使用弧焊机和激光束源的焊接系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种焊接系统(300)，在该焊接系统(300)中，两个焊条(E1、E2)在两个工件(WP1、WP2)之间的接头处被引导，并且焊条(E1、E2)以DC脉冲或者成一受控波形相位角的AC焊接波形来供能。系统(300)包括同步控制器(40)和工作点分配系统(12)，同步控制器(40)使焊接波形同步，工作点分配系统(12)将一个或更多个工作点值提供给焊机，以根据用户所选的系统工作点值或参数来提供焊接的协同控制。所述系统和对应方法还对双填角焊缝的相对侧提供同步的工作点值调制。所述系统(300)和方法还提供在焊接接头的一部分处引导强烈的热以改进焊缝熔深的高能量热源(310)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用弧焊机和激光束源的焊接系统和方法相关申请的交叉引用：本美国专利申请是2006年7月14日递交的美国专利申请序号No.11/457,609的部分继续(CIP)申请，该美国专利申请特此通过引用被并入本文。
本专利技术总地涉及弧焊，更具体地，涉及用于通过使用同步的焊接波形和调制的工作点来创建焊缝的方法和系统。
技术介绍
在焊接加工中，“T”形连接部分或T形接头是用于将两件金属接合在一起的最普遍的焊接连接之一，在所述“T”形连接部分或T形接头中，第一件金属(诸如加强工件)形成T的焊脚(leg)，并且第二件工件是T的顶部。通常，T形连接部分的两个角都是通过填角焊来焊接的，其中这些焊接接头被称为“双填角”焊缝。在一些应用中，接头长且笔直，并且可以通过固定在面对T形连接部分的两个角的公共框架上的一对焊炬来使焊接机械化，并且并行执行两个焊接以缩短加工时间。双填角焊接的常见例子是在大梁加工中，其中加强件通过两个长且直的填角焊缝附接到大梁腹板(web)。其他例子包括圆形加工物上的T形连接部分，诸如加强件与管子或管道的连接部分，其中，所述管子旋转，并且机械化焊接夹具(fixture)同时在T的角部形成两个焊缝。该技术的又一个例子使用管子作为T的顶部、板材作为T的焊脚。在所有这些例子中，T形连接部分的角部的两个填角焊缝同时被焊接。根据应用，加工者可以使用许多各种弧焊工艺，包括SAW、FCAW-S、FCAW-G、MCAW或GMAW。关于所列出的所有工艺，焊接过程(比如，安培、伏特、行进速度等)被严密控制，以实现所期望的焊珠和熔透程度。然而，由于并行焊接，来自接头一侧的弧的高热和磁场通常将不利地影响另一侧的弧和焊缝熔池。通常，加工者被迫缩短焊接过程来克服与在T形连接部分的任一侧操作的两个弧相关联的问题。因此，需要这样的改进焊接系统和技术，通过该改进焊接系统和技术可以使高质量焊缝同时熔敷在T形连接部分的两侧上。其他并行焊接技术对于使用多个弧(其中一个弧不利地影响另一个弧)的效果表现出相同的困难。例如，在工件沿着公共轴线接地(如在罐体焊接应用中)的情况下，使用两个弧并行焊接罐体的端部通常表现出相同的不利影响。另一个例子是两个弧在同一焊缝熔池中沿着公共线操作的情况。再次，同时操作弧通常导致不利影响。作为相关问题，在焊接这样的接头时，难以获得焊缝的良好熔深。通常，足够的熔深是可以实现的，但是需要多个行程(pass)，使得就所使用的材料量以及实现合适熔深所必要的时间和能量而言焊接的效率有些低。因此，需要改进的焊接系统和技术来在T形连接部分或其他相似接头中实现更好的熔深。
技术实现思路
