同步的旋转电弧焊接方法及系统的制作方法【专利说明】同步的旋转电弧焊接方法及系统[0001]相关申请的交叉引用[0002]本申请请求2013年9月16日提出申请的，题为"SYNCHRONIZEDROTATINGARCWELDINGMETHODANDSYSTEM(同步的旋转电弧焊接方法及系统)"的序列号为61/878,404的美国临时申请的优先权和权益，该临时申请的全部内容由此出于各种目的以引用方式并入本文。【
背景技术：
】[0003]本发明大体上涉及焊接技术，并且更具体地涉及改进的自动化焊接工艺。本公开与2013年2月14日提出申请的，题为"AdaptableRotatingArcWeldingMethodandSystem(自适应旋转电弧焊接方法及系统)"的在先美国专利申请13/767，392有关，该美国专利申请由此以引用方式并入本公开。本公开还并入了2012年6月18日提出申请的标题为"MetalCoredWeldingMethodandSystem,(金属芯焊接方法及系统，）"的美国专利申请13/526,278,以及2012年11月20日提出申请的，题为"DCElectrodeNegativeRotatingArcWeldingMethodandSystem,(直流电极正接旋转电弧焊接方法及系统)"的美国专利申请13/681,687。[0004]已经开发了一系列技术用于通过焊接操作接合工件。这些技术包括多种工艺和材料，其中大部分现代工艺涉及在消耗或者非消耗电极与工件之间形成电弧。使用非消耗电极的焊接工艺可包括钨极惰性气体保护(TIG)焊接工艺，所述工艺采用与填充材料无关的非消耗钨电极。所述工艺往往按以下类别分组:恒电流工艺、恒电压工艺、脉冲工艺，等等。然而，对这些工艺之间的进一步划分是常见的，尤其是在消耗电极以添加填充金属到焊缝的工艺中。在几乎所有此类情况下，所选工艺均与填充材料及其形态密切相关，其中某些工艺仅仅利用特定类型的电极。示例性工艺包括但不限于金属极惰性气体保护(MIG)焊接和脉冲熔化极气体保护焊接(GMAW-P)，这两种焊接形成了有时被称为气体保护金属极电弧焊接(GMAW)的更大分组的一部分。此外，在某些实施例中，可实施其它类型的焊接工艺，诸如熔化极活性气体保护(MAG)工艺、药芯焊丝电弧焊(FCAW)工艺、金属芯电弧焊(MCAW)工艺等等。[0005]在GMAW焊接中，丝状形式的电极被前进中的焊接熔池消耗，由电极焊丝和工件之间电弧的热量所熔化。焊丝从卷丝筒连续地被馈送穿过焊炬，在焊炬处将电荷赋予焊丝以形成电弧。在这些工艺中所使用的电极类型往往被称为实心焊丝、药芯焊丝或者金属芯焊丝。每种类型相较于其他类型都被认为具有独特的优点和缺点，并且优化它们的性能可能需要仔细调整焊接工艺和焊接设置。例如，实心焊丝虽然比其它类型更便宜，但是通常与惰性保护气体一起使用，而惰性保护气体可以是相对昂贵的。药芯焊丝可不需要单独的保护气体馈送，但是比实心焊丝更昂贵。金属芯焊丝需要保护气体，但是这些保护气体可经调整为有时比实心焊丝期望的的那些保护气体更便宜的混合物。[0006]所有这三种电极类型均可与不同的过渡模式一起使用，过渡模式是指将金属从电极端头移动到前进焊道的机械和机电现象。存在着多种此类过渡模式，例如短路过渡、熔滴过渡、喷射过渡，以及脉冲喷射(例如，液滴)过渡。在实践中，过渡物理学可能表现为上述模式的混合，虽然通常选择工艺和电极来维持特定的过渡方式，但在焊接期间实际的材料过渡可以在它们之间进行转换。通常，可通过电极44的径向运动的离心力，并且在某些实施例中与当电极44的轴向运动在前进运动（即，朝向工件14)方向上或者从前进运动（即，朝向工件14)到反向运动（即，远离工件14)的反转方向上减慢时在电极44端部的液态金属的机械惯性结合，来辅助材料过渡，如在下文更详细描述的。[0007]随着焊炬前进并且消耗焊丝，其在被称为焊道的两个工件之间留下填充材料的沉积物。通常，在过渡模式期间形成的焊道的宽度被视为若干操作参数的作用。根据工件之间的装配，焊道宽度可能足以或可能不足以确保最终焊接成品的完整性。为了避免这种情况，焊接操作者必须在焊接之前在视觉上检测任何工件间隙的装配并且手动补偿以确保焊接件的完整性。然而，自动化焊接系统缺乏这种智能考虑并且可能无法容忍超出狭窄的公差(tolerance)范围的装配间隙。此外，施加到工件相对薄的部分和/或施加到焊道的过量的热量可在焊道中形成孔穴。这可导致焊接缺陷、手动返工以及最终丢弃完工的焊接零件。[0008]制造商不断地寻找新途径来改善自动化焊接方法，增加焊接件的成电力，并且加速总体制造工艺。然而，目前的自动化焊接技术加上制造商已经开始依赖的工艺的提速可导致具有不良装配的许多成品工件。【
