專(zhuān)利名稱(chēng)：用于焊接的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求l的前序部分所述的用于焊接的方法。 本發(fā)明還涉及一種用于焊接的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在諸如MIG (熔化極惰性氣體保護(hù)焊)/MAG (熔化極活性氣體保 護(hù)焊)焊接的已知焊接方法中，在焊絲和母材之間形成電弧。取決于電 弧的特性，使用術(shù)語(yǔ)短孤焊接、過(guò)渡弧焊接或噴射弧焊接。在這些方法 中，焊接實(shí)施為直流焊、脈沖式直流焊或者交流焊。除了電弧階段，在 焊接中還會(huì)無(wú)意或選擇性地有意產(chǎn)生短路階段，在這種情況下，短路階 段形成周期性焊接過(guò)程的一部分。此種周期性過(guò)程的頻率典型為10-200Hz。在這種情況下，必須對(duì) 周期性以如下方式進(jìn)行廣義地理解，即電弧期和短路期的持續(xù)時(shí)間在不 同的工作環(huán)境下是變化的，但是在每種工作環(huán)境下平均值或多或少保持 恒定，即使瞬間值可能會(huì)顯著地偏離該平均值。傳統(tǒng)上，MIG/MAG焊接具有如何通過(guò)設(shè)定焊接值來(lái)確保送絲速度 和電壓之間的正確關(guān)系的問(wèn)題。該問(wèn)題的部分解決方案是已知的，在短 弧焊中通過(guò)使電壓自動(dòng)地匹配于送絲速度的方式能夠獲得令人滿(mǎn)意的 效果。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在沒(méi)有選定或設(shè)定的情況下，所述自動(dòng)操作適 用于多種焊絲尺寸和氣體選擇。但是，這種方法受到限制，因?yàn)槠洳僮?被局限到短弧區(qū)，并且即使在放寬范圍的情況下也僅能到達(dá)過(guò)渡弧區(qū)的 下端部。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明意圖消除上述所公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的缺陷，并且為此目的 創(chuàng)造一種全新類(lèi)型的用于短弧焊的方法和設(shè)備。本發(fā)明基于將短路期相對(duì)于總焊接周期的比例保持為接近目標(biāo)值 的方式來(lái)控制焊接電壓。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于如權(quán)利要求1的特征部分 所述的內(nèi)容。接下來(lái)，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征在于如權(quán)利要求5的特征部分所 述的內(nèi)容。借助于本發(fā)明可取得很多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法還具有優(yōu)選的實(shí)施方式，借助于優(yōu)選實(shí)施方式可 擴(kuò)展自動(dòng)操作的適應(yīng)性，即在當(dāng)時(shí)所使用設(shè)備的功率范圍限制內(nèi)的起始 于短弧并終止于噴射弧的全部功率范圍下允許自動(dòng)操作。從焊接人員的角度來(lái)看，適應(yīng)性控制是非常便利的，其容許焊接人 員完全專(zhuān)注于焊接事件本身。


下面將借助示例并參照與所采用的示例相關(guān)的附圖來(lái)描述本發(fā)明。圖1示出關(guān)于能夠采用本發(fā)明的焊接的單個(gè)焊接循環(huán)過(guò)程的一個(gè)典 型脈沖形狀；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法的框圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二方法的框圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的笫二方法的框圖。在本申請(qǐng)中使用了與附圖標(biāo)記相關(guān)的下列術(shù)語(yǔ)1 比較器2 控制器3 電源4 電弧5短路指示6計(jì)算平均值7短路區(qū)適應(yīng)性控制8計(jì)算電弧電壓平均值9閾值指示10參照模塊11短路期12焊接期13開(kāi)關(guān)14計(jì)算滑動(dòng)控制值15短路持續(xù)時(shí)間16焊接循環(huán)持續(xù)時(shí)間具體實(shí)施方式
圖1大致示出以時(shí)間為量綱的在焊絲與母材之間的電阻。附圖標(biāo)記12表示焊接周期，并且t2表示焊接周期的總持續(xù)時(shí)間。相應(yīng)地，附圖 標(biāo)記11表示短路期，并且tl表示短路期的總持續(xù)時(shí)間。短路期11的持 續(xù)時(shí)間tl和焊接周期12的持續(xù)時(shí)間t2總是根據(jù)電弧長(zhǎng)度以及其它參數(shù) 而變化。相似地，焊接周期12的持續(xù)時(shí)間t2根據(jù)焊接方法而變化，并 且在利用同 一類(lèi)型的焊接方法的焊接過(guò)程中也發(fā)生變化。在已知的解決方案中，短弧區(qū)的適應(yīng)性是基于短路期間的電壓測(cè)量 以及利用該測(cè)量結(jié)果來(lái)調(diào)整電源。