專利名稱：具有短路控制的電弧脈沖焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電弧焊接技術(shù)，特別涉及一種具有短路控制的電弧脈沖焊機。
背景技術(shù)：
當使用用于脈沖噴焊的波形技術(shù)時，建立了一連串波形，其中每一波形包括一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流(background current)部分。通常由一脈寬調(diào)制器控制的一系列短路電流脈沖建立單個的波形，該脈寬調(diào)制器提供一給定的持續(xù)時間的脈沖而操作高速轉(zhuǎn)換的電源，例如變換器或一等效的中斷器。提供一脈沖式噴焊處理的以連續(xù)形式建立的單個波形的輪廓是由具有一輸出控制信號的波形發(fā)生器或波形整形器控制的。該數(shù)字或模擬的信號確定了在大于18-20kHz的頻率處操作的脈沖波調(diào)制器的脈沖的工作周期。用于脈沖焊接處理的脈沖波形的輪廓的設置的波形技術(shù)準確的控制了每一連續(xù)的脈沖或波形的輪廓。因而，可以有一個由焊接機執(zhí)行的均一脈沖噴焊處理。這樣的處理廣泛地用于填充沉重的工件之間的凹槽的根部，例如一管道的結(jié)合處或用于無支柱鋼板的焊接中的沉重的結(jié)構(gòu)鋼板之間的結(jié)合處。在過去，這樣的處理通常使用藥芯焊條，但藥芯焊條在控制焊縫(weld bead)的質(zhì)量方面引入了一定的困難。實際上，包芯焊條的制作需要非常小心從而防止在焊接金屬中過多的擴散的氫。因此，即使利用藥芯焊條已經(jīng)很成功，但是用于封閉根部的焊接處理的較低量的焊珠通常必須由一STT焊接處理進行沉積以控制熱量，從而進行不當焊接(out-of-position welding)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)脈沖焊接處理不如所想的牢固，是因為脈沖焊接的一個缺點是在短路時的低熱量輸入。通過檢測短路的存在而對短路尋址，然后以一控制的速率增加電流直到短路斷開。然后，繼續(xù)焊接處理。電流的這種間歇增長只燒掉了短路且中斷了焊縫的質(zhì)量。因此，脈沖噴射電弧焊接還沒有完全滿足于重型焊接操作(heavy welding operation)中的有開口的根部焊層(pass)的焊接，尤其是在使用固體絲電極(wire electrode)的時候。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一相比于以前的藥芯焊條程序具有均勻的較少的氫堆焊(weld deposits)，較高的焊條功效和改進的操作特點的焊接處理。本發(fā)明和氣體屏蔽一起使用且優(yōu)選采用固體金屬焊絲。該焊絲在堆焊中提供減少了的氫，但不是現(xiàn)有處理中選擇的焊絲。本發(fā)明的脈沖焊接處理具有一用于對隨機出現(xiàn)的短路尋址的改進程序。以這種方式，在電弧脈沖焊接中可以使用具有氣體屏蔽的實芯焊絲從而克服了使用藥芯焊條的以前的處理的缺點。本發(fā)明涉及一遷移金屬(transfer metal)的脈沖噴射處理，該處理使用一新穎的程序和方法去除在焊條和工件之間非故意的、隨機出現(xiàn)的短路。通過使用本發(fā)明，在金屬沉積中減少氫而趨向于消除氫氣輔助裂紋(hydrogen assistedcracking)的出現(xiàn)。盡管本發(fā)明被描述且一直研制用于單個固體絲電極，但是新處理也適合于利用串行焊條(tandem electrode)的多電弧處理中的使用，每一個串聯(lián)焊條由高速轉(zhuǎn)換電源例如一變換器或斷路器驅(qū)動。電源或電源組的每一個輸出由脈沖波形發(fā)生器或波形整形器建立的一連串脈沖波形。當為了滿足或超出-40°F處35ft-lbs的卻貝沖擊值而結(jié)合使用Super Arc LA-75固體絲電極和屏蔽氣體時，本發(fā)明會得到優(yōu)化。依照本發(fā)明所研制的處理在所有焊接位置都是有用的且由縮寫字母GMAW-P表示。本發(fā)明的處理降低了擴散的氫，且在非破壞性檢驗之前減少或去除了用于完成了的焊件所需的保持時間。