发明内容】[0009]在一个实施例中，一种焊接方法包括:从焊炬轴向地进给焊接电极，通过焊炬中的运动控制组件相对于焊炬的中心轴以期望的图案径向地移动焊接电极，从控制电路传送与焊接电极相对于焊接接头或者焊接熔池的位置相对应的信号，使焊炬或者工件前进以产生焊缝，以及将材料从焊接电极过渡到焊接熔池区域中的第一位置。当从焊炬进给焊接电极时焊接电极径向地移动，在期望的图案的第一循环期间将来自焊接电极的材料过渡到第一位置，并且至少部分地基于所述信号控制第一位置。[0010]在另一个实施例中，一种焊接方法包括:从焊炬轴向地进给焊接电极，通过焊炬中的运动控制组件相对于焊炬的中心轴以期望的运动图案径向地移动焊接电极，从控制电路传送与在期望的运动图案内的焊接电极的位置相对应的信号，使焊炬或者工件前进以建立焊缝，以及至少部分地基于所述信号来控制施加到工件和焊接熔池的区域中的至少一者的热量图案。当从焊炬进给焊接电极时所述焊接电极径向地移动。[0011]在另一个实施例中，一种焊接方法包括:在焊接电极和工件之间建立电弧，当通过焊炬中的运动控制组件在约5Hz到200Hz之间的径向运动速率下以期望的图案相对于焊炬的中心轴移动焊接电极时从焊炬进给焊接电极，使焊炬或者工件前进以建立焊缝，经由监测焊接电流变化、焊接电压变化、电弧电压变化，或者导电嘴到工件距离变化来检测工件的装配状况，以及至少部分地基于焊接电极在所期望的图案下的位置和当维持电弧时所检测到的装配状况来控制一个或多个焊接参数。所述一个或多个焊接参数包括以下各项中的至少一个:在所期望的图案下焊接电极的径向运动，施加到焊接电极的焊接电力的参数，焊炬行进速度，焊炬行进角度，以及焊炬角度。[0012]-种焊接系统包括:配置成接收焊接电力和焊丝的焊炬，以及与所述焊炬相关联的焊丝运动控制组件。所述焊丝运动控制组件配置成移动所述焊丝，以便焊丝朝向工件前进而建立焊缝。所述焊丝运动控制组件配置成以期望的图案相对于焊炬的中心轴径向地移动焊丝。焊接系统包括控制电路，所述控制电路配置成改变给焊丝的焊接电力并且控制材料从焊丝到焊接熔池的外部周边处的第一位置的过渡。【附图说明】[0013]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、方面和优点将变得更好理解，在全部附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：[0014]图1是利用本技术的各方面的示例性焊接系统的示意图；[0015]图2是与图1的系统一起使用的金属芯电极的端部部分的详细视图；[0016]图3是表示根据本技术的各方面的金属芯电极的运动的示意图；[0017]图4是沿着线条4-4截取的图3的运动控制系统的实施例的横截面俯视图；[0018]图5是利用了金属芯焊丝运动的圆形图案的前进焊道的示意图；[0019]图6是利用了金属芯焊丝的椭圆路径的前进焊道的类似图示；[0020]图7是利用了金属芯焊丝的不同取向的椭圆路径的前进焊道的进一步图示；[0021]图8是利用了移动的金属芯焊丝电极的前进焊道的示例性电弧位置和过渡模式的图示；[0022]图9是图示金属芯焊接电极的运动和示例性被迫过渡轨迹的时序图；[0023]图10是表示电弧过渡工艺期间电极在运动图案中的位置的示意图；[0024]图11是在图10的运动图案期间施加到电极的电流波形的时序图；[0025]图12是接头和运动图案的实施例的剖视图；[0026]图13是短路过渡工艺中电极相对于工件移动的一系列位置；[0