脉冲焊接的系统和方法技术方案

提供一种脉冲焊接的系统和方法，其中在一系列的脉冲焊接周期中提供焊接信号给焊条，确定在每个周期施加给该焊条的能量的数量并且至少部分地基于该周期中施加的能量提供脉冲以开始每个周期的传送条件。

【技术实现步骤摘要】

概括地讲本专利技术涉及焊接领域，特别是涉及脉冲焊接的方法和系统。
技术介绍
电弧焊接是运用电弧以在工件上提供熔化金属池或熔潭中的填充材料焊接金属的工艺。已经开发了不同的电弧焊接方法，其中自耗焊丝或焊条材料被熔化并传送到工件上。许多电弧焊接工艺，如金属惰性气体(MIG)技术在焊接电弧周围采用遮蔽气体来抑制熔化金属的氧化或氮化作用。也可以使用非惰性遮蔽气体如CO2，因此这些工艺有时统称为气体金属电弧焊接(GMAW)。其他电弧遮蔽工艺类似地提供蒸汽或熔渣的保护遮蔽来覆盖电弧和熔化焊接熔池。在MIG焊接的情况下，熔化金属可以通过几个机制或工艺从自耗焊丝或焊条传送到工件上，包括短路焊接，喷射电弧焊接和脉冲焊接。短路焊接技术包括在每个焊接周期的一部分的期间熔化金属电气连接焊条和焊接熔池二者，其中熔化材料在与焊条分离前接触(即电气短接到)工件或其焊接熔池。这种焊接有破坏焊接熔池的飞溅和未焊缝(cold lapping)的倾向，此时在焊接熔潭中没有足够能量来使填充材料正确熔合到该工件。另外，与脉冲或喷射焊接相比，短路焊接技术有低熔敷率的缺点。无接触或无短路焊接方法包括熔化金属通过电磁力从焊条未端跨越焊弧传送到工件，其中焊条理想地从未与工件发生电气接触(无短路状态)。无短路焊接包括所谓的喷射电弧或脉冲焊接工艺。喷射电弧焊接是一个相对高能量的工艺，其中小熔滴从焊条推进到工件，典型地采用恒定电压(CV)产生足够的电流来以每秒几百滴的速率提供焊条分离的恒定金属流。这个技术展示了相当高热量输入，并且仅在一个有限范围的焊接部位是有用的。喷射焊接也易于烧穿薄的工件材料。脉冲焊接提供电弧焊接可供选择的无接触工艺，它利用较低热量在工件上产生较小的流动的金属熔潭。这有助于不适当部位的焊接并改善焊接工艺的不同的机械状态，而没有短路焊接的高飞溅问题，也没有在喷射焊接中出现的烧穿危险，特别对于薄的工件。脉冲焊接是由施加在焊条上的电信号高速操作来执行的，并设计成无飞溅的工艺，在比喷射或熔滴传送法更低的热量输入下工作。通常地，脉冲MIG工艺包括在每一个焊接周期顺序中，在焊条末端形成一滴熔化金属(熔化条件)，然后使用电传送脉冲(传送条件)传送熔化材料，该滴的传送通过电弧发生，每个脉冲一滴，而不将焊条与工件短路。与恒压焊接工艺不同，脉冲焊接在每个焊接周期中使用高能脉冲来启动传送条件，然后焊接电流下降到本底电流电平开始熔化焊条末端以形成下一个熔化金属球。在这点上，脉冲焊接在每个熔球传送到工件后可使工件冷却，因此脉冲焊接比喷射焊接更不易烧穿薄的材料。而且，脉冲焊接不会象短路焊接的情况那样遇受飞溅问题或未焊缝。随着焊条的改进，脉冲焊接工艺直接通过焊弧传送小熔滴，每个脉冲期间是一滴。理想地，通过本底电流加热焊条在焊条末端形成熔化的金属滴或球，然后由无短路的高电流脉冲将该熔化金属滴或球通过电弧转移到工件上。通过电收缩(pinch)作用该脉冲更适宜使熔化金属从焊条上分离，在此之后，熔化金属团或滴通过电弧被推到工件的焊接熔池。在这点上，用于分离和推动熔化金属到工件上的电流脉冲的能量是整个脉冲焊接工艺的重要参数。施加在熔滴上、使熔滴收缩并从焊条上分离的电收缩作用大致与在电流脉冲期间的施加电流成比例，并且，在每一点上，在熔滴分离期间更高的脉冲电流导致更快地向工件传送，从而导致更好的焊接过程。然而，电弧电流也在工件的焊接熔池上施加磁力，推动熔潭向下远离焊条末端，其中这个向下的力可向外推动熔化金属并在焊条下方导致熔潭凹陷(depresion)。对于高脉冲电流电平这种凹陷和相关的电磁力可导致焊接熔潭极端摇动，特别是当焊接金属铝或具有低比重的其它材料时候，导致焊珠外观差，并且金属过度渗透到工件中。因此，需要定制球分离脉冲以便精确地控制收缩作用，同时减小熔潭摇动，其中理想地设置电流脉冲的幅度和形状来提供熔潭摇动最小的平稳金属传送。当然，这是一个折衷，其中不包含足够能量的脉冲可导致短路情况和相关的飞溅问题。特别地，相对弱的脉冲可能在小球接合熔潭之前熔化金属不会完全从焊条剩余部分分离，导致大量的飞溅。因此，电流脉冲必需具有一定的最小的能量，允许给定量的熔化金属有效的传送以避免短路情况。