CN110035862A - 用于短弧焊接的***和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于短路焊接的方法和装置。它们通过响应于过去的周期调节波形参数而在短路清除之前减小电流。监测输出的一个或多个参数，并将其与一个或多个目标进行比较，且调节未来波形参数以使得所监测的参数更可能到达该一个或多个目标。

Description

用于短弧焊接的***和方法
技术领域
本发明总体涉及焊接型功率供应器和提供焊接型功率的技术。更具体地，本发明涉及用于短路焊接的焊接型功率供应器和提供用于短路焊接的焊接型功率。
背景技术
有许多已知的焊接型***，其用于为许多已知的应用提供焊接型输出或焊接型功率。如本文所用，焊接型***包括能够提供适于焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的功率的任何装置，包括逆变器、转换器、斩波器、谐振功率供应器、准谐振功率供应器等，以及与这些装置相关的控制电路和其他辅助电路。如本文所用，焊接型功率或输出是指适用于焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的功率。这里使用的焊接型功率电路是指接收输入功率并提供焊接型功率的功率电路。
现有技术的焊接型***的示例包括在下列文献中所描述的那些焊接型***：2001年9月19日提交的申请号为09/956,401的Albrecht的“设计和制造焊接型功率供应器的方法(Method of Designing and Manufacturing Welding-Type Power Supplies)”，其于2004年3月30日授权为美国专利6713721；L.Thomas Hayes于2001年9月19日提交的申请号为09/956,502的“焊接型***的控制板(Pendant Control for a Welding-TypeSystem)”，其于2003年10月28日授权为美国专利6639182；Holverson等人于2001年9月19日提交的申请号为09/956,548的“具有基于状态的控制器的焊接型功率供应器(Welding-Type Power Supply With A State-Based Controller)”，其于2004年6月8日授权为美国专利6747247；Davidson等人于2001年9月19日提交的申请号为09/957,707的“具有网络和多个部件之间的多层消息传递的焊接型***(Welding-Type System With Network AndMultiple Level Messaging Between Components)”，其于2003年12月30日授权为美国专利6670579；L.Thomas Hayes于2001年9月19日提交的申请号为09/956,405的“具有引导加载器的焊接型功率供应器(Welding-Type Power Supply With Boot Loader)”，其于2003年1月7日授权为美国专利6,504,131；Rappl等人于2001年9月19日提交的申请号为09/956,501的“具有机器人校准的焊接型***(Welding-Type System With RobotCalibration)”，其于2003年11月4日授权为美国专利6642482；Hutchison等人于2000年7月11日提交的名称为“用于焊接的方法和装置(Method and Apparatus for Welding)”的专利6,087,626，以及名称为“用于具有短空隙预测的焊接的方法和装置(Method andApparatus For Welding With Short Clearing Prediction)”的美国专利公布20120061362。这些专利中的每一个都通过引用并入本文。
一些这样的***用于短路(MIG)或短弧焊接，即电弧在短路状态和电弧状态之间交替的过程。在短路转移焊接过程中，焊丝电极通过送丝机进给到焊接件中。焊丝电极通过一系列交替的短路事件和电弧事件被消耗到焊接件中。该过程通常称为短弧焊接、短路焊接或短路转移焊接。通常，用于短弧焊接的焊接机至少包括电源、控制器和送丝机。图1中示出了来自工艺的现有技术的短弧波形。上方的图显示了焊丝、熔池和电弧或短路，下方的图显示了针对一个短弧周期的各个阶段的电流命令。波形从润湿阶段101开始，此时熔球润湿到熔池中。在熔球下垂阶段103，熔球开始转移到熔池。在清除阶段105期间，转移继续，直到短路被清除。在闪弧阶段107期间，重新建立电弧。在熔球形成阶段109期间，焊丝的端部熔化并形成熔球，而在背景阶段111期间，熔球继续熔化并向熔池前进。阶段101-105发生在短路期间，而阶段107-111发生在电弧期间。