但是，從過(guò)渡弧區(qū)開(kāi)始，該方法所給 出的電壓過(guò)低，此時(shí)電弧變得不穩(wěn)定并且實(shí)際上焊接變得無(wú)法進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)是基于如下事實(shí)，即當(dāng)在噴射弧區(qū)內(nèi)焊接時(shí)，通 常并不試圖生成純噴射電弧，而是以產(chǎn)生使電弧足夠短從而不時(shí)出現(xiàn)短路的情形的方式來(lái)設(shè)定電壓。按照焊接技術(shù)，已證明這種方法對(duì)于焊接 結(jié)果而言更為適合。在本發(fā)明中，以對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整使得相對(duì)短路持續(xù) 時(shí)間保持恒定的方式來(lái)應(yīng)用這種操作方法。換句話說(shuō)，在圖1的情況下，將比值tl/t2保持在期望的量值。如果例如電弧電壓過(guò)低，則相對(duì)短路 持續(xù)時(shí)間tl/t2將提高。在這種情況下，控制器將提高電壓，直到短路 持續(xù)時(shí)間tl/t2達(dá)到期望值為止，該值典型地為幾個(gè)百分比(這意味著 在總持續(xù)時(shí)間t2的例如50/。的幾個(gè)百分比中電弧處于短路，并且在總時(shí) 間t2的例如95。/。的其余時(shí)間內(nèi)電弧燃燒)。相應(yīng)地，如果電弧伸展過(guò)多 使得短路減少、甚至在極端情況下完全消失，則控制器降低電壓，直到 獲得期望的相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間為止。圖2示出一個(gè)可行控制回路的方案 原理圖。按照設(shè)備技術(shù)，該方案可基于傳統(tǒng)的模擬技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，或者 另外可基于處理器技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，在基于處理器技術(shù)的情況下控制回路 將作為對(duì)圖2的原理進(jìn)行實(shí)施的合適程序。因此，根據(jù)圖2，目標(biāo)值進(jìn)入比較器1的一個(gè)輸入端，并且短路持 續(xù)時(shí)間的平均值在預(yù)定時(shí)期從平均值計(jì)算器6進(jìn)入另一輸入端。在比較 器l的輸出為零的這種情況下，平均值符合目標(biāo)值。另一方面，如果短 路持續(xù)時(shí)間tl/t2的平均值大于目標(biāo)值，則比較器1指示控制器2借助 于電源3來(lái)提高電弧電壓4。連續(xù)地測(cè)量短路期11的持續(xù)時(shí)間tl與整 個(gè)焊接期12的持續(xù)時(shí)間t2的比值，并且該結(jié)果的平均值由平均值計(jì)算 器6來(lái)計(jì)算。相應(yīng)地，如果平均短路持續(xù)時(shí)間tl/t2低于目標(biāo)值，則比 較器1指示控制器2借助于電源3降低電弧電壓4。根據(jù)圖l的解決方 案也將在過(guò)渡弧區(qū)起作用。在實(shí)際設(shè)備技術(shù)中，如果適應(yīng)性在裝置的起始于短弧的整個(gè)功率范 圍內(nèi)起作用，則這是非常有利的。這可通過(guò)將短弧區(qū)的前述適應(yīng)性和圖 1所示的方法結(jié)合而進(jìn)行實(shí)施。該原理在圖3中示出。于是，開(kāi)關(guān)13 用于選擇根據(jù)圖1的控制或者短弧區(qū)的適應(yīng)性控制7,其與結(jié)合了閾值 指示9的電弧電壓平均值計(jì)算8的實(shí)施并聯(lián)。圖3的操作原理如下所示。當(dāng)在短弧區(qū)內(nèi)操作時(shí)，所述平均值典型地低于20…22V。于是，開(kāi) 關(guān)13處于上部位置，并且操作短弧區(qū)的適應(yīng)性控制7。當(dāng)電弧電壓的平 均值8或在某些情況下為送絲速度超過(guò)了設(shè)定值一一即固定的閾值9，則切換開(kāi)關(guān)13，并且由噴射弧區(qū)的適應(yīng)性控制器2對(duì)電源3進(jìn)行控制， 從短弧區(qū)控制器7至噴射弧區(qū)控制器2的轉(zhuǎn)變可平穩(wěn)地進(jìn)行，并且其性 能可通過(guò)切換滑動(dòng)開(kāi)關(guān)以下面的方式進(jìn)行改善，即在超過(guò)閾值之后，相 對(duì)短路持續(xù)時(shí)間的目標(biāo)值并不立即設(shè)定為最終的較小值，而是在超過(guò)閾 值之后，給定相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間相當(dāng)大的值，當(dāng)電弧電壓的平均值或者 送絲速度提高時(shí)，該相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間減小。除此之外，優(yōu)選地保持短 弧區(qū)的適應(yīng)性模塊7激活，使得在可能會(huì)出現(xiàn)于過(guò)渡區(qū)內(nèi)的略長(zhǎng)短路的 期間，利用短弧區(qū)的有利適應(yīng)性。于是產(chǎn)生了根據(jù)圖4的解決方案的原 理，該方案借助于附加元件10和14。在這種情況下，該裝置的操作如 下。當(dāng)操作超出閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)12 (S)閉合，并且操作主要基于相對(duì)短 路持續(xù)時(shí)間的調(diào)整。在這種情形下，如果例如送絲中的擾動(dòng)引起發(fā)生略 長(zhǎng)的短路，則其操作類(lèi)似于TAI元件的參照模塊10用于選擇來(lái)自模塊 7的信號(hào)一一如果該信號(hào)比來(lái)自模塊2的信號(hào)大一一來(lái)控制電源3?？?替代地，也可以利用來(lái)自模塊2和7的信號(hào)之和，因?yàn)樵诜€(wěn)定情形下， 來(lái)自模塊7的信號(hào)(短弧區(qū)信號(hào))僅在短弧區(qū)中以及過(guò)渡弧區(qū)的下端部 是重要的，除此之外則由控制器2來(lái)確保正確的操作點(diǎn)，即使在一些控 制信號(hào)來(lái)自模塊7的情況下，在這種情況下根據(jù)前面所述的來(lái)自模塊7 的控制信號(hào)不會(huì)過(guò)多地引導(dǎo)電源輸出。
