CN106029280A - 使用组合填充焊丝送进和高强度能量源在受控电弧放电频率下进行焊接的方法和*** - Google Patents

Abstract

在此披露与本发明的实施例一致的***和方法，其涉及使用一种热丝焊接技术将耗材(140)沉积到工件(115)上，该热丝焊接技术采用热丝和弧焊的组合。波形(500)在该热丝焊接操作过程中产生电弧事件，以便在该焊接工艺中添加/控制热量。该热丝焊接工艺可以单独地使用，与激光(120)或与其他焊接工艺结合使用。

Description

使用组合填充焊丝送进和高强度能量源在受控电弧放电频率 下进行焊接的方法和***

援引并入

本申请要求2014年2月24日提交的临时申请61/943,633、以及2014年12月5日提交的美国专利申请14/561,904的优先权，这些申请通过引用以其全文结合在此，并且本申请是2011年8月17日提交的美国专利申请号13/212,025的部分继续申请并且要求其优先权，该申请通过引用以其全文结合在此，该美国专利申请号13/212,025是2009年1月13日提交的美国专利申请号12/352,667的部分继续申请，该申请通过引用以其全文结合在此。

技术领域

特定实施例涉及填充焊丝熔覆(overlaying)应用以及焊接和接合应用。更具体地说，特定实施例涉及利用热丝沉积工艺与激光焊接工艺或弧焊工艺的***和方法。再更具体地说，本发明提供分别根据权利要求1和12的前序部分的一种耗材沉积***和方法。

发明背景

最近，已经在热丝焊接中取得进展。然而，这些工艺和***中的一些可能不将所希望的或必需的热量输入提供到焊接或熔覆操作中。因此，可能希望将附加热量提供到焊接或熔覆操作中。

通过这种方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，常规、传统和所提出的方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。

发明内容

本发明的实施例包括一种使用热丝技术在熔覆、熔敷(cladding)、接合或焊接工艺中使材料沉积的***和方法。本发明的实施例利用热丝沉积方法，其中在焊丝与工件之间产生多个电弧放电事件以辅助该工艺。这些电弧放电事件可以辅助控制提供到该工艺中的热量输入，以及增加该工艺的性能，而不危害该工艺的完整性。

所要求保护的本发明的这些和其他特征及其所展示的实施例的细节和其他实施例将从以下描述、权利要求书和附图中得到全面理解。

附图简要说明

通过参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中：

图1为热丝和激光***的一个示例性实施例的图解表示；

图2为热丝和弧焊***的一个示例性实施例的图解表示；

图3为热丝电源和在其中利用该热丝电源的***的一个示例性实施例的进一步图解表示；

图4为根据本发明的热丝工艺的示例性电压和电流波形的图解表示；

图5为与弧焊电流波形同步的示例性热丝电流波形的图解表示；

图6为热丝焊接的在该工艺开始时的示例性波形的图解表示；

图7为本发明的焊接***的另一个示例性实施例的图解表示；

图8A和图8B为可以与本发明的实施例一起使用的示例性电流波形的图解表示；

图9为可以被本发明的实施例利用的另一个示例性焊接波形的图解表示；并且

图10A和图10B为可以用本发明的示例性实施例实现的示例性焊接接缝横截面。

详细说明

现在将参考附图来在下面描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本发明，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。贯穿全文，相同的参考数字指代相同的元件。

图1示出了用于执行钎焊、熔敷、堆焊(building up)、填充、表面硬化熔覆和接合/焊接应用中的任一种的组合填充焊丝送进器和能量源***100的示例性实施例的功能性示意框图。***100包括能够使激光束110聚焦到工件115上从而对工件115加热的一个激光子***。该激光子***是高强度能量源。该激光子***可以是任何类型的高能激光源，包括但不限于二氧化碳、Nd:YAG、Yb-盘、YB-光纤、光纤输送或直接二极管激光***。此外，如果其他类型的激光***具有充分的能量，它们可以被使用。该***的其他实施例可以包括用作高强度能量源的电子束、等离子体弧焊子***、钨极气体保护弧焊子***、气体保护金属弧焊子***、焊剂药芯焊丝弧焊子***、和埋弧焊子***中的至少一者。以下说明将重复提到激光***、射束和电源，然而，应理解的是，这种引用是示例性的，因为可以使用任何高强度能量源。例如，高强度能量源可以提供至少500W/cm²。该激光子***包括彼此操作性地连接的一个激光装置120和一个激光电源130。激光电源130提供用于操作激光装置120的功率。

***100还包括能够提供至少一根电阻填充焊丝140来与激光束110附近的工件115相接触的一个热填充焊丝送进器子***。当然，应理解的是，通过在本文中引用工件115，熔融池被认为是工件115的一部分，因此对与工件115的接触的引用包括与熔池的接触。该热填充焊丝送进器子***包括一个填充焊丝送进器150、一个导电管160、以及一个热丝电源170。在操作过程中，引导激光束110的填充焊丝140被来自操作性地连接在导电管160与工件115之间的热丝焊接电源170的电流电阻加热。根据本发明的一个实施例，热丝焊接电源170是脉冲直流(DC)电源，然而交流(AC)或其他类型的电源也是可能的。焊丝140从填充焊丝送进器150通过导电管160被朝着工件115送进并且延伸到该管160之外。焊丝140的延伸部分被电阻加热，这样使得延伸部分在接触到工件上的焊接熔池之前接近或达到熔点。激光束110用于使工件115的基底金属中的一些熔化以形成焊接熔池并且还使焊丝140熔化到工件115上。电源170提供电阻熔化填充焊丝140所需的大部分能量。根据本发明的某些其他实施例，送进器子***可能能够同时提供一根或多根焊丝。例如，第一焊丝可以用于表面硬化和/或为工件提供耐腐蚀性，而第二焊丝可以用于向工件添加结构。

***100进一步包括能够使激光束110(能量源)和电阻填充焊丝140沿着工件115朝同一方向125移动(至少在相对意义上)的一个运动控制子***，这样使得激光束110和电阻填充焊丝140彼此保持相对固定。根据不同的实施例，工件115与激光/焊丝组合之间的相对运动可以通过实际移动工件115或通过移动激光装置120和热丝送进器子***来实现。在图1中，该运动控制子***包括操作性地连接到一个机器人190上的一个运动控制器180。运动控制器180控制机器人190的运动。机器人190操作性地连接(例如，以机械方式固定)到工件115上从而使工件115在方向125上移动，这样使得激光束110和焊丝140沿着工件115有效地行进。根据本发明的替代性实施例，激光装置110和导电管160可以被整合到单个头中。该头可以经由操作性地连接到该头上的运动控制子***来沿着工件115移动。

通常，存在可以使高强度能量源/热丝相对于工件移动的若干种方法。如果工件是圆的，例如，高强度能量源/热丝可以是静止的，而工件可以在该高强度能量源/热丝下旋转。可替代地，机器人臂或线性牵引机可以平行于圆形工件移动，当工件旋转时，高强度能量源/热丝可以连续地移动或者每个循环转位一次以便(例如)熔覆圆形工件的表面。如果工件是扁平的或至少不是圆的，则工件可以如图1中所示的在高强度能量源/热丝下移动。然而，机器人臂或线性牵引机或甚至安装射束的滑架可以用于使高强度能量源/热丝头相对于工件移动。