短路转移焊接过程是周期性的。如本文所述，该过程的一个周期开始于短路状态的起始，随后是稳态电弧状态，并且结束于另一短路状态的起始。典型的周期长度是10毫秒。在短路转移焊接过程中，通过流过电极到焊接件的电流熔化电极和一部分基底金属。通常，焊丝材料的一部分在电弧状态期间熔化，并在短路状态期间转移。
清除短路的事件(即从短路转变到电弧)可能是该过程中最猛烈的部分并且可能产生飞溅物。该事件的***性质已经通过在短路清除之前或短路清除时降低电流的幅值而降低，从而限制功率密度。一些现有技术的短弧***检测到清除，然后降低电流幅值。
更好的短弧***(例如)预测短路清除，因此可以在清除之前降低电流。预测包括监测功率的二阶导数。过程是对标准短路MIG的改进，因为它在短路清除的关键时间期间移除能量。在短路清除期间减少能量减少了飞溅物的产生，并且最小化了对焊接熔池的干扰。但是，能量不能降低得过低，否则会没有足够的能量来维持电弧和产生下一个金属熔球以在熔池中短路和沉积。
即使当通过过程预测短路时，也可能难以将电流降低到不干扰熔池或不引起飞溅的水平，因为在预测短路清除以及发生短路清除之间的短暂时间内，电流并不会总是达到目标或命令的短路清除电流。焊机输出电感器和电缆电感限制电流的变化率。电感用作能量存储***以防止电流的突然变化。短路清除的预测通常领先于清除约200-400微秒。***电感可能延迟电流而使其在显著长于从预测到短路清除的200-400微秒的时间内才能到达其目标值。更高的电流水平意味着更多的能量被存储在电感中，并且响应于电流命令减小，所述延迟更长。附加的能量(来自高于命令电流的实际电流)导致当焊丝瓦解成电弧时能量被耗散，从而导致比期望情况的更多的飞溅物和熔池扰动。
因此，需要一种焊接型***，其执行焊接并且包括在期望短路清除之前或期望短路清除时减小电流的方法。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种控制具有交替的短路状态和电弧状态的短路焊接过程的方法包括，在处于短路状态时将电流增大到第一短路电流幅值。然后，以第一减小速率将电流从第一短路电流幅值减小。该过程在转变电流下从短路状态转变到电弧状态。监测直至转变的经过时间和/或转变电流幅值(或另一参数)，并将经过时间(或其他参数)的函数与期望值进行比较。电弧状态下的电流增大到峰值电弧电流幅值，然后减小到背景电流幅值。基于在一个或多个先前周期中进行的比较，调节后续的短路状态的短路状态参数和/或后续的电弧状态的电弧状态参数，以实现后续的短路状态转变电流的期望变化。重复该过程。
根据本公开的第二方面，一种短路焊接***提供由多个交替的短路状态和电弧状态构成的焊接输出。输出从短路状态改变至电弧状态时的电流幅值被称为转变电流。该***包括功率电路(其可以包括送丝机)、反馈电路和控制器。功率电路接收功率并提供焊接输出，并且具有至少一个控制输入。反馈电路连接到功率电路和/或***输出，并且具有响应于输出电流和/或输出电压的反馈输出。控制器具有连接到功率电路的控制输出，并且具有连接到反馈电路的反馈输入。控制器包括提供一个或多个短路状态参数的短路状态模块，以及提供多个电弧状态参数的电弧状态模块。短路状态模块包括短路状态斜坡模块，短路状态斜坡模块在处于短路状态时命令增加电流，直到电流达到第一短路电流幅值为止，且接着短路状态斜坡模块命令以第一减小速率从第一短路电流幅值减小电流。响应于至少一个短路状态斜坡模块输入来设置第一降低速率。短路状态模块还包括经过时间监测模块，其监测直至转变的经过时间和/或监测转变电流。多个短路状态参数响应于经过时间监测模块。短路状态模块包括比较模块，其将监测的经过时间(或转变电流)或其函数与目标值进行比较。短路状态模块响应于比较模块的输出提供后续的短路状态的短路状态参数。可以使用多于一个的先前周期的比较来设置短路状态参数。设置短路状态参数是为了实现后续的短路状态的转变电流的期望变化。
根据本公开的第三方面，一种控制短路焊接过程的方法包括针对短路状态的至少一部分设置热量目标。在短路状态期间监测输出参数，并且根据测量的输出参数计算测量的热量。将所测量的热量(或其函数)与热量目标进行比较，并且响应于该比较来调节后续的短路状态和/或后续的电弧状态中的一个或多个输出参数。重复该过程。
