專利名稱：用于在短弧焊接期間斷開短路的方法以及用于短弧焊接的焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在短弧焊接期間斷開或切斷短路的方法，當發生短路時，開始時幀，其中執行確定的電流輪廓以便在時幀中斷開短路，并且如果時幀超出則增加電流。另外，本發明涉及一種用于短弧焊接的焊接裝置，其具有至少一個電源、控制單元以及與它們相連的焊炬。
背景技術：
已知方法的缺點是在任何短路期間，不考慮短路持續的時間，執行具有相同數值或參數和波形的相同的電流輪廓。因此，對工藝沒有影響，并且焊接質量幾乎得不到改進。這種方法例如從W02008/137371A2、W02009/040620A1、EP0324960A1 或 DE2342710C3 中獲得。
發明內容
本發明的目的是建立一種如上所述用于在短弧焊接期間斷開或切斷短路的方法以及一種如上所述用在所述方法中的焊接裝置，以便顯著地改進焊接質量并且保持焊接過程的穩定性。已知方法和焊接裝置的缺點將會被消除或至少減小。通過上述方法實現了所述目的，其中，在短路期間在指定的時幀截止之后，檢測用于斷開所述短路的電流輪廓，并且儲存或保存至少一個數值或參數，并且根據所儲存的數值或參數改變后續短路的時幀中的至少一個數值或參數。這里的優點在于，因為用于斷開短路的主動改變，所以時幀中電流的增加可以被設置得更平直，從而獲得具有更少飛濺釋放的軟弧，因為當斷開短路時更平直的增加曲線會產生更低的弧壓力，這導致更少的材料被釋放。這意味著，利用顯著更短弧的作業也是可以的，因為沒有過程變得不穩定及保持該狀態的危險，即不會發生“斷斷續續的聲音”。這是因為所述過程通過改變在新短路期間的數值或參數而防止它發生，因為這導致短路在時幀內顯著早地斷開，從而恢復穩定性。如果在時幀截止之后，用于斷開短路的電流增加速度di/dt能穩定地加速，特別是指數地加速，則能非常迅速地斷開短路。另一個優點是檢測電流增加速度或者斷開短路的時間，由于用這種方法大致參數被確定并且可以在新的短路期間被應用在后續時幀中。然而，能夠檢測、改變或者適應更進一步的參數。如果在后續發生的短路期間時幀截止，則根據上次所儲存的電流增加時間或者速度di/dt增加時幀中的電流，在時幀中觸發改變，從而允許更快地斷開短路，因此提高了過程穩定性。在一個措施中，它包括將數值或者參數(特別是電流增加時間或速度)重新設置成在時幀中斷開短路時的初始值，保持過程穩定性是有利的，并因此可以獲得幾乎沒有焊接飛濺的光滑的短路斷開。
然而，另一個有利的措施包括當時幀截止時將電流增加速度漸進地增加直至最大值，并且保持該最大值直至斷開短路，因為這提供了焊接裝置部件的更長壽命，同時通過優化選擇尺寸而降低了制造成本。另一個優點是，這還有助于減少焊接飛濺，因為當斷開短路時僅施加特定的最大電流，因此可以在斷開期間相應地觀察電弧壓力。另一個有利的措施包括當在整個時幀期間一直保持之前短路時，改變時幀中的電流增加速度，并且當前發生的短路的電流增加速度適應于之前完成的短路的斷開，因為這導致后續短路的更快斷開，從而顯著地改進過程穩定性。進一步有利的措施包括一旦已經實現能被預設的電流增加速度di/dt就保持電流增加速度，因為這使得能夠獲得非常強的電流，因此能夠可靠地斷開短路。然而，其它有利的措施包括在超出時幀之后對多個時幀重設數值或參數，因為通過這個方法，緩慢地實施重設成初始值，從而保證了過程的穩定性。