电弧启动系统和方法技术方案

公开了一种用于在焊接过程中电子起弧的系统和方法。所述系统和方法可以通过降低平均功率谱密度输出并扩展电弧电磁干扰(EMI)覆盖区的频谱来减少电弧启动期间的EMI覆盖区。在一个实施例中，焊接系统可以包括焊炬和经由电缆电耦接至焊炬的焊接电源，所述电缆被配置成向焊炬供应电能。所述焊接电源可以包括伪随机噪声(PRN)发生器控制逻辑电路，所述伪随机噪声发生器控制逻辑电路被配置为基于一个或多个基线生成具有二进制值的伪随机选择的数据序列的抖动脉冲波形，并且在由所述焊炬执行的钨惰性气体(TIG)焊接过程中的起弧期间将所述抖动脉冲波形应用于振荡器。

Arc starting system and method

【技术实现步骤摘要】
电弧启动系统和方法本申请是申请日为2015年12月04日、国际申请号为PCT/US2015/064031、国家申请号为201580076433.8、专利技术名称为“电弧启动系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求在2014年12月19日提交的名称为“电弧启动系统和方法”的美国临时申请序列号62/094,563的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中用于所有目的。
技术介绍
本公开总体涉及焊接系统，更具体地涉及焊接系统中使用的某些工艺的起弧。一些焊接系统使用电弧焊接工艺，诸如气体保护钨极电弧焊(GTAW)，也称为钨极惰性气体保护(TIG)焊接，其中使用非自耗性钨极来生产焊缝。使用TIG焊接工艺的焊接系统可以以多种方式起弧，包括直接或远程起弧。直接起弧可以称为“摩擦起弧”。为了摩擦起弧，钨极在电源接通时与工件摩擦以引弧。然而，使用摩擦起弧可能引起焊缝和电极的污染。远程起弧可以称为“高频(HF)起弧”。虽然钨电极与工件不接触，但是高频起弧可能需要在钨电极上施加较高电压且高频的正弦波(几兆赫兹)。在电极尖端产生的高频电场破坏在保护气柱内且在电极尖端与工件之间的路径的介质电阻，以在保护气体中形成导电路径，从而可以建立电弧。遗憾的是，由于有助于起弧的大输出电压，高频波形起弧通常产生相对较大的电磁干扰(EMI)覆盖区，这可能会引发附近电子设备出现问题等。
技术实现思路
以下概述与最初要求保护的主题的范围相同的某些实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施例仅仅旨在提供主题的可行形式的简要概述。实际上，主题可以包括类似于或不同于以下阐述的实施例的各种形式。在某些实施例中，焊接系统可以包括焊炬和经由电缆电耦接至焊炬的焊接电源，所述电缆被配置成向焊炬供应电能。所述焊接电源可以包括伪随机噪声(PRN)发生器控制逻辑电路，所述伪随机噪声发生器控制逻辑电路被配置为基于一个或多个基线生成具有二进制值的伪随机选择的数据序列的抖动脉冲波形，并且在由所述焊炬执行的钨惰性气体(TIG)焊接过程中的起弧期间将所述抖动脉冲波形应用于振荡器。附图说明当参照附图阅读以下详细说明时，会更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相同的附图标记代表相同的零件，其中：图1是根据本公开的实施例的包括电源和非自耗的钨电极的TIG焊接系统的框图；图2是根据本公开的实施例的用于在图1的TIG焊接系统中起弧的子电路系统的框图；图3是根据本公开的实施例的适于在图1的TIG焊接系统中起弧的过程的流程图；图4A是包括使用图2的电路系统生成的伪随机噪声(PRN)的示例性抖动脉冲串，并且图4B是根据本公开的实施例的图4A的抖动PRN脉冲串的二进制表示；并且图5是根据本公开的实施例的适于监测并确定图1的TIG焊接系统的数个方面的过程的框图。具体实施方式以下将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，本说明书中不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在开发任何这种实际实施方式中，如同在任何工程或设计项目中，必须作出许多实施方式特定的决定来获得开发者的具体目的，例如，符合系统相关的和商业相关的约束，这可能因实施方式的不同而异。此外，应当理解，这种开发努力可能复杂且费时，但是对于从本公开受益的普通技术人员而言，这可能是设计、制备和制造的日常任务。在介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个元件的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”是指包括性的，并且表示还可以具有除列举的元件之外的附加元件的意思。如前所述，使用高频(HF)波形来启动TIG焊接系统中的电弧可能会产生相对较大的电磁干扰(EMI)覆盖区，这对附近的电子设备是不利的。因此，本公开涉及减少在使用增强的控制电路系统和低成本部件等的TIG焊接系统中电子起弧时产生的EMI覆盖区。在一些实施例中，增强的控制电路系统可以使用脉冲宽度调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM)技术的混合组合来生成抖动脉冲波形。任何类型的“脉冲”调制是调幅的子类，其中输出波形中的任何变化都是振幅的变化，在脉冲调制情况下，振幅从“开”变为“关”。抖动脉冲波形可以通过扩展电弧启动信号所使用的频谱的动作来降低起弧期间的平均功率谱密度输出。如下详细地所述，增强的控制电路系统可以通过使用基线来实现PWM，该基线与需要振荡器开启以起弧的最小时间以及在电弧熄灭之前振荡器可以关闭的最大时间有关。其他调制方案也适用于本公开。例如，PRN子电路系统可以改变或调制振荡器相位或频率。这些模式的优点在于，在仍然扩展频谱的同时，HS起始波形的功率更恒定(不是脉冲开启和关闭)。增强的控制电路可以使用伪随机噪声(PRN)发生器控制逻辑来根据基线随机生成脉冲宽度以降低平均功率谱密度。此外，增强的控制电路可以使用PPM来抖动脉冲位置以扩展频谱，从而用于减小电弧启动期间EMI覆盖区。此外，在一个实施例中，除了别的以外，控制电路系统可以使用基线来监测系统以确定系统的性能和/或是否正确配置电极。现在转到附图，并且首先参考图1，示例性的TIG焊接系统10被图示为包括电源12和非自耗的钨电极14。电源12可以经由焊接电缆17电耦合至焊炬16并向其提供焊接功率。操作者可以一只手握住焊炬16，并手动地将焊条18送入焊接区域。气体源20可以与电源12一体形成或与电源12分离，该气体源20可以如图所示经由焊接电缆17或通过单独的电缆21将气体(例如，CC“2、氩气)提供给焊炬16。操作者可以触发焊炬16的触发器22以在钨电极14和工件26之间启动电弧24。在一些实施例中，焊接系统10可以由自动化界面触发，包括但不限于可编程逻辑控制器(PLC)或机器人控制器。在一些实施例中，通过使用脉冲宽度调制(PWM)与脉冲位置调制(PPM)相结合等来生成在起弧期间使用的抖动脉冲波形，可以减少经常伴随远程起弧的电磁干扰(EMI)。也就是说，如下面更详细描述的，所公开的技术可以保持峰值电弧功率以启动电弧24，同时降低输出的平均功率谱密度。焊接系统10被设计成向焊炬16提供焊接功率和保护气体。如本领域技术人员将理解的，焊炬16可以是许多不同类型的，并且可以有助于使用电极18和气体的各种组合。焊接系统10可以经由设置在电源12上的操作者界面28从操作者接收数据设置。操作者界面28可以并入电源12的面板中，并且可以提供选择设置，例如起弧类型(例如，抖动脉冲波形、HF、提拉式起弧等)、焊接工艺(例如，TIG、粘结焊等)、电压和电流设置等等。焊接设置被传送到电源12内的控制和功率转换电路系统30。控制和功率转换电路系统30操作用于控制应用于电极14的焊接功率输出的生成，以执行所需的焊接操作。也就是说，控制和功率转换电路系统30控制提供给焊炬16的焊接功率的电流和/或电压。在某些实施例中，控制和功率转换电路系统30可以包括执行计算机指令或访问存储在一个或多个有形的、非暂时的计算机可读介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接系统，包括：/n焊接电源，所述焊接电源被配置成经由焊接电缆联接到焊炬并且被配置成向所述焊炬提供焊接功率，其中所述焊接电源包括：/n伪随机噪声(PRN)发生器控制逻辑电路，所述伪随机噪声发生器控制逻辑电路被配置为生成具有伪随机选择的数据序列的抖动脉冲波形，并且在由所述焊炬执行的钨惰性气体(TIG)焊接过程中的起弧期间将所述抖动脉冲波形应用于振荡器。/n

