MX2015003481A - Sistema y metodo de soldadura por pulsos de toque leves. - Google Patents

Abstract

Un régimen de soldadura por pulsos incluye una fase de pico en la que la energía se añade a un electrodo y un charco de soldadura, y una bola fundida comienza a desprenderse del electrodo, seguida de una fase de toques leves en la que la corriente se reduce considerablemente para colocar la bola en el charco de soldadura con la adición de poca o ninguna energía. El cortocircuito resultante se elimina y el sistema procede a una fase de fondo. La corriente en la fase de toques leves es menor a la corriente durante la fase de fondo. El proceso puede adaptarse específicamente para determinados alambres de soldadura, y puede ser muy adecuado en particular para utilizarse con alambres tubulares. La fase de toques leves permite que la energía más baja se transfiera a la funda de tales alambres, y reinicia la longitud del arco después de cada ciclo de pulsos.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE SOLDADURA POR PULSOS DE TOQUES LEVES REFERENCIA CRUZADA CON LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una solicitud de patente no provisional de la solicitud de patente provisional de E.U. No. 61/736,393, con el título “Sistema y método de soldadura por pulsos de toques leves”, presentada el 12 de diciembre de 2012, que se incorpora en el presente documento como referencia en su totalidad para todos los fines.

ANTECEDENTES La invención se relaciona en general con soldadoras, y de manera más particular con una soldadora configurada para realizar una operación de soldadura en la que una onda por pulsos se aplica al alambre de soldadura a medida que el alambre se hace avanzar desde un soplete de soldadura.

Una amplia gama de sistemas de soldadura y de regímenes de control de soldadura se han implementado para diversos fines. En operaciones de soldadura continuas, las téenicas de gas inerte de metal (MIG) permiten la formación de un cordón de soldadura continuo mediante la alimentación de alambre de soldadura protegido por el gas inerte de un soplete de soldadura. La energía eléctrica se aplica al alambre para soldar y se completa un circuito a través de la pieza de trabajo para sostener un arco que fusiona el alambre y la pieza de trabajo, para formar la soldadura deseada.

Las formas avanzadas de soldadura con MIG se basan en la generación de energía por pulsos en la fuente de energía para soldar. Es decir, se pueden llevar a cabo diversos regímenes por pulsos en los que los pulsos de corriente y/o voltaje reciben órdenes de los circuitos de control de la fuente de energía para regular la formación y el depósito de gotitas de metal a partir del alambre de soldadura, para sostener un perfil deseado de calentamiento y enfriamiento del baño de fusión de la soldadura, para controlar la formación del cortocircuito entre el alambre y el baño de fusión de la soldadura, y así sucesivamente.

Aunque son muy efectivos en muchas aplicaciones, tales regímenes por pulsos pueden estar sujetos a desventajas. Por ejemplo, dependiendo del modo de transferencia, los procesos pueden ya sea limitar la velocidad de desplazamiento, crear salpicaduras en exceso (lo que requiere la limpieza oportuna de las piezas de trabajo soldadas), proporcionar menos de la penetración óptima, o cualquier combinación de estos y otros efectos. Por otra parte, ciertos procesos por pulsos, tales como los que funcionan en un modo por pulverización de transferencia de material, pueden funcionar con demasiado calor para aplicaciones en particular. Otros, tales como los procesos por corto circuito, pueden funcionar más fríos, pero pueden producir de nuevo las salpicaduras y otros efectos indeseables de la soldadura.

Por otra parte, en ciertas situaciones de soldadura y con ciertos electrodos de soldadura, los procesos de soldadura por pulsos que están capacitados para implementar cortocircuitos cíclicos entre el electrodo y la pieza de trabajo, pueden añadir un exceso de energía a la soldadura. Por ejemplo, con los electrodos de alambre tubular, el electrodo puede calentarse por el exceso de corriente que se añade al alambre, en particular de tal manera que la corriente de soldadura tiende a fluir a traves de la camisa del alambre, la que puede derretirse más fácilmente que los alambres sólidos. Como resultado, el arco puede llamear (alargarse). Sin embargo, para abarcar los huecos, reducir la perforación por quemaduras, e incrementar las velocidades de desplazamiento, puede ser deseable mantener la longitud del arco al mínimo. Lamentablemente, esto provoca que el alambre haga corto al baño de fusión de soldadura que avanza y requiere corriente adicional para restablecer los cortocircuitos, lo que lleva de nuevo al calentamiento de las camisas del alambre tubular, y provoca que el arco llamee.

Existe una necesidad, por lo tanto, de mejores estrategias de soldadura que permitan soldar con regímenes de onda por pulsos al mismo tiempo que mejoren la calidad y la flexibilidad de la soldadura.