本专利技术涉及双填角焊接以及用于双填角焊接的改进方法和装置。以下是本专利技术的一个或更多个方面的帮助其基本理解的概要，其中以下提供的概要不是本专利技术的全面概述，并且既非意图识别本专利技术的某些要素，也非意图划定本专利技术的范围。相反，该概要的主要目的是在以下呈现的更详细描述之前以简化的形式呈现本专利技术的一些构思。提供了改进的焊接系统和方法，在这些改进的焊接系统和方法中，通过同步的波形和/或工作点来创建第一焊缝和第二焊缝，以便利于均匀可控的焊缝熔深、形状和大小，其中本文所呈现的进展可以便利于创建一致的高质量焊缝。根据本专利技术的另一方面，激光结合焊接系统中的同步的焊条来被使用，以在工件在这些焊条附近的部分处引导激光束，来对该工件在焊缝附近的部分进行加热，并且改进焊缝的熔深。当按照附图、具体实施方式和所附权利要求来进行查看时，本专利技术的这些目的和其他目的将是显而易见的。附图说明以下描述和附图详细地陈列了本专利技术的某些说明性实现方式，这些说明性实现方式指示可以实现本专利技术的原理的几种示例性方式。当结合附图考虑本专利技术时，本专利技术的其他目的、优点和新颖特征将会从以下的本专利技术的具体实施方式变得明白易懂，在附图中：图1A是示出根据本专利技术的一个或更多个方面的具有用于创建双填角焊缝的同步焊机的示例性焊接系统的简图；图1B是图示说明根据本专利技术的一个或更多个方面的图1A的焊接系统的进一步细节的详细系统图；图2A是沿着图1B的线2-2截取的截面端视图，该端视图图示说明可以与图1A和图1B的系统一起用于双填角焊接的示例性实芯焊条；图2B是沿着图1B的线2-2截取的另一截面图，该截面图图示说明在图1B的系统中可以用于双填角焊接的示例性药芯焊条；图3是示出使用图1A和图1B的系统的示例性双填角焊接工艺的部分俯视平面图；图4是沿着图3的线4-4截取的截面中的部分端部正视图，该正视图图示说明双填角焊缝形成期间的熔融焊接材料；图5是沿着图3的线5-5截取的截面中的部分端部正视图，该正视图图示说明冷却的双填角焊缝；图6是放大的截面正视图，该正视图示出使用图1A和图1B的系统创建的示例性填角焊缝的进一步细节；图7A是示出由图1A和图1B的系统中的电源针对波形相位角为大约零的、基本同相的、侧到侧的焊接波形而提供的第一同步DC脉冲焊接电流波形和第二同步DC脉冲焊接电流波形的示例性绘图的曲线图；图7B是示出具有受控的非零度波形相位角的示例性DC脉冲焊接电流波形的曲线图；图7C是示出图1A和图1B的系统中的用于波形相位角为大约180度的、基本异相的焊接波形的同步DC脉冲电流波形的示例性绘图的曲线图；图7D是示出图1A和图1B的系统中的用于工作点相位角为大约180度的、基本异相的机器操作的同步方波型焊机送丝速度和电源输出工作点值波形的示例性绘图的曲线图；图7E是示出图1A和图1B的系统中的工作点相位角为大约180度的同步圆角型(rounded)送丝速度和电源输出工作点值波形的示例性绘图的曲线图；图7F是示出图1A和图1B的系统中的工作点相位角为大约180度的同步斜坡型送丝速度和电源输出工作点值波形的示例性绘图的曲线图；图7G是示出图1A和图1B的系统中的工作点相位角为大约180度的同步正弦型送丝速度和电源输出工作点值波形的示例性绘图的曲线图；图8是图示说明图1A和图1B的焊接系统的进一步细节的系统级示意图，其中根据用户所选工艺和系统工作点以协同的方式使焊机和行进控制器是同步和可控的，其中通过行进机构使焊炬相对于静止的工件是可控地可移动的；图8A是图示说明其中工件相对于静止的焊炬是可移动的可替换行进机构构造的系统级示意图；图9是图示说明根据来自可编程的波形发生系统的脉宽调制切换信号来提供焊接电流的示例性开关式焊接电源之一的进一步细节的简化示意图；图10是示出使用图1A和图1B的系统与同步AC焊接波形的示例性双填角埋弧焊接操作的部分俯视平面图；图11是沿着图10的线11-11截取的截面中的部分端部正视图，该正视图图示说明在埋弧双填角焊接期间形成在粒状焊剂床身内的熔融焊接材料和焊渣；图12是沿着图10的线12-12截取的截面中的部分端部正视图，该正视图图示说明冷却的双填角焊缝，其中固化的焊渣覆盖这些焊缝；图13是示出焊渣移除之后的双填角埋弧焊缝的截面端部正视图；图14A是示出图10-12的埋弧双填角焊接操作中的由电源提供的基本同相的第一AC焊接波形和第二AC焊接波形的曲线图的绘图；图14B是示出具有受控的非零度波形相位角的示例性AC焊接电流波形的曲线图；图14C是示出图1A和图1B的系统中的用于波形相位角为大约180度的基本异相的焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.07 US 12/775,9191.