但是，如果电流脉冲中的能量过大，就会发生严重的熔潭摇动。由于这个内在折衷，电流脉冲的长度通常被延长，以保证小球在没有短路的情况下传送，同时允许一定量的熔潭摇动和/或多余的工件加热。然而，这种为避免短路情况的过度补偿不是普遍可以接受的，特别是对更易受影响的工艺，如很薄的工件。而且，对于给定的焊丝大小、化学性质、遮蔽气体混合物和焊丝进给速度，焊接脉冲参数可能需要定制以最小的电弧长度和飞溅条产生稳定的电弧。非最佳焊条电流波形导致过度飞溅或过长的电弧长度，其中长电弧可导致污染的焊接并减缓整个焊接进行速度。除了生成脉冲幅度和宽度外，对于有效脉冲焊接工艺，本底电流和熔化条件的持续时间可能需要调整。例如，本底电流电平一般影响供给工件的总热量并且控制在焊条末端的熔化球的形成。另外，一部分脉冲能量也可以在球分离之前作用于熔化焊条材料。焊条加热包括利用电流从送丝装置电连接(支架)流过焊丝到焊丝末端的电阻加热，以及在随有效电弧电流变化的焊丝末端的阳极加热，其中阳极加热在每个焊接周期中一般产生熔化能量的主要部分。在这点上，随着伸展或伸出长度(如，从支架到焊条末端的距离)的增加，每个周期加热的大部分是利用电流流过焊丝产生的电阻加热。相反地，随着伸出长度的减小，更少的加热是由焊丝的电阻加热的。至于传送的材料尺寸的变化，如果在传送条件开始时熔球太小，当收缩力试图分离熔滴时，脉冲电流可能导致熔球被“伸展”或拉伸，在此情况下，熔球的底部可能接触焊接熔潭(短路)，导致飞溅。相反地，如果形成的熔球较大，脉冲电流将趋向于分离熔滴，而不“伸展”熔团。因此，对于给定的焊接工艺，最好选择或调整脉冲形状以及本底熔化电流的电平和持续时间，从而仅仅最小量的脉冲能量有助于附加的焊条加热，其中脉冲电流波形本质上仅作为分离熔滴的手段。但是，如果施加高电流脉冲时每个焊接周期的熔化金属球的体积是可重复的并且是一致的，这种情况才可达到。在常规的脉冲焊接工艺中，焊接波形(如本底电流和高电流传送脉冲)在一系列的焊接周期中是无变化重复的，其中最好选择固定的波形达到在每个周期中合适的熔球大小、电弧长度和传送特性，以提供良好的性能和焊接质量。然而，由于条件、材料、温度等随着时间或从一个工件到下一个工件的变化，工艺的变化是不可避免的。因此，需要改进的脉冲焊接方法和系统，通过它们对于给定的传送脉冲和本底电流焊接波形，在没有短路状态并且没有焊接熔池污染或熔潭摇动的情况下，可实现可重复的高速度和高沉积率的脉冲焊接操作。
技术实现思路
现在说明本专利技术的一个或多个方面的概要，以便帮助对它的基本的理解，其中这个概要不是本专利技术的广泛概况，并且不是试图鉴别本专利技术的一些要素，也不是试图描绘本专利技术的范围。相反地，本概要的主要目的是在下文更详细的说明之前以简单的形式说明本专利技术的一些概念。本专利技术涉及脉冲焊接的装置和方法，其中根据施加在焊条上能量的大小控制熔化金属传送的开始。采用本专利技术可使脉冲焊接更容易，其中熔化材料的大小(如体积)在传送脉冲初始一般是一致的，所以可以定制脉冲波形以产生良好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一个脉冲焊接工艺中用于焊接工件的脉冲焊接系统，所述的脉冲焊接系统包括：适于引导焊条移向工件的送丝装置；具有与所述焊条相连接的一个输出端和一个控制输入端的电源，在一连串的焊接周期中所述电源根据在所述控制输入端的控制输入信号在所述输出端提供焊接信号，每个所述焊接周期包括熔化条件，在该熔化条件期间所述焊接信号加热所述焊条的一端以在所述端形成熔化金属，和传送条件，其中在所述熔化金属接触所述工件前所述熔化金属从所述焊条的所述端分离；和连接到所述电源的所述控制输入端的控制器，所述控制器包括一个能量测量系统，用于确定在每个所述焊接周期中施加在所述焊条的能量，当在所述焊接周期中施加在所述焊条的能量达到预定的能量值时，所述控制器提供所述控制输入信号，从而在所述焊接信号中提供一个脉冲以起动每个所述焊接周期的所述传送条件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃利奥特K斯塔瓦，鲁塞尔K迈尔斯，
申请(专利权)人：林肯环球公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]