BREVE DESCRIPCIÓN La presente invención proporciona sistemas de soldadura diseñados para responder a tales necesidades. De acuerdo con un ejemplo de implementación, un sistema de soldadura comprende la circuitería de procesamiento que se configura para proporcionar una onda de control que comprende una fase de pico seguida inmediatamente por una fase de toques leves seguida por una fase de fondo; y la circuitería de conversión de energía que se configura para proporcionar la salida de energía para soldar en función de la onda de control.

La invención también proporciona métodos para soldar, tal como, de acuerdo con un aspecto, generar una onda para la salida de energía para soldar, la onda que comprende una fase de pico seguida inmediatamente por una fase de toques leves seguida por una fase de fondo; y convertir la energía de entrada a energía para soldar en función de la onda de control.

DIBUJOS La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de soldadura MIG a modo de ejemplo que ilustra una fuente de energía que se acopla a un alimentador de alambre, para realizar operaciones de soldadura por pulsos de acuerdo con los aspectos de las téenicas presentes; La Figura 2 es una representación esquemática a modo de ejemplo de los componentes de los circuitos de control, para una fuente de energía para soldar del tipo mostrado en la Figura 1 ; La Figura 3 es una representación gráfica de una onda a modo de ejemplo, para dar toques leves al metal derretido de un electrodo de soldadura dentro de un baño de fusión de soldadura, de acuerdo con las técnicas presentes; La Figura 4 es una representación gráfica de voltajes y corrientes en una serie de pulsos de una onda así durante una implementación real; La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra cierta lógica de control al implementar un régimen de soldadura de este tipo; La Figura 6 es una representación gráfica de otra onda a modo de ejemplo, para dar toques leves al metal derretido de un electrodo de soldadura dentro de un baño de fusión de soldadura, de acuerdo con las técnicas presentes; La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra cierta lógica de control al implementar el régimen de soldadura de la Figura 6; y La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra cierta lógica de control que genera una señal de apagado, de acuerdo con las técnicas presentes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En cuanto a los dibujos, y con referencia primero a la Figura 1 , se ilustra un sistema de soldadura a modo de ejemplo, que incluye una fuente de energía 10 y un alimentador de alambre 12 acoplados entre sí por medio de los conductores o los conductos 14. En la modalidad ilustrada la fuente de energía 10 está separada del alimentador de alambre 12, de tal manera que el alimentador de alambre puede situarse a cierta distancia de la fuente de energía, cerca de un lugar de soldadura. Sin embargo, se debe entender que el alimentador de alambre, en algunas ¡mplementaciones, puede integrarse a la fuente de energía. En tales casos, los conductos 14 serían Internos al sistema. En las modalidades en las que el alimentador de alambre está separado de la fuente de energía, las terminales se proporcionan por lo general en la fuente de energía y en el alimentador de alambre para permitir que los conductores o los conductos se acoplen a los sistemas, a fin de permitir que la energía y el gas se proporcionen al alimentador de alambre desde la fuente de energía, y permitir que los datos se intercambien entre los dos dispositivos.

El sistema se diseña para proporcionar alambre, energía y gas de protección a un soplete de soldadura 16. Como se apreciará por aquellos expertos en la téenica, el soplete de soldadura puede ser de muchos tipos diferentes, y por lo general permite el suministro de un alambre para soldar y el gas a un lugar adyacente a una pieza de trabajo 18 en donde se conformará una soldadura para unir dos o más piezas de metal. Un segundo conductor se corre por lo general a la pieza de trabajo de soldadura a fin de completar un circuito eléctrico entre la fuente de energía y la pieza de trabajo.

El sistema se diseña para permitir que las configuraciones de datos para seleccionarse por el operador, en particular por medio de una interfaz del operador 20 proporcionada en la fuente de energía. La interfaz del operador por lo general será incorporada en una placa delantera de la fuente de energía, y puede permitir la selección de configuraciones tales como el proceso de soldadura, el tipo de cable que se utilizará, las configuraciones de voltaje y corriente, y así sucesivamente. En particular, el sistema se diseña para permitir la soldadura con MIG con diversos aceros, aluminios, u otro alambre de soldadura que se canalice a través del soplete. Estas configuraciones de soldadura se comunican a los circuitos de control 22 dentro de la fuente de energía. El sistema puede adaptarse en particular para implementar regímenes de soldadura que se diseñan para ciertos tipos de electrodo, tales como electrodos tubulares.

