SISTEMA DE SOLDADURA TIG SINÉRGICA La invención se refiere al campo de soldadura con arco eléctrico y más partic larmente a una mejora en el control de forma de onda de una soldadora para realizar un proceso de soldadura TIG. INCORPORACIÓN POR REFERENCIA La soldadura tipo TIG o GTA involucra el uso de un electrodo no consumible, tal como un electrodo de tungsteno, en donde la corriente de una fuente de energía crea un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo, para fundir y unir la pieza de trabajo. En especial para metales tales como aluminio, es práctica común utilizar una forma de onda de CA para soldadura TIG. La sección de electrodo negativo de la forma de onda se utiliza para realizar el proceso de soldadura básica y la sección de electrodo positivo de la forma de onda, se emplea para limpiar la pieza de trabajo para ayudar en el proceso de unión. Patentes representativas referentes a soldadura tipo AC TIG son la de Risberg en la patente de los E.U.A No. 4,038,515; Stava en la patente de los E.U.A No. 4,861,965; y Stava en la patente de los E.U.A No. 5,683,602. Estas soldadoras CA TIG a menudo tienen soldadura' CA compensada, tal como se ilustra en la patente de Stava de los E.U.A No. 5,683,602; sin embargo, para soldadura TIG de aluminio,
la soldadura CA a menudo es desequilibrada como se ilustra por Risberg en la patente de los E.U.A No. 4,038, 515 y por Stava en la patente de los E.U.A No. 4,861,965. Estas tres patentes de soldadura TIG se incorporan por referencia aquí como tecnología de antecedentes aplicable a la presente invención. La modalidad preferida de la invención utiliza una técnica para control de fuente de energía para una fuente de energía de tipo inversor, esta técnica involucra el uso de un generador de forma de onda digital para controlar el perfil pulsado de la corriente de soldadora. Este generador de forma de onda crea una serie de señales de conmutación dirigidas a un modulador de ancho de pulso operado de acuerdo con la salida del generador de forma de onda, para controlar el perfil actual de los pulsos que se crean para soldadura con arco eléctrico. Esta tecnología se originó por la cesionaria de la presente invención, como se describe por Blankenship en la patente de los E.U.A No. 5,278,390. Esta técnica de control utiliza un generador de forma de onda, para determinar el perfil de. forma de onda de una fuente de energía de tipo inversor, también se describe por Fulmer en la patente de los E.U.A No. 6,498,321. La previa patente de Blankenship y la patente de Fulmer representativas, junto con la patente de Stava de los
E.U.A No. 6,365,874, se incorporan por referencia para antecedentes respecto a la técnica de control en donde un generador de forma de onda controla el perfil de la forma de onda corriente de salida. La patente Blankenship, junto con la patente de Hsu de los E.U.A No. 6,717,108, ilustran la técnica ahora común de utilizar una tabla de estado almacenada en memoria para utilizar por el generador de forma de onda. Una tabla de estado controla una forma de onda particular y se almacena en la memoria. Se envía de salida al generador de forma de onda para crear el perfil de corriente deseado. Esta técnica de control se emplea en la modalidad preferida de la presente invención y por lo tanto, Hsu en la patente de los E.U.A No. 6,717,108 también se incorpora por referencia para ilustrar adicionalmente tecnología de antecedentes para la presente invención. La totalidad de la tecnología descrita en estas muchas patentes, constituye el estado general de la técnica a la cual se dirige la presente invención. Constituyen antecedentes de la invención, de manera tal que la basta cantidad de tecnología antecedente bien conocida no requiere ser repetida para una comprensión de la mejora que forma la presente invención . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En soldadura de arco de gas tungsteno, en ocasiones referida como soldadura TIG, la corriente de salida puede proporcionarse por cualquier cantidad de fuentes de energía de corriente constante. La mayoría de los metales son capaces de soldarse por el proceso de soldadura GTA o TIG; sin embargo, son en general soldados por un arco negativo de CD que utiliza una atmósfera de gas inerte. Cuando aluminio o magnesio son soldados utilizando el proceso de soldadura TIG, la corriente en general es AC con una sección de corriente de electrodo positivo y una sección de corriente de electrodo negativo. Estas dos secciones se equilibran en una proporción limitada utilizando la tecnología conocida; sin embargo, más recientemente, han estado disponibles fuentes de energía de polaridad variable. Utilizando la tecnología de inversor con un generador de forma de ondas, como fuera pionera la cesionaría de la presente invención, la sección de corriente positiva y la sección de corriente negativa de la forma de onda para soldadura TIG puede ajustarse en forma, amplitud y duración. Soldadura AC TIG del tipo de forma de onda de CA variable se realiza con un electrodo tungsteno puro. El tamaño del electrodo se determina por la aplición y el intervalo de corriente requerido por el proceso de soldadura. Si un electrodo de un tamaño determinado se
