用于受控电弧和短阶段时间调节的系统和方法技术方案

一种焊接型系统包括：焊接型电力供应器，被配置用于产生用于电弧焊接过程的输出功率；以及控制器。该控制器计算在该电弧焊接过程期间多个短路事件和/或电弧事件的代表性持续时间。每个短路事件和/或电弧事件包括过渡阶段、中间阶段和结束阶段。该控制器计算与给定的短路事件或电弧事件相关联的过渡阶段的持续时间、中间阶段的持续时间、以及从中间阶段的目标电流到结束阶段的目标电流的斜降时间的持续时间的总和。该控制器控制该焊接型电力供应器，以便调节与该给定的短路事件相关联的该过渡阶段、该中间阶段或该斜降时间的持续时间，使得该总和在该代表性持续时间的阈值范围内。可替代地，该控制器维持该结束阶段的持续时间小于预定值。

【技术实现步骤摘要】
用于受控电弧和短阶段时间调节的系统和方法相关申请的交叉引用本申请是2019年1月31日提交的名称为“SystemsandMethodsforControlledArcandShortPhaseTimeAdjustment(用于受控电弧和短阶段时间调节的系统和方法)”的美国临时专利申请号62/799,342的非临时专利申请，该美国临时专利申请通过援引以其全文并入本文。
技术介绍
焊接是在所有行业中变得越来越普遍的工艺。用于结合过程(诸如焊接、钎焊、胶接和/或其他结合操作)的常规系统和方法需要在设备上进行大量投资，诸如加工、显示、实施工件、焊接工具、传感器和/或其他设备。常规的短路气体金属电弧焊(GMAW)也称为金属惰性气体(MIG)焊接，是一种在电极与要焊接的金属零件之间形成电弧的焊接过程。电弧产生使金属零件熔化的热量。熔化的金属零件冷却之后，金属零件会接合并形成焊接件。可以测量电气和/或物理参数，并且可以在焊接操作期间将这些测量的结果作为过程反馈和系统反馈提供给焊工和/或控制系统和控制电路。焊工和/或控制系统和控制电路可以在焊接时使用该反馈信息实时地调节焊接参数，从而使得焊接过程得到改善。MIG焊接的高级形式是基于循环脉冲的产生，该循环脉冲的产生可以导致前进的丝电极与包括工件和该丝电极的熔化金属的焊接熔池之间的受控短路。即，可以执行各种脉冲方案，其中由电力供应器控制电路系统对电流脉冲和/或电压脉冲作出命令，以调整来自焊丝的金属熔滴(和/或喷雾和/或小球)的形成和沉积，以维持焊接熔池的期望加热分布和冷却分布，以控制丝与焊接熔池之间的短路，等等。尽管在许多应用中是有效的，但是这种脉冲式和短路焊接方案可能具有缺点。例如，取决于过渡模式，这些过程可能会限制行进速度、产生过多飞溅物从而需要及时清理焊接工件、提供非最佳的焊透、或者这些效果和其他效果的任意组合。而且，某些脉冲过程(诸如以材料转移的喷射模式操作的过程)对于特定的应用可能会过热。诸如短路过程等其他过程可能导致变冷，但可能再次产生飞溅物和其他不想要的焊接效果。此外，在某些焊接情况下以及在使用某些焊接电极的情况下，被训练用于在电极与工件之间实施循环短路的脉冲焊接过程可能会向焊接增添过多的能量。例如，对于具有芯层的丝电极，尤其是由于焊接电流往往流过丝包层(其与实芯丝相比可能更容易熔化)，因此该电极可能会被增添到丝的过量电流加热。结果，电弧可能爆发(flare)(即变长)。然而，为了跨越间隙、减少烧穿和增加行进速度，可能期望将电弧长度维持在最小。不幸的是，这会导致丝短路到进行中的焊接熔池，并需要额外的电流来清除短路，这同样导致具有芯层的丝包层发热，并导致电弧爆发，使得使用大的功率源产生高功率输出。因此，需要改进的焊接策略，以允许在脉冲和短路波形方案中进行焊接，同时提高焊接质量和灵活性。
技术实现思路