Los circuitos de control, descritos con mayor detalle más adelante, operan para controlar la generación de la salida de energía para soldar que se aplica al alambre de soldadura para realizar la operación de soldadura deseada. En ciertas modalidades contempladas en la actualidad, por ejemplo, la circuitería de control puede adaptarse para regular un régimen de soldadura por pulsos con MIG que “da toques leves” o fomenta la transferencia de cortocircuito del metal derretido a un baño de fusión de soldadura en progreso sin añadir exceso de energía a la soldadura o el electrodo. En los modos por “cortocircuito”, se forman gotitas de material derretido sobre el alambre de soldadura bajo la influencia del calentamiento mediante el arco de soldadura, y estas se transfieren periódicamente al baño de fusión de la soldadura mediante contacto o cortos circuitos entre el alambre y las gotitas y el baño de fusión de la soldadura. “La soldadura por pulsos” o “la soldadura por pulsos con MIG” se refieren a las téenicas en que se genera una onda de energía por pulsos, de manera de controlar el depósito de gotitas de metal dentro del baño de fusión de soldadura en progreso. En una modalidad particular de la invención, se puede implementar un régimen especializado de soldadura por pulsos en el que los pulsos que se generan tienen características tanto de soldadura por corto circuito como de soldadura por pulverización, en un tipo de modo de transferencia “híbrido” como se describe en la solicitud de patente de E.U. No. de Serie 13/655,174, con el título “Régimen híbrido de soldadura por pulsos-corto circuito”, presentada por Hutchison et al., el 18 de octubre de 2012, que se incorpora por este medio como referencia en la presente divulgación.

La circuitería de control se acopla por lo tanto a la circuitería de conversión de energía 24. Esta circuitería de conversión de energía se adapta para crear la energía de salida, tal como ondas por pulsos que finalmente se aplicarán al alambre de soldadura en el soplete. Pueden emplearse diversos circuitos de conversión de energía, que incluyen interruptores, circuitos convertidores elevadores, circuitos convertidores reductores, inversores, convertidores, y así sucesivamente. La configuración de tales circuitos puede ser de tipos conocidos por lo general en la téenica en y de sí misma. La circuitería de conversión de energía 24 se acopla con una fuente de energía eléctrica como se indica por la flecha 26. La energía que se aplica a la circuitería de conversión de energía 24 se puede originar en la red de energía, aunque también pueden utilizarse otras fuentes de energía, tales como la energía generada mediante un generador motorizado, baterías, celdas de combustible u otras fuentes alternativas. Finalmente, la fuente de energía ilustrada en la Figura 1 incluye los circuitos de interfaz 28 diseñados para permitir que los circuitos de control 22 intercambien señales con el alimentador de alambre 12.

El alimentador de alambre 12 incluye los circuitos de interfaz complementarios 30 que se acoplan con los circuitos de interfaz 28. En algunas modalidades, pueden proporcionarse interfaces de terminales múltiples en ambos componentes y un cable multi-conductor corre entre los circuitos de interfaz para permitir que información tal como velocidades de alimentación del alambre, procesos, corrientes seleccionadas, voltajes o niveles de energía, y así sucesivamente para configurarse ya sea en la fuente de energía 10, el alimentador de alambre 12, o ambos.

El alimentador de alambre 12 también incluye los circuitos de control 32 acoplados a los circuitos de interfaz 30. Como se describe más detalladamente a continuación, los circuitos de control 32 permiten que las velocidades de alimentación del alambre se controlen de acuerdo con las selecciones del operador, y permite que estas configuraciones se alimenten de regreso a la fuente de energía por medio de los circuitos de interfaz. Los circuitos de control 32 se acoplan con una interfaz del operador 34 en el alimentador de alambre que permite la selección de uno o más parámetros de soldadura, en particular la velocidad de alimentación del alambre. La interfaz del operador también puede permitir la selección de tales parámetros de soldadura como el proceso, el tipo de cable utilizado, configuraciones de corriente, voltaje o energía, y así sucesivamente. Los circuitos de control 32 también se acoplan a las válvulas de control del gas 36 que regulan el flujo del gas de protección al soplete. En general, dicho gas se proporciona al momento de soldar, y puede encenderse inmediatamente antes de la soldadura y por un corto tiempo después de la soldadura. El gas aplicado a las válvulas de control del gas 36 por lo general se proporciona en la forma de botellas a presión, como se representa por el número de referencia 38.

El alimentador de alambre 12 incluye componentes para la alimentación de alambre al soplete de soldadura y de este modo a la aplicación de soldadura, bajo el control de la circuitería de control 36. Por ejemplo, uno o más carretes del alambre de soldadura 40 se alojan en el alimentador de alambre. El alambre de soldadura 42 se desenrolla a partir de los carretes y se alimenta de forma progresiva al soplete. El carrete puede estar asociado con un embrague 44 que suelta el carrete cuando el alambre va a alimentar al soplete. El embrague también puede regularse para mantener un nivel mínimo de fricción para evitar el giro libre del carrete. Se proporciona un motor de alimentación 46 que se acopla con los rodillos de alimentación 48 para empujar el alambre a partir del alimentador de alambre hacia el soplete. En la práctica, uno de los rodillos 48 se acopla mecánicamente al motor y se gira mediante el motor para impulsar el alambre desde el alimentador de alambre, mientras que el rodillo complementario se desvía hacia el alambre para mantener buen contacto entre los dos rodillos y el alambre. Algunos sistemas pueden incluir múltiples rodillos de este tipo. Finalmente, puede proporcionarse un tacómetro 50 para detectar la velocidad del motor 46, los rodillos 48, o cualquier otro componente asociado de manera de proporcionar una indicación de la velocidad real de alimentación del alambre. Las señales del tacómetro se alimentan de regreso a los circuitos de control 36, como para la calibración como se describe más adelante.

