專利名稱：焊接系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大致而言本發(fā)明涉及金屬焊接裝置及方法，特別是一種焊接系統(tǒng)及方法，其可供迅速、容易且準確地作垂直焊接且使用重量輕的便攜型焊接夾具及分布式控制系統(tǒng)因而允許操作員控制焊接過程的電弧電壓、電極擺動、焊絲供給速率、焊縫跟蹤及其它功能。
背景技術：
說明當使用電弧或氣體焊接技術將金屬零件焊接在一起時，傳統(tǒng)上水平焊接比垂直焊接較容易進行且較廉價。當使用已知焊接方法或焊接板共同于水平位置焊接金屬基材時，重力有助于保持焊接熔池定位且輔助形成高品質焊縫。金屬基材的垂直焊接較難以控制焊接熔池，相對地焊接較為昂貴且執(zhí)行上較為費時。由于這些理由，因此結構鋼制造商在焊接期間將金屬基材水平放置以避免垂直焊接。
在制造垂直焊接時將板焊接于鋼制工字梁或工字柱用于建筑物時，問題特別顯著。這些加強板用于當水平柱焊接于其上時通過垂直柱移轉負載力矩。加強板焊接至結構梁為最常見的焊接操作之一，對典型結構鋼制造商而言，每年消耗數(shù)千人工小時。加強板被焊接至柱的腹板及凸緣，焊接位置為柱的腹板及凸緣的法線位置。如此焊接連結加強板至腹板與加強板接合凸緣的焊縫成直角，如欲完成全部焊接，焊接工人必須連續(xù)重新定位相當重的鋼梁來維持各焊縫的水平位置或者必須進行困難的垂直焊接。
至目前為止最常見的焊接加強板至梁或柱的方法通過使用已知“焊劑中心”焊接方法。焊劑中心焊接通常涉及使用焊劑中心的焊絲將焊接接頭填補以焊接金屬。焊絲由扁平金屬條制成其被拉伸成為中空管，內部填補粉狀焊劑材料并卷于卷軸上。焊接過程中，焊絲由卷軸解卷并靠由軟式纜線或導管利用焊絲供給裝置供給至焊槍。當操作員扣下焊槍的扳機時，焊絲由焊槍送出并撞擊待焊接的母材上的電弧。電弧能熔化焊絲及母材而形成熔合焊絲與母材的均質焊縫。
為了使用焊劑中心焊接來將加強板焊接至柱上，加強板及焊接接合頭必須適當準備而使焊接滿足AWS(美國焊接學會)規(guī)定要求。通常首先由標準鋼板切下加強板，然后于三邊作斜向切割與研磨清潔而去除任何鋼屑。支持桿在焊接過程固定熔融金屬隨后準備用于嵌合作業(yè)，其中加強板仔細地相對于柱定位。進行嵌合作業(yè)的操作員必須焊接加強及支持桿至柱，故介于加強板與柱母材間恒常保持于3/8英寸間隙。若間隙過窄則加強板必須研磨至可達適當間隙為止。若間隙過寬，則焊接需要填補更多金屬(如此需要更多次焊接回合)。許多焊接或建筑法規(guī)要求支持桿于加強板已經(jīng)焊接定位之后去除。但此種去除困難且昂貴，通常要求使用碳弧鑿開支持桿，接著作額外多次焊接來填補被鑿開區(qū)。
小型結構鋼制造商通常使用焊劑中心焊絲將加強板焊接于柱，同時柱水平置于二直立支持件間，柱于各次焊接時連續(xù)輕拍或重新定位以防垂直焊接。因柱通常相當重故需要吊車來舉高柱重新定位。此種過程極為耗時且昂貴。此外需要多次焊接才能填補各焊接接合頭，若加強板較厚則需要更多次焊接回合。于各次焊接后操作員于下次焊接之前須暫停而去除覆蓋于焊接處的熔渣。若有任何缺陷，則缺陷必須使用碳弧鑿開重新焊接。
較大型結構鋼制造商偶爾使用“凹坑焊接”或“平臺焊接”用于安裝加強板，其中柱垂直定位，焊接接頭的全部三邊皆為水平或平坦“豬食槽”位置。由于柱為垂直，加強板為水平故三邊的焊接皆于水平位置進行。此種配置也允許于焊接過程有更大的熔池，填補各焊接頭需要的焊接次數(shù)減少。但垂直取向柱的處理及定位困難且需要吊車及使用凹坑及/或平臺，如此要求更大的工作空間。進一步由于使用凹坑或平臺焊接技術時，焊接操作位置通常并非于地面或地板高度，故焊接操作員于焊接操作期間需要不變或危險地站在平臺或梯階上。
曾經(jīng)開發(fā)稱作“電渣”焊接(ESW)的垂直焊接技術來克服重新定位柱或其它重型基材以便允許水平焊接的相關困難。電渣方法通常涉及將二垂直定向板或基材兩端拉在一起，而板兩端間保持3/4英寸至1英寸間隙。然后銅焊靴置于間隙各邊形成板與焊靴間的垂直通道或腔穴。腔穴內部經(jīng)由將鋼導管置于腔穴內而把焊絲供給到通道內使腔穴內由焊接金屬填補。當焊絲供給超出導管底端之外時，電弧作用于母材形成焊接熔池。焊接過程粒狀焊劑材料噴灑于通道內部且熔化形成導電熔渣。電弧由導電熔渣熄滅，由于電流通過焊絲與基材產(chǎn)生電阻故導電熔渣保持熔融。由熔融熔渣電阻產(chǎn)生的熱熔化焊絲及熔合熔融金屬至基材而形成焊縫。焊絲連續(xù)供給焊接處，同時導管在腔穴內部擺動或往復，腔穴內部以熔融金屬填補而將板接合在一起。導管為消耗品可促成焊接金屬。銅靴將焊接熔池固定定位而于焊接完成時移開銅靴。電渣焊接的完整說明可參考美國焊接學會《焊接手冊》第八版，并述于此以供參考。
雖然電渣方法允許垂直焊接，但由于焊接前需要相當長架設時間故過去無法獲得相當成功。特別是銅靴環(huán)繞待焊接的基材中間間隙定位及牢固固定困難且費時。以電渣焊接加強板于柱為例，通常必須切割L型架并焊接于凸緣與加強板間的定位以便支持銅靴，且每個焊接處需要兩個L型架。于L型架焊接定位后，鋼楔形件敲入L型架與銅靴間定位以便保持銅靴定位。當焊接結束時又須移開L型架。
已知電渣焊接的另一缺點為導管必須小心定位于待焊接間隙內部，需要審慎對正焊接頭及焊接擺動器機構。導管未準確對正可能導致于焊接過程導管接觸銅靴，造成500安培的短路，通常摧毀(昂貴的)銅焊靴且使焊接過程中斷。任何電渣焊接操作的中斷皆極為不便，通常需要挖出不完整的焊縫而重新開始整個作業(yè)。
已知電渣焊接的另一缺點為焊接腔穴的熔融焊劑熔池造成焊絲于焊接過程熔合于導管底部，妨礙焊絲供給入焊接處。需要中斷焊接過程移開銅靴，清潔焊接區(qū)或研磨來重新開始焊接。如前述電渣焊接的中斷需要昂貴且費時的清除未完成的焊接接著整個重新開始焊接過程。
曾經(jīng)開發(fā)焊接控制器或控制系統(tǒng)來輔助通過控制焊絲供給速率及擺動來輔助電渣焊接，但許多控制器體積龐大笨重，且典型只能提供一型焊接條件。若于焊接過程中焊接條件改變則焊接發(fā)生瑕疵或對其中一銅焊靴造成災難性短路。因此理由故證實用電渣焊接加強板于柱不經(jīng)濟，焊接業(yè)仍然持續(xù)使用焊劑中心的焊絲焊接方法。進一步，先前已知的焊接控制系統(tǒng)系基于具有星形拓樸學的集中控制架構。此種控制系統(tǒng)通常無法擴充或不適合焊接操作的變化需求或不同類型。通常必須重新設計及修改中央處理器板來滿足此種系統(tǒng)的需求。
因此，需要有一種焊接系統(tǒng)及方法，其可克服目前使用的焊劑中心焊絲焊接及電渣焊接方法的相關缺點，可免除于焊接操作期間需要頻繁重新定位笨重的鋼柱或其它基材，因此允許最少的架設時間快速且容易地作垂直焊接，可使用輕的便攜型設備，可避免非期望的焊接操作中斷，以及可提供分布式控制系統(tǒng)來允許于多種不同焊接條件下無瑕疵的焊接。本發(fā)明可滿足這些及其它需求，且大致而言可克服已知電渣焊接及焊劑中心焊絲焊接方法的缺陷以及先前技術的缺點。
發(fā)明概述本發(fā)明為一種焊接系統(tǒng)及方法，其允許于各種條件下快速且容易地進行高品質垂直焊接而無需昂貴的架設時間或使用笨重的設備。大致而言，本發(fā)明的系統(tǒng)包含一便攜型焊接夾具，具有可調節(jié)式定位一對焊靴使之環(huán)繞焊接中心點的裝置，一可更換式焊炬及一擺動器可拆式聯(lián)接于焊接夾具，一旋轉式焊絲供給器及矯直器，一焊劑配槳器，及一分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許操作員控制電弧供電、電極擺動、焊絲供給速率、焊劑分配速率、焊縫跟蹤及其它功能。焊接系統(tǒng)優(yōu)選包括一有活接頭的多節(jié)吊桿或桿其允許快速容易地相對于大型工件或基材定位焊接夾具。焊接夾具通常結合活接頭吊桿末端，焊絲供給器/矯直器、焊劑分配器及焊絲來源例如焊絲卷軸優(yōu)選位于活接頭吊桿上。
舉例言之但非限制性，焊接夾具包括一對活動式相對的焊靴，定位焊靴環(huán)繞一中心點或中心線的裝置，支持擺動器及焊炬的裝置，及可拆式聯(lián)接夾具于工件的裝置。定位裝置優(yōu)選包含一對活動桿，其螺紋連接安裝于左/右?guī)菁y的定位螺桿上。焊靴以相對關系安裝于活動桿上，借助轉動一鈕結旋轉定位螺桿使桿及焊接靴隨旋轉方向結合或分離。焊靴及活動桿優(yōu)選以中心線為軸對稱移動，故于位置調節(jié)期間焊靴保持距離中心線等距。工件聯(lián)接裝置優(yōu)選包含一或多個手動螺絲夾或鎖緊螺絲，其可拆式附接或夾鉗于工件，且于焊接操作期間牢固夾持焊接夾具于工件上。設置多架螺桿允許調節(jié)夾具相對于工件的接觸壓及對正。擺動器支持裝置優(yōu)選包含一托架其容納可拆式且可更換的擺動器裝置。焊炬聯(lián)接至擺動器且大致至正介于兩相對焊靴與活動桿間的中心線。焊炬支持一導管及焊絲其大致毗鄰焊靴與活動桿間的中心線。焊炬及擺動器定位于焊接夾具上，故導管及焊絲大致位于兩相對焊靴間的中心線或中軸。優(yōu)選焊靴由同等金屬或金屬合金制成。焊靴優(yōu)選為水冷式或氣冷式，且包括絕緣陶瓷涂層于各焊靴的一或多面上。焊靴另可未含絕緣涂層。焊接夾具輕薄短小，優(yōu)選為50磅以下且易由單人操控。
本發(fā)明的焊炬包括防止焊絲粘合或熔合于導管末端因而必須中斷焊接操作的裝置。焊炬優(yōu)選包含中心管，它滑動式安裝于外管內，彈簧施加向上偏壓于中心管，及一夾頭可松開式夾持導管套于中心管上。中心管利用一或多個直線軸承滑動式安裝于外管內部。彈簧提供向上方向的偏壓給中心管。軟導線電連接中心管至焊接電源電纜。焊絲由焊絲供給器供給，向下通過柔性導管經(jīng)由焊炬進入導管內部。焊炬的構造及配置可容納雙重導管，且允許二焊絲同時被導引通過焊炬。
用于焊炬的導管可為圓形導管或翼形導管，其構造及配置可使焊弧能量展開于焊接的寬度。翼形導管包含一對相對的細長板，各板有一縱通道介于板末端間伸展。板與彼此相對的通道接合在一起而使通道構成焊絲的導管，及板邊緣界定翼部。
本發(fā)明的擺動器優(yōu)選包含一對細長平行軸，旋轉式安裝于殼體內部，有一對線性致動器或滑塊，活動式安裝于軸上，且還有使致動器于軸旋轉時沿著軸作縱向方向移動的裝置。設置馬達等驅動裝置來旋轉軸及驅動線性致動器。監(jiān)測線性致動器移動的裝置包括在擺動器，且優(yōu)選包含一編碼器，其可計數(shù)軸或馬達的旋轉且通訊編碼器計數(shù)脈沖至本發(fā)明的控制系統(tǒng)。擺動器的第一實施例中，轉軸光滑，各線性致動器包括多個傾斜滾軸，其于軸旋轉時沿軸推進線性致動器。線性或正交編碼器優(yōu)選包含在線性致動器的一或二者來監(jiān)測傾斜滾軸的旋轉并矯正傾斜滾軸與轉軸間的滑脫。擺動方式以選定的轉速旋轉式驅動主軸，且于選定期間后定期逆旋轉方向而提供擺動運動給線性致動器。控制擺動幅度及時間的裝置以可拆式控制模塊結合本發(fā)明的控制系統(tǒng)提供。板聯(lián)接至線性致動器，隨同線性致動器移動。焊炬聯(lián)接至板且連同線性致動器及板的運動而擺動。擺動器借助托架可拆式聯(lián)接至焊接夾具。
擺動器的替代實施例中，轉軸螺紋連接而提供引導螺桿，線性致動器各自包括一內螺紋塑膠螺母，其允許線性致動器于旋轉期間沿著軸或引導螺桿前進。滾針軸承定位于內螺紋塑膠螺母任一邊。引導螺桿經(jīng)過精密研磨而于引導螺桿之外座圈提供平坦面。引導螺桿的精密研磨進一步提供軸承嵌合因此滾針軸承可跨騎于各引導螺桿的外表面上。此種配置允許滾針軸承承載比塑膠承載螺母本身更重的負載。編碼器跟蹤驅動馬達的轉動。
本發(fā)明的焊絲供給器及矯直器為旋轉式直線供給器，包括當焊絲由卷軸或線圈上解卷時由焊絲去除“澆鑄”(cast)及“螺旋”的裝置且將焊絲供給至焊炬。旋轉式直線供給器包括兩組斜置軸承，安裝于轉子殼體或本體。各組軸承包括三根軸承，其于橫向方向隔開環(huán)繞沿轉子本體縱軸伸展的一孔，各軸承各自相對于該縱軸傾斜或歪斜45度角。焊絲穿過轉子本體的孔，焊絲接觸兩組軸承的軸承。當轉子本體旋轉時，軸承施力于焊絲而推動焊絲前進。調節(jié)式偏置軸承設置于轉子殼體中，介于兩組轉子間。當轉子本體轉動時，偏置軸承于斜置軸承的作用下前進，通過轉子本體且彎曲與拉直焊絲。
本發(fā)明的分布式控制系統(tǒng)優(yōu)選包含多個控制模塊，各自有一操作員界面及多個模塊有一總線。控制模塊優(yōu)選與通訊纜線及電源電纜串聯(lián)成為網(wǎng)絡。各控制模塊包括一局部微控制器其控制模塊功能。操作員界面包括數(shù)據(jù)登錄模塊或操作員控制面板帶有一或多個旋轉控制鈕，它們由數(shù)字編碼器監(jiān)控?？刂柒o附接于人工定位編碼器軸，且執(zhí)行相當于電位計在模擬控制系統(tǒng)中的功能。編碼器優(yōu)選成形、安裝且類似電位計般轉動。操作員控制面板允許設定“最初”，“程序化”及“最終”焊接條件，下文詳述。其它控制模塊包含擺動器控制器，旋轉式直線供給器的伺服放大或線供給控制器，及焊接電源控制器。
控制系統(tǒng)包括網(wǎng)絡軟件，可供系統(tǒng)的不同模塊間通訊。軟件提供一主從系統(tǒng)帶有通訊錯誤檢測。操作員界面作為系統(tǒng)的主單元，而其他模塊作為從單元，其可于特定模塊需要來自另一模塊的控制信息時接收通訊。網(wǎng)絡通訊使用EIA RS-485信號及標準8位NRZ ASCⅡ碼集合。每一位都以單一開始位及單一中止位編碼而無例外。來自各控制模塊的特征信息可通訊回操作員控制模塊并于LCD等顯示器上顯示給操作員。使用如本發(fā)明提供的多控制模塊允許操作員控制模塊變得相當小型而可攜帶，原因為各個模塊即可進行各分開功能的控制作業(yè)。
控制系統(tǒng)包括對使用本發(fā)明的焊接系統(tǒng)進行各焊接關聯(lián)的全部焊接參數(shù)產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)記錄的裝置。優(yōu)選操作員控制面板包括一串行口其允許個人電腦或簡單數(shù)據(jù)儲存裝置例如快閃存儲卡或軟磁盤機作界面。操作員輸入的全部焊接參數(shù)可由控制系統(tǒng)監(jiān)督及控制并顯示于操作員面板上，這些焊接參數(shù)可下載至外部個人電腦或儲存于快閃存儲卡或軟盤供未來評估。靠此方式可迅速容易地對利用本發(fā)明進行的各次焊接進行詳細記錄且方便供未來使用。
焊接夾具優(yōu)選結合可伸展的活接頭吊桿末端或活接頭吊桿，其允許伸展式相對于大型工件如建筑物的鋼梁或鋼柱活接頭式定位夾具。活接頭吊桿以樞接式安裝于底部，優(yōu)選包含多個樞接式接合段其可視需要樞轉及伸縮或折疊而定位桿末端。柔性電弧纜線及冷卻水供給軟管沿著活接頭吊桿前進提供電源給焊炬及冷卻水給焊靴。夾具優(yōu)選借助鏈繩或纜繩附接于活接頭吊桿末端，當夾具未附接于或停靠于工件上時鏈繩或纜繩可支撐夾具重量。
本發(fā)明系統(tǒng)優(yōu)選包括焊劑分配器，以提供焊劑給焊接位置。焊劑分配器優(yōu)選包含焊劑料斗及輸入滴管，其可借助重力供給焊劑粉末至大致水平取向的傳動帶。傳動帶位于帶殼體的凹部或腔穴內。當帶于馬達作用下轉動時，焊劑由帶輸送并滴落入帶殼體的凹部及移動至凹部底部。一或多根輸出滴管與凹部底部連通且利用重力將焊劑輸送至焊接位置。焊劑分配速率可視需要靠增減驅動馬達的轉速而增減，如此改變傳動帶移動速率。焊劑分配器可安裝于本發(fā)明的活接頭吊桿上，可拆地結合焊接夾具，或可由靠近焊接操作的外部支持件夾持。