本發(fā)明使用了可以提供波形技術(shù)的標準電源，例如波形技術(shù)的領(lǐng)先者，俄亥俄州，克利夫蘭的林肯電氣公司生產(chǎn)且售賣的Power Wave 455。波形技術(shù)是對利用高轉(zhuǎn)換速度電源例如具有連續(xù)建立的波形的轉(zhuǎn)換器或斷路器的焊接處理的簡寫。每一波形具有由波形發(fā)生器或波形整形器的程序所確定的輪廓，該波形發(fā)生器或波形整形器具有基于時間的控制電源控制器的脈寬調(diào)制器的操作的輸出信號。脈寬調(diào)制器以大于18-20kHz的頻率工作。通過使用本發(fā)明，使用具有固體金屬焊絲或焊條的脈沖式噴焊處理的能力被提高了且成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供有一具有波形發(fā)生器的電焊機。該焊接機使用標準的波形技術(shù)以建立一包括有焊條和工件之間的形成輪廓的電流的焊接處理。本發(fā)明中的焊接處理是一脈沖式的噴射處理，其中由波形發(fā)生器引起的每一波形具有一電流坡升部分，峰值電流部分，電流坡降部分和本底電流部分。通過林肯電氣公司領(lǐng)先的波形技術(shù)的使用使得斜坡變得可能。其它的脈沖式的波形不具有定義的坡升部分或坡降部分。不管是否使用斜坡，焊接處理的熱量由峰值電流和本底電流決定，其中峰值電流和本底電流的每一個都對焊接處理添加了熱量。為了控制焊接處理的熱量，可以調(diào)節(jié)峰值電流，可以調(diào)節(jié)本底電流，或者可以調(diào)節(jié)峰值電流的時間與本底電流的時間的比率。所有這些特點都涉及標準的現(xiàn)有技術(shù)，其中連續(xù)波形的輪廓是通過使用脈寬調(diào)制器由波形發(fā)生器控制的，通常就是一軟件電路，但是可以是一模擬電路。脈寬調(diào)制器控制高轉(zhuǎn)換速率的變換器或斷路器，可以將該斷路器看作為波形技術(shù)焊接機中變換器的等價物。正如到目前所描述的，焊接機是標準的且采用一波形發(fā)生器以控制脈沖式的噴焊處理的波形，依照本發(fā)明，這種類型的焊接機設置有一用于自動檢測焊條和工件之間的短路的電壓自動檢測電路和一在出現(xiàn)短路的時候?qū)⒉ㄐ伟l(fā)生器復位到波形的起始點或起始時間的電路。當在脈沖焊接處理中有一檢測到的短路時，焊接機對下一個脈沖電流波形進行初始化。本發(fā)明不同于使用經(jīng)這種改進的波形技術(shù)的或其它技術(shù)的現(xiàn)有脈沖式噴焊處理，其中在發(fā)生短路的時候可以使具有或不具有斜坡的下一個波形初始化。下一個電流脈沖馬上清除該短路且繼續(xù)進行脈沖式的噴焊處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用該處理，可以使用氣體保護的實芯焊絲或金屬芯焊絲(metal cored wire)以在不適當位置(out-of-position)時進行牢固的焊接操作。已經(jīng)公認的是，該改進的處理優(yōu)于傳統(tǒng)的FCAW處理，因為它促進了具有低氫堆焊的處理，該處理減少了氫氣輔助裂紋的趨勢。本發(fā)明的處理降低了擴散的氫且控制了電弧的長度以在不適當位置使用時產(chǎn)生一扁平的焊珠。脈沖期間發(fā)生短路的時間自動地決定加到焊接處理的熱量。
本發(fā)明的另一方面是提供一種短路清除程序或電路，如果在下一個脈沖已經(jīng)被建立且行進到峰值電流電平之后短路仍然持續(xù)則將使用該程序或電路。如果有一短路起動本發(fā)明且下一個脈沖波形沒有清除坡升部分期間的短路，那么有一例行程序以進一步增加電流到峰值電流之上從而確保短路被清除。因此，當一短路更有可能發(fā)生時，在電流坡降和本底電流部分期間使用本發(fā)明的基礎方面。如果所述短路持續(xù)下去，那么使用標準電流增加例行程序來斷開短路。
本發(fā)明的主要目的是提供一改進的脈沖式的噴焊處理或金屬遷移的模式，該處理優(yōu)選由波形技術(shù)執(zhí)行，且允許使用具有氣體保護的固體金屬焊條或焊絲，所以焊接處理是牢固的且在不適當位置是可操作的而沒有由先前處理引起的變化，其中增加的電流只去除了短路條件。在實芯焊絲很難或不可能使用的時候使用本發(fā)明。但是，在實施本發(fā)明時可以使用有芯焊絲(coredwire)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進的電焊機，該電焊機以脈沖式噴射模式操作，該模式具有一改進的短路控制工序發(fā)進行上面所定義的焊接處理。
本發(fā)明的另一目的是提供一種焊接機和方法，如上所所述，該焊接機和方法可以使用一實芯焊絲以減少焊縫中擴散的氫的數(shù)量。本發(fā)明在出現(xiàn)一短路時開始下一個脈沖波形。因為新的短路例行程序可以用于以前實芯焊絲很難或不可能使用的應用中，所以存在使用實芯焊絲的能力。實芯焊絲與藥芯焊絲相比，氫要少一些。所產(chǎn)生的焊接包含了較少的擴散的氫。
本發(fā)明的另一目的是允許固體金屬焊絲的使用的短路例行程序的使用，但也可應用于具有或不具有屏蔽氣體的芯體焊接焊絲。
通過下面的描述和參考附圖，本發(fā)明的這些和其它的目的及優(yōu)點將變得清楚。


