CN104470668A

CN104470668A - 用于在焊接期间调制热量输入的设备和方法

Info

Publication number: CN104470668A
Application number: CN201380038395.8A
Authority: CN
Inventors: S·R·彼得斯; B·西蒙斯; G·利普奈维休斯
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-03-25
Also published as: EP2874775A2; US10046410B2; DE202013012289U1; WO2014013323A2; BR112015001244A2; WO2014013323A3; US20140021182A1

Abstract

***和方法被提供，其中焊接***(100)通过在高热量输入焊接波形部分(210)和低热量输入焊接波形部分(220)之间改变来在焊接期间调制到焊接接头中的热量输入。***(100)可以利用所检测到的焊接接头几何结构和厚度来变化高热量和低热量波形部分(210,220)的利用，以在焊接期间改变焊道轮廓。附加地，焊丝送进速度随着焊接波形(200)的高热量输入和低热量输入部分之间的改变而改变。

Description

用于在焊接期间调制热量输入的设备和方法

发明背景

发明领域

与本发明一致的装置、***和方法涉及焊接，并且更具体地涉及用于在焊接时调制到焊缝中的热量输入的装置、***和方法。

通过引用并入

本发明一般地涉及在焊接期间对控制的改进以及对热量输入的调制。美国专利No.4,972,064和No.6,215,100，其全部公开的内容通过引用被全部并入本文。

相关技术描述

一般已知的是，到焊缝中的热量输入是重要的考虑因素。通常确定最大热量输入水平，并且随后针对焊缝来选择合适的焊接波形和参数。然而，在焊接期间改变这些参数或热量输入是困难的。附加地，在焊接期间使焊接工艺适应不同的间隙宽度是困难的。从而，需要解决这些关注问题的改进的焊接方法。

发明内容

本发明的示例性实施方案是焊接的***和方法，其中焊接电源供应器将电流焊接波形提供到焊条，并且焊丝送进器通过所述电源供应器将焊条提供到要被焊接的至少一个工件。电流焊接波形具有第一波形部分和第二波形部分，所述第一波形部分具有第一电流轮廓，所述第二波形部分具有第二电流轮廓，使得第一电流轮廓不同于第二电流轮廓。进一步地，第一波形部分在焊接期间提供高于第二波形部分的热量输入，并且焊丝送进器在第一波形部分期间以第一焊丝送进速度并且在第二波形部分期间以第二焊丝送进速度提供焊条。第一焊丝送进速度不同于第二焊丝送进速度。本发明的进一步实施方案和特征从随后的说明书、附图和权利要求书是可推断的。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面将会更加明显，在所述附图中：

图1图示说明根据本发明的示例性实施方案的基本焊接***的图示表征；

图2图示说明根据本发明的示例性实施方案的焊接波形的图示表征；

图3图示说明本发明的另一示例性焊接***的图示表征；

图4图示说明以本发明的实施方案来执行的示例性焊缝的图示表征，并且图4A是示例性焊接接头的代表性截面；以及

图5图示说明与焊丝送进速度图相结合的根据本发明的示例性实施方案生成的进一步的焊接波形的图示表征。

具体实施方式

现在将在下面通过参照附图描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案意图帮助理解本发明，而不意图以任何方式限制本发明的范围。相似的参考编号在通篇中涉及相似的要素。

现在参照附图，其中示出的内容仅是出于图示说明本发明的实施方案的目的而不是出于限制本发明的实施方案的目的。图1图示说明具有焊接电源供应器101的焊接***100，所述焊接电源供应器101提供要被用来焊接工件W的焊接电流。焊接电源供应器101可以是能够产生不同的焊接波形轮廓并且能够以DC+和DC-两个状态进行焊接的任何已知的类型。进一步地，焊接电源供应器的示例性实施方案是这样类型的电源供应器，所述电源供应器能够产生脉冲类型焊接、短电弧和/或表面张力过渡类型焊接波形。这样的焊接电源供应器的实施例是由美国俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气公司制造的Power当然，本发明的实施方案不限于该实施例。如在示例性实施方案中所示出的，电源供应器101的第一端子经由引线111耦合到工件W，并且第二端子被耦合到焊丝送进器103，所述焊丝送进器103将焊接波形和焊条105提供到导电嘴107，以用于焊接。这样的配置一般地是已知的并且不需要来详细描述。进一步地，电源供应器101经由数据通信链路113(其可以是有线的或无线的)耦合到焊丝送进器103，以使电源供应器101可以在焊接期间控制焊丝送进器103。如此一来，在本发明的示例性实施方案中，电源供应器101包含计算机似的装置，以使电源供应器101不仅控制它自己的操作，而且控制焊丝送进器的操作。同样，这样类型的控制一般地是已知的。