根据本公开的第四方面，一种用于短路焊接的***包括功率电路(其可包括送丝机)、反馈电路和控制器。功率电路接收功率信号并提供焊接输出，并具有控制输入。反馈电路连接到功率电路和/或***输出，并且在短路状态期间提供响应于输出电流和/或输出电压的反馈。控制器具有连接到功率电路的控制输出，并接收反馈。控制器包括提供一个或多个短路状态参数的短路状态模块，以及提供多个电弧状态参数的电弧状态模块。短路状态模块包括测量热量模块，该测量热量模块接收反馈并提供短路状态的至少一部分的测量热量输出。短路状态模块还包括比较模块，其比较期望的热量目标和测量的热量输出(或其函数)。短路状态模块响应于来自至少一个过去的短路状态的比较模块的输出，提供后续的短路状态的多个短路状态参数。
在各种替代方案中，调节短路状态参数，或调节电弧状态参数，或调节上述两者。
在另一替代方案中，基于来自输出的反馈来预测转变，响应于所述预测，以比第一减小速率更快的速率减小电流。
在一个实施例中，时间(或其他参数)的函数响应于在短路状态的至少一个阶段期间提供的热量，并且期望值响应于在短路状态的至少一个阶段期间提供的期望热量。
在各种实施例中，调节后续的短路状态的短路状态参数包括增加或减少短路状态电流幅值以减少或增加后续的短路状态中的时间和热量。
在一个替代方案中，转变预测模块从反馈电路接收信号，并向短路状态斜坡模块提供预测输出。
在另一替代方案替代方案中，比较模块接收并比较指示在短路状态的至少一个阶段期间提供的热量的信号以及指示短路状态的该阶段的期望热量的信号。
在一个实施例中，热量设置模块针对短路状态的至少一部分是激活的。
在各种实施例中，后续的短路状态中的电流幅值响应于比较模块。
通过阅读以下附图、具体实施方式和所附权利要求书，其他主要特征和优点对于本领域技术人员将变得清楚明白。
附图说明
图1示出了现有技术的短弧过程的各个阶段的波形；
图2示出了本文公开的短路波形的各个阶段的波形；
图3是实现本文公开的短路过程的控制的一个方面的流程图；
图4是实现本文公开的短路过程的控制的另一方面的流程图；
图5是本文公开的用于短路焊接的***的图；
图6是本文公开的用于设置输出参数的一个模块的***的图；以及
图7是本文公开的用于设置输出参数的另一模块的***的图。
在详细解释至少一个实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或执行。而且，应当理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。相同的附图标记用于表示相同的部件。
具体实施方式
虽然将参考提供特定波形的特定***以及使用过程的特定算法来说明本公开，但是一开始就应当理解，本公开还可以用其他***、其他波形、使用其他算法以及针对其他过程来实施。
总体上说，本公开提供了一种在短路清除之前减小电流的方法，从而减小飞溅物和熔池扰动的可能性。先前的过程通过使熔球下垂阶段处理更多的短路清除(通过具有更长的持续时间或更大的电流)而得到改进。命令的波形在图2中示出，并且包括类似于现有技术的各个阶段。在润湿阶段201期间，熔球被润湿到熔池中。在熔球下垂阶段203期间，熔球开始转移到熔池。清除阶段包括第一向下斜坡段205和平坦段206。在闪弧阶段207期间，重新建立电弧。在熔球形成阶段209期间，焊丝的端部熔化并形成熔球，而在背景阶段211期间，熔球继续熔化并向熔池前进。
如图2所示，优选实施例提供的是，在清除阶段期间，(相对于现有技术)通过斜坡205将电流减小到低目标电流207，用于短路清除。控制回路将能量(电流)调节为该波形。当实际电流应当为低时，控制回路以波形中的特定位置为目标，以便进行短路清除。一个实施例提供向上或向下调节熔球下垂电流，使得短路在从清除向下斜坡段205到清除目标电流206的转变处清除。替代方案包括调节熔球下垂电流、熔球下垂斜坡、熔球下垂时间、清除斜坡、清除电流或实际短路清除之前的任何状态。
在优选实施例中，控制回路调节参数，使得短路在波形中的目标位置或时间处清除，例如波形中的清除斜坡段205结束且到达清除目标电流206的时间或位置(其中斜坡结束且波形的平坦部分开始以用于清除状态)。电流可以被控制回路用作监测的参数，但是电流在阶段205和206的交汇处不是线性的，因此在没有适当控制的情况下，通过电流的控制可能是不稳定的。一个实施例使用加热，定义为加热＝电流*电流*电阻*时间。其中电流是测量的焊接电流，电阻是焊丝电阻并且假定为常数(为了控制目的，可以使用任何常数，并且1是容易使用的值)，时间是数据采集的速率(实际的数据采集速率是恒定的50微秒，因此可以使用任何值，并且1仍然是容易使用的值)。这简化了控制回路中使用的公式，简化为：加热＝加热+电流*电流。因此，计算达到期望的短路清除的加热并将其用作控制回路目标。优选实施例使用加热来更精确地对电流对波形中短路清除位置的影响进行建模。可以使用诸如功率或电流总和的替代方案。