圖1是顯示一利用波形技術(shù)的電弧焊機的方框圖，該波形技術(shù)用于控制組成焊接處理的一連串波形；圖2是一顯示處理一標準脈沖式的噴焊處理的圖1中所示的焊接機的操作的流程圖；圖3是顯示由一程序執(zhí)行的脈沖式噴焊處理的電流曲線和電壓曲線的曲線圖，該程序使用圖2中的流程圖操作圖1中揭示的標準焊接機；圖4是由圖1所揭示的焊接機的操作所執(zhí)行的脈沖式的噴焊處理中使用的稍標準的波形的示意圖；
圖5是顯示在實踐本發(fā)明的較佳實施例中控制體系的示意方框圖；圖6是與圖2的流程圖相似的流程圖，但是顯示了實施本發(fā)明的較佳實施例的程序；圖7是與圖3相似的輪廓圖，其顯示了利用圖6中揭示的方法和程序所執(zhí)行的焊接處理的電流曲線和電壓曲線；圖8是顯示了本發(fā)明中使用的一程序的脈沖式噴焊處理的流程圖，該程序用來清除本發(fā)明的基礎特點的操作之后持續(xù)的短路條件；圖9是顯示在利用圖8的流程圖中揭示的所添加的特點時開發(fā)的電流波形的視圖；以及圖10時顯示利用本發(fā)明的較佳實施例而建立的焊縫的橫截面圖。
具體實施例方式
通過本發(fā)明的使用而改進的脈沖式噴焊處理采用了一種標準的電弧焊機，如圖1中所示的焊接機A，其中電源10是一高轉(zhuǎn)換速率電源，例如一變換器或斷路器，其具有一輸入電源供給12，圖中顯示為三相電輸入端。當然，一具有不同電壓和頻率或甚至是馬達或發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)生器或交流發(fā)電機的單相輸入電源可以用來將電能引導到轉(zhuǎn)換器或電源10。輸出引線14，16經(jīng)焊條E和工件WP串聯(lián)連接從而通過引導焊條和工件之間的電流進行焊接處理。依照標準的實踐，焊條是一連續(xù)的焊絲，其在現(xiàn)有技術(shù)中是一藥芯焊絲，但在本發(fā)明中是一可以使用的實芯焊絲。這在使用本發(fā)明之前的一些無支柱(off-shore)應用中是不可能的。通過利用實芯焊絲，減少了焊縫中的氫從而減少了氫氣輔助裂紋(hydrogen assisted cracking)。依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，實芯焊絲具有由95％的氬和5％的二氧化碳形成的屏蔽氣體。依照標準的實踐，將屏蔽氣體供給引導入焊條和工件之間的焊接操作中。當使用脈沖式噴焊時本發(fā)明允許使用實芯焊絲以取代在此以前所需的有芯焊絲。依照標準技術(shù)，在馬達30所旋轉(zhuǎn)的主動輥24、26之間從卷筒22拉動焊絲20。接觸套管(contact sleeve)40用來將電流從電源10引導入焊條E，從而在焊條和工件之間所進行的焊接處理包括輸出端14，16之間的電流波形。為確定電弧電流，分路器50在引導到反饋電路54的線路52中形成一信號，從而線路56上的輸出信號是一在任意指定時間實際輸出電流的數(shù)字或模擬表示。以相同的方式，電壓反饋電路60具有用于自動檢測焊接操作的瞬時電弧電壓的輸入端62，64從而在輸出66上形成一信號。該電壓信號是瞬時電弧電壓的數(shù)字或模擬表示。依照控制線路72上的信號，電弧電流和電壓在反饋回路中被引導到波形發(fā)生器70，該波形發(fā)生器被設置來建立一連串波形，其中每一個波形都具有一選擇的輪廓?？刂菩盘柎砹怂胍拿}沖波形。依照標準波形技術(shù)，線路72上的輸出控制信號或者是數(shù)字指令、程序語句的形式或者是模擬命令信號的形式。在電源的控制器內(nèi)部是一脈寬調(diào)制器電路，通常是一軟件信號，該電路控制焊條E和工件WP之間的焊接處理中的波形。這是用于建立一脈沖式的噴焊處理的波形。圖4中示意性地圖示了來自發(fā)生器70在線路72上的信號所建立的標準波形。波形B具有從時間T0起始的開始位置的標準波形。為建立脈沖輪廓，電流坡升部分b由發(fā)生器70建立一直到結(jié)束時間T1。此后，波形B行進到電流峰值部分c，電流峰值部分c持續(xù)到結(jié)束時間T2。在執(zhí)行完峰值電流部分之后，波形B轉(zhuǎn)換到在時間T3終止的電流坡降d，在時間T3處波形轉(zhuǎn)換為本底電流部分e。這個部分終止在與波形開始時間T0相對應的結(jié)束時間T4。優(yōu)選的是，由具有波形B的波形技術(shù)焊接機執(zhí)行本發(fā)明。然而，其它的焊接機可以使用本發(fā)明和該波形，但是這種其它的焊接機可能不具有坡升部分或坡降部分。在這種焊絲不實用的時候，仍可有效地使用本發(fā)明以允許使用這樣的焊絲，所以一FCAW是必要的。