***100进一步包括一个感测和电流控制子***195，该感测和电流控制子***操作性地连接到工件115和导电管160上(即，有效地连接到热丝电源170的输出端上)并且能够测量工件115与热丝140之间的电势差(即，电压V)和通过它们的电流(I)。感测和电流控制子***195可能进一步能够从所测量的电压和电流计算电阻值(R＝V/I)和/或功率值(P＝V*I)。通常，当热丝140与工件115接触时，热丝140与工件115之间的电势差为零伏特或者非常接近零伏特。然而，在其他示例性实施例中，焊丝140与工件115之间的电压降在2至8伏特范围内。其结果是，如本文中稍后更详细描述的，感测和电流控制子***195能够在电阻填充焊丝140与工件115接触和操作性地连接到热丝电源170上时进行感测，从而进一步能够响应于该感测而控制通过电阻填充焊丝140的电流流动。根据本发明的另一个实施例，感测和电流控制子***195可以是热丝电源170的一体的部分。

根据本发明的实施例，运动控制器180可以进一步操作性地连接到激光电源130和/或感测和电流控制器195上。以此方式，运动控制器180和激光电源130可以彼此通信，这样使得激光电源130知道工件115什么时候运动，并且这样使得运动控制器180知道激光装置120是否是活动的。类似地，以此方式，运动控制器180以及感测和电流控制器195可以彼此通信，这样使得感测和电流控制器195知道工件115什么时候运动，并且这样使得运动控制器180知道热填充焊丝送进器子***是否是活动的。此类通信可以用于协调***100的不同子***之间的活动。

如以上所描述的，该高强度能量源可以是任何数目的能量源，包括焊接电源。此高强度能量源的一个示例性实施例在图2中示出，该图示出了类似于图1所示的***100的***200。该***200的许多部件类似于***100中的部件，并且因此将不再详细讨论这些部件的操作和利用。然而，在***200中，该激光***被一个弧焊***(诸如GMAW***)替代。该GMAW***包括一个电源213、一个焊丝送进器215和一个焊炬212。焊接电极211经由焊丝送进器215和焊炬212被递送到熔融池。在此描述的该类型的GMAW焊接***的操作是众所周知的，并且不需要在此详细描述。应当注意尽管GMAW***关于所描绘的示例性实施例来示出和讨论，本发明的示例性实施例也可以与以下各项一起使用：GTAW、FCAW、MCAW和SAW***、熔敷***、钎焊***、以及这些***的组合等，包括使用电弧来辅助将耗材转移到工件上的熔融池的那些***。未在图2中示出的是可以根据已知方法使用的一个保护气体***或子电弧焊剂***。

类似以上所描述的激光***，这些电弧生成***(其可以用作高强度能量源)用于产生熔融池，使用如以上详细描述的***和实施例将热丝140添加到该熔融池。然而，利用该电弧生成***，如已知的，一种附加耗材211也被添加到该熔池。此附加耗材添加到由在此描述的热丝工艺所提供的已经增加的沉积性能。此性能将在以下进行更详细的讨论。

此外，如通常已知的，电弧生成***(诸如GMAW)使用高电流电平来在前进的耗材与工件上的熔融池之间生成电弧。类似地，GTAW***使用高电流电平来在电极与耗材之间生成电弧，耗材被添加到该电弧中。如通常已知的，许多不同的电流波形可以被用于GTAW或GMAW焊接操作，诸如恒定电流、脉冲电流等。然而，在***200的操作过程中，电源213所生成的电流可能干扰电源170所生成的用于加热焊丝140的电流。因为焊丝140邻近电源213所生成的电弧(因为它们各自被指引到同一熔融池，类似于以上所讨论的熔池)，对应的电流可能彼此干扰。具体地，每个电流生成一个磁场，并且那些场可能彼此干扰并且有害地影响它们的操作。例如，该热丝电流所生成的这些磁场可能干扰电源213所生成的电弧的稳定性。也就是说，在对应电流之间没有适当控制和同步的情况下，这些竞争的磁场可能使该电弧不稳定并且因此使该工艺不稳定。因此，示例性实施例利用电源213与170之间的电流同步以便确保稳定操作，这在以下将进行进一步讨论。

如上所述，由对应电流所引起的磁场可能彼此干扰，并且因此本发明的实施例使这些对应电流同步。同步可以经由不同方法来实现。例如，感测和电流控制器195可以用于控制电源213和170的操作以便使这些电流同步。可替代地，在这些电源中的一个用于控制另一个的输出的情况下，一种主从关系也可以被利用。这些相对电流的控制可以通过多种方法来实现，这些方法包括控制电源的状态表或算法的使用，这样使得这些电源的输出电流被同步用于稳定操作。这将在以下进一步讨论。例如，一种类似于美国专利公开号2010/0096373所描述的***和装置的基于双态的***和装置可以被利用。2010年4月22日公开的美国专利公开号2010/0096373通过引用以其全文结合在此。

***100和200的结构、使用、控制、操作和功能的更详细讨论在本申请要求其优先权的美国专利申请(在本申请的开始)中列出，这些美国专利申请中的每一个由于它们涉及在此描述和讨论的***以及其中所讨论的替代性实施例而通过引用以其全文完全结合在此，这些美国专利申请为效率和清楚起见在此不重复。

图3描绘了本发明的***300的另一个示例性实施例的图解表示。类似***200，***300利用一个组合的热丝和弧焊工艺。***300的功能和操作类似于***200的功能和操作，并且因此将不重复类似的功能性。如图所示，***300包括引导牵引热丝140的一个引导弧焊电源301。电源301被示出为GMAW型电源，但实施例不限于此，如GTAW型电源也可以被利用。焊接电源301可以具有任何已知的构造。另外描述的是一种热丝电源310(其可以与图1和图2所示出的电源相同)连同其中的一些部件。如以上所解释的，可能希望使来自电源301和310中的每一个的电流波形输出同步。这样，同步信号303可以被利用来确保这些电源的操作是同步的，这将在以下进行进一步描述。

热丝电源310包括一个逆变器功率部分311，该逆变器功率部分接收输入功率(其可以是AC或DC)并且将该输入功率转换成用于加热焊丝140的输出功率，这样使得该焊丝可以沉积到工件W上的熔池中。逆变器功率部分311可以被构造成可用于焊接、切割的任何已知的逆变器型电源、或热丝电源。该电源也包含预设加热电压电路313，该预设加热电压电路利用与该工艺相关的输入数据来为电源310的输出信号设置一个预设加热电压，这样使得焊丝140维持在一个所希望的温度，这样使得该焊丝适当地沉积到工件W上。例如，预设加热电压电路313可以利用设置(诸如焊丝尺寸、焊丝类型和焊丝送进速度)来设置有待在该工艺过程中维持的该预设加热电压。在操作过程中，该输出加热信号被维持，这样使得该输出信号的平均电压在一个预先确定的持续时间段或预先确定数目的循环上被维持在该预设加热电压电平处。在一些实施例中，该预设加热电压电平在2至9伏特范围内。此外，在本发明的示例性实施例中，焊丝140的焊丝送进速度可影响该最佳预设加热电压电平，这样使得当该焊丝送进速度较低(处于或低于200in/min)时，该预设加热电压电平在2至4伏特范围内，然而在该焊丝送进速度较高(高于200in/min)时，该预设加热电压电平在5至9伏特范围内。此外，在一些示例性实施例中，当电流较低(处于或低于150amp)时，该预设加热电压电平在2至4伏特范围内，然而在该电流较高(高于150amp)时，该预设加热电压电平在5至9伏特范围内。因此，在操作过程中，电源310将焊丝140与工件W之间的平均电压维持在该预设加热电压电平处以用于给定操作。在其他示例性实施例中，该预设加热电压电路313可以设置一个平均电压范围，其中该平均电压被维持在该预设范围内。通过将所检测的平均电压维持在该预设加热电压电平处或该预设加热电压范围内，电源310如所希望的提供加热丝140的加热信号，但避免产生电弧。在本发明的示例性实施例中，在一个预先确定的时间段内测量平均电压，这样使得在该工艺过程中确定移动平均。该电源利用时间平均滤波器电路315，该时间平均滤波器电路通过感测引线317和319来感测输出电压，并且进行以上所描述的电压取平均值计算。如图3所示，随后将所确定的平均电压与预设加热电压进行比较。

