使用弧焊機和激光束源的焊接系統和方法技術方案

本發明專利技術提供了一種焊接系統(300)，在該焊接系統(300)中，兩個焊條(E1、E2)在兩個工件(WP1、WP2)之間的接頭處被引導，并且焊條(E1、E2)以DC脈沖或者成一受控波形相位角的AC焊接波形來供能。系統(300)包括同步控制器(40)和工作點分配系統(12)，同步控制器(40)使焊接波形同步，工作點分配系統(12)將一個或更多個工作點值提供給焊機，以根據用戶所選的系統工作點值或參數來提供焊接的協同控制。所述系統和對應方法還對雙填角焊縫的相對側提供同步的工作點值調制。所述系統(300)和方法還提供在焊接接頭的一部分處引導強烈的熱以改進焊縫熔深的高能量熱源(310)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】使用弧焊機和激光束源的焊接系統和方法相關申請的交叉引用：本美國專利申請是2006年7月14日遞交的美國專利申請序號No.11/457,609的部分繼續(CIP)申請，該美國專利申請特此通過引用被并入本文。
本專利技術總地涉及弧焊，更具體地，涉及用于通過使用同步的焊接波形和調制的工作點來創建焊縫的方法和系統。
技術介紹
在焊接加工中，“T”形連接部分或T形接頭是用于將兩件金屬接合在一起的最普遍的焊接連接之一，在所述“T”形連接部分或T形接頭中，第一件金屬(諸如加強工件)形成T的焊腳(leg)，并且第二件工件是T的頂部。通常，T形連接部分的兩個角都是通過填角焊來焊接的，其中這些焊接接頭被稱為“雙填角”焊縫。在一些應用中，接頭長且筆直，并且可以通過固定在面對T形連接部分的兩個角的公共框架上的一對焊炬來使焊接機械化，并且并行執行兩個焊接以縮短加工時間。雙填角焊接的常見例子是在大梁加工中，其中加強件通過兩個長且直的填角焊縫附接到大梁腹板(web)。其他例子包括圓形加工物上的T形連接部分，諸如加強件與管子或管道的連接部分，其中，所述管子旋轉，并且機械化焊接夾具(fixture)同時在T的角部形成兩個焊縫。該技術的又一個例子使用管子作為T的頂部、板材作為T的焊腳。在所有這些例子中，T形連接部分的角部的兩個填角焊縫同時被焊接。根據應用，加工者可以使用許多各種弧焊工藝，包括SAW、FCAW-S、FCAW-G、MCAW或GMAW。關于所列出的所有工藝，焊接過程(比如，安培、伏特、行進速度等)被嚴密控制，以實現所期望的焊珠和熔透程度。然而，由于并行焊接，來自接頭一側的弧的高熱和磁場通常將不利地影響另一側的弧和焊縫熔池。通常，加工者被迫縮短焊接過程來克服與在T形連接部分的任一側操作的兩個弧相關聯的問題。因此，需要這樣的改進焊接系統和技術，通過該改進焊接系統和技術可以使高質量焊縫同時熔敷在T形連接部分的兩側上。其他并行焊接技術對于使用多個弧(其中一個弧不利地影響另一個弧)的效果表現出相同的困難。例如，在工件沿著公共軸線接地(如在罐體焊接應用中)的情況下，使用兩個弧并行焊接罐體的端部通常表現出相同的不利影響。另一個例子是兩個弧在同一焊縫熔池中沿著公共線操作的情況。再次，同時操作弧通常導致不利影響。作為相關問題，在焊接這樣的接頭時，難以獲得焊縫的良好熔深。通常，足夠的熔深是可以實現的，但是需要多個行程(pass)，使得就所使用的材料量以及實現合適熔深所必要的時間和能量而言焊接的效率有些低。因此，需要改進的焊接系統和技術來在T形連接部分或其他相似接頭中實現更好的熔深。
技術實現思路
