使用AC焊接波形和增强型耗材来焊接以改进镀锌工件的焊接的系统和方法技术方案

本发明专利技术包括一种用于单独地或与热丝系统结合地使用弧焊系统来焊接涂布材料的系统和方法，其中该弧焊系统使用一个焊接电流，该焊接电流具有一个AC电流部分(3000)以累积一个熔滴以用于过渡到该工件。在进一步的实施例中，该工件涂布有一种材料、诸如锌，并且该弧焊系统使用一个AC焊接波形(3000)，该AC焊接波形能够在几乎没有孔隙率或飞溅的情况下焊接涂布工件并且能够达到增强的性能。另外的实施例使用一根增强型焊条(2110)来提供最佳孔隙率性能。此类实施例允许在几乎没有孔隙率和飞溅的情况下并且在一个高焊接速率下焊接涂布材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本申请要求2014年4月4日提交的临时申请号61/975,227以及2015年2月13日提交的美国专利申请14/621,559的优先权，这些申请通过引用以其全文结合在此。
特定实施例涉及焊接和接合应用。更具体地，特定实施例涉及一种用于在具有或没有增强型耗材的情况下使用增强型AC焊接波形来以高速率焊接或接合镀锌工件而几乎没有孔隙率的系统和方法。再更具体地，本专利技术涉及一种对应地根据权利要求1和15的序言的焊接系统和焊接方法。背景许多不同的焊接方法和系统用于接合具有耐腐蚀涂层的工件，诸如镀锌工件。然而，因为耐腐蚀涂层的存在，这些方法和系统在其使用方面受限制。确切地，这些系统和方法典型地是缓慢的，以便确保该涂层不过度地污染焊缝。然而，因为这些过程是缓慢的，它们倾向于增加到达焊接接头中的热量输入。这是所不希望的，特别地是在其中工件相当薄的应用中。通过常规的、传统的和所提出的方法与本申请的剩余部分中参考附图阐述的本专利技术的实施方案相比较，本领域的技术人员将明白这些方法的其他限制和缺点。概述本专利技术的实施例包括一种用于单独地或与热丝系统结合地使用弧焊系统来焊接或接合涂布材料的系统和方法，其中该弧焊系统使用一个焊接电流，该焊接电流具有一个AC电流部分以累积一个熔滴以用于过渡到该工件。在进一步的实施例中，该工件涂布有一种材料、诸如锌，并且该弧焊系统使用一个AC焊接波形，该AC焊接波形能够在几乎没有孔隙率或飞溅的情况下焊接涂布工件并且能够达到增强的性能。此类实施例允许在几乎没有孔隙率和飞溅的情况下并且在一个高焊接速率下焊接涂布材料。所要求保护的本专利技术的这些和其他特征以及所要求保护的本专利技术的图示说明的实施例的细节将从以下说明、附图和权利要求书得到更全面的理解。附图简要说明图1示出了一种用于钎焊、包覆、堆焊、填充、以及表面硬化熔覆应用中的任一种的组合填充焊丝送进器和能源系统的一个示例性实施例的功能性示意框图；图2示出了图1系统所使用的一种启动方法的一个实施例的流程图；图3示出了图1系统所使用的一种启动后方法的一个实施例的流程图；图4示出了与图3的启动后方法相关联的一对电压和电流波形的第一示例性实施例；图5示出了与图3的启动后方法相关联的一对电压和电流波形的第二示例性实施例；图6和图6A示出了本专利技术的用于执行一个焊接操作的进一步的示例性实施例；图7、图7A和图7B示出了利用本专利技术的焊接的另外的示例性实施例；图8示出了同时接合一个接头的两侧的进一步的示例性实施例；图9示出了利用本专利技术的焊接的另一个示例性实施例；图10示出了本专利技术的利用多个激光器和焊丝来焊接一个接头的另一个示例性实施例；图11A至11C描绘了与本专利技术的实施例一起使用的导电嘴(contact tip)的示例性实施例；图12示出了根据本专利技术的一个实施例的一个热丝电源系统；图13A-13C示出了本专利技术的示例性实施例所形成的电压和电流波形；图14示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的另一个焊接系统；图15示出了本专利技术的一个实施例所形成的一个焊接熔池的一个示例性实施例；图16A至16F示出了根据本专利技术的实施例的焊接熔池和激光束利用的示例性实施例；图17示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的一个焊接系统；图18示出了可以在本专利技术的实施例中使用的一个斜降电路的一个示例性实施例；图19示出了根据本专利技术的一个烟雾抽引管嘴的一个示例性实施例；图20示出了本专利技术的进一步的焊接系统的一个示例性实施例；图21示出了