本發(fā)明使用的焊絲包含約0.0001％至約0.05％硼，及/或約0.001至約0.08％鎳。焊絲所含硼比已知焊絲組合物制成的焊接具有更高焊接強度。
使用本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的方法通常包含下列步驟相對于工件定位可伸展桿，定位焊接夾具于工件上，牢固固定焊接夾具于工件，相對于中心點調節(jié)兩相對焊靴位置而毗鄰工件界定一焊穴，拉直焊絲及供給焊絲至焊炬，通過導管，提供擺動運動給焊炬，撞擊電弧引發(fā)焊接，焊接期間添加焊劑至焊穴。使用本發(fā)明方法也優(yōu)選包含下列步驟由操作員界面控制模塊控制弧電壓及弧電流，由操作員控制模塊控制擺動周期及幅度，及由操作員控制模塊控制焊絲供給速率。
使用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法焊接加強板至工字梁時，工字梁水平跨至地板高度的支持件上，梁的腹板大致平行地面，梁的凸緣大致垂直地面。加強板切割而嵌合于二凸緣間，介于加強板側緣與工字梁的凸緣問保留適當間隙如3/4英寸至1英寸，毗鄰工字梁腹板的板下緣傾斜，加強板使用已知焊劑中心焊絲焊接技術焊接至腹板，原因為加強板及腹板為水平取向。
水平焊接加強板至腹板后，焊接操作員將焊接夾具定位于工字梁上，二焊靴間的中心線大致定位于接近加強板邊緣之一與毗鄰梁凸緣間的間隙中央。其次焊接夾具用手工致動夾緊或鎖緊螺絲牢固固定于梁。然后定位螺桿借轉動鈕或輪而使焊靴毗鄰間隙因而界定一垂直焊穴，導管及焊絲大致位于焊穴的沿中心線中心。焊靴的絕緣面面對焊穴，冷卻水或冷卻空氣循環(huán)通過焊靴。來自焊劑分配器的滴管位于焊穴上方。操作員預設電弧電壓、電弧電流、焊絲供給速率及擺動器設定值于操作員控制面板。焊接程序變量或參數(shù)已經(jīng)輸入操作員控制面板后，操作員激發(fā)一個“周期開始”鈕而激活初始焊接條件，持續(xù)至熔融焊劑形成于焊接處為止。于激發(fā)“周期開始”鈕后，焊絲前進接觸基底金屬并撞擊電弧，同時焊炬及導管隨焊穴內部的預定設定值擺動。焊接操作期間焊劑以預定速率由焊劑分配器分配至焊穴。然后控制系統(tǒng)切換至主焊接或程序化焊接條件直至操作員激發(fā)操作員控制面板上的“周期中止”按鈕為止。在程序化焊接條件下，焊絲及導管大致被消耗且填補于焊穴形成焊縫，連結凸緣與加強板邊緣或邊。“周期停止”鈕引發(fā)最終焊接條件。結合控制系統(tǒng)的定時器維持預設參數(shù)于最終焊接條件直到電源接觸器下降而終止電弧以及焊絲供給停止為止。如此完成焊接時，銅焊靴被拉離，夾具脫離且移至加強板的相反端，重復前述過程將加強板的相反端焊接于相反凸緣。焊接操作員記錄焊接周期的全部細節(jié)于快閃存儲卡或軟盤或其它記錄媒體以供未來使用。
當加強板的二緣或二邊已經(jīng)如前述焊接至梁的兩相對凸緣時，夾具移動至梁的另一位置將另一片加強板焊接其上，或梁可旋轉180度而將加強板焊接至梁另一側。無需支持桿或撐桿于垂直焊接過程將加強板或焊靴夾持定位，各次焊接的整個組裝過程通常需時少于二一分鐘。無須重新定位笨重的工字梁來作焊接。原因為焊接夾具及操作員控制模塊重量輕且可攜帶，單一操作員即可操作本發(fā)明的焊接系統(tǒng)并在相當短時間內架設多片加強板于工字梁。銅焊靴上的絕緣涂層可防止如先前使用的電渣焊接技術發(fā)生導管對銅靴的災難性短路。本發(fā)明的焊炬可防止焊絲意外熔合于導管末端，原因為由線矯直/供給器施加到焊絲上的向下力壓迫導管的末端進入焊接的熔融焊劑內，使焊絲熔化且不會熔合導管?？刂葡到y(tǒng)允許記錄各次焊接涉及的全部焊接參數(shù)。
前述程序用于安裝加強板至工字梁的變化例中，首先于工字梁腹板切一開槽，準備一加強板其尺寸為當對中放置于開槽時，加強板由工字梁兩邊的腹板向外伸展。如此單一板對腹板兩邊提供加強，梁本身于整個焊接操作期間僅須移動一次。使用此種方法，板使用兩次加強板至凸緣焊接及兩次加強板至腹板焊接而接合至梁。當無法接受加強板至腹板焊接時，腹板可單一傾斜任一邊，而由第一或第二邊使用焊劑中心焊絲水平焊接。垂直加強板至凸緣焊接可使用本發(fā)明的系統(tǒng)進行，進行方式大致如前述。
本發(fā)明系統(tǒng)也優(yōu)選包括一焊靴加強件夾緊總成用于前述加強板的安裝，其中于工字梁的腹板切一開槽。焊靴加強件夾緊總成大致包含第一對及第二對焊靴，相對于彼此定位調節(jié)第一對焊靴的裝置，相對于彼此定位調節(jié)第二對焊靴的裝置，定位調節(jié)第一對焊靴相對于第二對焊靴的裝置。各例的定位裝置優(yōu)選包含右/左外螺紋定位螺桿連同對應的右/左內螺紋套筒。定位螺桿樞接于第一對焊靴的各焊靴，一定位螺桿以類似方式樞接至第二對焊靴的各焊靴。一對定位螺桿樞接第一對焊靴至第二對焊靴。套筒相對于對應定位螺桿轉動將增減(隨轉動方向而定)與定位螺桿關聯(lián)的焊靴間距。
焊靴加強件夾緊總成一般使用方式為首先以預定方式定位加強板于工字腹板的開槽內部，介于加強板各邊或各緣與毗鄰工字梁凸緣間有一間隙。然后加強板點焊定位。焊靴加強件夾緊總成隨后毗鄰加強板定位，第一對焊靴環(huán)繞加強板一緣定位，并靠轉動適當套筒于對應定位螺桿而拉在一起，至第一對焊靴環(huán)繞加強板結合并介于第一對焊靴間界定第一下焊穴為止。然后第二對焊靴環(huán)繞加強板的另一緣定位并靠旋轉套于對應定位螺桿上的適當套筒拉向彼此，直到第二對焊靴與加強板接觸而介于第二對焊靴間形成第二下焊穴為止。貯槽段置于第一對焊靴間且靠定位焊接固定于其間而對住或密封第一下焊穴末端，同樣地一貯槽段置于第二對焊靴間且靠定位焊接牢固固定于其間而對住或密封第二下焊穴末端。
當焊靴加強件夾緊總成如此安放定位時，加強板使用四次加強板至腹板焊接而焊接至腹板，其中兩次焊接在腹板上側而兩次焊接在下側。四次加強板至腹板焊接使用已知焊劑中心焊接技術進行，例如用“焊槍”進行而無須重新定位梁。工字梁定位成焊靴加強件夾緊總成位于工字梁下側下方，然后焊接夾具以前述方式附接至凸緣下緣毗鄰加強板邊緣而位于第一下焊穴下方。夾具的焊靴環(huán)繞加強板共同定位而界定第一上焊穴，其與位于正下方的第一下焊穴連通。焊炬的導管長度適當，故導管可延伸上與下焊穴組合長度?？看朔绞缴霞跋潞秆捎趩未魏附犹钛a焊接金屬，接合加強板至梁上側及下側的凸緣，如此免除旋轉工字梁以及進行兩次分開垂直焊接來接合加強板至凸緣的需求。然后焊接夾具重新定位且牢固固定于相對凸緣，夾具的焊靴定位形成毗鄰且與第二下焊穴連通的第二上焊穴，組合上與下焊穴如前述于單次焊接填滿。
如此本發(fā)明的焊接夾具及焊靴加強件夾緊總成可用于安裝加強板伸展至工字梁兩邊而無須重新定位工字梁。且整個操作可由單人進行，無須使用吊車來移動工字梁或任何其它笨重設備。使用已知焊接技術架設兩片加強板于工字梁兩邊通常需要使用吊車重新定位工字梁至少6次。如此本發(fā)明可大為縮減架設加強板于工字梁所需時間及人力。
本發(fā)明的目的是提供一種允許快速容易地形成高品質垂直焊接的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供對垂直焊接所需設定時間極短的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可利用質量輕的便攜型設備且可由單人使用的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供焊接系統(tǒng)及方法，其允許焊接在地板或地面高度上在大型工件例如結構梁及柱上進行。
本發(fā)明的另一目的是提供可減少焊接作業(yè)期間重新定位笨重工件需求的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可消除由于焊絲導管接觸焊靴造成短路的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供焊接系統(tǒng)及方法，其可防止由于焊絲熔合于導管末端而須中斷焊接作業(yè)。
本發(fā)明的另一目的是提供可免除已經(jīng)由卷軸上解卷的焊絲黏鑄及螺線盤旋的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可提供矯正供給焊絲的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供允許單一加強板伸展通過工字梁腹板開槽而使加強板伸出至腹板兩邊的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供焊接系統(tǒng)及方法，其中單一加強板伸展通過工字梁的開槽腹板可焊接至工字梁而無須工字梁的重新定位。
本發(fā)明的另一目的是提供包括一分布式控制系統(tǒng)具有多個控制模塊的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的另一目的是提供焊接系統(tǒng)及方法，其允許于焊接前由便攜型重量輕的操作員控制面板預先對電弧電壓、電弧電流、焊絲供給速率、焊炬擺動及其它功能預設控制參數(shù)。
本發(fā)明的另一目的是提供焊接系統(tǒng)及方法，其允許焊接操作期間改變預設條件。
本發(fā)明的另一目的是提供允許對各次進行的焊接數(shù)字記錄全部焊接參數(shù)的焊接系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點由后文說明部分將顯然易明，其中詳細說明是為了更完整揭示本發(fā)明的優(yōu)選實施例而絕非限制性。
附圖的簡單說明本發(fā)明將參照附圖更完整說明如后，附圖僅為舉例說明目的。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的透視圖，顯示了工字梁及支持件；圖2為圖1的焊接夾具、焊炬及擺動器的透視圖；圖3為圖2的裝配側視平面圖；圖4為圖2裝配的前視圖；圖5為圖2裝配的透視圖連同工字梁一起顯示；圖6為顯示套于中心線的焊接夾具的焊靴的示意頂視圖連同顯示導管、工字梁凸緣及加強板；圖7為圖2的焊炬的側視圖，顯示沿線7-7的部分剖面圖；圖8為圖7的焊炬的剖面分解圖但未含軟導線；圖9為根據(jù)本發(fā)明的擺動器的透視圖，顯示殼體頂板及部分去除；圖10為圖9的擺動器的頂視圖；圖11為擺動器的替代實施例的透視圖，顯示頂板去除；圖12為圖11的擺動器的側視圖，顯示沿線12-12的部分剖面圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的雙重線供給器/矯直器總成的透視圖；圖14為圖13的旋轉式直線供給器之一的透視圖；圖15為圖14的旋轉式直線供給器的部分透視圖且顯示沿線15-15的部分剖面圖；圖16為圖15所示部分剖面圖的端視圖；圖17為圖14的旋轉式直線供給器的側視平面圖且顯示沿線17-17的剖面圖；圖18為圖14的旋轉式直線供給器的部分分解圖19為圖14的旋轉式直線供給器輸入與輸出軸承組及可調節(jié)偏置軸承的示意圖，顯示帶有一根焊絲；圖20為根據(jù)本發(fā)明的翼形導管的前視圖；圖21為圖16的翼形導管沿線21-21所取的剖面圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的焊劑分配器的剖面圖；圖23為圖19的焊劑分配器的前視圖且顯示沿線23-23的剖面圖；圖24A及圖24B為本發(fā)明的分布式控制系統(tǒng)的功能方框圖；圖25為分布式控制系統(tǒng)的操作員控制面板的頂視平面圖；圖26為根據(jù)圖24A及圖24B的分布式控制系統(tǒng)的電壓輸出及線供給速率相對于自動化焊接周期時間的代表曲線圖；圖27為用于本發(fā)明的具有開槽腹板的工字梁及可延伸貫穿腹板開槽的加強板的透視圖；圖28為根據(jù)本發(fā)明用于圖27所示加強板及開槽腹板的焊靴底夾緊總成的透視圖；圖29為圖28的焊靴總成、工字梁及加強板的底視平面圖；圖30為圖28的焊靴總成、工字梁及加強板的端視圖；圖31為用于本發(fā)明于“毗連”焊接操作的替代實施例的焊靴配置；圖32為根據(jù)本發(fā)明的導管的替代實施例其同時用于兩根焊絲；圖33為流程圖，大致說明本發(fā)明的方法。
優(yōu)選實施例的詳細說明特別參照供舉例說明的附圖，本發(fā)明由圖1至圖32所示系統(tǒng)及方法及圖33大致說明的方法具體實現(xiàn)。須了解，系統(tǒng)可就配置及部件細節(jié)作改變，系統(tǒng)使用方法也隨細節(jié)及步驟順序改變但不背離此處揭示的基本構想。大致而言，本發(fā)明就焊接加強板于結構工字梁作揭示，因為此種特定類型的焊接操作使用最為廣泛。但如業(yè)界人士易知，本發(fā)明可用于多種焊接操作。
首先參照圖1，概括顯示的是根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)10。焊接系統(tǒng)10通常包含焊接夾具12，焊炬14，擺動器16及旋轉式直線供給器總成18。系統(tǒng)10優(yōu)選裝有可伸展的活接頭吊桿20，吊桿20包括多個桿段22a,22b,22c，它們通過多個樞接接頭或鉸鏈24a,24b彼此可相對運動地互連在一起?；罱宇^吊桿20安裝于底座柱26上。桿段22a-22c優(yōu)選由穿孔金屬梁制成以提供高承載能力及重量輕。接頭24a-b優(yōu)選包括枕塊軸承(圖中未顯示)以及可調式阻力制動(圖中未顯示)以防止不希望有的浮動。焊絲源如卷軸28優(yōu)選通過支持件30定位于活接頭吊桿20上。旋轉式直線供給器總成18也優(yōu)選位于吊桿20上。焊接操作期間，焊絲由卷軸28解卷并供給旋轉式直線供給器總成18。活接頭吊桿20也可在其自由端34附近設拉線器或線供給器32，用作旋轉式直線供給器總成18的替換件。焊絲導引軟管36將焊絲由供給器32或旋轉式直線供給器總成18導引至焊炬14。彈性桿38可用于支持導引軟管36。光源40優(yōu)選包含在活接頭吊桿20以便于焊接作業(yè)。系統(tǒng)10具有電弧焊接電源42，電源42通過大體上沿活接頭吊桿20伸展至夾具12及焊炬14的電纜(圖中未顯示)給焊炬14供電。電纜也可延伸跨越使用焊接系統(tǒng)10的工作區(qū)地板44或以其它傳統(tǒng)方式布置。焊接系統(tǒng)10還可另外包括焊縫跟蹤、移動控制及焊劑分配裝置(圖中未顯示)，這些裝置一般與活接頭吊桿20的末端34或結合焊接夾具12有關。
焊接系統(tǒng)10優(yōu)選包括如圖1的分布式控制系統(tǒng)，顯示為操作者界面模塊46，擺動器控制模塊48，用于旋轉式直線供給器18的線供給控制模塊50，焊接電源控制器52，及連結模塊46-52的總線電纜54。擺動器控制模塊48優(yōu)選靠近擺動器16，線供給控制模塊50優(yōu)選位于活接頭吊桿20接近末端34及旋轉式直線供給器18處。焊接電源控制模塊52優(yōu)選連接焊接電源42且可位于焊接電源42的內部或外部。如果本發(fā)明采用焊縫跟蹤，移動控制或焊劑分配裝置(圖中未顯示)，則用于該裝置的另外控制模塊(圖中未顯示)可包括進來。