Cabe señalar que tambien se pueden implementar otras disposiciones del sistema y esquemas de entrada. Por ejemplo, el alambre de soldadura puede alimentarse a partir de un contenedor de almacenamiento a granel (por ejemplo, un tambor) o desde uno o más carretes fuera del alimentador de alambre. Del mismo modo, el alambre puede alimentarse a partir de una “pistola de carrete” en la que el carrete se monta en o cerca del soplete de soldadura. Como se ha señalado en el presente documento, las configuraciones de la velocidad de alimentación del alambre pueden ingresarse por medio de la entrada del operador 34 en el alimentador de alambre o en la interfaz del operador 20 de la fuente de energía, o ambos. En los sistemas que tienen los ajustes de la velocidad de alimentación del alambre en el soplete de soldadura, esto puede ser la entrada utilizada para la configuración.

La energía de la fuente de energía se aplica al alambre, por lo general por medio de un cable de soldadura 52 de una manera convencional. Del mismo modo, el gas de protección se alimenta a través del alimentador de alambre y el cable de soldadura 52. Durante las operaciones de soldadura, el alambre se hace avanzar a través del revestimiento del cable de soldadura hacia el soplete 16. Dentro del soplete, un motor adicional de tracción 54 puede proveerse de un rodillo asociado de impulso, en particular para alambres de soldadura de aleación de aluminio. El motor 54 se regula para proporcionar la velocidad de alimentación deseada del alambre como se describe más detalladamente a continuación. Un interruptor de gatillo 56 en el soplete proporciona una señal que es alimentada de regreso al alimentador de alambre y del mismo de nuevo a la fuente de energía para permitir que el proceso de soldadura se inicie y se detenga por el operador. Es decir, al oprimir el gatillo interruptor, se inicia el flujo de gas, el alambre se hace avanzar, la energía se aplica al cable de soldadura 52 y a través del soplete a la alambre de soldadura que avanza. Estos procesos también se describen con mayor detalle más adelante. Finalmente, el cable y la tenaza de una pieza de trabajo 58 permiten que se cierre un circuito eléctrico desde la fuente de energía a través del soplete de soldadura, el electrodo (el alambre), y la pieza de trabajo para mantener el arco de soldadura durante la operación.

Cabe señalar durante toda la presente discusión que aunque la velocidad de alimentación del alambre puede “establecerse” por el operador, la velocidad real ordenada por la circuitería de control por lo general variará durante la soldadura por muchas razones. Por ejemplo, los algoritmos automatizados para “aproximación” (la alimentación inicial del alambre para el inicio del arco) pueden utilizar velocidades derivadas a partir de la velocidad establecida. Del mismo modo, puede darse la orden para diversos incrementos y reducciones graduales en la velocidad de alimentación del alambre durante la soldadura. Otros procesos de soldadura pueden requerir fases “de cráter” en las que la velocidad de alimentación del alambre se altera para llenar las depresiones tras una soldadura. Aún más, en los regímenes de soldadura por pulsos, la velocidad de alimentación del alambre puede alterarse periódicamente o cíclicamente.

La Figura 2 ilustra una modalidad a modo de ejemplo para la circuitería de control 22 que se diseña para funcionar en un sistema del tipo ilustrado en la Figura 1. La circuitería en general, que se designa aquí con el número de referencia 60, incluye la interfaz del operador 20 que se discutió anteriormente y la circuitería de interfaz 28 para la comunicación de los parámetros hacia y desde los componentes posteriores tales como un alimentador de alambre, un soplete de soldadura, y diversos sensores y/o activadores. Los circuitos incluyen los circuitos de procesamiento 62 que por sí mismos pueden comprender uno o más procesadores de aplicaciones, específicos o de uso general, diseñados para ejecutar regímenes de soldadura, hacer cálculos para las ondas implementadas en los regímenes de soldadura, y así sucesivamente. La circuitería de procesamiento se asocia con la circuitería de impulso 64 que convierte las señales de control del procesamiento en señales de impulso que se aplican a los interruptores de energía electrónicos de la circuitería de conversión de energía 24. En general, la circuitería de impulso reacciona a tales señales de control de la circuitería de procesamiento, para permitir que la circuitería de conversión de energía genere ondas controladas para los regímenes de soldadura por pulsos del tipo descrito en la presente divulgación. La circuitería de procesamiento 62 también se asociará con la circuitería de memoria 66 que puede consistir de uno o más tipos de almacenamiento de datos permanente y temporal, tales como para proporcionar los regímenes de soldadura implementados, almacenar los parámetros de soldadura, almacenar las configuraciones de soldadura, almacenar los registros de errores, y así sucesivamente.