当然，在其他示例性实施例中，电源310可以使用电流预设阈值和/或功率预设阈值来控制该电源的输出信号。此类***的操作将类似于以上所描述的基于电压的控制。

电源310也包含一个电弧检测阈值电路321，该电弧检测阈值电路比较通过感测引线319和317的检测到的输出电压，并且将该检测到的输出电压与电弧检测电压电平进行比较，以便确定电弧放电事件已经还是将在焊丝140与工件W之间发生。如果该检测到的电压超过该电弧检测电压电平，电路321向逆变器功率部分311(或控制器装置)输出一个信号，该信号导致功率部分311关闭输出功率以便区别或抑制该电弧、或以其他方式防止其产生。在一些示例性实施例中，该电弧检测电压电平在10至20伏特范围内。在其他示例性实施例中，该电弧检测电压电平在12至19伏特范围内。在其他示例性实施例中，基于该预设加热电压电平和/或该焊丝送进速度来确定该电弧检测电压电平。例如，在一些示例性实施例中，该电弧检测电压电平在该预设加热电压电平的2至5倍范围内。在其他示例性实施例中，用于所使用的任何保护气体的阳极电压电平和阴极电压电平可能影响该预设加热电压电平。在一些示例性应用中，该电弧检测电压将在7至10伏特范围内，而在其他实施例中它将在14至19伏特范围内。在本发明的示例性实施例中，该电弧检测电压将在5至8伏特范围内，高于该预设加热电压电平。

电源310也包括标称脉冲波形电路323，该标称脉冲波形电路生成将由逆变器功率部分311使用，以便将所希望的加热波形输出到焊丝140和工件W的波形。如图所示，标称脉冲波形电路323经由同步信号303联接到弧焊电源301，这样使得来自每个对应电源的输出波形如在此所述的是同步的。

如图所示，标称脉冲波形电路323使其输出信号与弧焊电源301同步，并且将所生成的加热波形输出到乘法器，该乘法器如图所示也从比较器327接收误差信号。该误差信号允许调整到逆变器功率部分311的输出命令信号，以便如以上所描述的维持所希望的平均电压。

应当注意这些以上描述的电路和基本功能性类似于在焊接和切割电源中利用的电路和基本功能性，并且因此这些电路的详细构造不需要在此详细描述。此外，也应当指出一些或所有的以上功能性可以经由电源310内的单个控制器来完成。

如在本申请要求其优先权的美国专利申请中最终讨论的，这些专利申请通过引用完全结合在此好像这些披露整体包括在此，当使用热丝接合方和熔覆方法时，由于焊丝140通常与熔池维持恒定接触，所希望的是防止在焊丝140与熔池之间产生电弧。然而，已经发现在一些热丝应用中，可能希望使离散电弧放电事件在热丝工艺过程中发生，以便如所希望的向该工艺和熔池添加热量。这在涂覆至少一个工件的接合或熔覆应用(例如镀锌钢)中是特别真实的。这在以下将参考图4来进一步解释。

图4描绘了用于如在此描述的热丝工艺的示例性电压波形和电流波形。如图所示，电流波形500包括具有一个峰值电流电平503的多个加热脉冲501。该峰值电流电平可以在200至700安培范围内，并且峰值电流电平503被选择以便在该工艺过程中提供所希望的焊丝140的加热和熔化。类似地，电压波形400示出具有一个峰值电压403的多个电压脉冲401。然而，还示出的是电弧事件，其中在焊丝140与该熔池之间短暂地生成电弧。在该电弧事件过程中，焊丝140损失与熔池的接触，从而导致电压尖峰达到电弧电平405。那时，热丝电源检测到电弧事件已经发生，并且关闭电流以便熄灭或抑制电弧507。在本发明的示例性实施例中，该电弧存在持续350至1000微秒范围内的时间。在其他示例性实施例中，该电弧存在持续500至800微秒范围内的时间。在该电弧的此类相对短的持续时间的情况下，可以向熔池添加热量而不会在熔池中导致由该电弧引起的过度湍流。该电源可以使用不同的控制方法来检测电弧放电事件。在本发明的示例性实施例中，该电源设置一个阈值，这样使得当超过该阈值时，该电源确定电弧事件已经发生。如先前解释的，在一些示例性实施例中，该电弧检测电压电平在10至20伏特范围内。在其他示例性实施例中，该电弧检测电压电平在12至19伏特范围内。在其他示例性实施例中，基于该预设加热电压电平和/或该焊丝送进速度来确定该电弧检测电压电平。

在产生电弧之后，焊丝140不再与熔池接触，并且焊丝140与熔池之间存在间隙。在该电源关闭加热电流(507)之后，该电源随后向焊丝140提供具有峰值电平409的开路电压(OCV)407，这样使得该电源能够再次检测焊丝140与熔池之间的接触，因为焊丝140仍然在熔池处被焊丝送进器送进。在本发明的示例性实施例中，该OCV在10至25伏特范围内。在其他示例性实施例中，该OCV在17至22伏特范围内。针对该操作所选择的OCV可能基于多个参数，包括但不限于焊丝类型和焊丝直径。当焊丝140与熔池(在410处)进行接触时，该电源(使用任何已知的接触感测控制方法)检测该接触并且关闭OCV以及开始向焊丝140提供加热电流。如图4所示，该电流可能在之后接触的峰值电平509处达到峰值，并且随后维持在引入电流511电平处。

引入电流509是一个相对低的电流电平(与脉冲峰值电平相比较)，并且用于允许焊丝140再接入熔池持续一个预先确定的距离，以及允许脉冲同步(以下进一步讨论的)。该引入电流被维持持续一个持续时间TLI(这也将在以下进一步解释)。该引入电流被电源设置，并且是基于多个因素选择的电流电平，这些因素包括以下各项中的任一个或所有：焊丝送进速度、焊丝类型、焊丝直径、热丝脉冲频率、以及热丝脉冲峰值503电流电平，并且该引入电流可以是该峰值电流电平的约1/10。通常，引入电流511与峰值503电平相比较是低的。在示例性实施例中，该脉冲峰值电流与引入电流比在10:1至5:1的范围内。在示例性实施例中，该引入电流在25至100安培范围内，并且在其他实施例中，该引入电流在40至80安培范围内。在其他示例性实施例中，该引入可以通过使用功率电平来设置，如与使用电流电平设置相反。在此类实施例中，该引入功率电平可以在100至1500瓦特范围内。在附加的示例性实施例中，引入电流509具有一个电流电平，该电流电平小于波形的热丝部分的平均电流电平，例如，如图4所示，小于电弧事件之间的加热脉冲501’的平均电流。在示例性实施方案中，引入电流509的峰值电流和平均电流小于波形500的平均电流以及在电弧事件之间的热丝电流脉冲501’的平均电流。