在本发明的示例性实施方案中，焊丝送进器103具有这样的类型，所述类型可以响应于来自电源供应器101的命令信号迅速地改变焊条105的焊丝送进速度。

在焊接期间，图1所示的示例性***能够在焊接工艺期间基于所期望的焊接参数来在两个不同的焊接波形类型之间改变。例如，在许多焊接应用中，能够从高热量输入焊接操作(例如，脉冲或喷射(spray)脉冲焊接或喷射过渡、正极性、高焊丝送进速度过程)改变到低热量焊接操作(例如，短电弧、表面张力过渡、冷金属过渡、负极性、低焊丝送进速度过程)是合乎期望的。这可以由于改变工件或焊缝间隙几何结构或者要提供针步(stitched)类型焊接接头的缘故而为合乎期望的。本发明的实施方案能够在焊接工艺期间提供这种灵活性。

在本发明的示例性实施方案中，***100将第一焊接波形提供到焊条105，以用于焊接。该第一焊接波形是高热量输入焊接波形，例如脉冲波形，所述脉冲波形在焊接期间利用电流脉冲来将熔滴从焊条105转移到工件W。在该焊接工艺期间，焊条105由焊丝送进器103以适合于焊接操作进行的第一焊丝送进速度来送进。附加地，该第一焊接波形具有第一极性，并且因为它是高热量输入波形，该极性通常是正的。在焊接期间，出于各种理由，即时(on the fly)切换到低热量输入焊接工艺可以是合乎期望的。本发明的实施方案允许这种情况发生。

在焊接期间，电源供应器101(或任何其他类型的***控制器)确定需要从高热量输入焊接工艺切换到低热量输入焊接工艺。因此，在焊接期间，电源供应器从第一焊接波形切换到第二焊接波形，所述第二焊接波形是低热量焊接波形。这样的低热量焊接波形的实施例包括冷金属过渡、短电弧、短路以及表面张力过渡焊接。在合适的时间，电源供应器101从第一焊接波形切换到具有不同的电流轮廓的第二焊接波形，并且这将在下面来进一步描述。另外，电源供应器101导致焊丝送进器103在第二焊接工艺期间将焊丝送进速度改变到不同的焊丝送进速度。因为它是较低的热量输入工艺，在第二焊接工艺中焊丝送进速度是较慢的。另外，在本发明的示例性实施方案中，(针对低热量工艺的)第二焊接波形具有与第一焊接波形相反的极性。例如，如果第一焊接波形具有正极性，第二焊接波形可以具有负极性。应该注意的是，在其他示例性实施方案中，焊接波形可以具有相同的极性，即使它们到焊缝中的相对热量输入是不同的。另外，在进一步的示例性实施方案中，焊接波形中的一个或两个可以是具有变化极性的AC波形。例如，在焊接期间第二焊接波形(低热量输入)是AC波形可以是合乎期望的。可替换地，高热量输入焊接波形是具有相反极性部分的AC波形可以是合乎期望的。各种组合可以被利用而不脱离本发明的精神或范围。

在本发明的示例性实施方案中，热量输入可以以Kj/in来确定，所述Kj/in是(安培×伏特×1000)/(行进速度×60)。在本发明的示例性实施方案中，焊接工艺的高热量输入部分将具有高于焊接工艺的低热量输入部分的Kj/in值。因此，高热量输入部分相对于工艺的低热量输入部分具有较高的热量输入，并且低热量输入部分将具有低于较高热量输入部分的热量输入。如本文所一般地描述的，焊接波形的较低热量输入部分倾向于降低熔深、弥合(bridge)间隙以及在工件的顶部上混凝(puddle up)，而较高热量输入倾向于增加熔深、增加焊穿(burn through)以及展开焊接熔池或使焊接熔池变平。