在本發(fā)明中重復使用的優(yōu)選的標準波形技術(shù)在發(fā)生器70的控制下輸出一波形B從而得到一脈沖式噴焊處理。該波形處理器是一基于一連串指令和對/錯語句而合成波形的處理器。波形發(fā)生器調(diào)整來自電流反饋信號56的指令。當信號是正確的時候，發(fā)生器接著處理線路66上的信號使得發(fā)生器70控制電流和電壓波形。由線路56，66將電壓和電流信號反饋到波形發(fā)生器70以校正輸出控制信號72，這是為了校正信號且在焊條E和工件WP之間得到一想要的波形。該處理可由不同的方法實施，這些方法在利用波形技術(shù)而控制連續(xù)的脈沖波形的技術(shù)中是公知的?？捎啥x波形B的輪廓的參數(shù)的適當選擇而優(yōu)化波形技術(shù)處理。然而，在焊條和工件之間存在有一非故意的、出乎意料的、計劃之外的短路時，對由波形B建立的焊接的質(zhì)量產(chǎn)生了負面的影響。因為急劇地減少了電源所承接的電阻，所以較少的能量引入焊接處理中。因此，有必要馬上對短路狀況進行尋址以便再重新建立焊接操作的質(zhì)量性能所必需的優(yōu)化波形。在現(xiàn)有技術(shù)中，波形技術(shù)或其它的脈沖式的噴焊波形處理形成脈沖。在一些現(xiàn)有技術(shù)中不存在明顯的坡升部分和坡降部分。利用波形技術(shù)可獲得這些部分。本發(fā)明可同等地應用于其它脈沖式的噴焊處理。一種現(xiàn)有技術(shù)的處理由圖2和3所示的系統(tǒng)和曲線圖實現(xiàn)。如圖3所示，傳統(tǒng)的波形B1，B2和B3和電壓波形C一起產(chǎn)生。為建立這些如圖4中所示的被優(yōu)化的波形，執(zhí)行一程序或一例行程序P以實現(xiàn)圖2的流程圖。發(fā)生器70產(chǎn)生了一由方框100所指示的電流坡升部分。這個波形的控制部分在時間T1后終止從而建立了一由方框102所指示的峰值電流部分。峰值電流部分持續(xù)到時間T2，在時間T2，激活時間方框104從而使焊接處理的電流下降。在時間T3，實施方框106所指示的本底電流直到時間T4。然后，如線路110a所指示的一樣對發(fā)生器70復位從而重新開啟計時器而實現(xiàn)圖4中所示的波形。圖3中示意性地顯示了波形B；然而，當有短路時所述焊接處理被突然改變。這在圖示中發(fā)生在點120處。這時，自動檢測的電壓小于依照標準技術(shù)的參考電壓。如果在坡降期間發(fā)生短路，則該短路在圖2中所示的線路122中產(chǎn)生一信號。如果短路發(fā)生在波形的本底部分，那么如圖所示在線路124中一產(chǎn)生信號。線路122或線路124中的信號激活了短路清除電路130從而在焊條和工件之間增加電流。這終止了短路。當已經(jīng)終止了短路時，由焊接機自動檢測的電壓增長到程序P中所指示的電平15伏。當發(fā)生這種情況時，激活返回線132從而終止電路130且再行進正常的脈沖波形。這是標準的技術(shù)且在焊接處理中引起了一些不穩(wěn)定。正常的脈沖焊接處理的中斷防止實芯焊絲在脈沖式噴焊中被顯著地轉(zhuǎn)移，特別是在例如管道焊接和無支柱構(gòu)造的大型焊接環(huán)境中所使用的時候。在增長的電流清除了點120a處的短路時，再執(zhí)行圖2中方框圖所示的程序P。熱量急劇增長引起不當焊接方面的問題。如果在有開口的根部的焊接中使用現(xiàn)有的技術(shù)處理，那么燒去短路的大電流也具有熔化焊接金屬且有可能燒穿根部的趨勢。因此，由使用用圖2中的方框圖的程序P的圖1中的焊接機A所實施的現(xiàn)有的脈沖焊接工序在點120處存在有短路時具有圖3中所示的結(jié)果。使用傳統(tǒng)的脈沖程序(波形技術(shù)或其它)，在較低電壓處該處理不穩(wěn)定從而對于根部的焊層操作過熱。新的脈沖波形在低電壓處很穩(wěn)固且可以以必要的熱量輸入置于根部的焊層中。本發(fā)明是對現(xiàn)有的短路處理工序的改進，而現(xiàn)有的處理使得焊接波形在防止根除過量的短路事件方面更寬容。當焊條在點120處變短時，本發(fā)明馬上響應而在短時間段內(nèi)供給更多的熱量，而沒有如使用現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的結(jié)果一樣，給予焊條燒穿或過度熔化的時間。
圖5，6和7了圖示使用波形技術(shù)焊接機的本發(fā)明?？刂凭W(wǎng)絡或電路200包括用于電流的反饋誤差信號放大器202和用于電壓的誤差信號放大器204。這些放大器將來自發(fā)生器70的輸出線路210，212上的信號與比較線路56，66上的信號分別進行比較，，以控制控制線路72上的電壓電平，所述信號是以數(shù)字格式或者以模擬形式的信號。這個信號的電平控制如前所述的電壓或電流。脈沖波形是一在圖7中最佳顯示的電流波形，，圖7中的電壓波形C與圖3中的電壓波形C相似。選擇電路220選擇將要由焊接機A使用的所想要的脈沖式的波形B。計時器222產(chǎn)生了一結(jié)合圖4所描述的結(jié)束時間信號。將計時器222的輸出引導入求和點240從而在線路242中形成一復位信號。