焊接系統(tǒng)10顯示帶有工字梁56及加強板58，工字梁56水平架在一對鋼結構制作者常用的支架或“鋸木架”60a,60b上。因本發(fā)明允許極為快速地將加強件58接于工字梁60(下文詳述)，故通常更多的水平支持的工字梁(圖中未顯示)就可定位于靠近活接頭吊桿20以便快速焊接。
如圖1所示，卷軸28相對較小，適合小型焊接操作。卷軸28也可大得多，但定位于車間地面44上，線由卷軸、輪或轉鼓上解卷且通過多個孔眼或線導管(圖中未顯示)沿活接頭吊桿導引。借此方式操作者無須于卷軸28的焊絲用盡時經(jīng)常更換吊桿20上的卷軸28。當卷軸28位于吊桿20外側時，來自卷軸28的焊絲通常順著吊桿20的長度向焊接夾具12及焊炬14導引。焊接系統(tǒng)10可額外包括以防由于吊桿20的運動造成焊絲彎曲的裝置。防彎曲裝置優(yōu)選包括設置于沿吊桿的靠近各樞接點24a,24b的聯(lián)結件的活接頭總成(圖中未顯示)?；罱宇^總成限定延伸貫穿各聯(lián)結件中心的焊絲通道。活接頭聯(lián)結總成本身僅可承受有限的彎曲，因此限制焊絲的運動且防止由于吊桿20的節(jié)段22a,22b以樞接點24a,24b為軸轉動造成的焊絲彎曲。借此方式來自外部卷軸的焊絲沿吊桿前進時不會扭結或受損。
現(xiàn)在參照圖2至圖5以及圖1，本發(fā)明的焊接夾具12大致包含一對活動且相對的焊靴62a,62b，其以中心線或中軸線64為軸定位。焊接夾具12包括相互及對中心線64定位調節(jié)焊靴62a,62b的裝置，這些裝置還優(yōu)選包括一對活動桿66a,66b，通過螺桿殼體70可旋轉地裝于焊接夾具12的右/左定位螺桿68(圖4)，及連接于定位螺桿68的手動輪72?；顒訔U66a由螺桿段75a螺紋連接定位螺桿68的左螺紋部74a，而活動桿66b以同樣方式由螺桿段75b螺紋連接至定位螺桿68的右螺紋部74b。活動桿66a,66b延伸通過螺桿殼體70底部的開槽(圖中未顯示)。輪72及定位螺桿68向一個方向旋轉，使活動桿66a,66b及焊靴62a,62b相對于中心線64對稱分開或拉開；輪72及定位螺桿68的反向旋轉導致活動桿66a,66b及焊靴62a,62b相對于中心線64對稱靠近或拉近。如此，焊靴62a可于經(jīng)由輪72及定位螺桿68旋轉作焊靴62a,62b的位置調節(jié)期間保持距中心線64與焊靴62b距中心線64等距。旋鈕76優(yōu)選樞接于輪72以利于操作員轉動輪72。螺桿殼體70內部的固定導桿77滑動延伸通過螺桿段77a,77b且于位置調節(jié)期間保持活動桿66a,66b基本平行。
焊靴62a,62b的其它位置調節(jié)裝置也可用于本發(fā)明。例如傳統(tǒng)的氣或油缸可用于替代定位螺桿68及輪72將焊靴62a,62b相對于中心線64定位。優(yōu)選用于調節(jié)焊靴62a,62b位置的定位裝置可提供焊靴62a,62b以中心線64為軸的對稱運動，故兩相對焊靴62a,62b于位置調節(jié)期間保持距中心線64基本等距。
焊接夾具12包括聯(lián)接或牢固固定于工件如工字梁56的裝置。聯(lián)接裝置優(yōu)選包含一或多根夾緊螺絲或鎖緊螺絲78a,78b，其分別螺紋連接前撐桿80a,80b。一對后撐桿82a,82b大致平行前撐桿且與前撐桿80a,80b隔開，如此提供介于前與后撐桿80a,80b的開口84b及介于前與后撐桿80b,82b的開口84b。開口84a,84b的結構及配置可容納工件或工件的部分例如工字梁56的凸緣86a(圖5)。當凸緣86或其它工件定位于開口84a,84b內部時，鎖緊螺絲78a,78b通過旋鈕88a,88b旋轉而鎖緊或牢固固定凸緣86a，使之介于前撐桿80a,80b與后撐桿82a,82b間，如此牢固固定焊接夾具12至工件，而撐桿80a,80b,82a,82b大致平行工字梁凸緣86a及大致垂直工字梁腹板89。
優(yōu)選多個矯平或調平螺絲90包含在后撐桿82a,82b而允許焊接夾具12相對于附接工件審慎定位。優(yōu)選有4根調平螺絲90，兩根螺絲90在后撐桿82a,82b上彼此隔開。此種配置允許調節(jié)焊接夾具12相對于附接工件的垂直定向或夾角，以及焊接夾具12于大致前進及后退方向相對于附接工件作位置調節(jié)。調平螺絲90連同鎖緊螺絲78a,78b允許夾具12相對于凸緣86a的接觸壓及對正作精密調節(jié)。通過向內伸展調平螺絲90貫穿后撐桿82a,82b，銅焊靴62,62b移動遠離凸緣86a。若上調平螺絲90向內旋轉比下調平螺絲90更多，則銅靴62a,62b上端將傾斜而較為接近凸緣86a。同理，若下調平螺絲90向內旋轉比上調平螺絲90更遠，則銅焊靴62a,62b的下端將朝凸緣86a傾斜。如此調平螺絲90允許操作員對個別工字梁或其它工件考慮研磨公差變化并提供焊接夾具12的準確定位。
其它已知聯(lián)接裝置可用于替代鎖緊螺絲78a,78b及撐桿80a,80b,82a,82b，包括氣壓、油壓或彈簧啟動夾具或聯(lián)接件。焊接夾具12的聯(lián)接裝置顯示為結構化且配置成牢固固定于已知工字梁56的凸緣86a或86b。雖然顯示兩根鎖緊螺絲78a,78b，但應理解，另外可使用單一鎖緊螺絲或更多鎖緊螺絲作為焊接夾具12的聯(lián)接裝置。多種其它具有變化結構及配置的標準化聯(lián)接裝置對本領域技術人員顯而易見且意欲包括在本公開的范圍內。
支持擺動器14的裝置包含在焊接夾具12中，且優(yōu)選包含托架92，該托架接合至背件94。擺動器16靠螺絲(圖中未顯示)可松開式接合于托架92，或靠其它已知聯(lián)接裝置接合。擺動器控制模塊48優(yōu)選靠螺絲(圖中未顯示)等已知硬件附接于托架94。焊炬14靠擺動器16支持于焊接夾具12，導管96由焊炬14支持，下文詳述。導管96大致平行且毗鄰焊靴62a,62b間的中心線64，且優(yōu)選毗鄰設置于中心線64，中心線64大致向下通過導管96中心。手柄98a,98b優(yōu)選包含在焊接夾具12而輔助操作員操作。一對步進吊環(huán)或制爪100a,100b優(yōu)選包含在焊接夾具12而使夾具12可于非使用時以方便方式暫時“吊掛”或支持于凸緣86a,86b等工件上。吊環(huán)制爪100a,100b的步進構型可配合不同厚度的多種工件。
焊接夾具12優(yōu)選重量輕、可攜帶且容易由單人運輸。優(yōu)選撐桿80a,80b,82a,82b，托架92，背件94，手柄98a,98b及吊環(huán)制爪100a，100b彼此集成且由鋁或其它重量輕的耐熱耐久防蝕材料制成。螺桿殼體70及活動桿66a,66b同樣優(yōu)選由鋁或其它重量輕的耐久材料制成。焊接夾具可靠適當長度的鏈繩或纜繩(圖中未顯示)由活接頭吊桿末端34懸吊而容易操控焊接夾具12。
特別參照圖6以及圖2至圖5，焊靴62a,62b示意顯示為以中心線64為軸對稱定位，導管96及焊絲102沿中心線64伸展貫穿導管96。焊接夾具12附接至凸緣86由圖6刪除以求清晰，但焊靴62a,62b例外。如前文說明，焊靴62a,62b優(yōu)選于位置調節(jié)期間保持距中心線64等距。當焊靴62a,62b如圖6所示毗鄰加強板58及凸緣86a定位時，大致界定垂直焊穴或通道104，中心線64及導管96大致接近焊穴104中央。使用本發(fā)明的焊接操作期間，焊穴104以焊絲102及導管96于焊接過程消耗而提供的熔融金屬填補。當焊接完成時，焊靴62a及62b靠轉動輪72及定位螺桿68拉開而留下已經(jīng)完成的焊接接合加強板58于凸緣86a。焊靴62a,62b的開啟或拉開位置以虛線顯示。
焊靴62a,62b的結構及配置可容納冷卻水(或空氣)，通常包括冷卻水入口及出口(圖中示顯示)以及冷卻水的內部循環(huán)通道(圖中未顯示)。冷卻水由供水軟管(圖中未顯示)輸送，且?guī)в羞m當硬件附接于焊靴62a,62b入口。同理，出口軟管(圖中未顯示)連結至焊靴62a,62b的出口而于循環(huán)通過焊靴62a,62b后去除冷卻水。
焊靴62a,62b及活動桿66a,66b顯示為結構化及配置供T字形焊接操作，例如焊接加強板58至凸緣86。焊靴62a,62b及活動桿66a,66b另外可結構化及配置用于“對焊”或其它型焊接操作，下文詳述。
焊靴62,62b優(yōu)選為銅等金屬制成且可壓鑄或機制成為特定焊接作業(yè)的預定形狀或構型。優(yōu)選焊靴62a,62b為水冷式或氣冷式，且包括內部通道(圖中未顯示)用于導引冷卻空氣或冷卻水，包括適當硬件(圖中未顯示)用于附接供水或供氣管線。電絕緣及/或熱絕緣涂層106優(yōu)選包含在各焊靴62a,62b的毗鄰導管96的至少一面上以確保導管96不會與焊靴62a,62b作電接觸。
背景技術：
的電渣焊接方法容易發(fā)生導管與焊靴于焊接過程中不慎接觸造成電短路的風險，其中斷焊接作業(yè)且損壞接觸的焊靴。本發(fā)明通過提供絕緣涂層106于焊靴62,62b而防止此問題。絕緣涂層106優(yōu)選由陶瓷材料制成，焊接溫度下具有電抗性及熱穩(wěn)定性。多種絕緣涂層包括硅酸鹽或二氧化硅可用作絕緣涂層106，涂層106可靠多種已知手段包括濺散涂布或溶膠-凝膠技術置于焊靴62a,62b上。絕緣涂層106也防止加強板58a及凸緣86的焊接母材過度冷卻，提供焊接過程中焊珠與母材間的優(yōu)選攙混。
用于焊接系統(tǒng)的焊絲102優(yōu)選包含約0.0001％至約0.05％硼及/或約0.001％至約0.10％鎳。焊絲102含括硼及/或鎳系以本領域技術人員周知的標準冶金技術進行。含于焊絲102組成成分的硼比使用已知焊絲組成成分作成的焊接可提高焊接強度。
現(xiàn)在參照圖7及圖8，粗略顯示本發(fā)明的優(yōu)選焊炬14。焊炬14包括防止于焊接過程因焊絲熔合于導管末端造成的焊接操作中斷。焊炬14大致包括一中心管108，其滑動安裝于外管110內部。優(yōu)選一或多個線性軸承112包含在焊炬14來輔助中心管108于外管110內部的滑動運動。提供偏壓給中心管108的裝置由彈簧114提供。優(yōu)選彈簧114及線性軸承112利用卡環(huán)116、墊圈118及螺母120,122螺紋連接中心管108的螺紋端部124(圖8)，可固定于中心管108上定位。外管110包括環(huán)形內切槽126，用于夾持卡環(huán)116。外管110也包括一對開口或開槽128，其各自具有下肩130及上肩132。外管110也包括螺紋管套134。
內焊絲輸入適配器136包括一螺紋凸部138，可接合套于外管110的管套134。內焊絲輸入適配器136包括螺紋管套140(圖8)，其容納于外焊絲輸入適配器144的螺紋凸部142。墊圈146包含在內與外焊絲輸入適配器136,144間。外焊絲輸入適配器144的螺紋管套148可容納焊絲輸入管(圖中未顯示)的螺紋端，該管與旋轉式直線供給器總成18或已知焊絲供給器32連通(圖1)。軟U字形導線15包括第一孔眼152，其容納外焊絲輸入適配器的凸部142，及其夾持于毗鄰墊圈146的外與內焊絲輸入適配器136,144間。軟導線150也包括第二孔眼154，其聯(lián)接至介于螺母120,122間的中心管108的螺紋端124。軟導線150的絕緣涂層155可防止焊接作業(yè)期間意外接觸時短路。外管110的開槽128滑動容納孔眼152。夾持導管的裝置包含在中心管108上，優(yōu)選呈已知夾頭156形式，該裝置可以標準方式夾緊與松脫而配合導管96。為求清晰導管96顯示為具有已知圓柱形結構及構型。但“翼形”導管優(yōu)選用于本發(fā)明，下文詳述。
中心管108連同已經(jīng)組裝的線性軸承112，彈簧114，墊圈118及螺母120,122嵌合于外管110的中空內部158，而線性軸承112、彈簧114大致夾持于止動環(huán)116與墊圈118間。焊絲輸入適配器136,144分別包括內孔160,162，焊絲102嵌合貫穿孔。焊絲向下延伸通過中心管的孔164，及通過夾頭156及導管96至焊接接觸點(圖中未顯示)。彈簧114相對于外管110對中心管108施加大致向上偏壓，因此中心管108上端124由彈簧114大致夾持抵住輸入適配器136末端130。當足夠向下力施加于導管96時，如此通過夾頭156施加于中心管108時，彈簧114的偏壓可被克服，然后中心管108于外管110內部向下滑動直到軟導線150(靠螺母120,122聯(lián)接至中心管末端124)的孔眼152變成接觸外管110之下肩130為止。此種內管或中心管108的向下運動結果導致導管95末端浸泡于焊接熔池內。焊接熔池產(chǎn)生的熱熔化導管末端且將焊絲102由導管96末端釋放出。當焊絲102被熔化釋放出時繼續(xù)供給至焊接處。當向下力被移開時，彈簧114朝松弛位置反彈，使導管96及中心管108向上移而使焊接繼續(xù)進行。軟導線150可于中心管108的滑動過程全程保持與中心管108為電接觸。
焊接操作期間，焊接電源纜線(圖中未顯示)聯(lián)接至焊炬14，優(yōu)選利用纜線末端夾緊于內與外焊絲輸入適配器136,144間達成。電源經(jīng)由中心管108及軟導線150導引至導管96。焊絲102優(yōu)選靠焊絲供給器(圖中未顯示)供給通過焊炬14，且之后以大致恒定速率于焊接位置消耗。焊絲供給器于焊絲102移動通過焊炬14時提供向下力給焊絲102。焊接操作期間，焊絲102因焊接熔池(圖中未顯示)的熱量而沾粘或熔合于導管96內部，則焊絲供給器施加于焊絲102的向下力移轉到導管96，且由該處移轉到中心管108，中心管108靠夾頭156聯(lián)接至導管96。因中心管108滑動安裝于外管110內部，中心管108于焊絲供給器的力量作用下向下滑動于外管110內部，允許導管96下滑至焊接熔池，此處熔池的熱量使焊絲與導管96的熔合解開。解除熔合時，焊絲供給器的向下力再度傳送返回焊絲102，允許導管96及中心管108于彈簧114的作用下向上彈回，使導管96末端高于熔池，焊絲102可繼續(xù)供給，通過焊炬14至焊接位置。軟導線150可維持輸入適配器136,114與中心管108及導管96間的電接觸。如此本發(fā)明的焊炬14允許焊接動作持續(xù)進行，不因焊絲102熔合于導管96而中斷。
已知電渣焊接法中，當焊接熔池使焊絲熔合于導管底時，整個焊接作業(yè)必須中斷，停止焊接，清潔焊接區(qū)或研磨，重新設定開始新焊接。如此電渣焊接的中斷需要昂貴耗時的清除不完全焊接接頭，以重新設定及啟動焊接操作。本發(fā)明的焊炬14可克服此項問題，因彈簧114及中心管108與外管110間的滑動關系提供防止因焊絲102保持熔合或沾粘于導管96造成焊接中斷的手段。靠焊絲供給器施力于焊絲102將導管96下推入前述熔池，焊絲102與導管96快速熔化分開，可避免焊接作業(yè)的中斷。
其它手段可用于本發(fā)明防止焊絲102保持熔合于導管96而中斷焊接操作。氣壓或油壓裝置或其它偏壓裝置可用于取代彈簧114給中心管108提供偏壓。替代實施例中，中心管108保持固定，外管110向上偏移且相對于中心管108滑動。防止焊絲102沾粘于導管96的重要手段為導管96活動安裝于焊炬14且適當施加偏壓，因此于前述焊絲102沾粘或熔合于導管96內側的情況下，焊絲供給器施加于焊絲102的向下力傳遞至導管96，且使導管96向下移入焊接熔池，于此處熱量解除焊絲102與導管96的熔合且允許導管96向上彈回，故焊絲102可經(jīng)由焊炬14繼續(xù)供給至焊接位置而無顯著中斷情形。