une por soldadura con una energía de calor positiva o de corriente positiva sobre su intervalo de operación deseado, el electrodo de tungsteno puede quedar demasiado caliente y el electrodo "escupirá" metal desde su punto fundido sobre el depósito o masa de soldadura. Esto no es aceptable. En la mayoría de los casos, la salpicadura de electrodo ocurre en el medio ciclo o sección positiva de la forma de onda, cuando la corriente positiva instantánea es muy alta para el electrodo particular empleado. En soldadura AC TIG común, la duración de las diferentes secciones de corriente se controla para ajustar el proceso de soldadura a las condiciones deseadas. Este ajuste de duración es una relación lineal directa con mayores duraciones de penetración negativa y mayores duraciones limpias positivas a medida que se aumenta la corriente de ajuste. Este control no resuelve el problema de salpicadura de electrodo por sobre calentamiento de la punta del electrodo. La soldadura TIG con una forma de onda de CA utilizando la tecnología tipo inversor, se realiza al emplear una sección de corriente positiva de onda cuadrada y una sección de corriente negativa de onda cuadrada. La corriente promedio para la soldadura TIG, en general se obtiene al multiplicar la corriente
positiva por la duración positiva y la corriente negativa por la duración negativa. Estas funciones son después agregadas y dividas por la duración total de ambas secciones de corriente. Cuando se realiza un proceso de soldadura TIG, la corriente promedio en general se ajusta por operador o ajusta por un pedal. La corriente de ajuste se mantiene al controlar la corriente tanto durante las porciones positiva como negativa de la forma de onda de CA. Sin embargo, no es inusual el ajustar o establecer la corriente, con base en la corriente durante la forma de onda de polaridad negativa, ya que esta porción de la forma de onda se emplea para calentar y penetrar, mientras la porción positiva simplemente se emplea para limpiar la pieza de trabajo. Para proporcionar los resultados deseados de soldadura TIG, como se mencionó anteriormente, la duración de limpieza se ajusta en una relación directa respecto a la duración de penetración, con base en la corriente de soldadura TIG deseada, ya sea la corriente promedio o la corriente de penetración negativa. La relación directa de duraciones, significa que la limpieza se incrementa conforme de incrementa la penetración. Esta relación de duraciones puede ajustarse en escala. De esta manera, la soldadora con sistemas de soldadoras TIG caracteriza un método para
ajustar el equilibrio de forma de onda entre la penetración y limpieza con base en la corriente de ajuste ya sea promedio o negativa. Este concepto de equilibrio no resuelve una consideración básica en la soldadura IG en donde la corriente del medio ciclo positivo simplemente aumenta conforme aumenta la corriente de ajuste. De esta manera, a elevadas corrientes, hay tendencia para que el electrodo de tungsteno "salpique" metal fundido desde la punta del electrodo hacia la masa fundida en la pieza de trabajo. Este evento no es aceptable en soldadura TIG de alta calidad . LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, un dispositivo sinérgico controla la forma de onda de CA, de manera tal que la energía o corriente positiva se limita a un valor determinado que proporciona suficiente acción de limpieza, sin embargo evita salpicaduras. La energía de la sección positiva de la forma de onda es la integración de los watts instantáneos durante cada semi ciclo positivo. Otro aspecto de la invención es reducir la duración del semi ciclo positivo, conforme se aumenta la corriente de ajuste. En el pasado, el- ajuste de duración ha sido una relación generalmente directa. El aspecto primario de la presente invención es un
dispositivo sinérgico para ajustar la relación entre la corriente positiva y la corriente negativa, de manera tal que conforme aumenta la corriente promedio, hay una corriente o energía de ajuste sobre la cual la corriente positiva permanece constante. Esta corriente positiva es la corriente por debajo de la cual ocurre la salpicadura del electrodo. De esta manera, hay una relación no-lineal entre la amplitud del semi ciclo positivo y el semi ciclo negativo, con base en la corriente de ajuste de la soldadura TIG. La corriente puede ser la corriente promedio o la corriente de penetración negativa. Una relación inversa se establece entre la corriente de ajuste y las duraciones relativas entre la duración positiva para limpieza y la duración negativa para penetración. El ajuste de las duraciones relativas puede incluir una duración positiva constante después de una corriente de ajuste determinada. Pero, de acuerdo con la característica básica total, la corriente del semi ciclo positivo se limita para evitar salpicadura de electrodo. A bajas corrientes, tales como de 50 amperes, los semi ciclos positivo y negativo ambos se regulan a 50 amperes cuando la corriente promedio será de 50 amperes. A superiores corrientes cuando la corriente promedio se va a elevar, tal como 200 amperes, el semi ciclo positivo se limita a un valor
de ajuste, por ejemplo 150 amperes, con base en el tamaño y química del electrodo. Este es el nivel sobre el cual el electrodo empezara a salpicar. La corriente de semi ciclo negativo se aumenta para permitir que la corriente promedio se encuentre con el valor de corriente promedio predeterminado. En resumen, a un bajo nivel, tal como de 50 amperes, las corrientes negativa y positiva son de 50 amperes. A superiores niveles de corriente de ajuste, la corriente promedio se obtiene al aumentar la corriente negativa mientras que se mantiene la corriente positiva a un valor constante. De esta manera, la corriente positiva se limita por una modalidad de la presente invención. Esta característica se combina con otros dispositivos de control sinérgico, para establecer relaciones sinérgicas de parámetro de CA, tal como ajuste de la duración relativa de los semi ciclos positivo y negativo en formas específicas que se establecen por los generadores de función que constituyen los dispositivos de control de forma de onda sinérgica. Estos dispositivos de control sinergísticos optimizan la limpieza y penetración sin provocar indebida salpicadura del electrodo. Otra modalidad limita a la energía de la sección positiva de una forma de onda de CA TIG.