027]图14是施加到对应于图13的位置的电极的电流波形的时序图；[0028]图15是对应于图13的位置的电极的圆周运动图案；[0029]图16是对应于图13的位置的电极的直线运动图案；[0030]图17是说明焊接参数与电极位置的同步的方法流程图；[0031]图18是具有初始焊接参数的前进的焊炬喷嘴和焊道的图示，以及当沿着焊接路径遇到间隙时具有新调节的焊接参数的同一焊炬喷嘴的透视图；[0032]图19是沿着焊接路径检测装配并将该信息输送给成像和参数计算部件以便调节焊接参数的摄像机/检测装置的图示；[0033]图20是说明用于确定是否以及如何调节一个或若干个焊接参数的示例性逻辑的方法流程图；[0034]图21A和图21B是可用于使电极振荡运动的焊丝矫直器组件的实施例的侧视图；[0035]图22是使用本文描述的电极运动控制技术形成的丁字接头角焊缝的透视图；以及[0036]图23是焊接系统的控制部件的示意性方框图。【具体实施方式】[0037]图1图示了利用金属芯焊丝电极的运动的示例性焊接系统10,但是如先前所论述的，这些技术可与多种类型的焊丝如实心焊丝或者药芯焊丝一起使用。所述系统10被设计成在工件14上产生焊缝12。焊缝可以任何期望的方式定向，包括对接焊缝、搭接焊缝、角焊缝、离位焊缝等。所述系统包括电源供应器16,所述电源供应器通常耦接至气源18和电源20(例如电网）。当然，其它电源包括发电机、引擎驱动的电源组等等。送丝装置22耦接至电源16并且向焊枪24供应金属芯焊丝。[0038]在所图示的实施例中，电源供应器16将包括耦接至控制电路28的电力转换电路26,所述控制电路调节电力转换电路的操作以产生适用于焊接操作的电力输出。所述电源供应器可设计和编程为根据多种工艺、焊接方法等等产生输出电力，所述工艺包括恒电流工艺、恒电压工艺、脉冲工艺、短路过渡工艺等等。当前预期的实施例可以与各种过渡工艺一起使用，所述过渡工艺包括但不限于短路过渡、熔滴过渡、喷射过渡以及脉冲喷射过渡。在当前预期的实施例中，控制电路28控制电力转换电路26以产生有助于使材料从金属芯焊丝过渡到前进焊道的DCEN(有时候称为"正"极性)焊接方法。然而，当然也可使用其它焊接方法。操作员界面30允许焊接操作员改变焊接工艺和工艺设置两者。此外，在某些预期的实施例中，操作员界面可以允许选择修改与焊炬和金属芯焊丝的运动相关的某些参数。举例来说，操作员界面30可使得操作员能够从与电极的径向运动速率同步的焊接参数中调节比例和/或积分增益(gains)。最后，电源供应器可包括用于调节来自气源18的保护气体的流动的阀装置32。另外，或者作为利用保护气体的替代，可利用埋弧焊接(例如，SAW)工艺，在所述工艺中电极和电弧浸没在焊剂层下方。[0039]送丝装置22通常将包括控制电路，如一般地用附图标记34所示，所述控制电路调节来自卷丝筒36的焊丝的进给。通常通过使用受到控制电路34的控制的小型电动机，来由驱动组件38驱使焊丝前进。焊丝、气体以及控制和反馈数据可以经由焊接电缆40在送丝装置22与焊炬24之间交换。所述工件14还通过工作电缆42耦接至电源供应器，以当电极和工件之间建立电弧时通过电极44完成电学电路。如以下更全面描述，从焊炬前进的电极44被迫移动，例如，由附图标记46所指示的旋转运动。[0040]图1中图示的焊接系统可以被设计成用于手动操作，尽管本技术的许多应用将被自动化。也就是说，焊炬24将被紧固到机器人或者固定的自动化系统上，所述机器人或者固定的自动化系统被编程以将焊炬相对于工件定位在期望的位置。所述机器人随后可采取行动以发起电极与工件之间的电弧，并且正确地定向焊炬，使焊炬沿着预定路径前进，在所述预定路径中形成焊道以接合两个部件。如以下更全面描述，在这种自动化应用中，本技术允许极大地提高行进速度并且改善焊道特性。[0041]本技术被设计成与实心焊丝、药芯焊丝或金属芯焊丝一起使用，尽管在本发明的实施例中，示出了图2所示类型的金属芯焊丝。这种焊丝通常包括包裹在一个或多个金属芯50周围的护套48,所述护套由金属制成。用于生产这种金属芯焊丝的各种技术是公当前第1页1 2 3 4 5 6