当在阶段205和206的期望交汇处以外的位置进行短路清除时，控制回路使用加热目标调节波形参数。优选实施例提供的是，在后续的一个或多个周期中在短路之前调节能量。在优选实施例中，使用比例和积分控制回路，尽管存在许多替代方案以实现类似的结果。
控制回路使用以下值：比例误差或加热误差＝加热目标－短路清除处的实际加热，而积分误差或加热误差总和＝加热误差总和+加热误差。然后使用该误差来调节某个参数，该参数操纵下个周期的波形能量。调节量＝(加热误差*比例增益)+(加热误差总和*积分增益)，波形参数＝波形参数+调节量。
优选实施例响应于加热误差调节熔球下垂电流。如果在清除阶段中存在太多的加热，则未来周期中的熔球下垂电流增加，这减少了未来周期中的清除阶段中的时间，并且减少了未来周期中在清除阶段中的加热。如果加热太少，则减小未来周期的熔球下垂电流。这增加了未来周期中的清除阶段的时间，并且增加了未来周期中的加热。
因此，优选实施例监测过去周期的热量以控制(在当前周期的波形中)何时将清除短路，而不是依赖于预测何时将清除短路(如最佳现有技术那样)。优选实施例有助于熔池稳定性并减少飞溅物，因为在大多数周期中，用于清除的电流相对较低。另外，因为优选实施例可以在电弧状态和短路状态期间进行控制，所以该控制对熔池中的伸出量(stick-out)和熔池中的扰动的变化具有良好的响应。优选实施例还提供了具有低电流短路清除的更柔性和更一致的过程，因为通过使用较慢的命令电流变化而不是现有技术的快速电流变化，实际电流可以更紧密地跟随命令电流。
在图3的流程图中示出了实现优选实施例的算法。在每个波形开始时，在动作301计算热量目标。目标可以是预设的或基于先前的周期。该目标被提供给比较器或判定点303用于比较。在动作305测量实际电流。在动作307中使用实际电流来计算实际加热，直到短路清除为止。该计算可以使用上面的等式(加热＝加热+电流*电流)来完成。每50微秒(数据采集速率)，通过加入该时间段内的电流*电流来更新该波形中累积的热量。这一直持续到短路清除为止，并由此已计算直到短路清除为止的实际加热。替代方案提供了使用其他方法来计算实际值。
在判定点303，将实际热量与热量目标进行比较。如果在比较303处实际热量等于加热目标(正好等于或相差量在一定范围内)，则过程继续回到动作305。因为传递了目标热量，所以不进行改变。过程返回到动作305以对于下一波形再次开始这样的流程。
如果实际热量不是目标热量，则在判定点307确定实际热量是否不足或过量。如果实际热量超过目标，则在动作313处增加(未来波形中的)熔球下垂电流。如果实际热量没有超过目标，则在动作311处减小(未来波形中的)熔球下垂电流。
图3的流程图提供了一种算法，该算法用于响应于当前热量和目标来调节将来的短路中的特定短路状态参数。替代方案包括改变熔球下垂时间、改变熔球下垂斜坡、改变清除斜坡、改变用于清除的目标电流或热量、增加期望的短路时间和改变任何上述替代方案、改变短路前电流(其在下一短路之前改变功率量)和/或改变任何电弧阶段。改变或设置这些参数以改变直到短路清除的时间长度和/或当短路清除时的电流。
可以对图3的流程图稍作修改而实现的一个实施例包括，在动作点301中设置用于短路状态的至少一部分的热量目标。然后，在动作点305，在短路状态期间监测一个或多个输出参数(可以包括或不包括电流)。在动作点307根据测量的输出参数计算测量的热量。在判定点303处，将所测量的热量与热量目标进行比较。响应于303的比较，调节至少一个后续的短路状态和/或至少一个后续的电弧状态中的一个或多个输出参数，然后重复该过程。在各种替代方案中，调节的输出参数是后续的电弧状态和后续的短弧状态中的输出参数、后续的电弧状态中的输出参数而不是后续的短弧状态中的输出参数、或者后续的短路状态中的输出参数而不是后续的短弧状态中的输出参数。在其他替代方案中，调节的输出参数是输出电流幅值。
图4是用于控制短路过程波形/周期的流程图。这里使用的短路过程是具有在电弧状态和短路状态之间交替的输出的焊接过程。根据图3的流程图，在动作点401设置加热目标。当过程处于短路状态时，电流在动作点403增加到第一短路电流幅值。该增加对应于图2的从润湿阶段到熔球下垂阶段的转变。当达到期望的第一短路电流幅值(熔球下垂幅值)时，该过程可以可选地在动作点405处将该幅值维持(或稍微改变该幅值)期望的时间长度(或期望的热量)。当平坦部分开始或结束时，或者在达到熔球下垂电流幅值之后，启动计时器。替代方案使计时器在波形中的其他位置处开始，或监测电流或其他参数。然后，在可选地已保持幅值之后，或者在已达到第一短路电流幅值之后，在动作点407以第一减小速率从第一短路电流幅值减小电流。该减小持续直到达到期望的电流，或者直到过程改变到电弧状态。斜坡的结束对应于图2中从清除阶段205到闪弧阶段207的转变。