如以上所解释的，该引入电流被维持持续一个持续时间TLI，从而允许焊丝140重新穿透熔池到一个所希望的深度。这样，至少基于焊丝140的焊丝送进速度来确定TLI。在示例性实施例中，引入持续时间TLI在5至20毫秒范围内，并且停止时间507在1至7毫秒范围内。在示例性实施例中，停止时间507和TLI的组合时间在6至20毫秒范围内。然而，如先前相对于图2和图3所解释的，在一些示例性实施例中，该热丝工艺与在同一熔池中操作的弧焊工艺(诸如GMAW)联接。在此类实施例中，该引入持续时间TLI是基于焊丝140的焊丝送进速度、以及基于来自与该热丝工艺一起工作的弧焊工艺的电流脉冲的启动的持续时间。当使用与弧焊工艺联接的热丝工艺时，所希望的是使来自每个相应工艺的电流脉冲同步。因此，在此类实施例中，该热丝电源在持续时间TLI之后，只有(1)在一个预先确定的引入延迟期满之后允许焊丝140适当穿透该熔池，并且(2)允许与该弧焊波形中的下一个弧焊脉冲的启动一致时才启动第一脉冲501’。通过使持续时间TLI延长来满足这些条件，确保焊丝140已经适当穿透该熔池以便再次开始热丝脉冲501，并且该热丝电流波形是与同时使用的弧焊工艺适当同步的。这在图5中被图形表示，其中该焊接工艺利用与使用电流波形600的脉冲弧焊工艺(例如GMAW)同步的热丝电流波形500。如在本申请开始处参考的以及在此完全结合的优先权申请，以及标题为使用组合填充焊丝送进和高强度能量源用于焊接的方法和***(METHOD AND SYSTEM TO USE COMBINATION FILLER WIRE FEED AND HIGH INTENSITYENERGY SOURCE FOR WELDING)的美国专利申请(该申请也通过引用以其全文完全结合在此，并且与此同时提交)中描述的，在一些应用中所希望的是使这些对应波形的脉冲同步。因此，在本发明的示例性实施例中，如图5所示，该引入持续时间TLI是穿透持续时间Tp和同步持续时间Ts的组合。穿透持续时间Tp由该热丝电源至少基于焊丝140的焊丝送进速度来确定，以便确保焊丝140适当穿透到熔池中，并且同步持续时间Ts是在穿透持续时间Tp的期满与下一个弧焊脉冲601’的启动之间的时间。也就是说，典型地，该引入持续时间TLI(或引入时段)的最大持续时间将是穿透持续时间Tp(或穿透时段)和弧焊波形的背景部分603的持续时间。这确保焊丝140完全穿透到熔池中，并且该两个对应波形将是同步的。因此，在本发明的示例性实施例的操作过程中，该热丝电源将确定穿透持续时间Tp，并且将引入电流511保持在该引入电流电平持续该持续时间Tp，并且在该穿透时段Tp的期满之后，该热丝电源等待来自控制器或该弧焊电源的脉冲启动信号。基于该启动或同步信号，该热丝电源在引入电流511之后启动第一脉冲501’以便与弧焊工艺中的下一个脉冲601’一致。

应当注意，图5示出了不具有相移的两个对应波形500/600，这样使得对应脉冲501’和601’将同时启动。然而，其他示例性实施例可以利用电流波形500与600之间的相移，这样使得对应波形的脉冲是同步的，但彼此相移。在此类实施例中，该引入持续时间TLI将具有这一长度，以便确保脉冲501’和601’在相对彼此的合适时间、以合适相移以及在该穿透持续时间期满之后启动。在一些示例性实施例中，该焊丝被允许以一个距离穿透该熔池，该距离与该焊丝直径几乎相同。

如先前所讨论的，电弧事件用于在该工艺中输入附加热量。为完成这一目的，该热丝电源170被控制，这样使得这些电弧放电事件以1至20Hz范围内的频率发生。在其他示例性实施例中，这些电弧放电事件以1至10Hz范围内的频率发生。通过以一个规则间隔维持该电弧放电频率，附加热量可以按照一种受控方式来添加到该工艺，而不会使该热丝、或弧焊不稳定。在一些示例性实施例中，这些电弧放电事件的频率可以被调整以便改变在该工艺过程中的热量输入。也就是说，在一个工艺的第一部分过程中，可能希望使用3Hz的电弧放电频率，而在该工艺的另一个部分中，可能希望具有10Hz的电弧放电频率。此电源170可以控制波形400/500以实现针对一个工艺的不同部分的所期望的电弧放电事件频率，并且因此提供对该工艺的总热量输入的更大控制。

图4也示出了在电弧放电事件之间的多个(n)电流脉冲和电压脉冲。如图所示，电流脉冲501/501’具有一个相对恒定的峰值电流电平503。也就是说，这些脉冲的峰值电流电平是几乎相同的，但可能由于焊接操作的现实情况而相异，并且针对每个脉冲可能不是完全相同的。然而，如图所示，这些相应电压脉冲具有从第一电压脉冲401’(在电弧放电事件之后)到最后完整的电压脉冲401”(在电弧放电事件之后)的一个大体增加的峰值电压403。已经发现，在一些示例性实施例中，所希望的是允许脉冲401’至401”的峰值电压电平在电弧放电事件之间逐渐增加。典型地，此电压增加至少部分地由于在焊丝140中以及在工艺中的热量增加而发生，从而影响焊丝140的总电阻，并且因此导致该电压在电弧放电事件之间的多个电压脉冲上从第一峰值电压电平大体上升到第二、更高的、峰值电压电平。应当注意，尽管图4描绘了脉冲401’至401”的从脉冲到脉冲增加的峰值电压电平(其可适用于一些实施例)，一些示例性实施例不限于此。也就是说，在一些示例性实施例中，尽管在这些脉冲上存在大体的电压增加(如倾斜413所示)，并非每个以下脉冲的峰值电压将比其前置脉冲更高。在一些实施例中，以下脉冲可以具有相同的或甚至略微低于其紧挨的前置脉冲的峰值电压。然而，最后脉冲401”将具有高于第一脉冲401’的峰值电压。此外，尽管所示出的实施例示出峰值电压的大体线性增加(倾斜413)，其他实施例不限于线性电压增加。在示例性实施例中，从第一电压脉冲401’到最后电压脉冲401”的该峰值电压差在2至8伏特范围内。在其他示例性实施例中，该差在3至6伏特范围内。此外，在本发明的示例性实施例中，电弧放电事件之间的电压脉冲401’-401”的数目在8至22的范围内。在其他示例性实施例中，电弧放电事件之间的电压脉冲的数目在12至18的范围内。

现在转向图6，描绘了另一个电流波形600。然而，此波形600描绘了热丝焊接工艺的开始部分。如先前描述的，在热丝焊接过程中，耗材在无电弧的情况下沉积到熔池中，同时向该耗材提供加热电流，该加热电流导致该耗材在该熔池中熔化。然而，对于此工艺而言，在该热丝工艺可以开始之前需要一个熔融池。在一些情况下，该熔池可以通过激光、来自另一个工艺或某个其他热源的电弧来产生。然而，在本发明的示例性实施例中，在该工艺开始时以短脉冲焊接例程使用热丝耗材来产生该熔池以便建立该工艺。在形成该熔池之后，随后可以进行该热丝工艺。例如，该热丝可以如相对于图4在此描述的、以上描述的进行。