也參考圖2至圖5以及圖7及圖8，焊炬14包括一聯(lián)軸節(jié)166，其以可松開式接合焊炬14。聯(lián)軸節(jié)附接至活節(jié)段168，活節(jié)段允許焊炬以活節(jié)方式作位置調節(jié)?；罟?jié)段168聯(lián)接至底板170，底板又靠螺栓174聯(lián)接至擺動器16的前板或頂板72。導管96顯示為大致平行于或與中心線64共線。焊炬14通過活節(jié)段168遠離所示取向作位置調節(jié)，結果導致導管移動至非平行中心線64的位置。此種焊炬14及導管96的取向于某些焊接作業(yè)為優(yōu)選。
下文詳述，本發(fā)明的旋轉式焊絲供給器/矯直器總成18允許兩根焊絲同時被矯直且供給焊炬14。如此焊炬14另外可經(jīng)結構化及構型而進行雙重焊接，其中二焊絲102同時容納于焊炬14。就此方面而言，中心管108及焊絲輸入適配器136,144可分叉而容納兩根焊絲102，及夾頭156的構造與構型可固定兩根焊絲102的導管96。此種配置比使用單一焊絲及導管可實現(xiàn)更高速沉積焊接金屬。
現(xiàn)在參照圖9及10及圖2至5，粗略顯示根據(jù)本發(fā)明的擺動器16。擺動器16用于焊接作業(yè)期間擺動或往復焊炬14及導管96。擺動器16大致包含一對細長平行軸176a,176b，其旋轉式安裝于殼體178內，及一對線性致動器180a,180b，活動式安裝于轉軸176a,176b上，當轉軸旋轉時線性致動器沿軸176a,176b前進。旋轉驅動軸176a,176b的裝置上可設置擺動器16，且優(yōu)選包含馬達182，齒輪帶184及多個齒輪或齒輪滑車186,188a,188b。馬達182由外部電源(圖中未顯示)供電驅動，馬達182轉動齒輪186，其驅動帶184，其又驅動齒輪188a,188b。轉軸176a,176b延伸貫穿殼體178，分別接合于齒輪188a,188b?；?89a,189b旋轉安裝于殼體178且提供張力給齒輪帶184。無數(shù)其它帶184及齒輪186,188a,188b的驅動裝置與配置可選擇用于擺動器16。齒輪186,188a,188b及帶184的構造與配置使馬達182可以大致等速旋轉轉軸176a,176b。
線性致動器180a優(yōu)選包括一上部190及一下部192，二部靠螺栓194接合套至轉軸176a，使線性致動器180滑動安裝于軸176a上。同理，線性致動器180b優(yōu)選包括上部及下部196,198，其利用螺栓200套入轉軸176b，故線性致動器180b滑動安裝套于軸176b上。各線性致動器180a,180b包括多個傾斜或夾角軸承202，軸承旋轉安裝于線性致動器180a,180b上。優(yōu)選各線性致動器180a,180b包括多個傾斜或夾角軸承202，軸承旋轉安裝于線性致動器180a,180b上。優(yōu)選各線性致動器180a,180b上有8個斜置軸承202，上部190有四個斜置軸承202，驅動段180a下部192有四個斜置軸承202。同理，四個斜置軸承202分別位于驅動段180b的各半部196,198。斜置軸承202如圖9最明白顯示，大致隔開環(huán)繞于線性致動器180a,180b末端的轉軸176a,176b周邊。斜置軸承202緊密接觸轉軸176a,176b，故當轉軸176a,176b旋轉時，斜置軸承202也將于轉軸176a,176b的作用下旋轉。斜置軸承202的構造、配置及位置使其可相對于轉軸176a,176b夾角或傾斜。如圖9最明白顯示，轉軸176a,176b的旋轉將分別造成線性致動器180a,180b于斜置軸承202的作用下順轉軸176a,176b的縱向前進或爬行。當轉軸176a,176b的轉向逆轉時，線性致動器180a,180b的行進方向也逆轉。各斜置軸承202相對于轉軸176a,176b旋轉軸線的補角優(yōu)選相等。斜置軸承202的旋轉軸線204相對于轉軸176a,176b的旋轉軸線206a,206b的補角優(yōu)選為約1度至45度的范圍。但補角可視需要改變。當斜置軸承202的旋轉軸線204補角比轉軸176a,176b的旋轉軸線206a,206b增加時，轉軸176a,176b每次旋轉時線性致動器180a,180b的行進距離較大，斜置軸承202的補角縮小相對地減少線性致動器180a,180b的行進距離。
測量當轉軸176a,176b旋轉時線性致動器180a,180b行進距離的裝置配備有擺動器16。特別參照圖10，測量裝置優(yōu)選包含感光器208a,208b，分別安裝于線性致動器180a,180b之下表面。測量裝置也優(yōu)選包括一對線性編碼器長條209a,209b，其位于轉軸176a,176b及線性致動器180a,180b下方且設置成感光器208a,208b可檢測線性編碼器長條209a,209b上的位置指標(圖中未顯示)。感光器208a,208b以光學方式監(jiān)視線性編碼器長條209a,209b而檢測線性致動器180a,180b的位置，然后將位置數(shù)據(jù)通過電線或其它通訊界面(圖中未顯示)傳輸至擺動器控制器48(圖2)。雖然擺動器16顯示為有雙感光器208a,208b及雙線性編碼器長條209a,209b，但若有所需，擺動器16可僅使用一感光器208a或208b及一線性編碼器209a或209b，利用單一感光器及線性編碼器用于線性致動器180a,180b的任一個。
測量線性致動器180a,180b行進距離的裝置也優(yōu)選包含一旋轉編碼器210，其結合馬達182而測量馬達182的轉數(shù)。因轉軸176a,176b的旋轉通過帶184及齒輪186,188a,188b而與馬達182的旋轉有直接關聯(lián)，以及線性致動器180a,180b在轉軸176a,176b每轉時行進距離固定，故編碼器提供的轉數(shù)可用于跟蹤線性致動器180a,180b的運動。編碼器210的轉數(shù)脈沖通過電線等通訊鏈(圖中未顯示)傳輸至擺動器控制器48(圖2)，可能由于機器的瑕疵、部件的磨耗或其它因素使線性致動器180a,180b的運動最終變成相對于馬達182的旋轉為“異步”或非同步。此種案例中，編碼器210產(chǎn)生的轉數(shù)無法正確反映轉軸176a,176b旋轉時線性致動器180a,180b的行進動作或距離。本發(fā)明的控制系統(tǒng)的關聯(lián)軟件可用于解決馬達編碼器210與感光器208a,208b及編碼器長條209a,209b間的差異。如此，感光器208a,208b及編碼器長條209a,209b提供數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)，用來更新馬達編碼器210提供的信息。
殼體178優(yōu)選包含耐久而質輕的材料如鋁，殼體178的構造及配置可保護馬達182，轉軸176a,176b，線性致動器180a,180b及其它擺動器組件不受焊接作業(yè)關聯(lián)的熱及腐蝕之害。為求清晰起見圖9及圖10刪除殼體178上方的金屬頂蓋或蓋(圖中未顯示)。擺動器16也包括一頂板172(圖2)，其優(yōu)選利用線性致動器180a,180b上的脊212a,212b聯(lián)接至線性致動器180a,180b，脊接合頂板172的對應開槽(圖中未顯示)且靠螺栓或螺絲(圖中未顯示)牢固固定于頂板。此種配置允許擺動器16的全部活動組件皆封在保護殼體178內部以防焊接過程的污染。焊炬14靠底板170及活節(jié)段168支撐于擺動器16的頂板172上。這樣，焊炬14隨線性致動器180a,180b的移動對應移動。擺動器優(yōu)選靠托架92及螺栓或螺絲(圖中未顯示)安裝或牢固固定于焊接夾具12。
使用中，擺動器16如圖6所示聯(lián)接至焊炬14，轉軸176a,176b通過頂板172大致垂直取向于焊炬14，擺動器16靠定期逆轉馬達182的轉向提供擺動運動給焊炬14，如此逆轉轉軸176a,176b轉向，線性致動器180a,180b沿轉軸176a,176b的行進方向并附接頂板172及焊炬14。擺動器16供給焊炬14及導管96的擺動可輔助制造高品質垂直焊接。擺動以選定轉速旋轉驅動轉軸176a,176b以及于一段選定時間后定期逆轉旋轉方向達成，如此提供擺動運動給線性致動器180a,180b，如此提供給附接的頂板172及焊炬14。特定焊接工作所需擺動運動時間、幅度及停頓時間由焊接操作員決定并輸入本發(fā)明的分布式控制系統(tǒng)的操作員控制面板46，下文詳述?？刂葡到y(tǒng)將擺動器時間、幅度及停頓時間等信息供給擺動器控制模塊48，其后通過線性編碼器208a,208b或旋轉編碼器210的輸出控制或指導馬達182的啟動及監(jiān)視線性致動器180a,180b的運動。當線性編碼器208a,208b指示控制模塊48，線性致動器180a,180b已經(jīng)根據(jù)預定擺動幅度于單向行進預定距離時，控制器48逆轉馬達182方向如此逆轉線性致動器180a,180b的方向。線性致動器180a,180b的行進速度由馬達182的轉速控制，馬達轉速由控制模塊48根據(jù)操作員指令控制。
現(xiàn)在參考圖11及圖12，粗略顯示本發(fā)明的另一擺動器214實施例，其中類似的標號表示類似的部件。擺動器214中，轉軸有螺紋而提供一對導螺桿216a,216b，其大致細長且平行，各導螺桿216a,216b包含外螺紋218。擺動器進一步包括一對線性致動器220a,220b。特別參考圖12，線性致動器220b包括一具有內螺紋的塑膠螺母221，它位于滾針軸承222間。線性致動器220a包括一對應塑膠螺母(圖中未顯示)其也夾持于滾針軸承222間的線性致動器220a內部。塑膠螺母221的內螺紋大致匹配導螺桿216a,216b的外螺紋218。導螺桿216a,216b與線性致動器220a,220b內部的塑膠螺母221的螺紋關系造成當導螺桿216a,216b旋轉時線性致動器220a,220b沿導螺桿216a,216b的縱向方向前進，如此當導螺桿216a,216b的轉向逆轉時線性致動器220a,220b逆轉其前進方向。導螺桿216a,216b經(jīng)過精密研磨而于導螺桿216a,216b的外環(huán)圈提供平坦面，如此允許軸承嵌合因而滾針軸承222可跨騎于各導螺桿216a、216b外表面上。此種配置允許滾針軸承載荷比塑膠螺母221本身的負載更重。
導螺桿216a,216b與線性致動器220a,220b的螺紋塑膠螺母221的螺紋關系大致可保持線性致動器220a,220b與馬達182的轉動同步前進，如此單獨旋轉編碼器210其可充分跟蹤線性致動器220a,220b的運動，通常無需光學編碼器來提供位置更新信息。就其它方面而言，擺動器214的作業(yè)大致同前述擺動器16。
現(xiàn)在參照圖13至19，這些圖顯示根據(jù)本發(fā)明的旋轉焊絲供給矯直器總成18?？偝?8包括一對相同的旋轉式直線供給器224a,224b,其旋轉式安裝于殼體225。驅動馬達226其包含在殼體225內部，且定位于旋轉式直線供給器224a,224b間。驅動馬達226轉動齒輪227，其通過有齒帶230a,230b驅動齒輪230a,230b。齒輪228a,228b分別聯(lián)接至旋轉式直線供給器224a,224b而旋轉驅動旋轉式直線供給器224a，224b。馬達226上的連接器231可連接至界面纜線(圖中未顯示)，該纜線與焊絲供給器控制模塊50通訊(圖1)。旋轉編碼器(圖中未顯示)包括有馬達226可監(jiān)控馬達226的轉數(shù)，且將馬達轉數(shù)通訊至本發(fā)明的控制系統(tǒng)。旋轉式直線供給器224a,224b各自包括一旋轉本體232及一輸入軸234及一接合至本體232的輸出軸236。輸入及輸出軸234,236旋轉安裝于殼體225內部，齒輪227聯(lián)接至輸出軸234末端。
特別參照圖15至19以及圖13及14，縱向孔238延伸貫穿本體232及轉軸234,236且與毗鄰本體232中心的腔室240連通(圖17)?？?38包括一頸或縮窄段241(圖17)鄰近腔室240。第一輸入軸承組242及第二輸出軸承組244包含在旋轉本體232內部，其各自包括多個經(jīng)過精密研磨的可旋轉斜置軸承246。優(yōu)選有三根軸承246各自于軸承組242,244，軸承246以延伸貫穿孔238的縱轉軸248為軸于橫向方向隔開。各軸承組242,244的軸承246各自傾斜或歪斜，故各軸承轉軸(圖中未顯示)相對于縱軸248夾角，優(yōu)選與縱軸248夾角1度至約45度的范圍內。各軸承246靠一銷252旋轉固定于軸承支持架250。軸承支持架250各自支持于軸承座254。各軸承246(及軸承支持架250)利用彈簧256彈性承載，彈簧嵌合于軸承支持架250的柱258上且夾持于軸承座254與軸承支持架250的一凸緣260間，以及夾持于止動銷262間(圖18)。軸承座254包括孔264，其配合調節(jié)螺桿265而控制彈簧256的張力。旋轉本體232的多個橫向隔開的孔266與中孔238連通故可觀察到本體232內部的軸承246。
調節(jié)式徑向偏置軸承或輪268靠銷或螺絲272旋轉安裝于軸承殼體270，徑向偏置軸承268的轉軸大致垂直旋轉本體232的縱轉軸。軸承殼體270通過一對調節(jié)螺絲273固定于腔室232內部，調節(jié)螺絲嵌合貫穿本體232且螺紋連接于軸承殼體270上。
制造后焊絲通常儲存于卷軸上或以盤卷狀儲存，典型地由商業(yè)來源于卷軸或線圈上供給焊接操作員。隨后焊絲由卷軸上解卷供使用時，線保持儲存于卷軸上的“鑄封”及“螺旋”。焊絲的“鑄封”使由卷軸取下的焊絲具有大致圓形的彈簧狀形狀。焊絲的“螺旋”大致反映焊絲由卷軸解開后各線圈或回圈間距。焊絲的鑄封與螺旋通常隨焊絲由其中解下的卷軸大小及形狀決定。雖然鑄封及螺旋為儲存焊絲的預定性質，但已知焊絲存在的鑄封及螺旋通常為焊接操作所不期望。特別是焊絲的鑄封造成焊絲末端非期望的偏轉以及當焊絲通過導管供給至熔池時的往復。焊接過程中，當焊絲由導管末端送出且插入焊接熔池時，焊料穿透基質內部或母質金屬將在焊絲的傾斜及螺旋補償方向偏離焊絲中心。如此導致焊接穿透不等或焊絲兩端未穿透，結果造成缺陷焊接而須修補或重焊。旋轉式直線供給器224a,224b及本發(fā)明的總成18經(jīng)由焊絲由卷軸解開時快速有效地去除鑄封及螺旋而克服此項問題。
特別參照圖17及圖19，來自卷軸28的焊絲102(圖1)被導引通過旋轉式直線供給器224a及/或224b，故焊絲通過孔238、腔室240及通過輸入與輸出軸承組242,244中心，因此焊絲102大致與本體232的縱轉軸248共線，故各軸承組242,244的斜置軸承246大致緊密接觸焊絲102。斜置軸承246施加于焊絲102的力量靠螺桿265的前進或退縮調節(jié)，螺桿的前進或退縮對應于壓縮或解除軸承座254與軸承支持架250間的彈簧256。通常螺桿265于焊絲102插入孔238前且介于斜置軸承246之間處于回縮位置，一旦焊絲102位在軸承246間的孔238內部時螺桿265就位于前進緊壓位置。焊接操作中利用兩根焊絲，對二旋轉式直線供給器224a,224b皆進行前述程序。