图2描绘可以与本发明的各种实施方案一起使用的示例性焊接波形200。在该实施方案中，波形200具有至少两个波形部分210和220。部分210是使用脉冲类型波形轮廓的高热量输入焊接部分。该部分201包含多个电流脉冲201，所述电流脉冲201具有由本底电流205间隔开的峰值电流水平203。进一步地，高热量部分210具有正极性。一般已知的是，图2所示的类型的脉冲焊接波形(210)提供良好的工件熔深并且通常被用于焊接较厚的工件。同样一般已知的是，高热量输入波形可以在尝试弥合焊接接头中的大的间隙时是难以利用的。另外，由于这些类型的焊接工艺的高热量水平，焊条105可以以相对高的焊丝送进速度例如500ipm来送进。

在焊接期间，确定的是，焊接波形200应该从高热量输入波形改变到低热量输入波形。因此，在本底电流205期间，在点211处，电源供应器101将波形从第一部分210改变到低热量波形部分220。在所示出的实施方案中，低热量部分210是DC-STT(表面张力过渡)类型波形。这些类型的焊接波形的详细讨论可以在美国专利No.4,972,064和No.6,215,100中找到，所述美国专利No.4,972,064和No.6,215,100的全部公开的内容通过引用被全部并入本文而不需要在本文来重复。当然，如上面所叙述的，STT类型波形仅是可以在本发明的实施方案中被利用的低热量输入焊接波形的一个实施例。

如图2所示，在该实施方案中，电源供应器101不仅改变为新类型的焊接波形，而且针对波形部分220将极性改变为DC-。在极性的改变之后，电流范围可以达到部分220的本底水平222，或者可以在焊条105与焊接熔池接触时直接转到短路事件(event)229。在短路事件被检测到之后，STT脉冲事件221被触发。脉冲事件包括箍电流(pinch current)223，所述箍电流223被提供并且导致焊条105在熔融球以上颈缩(neck down)，这在225处发生。然后，电流在以等离子升压脉冲227再次增加之前下降到低水平226来防止飞溅。在升压脉冲227之后，电流拖尾(tail out)228到本底水平222直到下一个短路事件发生，并且这是重复的，直到波形200被改变回到高热量部分210。低热量波形部分220一般地被用于较浅的焊缝(其中太深的熔深可能成为问题)，和/或被用来填充较宽的间隙。因为工艺是较冷的，焊接熔池可以在焊接接头之上冷叠(cold lap)，这并不提供显著的熔深而是可以覆盖较宽的间隙。

同时，电源供应器101在波形部分210/220之间改变，电源供应器101导致焊丝送进器103将焊丝送进速度从第一速度改变到第二焊丝送进速度。因为波形部分220是低热量输入部分，低热量焊丝送进速度将慢于高热量波形部分210。例如，焊丝送进速度可以大约为100ipm。

当然，应该注意的是，尽管图2描绘高热量输入部分210在低热量输入部分220之前，本发明的实施方案不限于这种顺序，并且事实上，在本发明的实施方案中，波形200可以在高(210)和低(220)波形部分之间来回变化。

当焊接某些类型的焊接接头时，创建针步类型焊接接头可以是有益的，所述针步类型焊接接头不仅具有到焊接接头中的熔深而且填充相当大尺寸的间隙。以尽可能少的焊道来实现焊接是有益的，而不是在焊接接头之上以多条焊道来完成该焊接。本发明的实施方案通过将两个不同的焊接工艺组合为单个的焊接操作来允许这种情况发生，其中高热量和低热量输入焊接工艺二者可以被用来创建混合焊接接头，所述混合焊接接头具有高热量和低热量输入焊接工艺的优点。

因此，在本发明的示例性实施方案中，电源供应器101可以频繁地在高和低热量焊接波形之间间歇地来回改变，以获得所期望的焊道轮廓。这可以以许多不同的方式来获得。在一些示例性实施方案中，电源供应器101(经由其CPU控制器等等)监控焊接操作的低和高热量部分中的每个的持续时间，并且基于所确定的持续时间来在它们之间来回切换。例如，电源供应器101将针对第一持续时间以波形的高热量部分焊接，并且随后针对第二持续时间切换到波形的低热量部分。第二持续时间可以与第一持续时间相同或不同。进一步地，根据所期望的焊道轮廓，第二持续时间可以按照需要长于或短于第一持续时间。例如，在本发明的实施方案中，电源供应器可以针对50ms至2000ms范围内的持续时间以波形的高热量部分焊接，并且随后针对50ms至2000ms的持续时间改变到低热量部分。这些范围意图是示例性的，并且可以通常依据焊丝送进器的焊丝送进速度改变能力，所述焊丝送进器可以倾向于不具有像焊接电源供应器那样的反应性(reactive)。