Con el surgimiento de los generadores de forma de onda para controlar los pulsos de salida de la soldadura TIG, ahora es posible ajustar la frecuencia de la forma de onda sobre un gran intervalo controlado. Se ha encontrado que a bajos ajustes de corriente, un sistema de la soldadura TIG puede proporcionar una columna de arco enfocado al aumentar drásticamente la frecuencia de la forma de onda. Sin embargo, a superiores niveles de corriente predeterminados, frecuencias incrementadas para enfocar la columna de arco, producen niveles indeseados de ruido ambiental, haciendo que el foco de la. columna de arco sea menos aceptable en vista del nivel de ruido inaceptable. De esta manera, otro aspecto de la presente invención es proporcionar un dispositivo sinérgico para controlar la frecuencia del proceso de soldadura TIG con base en la corriente predeterminada del proceso. A bajas corrientes, la frecuencia es alta para enfocar la columna de arco. Conforme aumenta la corriente, la frecuencia se disminuye para reducir el ruido asociado con alta frecuencia y alta corriente. Uno de los dispositivos de control de forma de onda sinérgicos novedosos, establece una relación entre la corriente predeterminada y frecuencia para crear un decremento rápido en frecuencia con bajos aumentos de corriente a
un nivel determinado. Entonces, se proporciona una frecuencia uniforme a superiores niveles de corriente predeterminada. Esto reduce el ruido indeseado. La presente invención se refiere a un control sinérgico de un sistema de soldadura TIG, en donde la corriente determinada controla la frecuencia, amplitud o duración de los semi ciclos positivo y negativo de una forma de onda TIG, de acuerdo con una relación establecida por un generador de funciones o convertidor de señal similar. En un aspecto de la invención, la magnitud de la corriente o energía térmica en el semi ciclo positivo se limita para evitar salpicaduras del electrodo. En otro aspecto, la frecuencia de la forma de onda se ajusta para proporcionar foco de la columna de arco a bajas corrientes; sin embargo, el convertidor de señal a alta corriente proporciona baja frecuencia para evitar ruido ambiental indeseado. Además, otro dispositivo sinérgico puede establecer una relación única entre las duraciones positiva y negativa a diferentes corrientes de soldadura establecidas. Esta relación de duración no es simplemente una relación directa ajustada en escala, sino una relación sinérgica con la duración positiva que se vuelve generalmente constante a una corriente determinada o la duración
positiva permanece constante o que se reduce conforme la corriente establecida aumenta la duración negativa. De acuerdo con la invención, se proporciona una mejora en una soldadora TIG del tipo que tiene una fuente de energía que forma un proceso de soldadura AC TIG a través de un electrodo y una pieza de trabajo. 'La fuente de enrgía tiene una primer terminal de salida conectada al electrodo, una segunda terminal de salida conecta a la pieza de trabajo y un controlador para crear una forma de onda de CA a través de las terminales de energía en donde la forma de onda de CA tiene una sección de corriente positiva con una primer duración y una corriente positiva pico, y una sección de corriente negativa con una segunda duración y una corriente negativa pico. La mejora en la soldadura TIG es el uso de un controlador que tiene un dispositivo de alimentación sinérgica con una entrada para recibir un nivel de señal que representa una corriente de ajuste deseada para el proceso de soldadura TIG y una señal de salida que determina un aspecto de la forma de onda y representa una relación no lineal entre la corriente positiva pico y la corriente negativa pico para ciertas corrientes de ajuste deseadas. De acuerdo con la modalidad preferida, -la relación no lineal involucra una corriente o energía positiva generalmente constante
conforme el pico negativo se incrementa más allá de una cantidad determinada. Esta corriente de pico positiva constante, está en el intervalo general de 100-150 amperes, dependiendo del tamaño del electrodo. La energía térmica constante está en el intervalo de 2-5 Joules dependiendo del tamaño de electrodo. El calor es el aspecto real, pero como cuestión práctica, el calor para fundir el electrodo se controla por la corriente positiva de una forma de onda de CA. De acuerdo con la modalidad preferida, la fuente de energía es un inversor operado a una frecuencia generalmente mayor a 18 kHz y la forma de onda de CA se crea por un generador de forma de onda digital que controla el inversor por un modulador de ancho de pulso. La implementación de la presente invención involucra varias características, tales como hacer la segunda duración substancialmente mayor que la primer duración, de manera tal que el ciclo de penetración dura más que el ciclo de limpieza. Además, una implementación de la presente invención involucra un segundo dispositivo de alimentación sinérgica, con una alimentación que recibe una señal representativa de la corriente de ajuste deseada para el proceso de soldadura y una señal de salida que determina un aspecto de la
forma de onda y representa una relación entre la primera y segunda duraciones para ciertas corrientes de ajuste deseadas. La relación de duración no es solamente incrementar la duración positiva y duración negativa con corriente de ajuste incrementada o ajustar el balance en una forma lineal con cambios en la corriente de soldadura. De esta manera, el primer aspecto de la invención respecto a la corriente máxima para limpieza, incluye un segundo dispositivo sinérgico para controlar la duración relativa de los ciclos de limpieza y penetración . Una implementación adicional de la presente invención involucra otro dispositivo de alimentación sinérgico, con una alimentación que recibe una señal representativa para la corriente de ajuste deseada para el proceso de soldadura y una señal de salida que determina un aspecto de la forma de onda y representa una relación entre la frecuencia de la forma de onda para ciertas corrientes de ajuste deseadas. De esta manera, conforme se incrementa la corriente, la frecuencia puede disminuirse para reducir la cantidad de ruido indeseable. En la modalidad preferida, la corriente de ajuste es la corriente promedio del proceso de soladura;
