DE212013000247U1 - System for starting and using a combined cored wire feed and high intensity power source for welding - Google Patents

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

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Abstract

Schweißsystem (100, 1200, 1400, 1700), das Folgendes umfasst: mindestens eine Hochintensitäts-Energiequelle, die hoch-intensive Energie auf mehrere Werkstücke (115, 115A, 115B, W) richtet, um eine Schweißpfütze (P) in einem Schweißstoß mit Stegabstand zu erzeugen; eine Erwärmungsstromquelle, die ein Drahterwärmungssignal an mindestens einen Fülldraht (140) anlegt, um den mindestens einen Fülldraht (140) auf eine solche Temperatur zu erwärmen, dass der Fülldraht (140) in der Schweißpfütze (P) schmilzt, wenn der Fülldraht (140) in Kontakt mit der Schweißpfütze (P) steht; und einen Drahtzufuhrmechanismus (150), der den Fülldraht (140) zu der Schweißpfütze (P) voranschiebt, dergestalt, dass der Fülldraht (140) Kontakt mit der Schweißpfütze (P) während eines Schweißvorgangs hält; wobei die Erwärmungsstromquelle eine Rückkopplung von dem Fülldraht(140)-Erwärmungssignal überwacht; und das Fülldraht(140)-Erwärmungssignal abschaltet, wenn ein oberer Schwellenwert durch die Rückkopplung erreicht wird, dergestalt, dass kein Lichtbogen zwischen dem Fülldraht (140) und der Schweißpfütze (P) erzeugt wird, und wobei die Erwärmungsstromquelle das Fülldraht(140)-Erwärmungssignal einschaltet, um das Erwärmen des Fülldrahtes (140) fortzusetzen, und wobei der Schweißstoß mit Stegabstand durch mindestens zwei Werkstücke (115, 115A, 115B, W) gebildet wird, die zwischen sich einen durchschnittlichen Spalt (705) bilden, der im Bereich des 1- bis 3-fachen des Durchmessers des Fülldrahteses (140) liegt, und eine Tiefe des Schweißstoßes mit Stegabstand im Bereich des 4- bis 10-fachen des Durchmessers des Fülldrahtes (140) liegt.A welding system (100, 1200, 1400, 1700) comprising: at least one high intensity power source directing high intensity energy to a plurality of workpieces (115, 115A, 115B, W) to cause a weld puddle (P) in a weld joint Bridge distance to produce; a heating current source applying a wire heating signal to at least one filler wire (140) to heat the at least one filler wire (140) to a temperature such that the filler wire (140) in the weld puddle (P) melts when the filler wire (140) in contact with the welding puddle (P); and a wire feeding mechanism (150) advancing the filler wire (140) to the welding puddle (P), such that the filler wire (140) makes contact with the welding puddle (P) during a welding operation; wherein the heating power source monitors feedback from the cored wire (140) heating signal; and the cored wire (140) heating signal turns off when an upper threshold is reached by the feedback such that no arc is generated between the cored wire (140) and the weld puddle (P), and wherein the heating current source is the cored wire (140). Warming signal turns on to continue the heating of the filler wire (140), and wherein the welding distance with web spacing by at least two workpieces (115, 115A, 115B, W) is formed between them form an average gap (705), which in the 1 to 3 times the diameter of the cored wire (140), and a depth of the butt joint with the interspace distance is in the range of 4 to 10 times the diameter of the cored wire (140).

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung von, und beansprucht die Priorität der, US-Patentanmeldung Nr. 13/212,025, die eine Teilweiterbehandlung von US-Patentanmeldung Nr. 12/352,667 ist und deren Priorität beansprucht. Die US-Patentanmeldungen Nr. 13/212,025 und 12/352,667 werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen.The present application is a partial further processing of, and claims priority to, U.S. Patent Application No. 13 / 212,025, which is a partial further processing of US Patent Application No. 12 / 352,667 and claims priority therefrom. U.S. Patent Application Nos. 13 / 212,025 and 12 / 352,667 are hereby incorporated by reference in their entireties in the present specification.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Schweißsystem nach Anspruch 1. Bestimmte Ausführungsformen betreffen Fülldrahtauftragsanwendungen sowie Schweiß- und Verbindungsanwendungen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen ein System und ein Verfahren zum Starten und Verwenden eines kombinierten Fülldrahtzufuhr- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweiß-, Verbindungs- und Schweißanwendungen.The invention relates to a welding system according to claim 1. Certain embodiments relate to flux coring applications, as well as welding and bonding applications. More particularly, certain embodiments relate to a system and method for starting and using a combined flux-cored feed and power source system for brazing, cladding, building, filling, hardfacing, joining, and welding applications.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

