Design einer geschweißten Struktur. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben die Verwendung von Fülldrähten mit höherer Festigkeit, weil die Zusammensetzung und Festigkeit des Werkstücks und die Festigkeit des Fülldrahtes die bestimmenden Faktoren bei einer strukturellen Bemessung sein können, und nicht die Wärmeeinflusszone. Zum Beispiel erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nun das Verwenden von Elektroden mit einer praktischen Fließgrenze von mindestens 80 ksi, wie zum Beispiel Elektroden vom Typ ER80S-D2. Natürlich soll diese Elektrode nur beispielhaft sein. Des Weiteren sind, weil eine geringere Gesamtwärmezufuhr als beim Lichtbogenschweißen stattfindet, die Abkühlraten der Pfütze schneller, was bedeutet, dass die chemische Zusammensetzung der verwendeten Fülldrähte magerer sein kann, aber im Vergleich zu existierenden Drähten dennoch die gleiche oder eine höhere Leistung erbringt.As discussed above, using the laser device offers 120 a high degree Precision in the generation of the sweat puddle. Thanks to this precision, the heat affected zone surrounding the weld bead can be kept very small, or the overall effect of the heat affected zone on the workpiece can be minimized. In some embodiments, the heat affected zone of the workpiece may even be almost eliminated. This is done by looking at the focus of the laser beam 110 holds only on the sections of the workpiece in which a puddle is to be created. By significantly reducing the size of the heat affected zone, the strength of the base metal is not compromised as much as in the case of using an arc welding process. Therefore, the presence or location of the heat affected zone is no longer the limiting factor in the design of a welded structure. Embodiments of the present invention allow the use of higher strength cored wires because the composition and strength of the workpiece and the strength of the flux cored wire can be the determining factors in structural design rather than the heat affected zone. For example, embodiments of the present invention now permit the use of electrodes having a yield value of at least 80 ksi, such as ER80S-D2 type electrodes. Of course, this electrode should only be exemplary. Furthermore, because there is less overall heat input than arc welding, the puddle cooling rates are faster, which means that the chemical composition of the flux cores used may be leaner but still provide the same or higher performance as existing wires.

Des Weiteren können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Schweißen von Titan mit signifikant niedrigeren Abschirmungsanforderungen verwendet werden. Es ist bekannt, dass beim Schweißen von Titan mit einem Lichtbogenschweißprozess sehr darauf geachtet werden muss, dass eine akzeptable Schweißnaht erzeugt wird. Das liegt daran, dass Titan während des Schweißprozesses eine starke Affinität hat, mit Sauerstoff zu reagieren. Die Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff erzeugt Titandioxid, das, wenn es in der Schweißpfütze vorliegt, signifikant die Festigkeit und/oder Duktilität der Schweißfuge verringern. Aufgrund dessen ist es beim Lichtbogenschweißen von Titan notwendig, eine signifikante Menge an nacheilendem Schutzgas zuzuführen, um nicht nur den Lichtbogen, sondern auch die nacheilende Schmelzpfütze vor der Atmosphäre zu schützen, während die Pfütze sich abkühlt. Aufgrund der durch das Lichtbogenschweißen erzeugten Wärme kann die Schweißpfütze ziemlich groß sein und kann lange Zeit schmelzflüssig bleiben, so dass eine signifikante Menge an Schutzgas benötigt wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verringern signifikant die Zeit, die sich das Material im schmelzflüssigen Zustand befindet und rasch abkühlt, so dass die Notwendigkeit für dieses zusätzliche Schutzgas verringert wird.Furthermore, exemplary embodiments of the present invention may be used to weld titanium with significantly lower shielding requirements. It is well known that when welding titanium with an arc welding process, great care must be taken to produce an acceptable weld. This is because titanium has a strong affinity to react with oxygen during the welding process. The reaction between titanium and oxygen produces titania that, when present in the weld puddle, significantly reduces the strength and / or ductility of the weld. Because of this, in arc welding titanium, it is necessary to supply a significant amount of lagging shielding gas to protect not only the arc but also the trailing molten puddle from the atmosphere as the puddle cools. Due to the heat generated by arc welding, the weld puddle may be quite large and may remain molten for a long time, requiring a significant amount of shielding gas. Embodiments of the present invention significantly reduce the time that the material is in the molten state and cools rapidly, thus reducing the need for this additional shielding gas.

Wie oben erläutert wurde, kann der Laserstrahl 110 sehr präzise fokussiert werden, um die Gesamtwärmezufuhr zu der Schweißzone signifikant zu verringern und somit die Größe der Schweißpfütze signifikant zu verringern. Weil die Schweißpfütze kleiner ist, kühlt die Schweißpfütze viel schneller ab. Darum gibt es keine Notwendigkeit für ein nacheilendes Schutzgas, sondern nur für eine Abschirmung an der Schweißnaht. Darüber hinaus wird aus ähnlichen Gründen, wie oben besprochen, der Schweißspritzerfaktor beim Schweißen von Titan deutlich verkleinert, während die Schweißrate vergrößert wird.As explained above, the laser beam 110 be focused very precisely to significantly reduce the total heat input to the weld zone and thus significantly reduce the size of the weld puddle. Because the sweat puddle is smaller, the sweat puddle cools much faster. Therefore, there is no need for a lagging shielding gas, but only for a shield at the weld. Moreover, for similar reasons, as discussed above, the weld spatter factor in titanium welding is significantly reduced as the weld rate is increased.

Wir wenden uns nun den 7 und 7A zu, wo ein Schweißstoß mit Stegabstand gezeigt ist. Schweißstöße mit Stegabstand werden oft zum Schweißen dicker Platten und Rohre verwendet und können oft an entlegenen und im Hinblick auf die Umgebungsbedingungen schwierigen Stellen vorkommen. Es gibt eine Anzahl bekannter Verfahren zum Schweißen von Schweißstößen mit Stegabstand, wie zum Beispiel abgeschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW), Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW), Flussmittelkern-Lichtbogenschweißen (FCAW), Unterpulver-Lichtbogenschweißen (SAW) und Flussmittelkern-Lichtbogenschweißen, selbstabschirmend (FCAW-S). Diese Schweißprozesses haben verschiedene Nachteile, einschließlich der Notwendigkeit einer Abschirmung, Geschwindigkeitsbeschränkungen, die Entstehung von Schlacke usw.We turn now to the 7 and 7A to where a weld joint with web spacing is shown. Bar spacing joints are often used to weld thick plates and pipes, and can often be found in remote and challenging locations. There are a number of known methods for welding bar spacing weld joints, such as shielded metal arc welding (SMAW), gas tungsten arc welding (GTAW), gas metal arc welding (GMAW), flux cored arc welding (FCAW), submerged powder Arc welding (SAW) and flux-cored arc welding, self-shielding (FCAW-S). These welding processes have several disadvantages, including the need for shielding, speed restrictions, the formation of slag, etc.

Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessern deutlich die Effizienzwerte und Geschwindigkeiten, mit denen diese Arten von Schweißnähten ausgeführt werden können. Genauer gesagt, kann die Verwendung eines Schutzgases beseitigt oder deutlich reduziert werden, und die Entstehung von Schlacke kann vollständig beseitigt werden. Des Weiteren kann ein Schweißen mit hohen Geschwindigkeiten und minimaler Schweißspritzer- und Porositätsbildung bewerkstelligt werden.That is, embodiments of the present invention significantly improve the efficiency values and speeds at which these types of welds can be made. More specifically, the use of a shielding gas can be eliminated or significantly reduced, and the generation of slag can be completely eliminated. Furthermore, high speed welding with minimal spatter and porosity formation can be accomplished.

7 und 7A zeigen repräsentative Schweißstöße mit Stegabstand, die durch beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschweißt werden. Natürlich können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Schweißen einer breiten Vielzahl von Schweißfuge verwendet werden; nicht nur für Überlappstöße oder Schweißstöße mit Stegabstand. In 7 ist ein Spalt 705 zwischen den Werkstücken W1/W2 gezeigt, und jedes jeweilige Werkstück hat eine gewinkelte Oberfläche 701/703. Genau wie oben besprochen, verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Laservorrichtung 120 zum Erzeugen einer präzisen Schmelzpfütze auf den Oberflächen 701/703, und ein vorgewärmter Fülldraht (nicht gezeigt) wird in den jeweiligen Pfützen abgeschieden, wie oben beschrieben. 7 and 7A show representative fin-gap welded joints that are welded by exemplary embodiments of the present invention. Of course, embodiments of the present invention may be used to weld a wide variety of welds; not only for overlap joints or welding joints with bar spacing. In 7 is a gap 705 between the workpieces W1 / W2, and each respective workpiece has an angled surface 701 / 703 , As discussed above, embodiments of the present invention utilize a laser device 120 to create a precise one Melt puddle on the surfaces 701 / 703 and a preheated filler wire (not shown) is deposited in the respective puddles as described above.

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht darauf beschränkt, einen einzelnen Fülldraht auf jede jeweilige Schweißpfütze zu richten. Weil in dem im vorliegenden Text beschriebenen Schweißprozess kein Schweißlichtbogen erzeugt wird, können mehrere Fülldrähte auf jede einzelne Schweißpfütze gerichtet werden. Durch Erhöhen der Anzahl der Fülldrähte zu einer bestimmten Schweißpfütze kann die Gesamtabscheidungsrate des Schweißprozesses signifikant erhöht werden, ohne dass die Wärmezufuhr signifikant zunimmt. Deshalb wird in Betracht gezogen, dass Stöße mit Stegabstand (wie zum Beispiel von der Art, die in den 7 und 7A gezeigt ist) in einem einzigen Schweißdurchgang gefüllt werden können.Exemplary embodiments of the present invention are not limited to directing a single flux cored wire to each respective weld puddle. Because no welding arc is generated in the welding process described herein, multiple cored wires can be directed to each individual weld puddle. By increasing the number of cored wires to a given weld puddle, the overall deposition rate of the welding process can be significantly increased without the heat input significantly increasing. Therefore, it is considered that joints with web spacing (such as of the type used in the 7 and 7A shown) can be filled in a single welding pass.

Darüber hinaus, wie in 7 gezeigt, können in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehrere Laserstrahlen 110 und 110A zum Schmelzen mehrerer Stellen in der Schweißfuge gleichzeitig verwendet werden. Dies kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden. In einer ersten Ausführungsform, in 7 gezeigt, wird ein Strahlteiler 121 verwendet und mit der Laservorrichtung 120 gekoppelt. Ein Strahlteiler 121 ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Laservorrichtungen bekannt und braucht im vorliegenden Text nicht ausführlich besprochen zu werden. Der Strahlteiler 121 teilt den Strahl von der Laservorrichtung 120 in zwei (oder mehr) separate Strahlen 110/110A und kann sie auf zwei verschiedene Oberflächen richten. In einer solchen Ausführungsform können mehrere Oberflächen gleichzeitig bestrahlt werden, wodurch das Schweißen noch präziser und genauer wird. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder der separaten Strahlen 110 und 110A durch eine separate Laservorrichtung erzeugt werden, so dass jeder Strahl von seiner eigenen dedizierten Vorrichtung aus gesendet wird.In addition, as in 7 In some exemplary embodiments of the present invention, multiple laser beams may be shown 110 and 110A used to melt multiple locations in the weld joint simultaneously. This can be done in different ways. In a first embodiment, in 7 shown, becomes a beam splitter 121 used and with the laser device 120 coupled. A beam splitter 121 is known to those skilled in the field of laser devices and need not be discussed in detail herein. The beam splitter 121 splits the beam from the laser device 120 into two (or more) separate rays 110 / 110A and can direct it to two different surfaces. In such an embodiment, multiple surfaces can be irradiated simultaneously, making welding even more precise and accurate. In a further embodiment, each of the separate beams 110 and 110A be generated by a separate laser device so that each beam is sent from its own dedicated device.

In einer solchen Ausführungsform, die mit mehreren Laservorrichtungen arbeitet, können viele Aspekte der Schweißoperation variiert werden, um sie an verschiedene Schweißerfordernisse anzupassen. Zum Beispiel können die durch die separaten Laservorrichtungen erzeugten Strahlen verschiedene Energiedichten, verschiedene Formen und/oder verschiedene Querschnittsflächen an der Schweißfuge haben. Mit dieser Flexibilität können Aspekte des Schweißprozesses modifiziert und kustomisiert werden, um alle speziellen benötigten Schweißparameter zu realisieren. Natürlich kann dies auch mit Hilfe einer einzelnen Laservorrichtung und eines Strahlteilers 121 erreicht werden, aber bei Verwendung einer einzelnen Laserquelle kann ein Teil der Flexibilität eingeschränkt sein. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung weder auf eine Einzel- noch auf eine Doppellaserkonfiguration beschränkt, da in Betracht gezogen wird, dass nach Bedarf jede beliebige Anzahl von Lasern verwendet werden kann.In such an embodiment, which employs multiple laser devices, many aspects of the welding operation can be varied to accommodate different welding requirements. For example, the beams generated by the separate laser devices may have different energy densities, different shapes, and / or different cross-sectional areas at the weld joint. With this flexibility, aspects of the welding process can be modified and customized to realize all the special welding parameters required. Of course, this can also be done with the help of a single laser device and a beam splitter 121 can be achieved, but using a single laser source can limit some of the flexibility. Moreover, the present invention is not limited to either a single or a dual laser configuration, since it is contemplated that any number of lasers may be used as desired.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Strahlscanvorrichtung verwendet werden. Solche Vorrichtungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Laser oder Laserstrahlen bekannt und werden dafür verwendet, den Strahl 110 in einem Muster über eine Oberfläche des Werkstücks zu führen. Mit solchen Vorrichtungen können die Scan-Raten und -Muster sowie die Verweildauer dafür verwendet werden, das Werkstück 115 in der gewünschten Weise zu erwärmen. Darüber hinaus kann die Ausgangsleistung der Energiequelle (zum Beispiel des Lasers) nach Bedarf geregelt werden, um die gewünschte Pfützenbildung herbeizuführen. Des Weiteren kann die innerhalb des Lasers 120 verwendete Optik auf der Basis der gewünschten Betriebs- und Fugenparameter optimiert werden. Zum Beispiel kann eine Zeilen- und Integratoroptik verwendet werden, um einen fokussierten Zeilenstrahl für eine breite Schweiß- oder Plattierungsoperation verwendet werden, oder ein Integrator kann dafür verwendet werden, einen quadratischen oder rechteckigen Strahl zu erzeugen, der eine gleichmäßige Leistungsverteilung aufweist.In other exemplary embodiments, a beam scanning apparatus may be used. Such devices are known to those skilled in the art of lasers or laser beams and are used to control the beam 110 to guide in a pattern over a surface of the workpiece. With such devices, the scan rates and patterns as well as the dwell time can be used for the workpiece 115 to heat in the desired way. In addition, the output power of the energy source (for example, the laser) can be controlled as needed to achieve the desired puddling. Furthermore, the inside of the laser 120 optics are optimized on the basis of the desired operating and joint parameters. For example, line and integrator optics can be used to use a focused line beam for a wide welding or plating operation, or an integrator can be used to produce a square or rectangular beam having a uniform power distribution.

7A zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wo ein einzelner Strahl 110 auf den Schweißstoß mit offenem Steg gerichtet wird, um die Oberflächen 701/703 zu schmelzen. 7A shows a further embodiment of the present invention, where a single beam 110 is directed to the weld joint with open bridge to the surfaces 701 / 703 to melt.

Aufgrund der Präzision der Laserstrahlen 110 und 110A können die Strahlen 110/110A nur auf die Oberflächen 701/703 und von dem Spalt 705 fort fokussiert werden. Aufgrund dessen kann das Durchschmelzen (das normalerweise durch den Spalt 705 fallen würde) kontrolliert werden, was die Kontrolle der rückseitigen Schweißraupe (der Schweißraupe an der Unterseite des Spalts 705) deutlich verbessert.Due to the precision of the laser beams 110 and 110A can the rays 110 / 110A only on the surfaces 701 / 703 and from the gap 705 be focused on. Because of this, the melting through (normally through the gap 705 which would control the rear weld bead (the weld bead at the bottom of the gap 705 ) clearly improved.

In jeder der 7 und 7A existiert ein Spalt 705 zwischen den Werkstücken W1 und W2, der mit einer Schweißraupe 707 gefüllt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform wird diese Schweißraupe 705 durch eine Laservorrichtung (nicht gezeigt) erzeugt. So richtet zum Beispiel während einer Schweißoperation eine erste Laservorrichtung (nicht gezeigt) einen ersten Laserstrahl (nicht gezeigt) auf den Spalt 705, um die Werkstücke W1 und W2 mittels der Laserschweißraupe 707 zu verschweißen, während die zweite Laservorrichtung 120 mindestens einen Laserstrahl 110/110A auf die Oberflächen 701/703 richtet, um Schweißpfützen zu bilden, wo ein oder mehrere Fülldrähte (nicht gezeigt) abgeschieden werden, um die Schweißnaht zu vervollständigen. Die Spaltschweißraupe 707 kann allein mittels eines Lasers erzeugt werden, wenn der Spalt klein genug ist, oder kann mittels eines Lasers und eines Fülldrahtes erzeugt werden, wenn der Spalt 705 es erfordert. Genauer gesagt, kann es erforderlich sein, Füllmetall zuzugeben, um den Spalt 705 richtig zu füllen, so dass ein Fülldraht verwendet werden sollte. Die Herstellung dieser Spaltraupe 705 ähnelt der, die oben mit Bezug auf verschiedene beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde.In each of the 7 and 7A there is a gap 705 between the workpieces W1 and W2, with a welding bead 707 is filled. In an exemplary embodiment, this weld bead becomes 705 generated by a laser device (not shown). For example, during a welding operation, a first laser device (not shown) directs a first laser beam (not shown) onto the gap 705 to the workpieces W1 and W2 by means of the laser welding bead 707 to weld while the second laser device 120 at least one laser beam 110 / 110A on the surfaces 701 / 703 directed to form weld puddles where one or more cored wires (not shown) are deposited to complete the weld. The splitting weld bead 707 can alone by means of a laser can be generated when the gap is small enough, or can be generated by means of a laser and a filler wire when the gap 705 it requires. Specifically, it may be necessary to add filler metal to the gap 705 to fill properly so that a cored wire should be used. The production of this caterpillar 705 is similar to that described above with respect to various exemplary embodiments of the present invention.

Es ist anzumerken, dass die hoch-intensiven Energiequellen, wie zum Beispiel die im vorliegenden Text besprochenen Laservorrichtungen 120, von einer Art sein sollten, die genügend Leistung aufweist, um die notwendige Energiedichte für die gewünschte Schweißoperation zu liefern. Das heißt, die Laservorrichtung 120 sollte genügend Energie besitzen, um während des gesamten Schweißprozesses eine stabile Schweißpfütze zu erzeugen und aufrecht zu erhalten und außerdem den gewünschten Einbrand zu erreichen. Zum Beispiel sollten Laser für einige Anwendungen die Fähigkeit besitzen, ein „Schlüsselloch” in den geschweißten Werkstücken auszubilden. Das bedeutet, dass der Laser genügend Energie besitzen sollte, um einen vollen Einbrand in dem Werkstück zu realisieren, während diese Einbrandtiefe beibehalten wird, während sich der Laser entlang des Werkstücks bewegt. Beispielhafte Laser sollten Leistungskapazitäten im Bereich von 1 bis 20 kW haben und können eine Leistungskapazität im Bereich von 5 bis 20 kW haben. Leistungsstärkere Laser können auch verwendet werden, aber diese können sehr teuer werden. Natürlich ist anzumerken, dass der Strahlteiler 121 oder mehrere Laser auch in anderen Arten von Schweißfugen verwendet werden können, und beispielsweise in Überlappungsfugen verwendet werden können, wie zum Beispiel denen, die in den 6 und 6A gezeigt sind.It should be noted that the high-intensity energy sources, such as the laser devices discussed herein 120 should be of a type that has enough power to provide the necessary energy density for the desired welding operation. That is, the laser device 120 should have enough energy to create and maintain a stable weld puddle throughout the welding process, and also to achieve the desired penetration. For example, lasers for some applications should have the ability to form a "keyhole" in the welded workpieces. This means that the laser should have enough energy to realize a full burn in the workpiece while maintaining that burn-in depth as the laser moves along the workpiece. Exemplary lasers should have power capacities in the range of 1 to 20 kW and may have a power capacity in the range of 5 to 20 kW. Powerful lasers can also be used, but these can be very expensive. Of course, it should be noted that the beam splitter 121 or multiple lasers can be used in other types of welds, and can be used for example in overlap joints, such as those in the 6 and 6A are shown.

7B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein schmalnutiger, tiefer Schweißstoß mit offenem Steg gezeigt. Beim Lichtbogenschweißen tiefer Fugen (tiefer als 1 Inch) kann es schwierig sein, den Boden der Fuge zu schweißen, wenn der Spalt G für die Nut schmal ist. Das liegt daran, dass es schwierig ist, effektiv Schutzgas in eine solche tiefe Nut zu leiten, und dass die schmalen Wände der Nut die Stabilität eines Schweißlichtbogens beeinträchtigen können. Weil das Werkstück in der Regel ein Eisenmaterial ist, können die Wände der Fuge den Schweißlichtbogen magnetisch stören. Darum muss im Fall typischer Lichtbogenschweißverfahren der Spalt G der Nut hinreichend breit sein, so dass der Lichtbogen stabil bleibt. Je breiter aber die Nut ist, desto mehr Füllmetall ist erforderlich, um die Schweißnaht zu vervollständigen. Weil Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kein Schutzgas erfordern und keinen Schweißlichtbogen verwenden, wird dieses Problem minimiert. Dadurch können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung tiefe, schmale Nuten effizient und effektiv schweißen. Wenn zum Beispiel in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Werkstück 115 eine Dicke von mehr als 1 Inch hat, so liegt die Spaltbreite G im Bereich des 1,5- bis 2-fachen des Durchmessers des Fülldrahtes 140, und der Seitenwandwinkel liegt im Bereich von 0,5 bis 10 Grad. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Wurzelraupeneinbrand einer solchen Schweißfuge einen Spalt RG im Bereich von 1 bis 3 mm mit einer Stegflanke im Bereich von 1/16 bis ¼ Inch haben. Das heißt, tiefe Schweißstöße mit Stegabstand können schneller und mit viel weniger Füllmaterial als in normalen Lichtbogenschweißprozessen geschweißt werden. Darüber hinaus kann, weil Aspekte der vorliegenden Erfindung viel weniger Wärme in die Schweißzone einleiten, die Spitze 160 so gestaltet werden, dass ein viel näheres Zuführen zur Schweißpfütze möglich ist, um einen Kontakt mit der Seitenwand zu vermeiden. Das heißt, die Spitze 160 kann kleiner ausgelegt werden und kann als eine isolierte Führung mit einer schmalen Struktur gestaltet werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Translationsvorrichtung oder ein Translationsmechanismus verwendet werden, um den Laser und den Draht über die Breite der Schweißnaht zu bewegen, um beide Seiten der Fuge gleichzeitig zu schweißen. 7B shows another exemplary embodiment of the present invention. In this embodiment, a narrow groove, deep weld with open web is shown. When arc welding deep joints (deeper than 1 inch), it may be difficult to weld the bottom of the joint if the gap G for the groove is narrow. This is because it is difficult to effectively direct shielding gas into such a deep groove, and that the narrow walls of the groove may affect the stability of a welding arc. Because the workpiece is typically an iron material, the walls of the joint may magnetically disturb the welding arc. Therefore, in the case of typical arc welding methods, the gap G of the groove must be sufficiently wide so that the arc remains stable. However, the wider the groove, the more filler metal is required to complete the weld. Because embodiments of the present invention do not require shielding gas and do not use a welding arc, this problem is minimized. Thereby, embodiments of the present invention can efficiently and effectively weld deep, narrow grooves. For example, in an exemplary embodiment of the present invention, the workpiece 115 has a thickness of more than 1 inch, the gap width G is in the range of 1.5 to 2 times the diameter of the filler wire 140 , and the side wall angle is in the range of 0.5 to 10 degrees. In an exemplary embodiment, the caterpillar penetration of such a weld may have a gap RG in the range of 1 to 3 mm with a land flank in the range of 1/16 to 1/4 inch. That is, deep butted joints can be welded faster and with much less filler material than in normal arc welding processes. Moreover, because aspects of the present invention introduce much less heat into the weld zone, the tip can 160 be designed so that a much closer feeding to the welding puddle is possible to avoid contact with the side wall. That is, the top 160 can be made smaller and can be designed as an insulated guide with a narrow structure. In another exemplary embodiment, a translation device or translation mechanism may be used to move the laser and wire across the width of the weld to weld both sides of the joint simultaneously.

Wie in 8 gezeigt, kann ein Stumpfstoß mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschweißt werden. In 8 ist ein bündiger Stumpfstoß gezeigt; es wird jedoch in Betracht gezogen, dass Stumpfstöße mit v-Kerbnuten auf den Ober- und Unterseiten der Schweißfuge ebenfalls geschweißt werden können. In der in 8 gezeigten Ausführungsform sind zwei Laservorrichtungen 120 und 120A auf jeder Seite der Schweißfuge gezeigt, die jeweils ihre eigene Schweißpfütze 801 und 803 erzeugen. Wie in den 7 und 7A, sind die erwärmten Fülldrähte nicht gezeigt, da sie den Laserstrahlen 110/110A in der gezeigten Ansicht nacheilen.As in 8th a butt joint may be welded with embodiments of the present invention. In 8th a flush butt joint is shown; however, it is contemplated that butt joints with V notches on the top and bottom surfaces of the weld joint can also be welded. In the in 8th shown embodiment are two laser devices 120 and 120A shown on each side of the weld, each with its own puddle of sweat 801 and 803 produce. As in the 7 and 7A , the heated cored wires are not shown, as they are the laser beams 110 / 110A hurry in the view shown.