sin embargo, la corriente de ajuste también puede ser la corriente negativa del proceso de soladura TIG. El objetivo primario de la presente invención es el proporcionar ¦ una soldadora TIG que tiene un dispositivo de control sinérgico del tipo que limita la corriente o energía positiva a un nivel por debajo de la corriente o energía que provoca salpicadura del electrodo de tungsteno y un segundo dispositivo de alimentación sinérgico, para disminuir la corriente del proceso de soldadura TIG, conforme aumenta la corriente de ajuste. Alta frecuencia a baja corriente enfoca la columna de arco. La reducción de frecuencia por el segundo dispositivo sinérgico reduce el ruido indeseado del sistema. Otro objetivo de la presente invención es el proporcionar una soldadora TIG, como se definió anteriormente, esta soldadora TIG tiene uno o más dispositivos sinérgicos que desplazan el generador de forma de onda, con lo que parámetros de la forma de onda creados por el generador de forma de onda, se ajustan por una relación única conforme la corriente de ajuste deseada, se ajusta por el operador. Estos y otros objetivos y ventajas serán aparentes de la siguiente descripción que se toma en conjunto con los dibujos acompañantes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de cableado que ilustra esquemáticamente una soldadora AC TIG estándar del tipo basado en transformador; La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente una soldadora TIG del tipo basado en inversor, en donde un generador de forma de onda, controla la forma de onda de CA durante el proceso de soldadura TIG; La Figura 3 es una gráfica de corriente de una forma de onda de soldadura AC TIG estándar como se crea por el inversor, con base en la soldadora de la técnica previa mostrada en la Figura 2, La Figura 4 es una gráfica que muestra la salida del generador de función sinérgica en relación con la corriente preajustada para el proceso de soldadora TIG en comparación con un concepto de ajuste estándar; La Figura 5 es un diagrama de bloques de una soldadora de CD (DC) para realizar una forma de onda de CA que utiliza el dispositivo sinérgico controlado por las versiones II y III del equipo generador de funciones establecido en la Figura 4; La Figura 6 es una gráfica de las curvas del generador de funciones para un dispositivo sinérgico
construido de acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención; La Figura 6A es una gráfica como se describe en la Figura 6 con una modificación que comprende un aspecto de la invención; La Figura 6B es un diagrama de bloques de un circuito digital para realizar la modificación descrita en la Figura 6A; La Figura 7 es un diagrama de bloques de una soldadora TIG que tiene dos dispositivos de alimentación sinérgicos, como se ilustra esquemáticamente por las curvas generadoras de funciones de la Figura 4 y la Figura 6 ;
La Figura 8 es un diagrama de bloques de la soldadora TIG mostrada en la Figura 1, que utiliza solo el dispositivo sinérgico primario que tiene una curva generadora de funciones, como se ilustra en la Figura 6;
La Figura 9 es una gráfica de una forma de onda de corriente estándar utilizada en soldadura TIG cuando se controla un inversor por un generador de forma de onda como se ilustra esquemáticamente en las FiguraS 7 y 8, con ciertos parámetros etiquetados para propósitos de discusión;
La Figura 10 es una tabla de los parámetros ilustrados en la Figura 9, que utiliza el dispositivo sinérgico sencillo de la soldadora AC TIG mostrada en la Figura 8, en combinación con el dispositivo sinérgico adicional mostrado en la Figura 12 que utiliza los parámetros de forma de onda de la Figura 9; La Figura 11 es una gráfica de una curva generadora de funciones para dispositivos de control sinérgicos combinados con generadores que funciones que tienen la relación como se muestra en la Figura 6, en combinación con un segundo generador de funciones que tiene una relación de frecuencia novedosa; La Figura 12 es un diagrama de bloques de una soldadora AC TIG que tiene dos dispositivos de alimentación sinérgicos, para controlar los parámetros de forma de onda de CA con las curvas generadoras de funciones representadas esquemáticamente en la Figura 11; La Figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente una soldadora TIG para ajusfar la energía térmica durante el semiciclo positivo; y, La Figura 14 es una gráfica como la mostrada en la Figura 6, con solo la curva de parámetro positivo mostrado . MODALIDAD PREFERIDA
La soldadura AC TIG incluye un semi ciclo positivo y un semi ciclo negativo, referidos como la sección de corriente positiva y la sección de corriente negativa. Esta soldadura se realiza con una corriente mínima generalmente en el intervalo de 5.0 amperes a una corriente extremadamente alta en la proximidad de 300-500 amperes. El semi ciclo positivo se utiliza para limpiar y el semi ciclo negativo se utiliza para soldadura o penetración y transferir calor a la pieza de trabajo. Diferentes relaciones de corriente y duración del ciclo de limpieza y el ciclo de penetración son convenientes para diferentes corrientes de ajuste de soldadura. Por años las soldadoras AC TIG, han sido energizadas por una fuente de energía basada en transformador utilizando SCRs como se muestra en la Figura 1. Este tipo de dispositivo se describe por Stava en la patente- de los E.U.A. No. 4 , 861, 965, sin embargo es muy difícil optimizar el semi ciclo positivo y el semi ciclo negativo en diferentes niveles de corriente de ajuste. Muchas descripciones funcionales de la soldadora de la técnica previa mostrada en la Figura 1, se han superado por una fuente de energía basada en inversor para una soldadora AC TIG como se describe generalmente en la Figura 2. La forma de onda de CA se controla por datos digitales almacenados en
memoria y carga en un generador de forma de onda. Incluso con las capacidades de la fuente de energía basada en inversor, las soldadoras AC TIG han incluido pocas relaciones funcionales a la medida entre el semi ciclo positivo y el semi ciclo negativo a diferentes corrientes de soldadura. En la mejor de las circunstancias, la corriente positiva y la corriente negativa se aumentan linealmente, conforme aumenta la corriente de soldadura TIG. En algunas soldadoras TIG, el balance de la duración del semi ciclo positivo y la duración del semi ciclo negativo, se controla respecto a la corriente de ajuste. Este control de balance en ocasiones se ajusta en escala para variaciones a diferentes corrientes. El control de duración y balance de duración no son controles sinérgicos ya que la relación de funciones por duraciones es lineal y una función directa, es decir con duración incrementada del ciclo negativo hay un aumento en el ciclo positivo. La presente invención es una mejora de este tipo de tecnología en donde dispositivos de control sinérgico específico se incorporan en el generador de forma de onda, para ajusfar parámetros del semi ciclo negativo y del semi ciclo positivo en un proceso de soldadura AC TIG.