本公开总体上涉及焊机，并且更具体地涉及一种被配置用于通过调节与短路事件或电弧事件的一个或多个阶段相关联的持续时间和/或电流来控制电弧焊接操作的短路事件的焊机。结果，与常规系统相比，受控短路产生的飞溅物减少、并且电流降低。根据示例性实施方式，一种焊接方法包括：产生用于焊接功率输出的控制波形，该波形包括多个连续的峰值阶段，随后是焊接熔池与前进的丝电极之间的短路；以及至少基于前一短路事件的一个或多个阶段的持续时间来调节每个当前峰值阶段的持续时间，以控制将在当前峰值阶段之后发生的短路。在一些示例中，这些方法和系统允许：至少基于前一短路来调节至少一个波形阶段，以控制将发生的下一个短路；和/或至少基于前一短路来调节至少一个短路响应阶段，以控制将发生的下一个短路。附图说明图1是根据本技术的各方面的示例性电弧焊接系统的图解表示，展示了联接至送丝器以执行受控短路焊接操作的电力供应器。图2是用于图1所示类型的焊接电力供应器的示例性控制电路系统部件的图形表示。图3是根据本公开的用于受控短路焊接的示例性波形的图形表示。图4是根据本公开的用于受控短路焊接的另一示例性波形的图形表示。图5是根据本公开的用于受控短路焊接的又一示例性波形的图形表示。图6是展示了根据本公开的焊接方案的流程图。具体实施方式本公开描述了用于通过对电弧事件、短路事件或这两个事件的组合的一个或多个阶段的时间调节来实现受控短路的系统和方法。时间调节可以基于电弧事件和/或短路事件的代表性(例如，平均)持续时间，以控制在期望的电流水平下发生短路清除。例如，短路清除预测可以基于过程反馈变量。如果在短路清除事件之前没有充分降低电流水平，则较高的电流水平会导致飞溅物。为了减少飞溅物的量，可以调节短路事件的一个或多个阶段的持续时间，使得进行短路清除时电流处于期望值。在一些示例中，可以调节短路的一个或多个阶段中的目标电流水平。当前一阶段的目标峰值电流降低时，到后一阶段的目标阈值电流的斜降时间就会缩短。结果是短路清除事件在目标电流下发生，而不是在目标峰值电流与阈值电流之间的电流水平下发生。在一些所公开的示例中，可以针对三个或更多个不同的阶段(过渡阶段、中间阶段和结束阶段)描述短路事件的持续时间。每个阶段都有独立确定的目标电流、电流斜坡率和/或持续时间。另外或可替代地，每个阶段可以具有独立确定的目标送丝速度(WFS)和WFS斜坡率，该独立确定的目标送丝速度和WFS斜坡率在丝向工件前进和/或从工件缩回时调整丝的速度和/或加速度。如果短路持续时间小于过渡阶段、中间阶段的持续时间与将电流从峰值电流水平降低到本底电流水平所需的时间之和，则短路清除事件在高于期望的本底电流水平的电流值下发生。短路清除的不一致时序以及相关联的电流水平可能会对焊接过程的稳定性产生不利影响。为了避免在高于本底水平的电流水平下发生短路清除，控制器可以采用代表性的短路清除事件持续时间(例如，平均值)来调节短路阶段的一个或多个特性(例如，持续时间、电流水平)，以避免在达到本底电流之前清除短路。短路循环在短路事件与电弧事件之间交替发生。以与对短路控制的描述一致的方式，可以调节电弧事件以控制短路清除发生。例如，期望在MIG焊接过程期间来自焊丝的熔融熔滴以相对较低的电流水平进入焊接熔池。如果电流水平太高，则熔滴与熔池之间的正常“润湿”作用会被熔滴/熔池界面处的高洛伦兹“拧断(pinch)”力中断。熔滴转移过程的这种中断可能导致该过程排出大的飞溅物熔滴。为了避免这种不必要的飞溅物，设置电弧事件的多个阶段，使得在短路事件之前达到预定的电流水平。特别地，电弧事件的多个阶段具有与关于短路阶段所描述的相同的可独立调节参数。例如，在电弧阶段期间可以快很多地降低电流水平，因为在电弧阶段期间可以获得更高的电压来驱动来自输出电感器的能量。因此，以与关于短路事件所描述的方式相似的方式，可以根据由控制器实施的控制方案来调节电弧事件。控制器被配置用于计算过渡阶段的持续时间、中间阶段的持续时间、以及从中间阶段的峰值目标电流水平到结束阶段(此时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接型系统，包括：/n焊接型电力供应器，所述焊接型电力供应器被配置成产生用于电弧焊接过程的输出功率；以及/n控制器，所述控制器被配置用于：/n计算在所述电弧焊接过程期间多个短路事件的代表性持续时间，其中，每个短路事件包括过渡阶段、中间阶段和结束阶段；/n计算与给定的短路事件相关联的所述过渡阶段的持续时间、所述中间阶段的持续时间、以及从所述中间阶段的目标电流到所述结束阶段的目标电流的斜降时间的持续时间的总和；并且/n控制所述焊接型电力供应器，以便调节与所述给定的短路事件相关联的所述过渡阶段、所述中间阶段或所述斜降时间的持续时间，使得所述总和在所述代表性持续时间的阈值范围内，并以便维持所述结束阶段的持续时间小于预定值。/n