如图6所示，波形600具有一个开始例程部分SR和一个热丝部分HWR。可以类似任何已知的弧焊操作启动开始例程部分SR。例如，开始例程部分SR可以开始类似的已知GMAW型焊接工艺，以便启动该耗材与该工件之间的电弧。在产生电弧之后，具有多个电流脉冲601的一个简短脉冲焊接工艺开始，其中这些脉冲具有峰值电流电平605和脉冲601之间的背景电平603。这类似于已知的GMAW型脉冲焊接工艺。此脉冲焊接工艺用于在该工件上产生熔池，并且被维持持续一个设置的持续时间以便确保该熔池被充分地产生。一旦产生该熔池，波形600从弧焊开始工艺SR改变到热丝部分HWR。在开始例程部分SR结束时，电流减少或关闭(610)以便熄灭该耗材与该熔池之间的电弧。如先前相对于图4和5所描述的，该耗材随后被推进，这样使得它与该熔池进行接触并且热丝例程HWR随后被启动。如图所示，在波形600中，该热丝例程具有多个加热脉冲611，具有峰值电平611和背景电平613，该背景电平在一些实施例中可以是0安培。应当指出开始例程部分SR与热丝部分HWR之间的转变可以如以上相对于图4解释的。

如以上解释的，该开始例程部分是相对短的。在本发明的示例性实施例中，该开始历程的持续时间在0.01至5秒的长度范围内，其中该持续时间的开始是该电弧被启动的时间，并且该持续时间的结束是该电弧被熄灭的时间(例如，在610处)。在其他示例性实施例中，该开始例程在0.01至1秒的范围内。在其他示例性实施例中，该开始例程的持续时间在0.1至0.5秒的范围内。在其他示例性实施例中，该电源将仅从开始例程SR的背景部分603转变到热丝例程HWR。例如，如果该预先确定的持续时间时段在电弧脉冲601的中间结束，该电源不仅仅熄灭在该点处的电弧，而且等待直到脉冲601完成并且该焊接电流在转变之前到达背景部分603。应当注意在一些示例性实施例中，该耗材在开始例程过程中的焊丝送进速度可以比在该焊接工艺的热丝部分过程中的焊丝送进速度更慢。此外，该开始例程可以在该开始例程过程中使用已知的弧焊工艺，诸如短电弧、STT、焊丝缩回或其他低热量输入弧焊工艺。在此类实施例中，将在起动过程中避免过多的热量输入。

在其他示例性实施例中，代替使用时间持续，该电源使用预先确定数目的电弧脉冲601用于开始例程SR，并且在达到预先确定数目的脉冲之后熄灭该电弧。例如，在示例性实施例中，用于该开始例程的脉冲数目是n个脉冲，这样使得当达到n个脉冲时，该电源转变到热丝例程HWR。在示例性实施例中，该脉冲数目n可以在1至1000个脉冲的范围内。在其他示例性实施例中，该脉冲数目n在5至250个脉冲的范围内，并且在其他实施例中，该脉冲数目可以在5至100个脉冲的范围内。在附加的示例性实施例中，该电源可以使用持续时间和脉冲数目的组合来确定开始例程SR的长度。也就是说，在此类实施例中，该电源使用设置的持续时间和脉冲数目n两者，其中到热丝例程HWR的转变不发生直到已经达到持续时间和脉冲数目中的每一个，无论首先达到哪一个。

在示例性实施例中，该电源控制器基于用户输入信息来预先确定开始例程部分SR中的持续时间和/或脉冲数目，该用户输入信息可以包括：焊丝送进速度、耗材尺寸、耗材类型、焊接金属类型等。在其他示例性实施例中，其他因素可以用于确定该开始例程的持续时间和/或脉冲数目，这些因素包括该热丝工艺是否与激光、GMAW工艺或SAW工艺联接。在其他实施例中，焊接/接合应用的类型可能影响该开始例程的参数、或所希望的熔池尺寸。例如，该熔池尺寸针对高速薄板工艺(通常较小熔池)、重制造工艺(大熔池)、或熔敷工艺(非常大的熔池)可以是不同的。在此类实施例中，基于该用户输入信息，该电源控制器使用查找表、状态表等，以便为待使用的开始例程SR设置持续时间和/或脉冲数目。将选择持续时间和/或脉冲数目以确保在启动该热丝例程之前达到所希望的熔池尺寸、深度和/或温度。在其他示例性实施例中，***可以用于监测该熔池和/或工件的热量、和/或监测该熔池的尺寸/形状。

如在此解释的，从该开始例程SR到该热丝例程HWR的转变可以如相对于图4和图5所描述的执行。然而，在其他示例性实施例中，该转变可能在该开始例程过程中所生成的短路状态过程中发生。例如，如果该开始例程正使用一个使耗材与熔池/工件短路的工艺，该电源的控制器可以在短路状态过程中导致转变到热丝。例如，当该开始例程SR正使用诸如STT、短路焊接或短弧焊的开始例程时，这是可以实现的。在此类实施例中，该控制器监测该开始例程SR的持续时间，并且当所希望的持续时间和/或脉冲数目已经完成时，该电源在下一个短路事件处转变到热丝。

在其他示例性实施例中，该开始例程可以使用脉冲焊接操作，如图6所示。然而，在预先确定的持续时间/脉冲数目之后，脉冲601的电流减少以便缩短弧长直到短路事件发生。当短路发生时，到热丝工艺的转变发生。通过使用短路事件，不需要人工地为转变而抑制电弧。

在附加的实施例中，该开始例程SR的持续时间可以通过监测该开始例程SR过程中的热量输入来确定。例如，在此类实施例中，该控制器/电源将使用以上描述的用户输入数据来确定该开始例程SR所需的所希望的/预先确定的热量输入量。也就是说，该电源的控制器可以设置一个预先确定的热量输入量，并且当达到该热量输入阈值时，该电源可以从该电弧例程转变到该热丝例程，如在此描述的。在示例性实施例中，该热量输入阈值可以在0.01至10Kj的范围内。在其他示例性实施例中，该热量输入阈值可以在0.01至1Kj的范围内。

图7描绘了具有如相对于图3描述的热丝电源310的***700的附加实施例。在此实施例中，电源310被联接到控制器710上(该控制器可以位于该电源的内部)，该控制器被联接到监测该工艺的传感器装置701上。传感器装置701可以是监测所希望的熔池/工件参数的任何类型的传感器装置。例如，该传感器装置可以是一个热传感器，该热传感器监测该熔池和/或工件的温度，并且来自该传感器装置的反馈被电源310使用以便控制该热丝工艺的开始和/或该热丝工艺自身。例如，如相对于图4解释的，电弧放电频率可以与该热丝工艺联接以便控制到该工件/熔池中的热量。在此类实施例中，来自传感器710的反馈由该电源使用，以便确定来自电源310的针对热丝电流输出的合适的电弧放电频率。在其他实施例中，传感器701可以是一个光学传感器，该光学传感器监测该工件上的熔池的产生和尺寸，并且控制器710使用来自此传感器的反馈以便控制该热丝波形的输出和/或电弧放电频率。其他传感器也可以被使用，或传感器组合可以用于辅助控制电源310。