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 wird dergestalt widerstandserwärmt, dass sie sich dem Schmelzpunkt nähert oder ihn erreicht und die Schmelzpfütze berührt. 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 und Schweißspritzer verursachen. Das Risiko des Entstehens eines solchen Lichtbogens ist am Beginn des Prozesses größer, wo der Draht anfangs an einem kleinen 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 is resistance heated so that it approaches or reaches the melting point and contacts the molten 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 and spatter. 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

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Beschränkungen und Nachteile zu überwinden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Risiko einer Lichtbogenentstehung zu minimieren. Dieses Problem wird durch ein Schweißsystem nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System und ein Verfahren zum Starten und Verwenden eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems. Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Starten und Verwenden eines kombinierten Drahtzufuhr- und Energiequellensystems für Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweiß-, Schweiß- und Verbindungsanwendungen. Das Verfahren enthält das 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 Verfahren enthält des Weiteren das Abfühlen, wann das distale Ende des mindestens einen ohmschen Fülldrahtes erstmals Kontakt mit dem Werkstück herstellt. Das Verfahren enthält des Weiteren das Abschalten der Stromquelle zu dem mindestens einen ohmschen Fülldraht über ein definiertes Zeitintervall in Reaktion auf das Abfühlen. Das Verfahren enthält des Weiteren das Einschalten der Stromquelle an einem Ende des definierten Zeitintervalls, um Erwärmungsstrom durch mindestens einen ohmschen Fülldraht fließen zu lassen. Das Verfahren enthält des Weiteren das 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.It is an object of the invention to overcome the limitations and disadvantages. It is another object of the invention to minimize the risk of arc generation. This problem is solved by a welding system according to claim 1. Further embodiments form the subject of the dependent claims. Embodiments of the present invention include a system and method for starting and using a combined flux-cored feeder and power source system. A first embodiment of the present invention includes a method for starting and using a combined wire feed and power source system for brazing, cladding, build up, fill, hardfacing, welding, and bonding applications. The method includes applying a sense voltage between at least one ohmic flux-cored wire and a workpiece via a power source and advancing a distal end of the at least one ohmic flux-cored wire toward the workpiece. The method further includes sensing when the distal end of the at least one ohmic flux-cored wire first makes contact with the workpiece. The method further includes shutting off the power source to the at least one resistive flux-cored wire over a defined time interval in response to the sensing. The method further includes turning on the power source at one end of the defined time interval to flow heating current through at least one ohmic flux-cored wire. The method further includes applying 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 ZEICHNUNGEN BRIEF 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 of a combined flux cored feeder and power source system for brazing, cladding, build, fill, and hardfacing applications; FIG.

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;

8 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform des gleichzeitigen Verbindens zweier Seiten einer Schweißfuge; 8th 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 beispielhaften 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 bis 16F veranschaulichen beispielhaften 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 (Eine Stromquelle ist links in der 18 dargestellt und der Schweißvorgang rechts); 18 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a descent circuit that may be used in embodiments of the present invention. (A current source is shown on the left in FIG 18 shown and the welding process on the right);

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.

20A veranschaulicht Ergebnisse eines Dünnwandschweißprozesses unter Verwendung eines Lichtbogenschweißprozesses (dargestellt ist eine Schweißnahtkappe, die die Werkstücke 115A und 115B dort überdeckt, wo die Werkstücke 115A und 115B gestrichelt dargestellt sind; die breite Schweißnahtkappe bedeckt den oberen äußeren Rand des Werkstückes 115B; der Spalt wird vor korrektem Einbrand überbrückt); und 20A illustrates results of a thin-wall welding process using an arc welding process (shown is a weld cap that holds the workpieces 115A and 115B there covered where the workpieces 115A and 115B are shown by dashed lines; the wide weld cap covers the upper outer edge of the workpiece 115B ; the gap is bridged before proper penetration); and

20B veranschaulichten Ergebnisse einer beispielhaften Ausführungsform eines Dünnwandschweißprozesses unter Verwendung der vorliegenden Erfindung (dargestellt ist eine Schweißnahtkappe, die die Werkstücke 115A und 115B dort überdeckt, wo die Werkstücke 115A und 115B gestrichelt dargestellt sind; der äußere Rand des Werkstücks 115B ist zur Inspektion sichtbar; der Spalt wird nach korrektem Einbrand überbrückt). 20B illustrated results of an exemplary embodiment of a thin-wall welding process using the present invention (shown is a weld cap that the workpieces 115A and 115B there covered where the workpieces 115A and 115B are shown by dashed lines; the outer edge of the workpiece 115B is visible for inspection; the gap is bridged after correct penetration).

