涉及调节电极的伸出端的焓的材料加工方法和系统技术方案

一种材料加工系统，包括电源(10)和使用于材料加工操作的丝电极进给的焊丝进给器(12)。电极尖端区域的焓和/或温度经由闭环控制保持基本上恒定。该控制可以基于对施加于电极的电流的调节。对电流的控制可以基于电极伸出长度误差。也可以控制焊丝进给速度以帮助在电极尖端附近保持基本上恒定的焓和/或温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术总体上涉及焊接机，并且更具体而言涉及一种被配置成在执行材料加工操作之前对电极材料进行预热操作的焊接机。各式各样的材料加工系统和材料加工控制方式已经被实施用于各种用途。在连续材料加工操作中，气体保护金属极弧焊(GMAW)技术、和被称为惰性气体保护焊(MIG)技术的特殊类通过使由惰性气体保护的材料加工焊丝从材料加工焊炬开始进给而能够形成连续的焊道。向材料加工焊丝施加电力并且电路穿过工件完成，以维持使焊丝和工件熔化从而形成所需焊缝的电弧。在相关技术中，可以在没有保护气的情况下使用药芯焊丝。高级形式的MIG材料加工基于材料加工电源中脉冲电力的生成。即，可以实施各种脉冲方式，其中，电流和/或电压脉冲由电源控制电路命令以调节来自材料加工焊丝的金属熔滴的形成和沉积，从而维持焊池所需的加热和冷却曲线，控制焊丝与焊池之间的短路等等。然而，存在并且常使用提供不是脉冲的电力的其他材料加工方式。各种方式可以依赖于“电极正”或“电极负”极性，并且本公开可以与所有这些中的任何内容相关。在一些金属材料加工应用中，可以通过所谓的“热焊丝”工艺来制作接头。在这些工艺中，电极材料被加热，并且在材料与工件之间通常不形成电弧。然后，利用热源来使材料熔化和熔融。这种热源可以包括(例如)激光、电子束、GMAW热源等等。虽然在许多应用中非常有效，但传统控制方法对于热焊丝工艺而言并不适当。例如，传统调节方案(“恒定电流”或“CC”、和“恒电压”或“CV”)不能保持所需的电极丝温度，因为控制反馈变量不一定与焓直接相关联。具体而言，在稳态下运行的热焊丝工艺中，增加电极伸出长度将会增加到系统的那个区域上下降的电压。在CV控制方案中，机器将会通过减小电流做出反应以保持所设定的电压。这降低了焊丝末端处的焓。使用CC方案，电源保持所设定的电流同时能够使电压浮动。如果增加电极伸出长度，焊丝焓将增加。因此，需要能够直接控制关键工艺参数的专业热焊丝策略。
技术实现思路
本公开涉及被设计成响应于这种需要的方法和系统。根据某些方面，一种材料加工方法包括：使电极前进至工件以开始材料加工操作；并且在材料加工操作过程中调节电极的伸出端的焓。根据本公开的另一方面，一种材料加工方法包括：使电极前进至工件以开始材料加工操作；并且在材料加工操作过程中调节施加于电极的电流以调节电极的伸出端的焓和/或温度。本公开还提供了一种材料加工系统，该材料加工系统包括：电源，该电源被配置成为材料加工提供电力；丝电极进给器，该丝电极进给器被配置成在材料加工操作过程中使丝电极前进；以及控制系统，该控制系统被配置成在材料加工操作过程中调节电极的伸出端的焓。附图说明当参照附图阅读以下详细说明时，将会更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优势，其中，贯穿附图，相同的符号表示相同的零件，在附图中：图1是示例性材料加工系统的图解表示，图示了电源联接至焊丝进给器以用于进行材料加工操作，其中，在焊接开始之前加热电极；图2是图1中所示的类型的材料加工电源的示例性控制电路部件的图解表示；图3是图示了一个过程中的示例性步骤的流程图，其中，在材料加工过程中控制电极的焓和/或温度；图4是材料加工过程中的电极的详细视图，其中根据本公开进行控制；并且图5和图6是在所公开的控制过程中所依赖的某些关系的图示。具体实施方式现在转到附图，并且首先参照图1，示例性材料加工系统被图示为包括经由导线或导管14相互联接的电源10和焊丝进给器12。在所图示的实施例中，电源10与焊丝进给器12分开，这样使得该焊丝送丝装置可以在距离电源某一距离处被定位在材料加工位置附近。然而，应理解，在一些实施方式中，焊丝进给器可以与电源成为一体。在这类情况下，导管14在系统内部。在焊丝进给器与电源分开的实施例中，端子通常设置在电源上和焊丝进给器上，从而导线或导管能够联接至系统，以便电力和气体从电源被提供给焊丝进给器，并且能够在两个设备之间交换数据。该系统被设计成向材料加工焊炬16提供焊丝、电力，并且在一些实施例中，提供保护气。如本领域的技术人员将领会的，材料加工焊炬可以具有许多不同的类型，并且通常能够使材料加工焊丝和气体进给至与工件18相邻的位置，在该位置，将形成焊缝或覆层以接合或覆盖两件或更多件金属。