在进一步的示例性实施方案中，电源供应器101可以基于所检测到的事件的数量来在高和低热量焊接操作之间来回改变。例如，电源供应器101在确定数量的脉冲201之后可以从高热量部分改变到低热量部分。就是说，在焊接期间，电源供应器101对脉冲的数量进行计数并且在某一数量N的脉冲之后电源供应器切换到波形200的低热量部分，并且随后在某一数量X的短路事件229已被检测到之后电源供应器101将切换回到波形200的高热量部分210。所检测到的被用来确定在波形部分210/220之间的切换点211的事件的持续时间和/或数量可以通过电源供应器101以许多不同的方式来确定。例如，基于到电源供应器101的使用者输入，可以使用状态表、查找表、算法等等来确定针对波形部分中的每个的事件的持续时间/数量。在示例性实施方案中，与所期望的热量输入、接头几何结构或细节、焊丝送进速度等等相关的使用者输入数据可以被电源供应器用来确定针对给定焊缝的高热量和低热量输入焊接的合适的比例。

本发明的示例性实施方案所利用的高与低热量输入的比例可以基于各种焊缝轮廓和参数来变化。比例一般地要针对被执行的焊接被最优化。

因此，本发明的实施方案可以在这样类型的焊接中提供显著的多功能性，所述焊接以单个焊道来执行。例如，在这样的焊接期间，低热量焊接弥合焊接接头间隙并且创建相对冷的焊接熔池，但未显著地熔透到基底金属中。然而，焊接工艺的高热量输入部分的脉冲可以离开(由低热量输入部分创建的)冷熔池形成电弧，所述冷熔池可以限制这些脉冲的熔深中的一些，但这将导致电弧宽于低热量焊接电弧，并且可以提供到接头的侧壁中的良好的熔深。就是说，高热量脉冲的熔透功率中的一些可以被引导到接头的侧壁，以提供具有良好的间隙填充特性和改进熔深的焊道。

图3描绘本发明的焊接***300的另一个示例性实施方案。该***300类似于图1所示的***100并且一般地以相同的方式来操作。然而，该实施方案还利用间隙监控***303和工件厚度检测器307中的至少一个，所述间隙监控***303和工件厚度检测器307将反馈提供到耦合到电源供应器101的***控制器301。***控制器301可以是任何类型的计算机似的装置，所述计算机似的装置能够接收反馈信号、处理它们并且在或不在控制命令下将信息传递到电源供应器101，所述电源供应器101再相应地更改焊接波形200。注意的是，尽管***控制器301被示出为与电源供应器101是有区分的，在其他示例性实施方案中，控制器301可以与电源供应器301是一体的并且它不需要是单独结构的装置。

间隙监控***303采用间隙几何结构或宽度检测器305，所述间隙几何结构或宽度检测器305可以在焊接期间检测焊接接头的间隙宽度或几何结构上的变化，并且将那些检测到的内容传递到***控制器301。传感器305和***303可以是任何类型的***，所述***能够跟踪在焊接之前确定焊接接头间隙的几何结构的焊接操作上游的焊接接头物理性能。这样***的实施例包括基于视觉上监控间隙的***的摄像机和/或基于接头跟踪***的激光器，所述接头跟踪***利用激光束来监控间隙形状或几何结构上的改变。这样的***一般地是已知的并且不需要在本文来详细讨论。

在焊接期间，***303监控间隙宽度或任何其他所期望的焊接接头的几何特征，并且将所检测到的信息传递到控制器301。当在接头的几何结构上的改变(例如在间隙宽度上的改变)被检测到时，控制器301将该信息提供到电源供应器101，所述电源供应器然后按照需要更改波形200。使用该信息，电源供应器可以基于所检测到的几何结构改变而从波形200的高热量输入部分210改变到低热量输入部分220，反之亦然。例如，如果检测到接头间隙已经增加，电源供应器101可以将波形从波形的高热量部分210改变到低热量输入部分220，以确保对增加的间隙的正确焊接。在其他示例性实施方案中，电源供应器101可以调整波形200的高热量输入部分210与低热量输入部分220的比例，以获得所期望的焊道轮廓。作为实施例，在焊接期间，波形200可以具有这样的比例，以使高和低热量输入部分中的每个的各自的持续时间是相同的，即50/50比例。那么，当间隙宽度增加被检测到时，持续时间的比例被调整，以正确地应对间隙宽度上的改变。再有，波形200可以被这样改变，以使低热量部分220的持续时间高于高热量部分的持续时间。类似地，如果所检测到的间隙宽度减少，电源供应器101可以通过减少波形200的低热量部分220的持续时间来调整波形200，以使焊道变得较窄。由于这样的多功能性，本发明的实施方案可以在焊接期间针对焊接接头几何结构上的变化和改变来即时调整。这种多功能性可以在很大程度上增加工件生产量。