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 will become between closely spaced surfaces The joint is distributed by capillary action, while in a "joint soldering" 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-, Hartauftragsschweißsowie 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, plating, 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 Stromversorgungen 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 supplies 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 tatsächlich bewegt oder indem man die Laservorrichtung 120 und das Drahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem bewegt. In 1 enthält das Bewegungssteuerungsteilsystem eine Bewegungssteuereinheit 180, 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 stay in a fixed relationship. According to various embodiments, the relative movement between the workpiece 115 and the laser / wire combination can be achieved by holding the workpiece 115 actually moved or by the laser device 120 and the wire feeder subsystem moves. In 1 The motion control subsystem includes a motion control unit 180 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 hoch-intensiven 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, the workpiece can be moved under the high intensity energy source and the hot wire as in 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 der 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 180 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 sense 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 180 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 sie 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 existiert möglicherweise kein signifikanter Spannungspegel (über null Volt) zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115. 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 makes 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 ,

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 an 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 auszuführen. 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 hochintensiven 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 perform a brazing application, a plating application, a material building application, a hard application application or a welding or joining 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 hoch-schmelzflüssig 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 kontinuierlich 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 highly molten, so the distal end can 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 strangle and contact 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 continuously 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 to lose, shut 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 das 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 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 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 by means of the sensing 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 unmittelbar 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-intensity energy or this immediately ahead - 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 besprochen 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 allgemeine 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 fillers 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, in the following discussions, it is understood that the above discussions have general validity unless otherwise noted. 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, realisieren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung signifikante Vorteile gegenüber derzeitigen Schweißtechnologien. 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 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 realize 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 beispielhaften 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 Korrosionsbeständigkeit 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: Anstrichstoffe, 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. Metal plating 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 may 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 can cause similar problems include: paints, stamped lubricants, glass liners, aluminized coatings, surface heat treatments, nitriding or carbonation treatments, plating treatments, or other vaporizing coatings or materials. Exemplary embodiments of the present invention eliminate these problems, as explained below.

Wir wenden uns den 6 und 6A 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 MIG) 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 der 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 to where a representative weld overlap joint 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 MIG), sections 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 be 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 die 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 andere 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 porosity is significantly minimized or eliminated. 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 little or no porosity or 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 kann 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 may be 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)/Gewicht des aufgezehrten Fülldrahtes (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 are generated, they can affect the quality of the weld and can cause production delays because they usually need to be wiped 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) / weight of consumed cored wire (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 from 0, there would be no 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 dieselbe Schweißpfütze wie der Laserstrahl 110 auf. In einer beispielhaften Ausführungsform trifft der Fülldraht 140 an derselben Stelle auf die Schweißpfütze wie der Laserstrahl 110 auf. 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 puddle as the laser beam 110 on. In an exemplary embodiment, the flux cored wire strikes 140 at the same place on the welding puddle as the laser beam 110 on. 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 welding of steel workpieces, but may also be used for welding 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 auch 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 from the welding expert are generally understood and known to him, their construction 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 also possible that the umbrella 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, Motorträgern 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 of precision in the production of the welding 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 employing 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 for producing a precise 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 beispielhafte 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 be generated solely by means of a laser, if the gap is small enough, or can be generated by means of a laser and a filler wire, if 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 arcing on each side of the weld, is limited due to the penetration depth of arc welding, due in part to the high heat input. 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 angeordnete Laserstrahlen 110 und 110A verwendet, um ein einzigartiges Schweißprofil 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 successively arranged laser beams 110 and 110A used to form a unique welding 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 generate the first one 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 gewünschte 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 Korrosionsbeständigkeitszwecke 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 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 material can result in cracking and poor welds. 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 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 chemische 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 in order 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 silicon bronze, nickel aluminum bronze or aluminum bronze based wire having 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 be coupled directly to the contact tip, as shown, but can 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 am 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 beeinflussen.In 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 a contact with the puddle manufactures. 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 can be maintained 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 shut off, so no arc is produced. 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 wird auch die Änderung des Widerstands (dr/dt) 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 is turned off 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 (for example, 1 to 10 ms), or until the detected voltage, the detected current, the detected power and / or the detected resistance falls below the upper threshold 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 another exemplary embodiment, the descent time is 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 den 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 a type of circuit is the Welding expert well 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 the 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, wo ein beispielhaftes Schweißsystem gezeigt ist, noch besser verstanden werden. (Es ist anzumerken, dass das Lasersystem 13 zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist). 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 Where an exemplary welding system is shown will be better understood. (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 (wie in den 11 gezeigt) sein, 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. To the Example may be 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 schalten 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 den Zeitpunkt 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 the 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. 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 point in 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 becomes electricity 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 der Sensor 1420 nicht 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 becomes 1420 It is not aimed at the puddle but 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 er 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 moving 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 part 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 Schweißprofils 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 Schweißprofilen 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 Schweißprofil 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 Schweißprofil in einer kontinuierlichen Schweißoperation zu erreichen, so dass eine kontinuierliche Schweißraupe in einem einzigen 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, which may include some portions of the weld joint, involving the use of a filler metal (the 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 cause a laser weld of this first section of the joint to be made; but when the welding operation reaches a second section of the weld which requires the use of a filler metal, the control unit causes it to 195 the power supply 170 and the wire feeder 150 , the deposition of 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 can be enabled to control the various system components to provide such a varying welding profile in one To achieve continuous welding operation, so that a continuous bead is produced 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 remains in a relatively constant position relative to the puddle P during welding. However, other embodiments are not limited in such a way as exemplified in FIGS 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 be accomplished by one changes the beam form with the help of the laser lenses and optics, or it can with the help of several 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.