在判定点409监测短路以便清除，例如通过监测输出电压。当短路清除时，在动作点405启动的计时器在动作点411终止(或者记录电流的幅值)。因此，计时器记录直至转变的经过时间。如本文所用，直至转变的经过时间是指从周期的某部分(例如短路状态或电弧状态的开始或结束，熔球形成、熔球下垂等阶段的开始或结束、电流变化的时间等)到从短路状态到电弧状态的转变中的某规定的点(例如开始点、结束点、中点、选定的电流幅值等)经过的时间。
经过时间(或电流监测)获得转变时的时间或电流的反馈。在判定点413，将监测的参数的函数与目标进行比较。如果达到目标(例如正好达到目标或与目标相差一定范围)，则过程继续，以在动作点415处将处于电弧状态下的电流增加到峰值电弧电流幅值。这对应于转变到图2中的熔球形成阶段209。在熔球形成阶段结束之后(根据时间或其他期望参数)，在动作点417将电流减小到背景电流211。然后，过程在动作点401处重新开始。
如果在判定点413没有达到目标，则在动作点419调节后续周期的一个或多个短路状态参数和/或电弧状态参数。这里使用的短路状态参数指的是当处于短路状态时命令输出的参数，例如电流幅值、峰值电流幅值、电流幅值的增大或减小速率、短路状态的各个阶段(熔球形成、熔球下垂等)中的时间，以及短路状态中的时间。
该调节可以用于下一周期的参数，或者用于更后面的一个或多个周期的参数。然后过程继续到动作点415，以结束本/当前周期。用于一个或多个后续的周期的参数的调节可以仅基于当前周期，或者基于在当前周期之前的、具有被调整的参数的其他周期。优选地进行调节以实现后续的短路状态转变电流的期望变化。这里使用的转变电流是指输出从短路状态变为电弧状态时的电流幅值。
一个实施例提供，动作点419调节后续的电弧状态的电弧状态参数。另一实施例提供，动作点419调节后续的短路状态的短路状态参数。
判定点413中使用的目标可以是任何参数，包括上面关于图2和图3讨论的那些参数。一个实施例提供，在动作点413中使用的目标是基于时间的，并且由动作点419进行的调节包括以第二减小速率减小电流，其中第二减小速率具有比第一减小速率更大的幅值。如果没有达到目标，则在清除阶段205中电流降低得更快，从而在清除之前达到低电流。
如上所述，判定点413将监测参数的函数与目标进行比较。该函数可以是传递函数(直接比较)，但是优选地与PI控制回路一致。一个实施例提供，监测的参数是电流，并且函数是热量(与电流平方成比例)，并且目标或期望值响应于在至少部分短路状态期间提供的期望热量。优选地，该实施例包括(作为动作点419处的调节)根据判定点413处确定实际热量是大于还是小于目标，增加短路状态电流幅值以减少后续的短路状态中的时间和热量，以及减少短路状态电流幅值以增加后续的短路状态中的时间和热量。
在图5中示出了实现优选实施例的短路焊接***500，该短路焊接***500包括焊接型功率电路501、送丝机503(其可以是功率电路501的一部分)和控制器505，它们协同产生焊接输出并将焊丝送至焊接电弧。如本文所用的短路焊接***是指包括功率电路的焊接***，该功率电路被控制以执行短路过程(可能连同其他焊接过程一起)。如本文所用的焊接输出是指能够用于焊接的电力供应器的输出。
功率电路501接收输入功率并且可以包括输入电路、一个或多个转换器和/或变压器，以及输出电路。输出电路提供焊接输出。***500不需要单独且不同的送丝机。在优选实施例中，送丝机503接收焊接输出功率，并通过焊丝向电弧提供功率。功率电路501和送丝机503可以在单个壳体中或在不同的壳体中。替代方案提供了，直接从功率电路101向电弧提供功率。这里使用的功率电路包括能够提供焊接型功率的电路，包括转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等，以及与其相关的辅助电路，并且可以包括送丝机。在此使用的输入电路指代这样的电路，其配置成接收输入功率并且提供中间功率，并且可以包括作为其一部分的部件和电路，例如整流器、变压器、饱和电抗器、转换器、滤波器和/或磁性放大器。
反馈电路515连接到功率电路并提供响应于输出电流、输出电压、输出的电弧状态/短路状态等中的一个或多个的反馈。这里使用的反馈包括指示或响应于输出或中间信号的信号，其被提供给控制器并且响应于此做出控制决定。这里使用的反馈电路包括这样的电路，所述电路提供指示或响应于输出或中间信号的一个或多个参数的信号，以及提供响应于和指示一个或多个参数(包括其函数)的信号，并且可以包括计算所述函数和/或存储这样的值和函数的硬件和软件。