类似地，在本发明的示例性实施方案中，所检测到的焊接接头处的工件(一个或多个)的厚度可以被***300利用，以如所期望的更改波形200。在焊接期间，厚度传感器307检测焊接接头处的厚度并且将该信息提供到控制器301，并且该厚度信息被电源供应器101用来适当地改变波形200。例如，在焊接期间，如果厚度增加被检测到，电源供应器101可以这样调整波形200，以使高热量部分210的持续时间被增加。通过增加高热量部分210，增加的焊缝熔深可以被获得。类似地，如果在焊接期间厚度减少，高热量部分的持续时间可以被减少，以降低熔深。

厚度传感器307可以是任何类型的传感器，所述传感器能够在焊接期间检测工件(一个或多个)W的厚度并且将所述数据提供到控制器301以由电源供应器101来使用。它可以是接触式或非接触式传感器。例如，传感器307可以是这样的类型，所述类型在工件的两侧上形成物理接触并且能够在焊接工艺期间确定在厚度上存在改变。同样，这样类型的传感器一般地是已知的并且不需要在本文来详细讨论。

因此，本发明的实施方案能够基于所检测到的焊接接头几何结构和两个不同焊接波形类型之间的改变来在焊接期间调整所提供的焊接波形，以获得所期望的焊道轮廓。

在本发明的进一步示例性实施方案中，除了改变波形的高和低热量输入部分的各自的持续时间之外，电源供应器101和/或控制器301可以按照需要改变峰值电流、频率、电流峰值持续时间或波形部分210/220的任何其他方面，以获得所期望的焊接接头轮廓。例如，如果，基于所检测到的接头的几何结构/厚度，确定需要附加的熔深，电源供应器101可以增加针对高热量部分210的脉冲201的峰值电流，以提供较深的熔深，或者如果接头体积增加(并且被任何传感器机构检测到，或者被预编程)，检测器可以指示控制器来进一步增加焊丝送进速度以填充接头。可替换地，高热量与低热量的比例可以被增加，其中高热量部分具有高于低热量部分的焊丝送进速度，以将更多的填充物添加到焊接接头。

在图3所示的实施方案中，***控制器301/电源供应器101在焊接期间使用关于焊接接头的几何结构/厚度的实时反馈信息。就是说，随着焊接进行，所检测到的参数被提供到控制器310来相应地调整波形200。然而，在其他示例性实施方案中，对于实时反馈而言不是必需的。确切地说，焊接接头的几何结构可以在焊接之前被绘制。就是说，在焊接操作开始之前，焊接接头的几何结构可以被绘制(使用类似的几何结构和厚度检测装置)并且绘制的参数可以在焊接操作开始之前在***控制器301中被储存和处理。于是，***控制器301可以使用绘制的数据来创建所期望的焊接波形200，这将任何几何结构/厚度/接头体积的改变考虑在内并且确保合适的波形部分210/220在焊接接头上的合适的点处被利用。进一步地，***控制器301可以评估关于焊接接头的绘制的信息，并且确定对于焊接接头是否存在任何问题或异常，所述问题或异常会妨碍正确的焊接被执行。例如，如果所检测到的间隙太大而不能焊接，***控制器301可以关于该异常给使用者发信号。

在又进一步的实施方案中，焊接接头几何结构(例如，间隙宽度)和/或厚度可以由使用者来预编程，以使控制器301和电源供应器101可以使用该信息来创建针对焊接操作的合适的焊接波形200。

因此，利用本发明的实施方案，具有变化几何结构和变化厚度的焊接接头可以以单个焊接操作来相对容易地焊接。

各种控制方法被电源供应器101利用，以在焊接期间控制波形200的创建。例如，电源供应器101可以使用状态表、算法、查找表或其他合适的控制方法来确定和实现焊接操作所需要的合适的波形200。这样的控制/编程方法一般地是已知的并且不需要在本文来详细描述。