Wie oben mit Bezug auf 7B besprochen, erlaubt ein Warmdrahtlaserschweißen im Einklang mit der vorliegenden Erfindung das Schweißen schmaler Spalte, was mittels Lichtbogenschweißen oder Laserschweißen allein nur schwer zu bewerkstelligen wäre. Neben den oben besprochenen Vorteilen erlaubt das Warmdrahtlaserschweißen der vorliegenden Erfindung das Schweißen dünnwandiger Werkstücke von beispielsweise weniger als 10 mm, was mittels herkömmlicher Lichtbogenschweißprozesse möglicherweise nicht ausführbar ist. Das gilt besonders dann, wenn die Schweißtiefe größer ist als die Dicke des Materials. Wie zum Beispiel in 20A gezeigt, ist die Fugentiefe größer als die Dicken der jeweiligen Werkstücke 115A/115B. Das heißt, in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Fugentiefe oder Schweißraupentiefe länger als die Dicke von mindestens einem der Werkstücke, und in anderen Ausführungsformen ist die Schweißraupe tiefer als die Dicke beider Werkstücke. Jedoch neigen Lichtbogenprozesse, wie zum Beispiel GMAW, zu breiten Schweißpfützen und größerer Wärmezufuhr, wodurch sich die Werkstücke aufgrund des überschüssigen Füllmaterials, das in solchen Prozessen benötigt wird, verziehen könnten. Das liegt daran, dass Lichtbogenprozesse einen breiten Spalt brauchen, um das Schutzgas bereitzustellen und zu verhindern, dass die eisenhaltigen Seitenwände der Schweißnut den Lichtbogen stören, wie oben besprochen. Die Wärmezufuhr, die zum Schmelzen des überschüssigen Füllmaterials erforderlich ist, kann dünnwandige Werkstücke verziehen.As above with respect to 7B hot wire laser welding in accordance with the present invention allows welding of narrow gaps, which would be difficult to accomplish by means of arc welding or laser welding alone. In addition to the advantages discussed above, the hot-wire laser welding of the present invention allows for the welding of thin-walled workpieces of, for example, less than 10 mm, which may not be feasible by conventional arc welding processes. This is especially true if the weld depth is greater than the thickness of the material. Like in 20A shown, the joint depth is greater than the thicknesses of the respective workpieces 115A / 115B , That is, in exemplary embodiments of the present invention, the joint depth or weld depth is longer than the thickness of at least one of the workpieces, and in other embodiments, the weld bead is deeper than the thickness of both workpieces. However, arc processes, such as GMAW, tend to produce broad weld puddles and greater heat input, which could distort the workpieces due to the excess filler needed in such processes. This is because arc processes require a wide gap to provide the shielding gas and to prevent the ferrous sidewalls of the weld groove from disturbing the arc, as discussed above. The heat input required to melt the excess filler material can distort thin-walled workpieces.

Versucht man, den Fugenspalt schmaler zu machen, kann dies zu anderen Problemen beim Lichtbogenschweißen führen. Wie zum Beispiel in 20A gezeigt, kann die Schweißpfütze in einem Lichtbogenprozess eine Fuge überbrücken, ohne tief einzubrennen, was zu mechanischen Spannungen in der fertigen Fuge führen kann. Darüber hinaus kann, wie ebenfalls in 20A gezeigt, beim Verbinden dünnwandiger Werkstücke 115A und 115B der Lichtbogenprozess eine breite Schweißnahtkappe haben, was das Bestimmen der Tiefe der Schweißnaht erschweren kann. In der Regel gibt eine sichtbare Wärmelinie 116 auf dem Werkstück 115B einen Hinweis auf die Einbrandtiefe der Schweißpfütze, d. h. einen Hinweis auf den Boden der Schweißfuge. Jedoch bedeckt die breite Schweißnahtkappe in einem typischen Lichtbogenschweißprozess, wie zum Beispiel einem GMAW-Prozess, den äußeren Rand eines dünnen Werkstücks, wie zum Beispiel des Werkstücks 115B. Der obere äußere Rand des Werkstücks entspricht der Oberseite der Schweißfuge. Ohne zu wissen, wo sich der obere äußere Rand des Werkstücks 115B befindet (d. h. die Oberseite der Schweißfuge), es ist schwierig, die Einbrandtiefe zu kennen.Attempting to narrow the joint gap can lead to other arc welding problems. Like in 20A As shown, the weld puddle can bridge a joint in an arc process without deep penetration, which can lead to mechanical stresses in the finished joint. In addition, as well as in 20A shown when connecting thin-walled workpieces 115A and 115B the arc process has a wide weld cap, which can complicate determining the depth of the weld. As a rule, gives a visible heat line 116 on the workpiece 115B an indication of the penetration depth of the welding puddle, ie an indication of the bottom of the weld joint. However, in a typical arc welding process, such as a GMAW process, the wide weld cap covers the outer edge of a thin workpiece, such as the workpiece 115B , The upper outer edge of the workpiece corresponds to the top of the weld joint. Without knowing where the upper outer edge of the workpiece 115B is located (ie the top of the Welding joint), it is difficult to know the penetration depth.

