電弧焊機(jī)及其焊炬制造技術(shù)

一種電弧焊機(jī)，包括電源并具有連接到接觸焊嘴的第一引線和連接到所述工件的第二引線，接觸焊嘴分成上焊嘴部分和下焊嘴部分，用絕緣件使所述部分電絕緣，第一開關(guān)可有選擇地變換到將引線之一連接到上焊嘴部分的導(dǎo)電狀態(tài)，第二開關(guān)可有選擇地變換到將一個(gè)引線連接到下焊嘴部分的導(dǎo)電狀態(tài)，開關(guān)工作電路產(chǎn)生第一開關(guān)信號(hào)以將第一開關(guān)變換到其導(dǎo)電狀態(tài)和／或第二開關(guān)信號(hào)以將第二開關(guān)變換到其導(dǎo)電狀態(tài)，從而控制電弧焊接過程的有效ＣＴＷＤ。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電弧焊接技術(shù)，特別涉及一種電弧焊機(jī)和專用于電弧焊接的焊炬。氣體保護(hù)金屬極電弧焊接(GMAW)包括向焊炬中的接觸焊嘴施加電流，當(dāng)自耗焊極或焊絲移向工件時(shí)，自耗焊極或焊絲通過該焊炬。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)，通過接觸焊嘴流向焊絲的電流產(chǎn)生焊接過程的電弧。電源，通常是高速開關(guān)換向器，產(chǎn)生焊接電流，并通常根據(jù)電弧電壓調(diào)整以保持恒定電壓焊接或脈沖焊接中的穩(wěn)定電弧長度度。通過接觸焊嘴移向工件的焊極或焊絲是由具有一長度的電弧與工件電連接的，該電弧應(yīng)該具有針對特定過程的給定長度。接觸焊嘴和工件之間的間隙是焊接參數(shù)，稱作為接觸焊嘴至工件距離(CTWD)。該參數(shù)不同于電極伸出(stickout)(ESO)，該ESO是從接觸焊嘴到電弧的送進(jìn)焊絲長度，包括ESO和電弧長度度之和。在氣體保護(hù)金屬極電弧焊接中，要求控制CTWD以保持穩(wěn)定電弧長度度。CTWD由于過程擾動(dòng)而改變，如在生產(chǎn)中形成的焊接件尺寸公差，工具/卡具定位精度和焊接中的局部變形。為補(bǔ)償CTWD改變并由此保持電弧穩(wěn)定性，在GMAW過程中通常要調(diào)整電弧電流以改變熱量供給，由此改變焊絲的熔化速度。當(dāng)保持電壓恒定時(shí)，改變電弧電流導(dǎo)致每單位焊道長度熱供給的實(shí)際改變，并實(shí)際影響焊浴固化的冷卻速度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用通過改變電流以調(diào)整CTWD中或電弧長度度變化的熱供給中的變化會(huì)引起焊道中的焊接表面輪廓、根部輪廓、基底金屬溶融、冶金性能和機(jī)械性能中的相應(yīng)變化。因此，改變恒定電壓焊接過程中的電流以補(bǔ)償CTWD中的變化引起在熱影響區(qū)域中首先產(chǎn)生的實(shí)際過程改變。此外，當(dāng)采用電弧電流來補(bǔ)償CTWD中的變化以及電弧長度度變化時(shí)，更難于保持焊接件的變形程度和焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。為了避免根據(jù)CTWD中的變化而必須提高和降低電弧電流，特別是在自動(dòng)控制應(yīng)用中，要測量電弧電流，并將該電弧電流用于通過機(jī)械來調(diào)整接觸焊嘴和工件之間的實(shí)際間隙。該過程常常用于自動(dòng)焊接設(shè)備的焊縫跟蹤，其中焊炬在沿焊縫移動(dòng)的同時(shí)來回橫擺運(yùn)動(dòng)。比較在橫擺運(yùn)動(dòng)的每端的CTWD以確定是否焊炬位于結(jié)合處的中心。各種變化引起焊炬路徑的改變以跟蹤焊縫。由于機(jī)械慣性和根據(jù)反饋循環(huán)過程，當(dāng)調(diào)整CTWD以及熱差時(shí)，特別是在高速焊接應(yīng)用中，不采用利用電弧電流控制電弧穩(wěn)定性的方法。另一種實(shí)際上調(diào)整焊嘴相對于工件間隙的裝置是一種視頻系統(tǒng)，該視頻系統(tǒng)在焊接操作中實(shí)際掃描焊嘴相對于工件位置。