在上面的实施方案中，注意的是，控制器301和/或电源供应器101适当地控制焊丝送进器103，以使在波形200的各自的高和低热量输入部分220/210中的每个期间，合适的焊接速度被提供。这种情况的实施例在图5中被示出。如所示出的，当波形200从高热量部分210转变到低热量部分220时，焊丝送进速度从较高的速度下降到较低的速度。类似地，当从低热量部分220改变到高热量部分210时，焊丝送进速度按照需要被增加。

如本文所描述的，本发明的实施方案涉及与焊丝送进速度一起改变各种波形属性(包括极性和电流轮廓)，以获得所期望的或最优化的(高与低热量输入的)热量输入比例。在一些示例性实施方案中，对于焊接波形的改变(例如，极性)在焊丝送进速度上的改变被触发或发起的同时被改变。然而，认识到的是，在一些应用中，焊丝送进速度上的改变不会像焊接波形上的改变那样快速地发生。例如，一般认识到的是，在焊丝送进速度上的改变的触发和工件处焊丝的实际速度的改变之间存在一些延迟。因此，在本发明的一些示例性实施方案中，工件处(或接近工件)的实际焊丝送进速度被监控并且焊接波形上的改变仅在实际所检测到的焊丝送进速度达到阈值之后被触发。因此，在一些示例性实施方案中，电源供应器将不切换焊接波形的极性直到所检测到的焊丝送进速度是在所命令的或所规定的(targeted)焊丝送进速度的预先确定的百分比之内。例如，如果低热量输入焊接操作在进行并且期望切换到高热量输入部分(具有极性上的改变)，改变将在***中被发起但电源供应器将不切换极性直到所检测到的焊丝送进速度是在所期望的增加的焊丝送进速度(其与焊接的高热量输入部分一起被利用)的70％之内。在其他实施方案中，当速度是在所规定的焊丝送进速度的80％之内时，改变可以被发起。当然，当从波形的高热量(和高速度)向下转移到低热量(低速度)部分时，改变可以被实现。这样的实施方案确保，当所检测到的焊丝送进速度处于或接近其针对焊接波形的下一部分所期望的速度时，焊接波形在焊接波形的高和低热量部分之间被改变。焊丝送进速度检测机构一般地是已知的并且不需要在本文来详细讨论。

在其他示例性实施方案中，除了改变波形200和焊丝送进速度之外，焊接操作的行进速度可以按照需要来增加/减小，以得到所期望的焊道轮廓。例如，如之前所指出的，行进速度和热量输入可以基于接头体积上的改变而被改变。

图4描绘示例性焊接操作，其中焊接接头间隙G具有变化的厚度。如所示出的，焊接接头具有第一间隙厚度G1，所述第一间隙厚度G1宽于第二间隙厚度G2。在焊接期间，传感器305检测间隙宽度上的改变并且将该改变传递到控制器301和/或电源供应器101，以使电源供应器101针对所检测到的间隙改变来适当地调整波形200。因此，电源供应器101将改变波形200来处理所检测到的间隙宽度改变。例如，电源供应器可以发起高热量与低热量焊接的比例之间的改变，以补偿接头上的改变，或者可以改变波形的高和低热量部分中的每个的相对持续时间，以获得所期望的焊道轮廓。已知的是，通常随着接头被焊接，接头将靠近(close up)。这可以是由于拉动接头闭合的焊缝金属的固化的缘故。图4所示的示例性实施方案可以被用来检测接头的所述靠近并且因此导致高热量/低热量输入比例上的改变，以补偿间隙的靠拢。这样的补偿可以或不可以包括金属转移功能或波形的极性上的改变，但可以仅导致高热量输入(经由高焊丝送进速度)到低热量输入(经由低焊丝送进速度)上的改变，以及在焊接波形参数(例如电流、电压等等)上的任何适当的改变。