本專利技術涉及雙填角焊接以及用于雙填角焊接的改進方法和裝置。以下是本專利技術的一個或更多個方面的幫助其基本理解的概要，其中以下提供的概要不是本專利技術的全面概述，并且既非意圖識別本專利技術的某些要素，也非意圖劃定本專利技術的范圍。相反，該概要的主要目的是在以下呈現的更詳細描述之前以簡化的形式呈現本專利技術的一些構思。提供了改進的焊接系統和方法，在這些改進的焊接系統和方法中，通過同步的波形和/或工作點來創建第一焊縫和第二焊縫，以便利于均勻可控的焊縫熔深、形狀和大小，其中本文所呈現的進展可以便利于創建一致的高質量焊縫。根據本專利技術的另一方面，激光結合焊接系統中的同步的焊條來被使用，以在工件在這些焊條附近的部分處引導激光束，來對該工件在焊縫附近的部分進行加熱，并且改進焊縫的熔深。當按照附圖、具體實施方式和所附權利要求來進行查看時，本專利技術的這些目的和其他目的將是顯而易見的。附圖說明以下描述和附圖詳細地陳列了本專利技術的某些說明性實現方式，這些說明性實現方式指示可以實現本專利技術的原理的幾種示例性方式。當結合附圖考慮本專利技術時，本專利技術的其他目的、優點和新穎特征將會從以下的本專利技術的具體實施方式變得明白易懂，在附圖中：圖1A是示出根據本專利技術的一個或更多個方面的具有用于創建雙填角焊縫的同步焊機的示例性焊接系統的簡圖；圖1B是圖示說明根據本專利技術的一個或更多個方面的圖1A的焊接系統的進一步細節的詳細系統圖；圖2A是沿著圖1B的線2-2截取的截面端視圖，該端視圖圖示說明可以與圖1A和圖1B的系統一起用于雙填角焊接的示例性實芯焊條；圖2B是沿著圖1B的線2-2截取的另一截面圖，該截面圖圖示說明在圖1B的系統中可以用于雙填角焊接的示例性藥芯焊條；圖3是示出使用圖1A和圖1B的系統的示例性雙填角焊接工藝的部分俯視平面圖；圖4是沿著圖3的線4-4截取的截面中的部分端部正視圖，該正視圖圖示說明雙填角焊縫形成期間的熔融焊接材料；圖5是沿著圖3的線5-5截取的截面中的部分端部正視圖，該正視圖圖示說明冷卻的雙填角焊縫；圖6是放大的截面正視圖，該正視圖示出使用圖1A和圖1B的系統創建的示例性填角焊縫的進一步細節；圖7A是示出由圖1A和圖1B的系統中的電源針對波形相位角為大約零的、基本同相的、側到側的焊接波形而提供的第一同步DC脈沖焊接電流波形和第二同步DC脈沖焊接電流波形的示例性繪圖的曲線圖；圖7B是示出具有受控的非零度波形相位角的示例性DC脈沖焊接電流波形的曲線圖；圖7C是示出圖1A和圖1B的系統中的用于波形相位角為大約180度的、基本異相的焊接波形的同步DC脈沖電流波形的示例性繪圖的曲線圖；圖7D是示出圖1A和圖1B的系統中的用于工作點相位角為大約180度的、基本異相的機器操作的同步方波型焊機送絲速度和電源輸出工作點值波形的示例性繪圖的曲線圖；圖7E是示出圖1A和圖1B的系統中的工作點相位角為大約180度的同步圓角型(rounded)送絲速度和電源輸出工作點值波形的示例性繪圖的曲線圖；圖7F是示出圖1A和圖1B的系統中的工作點相位角為大約180度的同步斜坡型送絲速度和電源輸出工作點值波形的示例性繪圖的曲線圖；圖7G是示出圖1A和圖1B的系統中的工作點相位角為大約180度的同步正弦型送絲速度和電源輸出工作點值波形的示例性繪圖的曲線圖；圖8是圖示說明圖1A和圖1B的焊接系統的進一步細節的系統級示意圖，其中根據用戶所選工藝和系統工作點以協同的方式使焊機和行進控制器是同步和可控的，其中通過行進機構使焊炬相對于靜止的工件是可控地可移動的；圖8A是圖示說明其中工件相對于靜止的焊炬是可移動的可替換行進機構構造的系統級示意圖；圖9是圖示說明根據來自可編程的波形發生系統的脈寬調制切換信號來提供焊接電流的示例性開關式焊接電源之一的進一步細節的簡化示意圖；圖10是示出使用圖1A和圖1B的系統與同步AC焊接波形的示例性雙填角埋弧焊接操作的部分俯視平面圖；圖11是沿著圖10的線11-11截取的截面中的部分端部正視圖，該正視圖圖示說明在埋弧雙填角焊接期間形成在粒狀焊劑床身內的熔融焊接材料和焊渣；圖12是沿著圖10的線12-12截取的截面中的部分端部正視圖，該正視圖圖示說明冷卻的雙填角焊縫，其中固化的焊渣覆蓋這些焊縫；圖13是示出焊渣移除之后的雙填角埋弧焊縫的截面端部正視圖；圖14A是示出圖10-12的埋弧雙填角焊接操作中的由電源提供的基本同相的第一AC焊接波形和第二AC焊接波形的曲線圖的繪圖；圖14B是示出具有受控的非零度波形相位角的示例性AC焊接電流波形的曲線圖；圖14C是示出圖1A和圖1B的系統中的用于波形相位角為大約180度的基本異相的焊接本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.07 US 12/775,9191.