焊丝预热系统和方法
【专利说明】焊丝预热系统和方法
[0001]相关申请的参见引用
[0002]本申请是2013年2月5日提交的标题为“焊丝预热系统和方法”的美国临时申请号为61/761，007的非临时专利申请，在此为了所有目的，将该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本申请中。
【背景技术】
[0003]本发明通常涉及焊接机，更具体地，涉及配置为在焊接执行前对焊丝执行预热操作的焊接机。
[0004]许多各种不同的焊接系统和焊接控制模式已经为了各种各样的目的而实施。在连续焊接操作中，金属惰性气体(MIG)技术允许通过从焊炬供给由惰性气体保护的焊丝来形成连续的焊缝。电源施加于焊丝并且通过工件来完成回路以维持焊弧，所述焊弧熔化焊丝和工件来形成期望的焊接。
[0005]MIG焊的先进形式是基于焊接电源中的脉冲功率的产生。也就是说，各脉冲模式可在以下情况下执行，通过电源控制电路控制电流和/或电压脉冲以调节焊丝的金属滴液的形成和凝结，维持期望的熔池加热和冷却轮廓，控制焊丝和熔池之间的短路等等。然而，其他焊接模式也存在并且通常用于提供不是脉冲的功率。各模式可依靠“焊条正极”或“焊条负极”的极性，并且本发明可以涉及任意和所有这些极性。
[0006]虽然在许多应用中非常有效，但根据焊接是以“冷”焊条还是以“热”焊条启动，MIG焊接技术可经历不同的初始焊接性能。通常，冷焊条启动可认为是焊条尖端和邻近金属处在或相当靠近周围环境温度的启动。热焊条启动，相比之下，通常是那些焊条尖端和邻近金属被升温得更高但低于焊丝熔点的启动。在一些应用中，人们认为，当焊条是热的时候，将促进焊弧引燃和焊接启动。然而，该领域的现状没有提供一种设计为确保焊条在焊接开始前被加热的模式。
[0007]因此，有需要提供改进的焊接策略，该焊接策略提供具有已加热的焊条的焊接启动以便提尚焊接性能。
【发明内容】
[0008]本公开涉及设计为回应这些需求的方法和系统。依照某些方面，焊接方法包括接收表明焊接工艺启动的信号，并且在引燃焊弧前，控制施加于焊接焊条的电压或电流来预热焊条。监测反馈电压和电流来确定预热的结束，并且然后，依照期望的焊接协议结束预热并引燃焊弧。
[0009]依照另一方面，焊接方法包括接收表明焊接工艺启动的信号，并且，在引燃焊弧前，自动地控制施加于焊接焊条的电压或电流来预热焊条。然后，当焊条达到基于监测到的施加于焊接焊条的电流和电压来确定的期望的电阻或期望的功率水平时，结束预热，并且然后，依照期望的焊接协议引燃焊弧。
[0010]根据进一步的方面，焊接系统包括电源、信号源以及电流和电压监测传感器，所述电源包括配置为合作以向焊接焊条提供焊接电流和电压的电源转换电路和控制电路，所述信号源配置为提供焊接工艺启动信号。所述控制电路配置为，在引燃焊弧前，控制施加于焊接焊条的电压和电流来预热焊条，且监测施加的电压和电流来确定预热的结束，并且依照期望的焊接协议来结束预热并引燃焊弧。
【附图说明】
[0011]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将会更好理解，在整个附图中相同的字符表示相同的部分，其中:
[0012]图1是示例性MIG焊系统的示意性表示，所述示例性金属惰性气体电弧焊系统示出了连接到送丝机并用于执行焊接操作的电源，在所述焊接操作中在焊接开始前焊条已经加热；
[0013]图2是用于图1中示出的类型的焊接电源的示例性控制电路元件的示意性表示；
[0014]图3是示出焊接工艺中的示例性步骤的流程图，在所述焊接工艺中焊条被预热；并且
[0015]图4和5示出产生的并且用于预热焊条的电压和电流波形。