由于成本高并且要在不利的環(huán)境中維護(hù)，因此不使用這種視頻系統(tǒng)。總之，保持電弧穩(wěn)定性的最可接受的方法是調(diào)整焊接或電弧電流以補(bǔ)償CTWD中的變化。這帶來了以上詳細(xì)說明的問題。本專利技術(shù)涉及一種控制CTWD而不改變熱量供給和實(shí)際上不相對于工件機(jī)械地移動(dòng)接觸焊嘴的方法。由于控制CTWD的過程不包括反饋循環(huán)控制焊接電流和不包括相對于工件實(shí)際移動(dòng)接觸焊嘴或焊炬，因此減少了關(guān)于在正常焊接或焊道跟蹤中保持CTWD的已有工作中存在的缺點(diǎn)。本專利技術(shù)保持在恒定電壓焊接操作或脈沖焊接操作中的穩(wěn)定電弧長度度，而沒有與現(xiàn)有控制過程有關(guān)的缺點(diǎn)。根據(jù)本專利技術(shù)，提供一種在焊槍或焊炬總成中使用的接觸焊嘴的改進(jìn)。本專利技術(shù)包括將接觸焊嘴分成包含上焊嘴部分和下焊嘴部分的兩電絕緣部分。兩焊嘴部分由氣隙或其它絕緣件分隔，使自耗焊絲或焊極在向工件送進(jìn)時(shí)首先通過上焊嘴部分，接著通過下焊嘴部分。帶動(dòng)焊炬或焊槍的焊機(jī)電源具有一引線，該引線由兩電源電子開關(guān)控制而使電源的輸出電流分流。根據(jù)將開關(guān)有選擇地變換成各自導(dǎo)電狀態(tài)，電弧電流流到頂或上接觸焊嘴部分或底或下接觸焊嘴部分或兩接觸焊嘴部分。電流流經(jīng)上接觸焊嘴、下接觸焊嘴或兩個(gè)接觸焊嘴時(shí)，總焊接電流保持不變。當(dāng)焊機(jī)電流只流向上接觸焊嘴時(shí)，CTWD是由工件到上接觸焊嘴的間隙確定的距離。當(dāng)電流流向下焊嘴時(shí)，CTWD是從工件到下焊嘴的間隙。因此，當(dāng)電流流向上焊嘴時(shí)，產(chǎn)生比電流流向下焊嘴時(shí)較大的CTWD。根據(jù)本專利技術(shù)，在上接觸焊嘴和下接觸焊嘴之間對電流進(jìn)行時(shí)間分配。根據(jù)最佳實(shí)施例，工作在低頻如低于約1kHz的脈沖寬度調(diào)制器包括控制工作循環(huán)。脈沖寬度調(diào)制器的輸出邏輯引起焊接電流流向上焊嘴或下焊嘴。根據(jù)脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)進(jìn)行時(shí)間分配。因此，焊接過程測定的CTWD不是從下接觸焊嘴或上接觸焊嘴的距離。“有效的”CTWD距離是基于焊接電流流向上焊嘴或下焊嘴中的時(shí)間的處于兩接觸焊嘴部分間隙之間的距離。與流向下焊嘴的時(shí)間相比，通過延長焊接電流流向上焊嘴的時(shí)間，增大了有效CTWD。以類似方法，與上接觸焊嘴相比，流向下接觸焊嘴的時(shí)間延長，減小了有效CTWD。只通過調(diào)整脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)，改變有效CTWD以保持要求的電弧長度度，由此保持焊接過程的穩(wěn)定性。通過調(diào)整電弧電流時(shí)間分配電路中的工作循環(huán)或相對開關(guān)工作時(shí)間來控制電弧長度度和電弧電壓。當(dāng)焊炬總成或焊槍實(shí)際上太接近焊接件時(shí)，更多的電流流向上接觸焊嘴部分以使有效的焊炬-對-工件(torch-to-work)距離顛倒過來。以類似方式，當(dāng)焊炬或焊槍從工件上離開時(shí)，更多電流流向下接觸焊嘴以保持有效CTWD，從而保持使焊接過程穩(wěn)定的電弧長度度和電弧電壓。由于沒有為了調(diào)整CTWD而進(jìn)行的焊炬機(jī)械調(diào)整，因此會(huì)十分迅速地響應(yīng)該參數(shù)中的變化。沒有機(jī)械慣性。因此，本專利技術(shù)可應(yīng)用于半自動(dòng)和全自動(dòng)或機(jī)械手應(yīng)用中。在控制焊接過程中通過采用這種最大的靈活性，本專利技術(shù)使穩(wěn)定性與電弧長度度控制與熔化或熱量產(chǎn)生控制分離開。這樣，本專利技術(shù)可以調(diào)整和保持有效的CTWD而不依賴于電流控制。