一種用于在第一工件(WP1)與第二工件(WP2)之間形成焊縫的焊接系統(2)，所述焊接系統(2)包括：第一機器(20a)，所述第一機器(20a)包括：第一電源(24a)，所述第一電源(24a)與第一焊條(E1)耦合，所述第一電源(24a)包括第一波形發生器(162)，所述第一波形發生器(162)在所述第一電源(24a)的輸出端子處提供具有第一波形的第一焊接電流，其中所述第一波形發生器(162)產生所述第一波形，并控制所述第一電源(24a)的脈寬調制電路(168)以確定所述第一電源(24a)的電流運行；以及第一送絲機(26a)，所述第一送絲機(26a)以第一送絲速度朝向焊接接頭引導所述第一焊條(E1)；第二機器(20b)，所述第二機器(20b)包括：第二電源(24b)，所述第二電源(24b)與第二焊條(E2)耦合，所述第二電源(24b)包括第二波形發生器，所述第二波形發生器在所述第二電源(24b)的輸出端子處提供具有第二波形的第二焊接電流，其中所述第二波形發生器產生所述第二波形，并控制所述第二電源(24b)的脈寬調制電路以確定所述第二電源(24b)的電流運行；以及第二送絲機(26b)，所述第二送絲機(26b)以第二送絲速度朝向所述焊接接頭引導所述第二焊條(E2)；同步控制器(40)，所述同步控制器(40)與所述第一電源和所述第二電源(24a、24b)可操作地耦合，以使所述第一波形發生器和所述第二波形發生器同步來提供所述第一波形與所述第二波形之間的受控波形相位角；高能量熱源，所述高能量熱源適于對所述第一工件和所述第二工件(WP1、WP2)在所述第一焊條和所述第二焊條(E1、E2)附近的部分進行加熱以便利于由所述第一焊條和所述第二焊條(E1、E2)生成的焊接材料的熔深；其中，所述高能量熱源是激光器(310)；其中，所述激光器(310)與所述控制器(40)連接，其中所述控制器(40)適于同時控制所述激光器(310)的輸出以及所述第一機器和所述第二機器(20a、20b)的操作；其中，所述控制器(40)適于從所述第一機器和所述第二機器(20a、20b)中的至少一個接收干伸長測量，并且所述控制器(40)適于基于所述干伸長測量來調整所述激光器(310)的功率水平，并且同時調整所述第一機器和所述第二機器(20a、20b)中的至少一個的參數；其中，所述激光器(310)以相對于水平方向成0°與5°之間的角度引導激光束，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/或其中所述激光器適于以恒定形式、脈沖形式或選通形式中的至少一種形式引導所述激光束；并且其中，所述激光器(310)通過使被所述激光束(312)最初照射的所述焊接材料的一部分蒸發來形成鍵孔(K)，并且其中，來自所述第一焊條和所述第二焊條(E1、E2)二者的所述焊接材料流到所述鍵孔(K)中，以與由所述激光器創建的熔融工件材料混合。2.如權利要求1所述的焊接系統，其中所述激光器(310)具有電源，并且其中所述同步控制器(40)與所述激光器(310)的電源耦合，并且適于根據工作點值來選擇性地控制所述激光器(310)的功率水平，其中所述工作點值包括干伸長測量。3.如權利要求1所述的焊接系統，其中所述第一機器和所述第二機器(20a、20b)分別根據第一機器工作點值和第二機器工作點值來被操作，所述焊接系統(2)還包括用于根據第一機器工作點波形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·R·彼得斯，
申請(專利權)人：林肯環球股份有限公司，
類型：
國別省市：