Obgleich die oben angesprochenen Nachteile hinsichtlich der Wärmezufuhr und der Größe der Schweißnahtkappe in einem reinen Laserschweißprozess unter Kontrolle gebracht werden können, hat der reine Laserprozess andere Nachteile. Zum Beispiel ist der Laser in einem reinen Laserschweißprozess stärker fokussiert als in einem Plattierungsprozess, um die Intensität zum Schmelzen des Werkstücks und zum Bilden einer Schweißpfütze bereitzustellen. Jedoch müssen die Werkstücke in der Regel dicht beieinander liegen, beispielsweise in der Regel mit einem Spalt von weniger als 1 mm. Anderenfalls schießt der Laser durch den Spalt in der Fuge, und/oder die durch den Laser gebildete Schweißpfütze kann den Spalt nicht überbrücken.Although the above-mentioned disadvantages in terms of heat input and the size of the weld cap in a pure laser welding process can be brought under control, the pure laser process has other disadvantages. For example, in a pure laser welding process, the laser is more focused than in a plating process to provide the intensity for melting the workpiece and forming a weld puddle. However, the workpieces usually have to be close to each other, for example, usually with a gap of less than 1 mm. Otherwise, the laser shoots through the gap in the joint, and / or the weld puddle formed by the laser can not bridge the gap.