一种用于在第一工件(WP1)与第二工件(WP2)之间形成焊缝的焊接系统(2)，所述焊接系统(2)包括：第一机器(20a)，所述第一机器(20a)包括：第一电源(24a)，所述第一电源(24a)与第一焊条(E1)耦合，所述第一电源(24a)包括第一波形发生器(162)，所述第一波形发生器(162)在所述第一电源(24a)的输出端子处提供具有第一波形的第一焊接电流，其中所述第一波形发生器(162)产生所述第一波形，并控制所述第一电源(24a)的脉宽调制电路(168)以确定所述第一电源(24a)的电流运行；以及第一送丝机(26a)，所述第一送丝机(26a)以第一送丝速度朝向焊接接头引导所述第一焊条(E1)；第二机器(20b)，所述第二机器(20b)包括：第二电源(24b)，所述第二电源(24b)与第二焊条(E2)耦合，所述第二电源(24b)包括第二波形发生器，所述第二波形发生器在所述第二电源(24b)的输出端子处提供具有第二波形的第二焊接电流，其中所述第二波形发生器产生所述第二波形，并控制所述第二电源(24b)的脉宽调制电路以确定所述第二电源(24b)的电流运行；以及第二送丝机(26b)，所述第二送丝机(26b)以第二送丝速度朝向所述焊接接头引导所述第二焊条(E2)；同步控制器(40)，所述同步控制器(40)与所述第一电源和所述第二电源(24a、24b)可操作地耦合，以使所述第一波形发生器和所述第二波形发生器同步来提供所述第一波形与所述第二波形之间的受控波形相位角；高能量热源，所述高能量热源适于对所述第一工件和所述第二工件(WP1、WP2)在所述第一焊条和所述第二焊条(E1、E2)附近的部分进行加热以便利于由所述第一焊条和所述第二焊条(E1、E2)生成的焊接材料的熔深；其中，所述高能量热源是激光器(310)；其中，所述激光器(310)与所述控制器(40)连接，其中所述控制器(40)适于同时控制所述激光器(310)的输出以及所述第一机器和所述第二机器(20a、20b)的操作；其中，所述控制器(40)适于从所述第一机器和所述第二机器(20a、20b)中的至少一个接收干伸长测量，并且所述控制器(40)适于基于所述干伸长测量来调整所述激光器(310)的功率水平，并且同时调整所述第一机器和所述第二机器(20a、20b)中的至少一个的参数；其中，所述激光器(310)以相对于水平方向成0°与5°之间的角度引导激光束，以便以垂直的或者接近于垂直的角度照射所述第一工件，和/或其中所述激光器适于以恒定形式、脉冲形式或选通形式中的至少一种形式引导所述激光束；并且其中，所述激光器(310)通过使被所述激光束(312)最初照射的所述焊接材料的一部分蒸发来形成键孔(K)，并且其中，来自所述第一焊条和所述第二焊条(E1、E2)二者的所述焊接材料流到所述键孔(K)中，以与由所述激光器创建的熔融工件材料混合。2.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述激光器(310)具有电源，并且其中所述同步控制器(40)与所述激光器(310)的电源耦合，并且适于根据工作点值来选择性地控制所述激光器(310)的功率水平，其中所述工作点值包括干伸长测量。3.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述第一机器和所述第二机器(20a、20b)分别根据第一机器工作点值和第二机器工作点值来被操作，所述焊接系统(2)还包括用于根据第一机器工作点波形...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·彼得斯，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：
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