Se proporcionan descripciones más completas de ciertas máquinas de estado para soldar, por ejemplo, en la patente de E.U. no. 6,747,247, con el título “Fuente de energía tipo soldadura con un controlador en función del estado”, expedida a Holverson et al. el 19 de septiembre de 2001; la patente de E.U. no. 7,002,103, con el título “Fuente de energía tipo soldadura con un controlador en función del estado”, expedida a Holverson et al. el 7 de mayo de 2004; la patente de E.U. no. 7,307,240, con el título “Fuente de energía tipo soldadura con un controlador en función del estado”, expedida a Holverson et al. el 3 de febrero de 2006; y la patente de E.U. no. 6,670,579, con el título “Sistema de tipo de soldadura con red y mensajería de niveles múltiples entre los componentes”, expedida a Davidson et al. el 19 de septiembre de 2001, todas las cuales se incorporan en la presente divulgación como referencia.

La Figura 3 de manera general ilustra una onda a modo de ejemplo para una téenica de soldadura en la que el metal derretido del electrodo de soldadura “da toques leves” dentro del baño de fusión de soldadura mediante la reducción controlada de la corriente de soldadura que se aplica al electrodo. En el presente contexto, el término ‘loque leve” o “da toques leves” o “dar toques leves”, pretende comunicar que se evita un corto relativamente fuerte, y que puede establecerse un cortocircuito muy breve una vez que el material derretido ya esté desprendiéndose del electrodo y transfiriéndose al baño de fusión de soldadura. El metal por lo tanto se transfiere sin añadir exceso de energía, que puede requerirse si se emplearan cortocircuitos más fuertes o de mayor duración. En la mayoría de los ciclos del proceso de soldadura resultante, no será necesaria una secuencia especial de eliminación del corto, aunque tales secuencias pueden programarse y estar listas para implementarse en caso de que se presente un cortocircuito más largo o más persistente. Una vez que el metal se transfiere mediante el “toque leve”, la longitud del arco se restablece de manera efectiva, lo que permite que el electrodo “corra más justo” o más cerca al baño de fusión de soldadura para mantener un arco corto. Como se describe más adelante, debido a que el material derretido (por ejemplo, una bola de metal) ya está desprendiéndose después de un pico de voltaje y/o corriente, se añade un poco o nada de corriente para restablecer el cortocircuito. El resultado es un arco de muy bajo voltaje (es decir, longitud corta del arco) y un arco estable con calentamiento mínimo de la camisa cuando se utilizan alambres tubulares.

La onda que se muestra en la Figura 3, que se designa de manera general con el número de referencia 68, implementa varias fases, que incluye una fase de fondo 70, una fase de pico 72, y una fase de toques leves (cortocircuito breve) 74. Puede incluirse una rutina de restablecimiento del cortocircuito 76 en caso de que se presente un cortocircuito más fuerte y se necesite corriente adicional para restablecer el corto. Sin embargo, en muchos o en la mayoría de los ciclos de la onda, puede que no se necesite esta rutina, lo que reduce más la energía que se añade a la soldadura y el alambre.

La onda 68 que se muestra en la Figura 3 es una onda de corriente, aunque, como se discute más adelante con respecto a la Figura 4, una onda de voltaje exhibe un comportamiento similar y fases similares. En la modalidad a modo de ejemplo de la Figura 3, por ejemplo, durante las fases de fondo y de pico, se implementa un regimen de control de bucle cerrado en el que se mantiene un voltaje específico, y la corriente varía para mantener el voltaje en los niveles deseados. Durante los incrementos intermedios, un régimen de control de bucle cerrado puede mantener las corrientes y los incrementos de la corriente en los niveles deseados. El sistema puede por lo tanto transitar cíclicamente entre el control de la corriente y del voltaje para implementar la onda deseada.

A modo de ejemplo, en la onda que se ilustra en la Figura 3, durante la fase de fondo 70, puede mantenerse una corriente en un intervalo de aproximadamente 25-125 amperes (por ejemplo, aproximadamente 115 amperes como se ilustra en la Figura 3), aunque de nuevo esto puede variar para satisfacer un nivel deseado del voltaje de fondo. Durante la fase de pico 72, a continuación, puede mantenerse una corriente en un intervalo de aproximadamente 250-450 amperes (por ejemplo, aproximadamente 400 amperes como se ilustra en la Figura 3), que varía de nuevo si el voltaje se controla con un bucle cerrado. La corriente durante la fase de toques leves 74 puede estar en un intervalo de aproximadamente 15-25 amperes (por ejemplo, aproximadamente 25 amperes como se ilustra en la Figura 3). Las duraciones de éstas y otras fases de la onda también pueden programarse para permitir la transferencia de energía, la formación de una bola fundida sobre el electrodo, la transferencia de la bola, y así sucesivamente. Cabe señalar que en particular los voltajes, las corrientes, y las duraciones que se implementan pueden depender de factores tales como el tipo de electrodo que se utiliza, el tamaño del electrodo, la velocidad de alimentación del alambre, la velocidad de desplazamiento, y así sucesivamente.