第二导线通常穿过此材料加工工件以便在电源与工件之间完成电气电路。该系统被设计成能够由操作员特别是经由设置在电源上的操作员界面20选择数据设置。该操作员界面通常将会并入电源的前面板中，并且能够选择设置，如焊接工艺、待使用的焊丝类型、电压和电流设置等等。具体而言，该系统被设计成能够用各种材料进行材料加工，包括钢、不锈钢、镍基合金或通过焊炬的其他材料加工焊丝。这些焊接设置被传达至电源内的控制电路22。以下更详细描述的控制电路操作用于控制施加于材料加工焊丝的材料加工电流以便实施所需的材料加工操作。在某些目前设想到的实施例中，例如，该控制电路可以被适配成调节材料加工电极的加热并且用于在材料加工过程中保持电极的焓和/或温度。如以下更全面描述的，这种加热可以通过改变操作参数来加以控制，如，例如通过材料加工电缆和焊炬施加于电极的电流和/或焊丝进给速度。因此，该控制电路联接至电力转换电路24。这个电力转换电路被适配成产生输出电力，如将会最终施加于焊炬处的材料加工焊丝的脉冲和非脉冲波形。可以采用各种电力转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等等。这种电路的配置可以是其本身领域内普遍已知的类型。电力转换电路24如箭头26所指示联接至电气电源。尽管可以使用其他电源，如发动机驱动的发电机、蓄电池、燃料电池或其他替代源生成的电力，但施加于电力转换电路24的电力可以源自于电网。最后，图1中图示的电源包括被设计成能够使控制电路22与焊丝进给器12交换信号的接口电路28。焊丝进给器12包括联接至接口电路28的互补接口电路30。在一些实施例中，多引脚接口可以设置在部件和在接口电路之间延伸的多导线电缆两者上，从而使如焊丝进给速度、工艺、所选择的电流、电压或功率级等信息能够在电源10、焊丝进给器12任一者或两者上被设定。焊丝进给器12还包括联接至接口电路30的控制电路32。如以下更全面描述的，控制电路32能够根据操作员的选择来控制焊丝进给速度，并且准许经由接口电路将这些设置回馈给电源。控制电路32联接至焊丝进给器上的操作员界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料加工方法，包括：使电极朝工件前进从而开始材料加工操作；以及在所述材料加工操作过程中调节所述电极的伸出端的焓。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.26 US 61/883,094;2014.09.10 US 14/483,0051.一种材料加工方法，包括：
使电极朝工件前进从而开始材料加工操作；以及
在所述材料加工操作过程中调节所述电极的伸出端的焓。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过调节施加于所述电极的电流调
节所述焓。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述电流是基于所确定的电极伸出
长度误差调节的。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述电流是基于比例增益值调节
的。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述焓被控制以维持所述电极伸出
区域的大体恒定的温度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述焓是基于被选择用于所述材料
加工操作的电极的已知特性来控制的。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述特性是基于所述所选择的电极
在系统电源和/或焊丝进给器内的操作员输入而确定的。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述焓是至少部分基于以下关系控
制的：
EE*λ*I2=[πDW24τρW][Hf-HO]]]>式中，EE是电极伸出长度,I是材料加工电流，Dw是所述电极的直径，
τ是所述电极的线性流速，pw是所述电极在已知温度下的密度，Hf是所述电
极的所需焓，以及H0是所述电极的初始焓。
9.如权利要求1所述的方法，其中，出于控制目的，所述焓被假定为大
体与温度成比例。
10.一种材料加工方法，包括：
使电极朝工件前进从而开始材...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·迈克尔·斯科特，理查德·马丁·哈奇森，
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