Wie in 20B gezeigt, kann ein Warmdraht-Laserschweißprozess im Einklang mit der vorliegenden Erfindung die oben besprochenen Nachteile überwinden. Und weil es ein Warmdraht-Laserprozess ist, gibt es darüber hinaus allenfalls nur wenige Schweißspritzer durch den Prozess, und es ist kein Schutzgas erforderlich. Einrichtung und Steuerung des Lasers und des Warmdrahtes ähneln dem, was in 7B mit Bezug auf den Laser 120 und den Warmdraht 140 gezeigt ist. Daher werden die Einrichtung und Steuerung des Warmdraht-Lasersystems nicht näher besprochen. Wenden wir uns 20B zu. Die Werkstücke 115A und 115B sind mit einem schmalen Spalt GP angeordnet. Der Spalt GP ist von der Überbrückungsfähigkeit der Schweißraupe abhängig, die durch das Schmelzen der Werkstücke 115A und 115B und des Warmfülldrahtes 140 gebildet wird. Jedoch wird in Betracht gezogen, dass der Spalt GP eine durchschnittliche Spaltbreite im Bereich des 1- bis 3-fachen des Durchmessers des Drahtes 140 hat. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die durchschnittliche Spaltbreite im Bereich des 1- bis 2-fachen des Durchmessers des Drahtes 140. Allgemein bezieht sich die durchschnittliche Spaltbreite auf den durchschnittlichen Abstand zwischen den jeweiligen Seitenwänden der Fuge für die Tiefe der Fuge. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugen der Laser 120 und der Warmdraht 140 eine Schweißpfütze, die ungefähr zweimal so breit wie der Durchmesser des Warmdrahtes 140 ist. Des Weiteren können – aufgrund der Attribute von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (wie oben besprochen) – Prozesse der vorliegenden Erfindung eine Einbrandtiefe im Bereich des 4- bis 10-fachen des Durchmessers des Warmdrahtes 140 haben, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Einbrand im Bereich des 6- bis 10-fachen des Durchmessers des Warmdrahtes 140 liegen kann. Es ist zu beachten, dass die obige Besprechung zwar von einer „Einbrand”-Tiefe spricht, dass dies aber auch eine Materialauftrags-Tiefe umfasst. Wie zum Beispiel in 20A gezeigt, ist es aufgrund des Vorhandenseins des Spalts zwischen den Werkstücken nicht notwendig, dass der Laser die gesamte Tiefe eines Werkstücks durchdringt; vielmehr kann er dafür verwendet werden, die Schweißraupe in dem Fugenspalt aufzubauen, wie gezeigt. Weil einige Ausführungsformen eine Fuge aufbauen, anstatt ein Werkstück komplett zu durchschneiden, wird weniger Laserenergie benötigt als bei Verwendung des Lasers zum Ausbilden eines Schlüssellochs in einem Werkstück. Dank der Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können des Weiteren die Dicken der Werkstücke relativ gering sein. Wie zum Beispiel in 20B gezeigt, können die Werkstücke 115A und 115B eine Dicke an der Schweißfuge im Bereich von 4 bis 15 mm haben, und können in einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von 4 bis 10 mm haben, ohne dass es zu einem merklichen Verziehen kommt. Eine solche Dicke wäre die durchschnittliche Dicke des Werkstücks oder der Werkstücke an der Schweißfuge für die Tiefe der Schweißfuge und kann gegebenenfalls die Dicke für die gesamte Länge der Schweißfuge sein. Somit können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Schweißfuge bereitstellen, die eine sehr schmale Spaltbreite, aber einen tiefen Einbrand aufweist, was mit herkömmlichen Schweißvorgängen nicht zu erreichen ist.As in 20B As shown, a hot wire laser welding process in accordance with the present invention may overcome the disadvantages discussed above. Moreover, because it is a hot-wire laser process, there are only a few spatters in the process and no shielding gas is required. Setup and control of the laser and the hot wire are similar to what is in 7B with reference to the laser 120 and the hot wire 140 is shown. Therefore, the establishment and control of the hot wire laser system will not be discussed further. Let us turn 20B to. The workpieces 115A and 115B are arranged with a narrow gap GP. The gap GP is dependent on the bridging ability of the weld bead caused by the melting of the workpieces 115A and 115B and the warm filling wire 140 is formed. However, it is considered that the gap GP has an average gap width in the range of 1 to 3 times the diameter of the wire 140 Has. In other exemplary embodiments, the average gap width is in the range of 1 to 2 times the diameter of the wire 140 , Generally, the average gap width refers to the average distance between the respective side walls of the joint for the depth of the joint. In exemplary embodiments of the present invention, the laser generates 120 and the hot wire 140 a weld puddle about twice as wide as the diameter of the hot wire 140 is. Furthermore, based on the attributes of embodiments of the present invention (as discussed above), processes of the present invention can provide a penetration depth in the range 4 to 10 times the diameter of the hot wire 140 while in other exemplary embodiments of the present invention, the burn in the range of 6 to 10 times the diameter of the hot wire 140 can lie. It should be noted that while the above discussion speaks of a "penetration" depth, it also implies a depth of material coverage. Like in 20A As shown, due to the presence of the gap between the workpieces, it is not necessary for the laser to penetrate the entire depth of a work piece; rather, it can be used to build up the weld bead in the joint gap, as shown. Because some embodiments build a joint rather than completely cutting a workpiece, less laser energy is needed than when using the laser to form a keyhole in a workpiece. Furthermore, thanks to the advantages of embodiments of the present invention, the thicknesses of the workpieces may be relatively low. Like in 20B shown, the workpieces can 115A and 115B have a thickness at the weld joint in the range of 4 to 15 mm, and in some embodiments may have a thickness in the range of 4 to 10 mm, without causing significant warping. Such a thickness would be the average thickness of the workpiece or workpieces at the weld groove for the depth of the weld joint, and may optionally be the thickness for the entire length of the weld joint. Thus, exemplary embodiments of the present invention may provide a weld joint that has a very narrow gap width but a deep penetration, which is not achievable with conventional welding operations.

Wie in 20B gezeigt, erzeugt der oben beschriebene Warmdraht-Laserprozess einen Einbrand, der bis weit in die Wurzen der Fuge vordringt und eine feste Fuge mit weniger Füllmaterial und Wärmezufuhr bildet als ein typischer Lichtbogenschweißprozess. Darüber hinaus sind die Abscheidungsraten und Drahtzufuhrgeschwindigkeiten mit denen herkömmlicher Lichtbogenschweißprozesse vergleichbar. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass – auf der Basis der Schweißparameter – Vorschubgeschwindigkeiten von mehr als 100 ipm und Drahtzufuhrgeschwindigkeiten von mehr als 400 ipm erreicht werden können. Des Weiteren ist das Inspizieren der Schweißnaht einfacher, weil die Schweißnahtkappe nicht den oberen Rand des dünnwandigen Werkstücks 115B bedeckt, wie im Fall eines Lichtbogenprozesses. Weil der obere äußere Rand des Werkstücks 115B sichtbar ist, kann die Distanz zwischen der Oberseite der Fuge (oberer Rand) und dem Boden der Fuge (Wärmelinie 116) leicht gemessen werden.As in 20B As shown, the hot-wire laser process described above creates a burn-in that penetrates far into the roots of the joint and forms a solid joint with less filler material and heat input than a typical arc welding process. In addition, the deposition rates and wire feed rates are comparable to those of conventional arc welding processes. For example, it is contemplated that feed rates of greater than 100 ipm and wire feed speeds greater than 400 ipm may be achieved based on the welding parameters. Furthermore, inspecting the weld is easier because the weld cap is not the top edge of the thin-walled workpiece 115B covered, as in the case of an arc process. Because the upper outer edge of the workpiece 115B is visible, the distance between the top of the joint (upper edge) and the bottom of the joint (heat line 116 ) are easily measured.