Beim Schweißen von Stumpfstößen mit bekannter Lichtbogentechnologie kann es signifikante Probleme mit der „Lichtbogenablenkung” geben, die eintritt, wenn die durch Schweißlichtbögen erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig stören, so dass sich die Lichtbögen gegenseitig veranlassen, sich sprunghaft zu bewegen. Darüber hinaus kann es, wenn zwei oder mehr Lichtbogenschweißsysteme zum Schweißen an derselben Schweißfuge verwendet werden, signifikante Probleme geben, die durch die Interferenz der jeweiligen Schweißströme verursacht werden. Des Weiteren sind die Dicken der Werkstücke, die mit Lichtbögen auf jeder Seite der Schweißfuge geschweißt werden können, aufgrund der Einbrandtiefe von Lichtbogenschweißverfahren, die zum Teil auf die hohe Wärmezufuhr zurückzuführen ist, begrenzt. Das heißt, ein solches Schweißen kann nicht an dünnen Werkstücken ausgeführt werden.When welding butt joints with known arc technology, there may be significant problems with "arc deflection" that occurs when the magnetic fields generated by welding arcs interfere with each other so that the arcs cause each other to jump. Moreover, when two or more arc welding systems are used for welding at the same weld joint, there can be significant problems caused by the interference of the respective welding currents. Furthermore, the thickness of the workpieces, which can be welded with arcs on each side of the weld joint, due in part to the penetration depth of arc welding due to the high heat input is limited. That is, such welding can not be performed on thin workpieces.

Beim Schweißen mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme beseitigt. Weil kein Schweißlichtbogen verwendet wird, gibt es keine Probleme mit Lichtbogenablenkungsinterferenzen oder Schweißstrominterferenzen. Darüber hinaus können aufgrund der präzisen Kontrolle der Wärmezufuhr und der Einbrandtiefe dank der Verwendung von Lasern viel dünnere Werkstücke auf beiden Seiten der Schweißfuge gleichzeitig geschweißt werden.When welding with embodiments of the present invention, these problems are eliminated. Because no welding arc is used, there are no problems with arc deflection interference or welding current interference. In addition, due to the precise control of the heat input and the penetration depth, the use of lasers allows much thinner workpieces to be welded simultaneously on both sides of the weld joint.

Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt. In dieser Ausführungsform werden zwei hintereinander geschaltete Laserstrahlen 110 und 110A verwendet, um ein einzigartiges Schweißnahtprofil zu bilden. In der gezeigten Ausführungsform wird ein erster Strahl 110 (von einer ersten Laservorrichtung 120 ausgesendet) verwendet, um einen ersten Abschnitt einer Schweißpfütze 901 zu erzeugen, die eine erste Querschnittsfläche und Tiefe aufweist, während der zweite Strahl 110A (von einer zweiten Laservorrichtung – nicht gezeigt – ausgesendet) verwendet wird, um einen zweiten Abschnitt einer Schweißpfütze 903 zu erzeugen, die eine zweite Querschnittsfläche und Tiefe aufweist, die sich von der ersten unterscheiden. Diese Ausführungsform kann verwendet werden, wenn es wünschenswert ist, einen Abschnitt der Schweißraupe zu haben, der eine größere Einbrandtiefe als der Rest der Schweißraupe aufweist. Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt, ist die Pfütze 901 tiefer und schmaler als die Schweißpfütze 903, die breiter und flacher ist. Eine solche Ausführungsform kann verwendet werden, wenn ein tiefer Einbrand erforderlich ist, wo sich die Werkstücke treffen, aber nicht für den gesamten Abschnitt der Schweißfuge erwünscht ist.Another exemplary embodiment of the present invention is in 9 shown. In this embodiment, two laser beams are connected in series 110 and 110A used to form a unique weld profile. In the embodiment shown, a first beam 110 (from a first laser device 120 emitted) to a first portion of a weld puddle 901 to produce, which has a first cross-sectional area and depth, while the second beam 110A (emitted by a second laser device - not shown) is used to form a second portion of a weld puddle 903 having a second cross-sectional area and depth different from the first one. This embodiment can be used when it is desirable to have a portion of the weld bead that has a greater burn-in depth than the remainder of the weld bead. For example, as in 9 shown is the puddle 901 deeper and narrower than the sweat puddle 903 which is wider and flatter. Such an embodiment may be used where deep penetration is required where the workpieces meet but are not desired for the entire section of the weld joint.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erste Pfütze 903 die Schweißpfütze sein, welche die Schweißnaht für die Fuge erzeugt. Diese erste Pfütze oder Fuge wird mit einem ersten Laser 120 und einem Fülldraht (nicht gezeigt) erzeugt, und wird auf eine zweckmäßige Einbrandtiefe hergestellt. Nachdem diese Schweißfuge hergestellt wurde, wird ein zweiter Laser (nicht gezeigt), der einen zweiten Laserstrahl 110A aussendet, über die Fuge geführt, um eine zweite Pfütze 903 mit einem anderen Profil zu bilden, wobei diese zweite Pfütze verwendet wird, um ein Auftragsmaterial irgend einer Art abzuscheiden, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen besprochen wurde. Dieses Auftragsmaterial wird unter Verwendung eines zweiten Fülldrahtes abgeschieden, das eine andere chemische Zusammensetzung als der erste Fülldraht aufweist. Zum Beispiel können Ausführungsformen dieser Erfindung dafür verwendet werden, eine korrosionsbeständige Plattierungsschicht über der Schweißfuge kurz oder unmittelbar nach dem Schweißen der Fuge aufzubringen. Diese Schweißoperation kann auch mittels einer einzelnen Laservorrichtung 120 bewerkstelligt werden, wobei der Strahl 110 zwischen einer ersten Strahlform/-dichte und einer zweiten Strahlform/-dichte oszilliert wird, um das gewünschten Schweißpfützenprofil zu erhalten. Das heißt, es ist nicht notwendig, mehrere Laservorrichtungen einzusetzen.In another exemplary embodiment of the present invention, the first puddle 903 the weld puddle that creates the weld for the joint. This first puddle or fugue comes with a first laser 120 and a flux cored wire (not shown), and is manufactured to an appropriate penetration depth. After this weld has been made, a second laser (not shown), which is a second laser beam 110A sent out, across the fugue, to a second puddle 903 with a different profile, this second puddle being used to deposit a coating material of some sort as discussed in the embodiments described above. This application material is deposited using a second flux-cored wire having a different chemical composition than the first flux-cored wire. For example, embodiments of this invention may be used to apply a corrosion resistant plating layer over the weld joint just or immediately after welding the joint. This welding operation can also be done by means of a single laser device 120 be accomplished, the beam 110 is oscillated between a first beam shape / density and a second beam shape / density to obtain the desired weld puddle profile. That is, it is not necessary to use multiple laser devices.

Wie oben erläutert wurde, wird eine korrosionsbeständige Beschichtung auf den Werkstücken (wie zum Beispiel eine Galvanisierung) während des Schweißprozesses entfernt. Jedoch kann es wünschenswert sein, die Schweißfuge für Korrosionsfestigkeitszwecke erneut zu beschichten, und so können der zweite Strahl 110A und der Laser dafür verwendet werden, ein korrosionsbeständiges Auftragsmaterial 903, wie zum Beispiel eine Plattierungsschicht, auf die Fuge 901 aufzubringen.As discussed above, a corrosion resistant coating on the workpieces (such as a galvanization) is removed during the welding process. However, it may be desirable to re-coat the weld joint for corrosion resistance purposes, and so may the second jet 110A and the laser used for a corrosion-resistant application material 903 , such as a plating layer, on the joint 901 applied.

Aufgrund der verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ungleiche Metalle auf einfache Weise mittels einer Schweißoperation zu verbinden. Das Verbinden ungleicher Metalle mittels eines Lichtbogenschweißprozesses ist schwierig, weil die ungleichen Materialien und die erforderlichen chemischen Zusammensetzungen für ein Füllmaterial Anschlussdraht zu Rissbildung und schlechten Schweißnähten führen können. Das gilt besonders, wenn versucht wird, Aluminium und Stahl mittels Lichtbogen zu verschweißen, die sehr verschiedene Schmelztemperaturen haben, oder wenn versucht wird, Edelstähle mit Weichstahl zu verschweißen, weil ihre chemischen Zusammensetzungen so verschieden sind. Jedoch werden mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung solche Probleme gemindert.Due to the various advantages of the present invention, it is also possible to easily join dissimilar metals by means of a welding operation. Bonding dissimilar metals by means of an arc welding process is difficult because the dissimilar materials and the requisite chemical compositions for a filler can cause lead wires to crack and poorly weld. This is especially true when attempting to weld aluminum and steel by means of electric arc welding, which have very different melting temperatures, or when trying to weld stainless steels to mild steel because their chemical compositions are so different. However, embodiments of the present invention mitigate such problems.

10 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform dieser Erfindung. Obgleich eine V-Fuge gezeigt ist, gibt es für die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht keinerlei Beschränkung. In 10 sind zwei ungleiche Metalle gezeigt, die an einer Schweißfuge 1000 verbunden werden. In diesem Beispiel sind die zwei ungleichen Metalle Aluminium und Stahl. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden zwei verschiedene Laserquellen 1010 und 1020 verwendet. Jedoch sind zwei Laservorrichtungen nicht in allen Ausführungsformen erforderlich, da eine einzelne Vorrichtung oszilliert werden kann, um die nötige Energie zum Schmelzen der zwei verschiedenen Materialien bereitzustellen; das wird weiter unten noch besprochen. Der Laser 1010 sendet den Strahl 1011 aus, der auf das Stahlwerkstück gerichtet wird, und der Laser 1020 sendet den Strahl 1021 auf das Aluminiumwerkstück aus. Weil jedes der jeweiligen Werkstücke aus anderen Metallen oder Legierungen besteht, haben sie verschiedene Schmelztemperaturen. Darum hat jeder der jeweiligen Laserstrahlen 1011/1021 verschiedene Energiedichten an den Schweißpfützen 1012 und 1022. Aufgrund der verschiedenen Energiedichten kann jede der jeweiligen Schweißpfützen 1012 und 1022 auf der richtigen Größe und Tiefe gehalten werden. Dies verhindert auch übermäßigen Einbrand und übermäßige Wärmezufuhr zu dem Werkstück mit der niedrigeren Schmelztemperatur, zum Beispiel Aluminium. In einigen Ausführungsformen ist es – mindestens wegen der Schweißfuge – nicht notwendig, zwei separate, diskrete Schweißpfützen zu haben (wie in 10 gezeigt); vielmehr kann eine einzelne Schweißpfütze mit beiden Werkstücken ausgebildet werden, wobei die schmelzflüssigen Abschnitte jedes der Werkstücke eine einzelne Schweißpfütze bilden. Darüber hinaus ist es, wenn die Werkstücke verschiedene chemische Zusammensetzungen, aber ähnliche Schmelztemperaturen haben, möglich, einen einzelnen Strahl zu verwenden, um beide Werkstücke gleichzeitig zu bestrahlen, mit dem Verständnis, dass ein Werkstück stärker als das andere schmilzt. Darüber hinaus ist es, wie oben kurz beschrieben wurde, möglich, eine einzelne Energiequelle (wie die Laservorrichtung 120) zu verwenden, um beide Werkstücke zu bestrahlen. Zum Beispiel könnte eine Laservorrichtung 120 eine erste Strahlform und/oder Energiedichte zum Schmelzen des ersten Werkstücks verwenden und dann zu einer zweiten Strahlform und/oder Energiedichte oszillieren oder wechseln, um das zweite Werkstück zu schmelzen. Die Oszillation und das Ändern der Strahlcharakteristika sollten mit einer hinreichenden Rate bewerkstelligt werden, um sicherzustellen, dass das richtige Schmelzen beider Werkstücke aufrecht erhalten wird, so dass die eine oder die mehreren Schweißpfützen während des Schweißprozesses stabil und gleichmäßig gehalten werden. Andere Einzelstrahl-Ausführungsformen können einen Strahl 110 verwenden, der eine Form aufweist, die eine höhere Wärmezufuhr zu einem Werkstück als zu dem anderen ausführt, um ein hinreichendes Schmelzen jedes Werkstücks sicherzustellen. In solchen Ausführungsformen kann die Energiedichte des Strahls für den Querschnitt des Strahls gleichmäßig sein. Zum Beispiel kann der Strahl 110 eine Trapez- oder Dreiecksform haben, so dass die Gesamtwärmezufuhr zu einem Werkstück aufgrund der Form des Strahls geringer als zu dem anderen Werkstück ist. Alternativ können einige Ausführungsformen einen Strahl 110 verwenden, der eine ungleichmäßige Energieverteilung in seinem Querschnitt aufweist. Zum Beispiel kann der Strahl 110 eine rechteckige Form haben (so dass er auf beide Werkstücke trifft), aber eine erste Region des Strahls hat eine erste Energiedichte, und eine zweite Region des Strahls 110 hat eine zweite Energiedichte, die sich von der Energiedichte der ersten Region unterscheidet, so dass jede der Regionen die jeweiligen Werkstücke zweckmäßig schmelzen kann. Als ein Beispiel kann der Strahl 110 eine erste Region mit einer hohen Energiedichte zum Schmelzen eines Stahlwerkstücks haben, während die zweite Region eine niedrigere Energiedichte zum Schmelzen eines Aluminiumwerkstücks hat. 10 shows an exemplary embodiment of this invention. Although a V-joint is shown, there is no limitation to the present invention in this regard. In 10 There are two dissimilar metals attached to a weld joint 1000 get connected. In this example, the two dissimilar metals are aluminum and steel. In this exemplary embodiment, two different laser sources are used 1010 and 1020 used. However, two laser devices are not required in all embodiments because a single device can be oscillated to provide the necessary energy to melt the two different materials; this will be discussed below. The laser 1010 sends the beam 1011 which is aimed at the steel workpiece and the laser 1020 sends the beam 1021 on the aluminum workpiece. Because each of the respective workpieces is made of different metals or alloys, they have different ones Melting temperatures. That's why everyone has their own laser beams 1011 / 1021 different energy densities at the welding puddles 1012 and 1022 , Due to the different energy densities, each of the respective welding puddles can 1012 and 1022 be kept at the right size and depth. This also prevents excessive burn-in and excessive heat input to the lower melting temperature workpiece, for example, aluminum. In some embodiments, it is not necessary, at least because of the weld joint, to have two separate, discrete puddles (as in FIG 10 shown); rather, a single weld puddle may be formed with both workpieces, with the molten portions of each of the workpieces forming a single weld puddle. Moreover, when the workpieces have different chemical compositions but similar melting temperatures, it is possible to use a single beam to simultaneously irradiate both workpieces, with the understanding that one workpiece melts more than the other. Moreover, as briefly described above, it is possible to use a single energy source (such as the laser device 120 ) to irradiate both workpieces. For example, a laser device could 120 use a first beam shape and / or energy density to melt the first workpiece and then oscillate or change to a second beam shape and / or energy density to melt the second workpiece. The oscillation and changing of the beam characteristics should be accomplished at a sufficient rate to ensure that the proper melting of both workpieces is maintained so that the one or more weld puddles are kept stable and uniform throughout the welding process. Other single-beam embodiments may include a beam 110 use, which has a shape that performs a higher heat input to a workpiece than to the other, to ensure a sufficient melting of each workpiece. In such embodiments, the energy density of the beam may be uniform for the cross section of the beam. For example, the beam 110 have a trapezoidal or triangular shape, so that the total heat input to a workpiece is less than to the other workpiece due to the shape of the beam. Alternatively, some embodiments may include a beam 110 use, which has a non-uniform energy distribution in its cross section. For example, the beam 110 have a rectangular shape (so that it meets both workpieces), but a first region of the beam has a first energy density, and a second region of the beam 110 has a second energy density, which differs from the energy density of the first region, so that each of the regions can appropriately melt the respective workpieces. As an example, the beam 110 a first region having a high energy density for melting a steel workpiece, while the second region has a lower energy density for melting an aluminum workpiece.

In 10 sind zwei Fülldrähte 1030 und 1030A gezeigt, die auf eine Schweißpfütze 1012 bzw. 1022 gerichtet sind. Obgleich die in 10 gezeigte Ausführungsform so gezeigt ist, dass sie zwei Fülldrähte verwendet, gibt es für die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht keinerlei Beschränkung. Wie oben mit Bezug auf andere Ausführungsformen besprochen, wird in Betracht gezogen, dass – in Abhängigkeit von den gewünschten Schweißparametern, wie zum Beispiel der gewünschten Raupenform und Abscheidungsrate – nur ein einziger Fülldraht verwendet werden kann oder dass mehr als zwei Drähte verwendet werden können. Wenn ein einzelner Draht verwendet wird, so kann er entweder auf eine gemeinsame Pfütze gerichtet werden (die aus den schmelzflüssigen Abschnitten beider Werkstücke gebildet wird), oder der Draht braucht nur auf einen der schmelzflüssigen Abschnitte gerichtet zu werden, um in die Schweißfuge integriert zu werden. So kann zum Beispiel in der in 10 gezeigten Ausführungsform ein Draht auf den geschmolzen Abschnitt 1022 gerichtet werden, der dann mit dem geschmolzen Abschnitt 1012 kombiniert wird, um die Schweißfuge zu bilden. Wenn ein einzelner Draht verwendet wird, so sollte er natürlich auf eine Temperatur erwärmt werden, die es erlaubt, dass der Draht in dem Abschnitt 1022/1012 schmilzt, in den er eingetaucht wird.In 10 are two cored wires 1030 and 1030A shown pointing to a sweat puddle 1012 respectively. 1022 are directed. Although the in 10 As shown in the embodiment shown using two cored wires, there is no limit to the present invention in this regard. As discussed above with respect to other embodiments, it is contemplated that depending on the desired welding parameters, such as desired bead shape and deposition rate, only a single flux-cored wire may be used or that more than two wires may be used. If a single wire is used, it may either be directed to a common puddle (formed from the molten portions of both workpieces), or the wire need only be directed at one of the molten portions to be integrated into the weld , So, for example, in the in 10 shown embodiment, a wire on the melted portion 1022 be directed, which then melted with the section 1012 combined to form the weld joint. Of course, if a single wire is used, it should be heated to a temperature that allows the wire in the section 1022 / 1012 melts into which he is immersed.

Weil ungleiche Metalle verbunden werden, muss die chemische Zusammensetzung der Fülldrähte so gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass sich die Drähte hinreichend mit den zusammenzufügenden Metallen verbinden können. Des Weiteren muss die Zusammensetzung des einen oder der mehreren Fülldrähte so gewählt werden, dass sie eine geeignete Schmelztemperatur haben, die es erlaubt, dass sie geschmolzen und in der Schweißpfütze mit der niedrigeren Temperatur aufgezehrt werden. Es wird in Betracht gezogen, dass die chemischen Zusammensetzungen der mehreren Fülldrähte verschieden sein können, um die richtige chemischen Zusammensetzung der Schweißnaht zu erhalten. Das ist besonders der Fall, wenn die zwei verschiedenen Werkstücke Materialzusammensetzungen haben, mit denen ein minimales Vermischen zwischen den Materialien eintritt. In 10 ist die Schweißpfütze mit der niedrigeren Temperatur die Aluminiumschweißpfütze 1012, und insofern werden der eine oder die mehreren Fülldrähte 1030(A) so formuliert, dass sie bei einer ähnlichen Temperatur schmelzen, so dass sie auf einfache Weise in der Pfütze 1012 aufgezehrt werden können. In dem obigen Beispiel können bei Verwendung von Aluminium- und Stahlwerkstücken die Fülldrähte auf Siliziumbronze, Nickel-Aluminium-Bronze oder Aluminiumbronze basierender Draht sein, der eine ähnliche Schmelztemperatur wie das Werkstück aufweist. Natürlich wird in Betracht gezogen, dass die Fülldrahtzusammensetzungen so gewählt werden, dass sie auf die gewünschten mechanischen und Schweißleistungseigenschaften abgestimmt werden, während gleichzeitig Schmelzcharakteristika bereitgestellt werden, die denen des mindestens einen der zu schweißenden Werkstücke ähneln.Because dissimilar metals are joined, the chemical composition of the flux cored wires must be chosen to ensure that the wires can adequately bond to the metals being joined. Furthermore, the composition of the one or more cored wires must be selected to have an appropriate melting temperature that allows them to be melted and consumed in the lower temperature weld puddle. It is contemplated that the chemical compositions of the plurality of cored wires may be different to obtain the proper chemical composition of the weld. This is especially the case when the two different workpieces have material compositions that cause minimal mixing between the materials. In 10 The sweat puddle with the lower temperature is the aluminum sweat puddle 1012 , and thus the one or more cored wires 1030 (A) formulated so that they melt at a similar temperature, allowing them to easily in the puddle 1012 can be consumed. In the above example, using aluminum and steel workpieces, the cored wires may be on silicon bronze, nickel aluminum bronze, or aluminum bronze based wire, which has a similar melting temperature as the workpiece. Of course, it is contemplated that the cored wire compositions are selected to be tuned to the desired mechanical and welding performance characteristics while at the same time providing melt characteristics similar to those of the at least one of the workpieces to be welded.

Die 11A bis 11C zeigen verschiedene Ausführungsformen der Spitze 160, die verwendet werden können. 11A zeigt eine Spitze 160, die in Aufbau und Funktionsweise einer normalen Lichtbogenschweiß-Kontaktspitze stark ähnelt. Während des Warmdrahtschweißens, wie im vorliegenden Text beschrieben, wird der Erwärmungsstrom von der Stromversorgung 170 zur Kontaktspitze 160 geleitet und wird von der Spitze 160 in den Draht 140 geleitet. Der Strom wird dann durch den Draht zu dem Werkstück über den Kontakt des Drahtes 140 zu dem Werkstück W geleitet. Dieser Stromfluss erwärmt den Draht 140, wie im vorliegenden Text beschrieben. Natürlich braucht die Stromversorgung 170 nicht direkt mit der Kontaktspitze gekoppelt zu sein, wie gezeigt, sondern kann mit einer Drahtzufuhrvorrichtung 150 gekoppelt werden, die den Strom zu der Spitze 160 leitet. 11B zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Spitze 160 aus zwei Komponenten 160 und 160' besteht, so dass der negative Anschluss der Stromversorgung 170 mit der zweiten Komponente 160' gekoppelt ist. In einer solchen Ausführungsform fließt der Erwärmungsstrom von der ersten Spitzenkomponente 160 zu dem Draht 140 und dann in die zweiten Spitzenkomponenten 160'. Der Stromfluss durch den Draht 140, zwischen den Komponenten 160 und 160', ruft ein Erwärmen des Drahtes hervor, wie im vorliegenden Text beschrieben. 11C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wobei die Spitze 160 eine Induktionsspule 1110 enthält, die bewirkt, dass die Spitze 160 und der Draht 140 durch Induktionserwärmung erwärmt werden. In einer solchen Ausführungsform kann die Induktionsspule 1110 integral mit der Kontaktspitze 160 ausgebildet werden, oder sie kann um eine Oberfläche der Spitze 160 herum gewunden werden. Natürlich können auch andere Konfigurationen für die Spitze 160 verwendet werden, solange die Spitze den erforderlichen Erwärmungsstrom oder die erforderliche Leistung an den Draht 140 liefert, so dass der Draht die gewünschte Temperatur für die Schweißoperation erreichen kann.The 11A to 11C show different embodiments of the tip 160 that can be used. 11A shows a tip 160 which closely resembles the structure and operation of a normal arc welding contact tip. During hot wire welding, as described herein, the heating current is from the power supply 170 to the contact point 160 headed and gets from the top 160 in the wire 140 directed. The current is then transmitted through the wire to the workpiece via the contact of the wire 140 directed to the workpiece W. This current flow heats the wire 140 as described herein. Of course, the power supply needs 170 not directly coupled to the contact tip, as shown, but may be with a wire feeder 150 be coupled, which is the current to the top 160 passes. 11B shows a further embodiment of the present invention, wherein the tip 160 from two components 160 and 160 ' so that the negative terminal of the power supply 170 with the second component 160 ' is coupled. In such an embodiment, the heating current flows from the first peak component 160 to the wire 140 and then into the second peak components 160 ' , The flow of current through the wire 140 , between the components 160 and 160 ' , causes heating of the wire as described herein. 11C shows another exemplary embodiment, wherein the tip 160 an induction coil 1110 contains that causes the tip 160 and the wire 140 be heated by induction heating. In such an embodiment, the induction coil 1110 integral with the contact tip 160 be formed, or they may be around a surface of the top 160 to be wound around. Of course, other configurations may also be for the top 160 can be used as long as the tip the required heating current or the required power to the wire 140 so that the wire can reach the desired temperature for the welding operation.

Es wird nun die Funktionsweise beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie oben besprochen, verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowohl eine hoch-intensive Energiequelle als auch eine Stromversorgung, die den Fülldraht erwärmt. Jeder Aspekt dieses Prozesses wird der Reihe nach besprochen. Es ist anzumerken, dass die folgenden Beschreibungen und Besprechungen nicht dafür vorgesehen sind, irgend welche der Besprechungen zu ersetzen, die oben im Hinblick auf die zuvor besprochenen Auftragsschweiß-Ausführungsformen gegeben wurden, sondern sollen jene Besprechungen in Bezug auf Schweiß- oder Verbindungsanwendungen ergänzen. Die obigen Besprechungen in Bezug auf die Auftragsschweißoperationen sind ebenfalls für die Zwecke des Verbindens und Schweißens aufgenommen.The operation of exemplary embodiments of the present invention will now be described. As discussed above, embodiments of the present invention use both a high-intensity power source and a power supply that heats the flux-cored wire. Every aspect of this process is discussed in turn. It should be understood that the following descriptions and discussions are not intended to replace any of the discussions given above with respect to the build-up weld embodiments discussed above, but are intended to supplement those relating to welding or bonding applications. The above discussions regarding the hardfacing operations are also included for the purposes of joining and welding.