如圖2中所示，這使計時器110復位。一短路探測器或檢測電路230自動檢測短路的存在，如在實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)時以前所使用的一樣。在本發(fā)明中以不同的方式使用該電路。當存在有一短路時，由通常是數(shù)字比較器的電路230自動檢測的短路在線路234中形成一信號。將該信號引導入結(jié)合點240，其馬上在線路242中形成一復位信號。因此，當使用本發(fā)明時，如果如圖7所示在點120處存在有一短路，則對波形計時器復位以馬上開始一新的波形。圖7中波形B1后接著是B2。在波形B2的本底部分之內(nèi)，點120處存在有短路。這馬上在線路234中引起一信號以開始一新的波形B3。該新的波形快速地清除了點120a處的短路且使得焊接處理持續(xù)下去。這個工序使短路非常迅速地得到校正，且依照從所述波形的起始處開始點120的時間間隔而自動調(diào)節(jié)熱量。程序或例行程序250實現(xiàn)了圖6中所示的本發(fā)明。方框100，102，104，106和圖2中現(xiàn)有技術(shù)程序的類似的方框是基本相同的。然而，在本發(fā)明的圖示實施例中，坡降期間或本底電流部分期間的短路在線路252或254中形成一信號。脈沖的坡降期間或脈沖的本底期間的短路如圖5所示在線路234上引起一信號。這對計時器110進行復位從而使得圖5中所示的作為發(fā)生器70的一部分的電路260馬上開始下一個脈沖。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，下一個脈沖的馬上開始基本上增加了焊接處理的穩(wěn)固性質(zhì)，且允許脈沖焊接處理用于有開口的根部焊接以及在所有位置中的焊接開口，在圖10中顯示了所有位置的其中之一。當使用本發(fā)明時，只在波形B的坡降部分和本底部分之內(nèi)實施短路探測器或自動檢測電路230。應理解的是，在波形的所有部分可以使用相同的網(wǎng)絡；然而，由本發(fā)明預計的短路類型一般是出現(xiàn)在脈沖已經(jīng)在焊條的末端熔融了相當數(shù)量的金屬的時間內(nèi)。熔融的金屬正等待噴射或球狀地轉(zhuǎn)移到工件上。這通常不會發(fā)生在波形的開始或峰值電流部分c之內(nèi)。本發(fā)明可以和不使用波形技術(shù)的且其中脈沖不具有明顯的斜坡部分的焊接機一起使用。
圖8和9中示意性地顯示了本發(fā)明的另一方面。此可選擇的特點和在圖6中顯示且討論的程序250一起使用，且以組合程序250a圖示說明。在方框100所指示的坡升部分之內(nèi)，運行周期計時器222而確定結(jié)束時間T1。如果時間已經(jīng)結(jié)束了且電壓仍然小于線路232上的18伏的參考電壓信號，那么在程序250a的線路270上形成一信號。這使用標準電路280馬上以一控制的速率產(chǎn)生了一增長電流，該標準電路是在現(xiàn)有技術(shù)中清除短路所使用的電路。當電流增長超出了波形B的通常輪廓時，如圖9中由增長電流280a所示，電路280等待一來自所述電壓自動檢測電路230的信號，該信號指示該電壓大于參考值，圖示為22伏。所述增長的電壓顯示了電流280a已經(jīng)斷開了短路。一旦清除了短路，線路282上的信號通過持續(xù)正如方框102所控制的峰值電流部分而使得例行程序或程序250a返回到其正常的實施。通過使用圖8中所示的可選程序250a，馬上實施下一脈沖B3。這在圖7中的點120處進行了顯示。如果選擇的脈沖波形具有已經(jīng)屆滿的時間，但是短路仍在持續(xù)，那么存在有一增長電流280a，如圖9所示。如果時間已經(jīng)屆滿且在方框102所指示的峰值部分之內(nèi)仍存在短路，那么實施相同的短路清除處理。Boolean事件在線路272中引起一信號，該信號用于激活或持續(xù)來自清除電路280的增長電流的活動。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實施包括在波形的坡降部分或本底部分之內(nèi)由短路引起的波形計時器的馬上復位。如果波形不具有坡降部分，那么將只在本底部分進行復位。在峰值部分，電路280清除了短路。利用具有波形技術(shù)能力的焊接機且利用波形輪廓中的斜坡的優(yōu)選實施例是另一選擇。在圖示的實施例的波形的坡升和峰值部分之內(nèi)，依照標準技術(shù)短路只增加電流以燒掉短路。實際上，已經(jīng)實施了程序250和250a。具有氬主導的屏蔽氣體的實芯焊絲已經(jīng)成功地用在有開口的根部焊接中和大型工件的填焊(fill welding)中。因而，本發(fā)明允許使用用于GMAW-P焊接的實芯焊絲。