Cabe señalar que los términos “pico”, “dar toques leves”, y “fondo” se han utilizado en la presente discusión para comunicar las fases de la onda en función de la fase de corto de “dar toques leves”, a diferencia de otros regímenes de soldadura por pulsos. En otro lenguaje de programación, estas fases pueden corresponder a “bola”, “dorso”, y “pre-corto”, aunque esas fases en los sistemas convencionales no se programan para implementar los toques leves de baja energía contemplados por las téenicas presentes.

La Figura 4 ilustra varios ciclos de una onda de toques leves por pulsos en función de la programación del tipo que se ilustra en la Figura 3. En la Figura 4, una onda de voltaje se indica con el número de referencia 78, mientras que una onda de corriente se indica con el número de referencia 80. Como puede verse en la onda de voltaje, cada ciclo incluye un fondo del voltaje 82 durante el cual un arco se lleva a cabo y la energía se añade al electrodo y el baño de fusión de soldadura (y a la pieza de trabajo circundante). Este fondo es seguido de un pico 84 durante el cual el metal derretido creado durante la fase de fondo, se transfiere al baño de fusión de soldadura. En una implementación presente, ambas fases de fondo y de pico tienen un control del voltaje de bucle cerrado, lo que da lugar a la variación en la corriente durante las fases correspondientes, como se discute más adelante. La rápida caída del voltaje, como se indica con el número de referencia 86 es indicativa de un cortocircuito breve a medida que el metal derretido se transfiere al baño de fusión de soldadura. Esta fase generalmente es rápida y un “corto fuerte” puede evitarse utilizando un objetivo de corriente reducida durante este tiempo.

Sobre la onda de corriente correspondiente 80, la fase de fondo se indica con el número de referencia 88, mientras que la fase de pico se indica con el número de referencia 90. Cabe señalar que la corriente sí varía durante estas fases a medida que el sistema trata de mantener el voltaje específico o programado. Como se señaló anteriormente, a continuación, un objetivo de corriente reducida de toques leves se utiliza para depositar la bola derretida en el baño de fusión de soldadura con entrada de energía reducida, como se indica con el número de referencia 92. En ciertos ciclos, una fase “húmeda” 94 se puede implementar para ayudar a eliminar el cortocircuito. Por otra parte, en los ciclos en donde los cortocircuitos no se eliminan fácilmente, puede usarse una corriente más elevada para obligar al cortocircuito a restablecerse, como se indica con el número de referencia 96.

Cabe señalar que en las ondas que se ilustran en las Figuras 3 y 4, el régimen “de toques leves” resultante difiere de las ondas convencionales de soldadura de cortocircuito. En particular, en los regímenes de soldadura convencionales una fase de pico es seguida de una “inflexión” en la que la corriente se mantiene en un nivel por encima del nivel de fondo subsecuente. La inflexión puede ayudar a evitar los cortocircuitos, si se desea. Si no se desea, la inflexión puede reducirse de duración y la onda puede regresar más rápidamente al nivel de fondo.

En la presente téenica, por otra parte, una corriente menor al nivel de la corriente de fondo se convierte en el objetivo inmediatamente después de la fase de pico. Por ejemplo, mientras que el nivel de la corriente de fondo puede ser del orden de 25-125 amperes, la corriente de toques leves puede ser menor a aproximadamente 25 amperes, por ejemplo, del orden de 15-25 amperes. La duración de los toques leves puede ser muy corta, tal como del orden de 1-5 ms. Esta corriente reducida permite la transferencia del cortocircuito de la bola derretida con la adición de muy poca energía, que evita por lo tanto el sobrecalentamiento del electrodo. Por lo tanto la longitud del arco se restablece y se evita el exceso de exposición y llameado del arco.