图8A和图8B描绘了可以与本发明的示例性实施例一起使用的附加的示例性波形。如以上所描述的，电流波形800和800’类似于图4所讨论的波形。确切地，波形800和800’是组合热丝波形和电弧放电波形。然而，在波形800和800’中，这些热丝部分之间存在多于一个的弧焊脉冲。此类实施例可以用于如所希望的进一步控制到工件中的热量输入和/或优化焊接参数。此外，此类实施例可以在涂覆工件(诸如镀锌工件)上使用，并且实现所希望的性能而没有典型地与弧焊涂覆材料一起到来的多孔。

图8A描绘了具有弧焊部分801和热丝部分的电流波形800。弧焊部分801可以是任何已知的脉冲焊接工艺，诸如GMAW型脉冲焊接工艺。弧焊部分801包括由背景电流分开的多个脉冲802。因为GMAW型脉冲焊接波形是已知的，它们不需要在此详细讨论。在一个时间段，或已经产生所希望数目的脉冲801之后，该弧焊部分在点804处结束，在该点处电流减少或关闭，这样使得电弧被熄灭并且波形800转变到热丝阶段820。应当注意该弧焊阶段与该热丝阶段之间的转变部分可以使用引入电流等相对于图4中的波形来描述。在所示出的实施例中，在弧焊电流结束(804)之后，在耗材朝向熔池前进时，该电流在时间805过程中被设置成非常低的或关闭(这是因为该焊丝未如先前解释的由于弧焊操作而与熔池接触)。在停止时间805过程中，OCV可以被施加到该耗材以便检测与该熔池的接触。如先前解释的，当检测到接触时，加热电流被施加(在点807处)到引入电平809(其可以是引入电流电平)并且被维持持续一个引入时间(如先前描述的)。在该引入之后，该电流增加到加热电流电平810，该加热电流电平被维持来加热该耗材，以便确保该耗材在熔池内熔化而不会产生电弧。如同先前讨论(例如，图4和图5实施例)的一样，该电源在热丝部分820过程中使用灭弧控制方案，以便确保在该耗材与该工件之间未产生电弧，但该耗材适当地沉积到熔池中。

不同于图4所示的热丝脉冲，在图8A中，该热丝电流被示出为在电平810处的恒定电流。在此类实施例中，加热电流电平810被维持在一个所希望的熔化电平处。然而，在其他示例性实施例中，图8A(以及图8B和图9)中的波形的热丝部分820可以用脉冲热丝波形(类似于图4所示的脉冲热丝波形)替代。也就是说，在此类实施例中，弧焊部分810可以与用于热丝部分820的恒定电流或脉冲热丝波形联接。在一个时间段之后，热丝部分820停止并且转变回弧焊部分810以便执行该弧焊操作。如图8A所示，该热丝电流下降到一个降低的电平，该降低的电平可以是0安培、持续一个时间段811，并且随后该弧焊电流被启动到电平813以及随后弧焊脉冲802再次开始。当然，可以启动任何已知的弧焊操作，诸如脉冲焊接、STT型焊接、短弧焊等。本发明的实施例在此方面不受限制。此外，在该波形的热丝部分820之后启动的弧焊操作不需要与在该热丝部分之前使用的弧焊操作相同。例如，可以在波形的热丝部分之前使用脉冲焊接弧焊波形，并且可以在热丝部分820之后使用STT型波形。从热丝焊接部分820到弧焊部分810的转变可以经由已知的弧焊启动程序来执行。在一些示例性实施例中，该焊丝送进器可以使该耗材减速或抽出该耗材，以便在电弧启动之前在该耗材与该熔池之间产生间隙。在其他示例性实施例中，转变例程可以由该电源启动，以便夹断该耗材的端部并且随后启动电弧。本发明的实施例在此方面不受限制。如先前解释的，在示例性实施例中，STT、短弧或焊丝缩回工艺可以用于电弧阶段，并且到热丝的转变仅在短路状态过程中发生。

通过利用具有相同耗材的热丝工艺和弧焊工艺两者，本发明的实施例允许增强对焊接工艺中的热量输入的控制，并且可以改善某些焊接操作的焊接性能。例如，本发明的示例性实施例可以使用类似于图7所示的***的***，在该***中监测工件温度，并且基于检测到的温度，控制器710控制波形800以便使用所希望的转移工艺。也就是说，控制器710可以控制弧焊与热丝焊接的比率，以便控制到焊接中的热量输入。例如，如果确定需要附加热量，该控制可以在焊接波形中增加弧焊与热丝焊接的比率。另外，如果热量输入过高，控制器710可以控制电源310，以便减少波形800的弧焊量并且增加热丝焊接量。

在示例性实施例中，该热丝工艺与弧焊工艺的比率被优化，以便获得所希望的热量输入和沉积速率。例如，在示例性实施例中，热丝工艺与弧焊工艺的比率在50/50至0/100的范围内，其中该比率使用工艺持续时间。50/50比率意味着50％的焊接时间处于热丝模式，而另外50％的时间处于弧焊模式。应当注意，应当选择确保适当的熔池形成并且确保该耗材在实现热丝阶段过程中的适当熔化的比率。也应当注意，在示例性实施例中，可以在一个给定时间段内或基于热量输入反馈来调整该比率以便获得所希望的热量输入。应当认识到，电流波形处于转变模式的时候可能未必特征化为弧焊或热丝，因此在此类实施例中，该弧焊工艺的持续时间被确定为电弧存在的持续时间，如与热丝工艺持续时间(当没有电弧存在时)相比。在不偏离本发明的精神或范围的情况下，其他示例性实施例可以使用在该工艺的热丝部分与弧焊部分之间的其他比率关系。例如，在其他示例性实施例中，可以使用脉冲计数的比率，其中该比率表示热丝脉冲与弧焊脉冲的数目的比率。在其他示例性实施例中，每个对应部分(热丝对弧焊)的脉冲计数的比率被维持，而这些对应脉冲的频率被调整。在此类实施例中，因为该对应脉冲频率改变，每个对应工艺的总持续时间被调整。例如，在图8A中，弧焊脉冲802的频率可以被调整(例如，增加)，而热丝阶段820的持续时间可以被维持，这样使得热丝阶段820的总频率或出现将更频繁地发生-弧焊部分801在持续时间上将是更短的。也可以使用其他控制方法。

在其他示例性实施例中，并不使用传感器710，控制器710使用波形800的功率积分以确定到焊接中的总热量输入，并且基于所确定的热量输入，控制器710控制波形800的电弧与热丝比率。在示例性实施例中，控制器710使用用户输入信息来确定用于操作的所希望的热量输入，并且维持此所希望的热量输入。例如，在一些实施例中，控制器710确定用于给定操作的所希望的移动平均热量和/或功率输入，并且控制该电源以便提供该移动平均。热量和/或功率输入的移动平均可以是用户输入或用户设置，但也可以由该控制器基于用户输入数据确定。例如，用户可以输入以下各项中的任一个或组合：工件材料、耗材信息、焊丝送进速度、工件厚度、焊缝尺寸、焊缝位置、应用类型(熔敷、高行进速度接合，重沉积接合等)、间隙尺寸以及任何增长参数或要求。基于此信息，控制器710确定可以是移动平均阈值的热量和/或功率输入阈值，并且控制该电源以便输出实现所希望的设置的输出热量和/或功率的波形800。当然，控制器710也可以监测实际热量(经由传感器701等)和/或计算所提供的实际功率和热量，并且根据需要调整波形800以便维持所希望的热量和/或功率输出。控制器710可以使用许多不同的控制方法。例如，在一些示例性实施例中，控制器710可以在一个设定的持续时间或距离内使用所希望的热量和/或功率输入的移动平均，并且调整波形800以便维持所希望的移动平均。在此类实施例中，焦耳/秒或焦耳/英寸比率可以用于该控制，其中该预先确定的移动平均是基于用户输入信息设置的。