當焊絲102如此插入本體232時，焊絲102位置毗領徑向偏置軸承268。軸承268包括一橫切槽274(圖19)，橫切槽延伸環(huán)繞偏置軸承268周邊且容納焊絲102。偏置軸承268通過調節(jié)螺桿273相對于焊絲102調節(jié)位置(圖18)。偏置軸承268的位置調節(jié)將隨時由焊絲102去除的鑄封及螺紋改變。一旦焊絲102已經(jīng)定位于旋轉式直線供給器224a及/或224b內部時，馬達226啟動而旋轉旋轉式直線供給器224a,224b。當供給器224a,224b旋轉時，輸入及輸出軸承組242,244的斜置軸承246以焊絲102為軸旋轉且施加螺桿力于焊絲102，通過斜置軸承246的作用經(jīng)由旋轉式直線供給器224a,224b驅動焊絲102，并由卷軸28拉扯焊絲(圖1)。斜置軸承246可考慮為于焊絲102上畫一條假想螺紋，此螺紋狀運動將焊絲102通過旋轉式直線供給器224a,224b供給。當焊絲102通過旋轉式直線供給器224a,224b供給，偏置軸承268施壓于焊絲102而由焊絲去除鑄封與螺旋的彎曲。如此旋轉式直線供給器224a,224b可通過斜置軸承246的作用前進或供給焊絲102，同時靠偏置軸承268的作用去除鑄封及螺旋而矯直焊絲102。然后來自供給器/矯直器經(jīng)過矯直的焊絲被導引至焊炬14以及經(jīng)由導管96被導引至焊接操作的熔池。焊絲靠旋轉式直線供給器224a,224b的供給速率可靠增減旋轉式直線供給器224a,224b的轉速調節(jié)，以及通過調節(jié)軸承246的斜度或角度調節(jié)。優(yōu)選軸承246如圖所示與縱軸248及焊絲102夾角約45度。
焊絲供給器/矯直器總成18顯示為二旋轉式直線供給器224a,224b，其由同一馬達226旋轉。此種配置允許各旋轉式直線供給器224a,224b接受調節(jié)而配合不同規(guī)格的焊絲及/或具有不同鑄封及螺旋性質的焊絲，故可由總成18提供兩種不同型矯直焊絲用于兩次不同焊接操作。另外兩種焊絲可被導引至同一次操作。
現(xiàn)在參照圖20及21，粗略顯示根據(jù)本發(fā)明的翼形導管274。翼形導管274的大致構造及配置可將焊弧能量展開為此已知圓柱形導管更寬的面積。翼形導管274包含一對相對的細長板276,278，各板有縱通道280,282。板276,278共同放置成縱通道280,282界定一管284及翼286,288。板276,278沿邊緣290,292靠焊接294,296接合。
如前文參照圖2至圖6所述，為清晰起見已知圓柱形導管96顯示于焊炬41。為了配合翼形導管274，焊炬14的夾頭156通常包括開槽(圖中未顯示)來容納導管274的翼286,288。
現(xiàn)在參照圖22及圖23，大致顯示根據(jù)本發(fā)明的焊劑分配器298。焊劑分配器298通常包含一焊劑料斗300及一帶狀殼體或帶狀段302。水平取向的齒輪焊劑分配器帶304位于帶狀殼體302的凹部或腔穴306內部，且安裝于一對旋轉帶的齒輪308a,308b上。其上一(或二)齒輪308a或308b由馬達310供電，馬達附接至帶狀殼體302。料斗300靠螺紋套筒312接合至帶狀殼體302。垂直進入管或通道314通過套筒312連通料斗300及凹部306。輸出通道316連通凹部306下端或底部318，及一滴管320附接至帶狀殼體302，故滴管320連通輸出通道316及凹部306。優(yōu)選可拆式前板322聯(lián)接于帶狀殼體302，其允許接近凹部306及分配帶304。
工作中料斗300的貯槽324內部填裝粒狀焊劑(圖中未顯示)。來自料斗300的粒狀焊劑向下傾倒，通過套筒312及進入管到達帶304。當馬達310驅動帶304時，焊劑順著帶輸送至溢出帶304末端且掉落于凹部306底部318為止。如此靠輸送帶304輸送的粉化焊劑通過輸出通道316及滴管320落至焊接位置(圖中未顯示)。增減馬達310的轉速及帶的運動可對應增減由輸送帶304輸送至滴管320的焊劑速率。
速度或速率控制裝置(圖中未顯示)優(yōu)選結合馬達310，以控制焊劑分配速度。軟管(圖中未顯示)可附接于滴管而輔助輸送焊劑至焊接位置。滴管320另外可分叉或分支而允許焊劑分配至二焊接作業(yè)，或提供焊劑至單一焊接位置的兩邊。注意若有所需料斗300可為錐形，包括機械振動裝置(圖中未顯示)來防止焊劑粉末沿料斗300的壁“結網(wǎng)”或收集。焊劑分配器298可結合活接頭吊桿末端34，來自滴管320的焊劑經(jīng)由附接的軟管或導管輸送。焊劑分配器298另可置于焊接夾具12上，使用夾子固定于其上或由外部支持毗鄰于焊接操作。
現(xiàn)在參照圖24A及圖24B至圖26以及圖1，大致顯示根據(jù)本發(fā)明的分布式焊接控制系統(tǒng)326。分布式焊接控制系統(tǒng)326大致包含操作員界面模塊，顯示為操作員控制面板或數(shù)據(jù)登錄模塊46，擺動器控制模塊48，焊絲供給控制模塊50及焊接電源控制模塊52，模塊46,48,50及52靠一界面總線54連結。本發(fā)明的分布式焊接控制系統(tǒng)326可減少纜線復雜度，提高整體系統(tǒng)可靠度，且形成可調節(jié)配合且可擴充的互換式模塊控制系統(tǒng)。這些優(yōu)點可靠合并一或多個微處理器于各系統(tǒng)模塊達成，微處理器允許各模塊執(zhí)行自行測試的內部監(jiān)視功能，故障時自動關機，以及作為僅須一操作員界面的孤立模塊。操作員界面可簡單至一開關集合連結至模塊之I/O口，或復雜至分開控制與系統(tǒng)監(jiān)督模塊，其將整個系統(tǒng)結合為網(wǎng)絡?？稍黾宇~外模塊來控制焊接系統(tǒng)10的不同方面例如焊劑分配器298用的焊劑分配控制模塊(圖中未顯示)。
操作員界面模塊或控制面板46包括一微控制器或微處理器單元328，一網(wǎng)絡界面330用于連結至總線54，一并行I/O口332及一顯示界面334。并行I/O口332連結微控制器328與操作員控制336，而顯示界面334允許微控制器328與顯示器通訊，顯示器優(yōu)選為液晶顯示器或LCD338。程序設計裝置結合微控制器328用于進行操作員控制336及LCD338關聯(lián)的操作員界面作業(yè)，以及通常通過模塊48,50及52的系統(tǒng)監(jiān)督及網(wǎng)絡作業(yè)。此種程序設計大致顯示為操作員界面程序340，系統(tǒng)監(jiān)督者程序342及網(wǎng)絡界面程序344。操作員控制面板46提供系統(tǒng)326的整體控制，包括擺動器16、焊接電源42及旋轉式直線供給器總成18的設定與人工操作員控制。操作員控制面板46也就系統(tǒng)326可能發(fā)生的電流焊接情況以及任何錯誤反饋給操作員。使用本發(fā)明焊接操作一旦于操作員控制面板46設定完成即可完全自動化。
擺動器控制模塊48包括一微控制器346，它具有控制擺動器16的程序設計裝置，粗略顯示為擺動器程序348。擺動器控制模塊48也包括一網(wǎng)絡界面350，一并行I/O口352，一馬達控制器界面354及一馬達驅動器356。網(wǎng)絡界面350允許微控制器346通過網(wǎng)絡總線54與系統(tǒng)326的其它控制模塊通訊。并行I/O口352與微控制器346界面，帶有位置指標357用于決定擺動器16的絕對位置。馬達控制器界面354連結馬達驅動器356與微控制器346而允許控制擺動器馬達182。馬達控制器界面354也與正交編碼器208界面用于跟蹤擺動器位置。
焊絲供給控制模塊50包含一微控制器358，其包括焊絲供給控制程序360。網(wǎng)絡界面362連結微控制器356與總線54。并行I/O口364界面微控制器358與一或多個編碼器366用于旋轉監(jiān)視旋轉式直線供給器總成18的驅動馬達260。焊絲供給控制模塊50額外包括一伺服放大器界面368及馬達方向界面370，用于與伺服放大器372及馬達260通訊。
焊接電源模塊52包括一微控制器，帶有焊接電源程序376，及一網(wǎng)絡界面378用與總線54通訊。模塊52也包括一電壓控制界面380，用于與伺服放大器38通訊，及信號輸出384及并行I/O口386用于與焊接電源42及水流檢測器388通訊。
網(wǎng)絡總線54優(yōu)選包含單一6線電纜，包含三對經(jīng)過屏蔽及紐結的18號導線。總線54提供公用中樞鏈路而連結多個分立控制模塊成為單一實體，而不是集中控制系統(tǒng)般的控制線與輸入線的“蛛網(wǎng)”。如此分布式焊接控制系統(tǒng)326通過免除長而復雜的纜線可減少系統(tǒng)維修，降低系統(tǒng)電磁噪音，原因為單一小纜線比纜線陣列更易屏蔽。通過將自行偵錯能力合并入各模塊的程序而使修復簡化。網(wǎng)絡通訊使用單一對紐結導線，帶EIA RS-485信號及標準8位NRZ ASCⅡ碼集合，每一位以單一開始位及單一中止位編碼而無奇偶校驗。另兩對紐結導線總線54分別載有12V的邏輯功率及24伏的馬達驅動功率。此二電源彼此隔離以防接地回路通訊及焊接造成過大EMI。總線54優(yōu)選包括額外的分開纜線(圖中未顯示)其供電120伏給控制系統(tǒng)326關聯(lián)的伺服放大器(下文詳述)。
操作員控制面板46的操作員控制器336包含開關形式的輸入來選擇多種功能，機械編碼器用于設定項目值或參數(shù)，來自LCD338的控制及位置數(shù)據(jù)，以及由控制系統(tǒng)36的其它模塊48,50及52送返的數(shù)據(jù)信息包。特別參照圖25，輸入開關優(yōu)選包括電線開關390，洗凈開關392，速度開關394，寬度開關396，中心線開關398，停頓開關400，擺動器模式開關402，焊接模式開關404，功率開關406，程序開關408，周期起點開關410，周期終點開關412及緊急中止開關414。操作員控制器336也包括由數(shù)字編碼器監(jiān)控的旋轉控制鈕。控制鈕附接至人工定位編碼器軸且執(zhí)行類似控制系統(tǒng)的大致相同電位計功能。編碼器優(yōu)選形狀、安裝及轉動皆類似電位計。如圖所示，操作員控制面板46包括安培編碼器鈕416，伏特編碼器鈕418及一般編碼器鈕420其可根據(jù)選定速度、寬度、中心線及停頓開關394,396,398,400輸入各種輸入值。操作員控制面板46包括的輸出優(yōu)選包含狀態(tài)指示器LED(圖中未顯示)，LCD338以及通過網(wǎng)絡總線54發(fā)送至系統(tǒng)326其它模塊48，50,52的數(shù)據(jù)信息包。
再度參照圖24A及圖24B以及圖25，操作員控制器336的輸入允許操作員作焊接操作的多種參數(shù)設定，包括設定值及控制值，作業(yè)模式及程序模式。設定及控制值指示控制系統(tǒng)326的不同模塊48,50,52,54。一旦數(shù)值有任何改變，模塊參數(shù)即刻跨越控制系統(tǒng)326更新。各模塊46,48,50,52的邏輯段由電池供電，允許即使當分布式控制系統(tǒng)326關閉電源時個別模塊仍可有選定的參數(shù)。
操作員控制面板46優(yōu)選包括三個分開程序其可介于其間發(fā)送數(shù)據(jù)。這些程序如前述為操作員界面程序340，系統(tǒng)監(jiān)督者程序342及網(wǎng)絡界面程序344。操作員界面程序340包括解碼來自開關390-414的輸入的裝置及操作員控制336的編碼器416-420。操作員界面程序340也包括更新LED及LCD338顯示的狀態(tài)信息的裝置。當參數(shù)值通過操作員控制器336更改時，由操作員界面程序340設定旗標，通知系統(tǒng)監(jiān)督者程序342新參數(shù)值。
控制系統(tǒng)326選定的工作模式?jīng)Q定焊接系統(tǒng)10的多種作用。選定的工作模式優(yōu)選包括人工模式、自動模式及程序模式。人工模式允許操作員人工設定或定位焊接系統(tǒng)10的多組件，且防止自動化作業(yè)期間模塊48,50,52跑開。自動化模式允許自動化作業(yè)，防止操作員不慎更改組件的設定或位置。
控制系統(tǒng)326的程序模式用于對多個不同自動化焊接周期狀態(tài)使用本發(fā)明的自動化模式設定參數(shù)。特別參照圖26，以圖形顯示本發(fā)明的優(yōu)選自動化焊接周期，其中焊接電壓輸出及焊絲供給速率變化顯示跨越一焊接周期的時程。通常自動焊接周期包括循序出現(xiàn)的多個不同條件或狀態(tài)。如圖23所示，優(yōu)選自動焊接周期包括啟動狀態(tài)(A)，初步焊接狀態(tài)、時間或期間(B)，漸升焊接狀態(tài)(C)，程序焊接狀態(tài)(D)，漸降焊接狀態(tài)(E)，最終焊接狀態(tài)(F)及整理狀態(tài)(G)。三項主要狀態(tài)為初步狀態(tài)(B)。程序焊接狀態(tài)(C)及最終狀態(tài)(D)，其構成自動焊接周期的大半時間。各種狀態(tài)或條件持續(xù)一段預定或預設時間，初步狀態(tài)(B)及最終狀態(tài)(F)通常持續(xù)時間相當短，約0.2至30秒。自動焊接周期由周期開始開關366啟動而激勵開始狀態(tài)。周期結束開關368開始漸降狀態(tài)接著為最終及整理狀態(tài)。啟動狀態(tài)用于建立電弧，一旦有電流流到焊接處則接著為初步狀態(tài)。整理狀態(tài)出現(xiàn)于焊絲供給停止后，且允許焊絲由焊接處回燒以防焊絲被捕陷于冷卻后的熔池內。焊接狀態(tài)期間，大半焊接形成的同時焊絲及導管皆被消耗。焊接周期的焊接狀態(tài)編號及類型以及該等狀態(tài)的焊接參數(shù)可視需要對不同的焊接操作改變。
參照圖1及圖24A及24B，對前述各狀態(tài)選定的參數(shù)決定焊接條件通常分為兩大類焊接參數(shù)及擺動參數(shù)。焊接參數(shù)通常為電壓，其控制焊接電源42的輸出，及電流或安培，其由旋轉式直線供給器總成18的焊絲供給速率控制。擺動參數(shù)為速度、寬度、中心線、停頓時間及電壓，全部皆隨擺動器16的運動方向改變。維持特定焊接條件的時間或期間等多種狀態(tài)依據(jù)使用的焊接容積及焊接供給速率決定。全部參數(shù)皆用于自動化焊接周期，由操作員通過操作員控制器336輸入程序模式且儲存于微控制器328的非揮發(fā)性存儲器。這些參數(shù)由網(wǎng)絡界面程序344傳遞給適當控制模塊。
系統(tǒng)監(jiān)督者程序342負責指導前述自動化焊接周期。系統(tǒng)監(jiān)督者程序342也監(jiān)視各控制模塊48,50,52，當發(fā)生故障時可中斷焊接作業(yè)。因各控制模塊的微控制器包括備用電池來維持預設參數(shù)，故系統(tǒng)監(jiān)督者程序342協(xié)調各自動化焊接周期的起點，確認擺動器16、旋轉式直線供給器18、與焊接電源42于正確時間于各種狀態(tài)間切換，發(fā)信號通知改變給最終狀態(tài)，及發(fā)出最終關機指令。計時裝置例如振蕩石英晶體(圖中未顯示)結合微控制器328。系統(tǒng)監(jiān)督者程序342依據(jù)計時裝置每100毫秒發(fā)出一個時間單位指令。若錯過多于一個預設計時單位，網(wǎng)絡54的控制模塊48,50,52則將關機。