Las soldadoras TIG de la técnica previa comunes se ilustran en las Figuras 1 y 2, en donde la soldadora A se desplaza por el suministro de energía 10 conectado al transformador 12, que proporciona una señal CD en las terminales 24, 26 al rectificador CA 20 que tiene un regulador interno 22, para proporcionar una señal de CA a' través del electro E y la pieza de trabajo WP. La duración de las porciones positiva y negativa de la forma de onda de CA se controlan por pulsos de disparo en las líneas 1, 2, 3 y 4 del controlador 30 que recibe energía del suministro de energía auxiliar 32. La forma de onda de la soldadora AC TIG proporcionada por la soldadora basada en transformador A generalmente es una onda cuadrada con un ajuste entre la duración del semi ciclo positivo y la duración del semi ciclo negativo. Para obtener mejor control sobre la forma de onda de CA, una soldadora basada en inversor, tal como la soldadora B, ahora se emplea comúnmente para soldadura AC TIG. Este tipo de soldadora se ilustra esquemáticamente en la Figura 2, que incluye el suministro de energía de alimentación 40 conectado el rectificador 42 para enviar de salida una primer señal de CD a la alimentación de un convertidor de oposición o de refuerzo con corrección de factor de potencia 50, que tiene un segunda señal de salida CD a través de las
terminales 52, 54 que forman la alimentación al inversor de alta frecuencia 60. De acuerdo con la tecnología estándar, el inversor 60 se opera por un modulador de ancho de pulso, que crea pulsos a una frecuencia mayor a 18 kHz y de preferencia mayor a 20 kHz. Estos pulsos de alta frecuencia, del inversor 60 crean una forma de onda con un perfil formado por muchos pulsos cercanamente espaciados a través de las terminales de salida 62, 64. La forma de onda a través de las terminales de salida tiene una sola polaridad y se dirige a la alimentación del conmutador de polaridad 70 que tiene una condición de polaridad positiva y una condición de polaridad negativa, para proporcionar una señal de soldadura AC TIG a través de las terminales de salida 72, 74 conectadas al electrodo E y la pieza de trabajo WP, respectivamente. La derivación 76 detecta la corriente en tiempo real o instantánea a través de la terminal 74 y produce una señal de voltaje en las líneas 78, representativa de la corriente instantánea en tiempo real .del proceso de soldadura. En resumen, la señal CD a través de las líneas 52, 54 se convierte en pulsos de alta frecuencia que tienen un perfil determinado por el modulador de ancho de pulso del inversor 60. El perfil de forma de onda constituye la forma de onda de la señal CD dirigida a la alimentación del conmutador de
polaridad 70. Para ajustar el perfil de la forma de onda para proporcionar la señal CA deseada a través del electrodo E y la pieza de trabajo WP, una señal de voltaje en la linea 78 se dirige a una alimentación del amplificador de error 80. El generador de forma de onda de CA 90 crea una señal de salida én la linea 92, que forma la segunda alimentación del amplificador de error 80. La señal de perfil en la linea de sailda 92 se compara con la corriente actual en la linea 78, para crear una señal de perfil en la linea 82 dirigida al modulador de ancho de pulso en la alimentación del controlador para el inversor 60. El generador de forma de onda digital 90 tiene una salida 94 con una lógica que cambia de acuerdo con la polaridad deseada de la forma de onda, en cualquier tiempo determinado en un ciclo. Esta señal lógica se dirige a la alimentación del conmutador 70. De esta manera, el perfil de la forma de onda se controla por el modulador de ancho de pulso en cualquier tiempo determinado, con base en la señal en la linea 82. La polaridad del perfil se determina por la lógica en la linea 94. Los diversos controles del inversor 60, normalmente son digitales y se realizan por un DSP o microprocesador, de acuerdo con la tecnología de controlador estándar. Los componentes se ilustran en diagrama de bloques, solo para mostrar la
sub-rutina y la función del dispositivo del procesamiento digital empleado para lograr la forma de onda de CA para soldadura TIG por la soldadora B. Las soldadoras A y B son unidades estándar empleadas en soldadura AC TIG en el campo de soldadura de arco eléctrico. Estas soldadoras producen una forma de onda F de CA, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 3. La sección de corriente positiva 110 y la sección de corriente negativa 112 se combinan para formar un ciclo de la forma de onda F. De acuerdo con la terminología estándar, la sección positiva 110 tiene una amplitud a y una duración ti. De manera semejante, la sección negativa 112 tiene la amplitud b y la duración t2. El tiempo de ciclo es la suma de ti, t2. El tiempo de ciclo es la recíproca de la frecuencia de la forma de onda F. La corriente 110a es la corriente pico para el semi ciclo positivo y la corriente 112a es la corriente pico para el semi ciclo negativo. En la práctica, ti generalmente es igual a t2; sin embargo, a normalmente es menos que b. La corriente promedio para la forma de onda se establece por la ecuación en la Figura 3, en donde el producto de amplitud a, como un número absoluto y duración de ti se agrega al producto de amplitud b, como un número absoluto y t2. Este valor se divide entonces por el tiempo de ciclo total tx + t2 para producir la