控制器505控制功率电路501、送丝机503和反馈电路515。如本文所用的控制器或控制电路是指位于一个或多个板上的数字和模拟电路、离散或集成电路、微处理器、DSP等、软件、硬件和固件，其形成控制器的一部分或全部，并用于控制焊接过程、焊接功率电路或诸如焊接电源或送丝机的装置。
通常，控制器505包括控制模块，其响应于来自反馈电路515的反馈来控制功率电路501和送丝机503中的开关等，使得输出遵循期望的波形。这里使用的控制模块指的是执行特定控制功能的控制器的一部分，其可以是数字的、模拟的、硬件和/或软件。除了这里描述的之外，控制器505可以根据现有技术进行控制。优选实施例提供，控制器505使得输出如图2所示，并遵循图3和图4的算法。替代方案提供，使用其他算法和提供其他波形。一个替代方案提供了，***505不是短路***，但是图3和图4的算法用于减少其他过程(例如脉冲)中无意短路的电流。
控制器505可以设置在具有功率电路501、送丝机503和/或反馈电路515的壳体中，或者控制器505可以位于别处，例如机器人中或者是机器人控制器的一部分。控制器505具有控制输出526和524，控制输出526和524连接到功率电路501上的控制输入510和送丝机503上的控制输入520。控制输出524和526以及控制输入510和520各自可以包括一条或多条控制线上的一个或多个控制信号。控制器505还具有连接到反馈电路515的反馈输出529的反馈输入528。送丝机503包括从控制器505接收控制信号的送丝速度控制输入520。
控制器505包括提供一个或多个短路状态参数的短路状态模块525，以及提供一个或多个电弧状态参数的电弧状态模块527。这些模块在各个状态期间控制波形，优选地根据以上参考图2-4讨论的算法和波形，并且与除了这里描述之外的现有技术一致。图6中更详细地示出了短路状态模块525的各方面。
这里使用的短路状态模块指的是提供短路状态输出参数的控制模块。如本文所用的短路状态参数是指用于短路过程的短路状态的输出参数。这里使用的电弧状态模块是指提供电弧状态输出参数的控制模块。这里使用的输出参数是指输出电压、电流、阶段中的时间、热量、功率等之一，其可以用于描述输出波形，并且输出参数可以随时间变化。这里使用的电弧状态参数指的是用于短路过程的电弧状态的输出参数。短路状态模块525和电弧状态模块527优选地使用软件来实现，尽管它们可以部分地或完全地用硬件来实现。
现在参考图6，短路状态模块525包括短路状态斜坡模块601，当处于短路状态时，短路状态斜坡模块601命令增加电流，直到电流达到第一短路电流幅值(图2中的平坦部分203)。然后，响应于至少一个短路状态斜坡模块输入，短路状态斜坡模块601命令电流以第一减小速率从第一短路电流幅值减小(图2中的斜坡205)。如上所述，输入可以是设置成控制热量的参数之一(在这种情况下是斜率)。如本文所用的短路状态斜坡模块是指控制模块，当过程处于短路状态下的电流斜坡时，控制模块响应于一个或多个输入而提供输出参数到短路状态斜坡模块。短路状态斜坡模块601优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。
短路状态模块525还包括经过时间监测模块603，其监测直至转变的经过时间和/或监测转变电流。在此使用的经过时间监测模块是指监测两个事件之间经过的时间(例如从周期的一部分到另一部分的时间)的控制模块。在优选实施例中，短路状态参数响应于经过时间监测模块。经过时间监测模块603优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。
短路状态模块525还包括比较模块605，比较模块605将来自模块603的监测到的直至转变的经过时间和/或来自输入528的转变电流(或用于指示热量的其他参数)的函数与期望值进行比较。响应于比较模块528的输出而提供用于后续的短路状态的一个或多个短路状态参数，以实现后续的短路状态的转变电流中的期望改变。在优选实施例中，函数是根据上述方法的清除短路所花费的时间和/或清除短路时的电流。比较模块605(也称为协作器)优选地使用软件来实现，尽管其可以部分地或完全地用硬件来实现。在此使用的比较模块指的是这样的控制模块，其将值进行比较并且响应于该比较提供信号，并且可以包括模拟硬件、诸如协作器的硬件，或者由DSP、微处理器等实现的数字命令。
短路状态模块525还包括也从反馈电路515接收信号的转变预测模块607。转变预测模块607的输出连接以向短路状态斜坡模块提供预测输出。在未来的周期中使用该预测来预测应该何时发生转变。转变预测模块607优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。这里使用的转变预测模块指的是预测何时将发生从短路状态到电弧状态的转变的控制模块。