系統(tǒng)監(jiān)督者程序342于焊接作業(yè)期間要求得自控制模塊48,50,52的數(shù)據(jù)。要求得來的數(shù)據(jù)用于更新顯示于LCD338的信息，確認選定的焊接及擺動參數(shù)皆維持不變，以及提供控制模塊的操作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)監(jiān)督者程序342監(jiān)視控制系統(tǒng)326有關數(shù)據(jù)請求信息包。若特定控制模塊要求控制系統(tǒng)326的其它模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)，則于確認返回的數(shù)據(jù)是來自適當來源后處理該數(shù)據(jù)請求信息包。若特定控制模塊要求控制系統(tǒng)326的其它模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)，則于確認返回的數(shù)據(jù)是來自適當來源后處理該數(shù)據(jù)請求信息包。例如焊接電源控制器52監(jiān)視網(wǎng)絡有關來自擺動器控制器48的信息。焊接電源控制器52可于擺動器16的停頓時間內變更焊接電壓參數(shù)。來自擺動器控制模塊48的數(shù)據(jù)信息包是由工作旗標組成，包括一指示擺動器16(圖1)是否為停頓狀態(tài)的旗標，靠此通知焊接電源控制器52何時更改電壓。
操作員控制面板46的網(wǎng)絡界面330與控制模塊48,50及52的網(wǎng)絡界面350,362及378的差異分別為操作員控制模塊46為主控模塊，其帶有網(wǎng)絡界面程序344，可初始化全部跨越控制系統(tǒng)網(wǎng)絡的通訊。其它模塊的網(wǎng)絡界面350,362及378為從屬界面，其僅能應答來自操作員界面模塊46的請求。網(wǎng)絡界面程序344提供網(wǎng)絡通訊協(xié)定，優(yōu)選使用EIA RS-485信號及標準8位NRZ ASCⅡ碼集合。每一位是以單一開始位及單一結束位編碼而無奇偶校驗。源自各控制模塊48,50,52的特征信息可通訊回操作員控制模塊46且顯示于LCD338給操作員。網(wǎng)絡界面程序344將源自系統(tǒng)監(jiān)督者程序342的請求轉成信息包，將信息包發(fā)送給特定控制模塊，及等候來自特定控制模塊的響應。若在設定時間以內未接受的響應則可再次發(fā)送信息包。
網(wǎng)絡訊息優(yōu)選由十六進制ASCⅡ字符信息包組成，其始于特殊開始字符而終于特殊結束字符。各對十六進制字符編碼一個信息位。開始字符后的首二字符編碼訊息類型及模塊地址。接著為0至30字符(實際數(shù)目隨訊息類型改變)其提供額外控制及數(shù)據(jù)信息。結束字符之前的最末二字符編碼位在檢查和前方全部字符(開始字符除外)的8位元模塊檢查和。信息包包括開始及結束字符的最短可能長度為6字符及最長可能長度為36字符。信息包內若含有非十六進制字符(開始及結束字符除外)則被賜除，或若含有奇數(shù)十六進制字符，或若嵌置的檢查和不匹配檢查和計算值則被賜除。
主控操作員控制面板46可定址多達30個其它從屬控制模塊，各自由硬件開關指定一個地址。如所示，控制系統(tǒng)326僅包括3個從屬模塊，亦即擺動器控制器48，焊絲供給控制器50及焊接電源控制器52。如此本發(fā)明的控制系統(tǒng)具有高度擴充性及配合性，容易修改而包括焊接系統(tǒng)10其它方面的多種額外控制模塊，例如焊劑速率控制，焊縫跟蹤及多種焊炬14的平移移動。從屬模塊具有1至30的地址。主控操作員控制面板模塊46被指定一個31的地址。
地址“零”是用于特殊用途信息包。通常有三類型信息包地址零信息包其請求全部模塊；地址1至30信息包其請求特定模塊；及地址31信息包。地址31信息包為從控制模塊對主控操作員界面模塊46的響應。地址零信息包為來自操作員控制面板328對網(wǎng)絡全部控制模塊的請求，例如前述時間單位信息包。其它地址零信息包包括周期開始、周期中止及緊急中止。主控操作員控制面板模塊46的網(wǎng)絡界面330發(fā)送地址零信息包后并未預期響應，因該信息包是由全部控制模塊接收。
地址1至30信息包為特定控制模塊的指令及請求。這些信息包包括參數(shù)更新、數(shù)據(jù)請求及單一模塊開始及結束指令。主控操作員控制面板模塊46預期由定址的從屬模塊接收到應答。若從屬模塊送返錯誤應答或根本未應答則將再發(fā)送信息包。
地址31信息包是來自地址1至30信息包給主控操作員控制面板模塊46的應答。這些信息包包括訊息OK，訊息錯誤及由數(shù)據(jù)請求信息包送返的數(shù)據(jù)。除了含有可由特定從屬模塊使用的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)應答信息包外，從屬模塊將忽略全部信息包。
擺動器控制模塊48控制及供電給擺動器16的轉軸176a,176b及線性致動器180a,180b，擺動器于焊接期間使焊炬14往復。擺動器控制模塊48的馬達驅動器356包括光學隔離H字形橋(圖中未顯示)，其提供24伏高達10安培的馬達驅動功率而驅動馬達182。微控制器346的擺動器程序348監(jiān)視正交編碼器208，提供線性致動器180a,180b定位控制至0.005英寸。線性致動器180a,180b的速度控制在0.5IPM至50.0IPM的范圍且利用擺動器程序346控制于0.1IPM。由擺動器程序346提供的安全操作包括過度位置誤差檢測及熱關機控制且具有自動復原能力。并行I/O 352接收來自位置索引指示器357的光學隔離輸入，以及可額外接收繼電器用于控制由焊劑分配器298或其它焊接系統(tǒng)10相關裝置供給焊劑。
擺動器控制模塊48的馬達控制界面354優(yōu)選為分開施用至特定集成電路(ASIC)，其是由擺動器控制程序348指導。馬達控制功能由微控制器346離開負載至分開的ASIC，允許擺動器控制程序348更為良好地控制整個擺動順序，也提供于更高滑動速度的更佳準確度。馬達控制界面354通過8位并聯(lián)總線(圖中未顯示)與微控制器346及擺動器控制程序348通訊。馬達控制界面354由正交編碼器208讀取輸入，其提供位置及速度反饋給擺動器控制程序348。若馬達控制器界面354檢測的有關線性致動器180a,180b的偏位錯誤時，產(chǎn)生擺動器控制程序348中斷。如此允許擺動器控制程序348于安裝的馬達182及馬達驅動器356過熱及受損前關閉驅動系統(tǒng)。馬達控制器界面354的指令由擺動器控制程序348由接收自操作員控制面板46的參數(shù)產(chǎn)生。
擺動器控制程序348跟蹤擺動器16(及焊炬14)的線性致動器180a,180b的絕對位置，原因為馬達控制界面354相對于零位置啟動。擺動器控制程序348保有絕對位置及其它控制參數(shù)于微控制器346的電池供電存儲器?？刂茀?shù)是由操作員控制面板46對全部自動化焊接周期的自動焊接狀態(tài)規(guī)定行進方向(右行及左行)。這些參數(shù)包括速度、停頓時間及擺動寬度。另一參數(shù)為中心線位置，其對全部操作模式皆相同。位置指數(shù)357用作參考點，其允許擺動器控制程序348相對于已知固定位置比較線性致動器180a,180b的絕對位置。擺動控制參數(shù)是由操作員于程序模式式使用操作員控制面板46上的適當速度、寬度、中心線及停頓開關394、396、398、400設定。
操作員控制面板46的系統(tǒng)監(jiān)督者程序342每隔100毫秒發(fā)出一個數(shù)據(jù)請求信息包給擺動器控制模塊48。這些信息包提供焊接電源控制器52的效果，當擺動器16停頓于行程末端時須了解該效果。當操作員控制面板46是于程序模式式擺動器16被鈍化，如此允許操作員安全設定擺動器16的參數(shù)而無需擔心有關導管96對焊靴62a或62b短路。若馬達控制器界面354因使用線性致動器180a,180b檢測得偏位錯誤而中斷擺動器控制程序348，則系統(tǒng)監(jiān)督者控制程序342將在檢查來自擺動器控制模塊48的數(shù)據(jù)應答信息包的錯誤旗標時決定是否出現(xiàn)嚴重錯誤。
焊絲供給控制器50驅動旋轉式焊絲供給矯直器總成18且?guī)в须妷嚎刂扑欧糯笃?72。位置及速度精度隨馬達260的性質及馬達260或總成18驅動系統(tǒng)關聯(lián)的編碼器366的分辨率決定。并行I/O 364接收來自編碼器366的輸入。其它板上I/O包括來自開關及斷電器的光學隔離輸入(圖中未顯示)用于控制焊接系統(tǒng)10關聯(lián)的其它外部裝置。焊絲供給控制模塊50無須馬達控制界面的單獨ASIC，原因為大半焊接操作的焊絲供給速率無需擺動器16所需的高精確度馬達控制。
線供給程序360使用正向供給演算法控制旋轉式直線供給器總成18的控制馬達260，原因為經(jīng)過控制的參數(shù)為焊絲速度或供給速率，而無須擺動器控制模塊48定位邏輯。來自標準數(shù)/模轉換器(圖中未顯示)的輸出用于設定電壓控制伺服放大器372的輸出水平。馬達260的方向通過使用繼電器(圖中未顯示)切換伺服放大器372的輸出選擇。焊絲速度或供給速率用作控制參數(shù)，而非焊接電源42的電流輸出(安培)，原因為電流輸出與多種其它變量(焊絲供給速率以外的變量)有關而難以控制。使用焊絲供給速率作為控制參數(shù)也降低微控制器358對焊絲供給控制模塊50的工作負載，原因為微控制器358無須通過焊接電源控制模塊52監(jiān)控來自焊接電源42的電流(安培)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息包。
電流-焊絲供給速率檢查表儲存于微控制器358的存儲器，其允許焊接操作員將焊接條件安培數(shù)輸入控制面板46而不是輸入焊絲供給速率。電流-焊絲供給速率表在校準焊接過程產(chǎn)生，且將隨焊接電源42及焊絲102的規(guī)格及類型而定。校準焊接期間，焊絲供給控制器50監(jiān)視來自焊接電源控制器52的數(shù)據(jù)請求應答，及提取電流輸出數(shù)據(jù)。來自焊接電源控制器52的電流輸出連同來自編碼器366的輸入和輸出至伺服放大器372的電壓用于建立電流-焊絲供給速率換算表。
焊絲供給方向可為正向及逆向，但自動化焊接周期期間，焊絲供給方向通常限于正向。當操作員控制面板48處于手動模式時，操作員可于任一方向推桿線而使焊絲定位于焊接或用于維持DWCS。焊絲推進速度儲存于微控制器358的存儲器作為獨立于焊絲供給速率的值且是基于源自伺服放大器372的輸出的百分比。
焊接電源控制器52提供焊接電壓控制及來自焊接電源42的反饋。焊接電源控制器52的輸出是由SPST繼電器構成，其控制焊接電源接觸及數(shù)-模轉換器(圖中未顯示)，數(shù)-模轉換器(圖中未顯示)可提供12位±12伏輸出，可支持不同焊接電源42的控制電壓需求。來自焊接電源42的電壓及電流輸入通過焊接電源控制模塊52傳遞至操作員控制面板48及網(wǎng)絡上其它模塊。焊接電源控制模塊52也包括來自水流檢測器388的水流檢測輸入。數(shù)-模轉換器及關聯(lián)的模擬輸入電路是與控制器52電路板的邏輯及通訊區(qū)段(微控制器374)作光學隔離及彼此隔離。此種隔離允許各區(qū)段于不同電壓浮動，且保持來自電源輸入的EMI不會干擾焊接電源控制模塊52的操作。
在自動化焊接周期期間，操作員控制面板46詢問焊接電源控制模塊52有關焊接電源42的電壓及電源輸出電平。此項信息用于監(jiān)視焊接周期且顯示于操作員控制面板46的LCD338上。操作員控制面板46也接收來自電源控制模塊52的旗標集合，指示焊接電源42及冷卻水流系統(tǒng)狀態(tài)。焊接電源控制模塊52在檢測器388指示冷卻水流故障時將關閉焊接電源42，若無冷卻水流流動則不關閉接觸器而激勵焊接電源42。操作員控制面板46在未檢測到冷卻水流時不允許焊接周期開始，且當焊接電源控制模塊52通知未檢測冷卻水流時將關閉焊接周期。操作員也在LCD338上被告知問題。
從焊接操作員觀點看來，焊接系統(tǒng)10連同其分散焊接控制系統(tǒng)326進行單一集成系統(tǒng)。此種集成是通過獨立微控制器網(wǎng)絡于多種控制模塊上完成，各個模塊控制焊接系統(tǒng)10的單一部分。這些微控制器是由主系統(tǒng)監(jiān)督者程序342監(jiān)督，其提供設定信息給各控制模塊并詢問該模塊有關用于監(jiān)視與控制焊接系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)監(jiān)督者程序342無須了解各個模塊是否執(zhí)行任務，而僅了解由各模塊接收的建立模塊所須信息及數(shù)據(jù)。此種配置提供系統(tǒng)的靈活性及擴充性，分布式焊接控制系統(tǒng)326的配置設計以及具有不同能力的模塊可更換而控制焊接系統(tǒng)10的各方面，無須再度程序設計分布式焊接控制系統(tǒng)326。系統(tǒng)監(jiān)督者程序342甚至依據(jù)網(wǎng)絡總線54所建各模塊可配合控制界面及操作員界面。也允許各模塊于嚴重錯誤情況下關機，而無論接收自監(jiān)督者程序342的指令如何皆是如此。
本發(fā)明的焊接控制系統(tǒng)326優(yōu)選提供各焊接周期間記錄各方面及參數(shù)。數(shù)字記錄焊接數(shù)據(jù)的裝置是以串行口421形式提供于操作員控制器336上，其允許控制系統(tǒng)326界面至已知快閃存儲卡界面或軟磁盤機(圖中未顯示)等已知數(shù)字記錄裝置。如此在焊接周期由操作員輸入操作員控制器336的全部數(shù)據(jù)，以及焊接周期期間由控制系統(tǒng)326各模塊48,50,52通訊至操作員控制面板46的全部數(shù)據(jù)皆可記錄于快閃存儲卡或軟盤或其它存儲媒體而存儲供未來使用。若未來有特定焊接故障，全部有關該次焊接的數(shù)據(jù)皆可迅速取得容易查閱。由于電弧焊接產(chǎn)生的電磁場，快閃存儲卡上存儲數(shù)據(jù)通常比軟盤更佳。
焊劑分配器控制模塊(圖中未顯示)也包括控制系統(tǒng)326且與總線54有一界面。焊劑分配器控制模塊優(yōu)選包括內部微控制器，其含有程序設計化裝置用于響應焊接電壓及焊接電流控制焊劑分配器298分配焊劑的速率。一般而言，在垂直焊接期間，焊劑熔池深度及焊接穩(wěn)定性將影響焊接電流及焊接電壓。當焊接熔池過深時，焊接極為安靜穩(wěn)定。當焊接熔池太淺時焊接變得不穩(wěn)定，焊接電壓及焊接電流起伏波動或出現(xiàn)波尖。焊接電壓及焊接電流靠控制系統(tǒng)326檢測并送至焊劑控制模塊，其隨后以可響應檢測到的焊接電壓及焊接電流的速率由分配器298分配焊劑。關聯(lián)焊劑分配器控制模塊的程序設計化裝置包括預定焊接電壓及焊接電流極限，該極限對應于焊劑熔池深度且是用于控制來自焊劑配器298的焊劑分配速率。焊劑分配速率實體上是由帶304的速度控制，帶速度可由焊劑分配器控制模塊改變。
大致參照圖1至圖26，使用工字梁56及加強板58作為工件說明使用焊接系統(tǒng)10的方法。如前述，焊接系統(tǒng)10用于工字梁56及加強板58單純?yōu)榕e例說明，焊接系統(tǒng)10依據(jù)焊接系統(tǒng)10所預定的特定用途可用于多種不同金屬基板、工件或基體金屬零件。所以，下述特定步驟及步驟順序不得視為限制性。