Beispielhafte Ausführungsformen für Verbinden und Schweißen können denen ähneln, die in 1 gezeigt sind. Wie oben beschrieben, wird eine Warmdraht-Stromversorgung 170 bereitgestellt, die einen Erwärmungsstrom zu dem Fülldraht 140 liefert. Der Strom fließt von der Kontaktspitze 160 (die von jeder bekannten Bauart sein kann) zu dem Draht 140 und dann in das Werkstück. Dieser Widerstandserwärmungsstrom bewirkt, dass der Draht 140 zwischen der Spitze 160 und dem Werkstück eine Temperatur auf oder nahe der Schmelztemperatur des verwendeten Fülldrahtes 140 erreicht. Natürlich variiert die Schmelztemperatur des Fülldrahtes 140 in Abhängigkeit von der Größe und chemischen Zusammensetzung des Drahtes 140. Dementsprechend variiert die gewünschte Temperatur des Fülldrahtes während des Schweißens in Abhängigkeit von dem Draht 140. Wie weiter unten noch näher besprochen wird, kann die gewünschte Betriebstemperatur für den Fülldraht eine Dateneingabe in das Schweißsystem sein, dergestalt, dass die gewünschte Drahttemperatur während des Schweißens gehalten wird. In jedem Fall sollte die Temperatur des Drahtes so gewählt werden, dass der Draht während der Schweißoperation in die Schweißpfütze hinein aufgezehrt wird. In beispielhaften Ausführungsformen ist mindestens ein Teil des Fülldrahtes 140 fest, wenn der Draht in die Schweißpfütze eintritt. Zum Beispiel sind mindestens 30% des Fülldrahtes fest, wenn der Fülldraht in die Schweißpfütze eintritt.Exemplary embodiments for joining and welding may be similar to those described in US Pat 1 are shown. As described above, a hot wire power supply 170 provided a heating current to the filler wire 140 supplies. The current flows from the contact tip 160 (which may be of any known type) to the wire 140 and then into the workpiece. This resistance heating current causes the wire 140 between the top 160 and the workpiece at a temperature at or near the melting temperature of the filler wire used 140 reached. Of course, the melting temperature of the filler wire varies 140 depending on the size and chemical composition of the wire 140 , Accordingly, the desired temperature of the filler wire during welding varies depending on the wire 140 , As will be discussed in more detail below, the desired operating temperature for the flux-cored wire may be data input to the welding system such that the desired wire temperature is maintained during welding. In any case, the temperature of the wire should be chosen so that the wire is consumed in the weld puddle during the welding operation. In exemplary embodiments, at least a portion of the filler wire is 140 when the wire enters the weld puddle. For example, at least 30% of the filler wire is solid when the filler wire enters the weld puddle.

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hält die Warmdrahtstromversorgung 170 mindestens einen Teil des Fülldrahtes auf einer Temperatur, die bei oder über 75% seiner Schmelztemperatur liegt. Wenn zum Beispiel ein Weichstahlfülldraht 140 verwendet wird, so kann die Temperatur des Drahtes, bevor er in die Pfütze eintritt, bei ungefähr 1.600°F liegen, während der Draht eine Schmelztemperatur von etwa 2.000°F hat. Natürlich versteht es sich, dass die jeweiligen Schmelztemperaturen und gewünschten Betriebstemperaturen mindestens entsprechend der Legierung, der Zusammensetzung, dem Durchmesser und der Zufuhrrate des Fülldrahtes variieren. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform hält die Stromversorgung 170 einen Teil des Fülldrahtes auf einer Temperatur bei oder über 90% seiner Schmelztemperatur. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen werden Abschnitte des Drahtes auf einer Temperatur des Drahtes gehalten, die bei oder über 95% seiner Schmelztemperatur liegt. In beispielhaften Ausführungsformen hat der Draht 140 einen Temperaturgradienten ab dem Punkt, an dem der Erwärmungsstrom in den Draht 140 und die Pfütze angelegt wird, wobei die Temperatur in der Pfütze höher ist als die an Eingangspunkt des Erwärmungsstroms. Es ist wünschenswert, die wärmste Temperatur des Drahtes 140 bei oder nahe dem Punkt zu haben, an dem der Draht in die Pfütze eintritt, um ein effizientes Schmelzen des Drahtes 140 zu ermöglichen. Das heißt, die oben angegebenen Temperaturprozentsätze sind an dem Draht an oder nahe dem Punkt zu messen, an dem die Drähte in den Pfütze eintreten. Durch Halten des Fülldrahtes 140 auf einer Temperatur nahe oder bei seiner Schmelztemperatur wird der Draht 140 auf einfache Weise in die durch die Wärmequelle oder den Laser 120 erzeugte Schweißpfütze eingeschmolzen oder darin aufgezehrt. Das heißt, der Draht 140 ist auf einer Temperatur, die nicht zu einem signifikanten Abschrecken der Schweißpfütze führt, wenn der Draht 140 einen Kontakt mit der Pfütze herstellt. Aufgrund der hohen Temperatur des Drahtes 140 schmilzt der Draht rasch, wenn er einen Kontakt mit der Schweißpfütze herstellt. Es ist wünschenswert, die Drahttemperatur so einzustellen, dass der Draht nicht den Boden der Schweißpfütze berührt, d. h. keinen Kontakt mit dem nichtgeschmolzenen Teil der Schweißpfütze herstellt. Ein solcher Kontakt kann die Qualität der Schweißnaht negativ beeinflussenIn an exemplary embodiment of the present invention, the hot wire power supply holds 170 at least part of the filler wire at a temperature which is at or above 75% of its melting temperature. If, for example, a mild steel filler wire 140 is used, the temperature of the wire before it enters the puddle may be about 1,600 ° F while the wire has a melting temperature of about 2,000 ° F. Of course, it is understood that the particular melting temperatures and desired operating temperatures vary at least according to the alloy, the composition, the diameter and the feed rate of the filler wire. In another exemplary embodiment, the power supply stops 170 a portion of the cored wire at a temperature at or above 90% of its melting temperature. In further exemplary embodiments, portions of the wire are maintained at a temperature of the wire that is at or above 95% of its melting temperature. In exemplary embodiments, the wire has 140 a temperature gradient from the point where the heating current in the wire 140 and the puddle is applied, wherein the temperature in the puddle is higher than that at the entry point of the heating stream. It is desirable to have the warmest temperature of the wire 140 at or near the point where the wire enters the puddle to efficiently melt the wire 140 to enable. That is, the above-indicated temperature percentages are to be measured on the wire at or near the point where the wires enter the puddle. By holding the filler wire 140 at a temperature near or at its melting temperature becomes the wire 140 in a simple way in by the heat source or the laser 120 melted puddle melted or consumed in it. That is, the wire 140 is at a temperature that does not lead to a significant quenching of the weld puddle when the wire 140 makes contact with the puddle. Due to the high temperature of the wire 140 The wire quickly melts when it makes contact with the welding puddle. It is desirable to set the wire temperature so that the wire does not touch the bottom of the weld puddle, ie, does not make contact with the unmelted portion of the weld puddle. Such contact can adversely affect the quality of the weld

Wie zuvor beschrieben, kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen das vollständige Schmelzen des Drahtes 140 allein durch das Eintreten des Drahtes 140 in die Pfütze bewerkstelligt werden. Jedoch kann der Draht 140 in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch durch eine Kombination der Pfütze und des Laserstrahls 110, der auf einen Teil des Drahtes 140 auftrifft, vollständig geschmolzen werden. In wieder anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Erwärmen oder Schmelzen des Drahtes 140 durch den Laserstrahl 110 dergestalt unterstützt werden, dass der Strahl 110 zum Erwärmen des Drahtes 140 beiträgt. Weil jedoch viele Fülldrähte 140 aus Materialien bestehen, die reflektieren können, sollte, wenn ein reflektierender Laser verwendet wird, der Draht 140 auf eine solche Temperatur erwärmt werden, dass sein Oberflächenreflexionsvermögen reduziert wird, so dass der Strahl 110 zum Erwärmen oder Schmelzen des Drahtes 140 beitragen kann. In beispielhaften Ausführungsformen dieser Konfiguration überschneiden sich der Draht 140 und der Strahl 110 an dem Punkt, wo der Draht 140 in die Pfütze eintritt.As previously described, in some example embodiments, the complete melting of the wire 140 only by the entry of the wire 140 be done in the puddle. However, the wire can 140 in other exemplary embodiments also by a combination of the puddle and the laser beam 110 that is on a part of the wire 140 hits, completely melted. In still other embodiments of the present invention, the heating or melting of the wire 140 through the laser beam 110 be supported in such a way that the beam 110 for heating the wire 140 contributes. Because, however, many cored wires 140 made of materials that can reflect should, if a reflective laser is used, the wire 140 be heated to a temperature such that its surface reflectivity is reduced, so that the beam 110 for heating or melting the wire 140 can contribute. In exemplary embodiments of this configuration, the wire overlap 140 and the beam 110 at the point where the wire 140 enters the puddle.

Wie zuvor auch mit Bezug auf 1 besprochen, steuern die Stromversorgung 170 und die Steuereinheit 195 den Erwärmungsstrom zu dem Draht 140 dergestalt, dass während des Schweißens der Draht 140 den Kontakt zu dem Werkstück hält und kein Lichtbogen erzeugt wird. Im Gegensatz zur Schweißtechnologie kann das Vorhandensein eines Lichtbogens beim Schweißen mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu signifikanten Mängeln an der Schweißnaht führen. Das heißt, in einigen Ausführungsformen (wie den oben besprochenen) sollte die Spannung zwischen dem Draht 140 und der Schweißpfütze auf oder nahe 0 Volt gehalten werden, was anzeigt, dass der Draht mit dem Werkstück oder der Schweißpfütze kurzgeschlossen ist oder in Kontakt steht.As before with reference to 1 discussed, control the power supply 170 and the control unit 195 the heating current to the wire 140 such that during welding the wire 140 keeps the contact to the workpiece and no arc is generated. In contrast to welding technology, the presence of an arc during welding with embodiments of the present invention can lead to significant defects in the weld. That is, in some embodiments (such as those discussed above), the tension between the wire should be 140 and maintaining the weld puddle at or near zero volts, indicating that the wire is shorted or in contact with the workpiece or weld puddle.

Jedoch ist es in anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, einen Strom mit einem solchen Pegel bereitzustellen, dass ein Spannungspegel über 0 Volt ohne Erzeugung eines Lichtbogens erhalten wird. Durch Verwendung höherer Stromwerte ist es möglich, die Elektrode 140 bei Temperaturen auf einem höheren Pegel und näher an der Schmelztemperatur einer Elektrode zu halten. Dadurch kann der Schweißprozess schneller vonstatten gehen. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwacht die Stromversorgung 170 die Spannung, und wenn die Spannung einen Spannungswert an einem Punkt über 0 Volt erreicht oder sich diesem annähert, so beendet die Stromversorgung 170 das Einspeisen von Strom in den Draht 140, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Der Spannungsschwellenpegel variiert in der Regel, mindestens zum Teil, entsprechend der Art der verwendeten Schweißelektrode 140. Zum Beispiel liegt in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Schwellenspannungspegel bei oder unter 6 Volt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 9 Volt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 14 Volt, und in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 16 Volt. Wenn zum Beispiel Weichstahl-Fülldrähte verwendet werden, so ist der Schwellenpegel für die Spannung vom niedrigeren Typ, während Fülldrähte, die für das Edelstahlschweißen ausgelegt sind, eine höhere Spannung verarbeiten können, bevor ein Lichtbogen erzeugt wird.However, in other exemplary embodiments of the present invention, it is possible to provide a current at a level such that a voltage level above 0 volts is obtained without generating an arc. By using higher current values, it is possible to use the electrode 140 at temperatures at a higher level and closer to the melting temperature of an electrode. This makes the welding process faster. In exemplary embodiments of the present invention monitors the power supply 170 the voltage, and when the voltage reaches or approaches a voltage at a point above 0 volts, the power supply stops 170 feeding electricity into the wire 140 to ensure that no arc is generated. The threshold voltage level typically varies, at least in part, according to the type of welding electrode used 140 , For example, in some exemplary embodiments of the present invention, the threshold voltage level is at or below 6 volts. In another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 9 volts. In another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 14 volts, and in another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 16 volts. For example, if mild steel cored wires are used, the threshold level for the voltage is of the lower type, while cored wires designed for stainless steel welding can handle higher voltage before an arc is generated.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird, anstatt einen Spannungspegel unterhalb einer Schwelle zu halten, wie oben beschrieben, die Spannung in einem Betriebsbereich gehalten. In einer solchen Ausführungsform ist es wünschenswert, die Spannung über einem Mindestbetrag zu halten, der einen Strom gewährleistet, der ausreichend hoch ist, um den Fülldraht auf oder nahe seiner Schmelztemperatur zu halten, aber unterhalb eines Spannungspegels, so dass kein Schweißlichtbogen erzeugt wird. Zum Beispiel kann die Spannung in einem Bereich von 1 bis 16 Volt gehalten werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Spannung in einem Bereich von 6 bis 9 Volt gehalten. In einem weiteren Beispiel kann die Spannung zwischen 12 und 16 Volt gehalten werden. Natürlich kann der gewünschte Betriebsbereich durch den für die Schweißoperation verwendeten Fülldraht 140 beeinflusst werden, so dass ein Bereich (oder eine Schwelle), der für eine Schweißoperation verwendet wird, wenigstens zum Teil anhand des verwendeten Fülldrahtes oder anhand von Charakteristika des verwendeten Fülldrahtes ausgewählt wird. Beim Verwenden eines solchen Bereichs wird das untere Ende des Bereichs auf eine Spannung eingestellt, bei der der Fülldraht hinreichend in der Schweißpfütze aufgezehrt werden kann, und die obere Grenze des Bereichs wird auf eine solche Spannung eingestellt, dass die Entstehung eines Lichtbogens vermieden wird.In other exemplary embodiments, rather than maintaining a voltage level below a threshold, as described above, the voltage is maintained in an operating range. In such an embodiment, it is desirable to maintain the voltage above a minimum amount that ensures a current that is sufficiently high to maintain the filler wire at or near its melting temperature, but below a voltage level so that no welding arc is generated. For example, the voltage in a range of 1 to 16 volts. In another exemplary embodiment, the voltage is maintained in a range of 6 to 9 volts. In another example, the voltage may be maintained between 12 and 16 volts. Of course, the desired operating range can be achieved by the cored wire used for the welding operation 140 so that an area (or threshold) used for a welding operation is selected, at least in part, based on the filler wire used or on the characteristics of the flux-cored wire used. In using such a range, the lower end of the range is set to a voltage at which the filler wire can be sufficiently consumed in the weld puddle, and the upper limit of the range is set to such a voltage as to avoid generation of an arc.

Wie zuvor beschrieben, wird, wenn die Spannung eine gewünschte Schwellenspannung übersteigt, der Erwärmungsstrom durch die Stromversorgung 170 abgeschaltet, so dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiter unten besprochen.As described above, when the voltage exceeds a desired threshold voltage, the heating current through the power supply becomes 170 switched off, so that no arc is generated. This aspect of the present invention will be discussed below.

In den vielen oben beschriebenen Ausführungsformen enthält die Stromversorgung 170 Schaltungen, die zum Überwachen und Halten der Spannung, wie oben beschrieben, verwendet werden. Die Bauweise solcher Arten von Schaltungen ist dem Fachmann bekannt. Jedoch wurden solche Schaltungen herkömmlicherweise dafür verwendet, eine Spannung oberhalb einer bestimmten Schwelle für das Lichtbogenschweißen zu halten.In the many embodiments described above, the power supply includes 170 Circuits used to monitor and hold the voltage as described above. The construction of such types of circuits is known to those skilled in the art. However, such circuits have conventionally been used to maintain a voltage above a certain threshold for arc welding.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Erwärmungsstrom ebenfalls durch die Stromversorgung 170 überwacht und/oder geregelt werden. Dies kann alternativ zusätzlich zum Überwachen von Spannung, Leistung oder eines Pegels eines Spannungs- oder Stromstärke-Charakteristikums geschehen. Das heißt, der Strom kann auf einem oder mehreren gewünschten Pegeln gehalten werden, um sicherzustellen, dass der Draht 140 auf einer zweckmäßigen Temperatur für das korrekte Aufzehren in der Schweißpfütze gehalten wird, aber dennoch unterhalb eines Lichtbogenentstehungs-Strompegels. Zum Beispiel werden in einer solchen Ausführungsform die Spannung und/oder der Strom überwacht, um sicherzustellen, dass eines oder beide innerhalb eines spezifizierten Bereichs oder unterhalb einer gewünschten Schwelle liegen. Die Stromversorgung regelt dann den zugeführten Strom, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird, aber die gewünschten Betriebsparameter gehalten werden.In further exemplary embodiments, the heating current may also be provided by the power supply 170 monitored and / or regulated. This may alternatively be done in addition to monitoring voltage, power, or a level of a voltage or current characteristic. That is, the current can be kept at one or more desired levels to ensure that the wire 140 is maintained at an appropriate temperature for proper wicking in the weld puddle, yet below an arc generation current level. For example, in such an embodiment, the voltage and / or current is monitored to ensure that one or both are within a specified range or below a desired threshold. The power supply then regulates the supplied current to ensure that no arc is generated but the desired operating parameters are maintained.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Erwärmungsleistung (V × I) ebenfalls durch die Stromversorgung 170 überwacht und geregelt werden. Genauer gesagt, werden in solchen Ausführungsformen die Spannung und der Strom für die Erwärmungsleistung überwacht, um auf einem gewünschten Pegel oder in einem gewünschten Bereich gehalten zu werden. Das heißt, die Stromversorgung regelt nicht nur die Spannung oder den Strom zu dem Draht, sondern sie kann sowohl den Strom als auch die Spannung regeln. Eine solche Ausführungsform kann eine verbesserte Kontrolle über das Schweißsystem ermöglichen. In solchen Ausführungsformen kann die Erwärmungsleistung zu dem Draht auf einen oberen Schwellenpegel oder einen optimalen Betriebsbereich eingestellt werden, so dass die Leistung entweder unterhalb des Schwellenpegels oder innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten ist (ähnlich dem, was oben in Bezug auf die Spannung besprochen wurde). Auch hier basieren die Schwellen- oder Bereichseinstellungen auf den Charakteristika des Fülldrahtes und dem ausgeführten Schweißen und können – mindestens zum Teil – auf dem ausgewählten Fülldraht basieren. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass eine optimale Leistungseinstellung für eine Weichstahlelektrode mit einem Durchmesser von 0,045'' im Bereich von 1950 bis 2050 Watt liegt. Die Stromversorgung regelt die Spannung und den Strom so, dass die Leistung in diesem Betriebsbereich bleibt. Gleichermaßen kann, wenn die Leistungsschwelle auf 2.000 Watt eingestellt wird, die Stromversorgung die Spannung und den Strom so regeln, dass der Leistungspegel diese Schwelle nicht überschreitet, sondern nahe bei ihr liegt.In another exemplary embodiment of the present invention, the heating power (V x I) may also be provided by the power supply 170 be monitored and regulated. More specifically, in such embodiments, the voltage and current for the heating power are monitored to be maintained at a desired level or within a desired range. That is, the power supply not only controls the voltage or current to the wire, but it can control both the current and the voltage. Such an embodiment may allow for improved control over the welding system. In such embodiments, the heating power to the wire may be set to an upper threshold level or operating range such that the power is to be maintained below either the threshold level or within the desired range (similar to what has been discussed above with respect to voltage). , Again, the threshold or range adjustments are based on the characteristics of the filler wire and the welding performed and may be based, at least in part, on the selected flux cored wire. For example, it may be determined that an optimum power setting for a 0.045 "diameter mild steel electrode is in the range of 1950 to 2050 watts. The power supply regulates the voltage and current so that the power remains in this operating range. Likewise, if the power threshold is set to 2000 watts, the power supply can regulate the voltage and current so that the power level does not exceed this threshold, but is close to it.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält die Stromversorgung 170 Schaltkreise, die die Änderungsrate der Erwärmungsspannung (dv/dt), des Stroms (di/dt) und/oder der Leistung (dp/dt) überwachen. Solche Schaltkreise werden oft als Vorausschauschaltkreise bezeichnet, und ihre allgemeine Bauweise ist bekannt. In solchen Ausführungsformen wird die Änderungsrate von Spannung, Strom und/oder Leistung so überwacht, dass, wenn die Änderungsrate eine bestimmte Schwelle übersteigt, der Erwärmungsstrom zu dem Draht 140 abgeschaltet wird.In other exemplary embodiments of the present invention, the power supply includes 170 Circuits that monitor the rate of change of the heating voltage (dv / dt), the current (di / dt) and / or the power (dp / dt). Such circuits are often referred to as upshift circuits, and their general design is known. In such embodiments, the rate of change of voltage, current, and / or power is monitored so that when the rate of change exceeds a certain threshold, the heating current to the wire 140 is switched off.

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Änderung von Widerstand (dr/dt) ist auch überwacht. In einer solchen Ausführungsform wird der Widerstand in dem Draht zwischen der Kontaktspitze und der Pfütze überwacht. Während des Schweißens beginnt der Draht, sich abzuschnüren, wenn er sich erwärmt, und hat eine Tendenz, einen Lichtbogen zu bilden; während dieser Zeit nimmt der Widerstand in dem Draht exponentiell zu. Wenn diese Zunahme detektiert wird, so wird der Ausgang der Stromversorgung abgeschaltet, wie im vorliegenden Text beschrieben, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen entsteht. Ausführungsformen regeln die Spannung, den Strom oder beides, um sicherzustellen, dass der Widerstand in dem Draht auf einem gewünschten Pegel gehalten wird.In an exemplary embodiment of the present invention, the change in resistance (dr / dt) is also monitored. In such an embodiment, the resistance in the wire between the contact tip and the puddle is monitored. During welding, the wire begins to pinch off when heated and has a tendency to form an arc; during this time, the resistance in the wire increases exponentially. When this increase is detected, the output of the power supply becomes shut down as described herein to ensure that no arc is generated. Embodiments control the voltage, current, or both to ensure that the resistance in the wire is maintained at a desired level.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Erwärmungsstrom nicht abgeschaltet, wenn der Schwellenpegel detektiert wird, sondern die Stromversorgung 170 reduziert den Erwärmungsstrom auf einen Nicht-Lichtbogenerzeugungspegel. Ein solcher Pegel kann ein Hintergrundstrompegel sein, wo kein Lichtbogen erzeugt wird, wenn der Draht von der Schweißpfütze getrennt wird. Zum Beispiel kann eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Nicht-Lichtbogenerzeugungs-Strompegel von 50 A haben, wo – sobald eine Lichtbogenerzeugung detektiert oder prädiziert wird oder eine obere Schwelle (oben besprochen) erreicht wird – die Stromversorgung 170 den Erwärmungsstrom von seinem Betriebspegel auf den Nicht-Lichtbogenerzeugungspegel entweder für die Dauer eines zuvor festgelegten Zeitraums (zum Beispiel 1 bis 10 ms), oder bis die detektierte Spannung, der detektierte Strom, die detektierte Leistung und/oder der detektierte Widerstand unter die obere Schwelle fällt, senkt. Diese Nicht-Lichtbogenerzeugungsschwelle kann ein Spannungspegel, ein Strompegel, ein Widerstandpegel und/oder ein Leistungspegel sein. In solchen Ausführungsformen kann durch Aufrechterhalten eines Stromausgangs während eines Lichtbogenerzeugungsereignisses, wenn auch auf einem niedrigen Pegel, eine schnellere Rückkehr zum Erwärmungsstrom-Betriebspegel ausgeführt werden.In further exemplary embodiments of the present invention, the heating current is not turned off when the threshold level is detected, but the power supply 170 reduces the heating current to a non-arc generation level. Such a level may be a background current level where no arc is generated when the wire is separated from the weld puddle. For example, an exemplary embodiment of the present invention may have a non-arcing current level of 50A where, once arc generation is detected or predicted or reaches an upper threshold (discussed above), the power supply 170 the heating current from its operating level to the non-arcing level either for the duration of a predetermined period of time (eg, 1 to 10 ms), or until the detected voltage, the detected current, the detected power, and / or the detected resistance is below the upper threshold falls, lowers. This non-arc generation threshold may be a voltage level, a current level, a resistance level, and / or a power level. In such embodiments, by maintaining a current output during an arcing event, albeit at a low level, a faster return to the heating current operating level may be performed.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang der Stromversorgung 170 so gesteuert, dass während der Schweißoperation kein nennenswerter Lichtbogen erzeugt wird. In einigen beispielhaften Schweißoperationen kann die Stromversorgung so steuert werden, dass kein nennenswerter Lichtbogen zwischen dem Fülldraht 140 und der Pfütze erzeugt wird. Es ist allgemein bekannt, dass ein Lichtbogen zwischen einem physischen Spalt zwischen dem distalen Ende des Fülldrahtes 140 und der Schweißpfütze erzeugt wird. Wie oben beschrieben, verhindern beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diese Lichtbogenbildung, indem der Fülldraht 140 in Kontakt mit der Pfütze gehalten wird. Jedoch beeinträchtigt in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Vorhandensein eines unerheblichen Lichtbogens nicht die Qualität der Schweißnaht. Das heißt, in einigen beispielhaften Schweißoperationen führt die Entstehung eines unerheblichen Lichtbogens von kurzer Dauer nicht zu einem Grad an Wärmezufuhr, der die Schweißnahtqualität beeinträchtigt. In solchen Ausführungsformen werden das Schweißsystem und die Stromversorgung so gesteuert und betrieben, wie im vorliegenden Text mit Bezug auf das vollständige Vermeiden eines Lichtbogens beschrieben, aber die Stromversorgung 170 wird so gesteuert, dass, insofern ein Lichtbogen erzeugt wird, der Lichtbogen unerheblich ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen wird die Stromversorgung 170 so betrieben, dass ein erzeugter Lichtbogen eine Dauer von weniger als 10 ms hat. In anderen beispielhaften Ausführungsformen hat der Lichtbogen eine Dauer von weniger als 1 ms, und in anderen beispielhaften Ausführungsformen hat der Lichtbogen eine Dauer von weniger als 300 μs. In solchen Ausführungsformen beeinträchtigt das Vorhandensein solcher Lichtbögen nicht die Schweißnahtqualität, weil der Lichtbogen keine nennenswerte Wärmezufuhr zu der Schweißnaht verursacht oder keine signifikanten Schweißspritzer oder keine signifikante Porosität verursacht. Das heißt, in solchen Ausführungsformen wird die Stromversorgung 170 so gesteuert, dass, insofern ein Lichtbogen erzeugt wird, er auf einer unerheblichen Dauer gehalten wird, so dass die Schweißnahtqualität nicht beeinträchtigt wird. Die gleiche Steuerungslogik und die gleichen Steuerungskomponenten wie die, die im vorliegenden Text mit Bezug auf andere Ausführungsformen besprochen werden, können in diesen beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden. Jedoch kann die Stromversorgung 170 für die obere Schwellengrenze die Detektion der Entstehung eines Lichtbogens verwenden, anstatt einen Schwellenpunkt (von Strom, Leistung, Spannung, Widerstand) unterhalb eines zuvor festgelegten oder prädizierten Lichtbogenentstehungspunktes. Eine solche Ausführungsform kann es erlauben, dass die Schweißoperation näher an ihren Grenzwerten arbeitet.In another exemplary embodiment of the present invention, the output of the power supply 170 controlled so that no appreciable arc is generated during the welding operation. In some exemplary welding operations, the power supply can be controlled so that there is no appreciable arc between the flux cored wire 140 and the puddle is created. It is well known that an arc between a physical gap between the distal end of the filler wire 140 and the weld puddle is generated. As described above, exemplary embodiments of the present invention prevent such arcing by causing the filler wire 140 kept in contact with the puddle. However, in some exemplary embodiments, the presence of a negligible arc does not affect the quality of the weld. That is, in some exemplary welding operations, the creation of a negligible short duration arc does not result in a degree of heat input that affects weld quality. In such embodiments, the welding system and power supply are controlled and operated as described herein with respect to the complete elimination of an arc, but the power supply 170 is controlled so that, insofar as an arc is generated, the arc is insignificant. In some example embodiments, the power supply becomes 170 operated so that a generated arc has a duration of less than 10 ms. In other exemplary embodiments, the arc has a duration of less than 1 ms, and in other exemplary embodiments, the arc has a duration of less than 300 μs. In such embodiments, the presence of such arcs does not affect weld quality because the arc does not cause significant heat input to the weld, or cause significant spatter or significant porosity. That is, in such embodiments, the power supply becomes 170 controlled so that, insofar as an arc is generated, it is kept to a negligible duration, so that the weld quality is not affected. The same control logic and control components as those discussed herein with respect to other embodiments may be used in these exemplary embodiments. However, the power supply can 170 for the upper threshold limit, use the detection of arc generation, rather than a threshold point (of current, power, voltage, resistance) below a predetermined or predicted arc creation point. Such an embodiment may allow the welding operation to operate closer to its limits.