在一个实施例中，比较模块605接收指示在短路状态的至少一个阶段期间提供的热量的信号作为第一输入。该信号可以来自计时器603或反馈电路515。比较模块605还接收指示在短路状态的至少一个阶段期间提供的期望热量的信号作为第二输入。这可以是固定的设置点，或者是基于在先前周期中清除发生时提供的热量而改变的设置点。指示热量的输入可以来自测量热量模块。
现在参考图7，短路状态模块525的替代实施例包括测量热量模块701，其接收来自输入528的反馈作为输入。在该实施例中，反馈包括输出电流(用于热量计算)和输出电压(用于短路状态/电弧状态确定，以及可能的热量计算)。如上面参照图2-4所述，测量热量模块701计算针对至少一部分短路状态的测量热量输出。测量热量模块701优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。测量热量模块701优选地使用电流平方来计算热量，但是可以使用其他方法。这里使用的测量热量模块是指这样的控制模块，其提供响应于在短路状态和/或电弧状态的至少一部分期间提供的热量的信号。
短路状态模块525还包括比较模块703(也称为协作器)，其比较期望热量目标和来自模块701的测量热量输出的函数。优选实施例中的比较(和函数)是上面参照图2-4描述的。比较模块703优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。目标可以是固定值，或基于先前周期的值。
短路状态模块525使用参数模块705来设置短路状态参数，参数模块705在输出526上提供短路状态参数。设置短路状态参数是响应于比较模块的输出而进行的，并且可以响应于在为其设置参数的周期之前的一个或多个过程周期而进行。在一个实施例中，参数模块705响应于比较模块调节后续的短路状态的一个阶段的电流幅值。参数模块705优选地使用软件来实现，尽管它可以部分地或完全地用硬件来实现。
在一个替代方案中，短路状态模块525包括热量设置模块707，其对于短路状态的至少一部分是激活的。热量设置模块707设置提供给协作器703的热量目标。目标可以是预置的、用户设置的、过程设置的，或响应过去的过程周期而调节的。热量设置模块707优选地使用软件实现，尽管它可以用硬件实现。如本文所用的热量设置模块是指这样的控制模块：其提供指示在短路状态和/或电弧状态的至少一部分期间提供的期望热量的信号。
可以对本公开进行许多修改，这些修改仍然落入本发明的预期范围内。因此，应当清楚，已经提供了一种用于短弧焊接的方法和装置，其完全满足上述目的和优点。尽管已经描述了本公开的特定实施例，但是显然许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是清楚明晰的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和广泛范围内的所有这些替换、修改和变化。

Claims (16)

1.其中要求作为独占财产或权利加以保护的本发明的实施例定义如下：
一种控制具有交替的短路状态和电弧状态的短路焊接过程的方法，包括：
在短路状态下将电流增大到第一短路电流幅值；
此后，以第一减小速率使电流从所述第一短路电流幅值减小；
在转变电流下从所述短路状态转变到所述电弧状态；
监测直至所述转变的经过时间和所述转变电流中的至少一个；
将所述监测的直至所述转变的经过时间和所述转变电流中的至少一个的函数与期望值进行比较；
将所述电弧状态下的电流增大到峰值电弧电流幅值；
将所述电弧状态下的电流减小到背景电流幅值；
基于至少一个或多个过去的比较，调节后续的短路状态的短路状态参数和后续的电弧状态的电弧状态参数中的至少一个，以实现后续的短路状态转变电流的期望变化；以及
重复这些操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调节后续的短路状态的短路状态参数和后续的电弧状态的电弧状态参数中的至少一个包括调节后续的电弧状态的电弧状态参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调节后续的短路状态的短路状态参数和后续的电弧状态的电弧状态参数中的至少一个包括调节后续的短路状态的短路状态参数。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
基于来自所述输出的反馈来预测所述转变；以及