In jeder der 1, 14 und 17 sind die Laserstromversorgung 130, die Warmdrahtstromversorgung 170 und die Abfühl- und Steuereinheit 195 im Interesse der besseren Übersichtlichkeit separat gezeigt. Jedoch können in Ausführungsformen der Erfindung diese Komponenten auch in einem einzelnen Schweißsystem integriert werden. Aspekte der vorliegenden Erfindung erfordern nicht, dass die oben einzeln besprochenen Komponenten als separate physische Einheiten oder eigenständige Strukturen beibehalten 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 the sake of clarity. However, in embodiments of the invention, these components may also be integrated in a single welding system. Aspects of the present invention do not require that the individually discussed above as separate physical entities or discrete structures.

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
115115
Werkstückworkpiece
115A115A
Werkstückworkpiece
115B115B
Werkstückworkpiece
116116
Wärmelinieheat line
120120
Laservorrichtunglaser device
120A120A
Laservorrichtunglaser device
121121
Strahlteilerbeamsplitter
125125
Richtungdirection
130130
Stromversorgungpower supply
140140
Fülldrahtcored wire
150150
FülldrahtzuführerFülldrahtzuführer
160160
KontaktröhreContact tube
170170
Stromversorgungpower supply
180180
BewegungssteuereinheitMotion controller
190190
Roboterrobot
195195
Stromsteuerungs-TeilsystemPower control subsystem
200200
Beginnverfahrenstart process
220220
Schrittstep
230230
Schrittstep
240240
Schrittstep
250250
Schrittstep
260260
Schrittstep
310310
Schrittstep
320320
Schrittstep
330330
Schrittstep
340340
Schrittstep
350350
Schrittstep
410410
StromwellenformCurrent waveform
411411
PunktPoint
412412
PunktPoint
420420
StromwellenformCurrent waveform
425425
Anstiegrise
430430
Intervallinterval
440440
SollpunktwertSet point value
450450
AusgangsstrompegelOutput current level
510510
StromwellenformCurrent waveform
511511
PunktPoint
512512
PunktPoint
520520
StromwellenformCurrent waveform
525525
ErwärmungsstrompegelHeating current level
530530
Intervallinterval
601601
ÜberlappfugenflächeÜberlappfugenfläche
601A601A
schmelzflüssige Pfützemolten puddle
603603
ÜberlappfugenflächeÜberlappfugenfläche
603A603A
schmelzflüssige Pfützemolten puddle
605605
Oberflächesurface
701701
gewinkelte Oberflächeangled surface
703703
gewinkelte Oberflächeangled 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
Laserstrahllaser beam
10221022
Schweißpfützeweld puddle
10301030
Fülldrahtcored wire
1030A1030A
Fülldrahtcored wire
11101110
SpuleKitchen sink
12001200
Systemsystem
12101210
Stromversorgungpower supply
12201220
Benutzereingabeuser input
12221222
negativer Anschlussnegative connection
12231223
AbfühlanschlussleitungAbfühlanschlussleitung
12301230
CPU/SteuereinheitCPU / controller
12401240
SpannungsdetektionskreisVoltage detection circuit
12501250
Leistungsmodulpower module
14001400
Systemsystem
14101410
Sensorsensor
14201420
Sensorsensor
17001700
Systemsystem
17101710
Motorengine
17201720
OptikansteuereinheitOptikansteuereinheit
18001800
Schaltkreiscircuit
18011801
Registerregister
18031803
Schalterswitch
19011901
LaserschirmbaugruppeLaser screen assembly
19031903
DampfabzugssystemVapor extraction system
AA
PunktPoint
BB
PunktPoint
BBBB
rückseitige Schweißraupeback weld bead
CC
Punkt/MittePoint / center
DD
PunktPoint
Ee
PunktPoint
LL
Längelength
PP
Pfützepuddle
WBWB
Schweißraupebead
XX
Distanzdistance
ZZ
Distanzdistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4866247 [0117] US 4866247 [0117]
  • US 5148001 [0117] US 5148001 [0117]
  • US 6051810 [0117] US 6051810 [0117]
  • US 7109439 [0117] US 7109439 [0117]

Claims (6)