La Figura 5 ilustra a modo de ejemplo la lógica de control para implementar el régimen de toques leves. La lógica, que se indica de manera general con el número de referencia 98, es cíclica, pero puede considerarse que comienza manteniendo la fase de fondo (voltaje constante en una implementación de corriente), como se indica con el número de referencia 100. Durante esta fase el arco se establece y la energía se añade al electrodo y al baño de fusión de soldadura. A continuación se implementa la fase de pico (de nuevo un voltaje constante en la implementación de corriente), como se indica con el número de referencia 102. Esta fase lleva a cabo la mayor parte del desprendimiento del metal derretido (es decir, la bola derretida se empuja fuera del extremo del cable, a causa de la fuerza del arco que se genera por las altas tensiones), pero la bola por lo general no se desprende durante esta fase (sino que permanece sujeta mediante una cola colgante). La bola se desprende durante el corto que sigue en la fase de toques leves, pero debido a que la bola ya está extendida apartándose del extremo del electrodo, poca o ninguna energía adicional se requiere para eliminar el cortocircuito. En la etapa 104, la corriente se reduce al objetivo mínimo para darle toques leves a la bola derretida dentro del baño de fusión de soldadura, con la adición de muy poca energía. Si se necesita, se puede implementar una rutina de cortocircuito, como se indica con el número de referencia 106, como cuando los niveles de corriente y de voltaje indican que un cortocircuito persiste y no se eliminó después de la corriente de toques leves. En la etapa 108, a continuación, el control regresa hasta el nivel de fondo, y el ciclo puede repetirse.

Cabe señalar que en algunas implementaciones los toques leves pueden realizarse de diferentes maneras que mediante un objetivo de baja corriente que sigue a la fase de pico. Por ejemplo, un cortocircuito de salida puede crearse por medio de un interruptor para reducir rápidamente la corriente entre el electrodo y la pieza de trabajo y el baño de fusión de soldadura. Del mismo modo, la energía de salida puede apagarse durante un tiempo corto que sigue a la fase de pico, con el fin de extinguir el arco o al menos para agregar poca o ninguna energía.

Como se mencionó anteriormente con respecto a las Figuras 3 y 4, ciertas modalidades descritas en el presente documento difieren de las ondas convencionales de soldadura por pulsos en que puede evitarse una fase de inflexión (en un nivel de corriente mayor que el nivel de la corriente de fondo) inmediatamente después de la fase de pico. Sin embargo, como también se mencionó anteriormente, en ciertas modalidades pueden usarse una o más fases de inflexión. Por ejemplo, la Figura 6 de manera general ilustra una onda a modo de ejemplo 110 que es similar a la onda que se ilustra en la Figura 3, pero que incluye una o más fases de inflexión 112 inmediatamente después de la fase de pico 72 pero antes de la fase de toques leves 74. Como tal, la fase de pico 72 es seguida de la una o más fases de inflexión 112, y entonces el corto puede forzarse con la fase de toques leves 74 seguida por una o más fases de fondo 70. Aunque se ilustra como si sólo tuviera una fase de inflexión 112 y sólo una fase de fondo 70 en la Figura 6, se apreciará que puede utilizarse más de una fase de inflexión 112 y/o más de una fase de fondo 70 en ciertas modalidades. En general, la una o más fases de inflexión 112 tendrán un nivel de corriente mayor a la una o más fases de fondo 70 pero menor a la fase de pico 72. Por ejemplo, la fase de inflexión 112 que se ¡lustra en la Figura 6 está en un nivel de corriente de aproximadamente 125 amperes, mientras que la fase de fondo 70 está en un nivel de corriente de aproximadamente 115 amperes y la fase de pico 72 está en un nivel de corriente de aproximadamente 400 amperes. En otras modalidades, la una o más fases de inflexión 112 puede tener un nivel de corriente en un intervalo de aproximadamente 125-250 amperes, siempre y cuando el nivel de corriente permanezca por encima de los niveles de corriente de la una o más fases de fondo 70.

La Figura 7 ilustra la lógica de control a modo de ejemplo para implementar el régimen de toques leves de la Figura 6. La lógica, que se indica de manera general con el número de referencia 114, es prácticamente similar a la lógica 98 que se ilustra en la Figura 5 pero con una etapa adicional 116 por tener una o más fases de inflexión 112 en medio de la fase de pico 72 y la fase de toques leves 74. En ciertas modalidades, la fase de pico 72, la fase de inflexión 112, o la fase de toques leves 74 pueden reemplazarse con una señal de apagado de la fuente de energía. En particular, la fuente de energía 10 puede apagarse bajando el mando de la corriente a cero (o un muy bajo nivel del mando tal como aproximadamente 1-2 amperes o incluso menor a 1 amp), desactivando un motor que impulsa la fuente de energía 10, o apagando una señal del portal de la fuente de energía, del suministro de energía 10. Cualquiera de las etapas de la lógica 114 que se ilustra en la Figura 7 en relación con la fase de pico 72 (por ejemplo, la etapa 102), la una o más fases de inflexión 112 (por ejemplo, la etapa 116), o la fase de toques leves 74 (por ejemplo, la etapa 104), puede reemplazarse con la etapa de la extinción del arco desactivando la fuente de energía 10. Por ejemplo, la Figura 8 ilustra la lógica de control a modo de ejemplo 118 para puentear cualquiera de estas etapas para en lugar de eso, enviar una señal de apagado a la fuente de energía 10. En ciertas modalidades, una vez que el arco se ha extinguido, se puede aplicar una corriente relativamente pequeña (por ejemplo, aproximadamente 1 -2 amperes o incluso menor a 1 amp), reactivando la fuente de energía 10 y reencendiendo el arco, seguida de una o más fases de fondo 70 (por ejemplo, regresando a la etapa 108 de la lógica 118). En ciertas modalidades, una vez que se ha iniciado la extinción del arco, el voltaje puede monitorearse en busca de un corto (porque el arco puede sostenerse por unos cuantos milisegundos a causa de la capacitancia y la inductancia) y, una vez que el arco se ha extinguido, la corriente relativamente pequeña (por ejemplo, aproximadamente 1-2 amperes o incluso menor a 1 amp) se puede aplicar, reactivando la fuente de energía 10 y reencendiendo el arco.