進一步的措施具有以下優點，關于何時將斷開短路檢測時幀，藉此對下一個時幀進行相應的改變，因為通過這種方法可以執行任何期望的電流輪廓。而且，本發明的目的通過上述焊接裝置而實現，所述焊接裝置的控制單元被設計成執行上述方法。優點是正如以上已經描述的，通過適應于之前的短路斷開，改進了質量和穩定性，因為這導致了通過改變電流輪廓斷開后續時幀中的短路。通過根據之前斷開過程改變電流輪廓，可以抵消熔池的波動。在說明書中描述了進一步有利的實施例。并且還從所述說明書理解了由此產生的優勢。
通過附圖更詳細地解釋本發明，其中整個說明書中的所有披露可以被認為是相同部件以類似方式具有相同附圖標記。而且，所顯示的示例性實施例的單個特征也可以構成根據本發明的單個方案。在附圖中圖1顯示了焊接機器或者焊接裝置的示意性視圖；圖2示意性顯示了在短弧焊接期間用于斷開短路的時間電流輪廓，其中具有電流限制；圖3顯示了在短弧焊接期間用于斷開短路的時間電流輪廓的另外的示意性圖表， 其中具有限制的電流增加速度；圖4顯示了在短弧焊接期間用于斷開短路的電流輪廓的不同實施例，其中具有數個改變過程；以及圖5顯示了在短弧焊接期間用于斷開短路的電流輪廓的實施例，其中檢測持續時間。
具體實施例方式作為導言，請注意附圖將結合在一起進行描述，其中在不同的示例實施例中，相同的附圖標記和/或相同的部件名稱被用來指代相同的部件，并且整個說明書中所有的披露將被認為是相同的部件具有相同的附圖標記和/或相同的部件以類似的方式命名。而且， 用在說明書中的位置信息，諸如頂部、底部、側部等等表示直接描述和顯示的附圖，并且如果位置改變的話必須被重新解釋以適應新的方位。具有類似功能的類似部件具有相同附圖標記，但有不同的下標。而且，所顯示和描述的不同示例性實施例的單個特征或者特征組合也可以構成根據本發明的單個具有創造性的方案(或多個方案)。圖1顯示了用于許多不同過程和/或操作(諸如MIG/MAG焊接和/或TIG焊接或者電極焊接、雙絲/串聯焊接操作、等離子操作或者釬焊和軟焊操作等)的焊接裝置1和/ 或焊接設施。焊接裝置1包括具有布置在其中的電力元件3的電源2、控制單元4和另外的部件和電線(未顯示)，諸如開關元件、控制閥等。所述控制單元4可以與控制閥連接，控制閥在用于氣體5的供應管線中布置在氣體儲罐6與(焊)炬7之間，所述氣體5特別是保護氣體，諸如二氧化碳、氦氣或氬氣等等。另外，正如MIG/MAG焊接常用的，控制單元4還可以被用來控制電線進給單元8， 其中借助供應管線從供應卷10和/或線圈向焊炬7區域供應附加材料和/或焊接電線9。 當然，與電線進給單元8是位于車子12上的附加裝置相比(如圖1所示)，從現有技術中已知，可以將電線進給單元8集成到焊接裝置1中，特別是集成到電源2的殼體11中。這被稱作緊湊型焊接裝置1。這里，還可以將電線進給單元8直接設置在焊接裝置1的頂部上， 即電源2的殼體11形成在頂面上，用于接納電線進給單元8，使得可以省略車子12。還可以使電線進給單元8將焊接電線9和/或焊炬7外的附加材料供應至加工地點，在這種情況下，優選將非熔融電極設置在焊炬7內，這在TIG焊接中是普遍的。借助焊接管線(未顯示)從電源2的電力元件3向焊炬7 (特別是電極和/或焊接電線9)供應用于在電極和/或焊接電線9和工件14(優選由一個或多個部分組成)之間建立電弧13(特別是工作電弧)的電流，其中待焊接工件14借助另外的用于進一步電勢的焊接管線(特別是返回導線)(未顯示)連接至電源2，從而可以通過電弧13和/或被建立的等離子束建立用于加工的電子電路。