例如，在一些示例性实施例中，电弧工艺焦耳与热丝工艺焦耳的偏移比率可以用于***控制。例如，该***控制器可以确定的是，所希望的或预先确定的热量输入比率可以被确定，并且该工艺被控制以便在一个给定时间内或一个移动平均上实现所希望的比率。在示例性实施例中，所确定的电弧工艺焦耳与热丝工艺焦耳比率在2.5:1至10:1的范围内。在其他示例性实施例中，该比率在3:1至7:1的范围内。

图8B描绘了波形800’的另一个示例性实施例，该波形类似于图8A中的波形800。然而，在此实施例中，波形800’的热丝部分820’具有负极性，并且因此总波形800’是AC型波形。应当注意，在一些焊接操作过程中，相同电流极性的恒定使用可以使工件和/或工件夹具磁化。这由于多个原因可能是不希望的。然而，通过如图8所示的使电流交替，磁性增长可以被减轻和最小化。通常，波形800’以类似于以上关于图8A讨论的方式的方式来生成和控制，但如图所示热丝部分具有负极性。与弧焊不同，因为没有电弧存在，负极性的使用将对焊接操作的总热量输入几乎没有影响。事实上，在一些示例性实施例中，该电源可以使用图8A和图8B所示的两个波形的组合。也就是说，电流波形的热丝部分可以在正极性与负极性之间交替，并且对于整个焊接工艺不需要相同的极性。AC电流对夹具具有消磁效果，并且AC频率与此效果相关。因此，在一些示例性实施例中，该极性被改变以便优化该消磁效果。在一些实施例中，连续的脉冲在极性上交替。此外，该焊接工艺可以使用具有第一极性(例如，正)的多个连续热丝部分，之后是具有第二极性(例如，负)的单个(或多个)热丝部分。该控制器/电源可以根据需要调整这些热丝部分的极性以便实现所希望的性能，同时防止工件/夹具中的磁力增长。此外，不仅可以改变这些热丝部分的极性，还可以改变波形800/800’的弧焊部分810(的极性)。也就是说，本发明的实施例也可以针对弧焊部分810采用AC弧焊工艺。此外，其他实施例可以采用负极性弧焊，同时使用正极性热丝焊接-与图8B所示的相反。

在其他示例性实施例中，控制器710可以被联接到磁传感器上，该磁传感器检测工件和/或固持该工件的夹具中的磁场的增长。基于来自此磁传感器的反馈，控制器710可以控制该电源来调整热丝部分820/820’的极性，以便减轻或控制任何不希望的磁力的增长。

图9描绘了波形900的另一个示例性实施例，该波形类似于图8A所示的波形800。然而，在此实施例中，该电源快速地从该波形的热丝部分820转变到弧焊部分810。如图所示，在此实施例中，该热丝电流减少到转变电平901，该转变电平小于热丝电流(810)的峰值或弧焊脉冲802的峰值，但高于背景电流803。当该电流达到转变电平901时，该电源从灭弧操作模式切换到传统的电弧生成操作模式，并且立即产生电弧。此类实施例可以在使用高焊丝送进速度时被采用，以便防止耗材在熔池中触底，同时从热丝工艺转变到弧焊工艺。在示例性实施例中，该转变电平在100至250安培范围内。在其他示例性实施例中，该转变可以使用一个斜坡电流来最小化在产生电弧过程中的***或飞溅事件的可能性。其他实施例也可以在转变过程中使焊丝缩回或减慢。在其他示例性实施例中，可以使用STT控制方法，在该方法中预警电路用于减少刚好在产生电弧之前的电流。附加地，其他实施例可以使用独立于该工艺电流的峰值电流来刚好在产生电弧之后建立熔池与耗材之间的间隙。此外，其他示例性实施例可以在从该弧焊工艺到该热丝焊接工艺的转变时利用扩展的背景电流。扩展的背景将促进短路事件，并且当该短路发生时，可以启动到热丝的转变。

当然，应当注意其他的转变波形和控制方法可以用于从波形800/800’/900的热丝部分820改变到弧焊部分810。

在本发明的示例性实施例中，该耗材的焊丝送进速度也可以在该工艺过程中得到调整以便优化该工艺。例如，在示例性实施例中，在弧焊阶段过程中的焊丝送进速度可以比在热丝工艺过程中的焊丝送进速度慢。例如，如果在弧焊阶段中使用短弧焊工艺，该焊丝送进速度将在从热丝到弧焊的转变过程中减慢，并且随后在转变回该热丝工艺时加速。

因为本发明的实施例提供增强的加热控制，它们可以用于优化焊接操作。例如，本发明的实施例可以用于诸如对接接缝和T接缝的焊接接缝而不需要背衬，尤其在相对薄的工件上。这通常在图10A和图10B中进行描绘。图10A描绘了一个对接接缝，其中该焊缝的背侧BS未使用垫板来支撑该焊缝。因为本发明的实施例已经增强了加热控制，此焊接可能在没有衬垫以及没有烧断该焊缝的背侧BS的焊接熔池的情况下完成。在示例性实施例中，该弧焊工艺可以用于向焊接添加热量并且提供所希望的穿透，随后该焊接工艺的热丝部分可以用于添加材料而不用过度加热(或甚至冷却)该工艺，这样使得熔池将不通过接缝的背侧。这大大地增强焊接操作的生产率。此外，在本发明的附加实施例中，传感器701(例如，热传感器)可以被定位成使得监测焊接接缝的背侧BS，并且来自传感器701的反馈用于控制电源310的输出，以便实现所希望的热量输入和沉积。也就是说，来自传感器701的反馈可以用于控制热丝工艺与弧焊工艺的比率，其为来自该电源的输出。例如，如果在该焊接焊缝的背侧BS上检测到不希望的温度增加，该电源将切换到热丝以便冷却该工艺，并且防止该熔池穿透该焊接焊缝的背侧。类似地，本发明的实施例可以用于焊接类似图10B所示的接缝的T接缝而不使用背衬。当然，本发明的实施例不只限于这些接缝类型，但也可以在许多不同接缝类型上使用。

此外，本发明的实施例还提供在涂覆工件(诸如镀锌的)上的改善焊接。通常已知的是传统的镀锌材料的焊接需要在焊接之前移除涂层和/或非常缓慢地焊接，以便防止焊接接缝变成过度多孔的。然而，本发明的实施例可以用于接合涂覆/镀锌的工件而不具有这些缺点。也就是说，通过使用利用相同耗材的弧焊和热丝焊接的组合，可以改善的速率来产生焊接接缝，同时最小化该接缝中的多孔。该弧焊工艺可以用于穿透该工件并且使该涂层汽化，而该热丝工艺可以使总热量输入保持较低并且防止任何涂层(例如，锌)在该焊接的热影响区中汽化。在本发明的示例性实施例中，当焊接涂覆工件时，弧焊持续时间与热丝持续时间的比率在70/30至40/60的范围内。在其他实施例中，该比率在60/40至45/55的范围内。因此，本发明的实施例可以用于在焊接涂层材料时，实现优于已知焊接方法的改善性能。