Aunque sólo algunas características de la Invención se han ilustrado y descrito en el presente documento, muchas modificaciones y cambios se les ocurrirán a aquellos expertos en la téenica. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir todas las modificaciones y cambios que caigan dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de soldadura caracterizado porque comprende: la circuitería de procesamiento que se configura para proporcionar una onda de control que comprende una fase de pico seguida inmediatamente por una fase de toques leves seguida por una fase de fondo; y circuitería de conversión de energía configurada para proporcionar la salida de energía para soldar, en función de la onda de control.

2. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado además porque durante la fase de fondo la salida de energía para soldar tiene un nivel de corriente de entre 25 amperes y 125 amperes.

3. El sistema de la reivindicación 2, caracterizado además porque durante la fase de toques leves la salida de energía para soldar tiene un nivel de corriente de menos de 25 amperes.

4. El sistema de la reivindicación 3, caracterizado además porque la fase de toques leves tiene una duración de entre 1 milisegundo y 5 milisegundos.

5. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado además porque durante la fase de pico una bola del metal derretido comienza a desprenderse de un electrodo de soldadura, y durante la fase de toques leves un cortocircuito se establece entre la bola y una pieza de trabajo.

6. El sistema de la reivindicación 5, caracterizado además porque durante la fase de toques leves el cortocircuito se rompe.

7. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una secuencia de eliminación de cortocircuitos, para restablecer los cortocircuitos que no se eliminan durante la fase de toques leves.

8. El sistema de la reivindicación 7, caracterizado además porque la secuencia de eliminación de cortocircuitos se implementa sólo si un cortocircuito no se elimina durante la fase de toques leves.

9. El sistema de la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fase de toques leves reinicia una longitud del arco entre un extremo de un electrodo de soldadura y un baño de fusión de soldadura, dentro del que se deposita una bola del metal derretido.

10. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado además porque durante las fases de pico y de fondo, la energía de soldadura de salida se controla con un bucle cerrado para mantener los voltajes deseados.

11. Un método de soldadura caracterizado porque comprende: generar una onda para la salida de energía para soldar, la onda que comprende una fase de pico seguida inmediatamente por una fase de toques leves seguida por una fase de fondo; y la conversión de la energía de entrada en energía para soldar en función de la onda de control.

12. El método de la reivindicación 11, caracterizado además porque durante la fase de fondo la salida de energía para soldar tiene un nivel de corriente de entre 25 amperes y 125 amperes.

13. El método de la reivindicación 12, caracterizado además porque durante la fase de toques leves la salida de energía para soldar tiene un nivel de corriente de menos de 25 amperes.

14. El método de la reivindicación 13, caracterizado además porque la fase de toques leves tiene una duración de entre 1 milisegundo y 5 milisegundos.

15. El método de la reivindicación 11, caracterizado además porque durante la fase de pico una bola del metal derretido comienza a desprenderse de un electrodo de soldadura, y durante la fase de toques leves se establece un cortocircuito entre la bola y una pieza de trabajo.

16. El método de la reivindicación 15, caracterizado además porque durante la fase de toques leves el cortocircuito se rompe.

17. El método de la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende una secuencia de eliminación de cortocircuitos para restablecer los cortocircuitos que no se eliminan durante la fase de toques leves.

18. El método de la reivindicación 17, caracterizado además porque la secuencia de eliminación de cortocircuitos se implementa sólo si un cortocircuito no se elimina durante la fase de toques leves.

19. El método de la reivindicación 11, caracterizado además porque la fase de toques leves reinicia una longitud del arco entre un extremo de un electrodo de soldadura y un baño de fusión de soldadura, dentro del que se deposita una bola del metal derretido.

20. El método de la reivindicación 11, caracterizado además porque durante las fases de pico y de fondo, la salida de soldadura la energía se controla con un bucle cerrado para mantener los voltajes deseados.