當使用具有內部電弧13的焊炬時，兩個焊接管線 (未顯示)均通向焊炬，使得能夠在焊炬內部建立合適的電子電路，正如可能對于等離子焊炬的情況。為了冷卻焊炬7，借助冷卻裝置15和可能的中間部件(諸如流量控制器)，焊炬7 可以與液體箱(特別是具有水位指示計17的水箱16)相連，其中在致動焊炬7時將啟動所述冷卻裝置15，特別是用于水箱16中的液體的液體泵，以便實施對焊炬7的冷卻。如在示例性實施例中所顯示的，在小車上放置電源2之前，冷卻裝置15被設置在小車12上。焊接設施的各個部件(即，電源2，電線進給單元8以及冷卻裝置1 被形成為使得它們具有相應的突起和/或凹槽，從而它們能夠安全地一個位于一個頂部地堆疊或放置。焊接裝置1，尤其是電源2進一步包括輸入和/或輸出裝置18，用于設置和/或獲取并顯示焊接裝置1的所有不同的焊接參數、操作模式或焊接程序。已經由輸入和/或輸出裝置18設置的焊接參數、操作模式或焊接程序被傳送至控制單元4，然后控制單元4致動焊接設施和/或焊接裝置1的各個部件和/或限定用于調節或控制的相應的設置點。這里， 還可以在使用合適的焊炬7時借助焊炬7執行設置過程，在這種情況下焊炬7配有焊炬輸入和/或輸出裝置19。在這種情況下，焊炬7優選借助數據總線(特別是串聯數據總線) 連接至焊接裝置1，特別是電源2或電線進給單元8。為了啟動焊接過程，焊炬7通常包括啟動開關(未顯示)，因此能夠通過致動啟動開關而點燃電弧13。為了保護使用者免遭電弧13的巨大熱輻射，焊炬7可以配有熱保護護罩20。而且，在所顯示的示例性實施例中，焊炬7借助軟管組21連接至焊接裝置1和/或焊接設施，所述軟管組21通過防翹曲部件22附接至焊炬7。在軟管組21中，從焊接裝置1 到焊炬7布置各個管線，諸如供應管線和/或用于焊接電線9的管線、用于氣體5的管線、用于冷卻回路的管線、用于數據傳輸的管線等，而返回導線優選單獨地連接至焊炬7。通過耦接裝置(未顯示)將軟管組21連接至電源2或電線進給單元8，同時通過防翹曲部件將軟管組21中的各個管線附接至焊炬7或焊炬7內。為了確保軟管組21的合適的應力釋放， 軟管組21可以借助應力釋放裝置(未顯示)連接至電源2的殼體11或者電線進給單元8。
總之，應當注意，對于不同的焊接操作和/或焊接裝置1，諸如TIG裝置或MIG/MAG 裝置或等離子裝置，不是所有上述部件都必須被使用和/或包括。例如可以使焊炬7形成為空氣冷卻式焊炬7，因此例如可以省略冷卻裝置15。結果，可以說，至少通過電源2、電線進給單元8和冷卻裝置15形成焊接裝置1，其中這些可以被布置在公共殼體11中。而且， 可以布置和/或包括其它部件和/或零件，諸如電線進給單元8上的防拖曳件23或者用于氣體儲箱6的座25上的選裝支架M等。圖2至5通過圖表顯示了短路焊接過程，其中Y-軸顯示電流I，X-軸顯示時間 t。不包括短路焊接過程或者短弧焊接過程的詳細描述，因為這從現有技術中已經廣泛地知道，在短路焊接過程或者短弧焊接過程中，通過焊接電線9與熔池和/或工件16 (如示意性顯示的)之間的短路30實現小滴四和/或材料轉移。通常，在短路焊接中，當發生短路30時將增加電流I-見圖2的時間點31。這里， 當發生短路30時(未示出)可以首先降低、然后增加電流I。