使用焊接系統(tǒng)10時，操作員通常水平設置工字梁56使之跨越地板高度的支持件60a,60b，工字梁56的腹板89大致平行地板44，工字梁56的凸緣86a,86b大致垂直地板44。加強板58經(jīng)切割及修裁而嵌合于凸緣86間，故當加強板58置于凸緣86a,86b間時，適當間隙如3/4英寸至1英寸保持于加強板58末端與凸緣86a間。加強板58是使用已知焊劑中心焊絲水平焊接技術焊接至腹板89。
水平焊接加強板58至腹板89前，焊接操作員定位焊接夾具12于工字梁56，凸緣86a位于夾具12的開口84a,84b內部，中心線64及導管96大致靠近加強板58邊緣與毗鄰凸緣86a間的間隙中心，如圖6最清晰顯示。焊接夾具12是靠手動鎖緊螺絲78a,78b牢固固定于凸緣86a，故凸緣86a是牢固夾持于撐桿80a,80b與撐桿82a,82b間。右/左定位螺絲68是靠轉動鈕76或輪72旋轉而將焊靴62a,62b調節(jié)至毗鄰凸緣86a與加強板58末端間的間隙而界定垂直焊穴104,導管96及焊絲102大致位于焊穴104的沿中心線64中央。焊靴662a,62b的絕緣涂層106是面對焊穴104。冷卻水或空氣是以已知方式循環(huán)通過焊靴62a,62b。定位焊劑分配器298的滴管320，可提供焊劑至焊穴104，及通過啟動馬達310驅動焊劑分配器帶304供給焊劑粉末至焊穴104。
使用操作員控制面板46，焊接操作員將控制系統(tǒng)326使用程序開關408置于程序模式，然后輸入或預設焊接參數(shù)或條件用于使用操作員控制面板46上的適當開關進行自動化焊接周期。如前述，參數(shù)包括電弧電壓，電弧電流，焊線供給速率及擺動器設定值。參數(shù)的特定值將隨加強板58及工字梁56尺寸及焊穴104的大小及形狀而異。此外，選定的參數(shù)通常對于自動化焊接周期的各種狀態(tài)不同。焊接參數(shù)已經(jīng)輸入后，控制系統(tǒng)326使用程序鈕408切換至自動模式。
操作員啟動周期開始開關410而啟動起始焊接條件或狀態(tài)，持續(xù)至熔融焊劑熔池形成于焊穴104底為止。焊絲102靠旋轉式直線供給器總成18前進，故焊絲102末端接觸基體金屬(腹板89)并撞擊電弧而開始初步焊接狀態(tài)。焊炬14及導管96是根據(jù)預定設定值或參數(shù)于焊穴104內部靠擺動器16擺動。初步焊接狀態(tài)或時間結束時，控制系統(tǒng)326隨后拉高焊接電壓及焊絲供給速率并切換至程序焊接狀態(tài)。焊接向上進行至凸緣86及板58頂端此時焊穴104填滿。當焊接接近凸緣86及板58頂端且接近完成時，操作員啟動操作員控制面板46上的周期停止開關412。程序焊接狀態(tài)期間，焊絲102及導管96被消耗而填補焊穴104，形成焊接連結凸緣86a至加強板58毗鄰邊緣。周期停止開關412漸降焊接電壓及焊絲供給速率而引發(fā)最終焊接狀態(tài)，直至焊接電源42的電源接觸器降低而結束電弧并停止焊絲供給為止。焊絲供給停止后的完成狀態(tài)允許焊絲102由焊接處回燒，防止焊絲102被捕陷于冷卻后的焊接熔池中。
如此完成焊接時，控制系統(tǒng)326通過操作員控制面板46上的程序開關408返回手動模。焊接作業(yè)細節(jié)若有所需可下載至外部個人電腦及/或記錄于軟盤。焊靴62a,62b靠手啟動定位螺桿68拉開，焊接夾具12靠松開鎖緊螺絲78a,78b而與凸緣86a脫離。然后焊接夾具12移動毗鄰加強板58的反端，適當定位且牢固固定于凸緣86b，重復前述過程焊接加強板58的相對緣至凸緣86b。
當加強板58的二緣如前述皆已經(jīng)焊接至工字梁56的相對凸緣86a,86b時，焊接夾具12可移動至工字梁56的另一位置用于焊接另一片加強板，或工字梁56可旋轉180度而使加強板焊接于工字梁56的相反邊。無需后備桿或撐桿來夾持加強板58或焊靴62a,62b定位，每次焊接的整個實體設定時間少于1分鐘。對任何工字梁焊接至加強板58無須重新定位工字梁56。因焊接夾具12連同附著的焊炬14及擺動器16以及操作員控制模塊46質量輕且可攜帶，單人可操控本發(fā)明的焊接系統(tǒng)10并在相當短時間內鋪設多片加強板于工字梁。若焊絲102于焊接周期期間熔合至導管96，旋轉式直線供給器224a對焊絲102施加的向下力傳遞給導管96，將導管96向下移入熔融焊接熔池，此處焊接熱解除焊絲102與導管96的熔合，允許焊接周期繼續(xù)而不會中斷。銅焊靴62a,62b上的絕緣涂層106可防止先前使用電渣焊接技術造成災難性導管96對焊靴62a,62b短路。
使用焊接系統(tǒng)10可以手動模以人工交替進行而非以自動焊接周期進行。至于另外替代例，分布式焊接控制系統(tǒng)326可由焊接系統(tǒng)10刪除，操作員可利用與焊接電源42、擺動器16及焊絲供給器矯直器總成18分別關聯(lián)的控制器以標準方式設定焊接參數(shù)。若無需矯直焊絲，則焊絲102可靠已知線供給器32而非旋轉式直線供給器總成18供給至焊炬14及導管96。
前述使用焊接系統(tǒng)10鋪設加強板于工字梁的方法的變型大致示例說明于圖27至圖30，其中類似的標號表示類似部件。圖27至圖30所示方法中，首先于工字梁56的腹板89切割開槽422，準備細長加強板424，其構造及配置為當對中定位于開槽422時，加強板424由工字梁56兩邊腹板89向外伸展而界定上板部426及下板部428。如此單板424對工字梁56兩邊提供加強件，工字梁56只需要最少重新定位來鋪設加強件于工字梁56兩邊。
為了使用帶有細長加強板424及開槽422于腹板89的焊接系統(tǒng)10，焊接系統(tǒng)10優(yōu)選也包含焊靴夾緊總成430，其合并焊接夾具12使用。焊接夾緊總成430在焊接進行時大致設置于工字梁56下邊，容后詳述。但通常焊接操作員較為容易設定焊接，焊接夾緊總成430位于工字梁56頂邊或頂部，然后于焊接前旋轉工字梁56而使焊接夾緊總成430位于工字梁底側。如此為求清晰起見，加強板428底部在圖27至圖30是以面向上以焊接操作員使用本發(fā)明時可能觀察到的方式呈現(xiàn)。
焊靴夾緊總成430大致包含第一對焊靴432a,432b及第二對焊靴434a,434b，第一及第二對焊靴共同繞樞軸旋轉及可調聯(lián)接，容后詳述。焊靴432a,432b,434a,434b優(yōu)選為銅制，各自包括已知循環(huán)冷卻水的裝置(圖中未顯示)例如內部循環(huán)導管及冷卻軟管接頭。圖示焊靴432a,432b,434a,434b的結構及配置為緊密嵌合抵靠工字梁56的腹板98及凸緣86a,86b以及加強板424。
相對于第二對焊靴434a,434b對第一對焊靴432a,432b作位置調節(jié)的裝置設置有夾緊總成430，優(yōu)選包含一對定位螺桿總成436a,436b，其各自分別包括內螺紋套筒438a,438b。內螺紋套筒438a,438b各自包括內右螺紋(圖中未顯示)毗鄰一端及內左螺紋(圖中未顯示)毗鄰另一端。定位螺桿總成436a,436b各自包括右螺紋螺桿440a,440b及左螺紋螺桿442a,442b，各自螺紋連接于套筒438a,438b的對應右螺紋部及左螺紋部。右螺紋螺桿440a,440b靠鉸鏈444a,444b樞接聯(lián)接至焊靴432a,432b，左螺紋螺桿442a,442b靠鉸鏈446a,446b樞接聯(lián)接至焊靴434a,434b。靠旋轉套筒438a,438b，依據(jù)套筒438a,438b的轉向，第一對焊靴432a,432b可拉向或拉離第二對焊靴434a，434b。借此方式焊靴432a,432b,434a及434b可相對凸緣86a,86b作位置調節(jié)。
焊靴夾緊總成430也包括第一對焊靴432a,432b彼此相對作位置調節(jié)的裝置。位置調節(jié)裝置優(yōu)選包含一根定位螺桿總成448，它具有一內螺紋套筒450，帶有內右及左螺紋部(圖中未顯示)，及右螺紋螺桿452及左螺紋螺桿454，它們螺紋連接于套筒450的對應內右及左螺紋部。右螺紋螺桿452靠螺母458樞接聯(lián)接至焊靴支持件456，及左螺紋螺桿452靠螺母462樞接聯(lián)接至焊靴支持件460。支持件456靠安裝部464聯(lián)接至焊靴432a，及支持件460靠安裝部468聯(lián)接至焊靴432b。旋轉套筒450用于拉近或拉離焊靴432a,432b，隨轉向而定，且允許焊靴432a，432b相對彼此作位置調節(jié)及對加強板424底部428作位置調節(jié)。
第二對焊靴434a,434b相對彼此作位置調節(jié)的裝置也設置有焊靴夾緊總成430，優(yōu)選包含定位螺桿總成470，它具有內螺紋套筒472，帶有內部右及左螺紋部(圖中未顯示)，及右螺紋螺桿474和左螺紋螺桿476，其是螺紋連接于套筒472的對應內部右及左螺紋部。右螺紋螺桿474靠螺母480樞接聯(lián)接至焊靴支持件478，及左螺紋螺桿476靠螺母484樞接聯(lián)接至焊靴支持件482。支持件478靠安裝座486聯(lián)接至焊靴434a，及支持件482靠安裝座488聯(lián)接至焊靴434b。套筒472的旋轉用于拉近或拉離焊靴434a,434b，取決于旋轉方向以及允許焊靴434a,434b相對于彼此及低于加強板424底部428作位置調節(jié)。
焊靴夾緊總成430是用于首先于工字梁56腹板切割適當開槽422，及切割加強板424，故當加強板424定位于開槽422內部時，加強板424的頂部426及底部428由腹板89向外伸展，及一間隙定位于工字梁56的加強板424的邊緣與毗鄰凸緣86a,86b間。然后加強板424點焊定位。此時，工字梁56及加強板424優(yōu)選定位成加強板底部428向上而非向下以便輔助設定焊靴夾緊總成430。焊靴夾緊總成430是定位成第一對焊靴432a,432b毗鄰凸緣86a或86b，第二對焊靴434a,434b毗鄰相對凸緣。如所示焊靴432a,432b毗鄰凸緣86a，及焊靴434a,434b毗鄰凸緣86b。加強板424底部428是位于焊靴432a,432b間以及焊靴434a,434b間。套筒438a,438b旋轉至焊靴432a,432b緊密嵌合抵住凸緣86a，焊靴434a,434b緊密嵌合抵住凸緣86b,如圖27至圖30所示。套筒450旋轉至焊靴432a,432b緊密嵌套于或夾緊于加強板424底部428，及套筒472旋轉至焊靴434a,434b緊密嵌套于加強板424底部428。如此焊靴夾緊總成430牢固附著或聯(lián)接至加強板424底部428。套筒438a,438b旋轉使焊靴432a,432b,434a,434b對凸緣86a,86b施加向外壓力而輔助夾緊總成430定位。
如此定位焊靴夾緊總成430時，第一下垂直焊穴490大致界定于焊靴432a,432b凸緣86a及加強板424底部428邊緣間。同理，第二下垂直焊穴492大致界定于焊靴434a,434b，凸緣86b及加強板424底部428的另一邊緣間。一槽段(圖中未顯示)點焊于凸緣86a及加強板424底部428，槽段緊密嵌合抵住焊靴432a,432b，凸緣86a及加強板424底部428?？看朔绞降谝幌潞秆?90底部由槽段密封，且于焊接過程將防止熔融金屬由下焊穴泄漏。另一槽段(圖中未顯示)點焊于凸緣86b及加強板424底部428，使該槽段緊密嵌合抵住焊靴434a,434b，凸緣86b及加強板424底部428以防焊接過程焊接金屬由第二下焊穴292損失。
加強板424是使用已知腹板至加強板焊接而焊接至腹板89，該技術是采用已知水平焊接技術，優(yōu)選使用帶有焊劑中心焊絲的焊槍。已知腹板至加強板焊接典型包含四角焊、四雙重斜槽焊接、或二單斜槽焊接。經(jīng)濟上考慮通常將使操作員決定使用已知腹板至加強板焊接類型。腹板至加強板角焊可無須重新定位工字梁56進行。
如前述附著槽段且腹板至加強板角焊接后，工字梁56繞其縱軸旋轉，使加強板424下部428向下取向，焊靴夾緊總成430是位于工字梁56下方。再度參照圖2至圖6及圖4至圖30，焊接操作員隨后定位且牢固固定焊接夾具12于工字梁56上毗鄰加強板424的上部426，凸緣86a位于夾具12開口84a,84b內部，中心線64及導管96大致靠近加強板424上部426邊緣與毗鄰凸緣86a間的間隙中心。夾具12上的焊靴62a,62b是以前述方式通過定位螺桿68定位而界定上垂直焊穴(圖中未顯示)介于加強板424上部426與凸緣86a間。上焊穴通常類似圖6所示焊穴104，上焊穴大致接續(xù)下焊穴490而界定一細長焊穴，其順著加強板424的上及下部426,428的整個邊緣伸展。導管用于焊炬14，導管長而可在組合上及下焊穴長度上延長。然后以前述方式輸入自動化焊接周期的預定程序進行垂直焊接，以及執(zhí)行自動焊接周期，唯一差異為所形成的焊接的垂直長度或深度。焊接完成時，焊接夾具12移至凸緣86b，重復整個程序而形成第二垂直焊接，順著上焊穴(圖中未顯示)及第二下焊穴492的長度方向伸展。當二細長垂直焊接完成時，焊靴夾緊總成430靠著適當旋轉套筒438a,438b,450及472而從加強板424及凸緣86a,86b上松開。
若干焊靴夾緊總成430可同時設定于需要多片加強板的工字梁上。于工字梁腹板需要加強板的位置切割多道開槽，細長加強板插入開槽內并靠點焊牢固固定于其中。焊接夾緊總成430隨后以前述方式設定于加強板上。一旦全部焊靴夾緊總成皆已經(jīng)附狀定位，焊接操作員可下移工字梁連同焊接夾具12進行全部垂直焊接而無需于各次焊接間重新定位工字梁。此種配置可減少笨重工字梁的重新定位。
焊靴夾緊總成430連同焊接夾具12允許加強板安裝于工字梁56兩邊，且僅有二垂直焊接，一垂直焊接是順加強板的上及下部426,428邊緣連結凸緣86a，而另一垂直焊接是連結凸緣86b至加強板424上及下部426,428的另一邊緣。對工字梁56各邊需要切割及傾斜兩片分工加強板及設定并執(zhí)行4次垂直焊接，可以前述方式使用細長加強板424貫穿工字梁56腹板89開槽422連同焊靴夾緊總成430及焊接夾具12消除。
現(xiàn)在參照圖31，顯示焊靴總成494的替代實施例，其中類似的標號表示類似部件。圖1的焊靴總成494用于形成對焊，而圖6所示的焊靴配置用于形成T字形焊接。焊靴總成494包括一對焊靴496a,496b，其構造及配置是用于介于對相對板端498a,498b間執(zhí)行對焊作業(yè)。焊靴496a,496b界定一介于板端498a,496b間的焊穴500。焊靴496a,496b用于焊接夾具12且聯(lián)接至焊接夾具12的活動桿66a,66b(圖4)，及焊靴496a,496b是以前文對焊靴62a,62b所述方式進行位置調節(jié)。調節(jié)焊靴496a,496b的回縮位置以虛線表示。焊接夾具12定位成中心線64、焊絲102和導管96位于介于板端498a,498b中間的焊穴500內部。焊靴496a,496b優(yōu)選為銅制，且優(yōu)選以前述方式包括熱及/或電絕緣涂層或部分502。