權(quán)利要求
1.一種焊接方法，在所述方法中在焊絲和母材之間電力地形成電弧(4)，所述電弧(4)以周期的持續(xù)時(shí)間為(t2)的方式呈現(xiàn)周期性(12，t2)，并且在所述周期(12)內(nèi)至少平均地出現(xiàn)具有平均持續(xù)時(shí)間(t1)的短路期(11)，并且控制用于所述電弧的輸入電壓，其特征在于至少主要以將所述短路期(11)的持續(xù)時(shí)間(t1)與所述周期的持續(xù)時(shí)間(t2)的比值保持在期望的量值的方式對(duì)電弧電壓進(jìn)行控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以所述電弧電壓匹配 于送絲速度的方式在所述短弧區(qū)內(nèi)控制所述電弧電壓。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在超過(guò)閾值指示(9) 之后，相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間的目標(biāo)值(tl/t2)并不立即設(shè)定在其最終的較 低值，而是在超過(guò)所述闊值之后，給定所述相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間(tl/t2) 相當(dāng)大的值，當(dāng)所述電弧電壓的平均值或所述送絲速度提高時(shí)所述相對(duì) 短路持續(xù)時(shí)間(tl/t2 )減小。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述短弧區(qū)的適應(yīng)性 模塊(7)保持激活，使得在出現(xiàn)于過(guò)渡區(qū)內(nèi)的略長(zhǎng)短路期間的這種情 況下，利用所述短弧區(qū)的有利適應(yīng)性。
5. —種焊接設(shè)備，所述設(shè)備包括用于在焊絲和母材之間形成電弧(4)的裝置，所述電弧(4)以周 期的持續(xù)時(shí)間為(t2)的方式呈現(xiàn)周期性(12， t2)，并且在所述周期(12)內(nèi)至少平均地出現(xiàn)具有平均持續(xù)時(shí)間(tl)的短 路期(11 )，并且所述設(shè)備包括用于控制電弧電壓的控制裝置(2， 3)，其特征在于至少主要以將所述短路期(11)的持續(xù)時(shí)間(tl)與所述周期的持 續(xù)時(shí)間(t2)的比值保持在期望的量值的方式對(duì)電弧電壓進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括以所述裝置,
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備包括如下裝 置，利用所述裝置，在超過(guò)閾值指示(9)之后，相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間的 目標(biāo)值(tl/t2)并不立即設(shè)定在其最終的較低值，而是在超過(guò)所述閾值 之后，給定所述相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間(tl/t2)相當(dāng)大的值，當(dāng)所述電弧電 壓的平均值或所述送絲速度提高時(shí)所述相對(duì)短路持續(xù)時(shí)間(tl/t2 )減小。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備包括用于保 持所述短弧區(qū)的適應(yīng)性模塊(7)激活的裝置，使得在出現(xiàn)于過(guò)渡區(qū)內(nèi) 的略長(zhǎng)短路期間的這種情況下，利用所述短弧區(qū)的有利適應(yīng)性。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接方法和設(shè)備。根據(jù)該方法，在焊絲和母材之間電力地形成電弧(4)并且電弧電壓受到控制，電弧(4)以如下方式呈現(xiàn)周期性(12，t2)，即周期持續(xù)時(shí)間是(t2)并且在周期(12)內(nèi)至少平均地出現(xiàn)具有平均持續(xù)時(shí)間(t1)的短路期(11)。根據(jù)本發(fā)明，至少主要以將短路期(11)的平均持續(xù)時(shí)間(t1)與周期持續(xù)時(shí)間(t2)的比值保持在期望的量值的方式對(duì)電弧電壓進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)B23K9/173GK101282813SQ200680037134
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者塔帕尼·梅基馬 申請(qǐng)人:肯倍公司