Weil es erwünscht ist, dass sich der Fülldraht 140 in einem ständig kurzgeschlossenen Zustand (in ständigem Kontakt mit der Schweißpfütze) befindet, neigt der Strom dazu, mit einer langsamen Rate abzuklingen. Das liegt an der Induktivität, die in der Stromversorgung, den Schweißkabeln und in dem Werkstück vorhanden ist. In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, den Strom zu zwingen, mit einer schnelleren Rate abzuklingen, so dass der Strom in dem Draht mit einer hohen Rate reduziert wird. Allgemein gilt: Je schneller der Strom reduziert werden kann, desto besser ist die Kontrolle, die über ein Verbindungsverfahren erreicht werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Abstiegszeit für den Strom nach dem Detektieren des Erreichens oder Überschreitens einer Schwelle 1 Millisekunde. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Abstiegszeit für den Strom 300 Mikrosekunden oder weniger. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt die Abstiegszeit im Bereich von 300 bis 100 Mikrosekunden.Because it is desired that the filler wire 140 In a constantly shorted condition (in constant contact with the weld puddle), the current tends to decay at a slow rate. This is due to the inductance present in the power supply, the welding cables and in the workpiece. In some applications, it may be necessary to force the current to decay at a faster rate so that the current in the wire is reduced at a high rate. In general, the faster the power can be reduced, the better the control that can be achieved via a connection method. In an exemplary embodiment of the present invention, the time-out for the current after detecting reaching or exceeding a threshold is 1 millisecond. In another exemplary embodiment of the present invention, the time-to-go for the current is 300 microseconds or less. In a further exemplary embodiment, the Descent time in the range of 300 to 100 microseconds.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird, um solche Abstiegszeiten zu erreichen, ein Abstiegsschaltkreis in die Stromversorgung 170 eingebaut, was hilft, die Abstiegszeit zu verkürzen, wenn ein Lichtbogen prädiziert oder detektiert wird. Wenn zum Beispiel ein Lichtbogen entweder detektiert oder prädiziert wird, so öffnet sich ein Abstiegsschaltkreis, der einen Widerstand in den Stromkreis einträgt. Zum Beispiel kann der Widerstand von einer Art sein, der den Stromfluss in 50 Mikrosekunden auf unter 50 A reduziert. Ein vereinfachtes Beispiel eines solchen Stromkreises ist in 18 gezeigt. Der Stromkreis 1800 hat einen Widerstand 1801 und einen Schalter 1803, die so in den Schweißstromkreis eingebaut sind, dass, wenn die Stromversorgung arbeitet und Strom liefert, der Schalter 1803 geschlossen ist. Wenn jedoch die Stromversorgung die Energiezufuhr stoppt (um die Entstehung eines Lichtbogens zu verhindern, oder wenn ein Lichtbogen detektiert wird), so öffnet sich der Schalter und zwingt den induzierten Strom durch den Widerstand 1801. Der Widerstand 1801 erhöht deutlich den Widerstand des Stromkreises und reduziert den Strom mit einem höheren Tempo. Eine solche Art von Stromkreis ist dem Schweißfachmann allgemein bekannt und findet sich beispielsweise in einer PowerWave®-Schweißstromversorgung, die von der Firma The Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio, hergestellt wird und die Surface-Tension-Transfer-Technologie („STT”) enthält. Die STT-Technologie wird allgemein in US-Patenten Nr. 4,866,247 , 5,148,001 , 6,051,810 und 7,109,439 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Natürlich besprechen diese Patente allgemein die Verwendung der offenbarten Schaltungen, um sicherzustellen, dass ein Lichtbogen erzeugt und aufrecht erhalten wird. Der einschlägig bewanderte Fachmann kann ein solches System leicht anpassen, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird.In an exemplary embodiment, to achieve such descent times, a descent circuit is incorporated into the power supply 170 which helps shorten the descent time when an arc is predicted or detected. For example, when an arc is either detected or predicted, a descent circuit opens, introducing resistance into the circuit. For example, the resistance may be of a type that reduces the current flow to below 50A in 50 microseconds. A simplified example of such a circuit is in 18 shown. The circuit 1800 has a resistance 1801 and a switch 1803 , which are built into the welding circuit so that when the power supply is working and supplying power, the switch 1803 closed is. However, if the power supply stops the power supply (to prevent the generation of an arc or if an arc is detected), the switch opens and forces the induced current through the resistor 1801 , The resistance 1801 significantly increases the resistance of the circuit and reduces the current at a faster pace. Such type of circuit is the welding expert generally known and can be found for example in a Powerwave ® -Schweißstromversorgung which is manufactured by The Lincoln Electric Company of Cleveland, Ohio and the Surface Tension Transfer technology ( "STT") contains. The STT technology is commonly used in U.S. Patent Nos. 4,866,247 . 5,148,001 . 6,051,810 and 7,109,439 which are hereby incorporated by reference in their entireties in the present text. Of course, these patents generally discuss the use of the disclosed circuits to ensure that an arc is created and maintained. Those skilled in the art can easily adapt such a system to ensure that no arc is generated.

Die oben beschriebene Besprechung kann mit Bezug auf 12 weiter verstanden werden, wo ein beispielhaftes Schweißsystem gezeigt ist. (Es ist anzumerken, dass das Lasersystem 13 zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt). Das System 1200 ist so gezeigt, dass es eine Warmdraht-Stromversorgung 1210 aufweist (die von einer ähnlichen Art sein kann wie die, die als 170 in 1 gezeigt ist). Die Stromversorgung 1210 kann von einer bekannten Schweißstromversorgungsbauart sein, wie zum Beispiel eine Wechselrichter-Stromversorgung. Weil das Design, die Funktionsweise und die Bauweise solcher Stromversorgungen bekannt sind, werden sie im vorliegenden Text nicht ausführlich besprochen. Die Stromversorgung 1210 enthält eine Benutzereingabe 1220, die es einem Nutzer erlaubt, Daten einzugeben, einschließlich beispielsweise Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Drahtart, Drahtdurchmesser, ein gewünschter Leistungspegel, eine gewünschte Drahttemperatur oder ein gewünschter Spannungs- und/oder Strompegel. Natürlich können nach Bedarf auch andere Eingangsparameter verwendet werden. Die Benutzerschnittstelle 1220 ist mit einer CPU oder Steuereinheit 1230 gekoppelt, die die Nutzereingabedaten empfängt und diese Informationen verwendet, um die benötigten Betriebssollpunkte oder -bereiche für das Energiemodul 1250 zu erzeugen. Das Energiemodul 1250 kann von jeder bekannten Art oder Konstruktion sein, einschließlich ein Wechselrichter- oder Transformatormodul.The discussion described above may be with reference to 12 be further understood, where an exemplary welding system is shown. (It should be noted that the laser system 13 not shown for clarity). The system 1200 is shown to be a hot wire power supply 1210 (which may be of a similar type to the one referred to as 170 in 1 is shown). The power supply 1210 may be of a known welding power supply type, such as an inverter power supply. Because the design, operation and construction of such power supplies are known, they are not discussed in detail herein. The power supply 1210 contains a user input 1220 allowing a user to enter data including, for example, wire feed rate, wire type, wire diameter, desired power level, desired wire temperature, or desired voltage and / or current level. Of course, other input parameters may be used as needed. The user interface 1220 is with a CPU or control unit 1230 which receives the user input data and uses this information to obtain the required operating setpoints or ranges for the power module 1250 to create. The energy module 1250 may be of any known type or construction, including an inverter or transformer module.

Die CPU oder Steuereinheit 1230 kann die gewünschten Betriebsparameter auf zahlreiche verschiedene Arten bestimmen, einschließlich unter Verwendung einer Nachschlagetabelle. In einer solchen Ausführungsform verwendet die CPU oder Steuereinheit 1230 die Eingangsdaten, zum Beispiel Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Drahtdurchmesser und Drahtart, zum Bestimmen des gewünschten Strompegels für den Ausgang (um den Draht 140 zweckmäßig zu erwärmen) und der Schwellenspannung oder des Leistungspegels (oder des akzeptablen Betriebsbereichs von Spannung oder Leistung). Der Grund dafür ist, dass der benötigte Strom zum Erwärmen des Drahtes 140 auf die entsprechende Temperatur mindestens auf den Eingangsparametern basiert. Das heißt, ein Aluminiumdraht 140 kann eine niedrigere Schmelztemperatur haben als eine Weichstahlelektrode und erfordert somit weniger Strom oder Energie, um den Draht 140 zu schmelzen. Außerdem erfordert ein Draht 140 mit kleinerem Durchmesser weniger Strom oder Energie als eine Elektrode mit größerem Durchmesser. Darüber hinaus wächst mit zunehmender Drahtzufuhrgeschwindigkeit (und dementsprechend höherer Abscheidungsrate) auch der benötigte Strom- oder Leistungspegel zum Schmelzen des Drahtes.The CPU or control unit 1230 can determine the desired operating parameters in a number of different ways, including using a look-up table. In such an embodiment, the CPU or control unit uses 1230 the input data, for example wire feed rate, wire diameter and wire type, to determine the desired current level for the output (around the wire 140 to heat suitably) and the threshold voltage or power level (or acceptable operating range of voltage or power). The reason is that the power needed to heat the wire 140 based on the appropriate temperature at least on the input parameters. That is, an aluminum wire 140 may have a lower melting temperature than a mild steel electrode and thus requires less power or energy to the wire 140 to melt. It also requires a wire 140 smaller diameter less power or energy than a larger diameter electrode. In addition, with increasing wire feed rate (and correspondingly higher deposition rate), the power or power level needed to melt the wire also increases.

Gleichermaßen werden die Eingangsdaten durch die CPU oder Steuereinheit 1230 zum Bestimmen der Spannungs- oder Leistungsschwellen und/oder -bereiche (zum Beispiel Leistung, Strom und/oder Spannung) für den Betrieb dergestalt verwendet, dass die Entstehung eines Lichtbogens vermieden wird. Zum Beispiel kann für eine Weichstahlelektrode mit einem Durchmesser von 0,045 Inch eine Spannungsbereichseinstellung 6 bis 9 Volt betragen, wobei das Energiemodul 1250 so angesteuert wird, dass die Spannung zwischen 6 und 9 Volt gehalten wird. In einer solchen Ausführungsform werden Strom, Spannung und/oder Leistung so angesteuert, dass ein Minimum von 6 Volt gehalten wird, was sicherstellt, dass der Strom oder die Leistung hinreichend hoch ist, um die Elektrode richtig zu erwärmen, und die Spannung auf oder unter 9 Volt zu halten, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird und dass eine Schmelztemperatur des Drahtes 140 nicht überschritten wird. Natürlich können nach Bedarf auch andere Sollpunktparameter, wie zum Beispiel Spannungs-, Strom-, Leistungs- oder Widerstandsratenänderungen, durch die CPU oder Steuereinheit 1230 eingestellt werden.Likewise, the input data is provided by the CPU or control unit 1230 used to determine the voltage or power thresholds and / or ranges (eg, power, current, and / or voltage) for operation such that the generation of an arc is avoided. For example, for a 0.045 inch diameter mild steel electrode, a voltage range setting may be 6 to 9 volts, with the energy modulus 1250 is controlled so that the voltage between 6 and 9 volts is maintained. In such an embodiment, current, voltage and / or power are controlled to maintain a minimum of 6 volts, which ensures that the current or power is sufficiently high to properly heat the electrode, and the voltage is up or down 9 volts to ensure that no arc is generated and that a melting temperature of the wire 140 is not exceeded. Of course, other set point parameters, such as voltage, current, power, or resistance rate changes, may be changed by the CPU or controller as needed 1230 be set.

Wie gezeigt, ist ein positiver Anschluss 1221 der Stromversorgung 1210 mit der Kontaktspitze 160 des Warmdrahtsystems gekoppelt, und ein negativer Anschluss der Stromversorgung ist mit dem Werkstück W gekoppelt. Das heißt, ein Erwärmungsstrom wird durch den positiven Anschluss 1221 zu dem Draht 140 geleitet und durch den negativen Anschluss 1222 zurückgeführt. Eine solche Konfiguration ist allgemein bekannt.As shown, is a positive connection 1221 the power supply 1210 with the contact tip 160 of the hot wire system, and a negative terminal of the power supply is coupled to the workpiece W. That is, a heating current is passed through the positive terminal 1221 to the wire 140 passed and through the negative connection 1222 recycled. Such a configuration is well known.

Natürlich kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der negative Anschluss 1222 auch mit der Spitze 160 verbunden sein. Da Widerstandserwärmung zum Erwärmen des Drahtes 140 verwendet werden kann, kann die Spitze von einer Bauweise sein (wie in den 11 gezeigt), wo sowohl der negative als auch der positive Anschluss 1221/1222 mit der Kontaktspitze 140 gekoppelt sein können, um den Draht 140 zu erwärmen. Zum Beispiel kann die Kontaktspitze 160 eine duale Bauweise (wie in 11B gezeigt) haben oder eine Induktionsspule (wie in 11C gezeigt) verwenden.Of course, in another exemplary embodiment, the negative terminal may be 1222 also with the top 160 be connected. Because resistance heating for heating the wire 140 can be used, the top of a construction (as in the 11 shown), where both the negative and the positive connection 1221 / 1222 with the contact tip 140 can be coupled to the wire 140 to warm up. For example, the contact tip 160 a dual construction (as in 11B shown) or an induction coil (as in 11C shown).

Ein Rückmeldungs-Abfühl-Anschlussdraht 1223 ist ebenfalls mit der Stromversorgung 1210 gekoppelt. Dieser Rückmeldungs-Abfühl-Anschlussdraht kann die Spannung überwachen und die detektierte Spannung in einen Spannungsdetektionskreis 1240 einspeisen. Der Spannungsdetektionskreis 1240 übermittelt die detektierte Spannung und/oder die detektierte Spannungsänderungsrate an die CPU oder Steuereinheit 1230, die den Betrieb des Moduls 1250 entsprechend steuert. Wenn zum Beispiel die detektierte Spannung unter einem gewünschten Betriebsbereich liegt, so instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250, seinen Ausgang (Strom, Spannung und/oder Leistung) zu erhöhen, bis die detektierte Spannung innerhalb des gewünschten Betriebsbereichs liegt. Gleichermaßen instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230, wenn die detektierte Spannung auf oder über einer gewünschten Schwelle liegt, das Modul 1250, den Stromfluss zu der Spitze 160 abzuschalten, so dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Wenn die Spannung unter die gewünschte Schwelle fällt, so instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250, einen Strom oder eine Spannung oder beides zu liefern, um den Schweißprozess fortzusetzen. Natürlich kann die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250 auch instruieren, einen gewünschten Leistungspegel zu halten oder zu liefern.A feedback sense connection wire 1223 is also connected to the power supply 1210 coupled. This feedback sense lead can monitor the voltage and the detected voltage into a voltage detection circuit 1240 feed. The voltage detection circuit 1240 transmits the detected voltage and / or the detected voltage change rate to the CPU or control unit 1230 that the operation of the module 1250 controls accordingly. For example, if the detected voltage is below a desired operating range, the CPU or controller will instruct 1230 the module 1250 to increase its output (current, voltage and / or power) until the detected voltage is within the desired operating range. Equally instructs the CPU or control unit 1230 if the detected voltage is at or above a desired threshold, the module 1250 , the flow of current to the top 160 shut down so that no arc is generated. When the voltage falls below the desired threshold, the CPU or control unit instructs 1230 the module 1250 to supply a current or voltage, or both, to continue the welding process. Of course, the CPU or control unit 1230 the module 1250 also instruct to maintain or deliver a desired level of power.

Es ist anzumerken, dass der Detektionskreis 1240 und die CPU oder Steuereinheit 1230 eine ähnliche Bau- und Funktionsweise wie die in 1 gezeigte Steuereinheit 195 haben können. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Abtast- oder Detektionsrate mindestens 10 kHz. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Abtast- oder Detektionsrate im Bereich von 100 bis 200 kHz.It should be noted that the detection circuit 1240 and the CPU or control unit 1230 a similar construction and operation as the in 1 shown control unit 195 can have. In exemplary embodiments of the present invention, the sampling or detection rate is at least 10 kHz. In other exemplary embodiments, the sampling or detection rate is in the range of 100 to 200 kHz.

Die 13A–C zeigen beispielhafte Strom- und Spannungswellenformen, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Jede dieser Wellenformen wird der Reihe nach besprochen. 13A zeigt die Spannungs- und Stromwellenformen für eine Ausführungsform, wo der Fülldraht 140 die Schweißpfütze berührt, nachdem der Stromversorgungsausgang wieder eingeschaltet wurde – nach einem Lichtbogendetektionsereignis. Wie gezeigt, befindet sich die Ausgangsspannung der Stromversorgung auf einem Betriebspegel unterhalb einer bestimmten Schwelle (9 Volt) und steigt dann während des Schweißens auf diese Schwelle. Der Betriebspegel kann ein bestimmter Pegel auf der Grundlage verschiedener Eingangsparameter (zuvor besprochen) sein und kann ein eingestellter Betriebsspannungs-, -strom- und/oder -leistungspegel sein. Dieser Betriebspegel ist der gewünschte Ausgang der Stromversorgung 170 für einen bestimmten Schweißvorgang und soll das gewünschte Erwärmungssignal an den Fülldraht 140 übermitteln. Während des Schweißens kann ein Ereignis eintreten, das zur Entstehung eines Lichtbogens führen kann. In 13A bewirkt das Ereignis einen Anstieg der Spannung auf einen Punkt A. Bei Punkt A erreichen die Stromversorgung oder die Steuerschaltungen die 9-Volt-Schwelle (die ein Lichtbogendetektionspunkt oder einfach eine zuvor festgelegte obere Schwelle sein kann, die unterhalb eines Lichtbogenentstehungspunktes liegen kann) und schaltet den Ausgang der Stromversorgung ab, wodurch der Strom und die Spannung auf einen reduzierten Pegel bei Punkt B fallen. Das Gefälle des Stromabfalls kann durch die Einbindung eines Abstiegsschaltkreises (wie im vorliegenden Text besprochen) gesteuert werden, was dabei hilft, rasch den Strom zu reduzieren, der aus der Systeminduktivität resultiert. Die Strom- oder Spannungspegel bei Punkt B können zuvor festgelegt sein oder können nach einer zuvor festgelegten Zeitdauer erreicht werden. Zum Beispiel wird in einigen Ausführungsformen nicht nur eine obere Schwelle für die Spannung (oder den Strom oder die Leistung) für das Schweißen eingestellt, sondern auch ein niedrigerer Nicht-Lichtbogenerzeugungspegel. Dieser niedrigere Pegel kann entweder ein niedrigerer Spannungs-, Strom- oder Leistungspegel sein, auf dem sichergestellt ist, dass kein Lichtbogen erzeugt werden kann, so dass es akzeptabel ist, die Stromversorgung wieder einzuschalten, ohne dass ein Lichtbogen erzeugt wird. Einen solchen niedrigeren Pegel zu haben, erlaubt es der Stromversorgung, sich rasch wieder einzuschalten und sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Wenn zum Beispiel ein Stromversorgungs-Sollpunkt für das Schweißen auf 2.000 Watt eingestellt wird, mit einer Spannungsschwelle von 11 Volt, so kann diese niedrigere Leistungseinstellung auf 500 Watt eingestellt werden. Das heißt, wenn die obere Spannungsschwelle (die in Abhängigkeit von der Ausführungsform auch eine Strom- oder Leistungsschwelle sein kann) erreicht wird, so wird der Ausgang auf 500 Watt reduziert. (Diese niedrigere Schwelle kann auch eine niedrigere Strom- oder Spannungseinstellung oder beides sein.) Alternativ kann anstelle des Einstellens einer niedrigeren Detektionsgrenze auch ein Timing-Kreis verwendet werden, um den Beginn des Zuführens von Strom nach einer eingestellten Zeitdauer einzuschalten. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine solche Dauer im Bereich von 500 bis 1000 ms liegen. In 13A stellt Punkt C die Zeit dar, an dem der Ausgang wieder dem Draht 140 zugeführt wird. Es ist anzumerken, dass die zwischen Punkt B und C gezeigte Verzögerung das Resultat einer absichtlichen Verzögerung sein kann oder einfach ein Resultat einer Systemverzögerung sein kann. Bei Punkt C wird wieder Strom zugeführt, um den Fülldraht zu erwärmen. Weil aber der Fülldraht noch nicht die Schweißpfütze berührt, steigt die Spannung, der Strom hingegen nicht. Bei Punkt D stellt der Draht einen Kontakt zu der Pfütze her, und die Spannung und der Strom schwingen sich wieder auf den gewünschten Betriebspegel ein. Wie gezeigt, kann die Spannung die obere Schwelle vor dem Kontakt bei D überschreiten, was eintreten kann, wenn die Stromquelle einen OCV-Pegel hat, der höher als die Betriebsschwelle ist. Zum Beispiel kann dieser höhere OCV-Pegel eine Obergrenze sein, die in der Stromversorgung im Zuge ihrer Konstruktion oder Herstellung eingestellt wird.The 13A C show exemplary current and voltage waveforms used in embodiments of the present invention. Each of these waveforms is discussed in turn. 13A shows the voltage and current waveforms for an embodiment where the flux-cored wire 140 the weld puddle touches after the power supply output is turned back on - after an arc detection event. As shown, the output voltage of the power supply is at an operating level below a certain threshold (9 volts) and then rises to that threshold during welding. The operating level may be a particular level based on various input parameters (previously discussed) and may be a set operating voltage, current and / or power level. This operating level is the desired output of the power supply 170 for a given welding process and intended the desired heating signal to the flux-cored wire 140 to transfer. During welding, an event may occur that may cause an arc to occur. In 13A At point A, the power supply or control circuits reach the 9 volt threshold (which may be an arc detection point or simply a predetermined upper threshold which may be below an arc creation point) and switch the output of the power supply, whereby the current and the voltage fall to a reduced level at point B. The slope of the current drop can be controlled by the inclusion of a descent circuit (as discussed herein), which helps to rapidly reduce the current resulting from the system inductance. The current or voltage levels at point B may be predetermined or may be reached after a predetermined period of time. For example, in some embodiments, not only is an upper threshold for the voltage (or current or power) set for welding, but also a lower non-arc generation level. This lower level can either be a lower voltage, current, or power level, ensuring that no arc can be generated, so it is acceptable to turn the power back on without generating an arc becomes. Having such a lower level allows the power supply to quickly turn back on and ensure that no arc is generated. For example, if a power set point for welding is set to 2,000 watts, with a voltage threshold of 11 volts, this lower power setting can be set to 500 watts. That is, when the upper voltage threshold (which may also be a current or power threshold, depending on the embodiment) is reached, the output is reduced to 500 watts. (This lower threshold may also be a lower current or voltage setting, or both.) Alternatively, instead of setting a lower detection limit, a timing loop may also be used to turn on the beginning of supplying current after a set period of time. In exemplary embodiments of the present invention, such duration may be in the range of 500 to 1000 ms. In 13A Point C represents the time at which the output returns to the wire 140 is supplied. It should be noted that the delay shown between points B and C may be the result of intentional delay or simply a result of a system delay. At point C, power is again supplied to heat the filler wire. But because the cored wire does not touch the sweat puddle, the voltage increases, but the current does not. At point D, the wire makes contact with the puddle, and the voltage and current are restored to the desired operating level. As shown, the voltage may exceed the upper threshold before contact at D, which may occur when the power source has an OCV level that is higher than the operating threshold. For example, this higher OCV level may be an upper limit that is set in the power supply during its design or manufacture.