【技术特征摘要】
20141219 US 62/094,563;20151203 US 14/957,9301.一种焊接系统，包括：
焊接电源，所述焊接电源被配置成经由焊接电缆联接到焊炬并且被配置成向所述焊炬提供焊接功率，其中所述焊接电源包括：
伪随机噪声(PRN)发生器控制逻辑电路，所述伪随机噪声发生器控制逻辑电路被配置为生成具有伪随机选择的数据序列的抖动脉冲波形，并且在由所述焊炬执行的钨惰性气体(TIG)焊接过程中的起弧期间将所述抖动脉冲波形应用于振荡器。


2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述抖动脉冲波形至少部分地基于一个或多个基线来生成，所述基线包括所述振荡器起弧的最小开启时间基线和在电弧熄灭之前所述振荡器的最大关闭时间基线。


3.根据权利要求2所述的焊接系统，其中，所述伪随机选择的数据序列包括：初始二进制值，所述初始二进制值被设置成开启持续根据所述振荡器启动所述电弧的基线的最小启动时间；中间二进制值，所述中间二进制值被设置成开启持续大于所述最小开启时间基线的随机时间长度和被设置成关闭持续小于所述最大关闭时间基线的随机时间长度；以及最终二进制值，所述最终二进制值被设置成关闭持续根据所述基线的最大关闭时间。


4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述抖动脉冲波形由于随机宽度脉冲而减少平均功率谱密度输出，并且由于所述抖动脉冲波形的脉冲的随机时间位置而引起扩频谱效应。


5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接电源包括低Q变压器，所述低Q变压器被配置为提供宽带操作并且滤除来自所述焊接电源的输出功率的频率。


6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接电源包括被配置为提供宽带操作的非调谐RF放大器。


7.根据权利要求6所述的焊接系统，其中，所述非调谐RF放大器实施为包括C、D、E或F类的高效放大器拓扑。


8.一种焊接系统，包括：
焊接电源，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·李·丹尼斯，
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