corriente promedio como se emplea en el proceso de soldadura AC TIG. El control de los dispositivos de alimentación sinérgicos de la presente invención, de preferencia se basa en la corriente promedio; sin embargo, la corriente pico positivo ajustada 110a es la corriente de penetración y puede emplearse para controlar los dispositivos de alimentación sinérgica de la presente invención . Para practicar la invención, una soldadora TIG tal como la mostrada en la Figura 2, se modifica para incluir un dispositivo sinérgico para operar de acuerdo con un generador de función, de manera tal que la corriente de soldadura ajustada del soldador, produce una relación deseada entre la corriente de ajuste y los parámetros del ciclo de limpieza positivo y/o el ciclo de penetración negativo. Una de las relaciones sinérgicas novedosas implementada por la invención, se ilustra por las curvas II y III ilustradas en la Figura 4. Estas curvas son la función sinérgica f(x) para los valores de Iavg. Esto significa que el ajuste de corriente produce una relación de parámetros especifica que es única en soldadura TIG. La salida de un generador de función se basa en una corriente de ajuste de alimentación para las curvas II y III. De acuerdo con la técnica previa, un desequilibrio entre la sección positiva y la sección negativa, en ocasiones se implementa cuando la corriente
de ajuste de la soldadora se cambia. Este esquema de la técnica previa es la curva I mostrada por las lineas paralelas 120, 122 de la Figura 4. Conforme la corriente de ajuste de la soldadora aumenta más allá de la corriente mínima, la duración del semiciclo negativo aumenta como se indica por la línea 120. Al mismo tiempo, la duración del semiciclo positivo aumenta sobre la línea 122 que es la curva I. Estas son líneas lineales que pueden o no ser paralelas, pero que se ilustran paralelas . En algo de la técnica previa, la relación lineal es balance de duración en donde la duración positiva tiene un porcentaje diferente de la duración negativa . Esta es una función lineal y no es sinérgica o única. De acuerdo con la invención, la relación de duración del semiciclo positivo no es solo un balance o relación paralela en escala. Sin duda, en un concepto sinérgico, después de una corriente de ajuste determinada indicada por la línea 132, la polaridad positiva ti permanece substancialmente constante como se indica por la línea 130. Esto se ilustra como la curva II entre la duración de sección negativa y la duración de sección positiva. La sección positiva permanece constante después de la corriente mostrada como línea 132. De acuerdo con otra relación sinérgica, la línea 140 indica que la duración del semiciclo permanece igual o de hecho disminuye conforme aumenta la corriente de
ajuste. Conforme aumenta la corriente de ajuste, la duración de polaridad negativa mostrada como linea 120, aumenta. La duración de polaridad positiva es constante en la linea 140 que forma la curva III. No ilustrado en la Figura 4 muestra tres relaciones de duración positiva. De acuerdo con tecnología estándar, la duración del semiciclo positivo aumenta sobre la línea paralela 122 indicando la versión de la curva I. Esto no optimiza la relación entre dos duraciones. Para optimizar esta relación, la versión de la curva II se procesa, en donde la duración positiva permanece constante sobre la línea 130 después de la corriente de ajuste en la línea 132. En la versión de la curva III, la duración permanece igual o de hecho disminuye con aumentos en la corriente de ajuste, como se representa por la línea 140 que comprende la curva III. La soldadora B' mostrada en la Figura 5 implementa las curvas II y III de la relación de generador de funciones por el uso del dispositivo de control sinérgico 150, que tiene una alimentación 152 para ajustar la corriente de ajuste de la soldadora B. La salida 152a del dispositivo de corriente de ajuste 152 implementa cualquier versión II o versión III mostradas en la Figura 4, de manera tal que el generador de forma de onda 90 se modifica por la señal en la línea 150a para crear un perfil en la línea 92 y una señal de polaridad 94 que implementa una de las dos versiones de la presente
invención. La duración de la porción positiva ya es una relación no lineal de la linea 122 que transita a la línea 130 o una relación inversa de la línea 140. El aspecto primario de la presente invención es el uso de un generador de función no lineal para controlar el semiciclo positivo y el semiciclo negativo de una soldadora AC TIG de acuerdo con la corriente de soldadura de ajuste Este concepto se ilustra en la Figura 6, en donde la corriente negativa CD se representa por la curva 160 y la corriente positiva CD se representa por la curva 162. Estas dos curvas son lineales y avanzan de acuerdo con la tecnología estándar hasta la corriente de ajuste en el punto 170. En esta corriente, la porción recta 160a de la curva 160 y la porción recta 162a de la curva 162, se vuelven no lineales. La curva 162 transita en la porción horizontal 162b. La corriente positiva de la forma de onda de CA es constante en el valor m. El valor m es ligeramente menos que el valor de corriente n que es la corriente que provoca salpicadura de tungsteno en el metal de soldadura fundida. De esta manera, conforme la corriente de ajuste promedio aumenta más allá del punto 170, la corriente positiva permanece constante. Esto significa que no aumenta más allá del valor m. La corriente constante incluye ligeras disminuciones en corriente positiva. Ya que la abscisa de una curva generadora de funciones en la Figura 6, es