13B ähnelt der oben beschriebenen, außer dass der Fülldraht 140 die Schweißpfütze berührt, wenn der Ausgang der Stromversorgung erhöht wird. In einer solchen Situation hat entweder der Draht nie die Schweißpfütze verlassen, oder der Draht wurde mit der Schweißpfütze vor Punkt C in Kontakt gebracht. 13B zeigt Punkte C und D zusammen, weil der Draht in Kontakt mit der Pfütze steht, wenn der Ausgang wieder eingeschaltet wird. Somit steigen sowohl der Strom als auch die Spannung bei Punkt E auf die gewünschte Betriebseinstellung. 13B is similar to the one described above, except that the cored wire 140 The welding puddle touches when the output of the power supply is increased. In such a situation, either the wire never left the weld puddle or the wire was brought into contact with the weld puddle before point C. 13B shows dots C and D together because the wire is in contact with the puddle when the output is turned back on. Thus, both the current and the voltage at point E increase to the desired operating setting.

13C ist eine Ausführungsform, bei der es allenfalls wenig Verzögerung zwischen dem Ausschalten des Ausgangs (Punkt A) und dem Wiedereinschalten des Ausgangs (Punkt B) gibt, und wo der Draht einige Zeit vor Punkt B mit der Pfütze in Kontakt steht. Die gezeigten Wellenformen können in oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, bei denen eine niedrigere Schwelle eingestellt ist, so dass, wenn die niedrigere Schwelle erreicht wird (sei es Strom, Leistung oder Spannung), der Ausgang mit allenfalls wenig Verzögerung wieder eingeschaltet wird. Es ist anzumerken, dass diese niedrigere Schwelleneinstellung mittels der gleichen oder ähnlicher Parameter eingestellt werden kann wie die betrieblichen oberen Schwellen oder Bereiche, wie im vorliegenden Text beschrieben. Zum Beispiel kann diese niedrigere Schwelle auf der Grundlage von Drahtzusammensetzung, Drahtdurchmesser, Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder verschiedener anderer Parameter, die im vorliegenden Text beschrieben sind, eingestellt werden. Eine solche Ausführungsform kann die Verzögerung beim Zurückkehren zu den gewünschten Betriebssollpunkten für das Schweißen minimieren und kann jegliches Abschnüren vermeiden, das in dem Draht eintreten kann. Die Minimierung des Abschnürens unterstützt das Minimieren des Risikos einer Lichtbogenbildung. 13C is an embodiment in which there is at most little delay between turning off the output (point A) and turning the output back on (point B), and where the wire is in contact with the puddle some time before point B. The waveforms shown may be used in embodiments described above in which a lower threshold is set so that when the lower threshold is reached (be it current, power or voltage) the output is turned on again with as little delay as possible. It should be noted that this lower threshold setting may be set by the same or similar parameters as the operational upper thresholds or ranges as described herein. For example, this lower threshold may be set based on wire composition, wire diameter, wire feed speed, or various other parameters described herein. Such an embodiment can minimize the delay in returning to the desired operating set points for welding, and can avoid any pinching that may occur in the wire. Minimizing pinch helps to minimize the risk of arcing.

14 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der, die in 1 gezeigt wurde. Jedoch sind bestimmte Komponenten und Verbindungen zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt. 14 zeigt ein System 1400, in dem ein Wärmesensor 1410 zum Überwachen der Temperatur des Drahtes 140 verwendet wird. Der Wärmesensor 1410 kann von jeder bekannten Art sein, die zum Detektieren der Temperatur des Drahtes 140 befähigt ist. Der Sensor 1410 kann einen Kontakt mit dem Draht 140 herstellen oder kann mit der Spitze 160 gekoppelt sein, um die Temperatur des Drahtes detektieren zu können. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 1410 von einer Art, die einen Laser- oder Infrarotstrahl verwendet, der in der Lage ist, die Temperatur eines kleinen Objekts, wie zum Beispiel den Durchmesser eines Fülldrahtes, zu detektieren, ohne den Draht 140 zu berühren. In einer solchen Ausführungsform ist der Sensor 1410 so positioniert, dass die Temperatur des Drahtes 140 am Vorstand des Drahtes 140 detektiert werden kann; also an einem Punkt zwischen dem Ende der Spitze 160 und der Schweißpfütze. Der Sensor 1410 sollte außerdem so positioniert werden, dass der Sensor 1410 für den Draht 140 nicht die Temperatur der Schweißpfütze abfühlt. 14 shows another exemplary embodiment of the present invention. 14 shows an embodiment similar to that shown in FIG 1 was shown. However, certain components and connections are not shown for clarity. 14 shows a system 1400 in which a heat sensor 1410 to monitor the temperature of the wire 140 is used. The heat sensor 1410 It can be of any known type used to detect the temperature of the wire 140 is capable. The sensor 1410 can make contact with the wire 140 make or can with the top 160 be coupled to detect the temperature of the wire can. In another exemplary embodiment of the present invention, the sensor is 1410 of a type that uses a laser or infrared beam capable of detecting the temperature of a small object, such as the diameter of a flux cored wire, without the wire 140 to touch. In such an embodiment, the sensor is 1410 positioned so that the temperature of the wire 140 on the board of the wire 140 can be detected; so at a point between the end of the top 160 and the sweat puddle. The sensor 1410 should also be positioned so that the sensor 1410 for the wire 140 does not feel the temperature of the sweat puddle.

Der Sensor 1410 ist mit der Abfühl- und Steuereinheit 195 (mit Bezug auf 1 besprochen) gekoppelt, so dass Temperaturrückmeldungsinformationen an die Stromversorgung 170 und/oder die Laserstromversorgung 130 übermittelt werden können, so dass die Steuerung des Systems 1400 optimiert werden kann. Zum Beispiel kann die Leistungs- oder Stromabgabe der Stromversorgung 170 auf der Basis mindestens der Rückmeldung von dem Sensor 1410 justiert werden. Das heißt, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entweder der Nutzer eine gewünschte Temperatureinstellung (für eine bestimmte Schweißnaht und/oder einen bestimmten Draht 140) eingeben, oder die Abfühl- und Steuereinheit kann eine gewünschte Temperatur auf der Basis anderer Nutzereingabedaten (Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Elektrodentyp usw.) einstellen, und dann würde die Abfühl- und Steuereinheit 195 mindestens die Stromversorgung 170 so steuern, dass die gewünschte Temperatur beibehalten wird.The sensor 1410 is with the sensing and control unit 195 (regarding 1 discussed), so that temperature feedback information to the power supply 170 and / or the laser power supply 130 can be transmitted, so that the control of the system 1400 can be optimized. For example, the power or current output of the power supply 170 based on at least the feedback from the sensor 1410 to be adjusted. That is, in one embodiment of the present invention, either the user can set a desired temperature setting (for a particular weld and / or wire 140 ), or the sensing and control unit may set a desired temperature based on other user input data (wire feed speed, electrode type, etc.) and then the sensing and control unit would 195 at least the power supply 170 control so that the desired temperature is maintained.

In einer solchen Ausführungsform ist es möglich, die Erwärmung des Drahtes 140 zu berücksichtigen, zu der es infolge des Laserstrahls 110 kommen kann, der auf den Draht 140 auftrifft, bevor der Draht in die Schweißpfütze eintritt. In Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperatur des Drahtes 140 nur über die Stromversorgung 170 gesteuert werden, indem der Strom in dem Draht 140 gesteuert wird. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen mindestens ein Teil der Erwärmung des Drahtes 140 von dem Laserstrahl 110 kommen, der auf mindestens einen Teil des Drahtes 140 auftrifft. Insofern muss die Energie von der Stromversorgung 170 allein nicht für die Temperatur des Drahtes 140 repräsentativ sein. Dementsprechend kann die Verwendung des Sensors 1410 das Regeln der Temperatur des Drahtes 140 durch die Steuerung der Stromversorgung 170 und/oder der Laserstromversorgung 130 unterstützen.In such an embodiment, it is possible to heat the wire 140 to take into account, due to the laser beam 110 can come on the wire 140 impinges before the wire enters the weld puddle. In embodiments of the invention, the temperature of the wire 140 only via the power supply 170 be controlled by the current in the wire 140 is controlled. However, in other embodiments, at least a portion of the heating of the wire 140 from the laser beam 110 come on at least part of the wire 140 incident. In that sense, the energy must be from the power supply 170 not alone for the temperature of the wire 140 be representative. Accordingly, the use of the sensor 1410 the regulation of the temperature of the wire 140 by controlling the power supply 170 and / or the laser power supply 130 support.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform (auch in 14 gezeigt) wird ein Temperatursensor 1420 angewiesen, die Temperatur der Schweißpfütze abzufühlen. In dieser Ausführungsform wird die Temperatur der Schweißpfütze auch in die Abfühl- und Steuereinheit 195 eingekoppelt. Jedoch kann der Sensor 1420 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform auch direkt mit der Laserstromversorgung 130 gekoppelt sein. Die Rückmeldung von dem Sensor 1420 wird zum Steuern des Ausgangs der Laserstromversorgung 130 oder des Lasers 120 verwendet. Das heißt, die Energiedichte des Laserstrahls 110 kann modifiziert werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Schweißpfützentemperatur erreicht wird.In a further exemplary embodiment (also in FIG 14 shown) becomes a temperature sensor 1420 instructed to sense the temperature of the weld puddle. In this embodiment, the temperature of the welding puddle also becomes the sensing and control unit 195 coupled. However, the sensor can 1420 in a further exemplary embodiment also directly with the laser power supply 130 be coupled. The feedback from the sensor 1420 is used to control the output of the laser power supply 130 or the laser 120 used. That is, the energy density of the laser beam 110 can be modified to ensure that the desired weld puddle temperature is achieved.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nicht der Sensor 1420 auf die Pfütze gerichtet, sondern er wird auf einen Bereich des Werkstücks neben der Schweißpfütze gerichtet. Genauer gesagt, kann es wünschenswert sein sicherzustellen, dass die Wärmezufuhr zu dem Werkstück neben der Schweißnaht minimiert wird. Der Sensor 1420 kann so positioniert sein, dass dieser temperatursensible Bereich überwacht wird, damit eine Schwellentemperatur nicht neben der Schweißnaht überschritten wird. Zum Beispiel kann der Sensor 1420 die Werkstücktemperatur überwachen und die Energiedichte des Strahls 110 anhand der abgefühlten Temperatur verringern. Eine solche Konfiguration würde sicherstellen, dass die Wärmezufuhr neben der Schweißraupe eine gewünschte Schwelle nicht überschreiten würde. Eine solche Ausführungsform kann in Präzisionsschweißoperationen verwendet werden, wo die Wärmezufuhr in das Werkstück von ausschlaggebender Bedeutung ist.In another exemplary embodiment of the invention, the sensor does not become 1420 It is aimed at an area of the workpiece next to the welding puddle. More specifically, it may be desirable to ensure that the heat input to the workpiece adjacent to the weld is minimized. The sensor 1420 can be positioned to monitor this temperature sensitive area so that a threshold temperature is not exceeded near the weld. For example, the sensor 1420 monitor the workpiece temperature and the energy density of the beam 110 decrease by the sensed temperature. Such a configuration would ensure that the heat input next to the bead would not exceed a desired threshold. Such an embodiment may be used in precision welding operations where heat input into the workpiece is of critical importance.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abfühl- und Steuereinheit 195 mit einer Zufuhrkraftdetektionseinheit (nicht gezeigt) gekoppelt sein, die mit dem Drahtzufuhrmechanismus (nicht gezeigt, aber siehe 150 in 1) gekoppelt ist. Die Zufuhrkraftdetektionseinheiten sind bekannt und detektieren die Zufuhrkraft, die an den Draht 140 angelegt wird, während der zu dem Werkstück 115 geführt wird. Zum Beispiel kann eine solche Detektionseinheit das Drehmoment überwachen, das durch einen Drahtzufuhrmotor in der Drahtzufuhrvorrichtung 150 angelegt wird. Wenn der Draht 140 die schmelzflüssige Schweißpfütze durchquert, ohne vollständig zu schmelzen, so berührt er einen festen Teil des Werkstücks, und ein solcher Kontakt bewirkt, dass die ZufÜhrkraft zunimmt, da der Motor versucht, eine eingestellte Zufuhrrate aufrecht zu erhalten. Dieser Anstieg von Kraft oder Drehmoment kann detektiert und an die Steuerung 195 weitergeleitet werden, die diese Informationen verwendet, um die Spannung, den Strom und/oder die Leistung zu dem Draht 140 einzustellen, um das richtige Schmelzen des Drahtes 140 in der Schweißpfütze 145 sicherzustellen.In another exemplary embodiment of the present invention, the sensing and control unit 195 coupled to a feed force detection unit (not shown) connected to the wire feed mechanism (not shown, but see Figs 150 in 1 ) is coupled. The feed force detection units are known and detect the feed force applied to the wire 140 is applied while the to the workpiece 115 to be led. For example, such a detection unit may monitor the torque produced by a wire feed motor in the wire feeder 150 is created. If the wire 140 As it passes through the molten weld puddle without completely melting, it contacts a fixed portion of the workpiece, and such contact causes the feed force to increase as the motor attempts to maintain a set feed rate. This increase in force or torque can be detected and sent to the controller 195 be forwarded, which uses this information to the voltage, current and / or power to the wire 140 adjust to the correct melting of the wire 140 in the sweat puddle 145 sure.

Es ist anzumerken, dass in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Draht nicht konstant in die Schweißpfütze geführt wird, sondern dass dies intermittierend auf der Grundlage eines gewünschten Schweißnahtprofils geschehen kann. Genauer gesagt, erlaubt die Vielfältigkeit verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung es entweder einem Bediener oder der Steuereinheit 195, das Zuführen des Drahtes 140 in die Pfütze nach Bedarf zu starten und zu stoppen. Zum Beispiel gibt es viele verschiedene Arten von komplexen Schweißnahtprofilen und -geometrien, die einige Abschnitte der Schweißfuge aufweisen können, welche die Verwendung eines Füllmetalls (des Drahtes 140) erfordern, und andere Abschnitte derselben Fuge oder auf demselben Werkstück aufweisen können, die nicht die Verwendung eines Füllmetalls erfordern. Darum braucht während eines ersten Abschnitts einer Schweißnaht die Steuereinheit 195 nur den Laser 120 zu veranlassen, eine Laserschweißnaht dieses ersten Abschnitts der Fuge herzustellen, aber wenn der Schweißvorgang einen zweiten Abschnitt der Schweißfuge erreicht, der das Verwenden eines Füllmetalls erfordert, so veranlasst die Steuereinheit 195 die Stromversorgung 170 und die Drahtzufuhrvorrichtung 150, das Abscheiden des Drahtes 140 in die Schweißpfütze zu beginnen. Wenn dann die Schweißoperation das Ende des zweiten Abschnitts erreicht, so kann die Abscheidung des Drahtes 140 gestoppt werden. Dies erlaubt die Entstehung kontinuierlicher Schweißnähte mit einem Profil, das signifikant von einem Abschnitt zum nächsten variiert. Eine solche Fähigkeit erlaubt es, ein Werkstück in einer einzelnen Schweißoperation zu schweißen, anstatt viele diskrete Schweißoperationen verwenden zu müssen. Natürlich können viele Variationen implementiert werden. Zum Beispiel kann eine Schweißnaht drei oder mehr eigenständige Abschnitte haben, die ein Schweißnahtprofil mit variierenden Form-, Tiefen- und Füllmaterial-Anforderungen haben, so dass das Verwenden des Lasers und des Drahtes 140 in jedem Schweißnahtabschnitt verschieden sein kann. Des Weiteren können nach Bedarf auch weitere Drähte hinzugefügt oder weggelassen werden. Das heißt, ein erster Schweißnahtabschnitt braucht nur eine Laserschweißnaht zu erfordern, während ein zweiter Abschnitt nur das Verwenden eines einzelnen Fülldrahtes 140 erfordert, und ein letzter Abschnitt der Schweißnaht erfordert die Verwendung von zwei oder mehr Fülldrähten. Die Steuereinheit 195 kann in die Lage versetzt werden, die verschiedenen Systemkomponenten zu steuern, um ein solches variierendes Schweißnahtprofil in einer kontinuierlichen Schweißoperation zu erreichen, so dass eine kontinuierliche Schweißraupe in einem einzelnen Schweißdurchgang erzeugt wird.It should be noted that in some exemplary embodiments of the present invention, the wire is not constantly guided into the weld puddle but may be done intermittently based on a desired weld profile. More specifically, the variety of various embodiments of the present invention allows either an operator or the control unit 195 , feeding the wire 140 to start and stop in the puddle as needed. For example, there are many different types of complex weld profiles and geometries that may include some portions of the weld that involves the use of a filler metal (wire 140 ), and may have other portions of the same joint or on the same workpiece that do not require the use of a filler metal. Therefore, during a first section of a weld, the control unit needs 195 only the laser 120 to cause a laser weld of this first portion of the joint, but if the welding operation reaches a second portion of the weld which requires the use of a filler metal, the control unit will cause 195 the power supply 170 and the wire feeder 150 , the Separating the wire 140 to start in the sweat puddle. Then, when the welding operation reaches the end of the second section, the deposition of the wire may occur 140 being stopped. This allows the formation of continuous welds with a profile that varies significantly from one section to the next. Such capability allows for welding a workpiece in a single welding operation rather than having to use many discrete welding operations. Of course, many variations can be implemented. For example, a weld may have three or more discrete sections that have a weld profile with varying shape, depth and fill material requirements, such that using the laser and the wire 140 may be different in each weld section. Furthermore, additional wires can be added or omitted as needed. That is, a first weld section needs only one laser weld, while a second section requires only a single filler wire 140 requires, and a final section of the weld requires the use of two or more cored wires. The control unit 195 may be enabled to control the various system components to achieve such a varying weld line profile in a continuous welding operation so as to produce a continuous weld bead in a single welding pass.

15 zeigt eine typische Schweißpfütze P beim Schweißen gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie zuvor beschrieben, erzeugt der Laserstrahl 110 die Pfütze P in der Oberfläche des Werkstücks W. Die Schweißpfütze hat eine Länge L, die eine Funktion der Energiedichte, Form und Bewegung des Strahls 110 ist. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Strahl 110 in einer Distanz Z von der Hinterkante der Schweißpfütze auf die Pfütze P gerichtet. In solchen Ausführungsformen veranlasst die hoch-intensive Energiequelle (zum Beispiel der Laser 120), dass ihre Energie direkt auf den Fülldraht 140 auftrifft, so dass die Energiequelle 120 nicht den Draht 140 schmilzt; vielmehr vollendet der Draht 140 sein Schmelzen aufgrund seines Kontakts zu der Schweißpfütze. Die Hinterkante der Pfütze P kann allgemein als der Punkt definiert werden, an dem die Schmelzpfütze endet und die erzeugte Schweißraupe WB ihre Verfestigung beginnt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Distanz Z 50% der Länge L der Pfütze P. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt die Distanz Z im Bereich von 40 bis 75% der Länge L der Pfütze P. 15 shows a typical welding puddle P in welding in accordance with exemplary embodiments of the present invention. As described above, the laser beam generates 110 the puddle P in the surface of the workpiece W. The weld puddle has a length L which is a function of the energy density, shape and motion of the beam 110 is. In an exemplary embodiment of the present invention, the beam 110 directed at a distance Z from the trailing edge of the welding puddle on the puddle P. In such embodiments, the high-intensity power source (eg, the laser 120 ) that their energy directly on the cored wire 140 impinges, leaving the energy source 120 not the wire 140 melts; rather the wire completes 140 its melting due to its contact with the sweat puddle. The trailing edge of the puddle P may be generally defined as the point where the molten puddle ends and the generated weld bead WB begins to solidify. In one embodiment of the present invention, the distance Z is 50% of the length L of the puddle P. In another exemplary embodiment, the distance Z is in the range of 40 to 75% of the length L of the puddle P.

Der Fülldraht 140 trifft auf die Pfütze P hinter dem Strahl 110 in der Vorschubrichtung der Schweißnaht auf, wie in 15 gezeigt. Wie gezeigt, trifft der Draht 140 auf die Pfütze P eine Distanz X vor der Hinterkante der Pfütze P auf. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt die Distanz X im Bereich von 20 bis 60% der Länge der Pfütze P. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt die Distanz X im Bereich von 30 bis 45% der Länge L der Pfütze P. In anderen beispielhaften Ausführungsformen überschneiden sich der Draht 140 und der Strahl 110 an der Oberfläche der Pfütze P oder an einem Punkt über der Pfütze P, so dass mindestens ein Teil des Strahls 110 während des Schweißprozesses auf den Draht 140 trifft. In einer solchen Ausführungsform wird der Laserstrahl 110 dafür verwendet, das Schmelzen des Drahtes 140 zum Abscheiden in der Pfütze P zu unterstützen. Das Verwenden des Strahls 110 zum Unterstützen des Schmelzens des Drahtes 140 hilft zu verhindern, dass der Draht 140 die Pfütze P abschreckt, wenn der Draht 140 zu kühl ist, um rasch in der Pfütze P aufgezehrt zu werden. Wie aber zuvor in einigen beispielhaften Ausführungsformen (wie in 15 gezeigt) angemerkt wurde, bewirken die Energiequelle 120 und der Strahl 110 kein merkliches Schmelzen von Abschnitten des Fülldrahtes 140, da das Schmelzen durch die Wärme der Schweißpfütze ausgeführt wird.The filler wire 140 meets the puddle P behind the beam 110 in the feed direction of the weld, as in 15 shown. As shown, the wire hits 140 on the puddle P on a distance X in front of the trailing edge of the puddle P on. In an exemplary embodiment, the distance X is in the range of 20 to 60% of the length of the puddle P. In another exemplary embodiment, the distance X is in the range of 30 to 45% of the length L of the puddle P. In other exemplary embodiments, overlaps the wire 140 and the beam 110 at the surface of the puddle P or at a point above the puddle P, so that at least part of the jet 110 during the welding process on the wire 140 meets. In such an embodiment, the laser beam becomes 110 used for melting the wire 140 to assist in depositing in the puddle P. Using the jet 110 for assisting the melting of the wire 140 Helps to prevent the wire 140 the puddle P deters when the wire 140 too cool to be quickly consumed in the puddle P. However, as previously discussed in some example embodiments (as in FIG 15 shown) cause the energy source 120 and the beam 110 no appreciable melting of sections of the filler wire 140 because the melting is carried out by the heat of the welding puddle.

In der in 15 gezeigten Ausführungsform eilt der Draht 140 dem Strahl 110 nach und liegt auf derselben Linie wie der Strahl 110. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt, da der Draht 140 auch vorauseilen kann (in der Vorschubrichtung). Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass sich der Draht 140 auf einer Linie mit dem Strahl in der Vorschubrichtung befindet, sondern der Draht kann aus jeder Richtung auf die Pfütze auftreffen, solange ein geeignetes Schmelzen des Drahtes in der Pfütze stattfindet.In the in 15 embodiment shown hurries the wire 140 the beam 110 after and lies on the same line as the beam 110 , However, the present invention is not limited to this configuration because the wire 140 can also precede (in the feed direction). In addition, it is not necessary that the wire 140 is on a line with the beam in the feed direction, but the wire can hit the puddle from any direction as long as there is a suitable melting of the wire in the puddle.

16A bis 16F zeigen verschiedene Pfützen P mit der Grundfläche des gezeigten Laserstrahls 110. Wie gezeigt, hat die Pfütze P in einigen beispielhaften Ausführungsformen eine kreisförmige Grundfläche. Jedoch sind Ausführungsformen der Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass die Pfütze auch elliptische oder sonstige Formen haben kann. 16A to 16F show different puddles P with the base of the laser beam shown 110 , As shown, the puddle P has a circular footprint in some example embodiments. However, embodiments of the invention are not limited to this configuration. For example, it is contemplated that the puddle may also have elliptical or other shapes.

Darüber hinaus ist der Strahl 110 in den 16A16F mit einem kreisförmigen Querschnitt gezeigt. Auch hier sind andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt, da der Strahl 110 eine elliptische, rechteckige oder sonstige Form haben kann, um effektiv eine Schweißpfütze P zu erzeugen.In addition, the beam 110 in the 16A - 16F shown with a circular cross-section. Again, other embodiments of the present invention are not limited in this regard as the beam 110 may have an elliptical, rectangular or other shape to effectively produce a welding puddle P.