根据本专利技术的一个实施例的一个焊接操作的一个示例性实施例；图22A-22C示出了本专利技术的焊接系统所利用的电流波形的示例性实施例；图23示出了根据本专利技术的一个实施例的另一个焊接操作的一个示例性实施例；图24示出了可以与本专利技术的实施例一起使用的电流波形的另一个示例性实施例；图25示出了可以与本专利技术的实施例一起使用的另一个焊接操作的一个示例性实施例；图25A示出了可以与图25所示的实施例一起使用的电流波形的一个示例性实施例；图26示出了使用并排弧焊接操作的进一步的焊接操作的一个示例性实施例；图27示出了本专利技术的另外的焊接操作的一个示例性实施例；图28示出了本专利技术的使用磁转向的一个焊接操作的另外的示例性实施例；图29示出了可以与本专利技术的示例性实施例一起使用的电弧产生电流波形的另外的示例性实施例；并且图30示出了可以与本专利技术的示例性实施例一起使用的电弧产生电流和电压波形的进一步的示例性实施例。详细说明术语“熔覆”在此以广义方式使用并且可以指代任何应用，包括钎焊、包覆、堆焊、填充和表面硬化。例如，在“钎焊”应用中，一种填充金属经由毛细作用被分布在一个接头的紧密配合表面之间。然而，在“铜焊”应用中，该填充金属被使得流动到一个间隙中。然而，如在此所使用的，两种技术广义上被称为熔覆应用。图1示出了一种用于执行钎焊、包覆、堆焊、填充、表面硬化熔覆和接合/焊接应用中的任一种的组合填充焊丝送进器和能源系统100的一个示例性实施例的功能性示意框图。系统100包括能够使激光束110聚焦到工件115上从而对工件115加热的激光子系统。该激光子系统是高强度能源。该激光子系统可以是任何类型的高能激光源，包括但不限于二氧化碳、Nd:YAG、Yb-盘、YB-光纤、光纤递送或直接二极管激光系统。进一步地，如果白光或石英激光型系统具有充分的能量，甚至也可以使用这些系统。该系统的其他实施例可以包括用作高强度能源的电子束、等离子体弧焊子系统、气体保护钨极弧焊子系统、气体保护金属弧焊子系统、焊剂芯焊丝弧焊子系统、以及埋弧焊子系统中的至少一者。以下说明将重复提到激光系统、光束和电源，然而，应当理解，这种引用是示例性的，因为可以使用任何高强度能源。例如，高强度能源可以提供至少500W/cm2。该激光子系统包括彼此操作性地连接的一个激光装置120和一个激光器电源130。激光器电源130提供用于操作激光装置120的功率。系统100还包括一个热填充焊丝送进器子系统，该热填充焊丝送进器子系统能够提供至少一根电阻填充焊丝140来在激光束110附近与工件115进行接触。当然，应当理解，通过在此引用工件115，熔融熔池被认为是工件115的部分，因此对与工件115的接触的引用包括与熔池的接触。该热填充焊丝送进器子系统包括一个填充焊丝送进器150、一个导电管160、以及一个热丝电源170。在操作过程中，引领激光束110的填充焊丝140由来自操作性地连接在导电管160与工件115之间的热丝焊接电源170的电流电阻加热。根据本专利技术的一个实施例，尽管交流(AC)或其他类型的电源也是可能的，热丝焊接电源170是脉冲直流(DC)电源。焊丝140从填充焊丝送进器150穿过导电管160朝向工件115被送进并且延伸到该管160之外。焊丝140的延伸部被电阻加热，这样使得该延伸部在接触该工件上的焊接熔池之前接近或达到熔点。激光束110用于使工件115的基底金属中的一些基底金属熔化，以便形成焊接熔池并且还使焊丝140熔化到工件115上。电源170提供电阻熔化填充焊丝140所需的大部分能量。根据本专利技术的某些其他实施例，该送进器子系统可能能够同时提供一根或多根焊丝。例如，一根第一焊丝可以用于表面硬化和/或向该工件提供耐腐蚀性，并且一根第二焊丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接系统(100)，包括：一个焊接电源，该焊接电源产生一个焊接电流并将其递送到一个耗材以用于熔敷到一个工件上；其中所述焊接电流包括多个循环，其特征在于，每个所述循环包括：一个基值部分(3101)，该基值部分具有一个负极性和一个基值电流电平；跟随所述基值部分的一个斜变阶段部分(3101)，该斜变阶段部分使用一个第一斜变速率使所述焊接电流的该极性从所述基值部分增大到一个更高负电流电平；跟随所述斜变阶段部分的一个负峰值部分(3105)，该负峰值部分具有大于所述更高负电流电平的一个负峰值电流电平，并且其中所述焊接电流从所述更高负电流电平到所述负峰值电流电平的一个斜变速率大于所述第一斜变速率；跟随所述负峰值部分的一个正脉冲，所述正脉冲具有一个斜升部分、一个峰值部分(3111)以及一个斜降部分，其中所述斜升部分具有从一个第一正电流电平到所述峰值部分的一个正峰值电流电平的一个第一受控斜变速率，并且所述斜降部分具有从所述峰值电平到一个第二正电流电平的一个第二受控斜变速率；以及跟随所述正脉冲部分的一个负拖尾部分(3115)，该负拖尾部分具有一个拖尾电流峰值电平，并且在该负拖尾部分过程中，单个熔滴从所述耗材被过渡到所述工件。