【技术特征摘要】
20190131 US 62/799,342;20200108 US 16/737,5871.一种焊接型系统，包括：
焊接型电力供应器，所述焊接型电力供应器被配置成产生用于电弧焊接过程的输出功率；以及
控制器，所述控制器被配置用于：
计算在所述电弧焊接过程期间多个短路事件的代表性持续时间，其中，每个短路事件包括过渡阶段、中间阶段和结束阶段；
计算与给定的短路事件相关联的所述过渡阶段的持续时间、所述中间阶段的持续时间、以及从所述中间阶段的目标电流到所述结束阶段的目标电流的斜降时间的持续时间的总和；并且
控制所述焊接型电力供应器，以便调节与所述给定的短路事件相关联的所述过渡阶段、所述中间阶段或所述斜降时间的持续时间，使得所述总和在所述代表性持续时间的阈值范围内，并以便维持所述结束阶段的持续时间小于预定值。


2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置用于从传感器接收信号，所述信号表示在所述电弧焊接过程期间所述多个短路事件中的每个短路事件的特性。


3.如权利要求2所述的系统，其中，所述特性包括电流、持续时间或电压中的至少一个。


4.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置用于基于所述特性中的一个或多个来测量所述给定的短路事件的所述结束阶段的持续时间。


5.如权利要求2所述的系统，进一步包括用于执行所述电弧焊接过程的焊接型焊炬，所述焊接型焊炬包括被配置用于经由所述焊接型焊炬将电极驱动至工件的送丝器。


6.如权利要求5所述的系统，其中，所述送丝器被配置用于控制所述电极前进或缩回。


7.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置用于调节所述结束阶段的持续时间，使得在所述结束阶段的目标电流下发生与所述给定的短路事件相关联的短路清除事件。


8.如权利要求1所述的系统，其中，所述中间阶段的目标电流大于所述结束阶段的目标电流。


9.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置用于调节所述中间阶段的目标电流或所述结束阶段的目标电流中的一个，以减少所述斜降时间。


10.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置用于调节与所述给定的短路事件相关联的所述过渡阶段、所述中间阶段和所述斜降时间中的两个或更多个的持续时间。


11.如权利要求1所述的系统，其中，所述焊接型电力供应器包括开关模式电力供应器。


12.如权利要求11所述的系统，其中，斜降率受与来自所述开关模式电力供应器的用于所述电弧焊接过程的所述输出功率相关联的电压幅值的限制。


13.如权利要求1所述的系统，其中，每个短路事件包括至少两个中间阶段，每个中间阶段包括各自的目标电流水平。


14.一种焊接型系统，包括：
焊接型电力供应器，所述焊接型电力供应器被配置成产生用于电弧焊接过程的输出功率；
焊炬，所述焊炬包括送丝器，所述送丝器被配置用于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·M·哈奇森，达斯汀·瓦格纳，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US