其次參照圖32，顯示根據(jù)本發(fā)明的導管504的替代實施例的剖面圖。如前述，旋轉式直線供給器總成18可同時矯直及供給兩根焊絲至一焊接處，焊炬14的構造及配置可容納兩根焊絲且導引兩根焊絲進入一焊接熔池。導管504為加腹板的導管且包括一片腹板506位于一對容納焊絲(圖中未顯示)的導管508,510間。有腹板導管504的構造及配置比使用兩根已知導管可將焊接電弧能展開于更寬廣區(qū)域。加腹板導管504是由一對相對的細長板512,514組成。板512包括一對縱通道516a,516b，而板514包括一對細常通道518a,518b，其是靠金屬彎曲或軋制技術制成。板512,514共同設置且沿邊緣靠焊縫520，522接合，故通道516a,516b界定管508及通道516b,518b界定管510。
以前述方式使用本發(fā)明的方法通過參照圖33大致顯示的流程圖以及圖27至圖30將更為明了。于步驟600，加強板424設定于工字梁56上，加強板424的位置大致垂直腹板89及凸緣86a,86b，有一間隙位于加強板424與凸緣86a,86b間。優(yōu)選此步驟包括切割開槽422(圖27)于工字梁56的腹板89的步驟，細長加強板424的構造及配置當對中定位于開槽422時，加強板424由腹板89于工字梁56兩邊向外伸展而界定一上板部426及一下板部428。一加強板設定于工字梁上。當加強板424置于開槽422內時，加強板424上部426(圖28)及下部428由腹板89向外伸展，一間隙位于加強板424兩邊與工字梁56的毗鄰凸緣86a,86b間。然后加強板424點焊定位，及隨后使用已知腹板至加強板焊接而焊接至腹板89，該種焊接是靠已知水平焊接技術且優(yōu)選使用帶有焊劑中心焊絲的焊槍進行。
如前述，焊接系統(tǒng)10可用于焊接加強板于工字梁包括有或無開槽腹板。若腹板不含開槽，則步驟600大致是靠前述焊接加強板于腹板的方式進行。
于步驟610，焊靴底夾緊總成430(圖28)附接于工字梁56。如前述，焊靴夾緊總成430定位成第一對焊靴432a,432b位置毗鄰凸緣86a或86b，第二對焊靴434a,434b位置毗鄰相反凸緣。加強板424底部428定位于焊靴432a,432b及焊靴434a,434b間。套筒438a,438b旋轉至焊靴432a,432b緊密嵌合抵住凸緣86a及焊靴434a,434b緊密嵌合抵住凸緣86b，如圖28至圖30所示。套筒450旋轉至焊靴432a,432b緊密套住及夾緊于加強板424底部428，及套筒472旋轉至焊靴434a,434b緊密圈套于加強板424底部428。如此焊靴夾緊總成430牢固附著或聯(lián)接至加強板424底部428。套筒438a,438b旋轉使焊靴432a,432b,434a,434b對凸緣86a,86b施加向外壓力而輔助夾緊總成430定位。
如此定位焊靴夾緊總成430時，第一下垂直焊靴490(圖29)大致界定于焊靴432a,432b、凸緣86a及加強板424底部428邊緣間。第二下垂直焊穴492類似地大致界定于焊靴434a,434b、凸緣86b及加強板424底部428的對緣間。槽段(圖中未顯示)點焊于凸緣86a及加強板424底部428而密封第一下焊穴290底，另一槽段(圖中未顯示)是點焊于凸緣86b及加強板424底部428而于焊接過程密封第二下焊穴292。
于步驟620，設置焊接夾具12使之附著于工字梁。如前述，焊靴夾緊總成大致設定于工字梁頂部，然后工字梁56以其縱軸為軸旋轉使加強板424底部428向下取向，及焊靴夾緊總成430位于工字梁56下方。也參照圖2至圖6及圖27至圖30，焊接夾具12牢固固定于工字梁56，毗鄰加強板424上部426，凸緣86a位于夾具12的開口84a，84b內部，中心線64及導管96大致接近間隙中心介于加強板424上部426邊緣與毗鄰凸緣86a間。
于步驟630，夾具12的焊靴62a,62b通過定位螺桿68以前述方式定位而界定上垂直焊穴(圖中未顯示)介于加強板424上部426與凸緣86a間。上焊穴大致類似圖6所示焊穴104，上焊穴大致連續(xù)接至下焊穴490而界定一細長焊穴，其順著加強板424的上及下部426,428的整個邊緣伸展。焊炬14上的導管96優(yōu)選延伸于上及下焊穴合并后的全長。
于步驟640，組合焊穴以熔融金屬填補而形成連結加強板424至工字梁凸緣86a的焊縫。如前述，此步驟優(yōu)選由焊接操作員以前述方式進行，將預定參數(shù)通過操作員控制器336(圖25)將自動焊接周期輸入控制系統(tǒng)326(圖24A及圖24B)，并執(zhí)行自動化焊接周期而填補合并下及上焊穴且形成加強板至凸緣焊縫。步驟640可額外包括矯直焊絲及供給焊絲至焊炬14的步驟，及擺動焊炬14的步驟。
于步驟640完成后，焊接夾具12隨后移動至凸緣86b，重復該程序沿上焊穴(圖中未顯示)及第二下焊穴492的全長形成第二垂直焊縫。細長垂直焊接完成時，焊靴夾緊總成430及焊接夾具12從凸緣56及加強板424移開。
由上可知，本發(fā)明提供一種于不同條件下無須長期架設時間或使用笨重設備而允許快速且容易地制造高質量垂直焊接的焊接系統(tǒng)及方法，其特別適用于設定加強板于結構梁或柱。雖然前文說明涉及許多具體條件，但不視為限制本發(fā)明的范圍而僅供舉例說明幾個目前優(yōu)選的本發(fā)明的實施例。因此，本發(fā)明的范圍應由所附的權利要求及其法定等同物限定。
權利要求
1．一種焊接系統(tǒng)，包括(a)一焊接夾具，該焊接夾具包括可松開式聯(lián)接至工件的裝置，一對相對的焊靴，對稱于一中心線設置焊靴的裝置；及(b)一焊炬，該焊炬聯(lián)接夾具且靠近所述中心線。
2．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一可伸展式鉸接活接頭吊桿，所述焊接夾具連接于該活接頭吊桿之一端。
3．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括矯直焊絲及把焊絲供給到焊炬的裝置。
4．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括相對于所述中心線擺動焊炬的裝置。
5．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一翼形導管，該翼形導管可松開式聯(lián)接至焊炬，包括第一及第二細長板，第一及第二細長板各包括一縱通道，且第一和第二細長板接合在一起，所述通道相對且彼此相鄰定位而形成一中心管。
6．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一焊絲，該焊絲含約0.0001％至約0.05％硼。
7．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括焊劑分配裝置，用于提供焊劑至焊炬附近的一焊接位置。
8．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一分布式控制系統(tǒng)，該分布式控制系統(tǒng)包括多個控制模塊及連接多個控制模塊中的每一個的公用總線，多個控制模塊包括一操作員控制面板模塊。
9．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中在所述每個焊靴上進一步具有熱及電絕緣涂層。
10．如權利要求1所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一焊靴夾緊總成，該焊靴夾緊總成包括(a)第一及第二對焊靴；(b)第一對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；(c)第二對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；及(d)第一對焊靴相對于第二對焊靴調節(jié)位置用裝置。
11．一種焊接系統(tǒng)，包括；(a)一焊接夾具，該焊接夾具包括可松開式聯(lián)接至工件的裝置，一對相對的焊靴，關于一中心線對稱設置焊靴的裝置；(b)一焊炬，該焊炬聯(lián)接至所述焊接夾具且靠近所述中心線；及(c)擺動焊炬的裝置。
12．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括矯直焊絲及把焊絲供給至焊炬的裝置。
13．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一活接頭吊桿，所述焊接夾具結合于活接頭吊桿之一端。
14．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一翼形導管，該翼形導管聯(lián)接至焊炬，鄰接中心線，且具有第一及第二細長板，第一及第二細長板各包括一縱通道，第一及第二板接合在一起，所述通道彼此相對且相鄰定位從而在第一板和第二板間形成一中心管。
15．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊炬包括防止焊絲在焊接過程中熔合至導管的裝置。
16．如權利要求15所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊炬包括(a)一外管；(b)一中心管，該中心管滑動安裝于外管內部；(c)施加偏壓于中心管的裝置；(d)一輸入適配器；(e)夾緊裝置，用于可松開式夾持一導管；及(f)一軟導線，該導線連接輸入適配器及中心管。
17．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中所述擺動裝置包括(a)第一及第二細長平行的轉軸；(b)第一及第二線性致動器，該第一及第二線性致動器活動式安裝于第一及第二轉軸上；(c)當?shù)谝患暗诙D軸旋轉時沿第一及第二轉軸縱向平移第一及第二線性致動器的裝置；(d)測量線性致動器的移動的裝置；及(e)一保護殼體，該保護殼體罩住該第一及第二轉軸、第一及第二線性致動器、縱向平移裝置及測量裝置。
18．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊線矯直及供給裝置包括(a)一輸入軸承組，該軸承組包括多個傾斜軸承；(b)一輸出軸承組，該輸出軸承組包括多個傾斜軸承；及(c)一可調節(jié)式補償徑向軸承，位于輸入與輸出軸承組之間。
19．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一焊絲，該焊絲包括約0.0001％至約0.05％硼，及約0.01％至約0.10％鎳。
20．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一焊劑分配器，該焊劑分配器包括(a)一料斗；(b)一旋轉帶，該旋轉帶位于料斗下方；(c)一帶段，該帶段包括一凹陷區(qū)，傳動帶位于該凹陷區(qū)；及(d)至少一根滴管，該滴管與所述凹陷區(qū)下部相聯(lián)。
21．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一焊靴底夾緊總成，該焊靴夾緊總成包括(a)第一及第二對焊靴；(b)第一對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；(c)第二對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；及(d)第一對焊靴相對于第二對焊靴調節(jié)位置用裝置。
22．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，進一步包括一分布式控制系統(tǒng)，該分布式控制系統(tǒng)包括(a)多個控制模塊，其中至少一控制模塊包括一操作員控制模塊；及(b)一總線，該總線連接多個控制模塊。
23．如權利要求22所述的焊接系統(tǒng)，其中所述分布式控制系統(tǒng)進一步包括程序設計裝置，用于執(zhí)行下列作業(yè)(a)讀取由使用人輸入的控制參數(shù)，該控制參數(shù)包括焊接電弧電壓、焊接電弧電流、擺動器運動及焊絲供給速率；(b)在自動化焊接周期間控制焊接電弧電壓；(c)在自動化焊接周期期間控制焊接電弧電流；(d)在自動化焊接周期期間控制焊炬的擺動器運動；(e)在自動化焊接周期期間響應焊接電弧電壓及焊接電弧電流控制焊劑的分配；及(f)在自動化焊接周期期間控制焊絲供給速率。
24．如權利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中所述每個焊靴在其至少一個面上進一步包括熱及電絕緣涂層。
25．如權利要求22所述的焊接系統(tǒng)，其中所述分布式控制系統(tǒng)包括一擺動器控制模塊，一焊絲供給控制模塊及一焊接電源控制模塊。
26．一種焊接金屬基材的方法，包括下列步驟(a)設置一焊接夾具，該焊接夾具包括可松開地聯(lián)接至少一基材的裝置，一對相對的焊靴，關于一中心線對稱定位焊靴的裝置，以及一焊炬及導管，該導管靠近所述中心線；(b)定位第一及第二基材使之彼此相鄰且在第一與第二基材間有一間隙；(c)附接焊接夾具至至少一基材上，定位焊接夾具使中心線位于靠近二基材間的間隙處；(d)相對于中心線將焊接夾具的兩相對焊靴調節(jié)位置，使得在焊靴與基材間形成一焊穴，導管及中心線設置于焊穴內部；及(e)以熔融金屬填補焊穴而形成一連結所述基材的焊縫。
27．如權利要求26所述的焊接金屬基材的方法，進一步包括通過焊炬及導管供給一焊絲的步驟。
28．如權利要求27所述的焊接金屬基材的方法，進一步包括在焊穴內部擺動導管及焊絲的步驟。
29．如權利要求26所述的焊接金屬基材的方法，其中所述第一基材為工字梁及第二基材為加強板，該工字梁包括一對凸緣及一連結凸緣的腹板，該加強板定位成大致垂直腹板及凸緣，一間隙位于各凸緣與加強板間。
30．如權利要求29所述的焊接金屬基材的方法，進一步包括在腹板上切割一開槽及定位加強板于開槽內的步驟。
31．如權利要求30所述的焊接金屬基材的方法，進一步包括把一焊靴夾緊總成附設于加強板及工字梁的步驟，該焊靴夾緊總成包括(a)第一及第二對焊靴；(b)第一對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；(c)第二對焊靴相對于彼此調節(jié)位置用裝置；及(d)第一封焊靴相對于第二封焊靴調節(jié)位置用裝置。
全文摘要
一種焊接系統(tǒng)及使用方法,其允許單一焊接操作員執(zhí)行快速、容易且高品質的垂直焊接。焊接系統(tǒng)包含一焊接夾具,該夾具帶有一對相對的可調節(jié)位置的焊靴及鎖緊螺桿,該螺桿用于連接至一工件如工字梁上。焊接夾具位置鄰近活接頭吊桿末端,還有一焊炬及擺動器包含在焊接夾具上。一旋轉式直線供給器可在焊絲供給焊炬時以傾斜及螺線方式移動。焊炬可防止焊絲熔合至導管而中斷焊接作業(yè)。本發(fā)明包括分布式焊接控制系統(tǒng),包含多個控制模塊與一公用總線界面。控制系統(tǒng)允許焊接操作員對各種焊接操作的自動化焊接周期進行程序設計。本發(fā)明的焊接系統(tǒng)特別適用于把加強板安裝到結構梁上。
文檔編號B23K9/28GK1302244SQ99804947
公開日2001年7月4日 申請日期1999年4月1日 優(yōu)先權日1998年4月10日
發(fā)明者威廉·L·彭, 查爾斯·A·博克, 麥克爾·D·格萊恩－劉易斯 申請人:阿馬迪整合系統(tǒng)公司