响应于所述预测以第二减小速率减小所述电流，其中所述第二减小速率具有比所述第一减小速率更大的幅值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述函数响应于在所述短路状态的至少一个阶段期间提供的热量，并且其中所述期望值响应于在所述短路状态的所述至少一个阶段期间提供的期望热量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，调节所述后续的短路状态的短路状态参数包括下列至少其中之一：增加短路状态电流幅值以减少所述后续的短路状态中的时间和热量，以及减少所述短路状态电流幅值以增加所述后续的短路状态中的时间和热量。
7.一种用于提供焊接输出的短路焊接***，所述焊接输出由多个交替的短路状态和电弧状态构成，其中所述输出从短路状态改变到电弧状态时的电流幅值是转变电流，所述短路焊接***包括：
功率电路，所述功率电路布置为接收功率并提供焊接输出，并且具有控制输入；
反馈电路，所述反馈电路连接到所述功率电路并且具有响应于至少输出电流和输出电压的反馈输出；以及
控制器，所述控制器具有连接到所述控制输入的控制输出，并且具有连接到所述反馈输出的反馈输入，其中所述控制器包括提供多个短路状态参数的短路状态模块，以及提供多个电弧状态参数的电弧状态模块，
其中所述短路状态模块包括短路状态斜坡模块，所述短路状态斜坡模块在处于短路状态中时命令增加电流，直到所述电流达到第一短路电流幅值，并且其中所述短路状态斜坡模块此后响应于至少一个短路状态斜坡模块输入来命令以第一减小速率将电流从所述第一短路电流幅值减小，
其中，所述短路状态模块包括经过时间监测模块，所述经过时间监测模块监测直至所述转变的经过时间和所述转变电流中的至少一个，并且所述多个短路状态参数响应于所述经过时间监测模块，
其中所述短路状态模块包括比较模块，所述比较模块将所述监测的直至转变的经过时间与所述转变电流中的至少一个的函数与期望值进行比较，并且
其中，所述短路状态模块响应于来自至少一个过去短路状态的所述比较模块的输出，提供后续的短路状态的所述多个短路状态参数，以实现所述后续的短路状态的所述转变电流的期望变化。
8.根据权利要求7所述的***，其进一步包含转变预测模块，所述转变预测模块从所述反馈电路接收信号，且具有经连接以向所述短路状态斜坡模块输入提供预测输出的输出。
9.根据权利要求7所述的***，其中，所述比较模块接收作为第一输入的信号，所述作为第一输入的信号指示在所述短路状态的至少一个阶段期间提供的热量，并且其中所述比较模块接收作为第二输入的信号，所述作为第二输入的信号指示在所述短路状态的至少一个阶段期间的期望热量。
10.一种控制短路焊接过程的方法，包括：
针对短路状态的至少一部分设置热量目标；
监测短路状态期间的输出参数；
由所述测量的输出参数计算测量的热量；
比较所述测量的热量和所述热量目标；
响应于来自至少一个先前的短路状态的至少一个比较，调节后续的短路状态和后续的电弧状态中的至少一个中的输出参数；以及
重复这些操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，调节输出参数包括调节后续的电弧状态中的输出参数。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，调节输出参数包括调节后续的短路状态中的输出参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，调节输出参数包括调节后续的短路状态中的电流幅值。
14.一种用于短路焊接过程的***，包括：
功率电路，所述功率电路设置为接收功率信号并提供焊接输出，并且具有控制输入；
反馈电路，所述反馈电路连接到所述功率电路并且具有反馈输出，所述反馈输出响应于所述短路状态期间的至少输出电流和输出电压；
控制器，所述控制器具有连接到所述控制输入的控制输出，并且具有连接到所述反馈输出的反馈输入，其中所述控制器包括提供多个短路状态参数的短路状态模块，以及提供多个电弧状态参数的电弧状态模块，
其中，所述短路状态模块包括测量热量模块，所述测量热量模块接收所述反馈输出作为输入，并且提供所述短路状态的至少一部分的测量热量输出；
其中，所述短路状态模块包括比较模块，所述比较模块比较期望的热量目标和所述测量的热量输出的函数；并且
其中，所述短路状态模块响应于来自至少一个过去的短路状态的所述比较模块的所述输出，提供后续的短路状态的所述多个短路状态参数。
15.根据权利要求14所述的***，进一步包括热量设置模块，所述热量设置模块对于短路状态的至少一部分是激活的。
16.根据权利要求15所述的***，其中，所述后续的短路状态中的电流幅值响应于所述比较模块。
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