In einigen Ausführungsformen kann der Laserstrahl 110 relativ zur Schweißpfütze P ortsfest bleiben. Das heißt, der Strahl 110 bleibt während des Schweißens in einer relativ konstanten Position relativ zu der Pfütze P. Jedoch sind andere Ausführungsformen nicht in einer solchen Weise beschränkt, wie beispielhaft in den 16A16D gezeigt ist. Zum Beispiel zeigt 16A eine Ausführungsform, wo der Strahl 110 in einem kreisförmigen Muster um die Schweißpfütze P herum translatiert wird. In dieser Figur translatiert der Strahl 110 so, dass mindestens ein Punkt auf dem Strahl 110 jederzeit die Mitte C der Pfütze überlappt. In einer weiteren Ausführungsform wird ein kreisförmiges Muster verwendet, aber der Strahl 110 berührt nicht die Mitte C. 16B zeigt eine Ausführungsform, wo der Strahl entlang einer einzelnen Linie vor und zurück translatiert wird. Diese Ausführungsform kann dafür verwendet werden, die Pfütze P in Abhängigkeit von der gewünschten Form der Pfütze P entweder zu längen oder zu verbreitern. 16C zeigt eine Ausführungsform, wo zwei verschiedene Strahlquerschnitte verwendet werden. Der erste Strahlquerschnitt 110 hat eine erste Geometrie, und der zweite Strahlquerschnitt 110' hat einen zweiten Querschnitt. Eine solche Ausführungsform kann dafür verwendet werden, den Einbrand an einem Punkt in der Pfütze P zu verstärken, während erforderlichenfalls eine größere Pfützengröße beibehalten wird. Diese Ausführungsform kann mit einem einzelnen Laser 120 bewerkstelligt werden, indem man die Strahlform mit Hilfe der Laserlinsen und -optik verändert, oder sie kann mit Hilfe mehrerer Laser 120 bewerkstelligt werden. 16D zeigt einen Strahl 110, der in einem elliptischen Muster in der Pfütze P translatiert wird. Auch hier kann ein solches Muster verwendet werden, um die Schweißpfütze P nach Bedarf entweder zu längen oder zu verbreitern. Es können noch andere Translationen des Strahls 110 verwendet werden, um die Pfütze P zu bilden.In some embodiments, the laser beam 110 remain stationary relative to the welding puddle P. That is, the beam 110 stays in a relatively constant position during welding relative to the puddle P. However, other embodiments are not limited in such a way as exemplified in U.S. Pat 16A - 16D is shown. For example, shows 16A an embodiment where the beam 110 is translated in a circular pattern around the welding puddle P around. In this figure, the beam translates 110 so that at least one point on the beam 110 at any time the middle C of the puddle overlaps. In another embodiment, a circular pattern is used, but the beam 110 does not touch the middle C. 16B shows an embodiment where the beam is translated back and forth along a single line. This embodiment can be used to either lengthen or widen the puddle P depending on the desired shape of the puddle P. 16C shows an embodiment where two different beam cross sections are used. The first beam cross section 110 has a first geometry, and the second beam cross section 110 ' has a second cross section. Such an embodiment may be used to enhance penetration at a point in the puddle P, while maintaining a larger puddle size if necessary. This embodiment may be with a single laser 120 can be accomplished by changing the beam shape using the laser lenses and optics, or it can be done using multiple lasers 120 be accomplished. 16D shows a ray 110 which is translated in an elliptical pattern in the puddle P. Again, such a pattern may be used to either lengthen or widen the weld puddle P as needed. There may be other translations of the beam 110 used to form the puddle P.

16E und 16F zeigen einen Querschnitt eines Werkstücks W und einer Pfütze P unter Verwendung verschiedener Strahlintensitäten. 16E zeigt eine flache breitere Pfütze P, die durch einen breiteren Strahl 110 erzeugt wird, während 16F eine tiefere und schmale Schweißpfütze P zeigt, die in der Regel als ein „Schlüsselloch” bezeichnet wird. In dieser Ausführungsform wird der Strahl so fokussiert, dass sich sein Brennpunkt nahe der Oberseite des Werkstücks W befindet. Mit einem solchen Fokus ist der Strahl 110 in der Lage, die volle Tiefe des Werkstücks zu penetrieren und das Erzeugen einer rückseitigen Raupe BB an der Unterseite des Werkstücks W zu unterstützen. Strahlintensität und -form sind anhand der gewünschten Eigenschaften der Schweißpfütze während des Schweißens zu bestimmen. 16E and 16F show a cross-section of a workpiece W and a puddle P using different beam intensities. 16E shows a shallower broader puddle P, through a wider beam 110 is generated while 16F shows a deeper and narrow sweat puddle P, which is usually referred to as a "keyhole". In this embodiment, the beam is focused so that its focal point is near the top of the workpiece W. With such a focus is the beam 110 being able to penetrate the full depth of the workpiece and to assist in creating a backside bead BB on the underside of the workpiece W. Beam intensity and shape should be determined by the desired properties of the weld puddle during welding.

Der Laser 120 kann mittels beliebiger bekannter Verfahren und Vorrichtungen bewegt, translatiert oder betrieben werden. Weil die Bewegung und die Optik von Lasern allgemein bekannt sind, werden sie im vorliegenden Text nicht ausführlich besprochen. 17 zeigt ein System 1700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Laser 120 bewegt werden kann und seine Optik (wie zum Beispiel seine Linsen) während des Betriebes verändert oder justiert werden kann. Dieses System 1700 koppelt die Abfühl- und Steuereinheit 195 sowohl mit einem Motor 1710 als auch mit einer Optik-Ansteuerungseinheit 1720. Der Motor 1710 bewegt oder translatiert den Laser 120 so, dass die Position des Strahls 110 relativ zu der Schweißpfütze während des Schweißens bewegt wird. Zum Beispiel kann der Motor 1710 den Strahl 110 vor und zurück translatieren, in einem kreisförmigen Muster bewegen, usw. Gleichermaßen empfängt die Optik-Ansteuerungseinheit 1720 Instruktionen von der Abfühl- und Steuereinheit 195 zum Steuern der Optik des Lasers 120. Zum Beispiel kann die Optik-Ansteuerungseinheit 1720 veranlassen, dass der Brennpunkt des Strahls 110 relativ zur Oberfläche des Werkstücks bewegt oder verändert wird, wodurch der Einbrand oder die Tiefe der Schweißpfütze verändert wird. Gleichermaßen kann die Optik-Ansteuerungseinheit 1720 die Optik des Lasers 120 veranlassen, die Form des Strahls 110 zu ändern. Auf diese Weise steuert die Abfühl- und Steuereinheit 195 während des Schweißens den Laser 120 und den Strahl 110, um die Eigenschaften der Schweißpfütze während des Betriebes beizubehalten und/oder zu modifizieren.The laser 120 can be moved, translated or operated by any known methods and devices. Because the motion and optics of lasers are well known, they will not be discussed in detail herein. 17 shows a system 1700 according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the laser 120 can be moved and its optics (such as its lenses) can be changed or adjusted during operation. This system 1700 couples the sensing and control unit 195 both with a motor 1710 as well as with an optics drive unit 1720 , The motor 1710 moves or translates the laser 120 such that the position of the beam 110 is moved relative to the welding puddle during welding. For example, the engine can 1710 the beam 110 translate back and forth, move in a circular pattern, etc. Similarly, the optical drive unit receives 1720 Instructions from the sensing and control unit 195 for controlling the optics of the laser 120 , For example, the optical drive unit 1720 cause the focus of the beam 110 is moved or changed relative to the surface of the workpiece, whereby the penetration or the depth of the weld puddle is changed. Similarly, the optical drive unit 1720 the optics of the laser 120 induce the shape of the beam 110 to change. In this way, the sensing and control unit controls 195 while welding the laser 120 and the beam 110 in order to maintain and / or modify the properties of the weld puddle during operation.

In jeder der 1, 14 und 17 sind die Laserstromversorgung 130, die Warmdraht-Stromversorgung 170 und die Abfühl- und Steuereinheit 195 zur besseren Übersichtlichkeit separat gezeigt. Jedoch können diese Komponenten in Ausführungsformen der Erfindung integral in einem einzelnen Schweißsystem zusammengefasst werden. Aspekte der vorliegenden Erfindung erfordern nicht, dass die oben einzeln besprochenen Komponenten als separate physische Einheiten oder eigenständige Strukturen belassen werden müssen.In each of the 1 . 14 and 17 are the laser power supply 130 , the hot-wire power supply 170 and the sensing and control unit 195 shown separately for clarity. However, in embodiments of the invention, these components may be integrally combined in a single welding system. Aspects of the present invention do not require that the components discussed individually above be left as separate physical entities or discrete structures.

Wie oben beschrieben, kann die hoch-intensive Energiequelle aus einer beliebigen Anzahl von Energiequellen, einschließlich Schweißstromquellen, bestehen. Eine beispielhafte Ausführungsform dessen ist in 20 gezeigt, die ein System 2000 ähnlich dem in 1 gezeigten System 100 zeigt. Viele der Komponenten des Systems 2000 ähneln den Komponenten in dem System 100, weshalb ihre Funktionsweise und Anwendung nicht noch einmal ausführlich besprochen wird. Jedoch ist in dem System 2000 das Lasersystem durch ein Lichtbogenschweißsystem, wie zum Beispiel einem GMAW-System, ersetzt. Das GMAW-System enthält eine Stromversorgung 2130, eine Drahtzufuhrvorrichtung 2150 und einen Brenners 2120. Eine Schweißelektrode 2110 wird einer Schmelzpfütze über die Drahtzufuhrvorrichtung 2150 und den Brenner 2120 zuführt. Der Betrieb eines GMAW-Schweißsystems des im vorliegenden Text beschriebenen Typs ist allgemein bekannt und braucht im vorliegenden Text nicht ausführlich beschrieben zu werden. Es ist anzumerken, dass zwar ein GMAW-System in Bezug auf gezeigte beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und besprochen ist, dass aber beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch mit GTAW-, FCAW-, MCAW- und SAW-Systemen, Plattierungssystemen, Hartlötsystemen, Kombinationen dieser Systeme usw. verwendet werden können, einschließlich jener Systeme, die einen Lichtbogen verwenden, um den Transfer eines Verbrauchsmaterials zu einer Schmelzpfütze auf einem Werkstück zu unterstützen. Nicht in 20 gezeigt ist ein Schutzgassystem oder Unterpulver-Lichtbogen-Flussmittelsystem, das gemäß bekannten Verfahren verwendet werden kann.As described above, the high-intensity power source may consist of any number of power sources, including welding power sources. An exemplary embodiment of this is in 20 shown a system 2000 similar to the one in 1 shown system 100 shows. Many of the components of the system 2000 are similar to the components in the system 100 why their functioning and application will not be discussed again in detail. However, in the system 2000 the laser system is replaced by an arc welding system, such as a GMAW system. The GMAW system contains a power supply 2130 , a wire feeder 2150 and a burner 2120 , A welding electrode 2110 becomes a molten puddle via the wire feeder 2150 and the burner 2120 supplies. The operation of a GMAW welding system of the type described herein is general known and need not be described in detail in the present text. It should be noted that while a GMAW system is shown and discussed with respect to exemplary embodiments shown, exemplary embodiments of the present invention also include GTAW, FCAW, MCAW and SAW systems, cladding systems, brazing systems, combinations of these systems etc., including those systems that use an arc to assist in the transfer of a consumable to a molten puddle on a workpiece. Not in 20 Shown is a shield gas system or submerged arc arc flux system which may be used in accordance with known methods.

Wie die oben beschriebenen Lasersysteme werden die Lichtbogenerzeugungssysteme (die als die hoch-intensive Energiequelle verwendet werden können) dafür verwendet, die Schmelzpfütze zu bilden, zu denen der Warmdraht 140 unter Verwendung von Systemen und Ausführungsformen, die oben ausführlich beschrieben wurden, hinzugefügt wird. Jedoch wird bei den Lichtbogenerzeugungssystemen bekanntlich auch ein zusätzliches Verbrauchsmaterial 2110 zu der Pfütze hinzugefügt. Dieses zusätzliche Verbrauchsmaterial steigert die bereits gesteigerte Abscheidungsleistung, die durch den im vorliegenden Text beschriebenen Warmdrahtprozess ermöglicht wird. Diese Leistung wird unten ausführlicher besprochen.Like the laser systems described above, the arc generation systems (which can be used as the high-intensity energy source) are used to form the molten puddle, which includes the hot wire 140 using systems and embodiments described in detail above. However, it is known that an additional consumable material is also used in the arc generating systems 2110 added to the puddle. This additional consumable increases the already enhanced deposition performance enabled by the hot wire process described herein. This performance will be discussed in more detail below.

Darüber hinaus verwenden, wie allgemein bekannt ist, Lichtbogenerzeugungssysteme, wie zum Beispiel GMAW, hohe Strompegel zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen dem vorangeschobenen Verbrauchsmaterial und der Schmelzpfütze auf dem Werkstück. Gleichermaßen verwenden GTAW-Systeme hohe Strompegel zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, dem ein Verbrauchsmaterial hinzugefügt wird. Wie allgemein bekannt ist, können viele verschiedene Stromwellenformen für eine GTAW- oder GMAW-Schweißoperation verwendet werden, wie zum Beispiel konstanter Strom, Impulsstrom usw. Während des Betriebes des Systems 2000 kann jedoch der durch die Stromversorgung 2130 erzeugte Strom den durch die Stromversorgung 170 erzeugten Strom, der zum Erwärmen des Drahtes 140 verwendet wird, behindern. Weil sich der Draht 140 in der Nähe des durch die Stromversorgung 2130 erzeugten Lichtbogens befindet (weil jeder von ihnen auf dieselbe Schmelzpfütze gerichtet wird, ähnlich wie oben beschrieben), können sich die jeweiligen Ströme gegenseitig behindern. Genauer gesagt, erzeugt jeder der Ströme ein Magnetfeld, und diese Felder können sich gegenseitig behindern und ihr Funktionieren beeinträchtigen. Zum Beispiel können die durch den Warmdrahtstrom erzeugten Magnetfelder die Stabilität des durch die Stromversorgung 2130 erzeugten Lichtbogens beeinträchtigen. Das heißt, ohne richtige Steuerung und Synchronisation zwischen den jeweiligen Strömen können die konkurrierenden Magnetfelder den Lichtbogen destabilisieren und somit den Prozess destabilisieren. Darum verwenden beispielhafte Ausführungsformen eine Stromsynchronisation zwischen den Stromversorgungen 2130 und 170, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, was weiter unten besprochen wird.In addition, as is well known, arc generation systems, such as GMAW, use high current levels to create an arc between the advancing consumable and the molten puddle on the workpiece. Likewise, GTAW systems use high current levels to create an arc between an electrode and the workpiece to which a consumable is added. As is well known, many different current waveforms may be used for a GTAW or GMAW welding operation, such as constant current, pulsed current, etc. During operation of the system 2000 However, it can be due to the power supply 2130 electricity generated by the power supply 170 generated electricity, used to heat the wire 140 used, obstruct. Because the wire 140 near by the power supply 2130 When the arc is generated (because each of them is directed to the same molten puddle, similar to that described above), the respective currents may interfere with each other. More specifically, each of the currents creates a magnetic field, and these fields can interfere with each other and interfere with their functioning. For example, the magnetic fields generated by the hot wire current can increase the stability of the power supply 2130 affected arc. That is, without proper control and synchronization between the respective currents, the competing magnetic fields can destabilize the arc and thus destabilize the process. Therefore, exemplary embodiments use power synchronization between the power supplies 2130 and 170 to ensure stable operation, which will be discussed below.

21 zeigt eine nähere Ansicht einer beispielhaften Schweißoperation der vorliegenden Erfindung. Wie zu sehen ist, führt der Brenner 2120 (der ein beispielhafter GMAW/MIG-Brenner sein kann) ein Verbrauchsmaterial 2110 zu einer Schweißpfütze WP unter Verwendung eines Lichtbogens, wie allgemein bekannt ist. Darüber hinaus wird das Warmdraht-Verbrauchsmaterial 140 gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zu der Schweißpfütze WP geführt. Es ist anzumerken, dass zwar der Brenner 2120 und die Spitze 160 in dieser Figur separat gezeigt sind, dass diese Komponenten aber auch integral in einer einzelnen Brennereinheit untergebracht werden können, die beide Verbrauchsmaterialien 2110 und 140 zu der Pfütze führt. Natürlich muss, wenn eine integrale Bauform verwendet wird, eine elektrische Isolierung innerhalb des Brenners verwendet werden, um eine Stromübertragung zwischen den Verbrauchsmaterialien während des Prozesses zu verhindern. Wie oben angesprochen, können sich Magnetfelder, die durch die jeweiligen Ströme induziert werden, gegenseitig behindern, so dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die jeweiligen Ströme synchronisieren. Die Synchronisation kann mittels verschiedener Verfahren erreicht werden. Zum Beispiel kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 zum Steuern des Betriebes der Stromversorgungen 2130 und 170 verwendet werden, um die Ströme zu synchronisieren. Alternativ kann auch eine Master-Slave-Beziehung verwendet werden, wobei eine der Stromversorgungen zum Steuern des Ausgangs der anderen verwendet wird. Die Steuerung der relativen Ströme kann mittels einer Reihe von Methodologien ausgeführt werden, einschließlich der Verwendung von Zustandstabellen oder Algorithmen, welche die Stromversorgungen so steuern, dass ihre Ausgangsströme für einen stabilen Betrieb synchronisiert werden. Dies wird mit Bezug auf die 22A–C besprochen. Zum Beispiel können ein Dualzustandsystem und Vorrichtungen ähnlich denen, die in der US-Patentpublikation Nr. 2010/0096373 beschrieben sind, verwendet werden. Die US-Patentpublikation Nr. 2010/0096373 , veröffentlicht am 22. April 2010, wird hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. 21 FIG. 11 shows a closer view of an exemplary welding operation of the present invention. FIG. As you can see, the burner performs 2120 (which may be an exemplary GMAW / MIG torch) consumables 2110 to a weld puddle WP using an arc, as is well known. In addition, the hot-wire consumables 140 guided according to one of the embodiments described above to the welding puddle WP. It should be noted that although the burner 2120 and the top 160 separately shown in this figure, but that these components can also be housed integrally in a single burner unit, both consumables 2110 and 140 leads to the puddle. Of course, if an integral design is used, electrical isolation within the torch must be used to prevent current transfer between the consumables during the process. As mentioned above, magnetic fields induced by the respective currents may interfere with each other so that embodiments of the present invention synchronize the respective currents. The synchronization can be achieved by various methods. For example, the sense and current control unit 195 for controlling the operation of the power supplies 2130 and 170 used to synchronize the streams. Alternatively, a master-slave relationship may be used, with one of the power supplies being used to control the output of the others. The control of the relative currents can be accomplished by a variety of methodologies, including the use of state tables or algorithms that control the power supplies to synchronize their output currents for stable operation. This will be with reference to the 22A -C discussed. For example, a dual-state system and devices similar to those described in U.S. Patent No. 5,729,866 US Patent Publication No. 2010/0096373 described are used. The US Patent Publication No. 2010/0096373 , published on April 22, 2010, is hereby incorporated by reference in its entirety.

Jede der 22A–C zeigt beispielhafte Stromwellenformen. 22A zeigt eine beispielhafte Schweißwellenform (entweder GMAW oder GTAW), die Stromimpulse 2202 verwendet, um den Transfer von Tröpfchen von dem Draht 2110 zu der Pfütze zu unterstützen. Natürlich ist die gezeigte Wellenform beispielhaft und repräsentativ und soll nicht einschränkend sein. Zum Beispiel können die Stromwellenformen solche für einen gepulsten Spray-Transfer, Impulsschweißen, Surface-Tension-Transfer-Schweißen usw. sein. Die Warmdraht-Stromversorgung 170 gibt eine Stromwellenform 2203 aus, die auch eine Reihe von Impulsen 2204 hat, um den Draht 140 durch Widerstandserwärmung zu erwärmen, wie oben allgemein beschrieben ist. Die Stromimpulse 2204 werden durch einen Hintergrundpegel mit einem niedrigeren Strompegel getrennt. Wie allgemein zuvor beschrieben wurde, wird die Wellenform 2203 zum Erwärmen des Drahtes 140 auf oder nahe seine Schmelztemperatur verwendet, und verwendet die Impulse 2204 und den Hintergrund zum Erwärmen des Drahtes 140 durch Widerstandserwärmung. Wie in 22A gezeigt, werden die Impulse 2202 und 2204 von den jeweiligen Stromwellenformen so synchronisiert, dass sie miteinander phasengleich sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden die Stromwellenformen so gesteuert, dass die Stromimpulse 2202/2204 eine ähnliche oder die gleiche Frequenz haben und miteinander phasengleich sind, wie gezeigt. Es wurde überraschenderweise entdeckt, dass phasengleiche Wellenformen einen stabilen und gleichmäßigen Betrieb erzeugen, wo der Lichtbogen nicht signifikant durch den Erwärmungsstrom gestört wird, der durch die Wellenform 2203 erzeugt wird.Each of the 22A -C shows exemplary current waveforms. 22A shows an exemplary Welding waveform (either GMAW or GTAW), the current pulses 2202 used to transfer droplets from the wire 2110 to assist the puddle. Of course, the waveform shown is exemplary and representative and is not intended to be limiting. For example, the current waveforms may be those for pulsed spray transfer, pulse welding, surface tension transfer welding, and so on. The hot wire power supply 170 gives a current waveform 2203 out, which also has a number of impulses 2204 has to the wire 140 by resistance heating, as generally described above. The current pulses 2204 are separated by a background level with a lower current level. As generally described above, the waveform becomes 2203 for heating the wire 140 used at or near its melting temperature, and uses the pulses 2204 and the background for heating the wire 140 by resistance heating. As in 22A shown are the pulses 2202 and 2204 synchronized by the respective current waveforms so as to be in phase with each other. In this exemplary embodiment, the current waveforms are controlled so that the current pulses 2202 / 2204 have a similar or the same frequency and are in phase with each other as shown. It has been surprisingly discovered that in-phase waveforms produce stable and uniform operation where the arc is not significantly disturbed by the heating current flowing through the waveform 2203 is produced.

22B zeigt Wellenformen von einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird die Erwärmungsstromwellenform 2205 so gesteuert oder synchronisiert, dass die Impulse 2206 um einen konstanten Phasenwinkel Θ phasenungleich zu den Impulsen 2202 sind. In einer solchen Ausführungsform wird der Phasenwinkel so gewählt, dass ein stabiler Betrieb des Prozesses sichergestellt ist, und dass sichergestellt ist, dass der Lichtbogen in einem stabilen Zustand gehalten wird. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt der Phasenwinkel Θ im Bereich von 30 bis 90 Grad. In anderen beispielhaften Ausführungsformen beträgt der Phasenwinkel 0 Grad. Natürlich können auch andere Phasenwinkel verwendet werden, um einen stabilen Betrieb zu erhalten, und sie können im Bereich von 0 bis 360 Grad liegen, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Phasenwinkel im Bereich von 0 und 160 Grad liegt. 22B FIG. 12 shows waveforms of another exemplary embodiment of the present invention. FIG. In this embodiment, the heating current waveform becomes 2205 so controlled or synchronized that the pulses 2206 by a constant phase angle Θ in phase with the pulses 2202 are. In such an embodiment, the phase angle is chosen to ensure stable operation of the process and to ensure that the arc is maintained in a stable state. In exemplary embodiments of the present invention, the phase angle θ is in the range of 30 to 90 degrees. In other exemplary embodiments, the phase angle is 0 degrees. Of course, other phase angles may also be used to achieve stable operation, and may range from 0 to 360 degrees, while in other exemplary embodiments the phase angle may be in the range of 0 and 160 degrees.

22C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Warmdrahtstrom 2207 mit der Schweißwellenform 2201 so synchronisiert wird, dass die Warmdrahtimpulse 2208 dergestalt phasenungleich sind, dass der Phasenwinkel Θ etwa 180 Grad zu den Schweißimpulsen 2202 beträgt und nur während des Hintergrundabschnitts 2210 der Wellenform 2201 auftritt. In dieser Ausführungsform haben die jeweiligen Ströme ihre Spitzen nicht gleichzeitig. Das heißt, die Impulse 2208 der Wellenform 2207 beginnen und enden während der jeweiligen Hintergrundabschnitte 2210 der Wellenform 2201. 22C shows another exemplary embodiment of the present invention, wherein the hot wire current 2207 with the welding waveform 2201 is synchronized so that the hot-wire pulses 2208 phase in phase are the phase angle Θ about 180 degrees to the welding pulses 2202 is and only during the background section 2210 the waveform 2201 occurs. In this embodiment, the respective currents do not have their peaks at the same time. That is, the impulses 2208 the waveform 2207 begin and end during the respective background sections 2210 the waveform 2201 ,

In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Impulsbreite der Schweiß- und Warmdrahtimpulse die gleiche. Jedoch können die jeweiligen Impulsbreiten in anderen Ausführungsformen verschieden sein. Wenn zum Beispiel eine GMAW-Impulswellenform mit einer Warmdrahtimpulswellenform verwendet wird, so liegt die GMAW-Impulsbreite im Bereich von 1,5 bis 2,5 Millisekunden, und die Warmdrahtimpulsbreite liegt im Bereich von 1,8 bis 3 Millisekunden, und die Warmdrahtimpulsbreite ist größer als die der GMAW-Impulsbreite.In some example embodiments of the present invention, the pulse width of the hot and hot wire pulses is the same. However, the respective pulse widths may be different in other embodiments. For example, when a GMAW pulse waveform having a hot-wire pulse waveform is used, the GMAW pulse width is in the range of 1.5 to 2.5 milliseconds, and the hot-wire pulse width is in the range of 1.8 to 3 milliseconds, and the hot-wire pulse width is larger than the GMAW pulse width.