la corriente promedio, la curva 160 avanza hacia abajo a una pendiente mayor en la sección 160b siguiendo al punto 170. Antes del punto 170, las dos corrientes son imágenes en el espejo, con valores iguales como se representa por las lineas 172, 174. Estas lineas están a una corriente promedio de ajuste de aproximadamente 75 amperes. Después de que se alcanza la corriente en el punto 170, la amplitud positiva 176 es substancialmente mayor que la amplitud negativa 178. Sin embargo, utilizando la fórmula mostrada en la Figura 3, estas dos amplitudes todavía obtienen la corriente promedio de ajuste en cualesquiera posiciones sobre las líneas 160b, 162b. Este aspecto básico de la invención mostrada por las curvas generadoras de funciones en la Figura 6, se implementa como se muestra en la Figura 7. La soldadora B" es la misma que la soldadora B' mostrada en la Figura 5, excepto por el dispositivo de alimentación sinérgica 150, para crear una señal en la línea de salida 150a para controlar la duración relativa sobre las versiones II y III, se combina con el segundo dispositivo de alimentación sinérgico 200. Este segundo dispositivo realiza esta función ilustrada en la Figura 6, al controlar el pulso positivo por datos en la línea 210 y el pulso negativo por datos en la línea 212. La corriente promedio de ajuste se determina por el dispositivo 202 que tiene la salida 204 dirigida a los
dispositivos sinérgicos 150, 200. Estos dispositivos se envían de salida a las curvas generadoras de funciones de las Figuras 4 y 6. Controlan al generador de forma de onda 90 por las señales en las líneas 150a, 210 y 222. El generador de formas de onda 90, envía de salida en perfil de formas de onda en la línea 92 y la polaridad en la línea 94. Estos valores se modifican de acuerdo con la corriente de ajuste que cambia las salidas de los dispositivos sinérgicos 150, 200. La operación del generador de funciones descrita en la Figura 6 es el aspecto primario de la invención. La operación del generador de funciones descrito en la Figura 4 es simplemente auxiliar. Sin embargo, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se combinan como se muestra en la Figura 7. La Figura 8 ilustra una versión simplificada de la soldadora B" . La soldadora C tiene los mismos elementos que la soldadora B", pero se controla solo por el dispositivo sinérgico 200. La soldadora 200 implementa solo el generador de funciones mostrado en la Figura 6, que constituye el concepto primario de la presente invención. Un aspecto amplio de la invención se ilustra en las Figuras 6A y 6B e involucra una ligera modificación de la curva de corriente positiva de la Figura 6. La curva positiva 162 no es lineal y transita a la porción de corriente constante,
horizontal 162b en el punto 170. De esta manera, la corriente de limpieza positiva no excede el nivel que provoca salpicadura de electrodos. Este nivel de corriente cambia con diferentes diámetros para el electrodo E. Consecuentemente, la linea horizontal 162b se desplaza verticalmente conforme cambia el diámetro del electrodo. Con un electrodo más grande, el nivel m' se aumenta a un valor superior 162b' que está por debajo de la corriente de salpicado m' para el gran electrodo. Este desplazamiento ocurre en el punto 170a. Cuando el electrodo es más pequeño, la corriente es una porción horizontal o nivel 162b" que comienza en el punto 170b. De esta manera, la corriente positiva máxima para el proceso de soldadura TIG, se limita a un nivel determinado, con base en el tamaño del electrodo. Si la corriente de ajuste es la corriente promedio, la curva negativa 160 reacciona como se muestra en la Figura 6. Cuando la corriente de ajuste se implementa de la curva de penetración, la curva 160 es una linea recta como se describió previamente. El amplio aspecto de la invención se implementa por un programa digital que utiliza un concepto de circuito, tal como se describe en la Figura 6B. La rutina o programa de selección 180 comunica el tamaño del electrodo con la tabla de búsqueda 182, para ajustar el valor
determinado superior e' , para utilizar por el generador de formas de onda 90 en la soldadora B" de la Figura 7. La forma de onda 300 mostrada en la Figura 9 es similar a la forma de onda F mostrada en la Figura 3. La amplitud de la sección de corriente positiva 302 es kP. La sección negativa 304 tiene una amplitud kN. La duración positiva de la sección 302 es DP. Como se ilustra, la duración de la sección 304 es DN. La tabla de la Figura 10 muestra la relación de amplitudes kP, kN utilizando las características ilustradas en la Figura 6. De acuerdo con otro aspecto de la invención, la frecuencia f de la forma de onda 300, se controla por un dispositivo sinérgico que tiene una relación de función en donde ocurre alta frecuencia en la corriente pico mínimo. La curva generadora de función para la frecuencia se muestra en la porción inferior de la Figura 11. La curva de frecuencia 310 tiene una porción de línea recta 310a con una gran pendiente. La pendiente hunde o sumerge la frecuencia f a un bajo valor constante indicado por la línea horizontal 310b. La relación de frecuencia o función mostrada en la porción de fondo de la Figura 11, se combina con la relación o función de corriente mostrada en la porción superior de la Figura 11. Esta segunda función duplica la curva generada de funciones de la Figura 6. En la tabla de la Figura 10, la duración de la sección