与本发明的实施例一致的***和方法涉及使用一种热丝焊接技术将耗材140沉积到工件115上，该热丝焊接技术采用热丝和弧焊的组合。波形500在该热丝焊接操作过程中产生电弧事件，以便在焊接工艺中添加/控制热量。该热丝焊接工艺可以单独地使用，与激光120或与其他焊接工艺结合使用。

虽然已经参照某些实施例描述了本发明，但本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种改变并且替换等效物。此外，可以进行许多修改以使具体的情况或材料适应本发明的传授内容而不脱离其范围。因此，本发明不旨在局限于所披露的具体实施例，而是本发明将包括落在本申请的范围内的所有实施例。

参考号

100 ***

110 激光束

115 工件

120 激光装置

125 方向

130 激光电源

140 填充焊丝

150 填充焊丝送进器

160 导电管

170 热丝电源

180 运动控制器

195 电流控制器

200 ***

211 焊接电极

212 焊炬

213 电源

215 焊丝送进器

300 ***

301 焊接电源

303 同步信号

310 热丝电源

311 逆变器功率部分

313 预设加热电压电路

315 时间平均滤波器电路

317 感测引线

319 感测引线

321 电弧检测阈值电路

323 标称脉冲波形回路

400 电压波形

401 电压脉冲

403 峰值电压

405 电弧电平

407 开路电压(OCV)

409 峰值电平

500 电流波形

501 加热脉冲

503 峰值电流电平

507 电弧

509 引入电流

511 引入电流

600 电流波形

601 弧焊脉冲

603 背景选项

611 加热脉冲

700 ***

701 传感器装置

710 控制器

800 电流波形

800’ 电流波形801

801 弧焊形式

802 脉冲

804 点

805 时间

809 电平

810 加热电流电平

811 时间段

813 电平

820 热丝阶段

900 波形

901 转变电平

Claims (15)

1.一种耗材沉积***(100)，包括：

一个电源(170)，该电源向待沉积到至少一个工件(115)上的熔融池中的一个耗材(140)提供一个电流波形(500)，其特征在于所述电流波形(500)包括：

一个电弧沉积部分，该电弧沉积部分在所述耗材(140)与所述熔池之间产生电弧；以及

一个热丝部分，在该热丝部分过程中加热电流被提供到所述耗材(140)，并且在所述耗材(140)与所述熔池之间没有产生电弧；

其中所述电源(170)包括一个控制器，该控制器确定从所述电流波形(500)到所述至少一个工件(115)中的所希望的热量输入，并且所述电源(170)使所述电流波形(500)在所述电弧沉积部分与所述热丝部分之间交替，以便控制从所述电流波形(500)到所述工件(115)中的所述热量输入，从而维持所述希望的热量输入。

2.如权利要求1所述的沉积***，其中所述电弧沉积部分是GMAW型工艺。

3.如权利要求1或2所述的沉积***，进一步包括一个传感器，该传感器检测向所述工件(115)中的热量输入，并且所述控制器使用来自所述传感器的反馈来控制所述电源(170)，并且使所述电流波形(500)在所述电弧沉积部分与所述热丝部分之间交替。

4.如权利要求1至3之一所述的沉积***，其中所述控制器控制所述电流波形，使得所述电流波形的所述热丝部分与所述电弧沉积部分的比率在50/50至0/100的范围内。

5.如权利要求1至4之一所述的沉积***，其中所述控制器控制所述电流波形的所述热丝部分与所述电弧沉积部分的比率，以便维持所述希望的热量输入。

6.如权利要求1至5之一所述的沉积***，其中所述控制器控制所述热丝部分和所述电弧沉积部分中的至少一者的频率和电流脉冲数目中的至少一项，以便维持所述希望的热量输入。

7.如权利要求1至6之一所述的沉积***，其中所述希望的热量输入是用于所述电流波形的移动平均热量输入。

8.如权利要求1至7之一所述的沉积***，其中所述希望的热量输入基于以下各项中的至少一项或组合来确定：所述工件的材料类型；所述耗材的类型；焊接尺寸、焊接位置、应用类型、待填充的间隙尺寸、用于所述耗材的焊丝送进速度以及所述工件的厚度。

9.如权利要求1至8之一所述的沉积***，其中所述希望的热量输入是用于所述电流波形的移动平均功率输入。

10.如权利要求1至9之一所述的沉积***，其中所述控制器控制所述电流波形，使得所述电弧沉积工艺的焦耳与所述热丝工艺的焦耳的比率在2.5:1至10:1的范围内。

11.如权利要求10所述的沉积***，其中所述控制器控制所述电流波形，使得所述电弧沉积工艺的焦耳与所述热丝工艺的焦耳的比率在3:1至7:1的范围内。

12.一种耗材沉积方法(100)，包括：

生成沉积电流并且向耗材(140)递送该沉积电流；

使所述耗材(140)朝向一个工件(115)前进，以便使用所述沉积电流将所述耗材(140)沉积在所述工件(115)上；

其特征在于所述生成电流波形(500)包括：

生成一个电弧沉积部分，该电弧沉积部分在所述耗材(140)与所述熔池之间产生电弧，其中所述电弧沉积部分优选是GMAW型工艺；并且

生成一个热丝部分，在该热丝部分过程中加热电流被提供到所述耗材(140)，并且在所述耗材(140)与所述熔池之间没有产生电弧；并且

确定从所述电流波形(500)到所述至少一个工件(115)中的希望的热量输入，并且使所述电流波形(500)在所述电弧沉积部分与所述热丝部分之间交替，以便控制从所述电流波形(500)到所述工件(115)中的所述热量输入，从而维持所述希望的热量输入。

13.如权利要求12所述的沉积方法，进一步包括感测向所述工件中的热量输入，并且使用来自所述传感器的反馈来控制所述电弧沉积部分与所述热丝部分之间的所述交替；和/或进一步包括控制所述电流波形，使得所述电流波形的所述热丝部分与所述电弧沉积部分的比率在50/50至0/100的范围内；和或进一步包括控制所述电流波形的所述热丝部分与所述电弧沉积部分的比率，以便维持所述希望的热量输入。

14.如权利要求12或13所述的沉积方法，进一步包括控制所述热丝部分和所述电弧沉积部分中的至少一者的频率和电流脉冲数目中的至少一项，以便维持所述希望的热量输入；和/或其中所述希望的热量输入是用于所述电流波形的移动平均热量输入；和/或其中所述希望的热量输入是用于所述电流波形的移动平均功率输入。

15.如权利要求12至14之一所述的沉积方法，其中所述希望的热量输入基于以下各项中的至少一项或组合来确定：所述工件的材料类型；所述耗材的类型；焊接尺寸、焊接位置、应用类型、待填充的间隙尺寸、用于所述耗材的焊丝送进速度以及所述工件的厚度；和/或其中所述控制器控制所述电流波形，使得所述电弧沉积工艺的焦耳与所述热丝工艺的焦耳的比率在2.5:1至10:1的范围内；其中优选地：所述控制器控制所述电流波形，使得所述电弧沉积工艺的焦耳与所述热丝工艺的焦耳的比率在3:1至7:1的范围内。