同样在图4中所示出的是跨焊接间隙G横向移动的焊接操作的能力。这样的移动可以被用来创建“摆动”焊接模式。利用横向移动的焊接操作是已知的并且将不在本文来详细讨论。本发明的示例性实施方案可以利用导电嘴107和/或焊丝105相对于间隙G的中心线的横向定位来控制到焊缝中的热量输入。例如，一些示例性实施方案可以使用传感器305来确定导电嘴107(或焊条105)相对于间隙的横向定位并且基于所述横向定位来在高热量输入和低热量输入焊接操作之间改变。另外，在那些全自动或半自动的焊接操作中，横向定位可以经由移动机构和/或运送装置的编程来获知，并且因此该位置信息可以被***利用，以在焊接期间确定导电嘴107/焊丝105的横向位置。基于横向定位，***可以在高和低热量输入操作之间来回改变焊接操作，以获得所期望的焊道轮廓。例如，当焊丝105处于或接近间隙G的中心时(其可以是焊接接头的最深部位并且需要最大程度的填充)，利用高热量输入焊接操作可以是合乎期望的，而然后在焊丝105靠近间隙的边缘时，焊接操作可以从高热量输入操作改变到低热量输入操作。例如，如图4A所示，当焊条105被设置在离间隙G的中心线(CL)的距离X处或之内时，焊接操作使用高热量输入操作，而当焊条105在距离X之外时，焊接操作使用低热量输入轮廓。在一些示例性实施方案中，自中心线的距离X是整个间隙宽度GW的25％。在其他示例性实施方案中，距离X是整个间隙宽度GW的40％。

可替换地，相反的焊接方法可以被用来在接头的侧壁中得到增加的熔深。具体地，再看图4A，在离中心线的距离X之内，低热量输入轮廓可以被用来帮助弥合工件之间的任何存在的间隙。然而，当焊条105平移到距离X之外时，高热量轮廓被用来增加到接头的侧壁中的熔深。因此，本发明的实施方案允许在控制熔深和到焊接接头中的热量输入上的增加的灵活性。

类似地，控制的方法可以在焊接期间基于焊条105以下的焊接接头的深度来使用。例如，当***在焊接接头的最深的点处焊接时，焊接操作将具有高热量输入焊缝轮廓。当横向移动进行并且焊接接头的深度变浅时，接头的深度可以在焊接期间被检测到，以使当焊接接头变浅并且达到深度阈值时，***切换到焊接操作的低热量输入部分。该深度阈值可以被预编程或者可以由使用者输入。当然，在其他实施方案中，低热量输入焊接可以在焊接接头的最深的部分处被使用，并且当焊接接头的深度超过指定的深度阈值时高热量输入焊接可以被发起。

尽管本发明已经参照其示例性实施方案被具体地示出和描述，但本发明不限于这些实施方案。本领域的普通技术人员将理解的是，其中可以进行形式和细节上的各种改变而不脱离如由随后的权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

参考标号：

100 焊接*** 226 低水平

101 焊接电源供应器 227 等离子升压脉冲

103 焊丝送进器 228 电流拖尾

105 焊条 229 短路事件

107 导电嘴 300 焊接***

111 引线 301 控制器

113 数据通信链路 303 监控***

200 焊接波形 305 传感器

201 部分 307 工件厚度检测器

203 峰值电流水平

205 本底电流 G 接头间隙

210 波形部分 GW 间隙宽度

211 点 G1 第一间隙厚度

220 波形部分 G2 第二间隙厚度

221 脉冲事件 N 数量

222 本底水平 W 工件

223 箍电流 X 距离

225 点

Claims

1.一种焊接***(100)，所述焊接***(100)包括：

焊接电源供应器(101)，所述焊接电源供应器(101)将电流焊接波形(200)提供到焊条(105)；以及

焊丝送进器(103)，所述焊丝送进器(103)通过所述电源供应器(101)将所述焊条(105)提供到要被焊接的至少一个工件(W)；

其中所述电流焊接波形(200)具有第一波形部分(210)和第二波形部分(220)，所述第一波形部分(210)具有第一电流轮廓，所述第二波形部分(220)具有第二电流轮廓，其中所述第一电流轮廓不同于所述第二电流轮廓，

其中所述第一波形部分(210)在焊接期间提供高于所述第二波形部分(220)的热量输入，并且

其中所述焊丝送进器(103)在所述第一波形部分(210)期间以第一焊丝送进速度并且在所述第二波形部分(220)期间以第二焊丝送进速度提供所述焊条(105)，其中所述第一焊丝送进速度不同于所述第二焊丝送进速度。

2.如权利要求1所述的焊接***，其中所述第一电流轮廓具有不同于所述第二电流轮廓的极性，其中优选地，所述第一电流轮廓是正电流轮廓并且所述第二电流轮廓是负电流轮廓。