圖10是顯示本發(fā)明用于一個位置的焊接程序的頂視圖，該位置圖示為具有向下焊(down welding)的3G位置。該處理可同等地應用于且有利于用于所有位置中的焊接。工件300具有實際上是大約1.25英寸的厚度x。工件302具有大約是2英寸的寬度y?？p隙z大約是0.2英寸且具有大約是37.5°的凹槽角度。使用本發(fā)明，用0.052英寸的ER 80S-Nil焊條進行焊接310，ER80S-Nil用1英寸的CTWD在95％的氬和5％的二氧化碳的屏蔽氣體之下工作。利用一修正的J橫向擺動(weave)以150英寸/分鐘的焊絲給進速度向下立焊有開口的根部的第一焊層。用焊條橫向擺動技術(shù)以150英寸/分鐘的焊絲給進速度在垂直向上的行進中焊接剩余的充填焊層。以200英寸/分鐘的速率焊接罩面焊層(cap pass)。使用本發(fā)明的處理，這個過程得到了令人滿意的焊接。
本發(fā)明的方法是反應性的。當探測到短路時，邏輯就跳過余下的電流波形而開始下一個脈沖周期，與焊接機所使用的脈沖式處理無關(guān)。如果在波形的坡降部分或本底電流部分之內(nèi)探測到短路，或者當本底電流部分之內(nèi)沒有坡降部分時，那么控制程序的邏輯跳過余下的電流脈沖周期，并且開始下一個脈沖周期或波形。通常由波形的下一個陡峭的部分清除短路。理論上，可以把脈沖波形看作兩個部分，一包括峰值電流的高熱量部分和一包括本底電流的低熱量部分。當短路出現(xiàn)的時候，跳過低熱量部分而使高熱量部分加倍。將會有更多的熱量進入到焊接處理中。當出現(xiàn)更多的短路的時候，改進的方法將使更多的熱量進入到焊接處理中。短路形成的時間也將指示加入了多少熱量。當短路出現(xiàn)在本底電流部分中的較早部分時，相比短路出現(xiàn)在脈沖波形的后部該短路需要且接收更多的熱量增長。改進的方法本身基于發(fā)生短路的波形中的時間而調(diào)整熱量增長的數(shù)量。改進的方法在短路發(fā)生時增加與所發(fā)生的短路的數(shù)量直接相關(guān)的較多的熱量，以防止過多的短路事件。當使用如程序250a中所示的本發(fā)明的提高的版本時，很難清除的短路就接收了更多的電流。實際上，當坡升部分的末端仍存在短路或者程序250或程序250a對復位計時器110進行復位之后在波形的峰值部分中探測到短路時，就使用電流響應。
已經(jīng)描述了本發(fā)明具有電流脈沖；然而，波形B可以是功率，電壓或焊接機的輸出的其它方式。電流脈沖被作為一般定義而使用且包括脈沖焊接中使用的這種的其它脈沖。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊機，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串電流脈沖波形，每一個波形具有一開始時間，一具有一組第一結(jié)束時間的電流坡升部分，一具有峰值電流和第二結(jié)束時間的峰值電流部分，一具有第三結(jié)束時間的電流坡降部分和一具有本底電流和第四結(jié)束時間的本底電流部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一電路，其基于自動檢測短路將所述波形發(fā)生器復位到所述開始時間。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧焊機，其中只在所述第二結(jié)束時間之后激活所述電壓自動檢測電路。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧焊機，其中只在所述本底電流部分之內(nèi)激活所述電壓自動檢測電路。
4.如權(quán)利要求1所述的電弧焊機，其包括一短路清除電路，用于在所述第二結(jié)束時間之前一旦自動檢測到短路，就增加超過所述脈沖波形的電流。
5.如權(quán)利要求4所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
6.如權(quán)利要求3所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
7.如權(quán)利要求2所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
8.如權(quán)利要求1所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
9.一種電弧焊機，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串電流脈沖波形，每一個波形具有一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一電路，其基于自動檢測短路將所述波形發(fā)生器復位從而重新開始所述脈沖波形。