Es ist anzumerken, dass der Erwärmungsstrom zwar als ein gepulster Strom gezeigt ist, dass aber für einige beispielhafte Ausführungsformen der Erwärmungsstrom eine konstante Leistung kann sein, wie zuvor beschrieben. Der Warmdrahtstrom kann auch eine gepulste Erwärmungsleistung, eine Konstantspannung, ein Ausgang mit absteigender Flanke und/oder ein Joules/Zeit-basierter Ausgang sein.It should be noted that although the heating current is shown as a pulsed current, for some example embodiments the heating current may be a constant power as previously described. The hot wire current may also be a pulsed heating power, a constant voltage, a rising edge output, and / or a joules / time based output.

Wie im vorliegenden Text erläutert, müssen, insofern beide Ströme gepulste Ströme sind, sie synchronisiert werden, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen. Es gibt viele Verfahren, die verwendet werden können, um dies zu erreichen, einschließlich der Verwendung von Synchronisationssignalen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 195 (die in eine oder beide Stromversorgungen 170/2130 integriert sein kann) ein Synchronisationssignal zum Starten der gepulsten Lichtbogenspitze einstellen, und kann außerdem die gewünschte Startzeit für die Warmdrahtimpulsspitze einstellen. Wie oben erläutert, werden in einigen Ausführungsformen die Impulse für ein gleichzeitiges Starten synchronisiert, während in anderen Ausführungsformen das Synchronisationssignal den Start der Impulsspitze für den Warmdrahtstrom einige Zeit nach der Lichtbogenimpulsspitze einstellen kann; die Zeitdauer wäre ausreichend, um den gewünschten Phasenwinkel für den Betrieb zu erhalten.As explained herein, inasmuch as both streams are pulsed currents, they must be synchronized to ensure stable operation. There are many methods that can be used to accomplish this, including the use of synchronization signals. For example, the control unit 195 (which in one or both power supplies 170 / 2130 can be integrated) set a synchronization signal for starting the pulsed arc tip, and also can set the desired start time for the hot wire pulse peak. As discussed above, in some embodiments, the pulses for synchronous start-up are synchronized, while in other embodiments, the synchronization signal may set the start of the hot wire current pulse peak some time after the arc pulse peak; the time would be sufficient to obtain the desired phase angle for operation.

23 präsentiert eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird ein GTAW-Schweiß- oder -Beschichtungsvorgang verwendet, wobei ein GTAW-Brenner 2121 und eine Elektrode 2122 einen Lichtbogen erzeugen, in den ein Verbrauchsmaterial 2120 eingeführt wird. Auch hier werden der Lichtbogen und der Warmdraht 140 zur selben Pfütze WP geführt, um eine Raupe WB zu bilden, wie gezeigt. Die Funktionsweise einer GTAW-Ausführungsform ähnelt der oben beschriebenen insofern, als der Lichtbogen und der Warmdraht 140 mit derselben Schweißpfütze WP interagieren. Auch hier wird wie bei der oben beschriebenen GMAW-Operation der Strom, der zum Erzeugen des Lichtbogens in der GTAW-Operation verwendet wird, mit dem Strom für die Warmdrahtoperation synchronisiert. Zum Beispiel kann die Impulsbeziehung verwendet werden, die in den 22A bis 22C gezeigt ist. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 195 die Synchronisation zwischen den Stromversorgungen unter Verwendung einer Dualzustandstabelle oder eines sonstigen ähnlichen Steuerungsverfahrens steuern. Es ist anzumerken, dass das Verbrauchsmaterial 2120 als ein Kaltdraht- oder auch als ein Warmdraht-Verbrauchsmaterial zu der Schweißnaht geführt werden kann. Das heißt, beide Verbrauchsmaterialien 2110 und 140 können erwärmt werden, wie im vorliegenden Text beschrieben. Alternativ braucht nur eines der Verbrauchsmaterialien 2120 und 140 der Warmdraht zu sein, wie im vorliegenden Text beschrieben. 23 presents another exemplary embodiment of the present invention. In this embodiment, a GTAW welding or coating process is used, with a GTAW burner 2121 and an electrode 2122 create an arc into which a consumable material 2120 is introduced. Again, the arc and the hot wire 140 to the same puddle WP to form a bead WB as shown. The operation of a GTAW embodiment is similar to that described above in that the arc and the hot wire 140 interact with the same sweat puddle WP. Again, as with the GMAW operation described above, the current used to generate the arc in the GTAW operation is synchronized with the hot wire operation current. For example, the momentum relationship used in the 22A to 22C is shown. In addition, the control unit 195 control the synchronization between the power supplies using a dual state table or other similar control method. It should be noted that the consumables 2120 as a cold wire or as a hot wire consumable material can be fed to the weld. That is, both consumables 2110 and 140 can be heated as described herein. Alternatively, only one of the consumables needs 2120 and 140 to be the hot wire as described herein.

In jeder der oben besprochenen GTAW- oder GMAW-Ausführungsformen (einschließlich der Verwendung sonstiger Lichtbogenverfahren) ist der Lichtbogen in der vorauseilenden Position relativ zur Vorschubrichtung angeordnet. Dies ist in jeder der 21 und 23 gezeigt. Das liegt daran, dass der Lichtbogen verwendet wird, um den gewünschten Einbrand in dem oder den Werkstücken zu erreichen. Das heißt, der Lichtbogen wird verwendet, um die Schmelzpfütze zu bilden und den gewünschten Einbrand in dem oder den Werkstücken zu erreichen. Anschließend folgt auf den Lichtbogenprozess der Warmdrahtprozess, der im vorliegenden Text ausführlich beschrieben wird. Die Hinzufügung des Warmdrahtprozesses führt mehr Verbrauchsmaterial 140 zu der Pfütze zu, aber ohne die zusätzliche Wärmezufuhr durch einen weiteren Schweißlichtbogen, wie zum Beispiel bei einem herkömmlichen Tandem-MIG-Prozess, in dem mindestens zwei Lichtbögen verwendet werden. Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können signifikante Abscheidungsraten bei beträchtlich weniger Wärmezufuhr als bekannte Tandem-Schweißverfahren erreichen.In any of the GTAW or GMAW embodiments discussed above (including the use of other arc techniques), the arc is located in the advancing position relative to the advancing direction. This is in each of the 21 and 23 shown. This is because the arc is used to achieve the desired penetration in the workpiece (s). That is, the arc is used to form the molten puddle and achieve the desired penetration in the workpiece (s). Subsequently, the hot-wire process follows on the arc process, which is described in detail in the present text. The addition of the hot wire process results in more consumables 140 to the puddle, but without the additional heat input through another welding arc, such as in a conventional tandem MIG process, where at least two arcs are used. That is, embodiments of the present invention can achieve significant deposition rates with significantly less heat input than known tandem welding processes.

Wie in 21 gezeigt, wird der Warmdraht 140 in dieselbe Schweißpfütze WP geführt wie der Lichtbogen, aber er eilt dem Lichtbogen um eine Distanz D nach. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt diese Distanz im Bereich von 5 bis 20 mm, und in anderen Ausführungsformen liegt diese Distanz im Bereich von 5 bis 10 mm. Natürlich können auch andere Distanzen verwendet werden, solange der Draht 140 zur selben Schmelzpfütze zugeführt wird wie die, die durch den vorauseilenden Lichtbogen erzeugt wird. Jedoch sind die Drähte 2110 und 140 in derselben Schmelzpfütze abzuscheiden, und die Distanz D soll so gewählt sein, dass es nur minimale magnetische Interferenz mit dem Lichtbogen durch den Erwärmungsstrom gibt, der zum Erwärmen des Drahtes 140 verwendet wird. Im Allgemeinen richtet sich die Größe der Pfütze, in die der Lichtbogen und der Draht zusammen gerichtet werden, nach der Schweißgeschwindigkeit, den Lichtbogenparametern, der Gesamtleistung in den Draht 140, der Materialart usw., was auch Faktoren beim Bestimmen einer gewünschten Distanz zwischen den Drähten 2110 und 140 sind.As in 21 shown is the hot wire 140 led into the same puddle WP as the arc, but he trails the arc by a distance D after. In some exemplary embodiments, this distance is in the range of 5 to 20 mm, and in other embodiments, this distance is in the range of 5 to 10 mm. Of course, other distances can be used as long as the wire 140 supplied to the same molten puddle as that produced by the anticipatory arc. However, the wires are 2110 and 140 in the same molten puddle, and the distance D should be chosen so that there is minimal magnetic interference with the arc by the heating current used to heat the wire 140 is used. In general, the size of the puddle into which the arc and wire are collated depends on the welding speed, the arc parameters, the total power in the wire 140 , the type of material, etc., as well as factors in determining a desired distance between the wires 2110 and 140 are.

Es ist anzumerken, dass die Funktionsweise des Warmdrahtstroms (zum Beispiel 2203, 2203 oder 2207) ähnlich derjenigen ist, die im vorliegenden Text ausführlich beschrieben ist, wenn ein Lichtbogenereignis entweder durch die Steuereinheit 195 oder die Stromversorgung 170 detektiert oder prädiziert wird. Das heißt, auch wenn der Strom gepulst wird, kann der Strom abgeschaltet oder minimiert werden, wie im vorliegenden Text beschrieben, wenn ein Lichtbogen erzeugt oder detektiert wird. Des Weiteren haben in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Hintergrundabschnitte 2211 einen Strompegel unterhalb eines Lichtbogenerzeugungspegels für den Draht 140 (der durch die Steuereinheit 195 auf der Grundlage von Benutzereingabe-Informationen bestimmt werden kann); und anstatt den Warmdrahtstrom abzuschalten, wenn ein Lichtbogen detektiert wird, kann die Stromversorgung 170 den Strom eine Zeitlang auf den Hintergrundpegel 2211 senken, oder bis bestimmt wird, dass der Lichtbogen erloschen ist oder nicht eintritt (wie zuvor allgemein beschrieben). Zum Beispiel kann die Stromversorgung 170 eine zuvor festgelegte Anzahl von Impulsen 2203/2205/2207 überspringen oder eine Zeitlang, wie zum Beispiel 10 bis 100 ms, einfach nicht pulsen, woraufhin die Stromversorgung 170 die Impulse wieder starten kann, um den Draht 140 auf die zweckmäßige Temperatur zu erwärmen.It should be noted that the operation of the hot wire current (for example 2203 . 2203 or 2207 ) is similar to that described in detail herein when an arcing event occurs either through the control unit 195 or the power supply 170 detected or predicted. That is, even when the current is pulsed, the current may be turned off or minimized as described herein when an arc is generated or detected. Furthermore, in some example embodiments, the background portions 2211 a current level below an arc generation level for the wire 140 (by the control unit 195 can be determined on the basis of user input information); and instead of shutting off the hot wire current when an arc is detected, the power supply can 170 put the power on the background for a while 2211 or until it is determined that the arc has died or does not enter (as previously described generally). For example, the power supply 170 a predetermined number of pulses 2203 / 2205 / 2207 skip or for a while, such as 10 to 100 ms, just do not pulse, causing the power supply 170 The pulses can start again to the wire 140 to heat to the appropriate temperature.

Wie oben beschrieben, kann, weil mindestens zwei Verbrauchsmaterialien 140/2110 in derselben Pfütze verwendet werden, eine sehr hohe Abscheidungsrate erreicht werden, mit einer Wärmezufuhr, die derjenigen einer Einzellichtbogenoperation ähnelt. Dies bietet signifikante Vorteile gegenüber Tandem-MIQ-Schweißsystemen, die eine sehr hohe Wärmezufuhr in das Werkstück haben. Zum Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise mindestens 23 lb/h Abscheidungsrate mit der Wärmezufuhr eines einzelnen Lichtbogens erreichen. Andere beispielhafte Ausführungsformen haben eine Abscheidungsrate von mindestens 35 lb/h.As described above, because at least two consumables 140 / 2110 be used in the same puddle, a very high deposition rate can be achieved with a heat input similar to that of a single arc operation. This offers significant advantages over tandem MIQ welding systems, which have a very high heat input into the workpiece. For example, embodiments of the present invention can easily achieve at least a 23 lb / h deposition rate with the heat input of a single arc. Other exemplary embodiments have a deposition rate of at least 35 lb / hr.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Drähte 140 und 2110 jeweils die gleichen, insofern, als sie die gleiche Zusammensetzung, den gleichen Durchmesser usw. haben. Jedoch können die Drähte in anderen beispielhaften Ausführungsformen verschieden sein. Zum Beispiel können die Drähte verschiedene Durchmesser, Drahtzufuhrgeschwindigkeiten und Zusammensetzungen haben, so wie es für die spezielle Operation benötigt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Drahtzufuhrgeschwindigkeit für den vorauseilenden Draht 2110 höher als die für den Warmdraht 140. Zum Beispiel kann der vorauseilende Draht 2110 eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit von 450 ipm haben, während der nacheilende Draht 140 eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit von 400 ipm hat. Darüber hinaus können die Drähte verschiedene Größen und Zusammensetzungen haben. Weil der Warmdraht 140 keinen Lichtbogen durchqueren muss, um in die Pfütze abgeschieden zu werden, kann der Warmdraht 140 sogar Materialien oder Komponenten haben, die in der Regel nicht gut durch einen Lichtbogen transferiert werden. Zum Beispiel kann der Draht 140 ein Wolframcarbid oder sonstige ähnliche Hartauftragsmaterialien haben, die einer typischen Schweißelektrode aufgrund des Lichtbogens nicht hinzugefügt werden können. Des Weiteren kann die führende Elektrode 2110 eine Zusammensetzung haben, die reich an Netzmitteln ist, die das Benetzen der Pfütze unterstützen können, um eine gewünschte Raupenform zu erhalten. Darüber hinaus kann der Warmdraht 140 auch Schlackeelemente enthalten, die das Schützen der Pfütze unterstützen. Darum erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr Flexibilität bei der chemischen Zusammensetzung der Schweißnaht. Es ist anzumerken, dass, weil der Draht 2110 der vorauseilende Draht ist, die Lichtbogenschweißoperation mit dem vorauseilenden Draht den Einbrand für die Schweißfuge herbeiführt, wobei der Warmdraht weiteres Füllmaterial für die Fuge liefert.In exemplary embodiments of the present invention, the wires are 140 and 2110 the same, inasmuch as they have the same composition, diameter, etc. However, in other exemplary embodiments, the wires may be different. For example, the wires may have different diameters, wire feed rates and compositions as needed for the particular operation. In an exemplary embodiment, the wire feed rate is for the leading wire 2110 higher than that for the hot wire 140 , For example, the leading wire 2110 have a wire feed speed of 450 ipm while the trailing wire 140 has a wire feed speed of 400 ipm. In addition, the wires may have different sizes and compositions. Because the hot wire 140 does not have to cross an arc to be deposited in the puddle, the hot-wire 140 even have materials or components that are not usually well transferred by an arc. For example, the wire 140 have tungsten carbide or other similar hardfacing materials that can not be added to a typical welding electrode due to the arc. Furthermore, the leading electrode 2110 have a composition that is rich in wetting agents that can assist in wetting the puddle to obtain a desired caterpillar shape. In addition, the hot wire can 140 also contain slag elements that help protect the puddle. Therefore, embodiments of the present invention allow more flexibility in the chemical composition of the weld. It should be noted that because of the wire 2110 the leading wire is the arc welding operation with the leading wire to initiate penetration for the weld joint, the hot wire providing further filler material for the joint.

In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Kombination des Lichtbogens und des Warmdrahtes verwendet werden, um die Wärmezufuhr zu der Schweißablagerung im Einklang mit den Anforderungen und Einschränkungen der konkret ausgeführten Operation ausgleichen. Zum Beispiel kann die Wärme aus dem vorauseilenden Lichtbogen für Verbindungsanwendungen erhöht werden, wo die Wärme aus dem Lichtbogen hilft, den Einbrand zu erhalten, der erforderlich ist, um die Werkstücke zu verbinden, und der Warmdraht wird hauptsächlich verwendet, um die Fuge auszufüllen. Jedoch kann in Plattierungs- oder Materialaufbauprozessen die Warmdraht-Drahtzufuhrgeschwindigkeit vergrößert werden, um eine Verdünnung zu minimieren und den Materialaufbau zu erhöhen.In some exemplary embodiments of the present invention, the combination of the arc and the hot wire may be used to balance the heat input to the weld deposit in accordance with the requirements and limitations of the actual operation performed. For example, the heat from the leading arc may be increased for interconnect applications where the heat from the arc helps maintain the burn-in required to bond the workpieces, and the hot wire is primarily used to fill the joint. However, in plating or material building processes, the hot wire wire feed speed can be increased to minimize thinning and increase material buildup.

Darüber hinaus kann, weil verschiedene chemische Zusammensetzungen des Drahtes verwendet werden können, eine Schweißfuge erzeugt werden, die verschiedene Schichten aufweist, was herkömmlicherweise durch zwei separate Durchgänge erreicht wird. Der vorauseilende Draht 2110 kann die erforderliche chemische Zusammensetzung haben, die für einen herkömmlichen ersten Durchgang erforderlich ist, während der nacheilende Draht 140 die chemische Zusammensetzung haben kann, die für einen herkömmlichen zweiten Durchgang erforderlich ist. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen mindestens einer der Drähte 140/2110 ein gefüllter Draht sein. Zum Beispiel kann der Warmdraht 140 ein gefüllter Draht sein, der einen Pulverkern aufweist, der ein gewünschtes Material in die Schweißpfütze ablagert.Moreover, because different chemical compositions of the wire can be used, a weld joint having different layers can be produced, conventionally achieved by two separate passes. The lead wire 2110 may have the required chemical composition, which is required for a conventional first pass, while the trailing wire 140 may have the chemical composition required for a conventional second pass. In addition, in some embodiments, at least one of the wires may 140 / 2110 to be a filled wire. For example, the hot wire 140 a filled wire having a powder core depositing a desired material into the weld puddle.

24 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform von Stromwellenformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der Warmdrahtstrom 2403 ein Wechselstrom, der mit dem Schweißstrom 2401 (ob GMAW oder GTAW) synchronisiert wird. In dieser Ausführungsform werden die positiven Impulse 2404 des Erwärmungsstroms mit den Impulsen 2402 des Stroms 2401 synchronisiert, während die negativen Impulsen 2405 des Erwärmungsstroms 2403 mit den Hintergrundabschnitten 2406 des Schweißstroms synchronisiert werden. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen die Synchronisation entgegengesetzt sein, indem die positiven Impulse 2404 mit dem Hintergrund 2406 synchronisiert werden und die negativen Impulse 2405 mit den Impulsen 2402 synchronisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform gibt es einen Phasenwinkel zwischen dem gepulsten Schweißstrom und dem Warmdrahtstrom. Bei Verwendung einer Wechselstromwellenform 2403 kann der Wechselstrom (und somit das magnetische Wechselfeld) dafür verwendet werden, das Stabilisieren des Lichtbogens zu unterstützen. Natürlich können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann in einem System, das mit einer Unterpulver-Lichtbogenschweiß(SAW)-Operation arbeitet, die SAW-Stromwellenform eine Wechselstromwellenform sein, und die Warmdrahtstromwellenform ist eine Wechselstrom- oder eine gepulste Gleichstromwellenform, wobei alle Wellenformen miteinander synchronisiert werden. 24 FIG. 12 shows another exemplary embodiment of current waveforms of the present invention. FIG. In this embodiment, the hot wire current is 2403 an alternating current with the welding current 2401 (whether GMAW or GTAW) is synchronized. In this embodiment, the positive pulses 2404 the heating current with the pulses 2402 of the electricity 2401 synchronized while the negative impulses 2405 the heating current 2403 with the background sections 2406 of the welding current are synchronized. Of course, in other embodiments, the synchronization may be opposite by the positive pulses 2404 with the background 2406 be synchronized and the negative impulses 2405 with the pulses 2402 be synchronized. In another embodiment, there is a phase angle between the pulsed welding current and the hot wire current. When using an AC waveform 2403 For example, the alternating current (and hence the alternating magnetic field) can be used to help stabilize the arc. Of course, other embodiments may be used without departing from the spirit or scope of the present invention. For example, in a system operating with a submerged arc welding (SAW) operation, the SAW current waveform may be an AC waveform and the hot wire current waveform is an AC or a pulsed DC waveform, with all waveforms being synchronized with each other.

Es ist auch anzumerken, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wenn der Schweißstrom eine konstante oder fast konstante Stromwellenform ist. In solchen Ausführungsformen kann ein Erwärmungswechselstrom 2403 verwendet werden, um die Stabilität des Lichtbogens aufrecht zu erhalten. Die Stabilität wird durch das ständig veränderte Magnetfeld von dem Erwärmungsstrom 2403 erreicht.It should also be noted that embodiments of the present invention may be used when the welding current is a constant or nearly constant current waveform. In such embodiments, a heating alternating current 2403 used to maintain the stability of the arc. The stability is due to the constantly changing magnetic field of the heating current 2403 reached.

25 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Warmdraht 140 zwischen zwei Tandem-Lichtbogenschweißoperationen positioniert ist. In 25 sind die Lichtbogenschweißoperationen als GMAW-Schweißen gezeigt, aber es können auch GTAW-, FCAW-, MCAW- oder SAW-Systeme sein. In den Figuren ist der vorauseilende Brenner 2120 mit einer ersten Stromversorgung 2130 gekoppelt und führt eine erste Elektrode 2110 über eine Lichtbogenschweißoperation zu der Pfütze. Dem vorauseilenden Lichtbogen eilt der Warmdraht 140 nach (der wie oben besprochen abgeschieden wird). Dem Warmdraht 140 eilt die nacheilende Lichtbogenschweißoperation nach, die eine zweite Stromversorgung 2130', einen zweiten Brenner 2120' und einen zweiten Lichtbogenschweißdraht 2110' verwendet. Das heißt, die Konfiguration ähnelt der eines Tandem-GMAW-Schweißsystems, hat aber einen Warmdraht 140, der in die gemeinsame Pfütze zwischen den Brennern 2120 und 2120' abgeschieden wird. Eine solche Ausführungsform steigert die Abscheidungsrate von Materialien in die Pfütze zusätzlich. Es ist anzumerken, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weitere Schweißbrenner und/oder Warmdraht-Verbrauchsmaterialien in einer einzelnen Operation verwenden können und nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt sind. Zum Beispiel können mehrere Warmdrähte verwendet werden, um während eines einzelnen Durchgangs weitere Materialien in die Pfütze abzuscheiden. Wie oben angesprochen, können SAW-Prozesse anstelle der im vorliegenden Text allgemein besprochenen GMAW-Prozesse verwendet werden. Zum Beispiel kann die in 25 gezeigte Ausführungsform vorauseilende und nacheilende SAW-Prozesse mit einer ähnlichen Konfiguration wie der verwenden, die in dieser Figur gezeigt ist. Natürlich würde anstelle eines Schutzgases ein körniges Flussmittel zum Abschirmen der Lichtbögen verwendet werden. Das Verfahren oder die Funktionsweise und die Steuerung sind insgesamt, wie oben besprochen, gleichermaßen auch auf andere Schweißmethodologien, wie zum Beispiel SAW, anwendbar. Zum Beispiel zeigt 26A beispielhafte Wellenformen, die in einem SAW-System mit einem Warmdraht, wie im vorliegenden Text beschrieben, verwendet werden können. Wie gezeigt, ist die vorauseilende SAW-Stromwellenform 2501 eine Wechselstromwellenform, die mehrere positive Impulsen 2503 und mehrere negative Impulse 2505 aufweist, während der nacheilende SAW-Strom 2521 auch eine Wechselstromwellenform ist, die mehrere positive Impulse 2523 und mehrere negative Impulse 2525 aufweist, wobei die nacheilende Wellenform 2521 zu der führenden Wellenform 2501 um einen Phasenwinkel α phasenungleich ist. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt der Phasenwinkel α im Bereich von 90 bis 270 Grad. Es ist auch anzumerken, dass in der gezeigten Ausführungsform der ±-Versatz zwischen den Wellenformen 2501 und 2521 insofern verschieden ist, als die nacheilende Wellenform 2521 einen größeren negativen Versatz hat als die vorauseilende Wellenform 2501. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Versatz der gleiche sein oder kann umgekehrt sein. Der gezeigte Warmdrahtstrom 2510 ist ein Impulsstrom, der mehrere positive Impulse 2511 aufweist, die durch einen Hintergrundpegel 2513 getrennt sind, wobei die Wellenform 2510 einen versetzten Phasenwinkel θ hat, der sich von dem Phasenwinkel α unterscheidet. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt der Warmdraht-Phasenwinkel θ im Bereich von 45 bis 315 Grad, aber unterscheidet sich von dem Phasenwinkel α. 25 shows another exemplary embodiment of the present invention, wherein the hot wire 140 positioned between two tandem arc welding operations. In 25 Arc welding operations are shown as GMAW welding, but they can also be GTAW, FCAW, MCAW or SAW systems. In the figures, the anticipatory burner 2120 with a first power supply 2130 coupled and leads a first electrode 2110 via an arc welding operation to the puddle. The hot wire rushes ahead of the anticipatory arc 140 after (which is separated as discussed above). The hot wire 140 follows the trailing arc welding operation, which is a second power supply 2130 ' , a second burner 2120 ' and a second arc welding wire 2110 ' used. That is, the configuration is similar to that of a tandem GMAW welding system, but has a hot wire 140 in the common puddle between the burners 2120 and 2120 ' is deposited. Such an embodiment further increases the rate of deposition of materials into the puddle. It should be noted that embodiments of the present invention may utilize additional welding torches and / or hot wire consumables in a single operation and are not limited to the embodiments shown in the figures. For example, multiple hot wires may be used to deposit additional materials into the puddle during a single pass. As mentioned above, SAW processes may be used in place of the GMAW processes generally discussed herein. For example, the in 25 The embodiment shown using leading and trailing SAW processes having a similar configuration to that shown in this figure. Of course, instead of a shielding gas, a granular flux would be used to shield the arcs. The method or mode of operation and control as a whole are equally applicable to other welding methodologies, such as SAW, as discussed above. For example, shows 26A exemplary waveforms that may be used in a SAW system with a hot wire as described herein. As shown, the leading SAW current waveform is 2501 an alternating current waveform that has multiple positive pulses 2503 and several negative impulses 2505 during the lagging SAW current 2521 Also, an AC waveform is having several positive pulses 2523 and several negative impulses 2525 having the lagging waveform 2521 to the leading waveform 2501 is a phase angle α out of phase. In exemplary embodiments of the present invention, the phase angle α is in the range of 90 to 270 degrees. It should also be noted that in the illustrated embodiment, the ± offset between the waveforms 2501 and 2521 is different than the lagging waveform 2521 has a larger negative offset than the leading waveform 2501 , In other exemplary embodiments, the offset may be the same or may be reversed. The shown hot wire current 2510 is a pulse stream that has several positive pulses 2511 that has a background level 2513 are separated, with the waveform 2510 has a staggered phase angle θ different from the phase angle α. In an exemplary embodiment, the hot wire phase angle θ is in the range of 45 to 315 degrees, but differs from the phase angle α.