【具体实施方式】
[0016]现在转向附图，并且首先参照图1，示出的示例性焊接系统包括电源10和送丝机12，所述电源10和送丝机12经由导体或导管14彼此连接。在示出的实施例中，电源10是和送丝机12分离开的，使得送丝机可放置在与电源相距一些距离并且靠近焊接位置处，并且导管14具体体现为在电源10和送丝机12之间传输控制信号和电力的焊接电缆。然而，应当理解的是，送丝机，在一些实施中，可以与电源集成。在这样的情况中，导管14将在系统内部。在送丝机和电源分离开的实施例中，终端通常设置在电源和送丝机上以允许导体或导管连接至系统，以便允许电力和气体从电源提供到送丝机，并且允许数据在两个设备之间交换。
[0017]该系统设计为向焊炬16提供焊丝、电力和保护气体。如本领域技术人员所理解的，焊炬可以有多种不同的类型，并且通常允许将焊丝和气体供应到邻近工件18的位置，在该位置形成焊接来将两块或更多块的金属接合。第二导体通常延伸至焊接工件，以便完成电源和工件之间的电气回路。
[0018]该系统设计为允许操作者选择数据设置，尤其经由提供在电源上的操作员接口20。操作员接口通常包含在电源的前面板中，并且可允许选择设置，比如焊接工艺、使用的焊接类型、电压和电流设置等等。特别地，该系统设计为提供具有被引导通过焊炬的各种钢铁、铝或其他焊丝的MIG焊。这些焊接设置传送到在电源内的控制电路22。
[0019]该控制电路，在下面将更详细的描述，操作以控制施加于焊丝用于执行期望的焊接操作的焊接电力输出的产生。在某些目前预期的实施例中，例如，控制电路可适于调节MIG焊模式，同时在焊接开始前也提供用于预热焊丝焊条的电力。如下面更充分的描述，这样的加热可通过改变通过焊接电缆和焊炬而施加于焊条的电流和电压的操作参数来控制。
[0020]因此，该控制电路连接至电源转换电路24。所述电源转换电路适于产生输出功率，例如将最后施加于在焊炬处的焊丝的脉冲和非脉冲波形。可采用各电源转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、整流器等等。这种电路的配置可以是在本领域所公知的并且是其本身的类型。电源转换电路24连接至如箭头26所示的电源的来源。施加于电源转换器24的电力可起源于电力网，尽管也可使用其他的电力源，例如由机动发电机、电池、燃料电池或其他可供选择的来源所产生的电力。最终，图1示出的电源包括接口电路28，所述接口电路28设计为允许控制电路22与送丝机12交换信号。
[0021]送丝机12包括附赠的连接至接口电路28的接口电路30。在这些实施例中，多引脚接口可布置在这两个元件上，并且多导体电缆在接口电路之间延伸以允许如送丝速度、工艺、选择的电流、电压或功率等级等的信息设置在电源10和送丝机12之一上或这两者上。
[0022]送丝机12也包括连接至接口电路30的控制电路32。如下面更充分地描述，控制电路32允许送丝速度依照操作者的选择被控制，并且允许这些设置经由接口电路反馈到电源。控制电路32连接至送丝机上的操作员接口 34，该送丝机允许选择一个或多个焊接参数，尤其是送丝速度。该操作员接口也可允许选择如工艺、使用的焊丝类型、电流、电压或功率的设置等的这样的焊接参数。控制电路32也连接至气体控制阀36，所述气体控制阀36调节流向焊炬的保护气体的流量。通常，这样的气体在焊接的时候提供，并且可在焊接前立刻打开并且在焊接之后很短的时间打开。如参考标号38所代表的，施加于气体控制阀36的气体通常以加压瓶的形式提供。
[0023]送丝机12包括用于在控制电路36的控制下，将焊丝送至焊炬并因此送至焊接应用的组件。例如，焊丝40的一个或多个线轴被放置在送丝机中。