10.如權(quán)利要求9所述的電弧焊機，其中只在所述峰值電流部分之后激活所述電壓自動檢測電路。
11.如權(quán)利要求9所述的電弧焊機，其中只在所述本底電流部分之內(nèi)激活所述電壓自動檢測電路。
12.如權(quán)利要求9所述的電弧焊機，其包括一短路清除電路，用于在所述電流坡升部分之后及所述電流坡降部分之前一旦自動檢測到短路，就增加超過所述脈沖波形的電流。
13.如權(quán)利要求12所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
14.如權(quán)利要求11所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
15.如權(quán)利要求10所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
16.如權(quán)利要求9所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
17.一種電弧焊接的方法，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串電流脈沖波形，每一個波形具有一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流部分，所述方法包括(a)自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；以及，(b)在自動檢測短路的基礎上對所述波形發(fā)生器復位從而開始下一個波形。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中只在所述峰值電流部分之后有可能有所述復位步驟。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中只在所述本底電流部分之內(nèi)有可能有所述復位步驟。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，包括另外的步驟(c)一旦在所述電流坡升部分之后及所述電流坡降之前自動檢測到短路，就通過增加超過所述脈沖波形的電流以清除短路。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
25.一種電弧焊機，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串脈沖波形，每一個波形具有一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一復位電路，其基于短路的自動檢測將所述波形發(fā)生器復位。
26.如權(quán)利要求25所述的電弧焊機，其中所述復位電路只是在所述波形的所述峰值電流部分之后可操作。
27.如權(quán)利要求26所述的電弧焊機，其包括一短路清除電路，該電路用于通過增加所述波形的所述峰值部分之內(nèi)的所述波形以外的所述電流而清除一持續(xù)的短路。
28.如權(quán)利要求27所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
29.如權(quán)利要求26所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
30.如權(quán)利要求25所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
31.一種電弧焊接的方法，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串脈沖波形，每一個波形具有一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路，所述方法包括(a)探測所述焊條和所述工件之間的短路；以及，(b)在短路的自動檢測的基礎上對所述波形發(fā)生器復位從而在自動檢測到的短路之后馬上開始下一個新的波形。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中只在所述波形的所述峰值電流部分之后所述復位動作是可操作的。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，包括另外的步驟(c)當在下一個新的波形的開始處存在有一持續(xù)的短路時，增加所述下一個新的波形的所述峰值部分之內(nèi)的所述波形以外的所述電流。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