Es ist anzumerken, dass sich zwar die obige Besprechung auf eine SAW-OPeration bezog, dass aber andere beispielhafte Ausführungsformen, die mit einer ähnlichen Synchronisationsmethodologie arbeiten, eine GMAW-, FCAW-, MCAW- oder GTAW-Operation oder Kombinationen davon sein können.It should be noted that while the above discussion referred to a SAW OPeration, other example embodiments that operate with a similar synchronization methodology may be a GMAW, FCAW, MCAW, or GTAW operation, or combinations thereof.

Wie oben angesprochen, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Abscheidung von Materialien in die Pfütze deutlich erhöhen, während die Gesamtwärmezufuhr niedriger als bei herkömmlichen Tandem-Systemen gehalten wird. Jedoch können einige beispielhafte Ausführungsformen eine Form der Schweißraupe WB erzeugen, die höher als bei herkömmlichen Tandem-Verfahren ist. Das heißt, die Schweißraupe WB ragt allgemein höher über die Oberfläche des Werkstücks hinaus und netzt nicht so weit nach außen zu den Seiten der Schweißraupe WB fort wie im Fall von Tandem-Systemen. Das liegt allgemein daran, dass der Warmdraht 140 hilft, die Pfütze hinter der vorauseilenden Lichtbogenschweißoperation abzuschrecken. Darum verwenden einige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Systeme und Komponenten, die das Verbreitern oder Herausnetzen der Pfütze während eines Schweiß- oder Beschichtungsvorgangs unterstützen.As mentioned above, embodiments of the present invention can significantly increase the deposition of materials into the puddle while keeping the total heat input lower than with conventional tandem systems. However, some example embodiments may produce a shape of the weld bead WB that is higher than conventional tandem methods. That is, the weld bead WB projects generally higher beyond the surface of the workpiece and does not continue so far outward to the sides of the weld bead WB as in the case of tandem systems. This is generally because of the hot wire 140 helps quench the puddle behind the anticipatory arc welding operation. Therefore, some exemplary embodiments of the present invention utilize systems and components that assist in widening or widening the puddle during a welding or coating operation.

26 zeigt eine beispielhaften Ausführungsform, wo zwei GMAW-Brenner 2120 und 2120' nicht in einer Linie positioniert sind, sondern nebeneinander positioniert sind, wie gezeigt, wobei der Warmdraht 140 den beiden Brennern 2120/2120' nacheilt. In dieser Ausführungsform sorgt die Nebeneinanderanordnung der zwei GMAW-Lichtbögen für eine Verbreiterung der Pfütze WP und unterstützt das Herausnetzen aus der Pfütze, um die Schweißraupe WB abzuflachen. Wie bei den anderen Ausführungsformen eilt der Warmdraht 140 der Lichtbogenschweißoperation nach und kann auf der Mittelachse der Schweißraupe WB hinter den Lichtbogenschweißoperationen positioniert sein. Jedoch ist es nicht notwendig, dass der Warmdraht 140 auf der Mittelachse bleibt, da der Warmdraht während der Schweißoperation auch relativ zu der Pfütze oszilliert oder bewegt werden kann. 26 shows an exemplary embodiment where two GMAW burners 2120 and 2120 ' are not positioned in a line but are positioned next to each other as shown, with the hot wire 140 the two burners 2120 / 2120 ' lags. In this embodiment, the juxtaposition of the two GMAW arcs causes the puddle WP to broaden and aid in the puddle wiping to flatten the weld bead WB. As with the other embodiments, the hot wire rushes 140 the arc welding operation and may be positioned on the center axis of the weld bead WB after the arc welding operations. However, it is not necessary for the hot wire 140 remains on the central axis, since the hot wire during the Welding operation can also be oscillated or moved relative to the puddle.

27 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wo Laser 2720 und 2720' auf jeder Seite der Schweißpfütze WP verwendet werden, um ein Ausflachen der Pfütze zu unterstützen oder um ein Benetzen der Pfütze zu unterstützen. Die Laser 2720/2720' senden jeweils Strahlen 2710/2710' auf den Seiten der Pfütze aus, um Wärme zu der Pfütze hinzuzufügen und ein Benetzen der Pfütze zu unterstützen, so dass die Pfütze eine wünschenswerte Form hat. Die Laser 2720/2720' können von der im vorliegenden Text beschriebenen Art sein und können in der oben beschriebenen Weise gesteuert werden. Das heißt, die Laser können durch die Steuereinheit 195 oder eine ähnliche Vorrichtung gesteuert werden, um die gewünschte Schweißraupenform zu erzeugen. Des Weiteren kann anstelle der Verwendung zweier Laser zum Erreichen der gewünschten Schweißraupenform auch ein einzelner Laser mit einem Strahlteiler verwendet werden, der den Strahl 2710 teilt und die geteilten Strahlen zu der zweckmäßigen Position auf der Schweißpfütze richtet, um die gewünschte Schweißraupenform zu erreichen. Es ist anzumerken, dass der vorauseilende Lichtbogenschweißprozess zum Zweck der Klarheit in 27 nicht gezeigt ist. 27 shows another exemplary embodiment where lasers 2720 and 2720 ' may be used on either side of the weld puddle WP to aid in puddle flattening or to assist in wetting the puddle. The lasers 2720 / 2720 ' send each rays 2710 / 2710 ' on the sides of the puddle to add heat to the puddle and assist in wetting the puddle so that the puddle has a desirable shape. The lasers 2720 / 2720 ' may be of the type described herein and may be controlled in the manner described above. That means the lasers can be controlled by the control unit 195 or a similar device to produce the desired weld bead shape. Furthermore, instead of using two lasers to achieve the desired weld bead shape, a single laser with a beam splitter can also be used to scan the beam 2710 and directs the split jets to the appropriate position on the weld puddle to achieve the desired bead shape. It should be noted that for the sake of clarity, the anticipatory arc welding process 27 not shown.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein einzelner Laserstrahl 2710 verwendet werden, der zu der Pfütze unmittelbar stromabwärts des Lichtbogenprozesses oder stromabwärts des Warmdrahtes 140 (in der Vorschubrichtung) gerichtet wird, wobei der Strahl 2710 von einer Seite zur anderen oszilliert wird, um das Abflachen der Pfütze zu unterstützen. In solchen Ausführungsformen kann ein einzelner Laser 2720 verwendet und auf Bereiche der Pfütze gerichtet werden, wo gewünscht wird, das Herausnetzen der Pfütze während des Schweißens zu unterstützen. Die Steuerung und der Betrieb des Lasers 2720 ähneln der Steuerung und dem Betrieb des Lasers 120, die oben in Bezug auf 1 usw. beschrieben sind.In another exemplary embodiment, a single laser beam 2710 used to the puddle immediately downstream of the arc process or downstream of the hot wire 140 (in the feed direction), wherein the beam 2710 is oscillated from side to side to help flatten the puddle. In such embodiments, a single laser 2720 used and directed to areas of the puddle where it is desired to assist in puddling out during welding. The control and operation of the laser 2720 are similar to the control and operation of the laser 120 in relation to the above 1 etc. are described.

28 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird eine GTAW-(oder GMAW-, FCAW-, MCAW-)Elektrode 2801 für den Lichtbogenschweißprozess verwendet, und eine magnetische Sonde 2803 ist neben der Elektrode 2801 positioniert, um die Bewegung des Lichtbogens während des Schweißens zu steuern. Die Sonde 2803 empfängt einen Strom von der magnetischen Steuerung und Stromversorgung 2805, die gegebenenfalls mit der Steuereinheit 195 gekoppelt sein kann; und der Strom bewirkt die Erzeugung eines Magnetfeldes MF durch die Sonde 2803. Das Magnetfeld interagiert mit dem durch den Lichtbogen erzeugten Magnetfeld und kann somit dafür verwendet werden, den Lichtbogen während des Schweißens zu bewegen. Das heißt, der Lichtbogen kann während des Schweißens von Seite zu Seite bewegt werden. Diese Seite-zu-Seite-Bewegung wird dafür verwendet, die Pfütze zu verbreitern und die Pfütze herauszunetzen, um die gewünschte Schweißraupenform zu erreichen. Obgleich zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt, folgt dem Lichtbogen ein Warmdraht-Verbrauchsmaterial, wie im vorliegenden Text besprochen, um eine zusätzliche Füllung für die Schweißraupe bereitzustellen. Das Verwenden und Implementieren eines magnetischen Lenkungssystems ist dem Schweißfachmann allgemein bekannt und braucht im vorliegenden Text nicht ausführlich beschrieben zu werden. 28 shows another exemplary embodiment of the present invention. In this exemplary embodiment, a GTAW (or GMAW, FCAW, MCAW) electrode is used 2801 used for the arc welding process, and a magnetic probe 2803 is next to the electrode 2801 positioned to control the movement of the arc during welding. The probe 2803 receives a current from the magnetic control and power supply 2805 if necessary with the control unit 195 can be coupled; and the current causes the generation of a magnetic field MF by the probe 2803 , The magnetic field interacts with the magnetic field generated by the arc and thus can be used to move the arc during welding. That is, the arc can be moved from side to side during welding. This side-to-side motion is used to widen the puddle and liberate the puddle to achieve the desired bead shape. Although not shown for clarity, the arc follows a hot wire consumable, as discussed herein, to provide additional filler for the weld bead. The use and implementation of a magnetic steering system is well known to those skilled in the art and need not be described in detail herein.

Es versteht sich natürlich, dass die Ausführungsformen in jeder der 26 und 28 (sowie die anderen gezeigten und im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen) den Laser 2720 verwenden können, um die Form der Schweißpfütze zu unterstützen, wie im vorliegenden Text beschrieben.It goes without saying that the embodiments in each of the 26 and 28 (as well as the other embodiments shown and described herein) the laser 2720 may be used to assist in the formation of the weld puddle, as described herein.

Obgleich die Erfindung mit Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente substituiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from its scope. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the specific embodiments disclosed, but that the invention include all embodiments falling within the scope of the appended claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Systemsystem
110110
Laserstrahllaser beam
110A110A
Laserstrahllaser beam
110'110 '
Querschnittcross-section
115115
Werkstückworkpiece
120120
Laservorrichtunglaser device
121121
Strahlteilerbeamsplitter
125125
Richtungdirection
130130
LaserstromversorgungLaser power supply
140140
Fülldrahtcored wire
150150
FülldrahtzufuhrvorrichtungFülldrahtzufuhrvorrichtung
160160
Kontaktrohrcontact tube
160'160 '
Komponentecomponent
170170
Warmdraht-StromversorgungHot wire power supply
180180
BewegungssteuereinheitMotion controller
190190
Roboterrobot
195195
StromsteuerungsteilsystemCurrent control subsystem
200200
Startverfahrenstart process
210210
Schrittstep
220 220
Schrittstep
230230
Schrittstep
240240
Schrittstep
250250
Schrittstep
260260
Schrittstep
300300
Startverfahrenstart process
310310
Schrittstep
320320
Schrittstep
330330
Schrittstep
340340
Schrittstep
350350
Schrittstep
410410
SpannungswellenformVoltage waveform
411411
PunktPoint
412412
PunktPoint
420420
StromwellenformCurrent waveform
425425
Anstiegrise
430430
Zeitintervalltime interval
440440
SollpunktwertSet point value
450450
Strompegelcurrent level
510510
SpannungswellenformVoltage waveform
511511
PunktPoint
512512
PunktPoint
520520
StromwellenformCurrent waveform
525525
Strompegelcurrent level
530530
Zeitintervalltime interval
601601
Fugenflächejoint surface
601A601A
Schmelzpfützemelting puddle
603603
Fugenflächejoint surface
603A603A
Schmelzpfützemelting puddle
605605
Oberflächesurface
701701
gewinkelte Flächeangled surface
703703
gewinkelte Flächeangled surface
705705
Spaltgap
707707
Schweißraupebead
801801
Schweißpfützeweld puddle
803803
Schweißpfützeweld puddle
901901
Schweißpfützeweld puddle
903903
Schweißpfützeweld puddle
10001000
Schweißfugeweld
10101010
Laserquellelaser source
10111011
Strahlbeam
10121012
Schweißpfützeweld puddle
10201020
Laserquellelaser source
10211021
Strahlbeam
10221022
Schweißpfützeweld puddle
10301030
Fülldrahtcored wire
1030A1030A
Fülldrahtcored wire
11101110
Induktionsspuleinduction coil
12001200
Systemsystem
12101210
Warmdraht-StromversorgungHot wire power supply
12201220
Benutzereingabenuser input
12211221
positiver Anschlusspositive connection
12221222
negativer Anschlussnegative connection
12231223
Rückmeldungs-Abfühl-AnschlussdrahtDecision feedback sensing wire connection
12301230
CPU oder SteuereinheitCPU or control unit
12401240
SpannungsdetektionskreisVoltage detection circuit
12501250
Energiemodulpower module
14001400
Systemsystem
14101410
Wärmesensorheat sensor
14201420
Temperatursensortemperature sensor
17001700
Systemsystem
17101710
Motorengine
17201720
Optik-AnsteuerungseinheitOptical drive unit
18001800
Stromkreiscircuit
18011801
Widerstandresistance
18031803
Schalterswitch
19011901
LaserschirmbaugruppeLaser screen assembly
19031903
DampfabzugssystemVapor extraction system
20002000
Systemsystem
21102110
Schweißelektrodewelding electrode
2110'2110 '
Schweißdrahtwelding wire
21202120
Brennerburner
2120'2120 '
zweite Brennersecond burner
21212121
Brennerburner
21222122
Elektrodeelectrode
21302130
Stromversorgungpower supply
2130'2130 '
zweite Stromversorgungsecond power supply
21502150
DrahtzufuhrvorrichtungWire feeder
22012201
SchweißwellenformWelding waveform
22022202
Stromimpulsecurrent pulses
22032203
StromwellenformCurrent waveform
22042204
Impulsenpulses
22052205
StromwellenformCurrent waveform
22062206
Impulsenpulses
22072207
WarmdrahtstromHot Wire Power
22082208
WarmdrahtimpulsenHot wire impulses
22102210
HintergrundabschnittBackground section
22112211
HintergrundabschnitteBackground portions
24012401
Schweißstromwelding current
24022402
ImpulseImpulse
24032403
WarmdrahtstromHot Wire Power
24042404
positive Impulsepositive impulses
24052405
negative Impulsenegative impulses
24062406
HintergrundabschnitteBackground portions
25012501
StromwellenformCurrent waveform
25032503
positiveI mpulsepositive effects
25052505
negative Impulsenegative impulses
25102510
WarmdrahtstromHot Wire Power
25112511
positive Impulsepositive impulses
25132513
HintergrundpegelBackground level
25212521
SAW-StromSAW power
25232523
positive Impulsepositive impulses
25252525
negative Impulsenegative impulses
27102710
Strahlbeam
2710'2710 '
Strahlbeam
27202720
Laserlaser
2720'2720 '
Laserlaser
28012801
Elektrodeelectrode
28032803
magnetische Sondemagnetic probe
28052805
Stromversorgungpower supply
AA
PunktPoint
BB
PunktPoint
CC
Punkt/MittePoint / center
DD
Punkt/DistanzPoint / distance
Ee
PunktPoint
GG
Spaltbreitegap width
II
Stromelectricity
LL
Längelength
MFMF
Magnetfeldmagnetic field
PP
Schweißpfützeweld puddle
V V
Spannungtension
WW
Werkstückworkpiece
W1W1
Werkstückworkpiece
W2W2
Werkstückworkpiece
WBWB
Schweißraupebead
WPWP
Schweißpfützeweld puddle
XX
Vorschubdistanzfeed distance
ZZ
Distanzdistance
αα
Winkelangle
ΘΘ
Winkelangle
θθ
Winkelangle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Schweißsystem, das umfasst: eine lichtbogenerzeugende Stromversorgung, die ein Lichtbogenerzeugungssignal an eine Elektrode abgibt, um einen Lichtbogen zwischen der Elektrode und mindestens einem Werkstück (115) zu erzeugen, so dass eine Schmelzpfütze auf dem mindestens einen Werkstück (115) entsteht, wobei das Lichtbogenerzeugungssignal mehrere Stromimpulse umfasst; eine Warmdraht-Stromversorgung (170), die ein Erwärmungssignal zum Erwärmen mindestens eines Verbrauchsmaterials erzeugt, so dass das Verbrauchsmaterial in der Schmelzpfütze schmilzt, wenn das Verbrauchsmaterial in Kontakt mit der Schmelzpfütze steht, wobei das Erwärmungssignal mehrere Erwärmungsstromimpulse umfasst; und eine Steuereinheit (195), die das Lichtbogenerzeugungssignal und das Erwärmungssignal so synchronisiert, dass ein konstanter Phasenwinkel zwischen den Stromimpulsen des Lichtbogenerzeugungssignals und den Erwärmungsstromimpulsen beibehalten wird, wobei die Warmdraht-Stromversorgung (170) und/oder die Steuereinheit (195) eine Rückmeldung überwacht, die in Bezug zu dem Erwärmungssignal steht, und die Rückmeldung mit einer Lichtbogenerzeugungsschwelle vergleicht, und die Warmdraht-Stromversorgung (170) das Erwärmungssignal abschaltet, wenn die Rückmeldung den Lichtbogenerzeugungsschwellenpegel erreicht.A welding system comprising: an arc generating power supply that provides an arc generation signal to an electrode to cause an arc between the electrode and at least one workpiece ( 115 ), so that a melt puddle on the at least one workpiece ( 115 ), wherein the arc generation signal comprises a plurality of current pulses; a hot wire power supply ( 170 ) generating a heating signal for heating at least one consumable such that the consumable in the molten puddle melts when the consumable is in contact with the molten puddle, the heating signal comprising a plurality of heating current pulses; and a control unit ( 195 ) which synchronizes the arc generation signal and the heating signal so as to maintain a constant phase angle between the current pulses of the arc generation signal and the heating current pulses, the hot wire power supply (FIG. 170 ) and / or the control unit ( 195 ) monitors a feedback related to the warming signal and compares the feedback to an arc generation threshold, and the hot wire power supply (FIG. 170 ) turns off the heating signal when the feedback reaches the arc generation threshold level. System nach Anspruch 1, wobei der Phasenwinkel im Bereich von 0 bis 150 Grad liegt, und wobei der Phasenwinkel insbesondere 0 Grad beträgt.The system of claim 1, wherein the phase angle is in the range of 0 to 150 degrees, and wherein the phase angle is in particular 0 degrees. System nach Anspruch 1, wobei der Phasenwinkel im Bereich von 30 bis 90 Grad liegt.The system of claim 1, wherein the phase angle is in the range of 30 to 90 degrees. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erwärmungssignal ein Wechselstromsignal ist.A system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating signal is an AC signal. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrode ein Verbrauchsmaterial ist, das durch das Lichtbogenerzeugungssignal in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht und in der Schmelzpfütze abgeschieden wird.A system according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode is a consumable material which is brought into a molten state by the arc generation signal and deposited in the molten puddle. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das des Weiteren mindestens einen Laser (120) umfasst, dessen Laserstrahl (110) auf die Schmelzpfütze gerichtet wird, um Wärme zu der Schmelzpfütze hinzuzufügen, und/oder des Weiteren mindestens eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung umfasst, die ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Lichtbogen interagieren soll.System according to one of claims 1 to 5, further comprising at least one laser ( 120 ) whose laser beam ( 110 ) is directed to the molten puddle to add heat to the molten puddle, and / or further comprises at least one magnetic field generating device that generates a magnetic field to interact with the arc. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das Folgendes umfasst: eine zweite Lichtbogenerzeugungs-Stromversorgung (2130), die ein zweites Lichtbogenerzeugungssignal an eine zweite Elektrode ausgibt, um einen zweiten Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode und mindestens einem Werkstück zu erzeugen, so dass der zweite Lichtbogen in Kontakt mit der Schmelzpfütze steht, wobei das zweite Lichtbogenerzeugungssignal mehrere zweite Stromimpulse (2202) umfasst; wobei die Steuereinheit die Lichtbogenerzeugungssignale und die Erwärmungssignale so synchronisiert, dass ein konstanter Phasenwinkel zwischen den Stromimpulsen der Lichtbogenerzeugungssignale und den Erwärmungsstromimpulsen beibehalten wird.A system according to any one of claims 1 to 6, comprising: a second arc generating power supply ( 2130 ) which outputs a second arc generation signal to a second electrode to generate a second arc between the first electrode and at least one workpiece so that the second arc is in contact with the molten puddle, the second arc generation signal having a plurality of second current pulses ( 2202 ); wherein the control unit synchronizes the arc generation signals and the heating signals so as to maintain a constant phase angle between the current pulses of the arc generation signals and the heating current pulses. System nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Lichtbogenerzeugungssignale Unterpulver-Lichtbogenschweißsignalen sind.The system of claim 7, wherein the first and second arc generation signals are sub-arc arc welding signals. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei jedes der ersten und zweiten Lichtbogenerzeugungssignale und das Erwärmungssignal so synchronisiert werden, dass sie miteinander phasenungleich sind.The system of claim 7 or 8, wherein each of the first and second arc generation signals and the heating signal are synchronized to be out of phase with each other. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei mindestens eines der ersten und zweiten Lichtbogenerzeugungssignale ein Wechselstromsignal ist.The system of any one of claims 7 to 9, wherein at least one of the first and second arc generation signals is an AC signal. System, ausgestaltet zum: Erzeugen eines Lichtbogenerzeugungssignals und Ausgeben des Lichtbogenerzeugungssignals an eine Elektrode zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und mindestens einem Werkstück (115), um eine Schmelzpfütze auf dem mindestens einen Werkstück (115) zu bilden, wobei das Lichtbogenerzeugungssignal mehrere Stromimpulse umfasst; Erzeugen eines Erwärmungssignals zum Erwärmen mindestens eines Verbrauchsmaterials dergestalt, dass das Verbrauchsmaterial in der Schmelzpfütze schmilzt, wenn das Verbrauchsmaterial in Kontakt mit der Schmelzpfütze steht, wobei das Erwärmungssignal mehrere Erwärmungsstromimpulse umfasst; Synchronisieren des Lichtbogenerzeugungssignals und des Erwärmungssignals dergestalt, dass ein konstanter Phasenwinkel zwischen den Stromimpulsen des Lichtbogenerzeugungssignals und den Erwärmungsstromimpulsen beibehalten wird; und Überwachen eines Rückmeldungssignals, die zu dem Erwärmungssignal in Bezug steht, und Vergleichen der Rückmeldung mit einer Lichtbogenerzeugungsschwelle, und Abschalten des Erwärmungssignals, wenn die Rückmeldung den Lichtbogenerzeugungsschwellenpegel erreicht.A system configured to: generate an arc generation signal and output the arc generation signal to an electrode for generating an arc between the electrode and at least one workpiece ( 115 ) to a melt puddle on the at least one workpiece ( 115 ), wherein the arc generation signal comprises a plurality of current pulses; Generating a heating signal to heat at least one consumable such that the consumable in the molten puddle melts when the consumable is in contact with the molten puddle, the heating signal comprising a plurality of heating current pulses; Synchronizing the arc generation signal and the heating signal so as to maintain a constant phase angle between the current pulses of the arc generation signal and the heating current pulses; and monitoring a feedback signal related to the heating signal and comparing the feedback to an arc generation threshold, and turning off the heating signal when the feedback reaches the arc generation threshold level. System nach Anspruch 11, wobei der Phasenwinkel im Bereich von 0 bis 180 Grad liegt, oder wobei der Phasenwinkel 0 Grad beträgt. The system of claim 11, wherein the phase angle is in the range of 0 to 180 degrees, or wherein the phase angle is 0 degrees. System nach Anspruch 11, wobei der Phasenwinkel im Bereich von 30 bis 90 Grad liegt.The system of claim 11, wherein the phase angle is in the range of 30 to 90 degrees. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Erwärmungssignal ein Wechselstromsignal ist.The system of any one of claims 11 to 13, wherein the heating signal is an AC signal. System nach Anspruch 13, wobei die Elektrode ein Verbrauchsmaterial ist, das durch das Lichtbogenerzeugungssignal in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht und in der Schmelzpfütze abgeschieden wird; und/oder das des Weiteren umfasst, mindestens einen Laserstrahl (110) auf die Schmelzpfütze zu richten, um Wärme zu der Schmelzpfütze hinzuzufügen; und/oder das des Weiteren das Erzeugen eines Magnetfeldes umfasst, das mit dem Lichtbogen interagieren soll.The system of claim 13, wherein the electrode is a consumable material that is brought to a molten state by the arc generation signal and deposited in the molten puddle; and / or that furthermore comprises at least one laser beam ( 110 ) on the molten puddle to add heat to the molten puddle; and / or further comprising generating a magnetic field to interact with the arc.
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