由此獲得過程的穩(wěn)定性，同時(shí)保持恒定熱量、恒定焊絲熔化、恒定焊接尺寸、恒定形狀、恒定冶金和機(jī)械性能和低焊接件變形。在焊接過程采用焊縫跟蹤的設(shè)備中，用于控制CTWD的脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)會(huì)指示距離工件的間隙大小。因此，脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)可用作反饋裝置以控制焊炬至工件的距離，從而進(jìn)行焊縫跟蹤和提供焊接件的自適應(yīng)填充。根據(jù)本專利技術(shù)，提供一種電弧焊機(jī)的改進(jìn)，用以在通過接觸焊嘴送進(jìn)的自耗焊極或焊絲和工件之間產(chǎn)生電弧焊接，其中焊機(jī)包括電源以產(chǎn)生電弧電流和電弧電壓。電源可采用各種形式，但是具有連接到接觸焊嘴的第一引線和連接到工件的第二引線。本專利技術(shù)的改進(jìn)包括將通常的接觸焊嘴分成上焊嘴部分和下焊嘴部分，并具有使這些部分之間電絕緣的的絕緣件。該絕緣件可以是氣隙或陶瓷插入件，當(dāng)送進(jìn)焊絲從上焊嘴部分、通過下焊嘴部分向工件送進(jìn)時(shí)，送進(jìn)焊絲通過該絕緣件。根據(jù)本專利技術(shù)，提供第一開關(guān)，可有選擇地變換到導(dǎo)電狀態(tài)，并將引線之一從電源連接到上焊嘴部分；第二開關(guān)，可有選擇地變換到將一引線從電源連接到下焊嘴部分的導(dǎo)電狀態(tài)；以及開關(guān)工作電路，產(chǎn)生第一開關(guān)信號(hào)以將第一開關(guān)變換到導(dǎo)電狀態(tài)和/或第二開關(guān)信號(hào)以將第二開關(guān)變換到導(dǎo)電狀態(tài)，從而控制電弧焊接過程的有效CTWD。根據(jù)上焊嘴部分和下焊嘴部分之間的時(shí)間分配，調(diào)整有效的CTWD。通過采用本專利技術(shù)，可以在恒定電壓焊接工作中保持CTWD在預(yù)選值而不調(diào)整電弧電流。根據(jù)本專利技術(shù)另一方面，開關(guān)工作電路是脈沖寬度調(diào)制器，其具有由工作循環(huán)控制邏輯的輸出，使得該輸出產(chǎn)生一開關(guān)信號(hào)，該開關(guān)信號(hào)可轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生另一開關(guān)信號(hào)。因此脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)確定流向上焊嘴部分的電流和流向下焊嘴部分的電流之間的時(shí)間分配。以該方式，可只通過改變脈沖寬度調(diào)制器的工作循環(huán)而調(diào)整有效的CTWD。本專利技術(shù)的主要目的是提供一種電弧焊機(jī)，可以調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電弧焊機(jī)，在通過接觸焊嘴推進(jìn)的自耗焊極和工件之間產(chǎn)生電弧焊接過程，所述焊機(jī)包括電源以產(chǎn)生電弧電流和電弧電壓并具有連接到所述接觸焊嘴的第一引線和連接到所述工件的第二引線，其特征是包括：所述接觸焊嘴分成上焊嘴部分和下焊嘴部分，用絕緣件使所述部分電絕緣，第一開關(guān)可有選擇地變換到將所述引線之一連接到所述上焊嘴部分的導(dǎo)電狀態(tài)，第二開關(guān)可有選擇地變換到將所述的一個(gè)引線連接到所述下焊嘴部分的導(dǎo)電狀態(tài)，并且開關(guān)工作電路產(chǎn)生第一開關(guān)信號(hào)以將所述第一開關(guān)變換到其導(dǎo)電狀態(tài)和／或第二開關(guān)信號(hào)以將所述第二開關(guān)變換到其導(dǎo)電狀態(tài)，從而控制所述電弧焊接過程的有效ＣＴＷＤ。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：克里斯托弗赫蘇，
申請(專利權(quán))人：林肯環(huán)球公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]