37.一種電弧焊機，其具有一程序從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串電流脈沖波形，每一個波形具有一開始時間，一具有峰值參數(shù)的峰值部分，和一具有本底參數(shù)的本底部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一電路，其基于短路的自動檢測將所述程序復位到所述下一個波形的所述開始時間。
38.如權(quán)利要求37所述的電弧焊機，其中只在所述本底電流部分之內(nèi)激活所述電壓自動檢測電路。
39.如權(quán)利要求37所述的電弧焊機，其包括一短路清除電路，用于在所述本底電流部分之前一旦自動檢測到短路，就增加超過所述脈沖波形的電流。
40.如權(quán)利要求39所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
41.如權(quán)利要求38所述的電弧焊機，其中所述固體焊絲是一金屬芯焊絲。
42.如權(quán)利要求37所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
43.如權(quán)利要求42所述的電弧焊機，其中從包括電流，電壓，功率和能量的類別中選擇所述參數(shù)。
44.一種電弧焊機，其具有一程序從而建立包括焊條和工件之間的電流的焊接處理，所述焊接處理包括一連串電流脈沖波形，每一個波形具有一峰值電流部分和一本底電流部分；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一電路，其基于自動檢測短路將所述波形復位從而重新開始所述脈沖波形。
45.如權(quán)利要求44所述的電弧焊機，其中只在所述峰值電流部分之后激活所述電壓自動檢測電路。
46.如權(quán)利要求44所述的電弧焊機，其中只在所述本底電流部分之內(nèi)激活所述電壓自動檢測電路。
47.如權(quán)利要求44所述的電弧焊機，其包括一短路清除電路，用于在所述本底電流部分之前一旦自動檢測到短路，就增加超過所述脈沖波形的電流。
48.如權(quán)利要求44所述的電弧焊機，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
49.一種電弧焊接的方法，其具有包括焊條和工件之間的電流的脈沖式噴焊處理，所述焊接處理包括一連串脈沖波形，每一個波形具有一峰值部分和一本底部分，所述方法包括(a)自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；以及，(b)基于短路而開始下一個波形。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中只在所述本底部分之內(nèi)有可能有所述開始動作。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，包括另外的步驟(c)在所述峰值部分之內(nèi)的短路的自動檢測的基礎上通過增加所述脈沖波形以外的所述電流而清除短路。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
53.一種建立脈沖式噴焊處理的電弧焊機，該焊接處理包括焊條和工件之間的電流，所述焊接處理包括一連串脈沖波形；一電壓自動檢測電路，其自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一復位電路，其基于短路的自動檢測開始一個新的脈沖波形。
54.一種通過建立脈沖式噴焊處理的電弧焊接的方法，一電壓自動檢測電路自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路，所述方法包括(a)探測所述焊條和所述工件之間的任一短路；以及，(b)在一自動檢測到的短路之后馬上開始下一個新的波形。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中所述焊條是一具有外部屏蔽氣體的實芯焊絲。
全文摘要
一電弧焊機，其具有受控的波形發(fā)生器從而建立包括在焊條和工件之間的電流的焊接處理，其中焊接處理包括一連串的電流脈沖波形，每一個波形具有一電流坡升部分，一峰值電流部分，一電流坡降部分和一本底電流部分；一電壓自動檢測電路，用于自動檢測所述焊條和所述工件之間的短路；和一復位電路，用于基于短路的自動檢測對所述波形發(fā)生器復位。優(yōu)選的焊條可以是一金屬芯焊絲形式的實芯焊絲。
文檔編號H02M9/00GK1676262SQ20051000051
公開日2005年10月5日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者杰弗里·T.納賈姆, 史蒂文·R.彼得斯 申請人:林肯環(huán)球公司