negativa 304 es el doble de la duración de la sección positiva. Este es un parámetro fijo. Como se muestra en la Figura 11, a bajas corrientes, hay muy alta frecuencia. Esto estabiliza la columna de arco. Conforme aumenta la corriente de ajuste en la forma ilustrada esquemáticamente en la tabla de la Figura 10, la corriente disminuye drásticamente al nivel bajo 310b, para evitar ruido indeseado a altas corrientes sobre el valor mostrado como punto 312. El aspecto más amplio de la presente invención se muestra en la Figura 8. La soldadora C de la Figura 8 se combina con un dispositivo sinérgico para enviar de salida la relación no lineal del generador de funciones de frecuencia mostrada en la Figura 11. En la Figura 12, la soldadora D incorpora el dispositivo de alimentación sinérgico 200, empleado en la soldadora de las Figuras 7 y 8 asi como otro dispositivo de alimentación sinérgico 330. Este dispositivo tiene una salida 332 para controlar el generador de forma de ondas 90. Cuando la forma de onda procesada por el controlador digital de la soldadora D incorpora las dos relaciones del generador de funciones mostradas en la Figura 11. La limitación de la sección de corriente positiva de la forma de onda para eliminar o limitar la salpicadura de metal fundido en la punta del electrodo hacia la masa de soldadura, se basa en calor de energía
durante el ciclo positivo. Esto se realiza en la modalidad preferida al simplemente limitar la corriente positiva. Una técnica más directa es limitar el calor actual ajustando la energía en un dispositivo sinérgico como se representa por la curva 162 de la Figura 6. Este control de energía se logra por una soldadora estándar D con una retroalimentación de energía, como se muestra en la Figura 13. La soldadora D se desplaza por el suministro CA 40 con una señal convertida por el rectificador 42, para crear una primera señal CD a través de las líneas 44, 46. El convertidor de oposición o de refuerzo, con corrección de factor de potencia 50, con una segunda señal CD a través de las líneas 52, 54, desplaza el inversor de alta velocidad de conmutación 60. Las terminales de salida 62, 64 dirigen una forma de onda determinada a través del electrodo E y la pieza de trabajo WP. El electrodo es un alambre consumible W, extraído del carrete 334 y empujado a través de la punta de contacto 336. La derivación 340 detecta la corriente de arco por el dispositivo 342, para proporcionar una señal en la línea 344 que representa la corriente de arco. Esta señal de corriente de arco es una alimentación al amplificador de error 350, que tiene una línea de salida 352 para un modulador de ancho de pulso con control de señal 360 operado a una frecuencia mayor que
aproximadamente 18 kHz por el oscilador 362 a través de la linea 364. El modulador de ancho de pulso crea una señal de conmutación en la linea 366, para controlar el perfil de la forma de onda. La alimentación de control del amplificador de error 350 está en la linea 370 del generador de forma de onda 380. El perfil de la forma de onda de soldadura se ajusta por los datos en la linea 370, mientras que la polaridad de una sección de la forma de onda, se determina por la lógica en la linea 372. En cuanto a lo descrito, la soldadora D controla el proceso de soldadura por la retroalimentación de corriente. Para controlar la energía de la sección de forma de onda positiva, la soldadora D incluye el circuito 400 que recibe la señal de voltaje de arco en la línea 402 desde el dispositivo 404 que tiene las terminales para detección de alimentación 406, 408. Las señales de voltaje y corriente en las líneas 402, 344 respectivamente se multiplican por la etapa multiplicadora 410, para producir una señal de watts instantánea en la línea 412. Este valor se integra por la etapa digital 414 para dar una energía acumulada ET como un valor o número en la línea 420. El comparador 422, compara el valor actual en la línea 420 con un valor de energía ajustado en la línea 424 correlacionado sinérgicamente por el dispositivo 430. El generador 380 empieza la integración por un programa o rutina 440 al
inicio de la sección positiva de la forma de onda y detiene la sección positiva cuando ET es igual a ER ajustada como se indica por la lógica en la linea 442 del dispositivo 450. El dispositivo 450 recibe una señal en la linea 452 del comparador 422, de manera tal que la rutina o el dispositivo 450 reajusta la etapa 414 por una señal de reajuste 456 en la linea 454. La soldadora D incluye energía sinérgica 460 o cambia ER con base en la corriente de ajuste Is, como se muestra en la Figura 6. Esta relación sinérgica preferida se cambia para limitar la energía positiva como se ilustra en la Figura 14. La energía ajustada del dispositivo 430 se controla por una relación programada en dispositivo sinérgico 460 que se muestra como la curva 500. En el punto 502, la energía entra a un valor de energía constante 504 por debajo de la energía térmica p en donde el metal fundido salpicará desde un electrodo de tamaño determinado. Las Figuras 13 y 14 muestran un cambio en la modalidad preferida, que limita la corriente positiva conforme la corriente de ajuste excede un valor determinado. Un límite de energía es más preciso y opera mejor a menores duraciones positivas. En resumen, la presente invención se refiere a una soldadora AC TIG del tipo que tiene un generador de formas de onda, para controlar el modulador de ancho de pulso de una fuente de energía de tipo inversor de alta velocidad de conmutación. De acuerdo con la invención,
el generador de forma de ondas se controla de acuerdo con tecnología estándar, pero también utiliza dispositivos de alimentación sinérgicos que regulan parámetros de porciones positiva y negativa de la forma de onda de acuerdo con las curvas generadoras de funciones implementadas por los dispositivos sinérgicos. La corriente de ajuste, esta corriente de preferencia es la corriente promedio pero puede ser la corriente de penetración negativa de la soldadora TIG, determina parámetros selectos de la forma de onda, como se define por la curva generadora de funciones.