3.如权利要求1或2所述的焊接***，其中所述第一和第二电流轮廓中的至少一个是AC电流轮廓。

4.如权利要求1至3中的一项所述的焊接***，其中所述第一焊丝送进速度快于所述第二焊丝送进速度。

5.如权利要求1至4中的一项所述的焊接***，其中所述第一电流轮廓是脉冲电流轮廓；和/或其中所述第二电流轮廓是表面张力过渡电流轮廓。

6.如权利要求1至5中的一项所述的焊接***，其中所述电源供应器仅在所述第一电流轮廓的本底电流水平期间从所述第一电流轮廓改变到所述第二电流轮廓。

7.如权利要求1至6中的一项所述的焊接***，其中所述电源供应器将所述第一和第二电流轮廓中的至少一个在切换到所述第一和第二电流轮廓中的另一个之前保持50ms至2000ms的持续时间。

8.如权利要求1至7中的一项所述的焊接***，还包括被耦合到所述电源供应器(101)的几何结构监控装置，所述几何结构监控装置监控焊接接头的几何结构和所述至少一个工件(W)的厚度中的至少一个，并且其中所述电源供应器基于在所述焊接接头的所述几何结构和所述厚度中的至少一个上所检测到的改变来在所述第一和第二电流轮廓之间切换。

9.如权利要求1至8中的一项所述的焊接***，其中所述电源供应器基于所述焊条(105)相对于焊接接头的中心线的横向位置来在所述第一和第二电流轮廓之间切换，其中优选地，当所述横向位置被这样确定，即自所述中心线为焊接接头间隙宽度(GW)的至少25％时，所述电源供应器在所述第一和第二电流轮廓之间切换。

10.如权利要求1至9中的一项所述的焊接***，其中仅当检测到所述焊丝送进器(103)在所期望的焊丝送进速度的70％之内提供所述焊条(105)时，所述电源供应器(101)在所述第一和第二电流轮廓之间切换。

11.如权利要求1至10中的一项所述的焊接***，其中所述电源供应器通过控制所述第一和第二波形部分的比例来调节到所述至少一个工件中的热量输入，其中优选地，所述电源供应器基于至少焊接接头几何结构来调节所述热量输入。

12.一种焊接方法，所述焊接方法包括：

将电流焊接波形(200)提供到焊条(105)；以及

将所述焊条(105)提供到要以所述电流焊接波形(200)被焊接的至少一个工件(W)；

其中所述焊条(105)在所述第一波形部分(210)期间以第一焊丝送进速度并且在所述第二波形部分(220)期间以第二焊丝送进速度被提供，其中所述第一焊丝送进速度不同于，特别地快于，所述第二焊丝送进速度。

13.如权利要求12所述的焊接方法，其中所述第一电流轮廓具有不同于所述第二电流轮廓的极性，其中所述第一电流轮廓是正电流轮廓并且所述第二电流轮廓是负电流轮廓；和/或其中所述第一和第二电流轮廓中的至少一个是AC电流轮廓。

14.如权利要求12或13所述的焊接方法，其中所述第一电流轮廓是脉冲电流轮廓；和/或其中所述第二电流轮廓是表面张力过渡电流轮廓；和/或从所述第一电流轮廓改变到所述第二电流轮廓仅发生在所述第一电流轮廓的本底电流水平期间；和/或进一步包括将所述第一和第二电流轮廓中的至少一个在切换到所述第一和第二电流轮廓中的另一个之前保持50ms至2000ms的持续时间。

15.如权利要求12至14中的一项所述的焊接方法，还包括监控焊接接头的几何结构和所述至少一个工件(W)的厚度中的至少一个，并且基于在所述焊接接头的所述几何结构和所述厚度中的至少一个上所检测到的改变来在所述第一和第二电流轮廓之间切换；和/或进一步包括基于所述焊条相对于焊接接头的中心线的横向位置来在所述第一和第二电流轮廓之间切换；和/或其中当所述横向位置被这样确定，即自所述中心线为焊接接头间隙宽度的至少25％时，在所述第一和第二电流轮廓之间的所述切换发生；和/或还包括仅当检测到所述焊条的实际焊丝送进速度是在所期望的焊丝送进速度的70％之内时，在所述第一和第二电流轮廓之间切换；和/或还包括通过控制所述第一和第二波形部分的比例来调节到所述至少一个工件中的热量输入；和/或其中所述调节所述热量输入是基于至少焊接接头几何结构。