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 US 61/975,227;2015.02.13 US 14/621,5591.一种焊接系统(100)，包括：一个焊接电源，该焊接电源产生一个焊接电流并将其递送到一个耗材以用于熔敷到一个工件上；其中所述焊接电流包括多个循环，其特征在于，每个所述循环包括：一个基值部分(3101)，该基值部分具有一个负极性和一个基值电流电平；跟随所述基值部分的一个斜变阶段部分(3101)，该斜变阶段部分使用一个第一斜变速率使所述焊接电流的该极性从所述基值部分增大到一个更高负电流电平；跟随所述斜变阶段部分的一个负峰值部分(3105)，该负峰值部分具有大于所述更高负电流电平的一个负峰值电流电平，并且其中所述焊接电流从所述更高负电流电平到所述负峰值电流电平的一个斜变速率大于所述第一斜变速率；跟随所述负峰值部分的一个正脉冲，所述正脉冲具有一个斜升部分、一个峰值部分(3111)以及一个斜降部分，其中所述斜升部分具有从一个第一正电流电平到所述峰值部分的一个正峰值电流电平的一个第一受控斜变速率，并且所述斜降部分具有从所述峰值电平到一个第二正电流电平的一个第二受控斜变速率；以及跟随所述正脉冲部分的一个负拖尾部分(3115)，该负拖尾部分具有一个拖尾电流峰值电平，并且在该负拖尾部分过程中，单个熔滴从所述耗材被过渡到所述工件。2.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述第一斜变速率是在25至100安培/毫秒的范围内。3.如权利要求1或2所述的焊接系统，其中负峰值电流电平是在150至400安培的范围内。4.如权利要求1至3之一所述的焊接系统，其中所述第一正电流电平是在50至200安培的范围内。5.如权利要求1至4之一所述的焊接系统，其中所述第一受控斜变速率是在300至600安培/毫秒的范围内。6.如权利要求1至5之一所述的焊接系统，其中所述正脉冲峰值电平是在300至600安培的范围内。7.如权利要求1至6之一所述的焊接系统，其中所述第二受控斜变速率是在300至1000安培/毫秒的范围内。8.如权利要求1至7之一所述的焊接系统，其中所述负拖尾电平进一步包括一个短路电流部分，在该短路电流部分过程中，所述熔滴与所述工件相接触。9.如权利要求1至8之一所述的焊接系统，其中所述拖尾峰值电流电平低于所述负峰值电流电平并且大于所述基值电流电平。10.如权利要求1至9之一所述的焊接系统，其中所述第二正电流电平是以下一个电流电平，在该电流电平下，所述电源将所述焊接电流从正极性切换到负极性。11.如权利要求1至10之一所述的焊接系统，其中以下各项中的至少一项是由所述电源基于所述耗材的一个焊丝送进速度和所述耗材的类型中的至少一项来确定：所述第一斜变速率、所述斜变阶段部分的一个持续时间、所述负峰值电流电平、所述负峰值电流电平的一个持续时间、所述第一正电流电平、所述第一受控斜变速率、所述正峰值电流电平、所述正峰值电流电平的一个持续时间、所述第二受控斜变速率、所述第二正电流电平以及所述拖尾峰值电流电平。12.如权利要求1至11之一所述的焊接系统，其中以下各项中的至少一项是由所述电源基于所述焊接电流的一个监测电压来确定：所述斜变阶段部分的一个持续时间、所述负峰值电流电平的一个持续时间、所述斜升部分的一个持续时间、所述正峰值电流电平的一个持续时间、以及所述斜降部分的一个持续时间。13.如权利要求1至12之一所述的焊接系统，其中所述正峰值电流电平被维持直到达到一个预先确定的阈值为止，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·亨利，S·R·彼得斯，巴德里·K·纳拉亚南，廖彥智，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US