Schweißsystem (100, 1200, 1400, 1700), das Folgendes umfasst: mindestens eine Hochintensitäts-Energiequelle, die hoch-intensive Energie auf mehrere Werkstücke (115, 115A, 115B, W) richtet, um eine Schweißpfütze (P) in einem Schweißstoß mit Stegabstand zu erzeugen; eine Erwärmungsstromquelle, die ein Drahterwärmungssignal an mindestens einen Fülldraht (140) anlegt, um den mindestens einen Fülldraht (140) auf eine solche Temperatur zu erwärmen, dass der Fülldraht (140) in der Schweißpfütze (P) schmilzt, wenn der Fülldraht (140) in Kontakt mit der Schweißpfütze (P) steht; und einen Drahtzufuhrmechanismus (150), der den Fülldraht (140) zu der Schweißpfütze (P) voranschiebt, dergestalt, dass der Fülldraht (140) Kontakt mit der Schweißpfütze (P) während eines Schweißvorgangs hält; wobei die Erwärmungsstromquelle eine Rückkopplung von dem Fülldraht(140)-Erwärmungssignal überwacht; und das Fülldraht(140)-Erwärmungssignal abschaltet, wenn ein oberer Schwellenwert durch die Rückkopplung erreicht wird, dergestalt, dass kein Lichtbogen zwischen dem Fülldraht (140) und der Schweißpfütze (P) erzeugt wird, und wobei die Erwärmungsstromquelle das Fülldraht(140)-Erwärmungssignal einschaltet, um das Erwärmen des Fülldrahtes (140) fortzusetzen, und wobei der Schweißstoß mit Stegabstand durch mindestens zwei Werkstücke (115, 115A, 115B, W) gebildet wird, die zwischen sich einen durchschnittlichen Spalt (705) bilden, der im Bereich des 1- bis 3-fachen des Durchmessers des Fülldrahteses (140) liegt, und eine Tiefe des Schweißstoßes mit Stegabstand im Bereich des 4- bis 10-fachen des Durchmessers des Fülldrahtes (140) liegt.Welding system ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ), comprising: at least one high-intensity energy source supplying high-intensity energy to a plurality of workpieces ( 115 . 115A . 115B , W) to create a weld puddle (P) in a fin-gap weld joint; a heating power source that supplies a wire heating signal to at least one flux-cored wire ( 140 ) is applied to the at least one filler wire ( 140 ) to a temperature such that the filler wire ( 140 ) in the welding puddle (P) melts when the filler wire ( 140 ) is in contact with the welding puddle (P); and a wire feed mechanism ( 150 ), the filler wire ( 140 ) to the welding puddle (P), in such a way that the filler wire ( 140 ) Maintains contact with the welding puddle (P) during a welding operation; wherein the heating current source is a feedback from the filler wire ( 140 ) Warming signal monitors; and the filler wire ( 140 ) Warm-up signal, when an upper threshold is reached by the feedback, such that no arc exists between the filler wire (FIG. 140 ) and the welding puddle (P) is generated, and wherein the heating current source is the filler wire ( 140 ) Warm-up signal to prevent the heating of the filler wire ( 140 ) and wherein the weld joint with web spacing through at least two workpieces ( 115 . 115A . 115B , W), which has between them an average gap ( 705 ) in the range of 1 to 3 times the diameter of the filler wire ( 140 ), and a depth of the weld joint with web spacing in the range of 4 to 10 times the diameter of the filler wire ( 140 ) lies. System (100, 1200, 1400, 1700) nach Anspruch 10, wobei die Tiefe des Schweißstoßes mit Stegabstand im Bereich des 6- bis 10-fachen des Durchmessers des Fülldrahteses (140) liegt, und/oder wobei der durchschnittliche Spalt (705) im Bereich des 1- bis 2-fachen des Durchmessers des Fülldrahtes (140) liegt.System ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ) according to claim 10, wherein the depth of the weld joint with web spacing in the range of 6 to 10 times the diameter of the filler wire ( 140 ), and / or wherein the average gap ( 705 ) in the range of 1 to 2 times the diameter of the filler wire ( 140 ) lies. System (100, 1200, 1400, 1700) nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Dicke von mindestens einem der Werkstücke (115, 115A, 115B, W) an dem Schweißstoß mit Stegabstand im Bereich von 4 bis 15 mm liegt.System ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ) according to claim 10 or 11, wherein a thickness of at least one of the workpieces ( 115 . 115A . 115B , W) is located at the weld joint with web spacing in the range of 4 to 15 mm. System (100, 1200, 1400, 1700) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißens mindestens 100 ipm ist.System ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ) according to any one of claims 10 to 12, wherein the feed rate of welding is at least 100 ipm. System (100, 1200, 1400, 1700) nach Anspruch 10, wobei das Drahterwärmungssignal den Fülldraht (140) auf oder über 90% seiner Schmelztemperatur erwärmt.System ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ) according to claim 10, wherein the wire heating signal is the filler wire ( 140 ) is heated to or above 90% of its melting temperature. System (100, 1200, 1400, 1700) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Schwellenwert eine Spannungsschwelle ist und/oder wobei der Schwellenspannungswert bei oder unter 16 Volt liegt.System ( 100 . 1200 . 1400 . 1700 ) according to one of claims 10 to 14, wherein the threshold value is a voltage threshold and / or wherein the threshold voltage value is at or below 16 volts.
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