正如在圖表中所顯示的，為了通過借助增加的電流I啟動“收縮效應”而斷開短路30，在優選可以被預先設置的確定的時幀32中連續地增加電流I (見點劃和陰影線)。重要的是在斷開短路30時盡可能少地形成焊接飛濺。為了將由于斷開短路引起的飛濺的釋放保持為最小，應當盡可能低地設置電流增加，即盡可能低地選擇電流增加di/dt，以便建立平直的電流增加曲線，正如在圖表中從時間點31起在時幀32中所見的。然而，通過將電流增加選擇得太低，短路30經常不再在確定的時幀32中斷開，因此焊接過程較可能變得不穩定。例如通過焊炬的運動(即，焊接電線9進一步浸入熔池中、熔池中波動等)造成這種不穩定性。從現有技術中已知，如果在斷開短路30之前時幀32超出，則電流增加速度di/dt 保持相同，或者電流增加變得更快，從而電流I增加得更快并且短路30斷開的更早。根據本發明，現在提供一種用于斷開或切斷待執行短路30的特殊方法，其中在保持短路30的同時時幀32已經超出之后，例如如圖2中時間點33的情況，電流(特別是焊接電流，和/或電流輪廓)以電流增加時間和/或速度di/dt (該電流增加時間和/或速度 di/dt比用在時幀32中的電流增加時間和/或速度di/dt高)增加，特別是指數地增加，以便斷開和/或切斷短路30，并且同時，檢測和/或觀察電流增加時間和/或速度di/dt，使得將儲存當斷開短路30時在時間點；34處的電流增加時間和/或速度di/dt。因此，根據最近保存的電流增加時間和/或速度di/dt，在時幀32中執行下一次發生短路30期間(在時間點35)的電流增加，并且一旦在時幀32中斷開短路30 ( S卩，在時間點36處)，就根據時間點31與時間點34之間時幀32的di/dt將電流增加時間和/或速度di/dt重新設置成初始值。根據圖2，還可以使一旦從時間點33起時幀32超出，則電流增加速度漸進地增加直至指定的最大值37，并且保持在該最大值37，直到斷開短路30。這里的一個優點在于能避免由于較大的電流增加而產生的過度焊接飛濺，因為電流增加被限制為特定的闕值并且不能無限地上升。如果是這種情況，則在時幀32內在下一次短路30期間將執行最大電流增加速度di/dt。如果在超過時幀32之后保持之前短路30，則在后續短路30期間在時幀 32中改變電流增加速度是非常重要的，即，必須針對之前完成的短路的斷開改變當前發生的短路30的電流增加速度和/或時間di/dt。在圖2所示示例性實施例中，在電流增加速度被重新設置為初始值之前，每當時幀32超出時就改變后續時幀32，即使在首次時幀32超出之后后續時幀32也超出。當然， 可以在每次超出之后，針對之前短路的數值改變后續數值(特別是電流增加速度和/或時間di/dt)，直至在時幀32中斷開短路30，藉此將在后續短路30期間重新設置數值或參數。 這可以被立刻執行，即，在一個時幀32中，或者對于數個后續時幀32，在一個步驟中完成所述重新設置，即，在下一個時幀32期間(如示例性實施例所示)。然而，如果根據圖2，使用一種方法，其中在時幀32每次超出之后在后續時幀32中發生改變，則這種方法導致時幀32的參數(特別是電流增加速度)不被重新設置，直至在時幀32中斷開短路30 ；否則在每個新的時幀32中電流增加速度適應于之前的參數。結果， 對于下一個短路30，特別是時幀32，再次增加di/dt，直至短路持續時間下降至指定數值之下，特別是在時幀32中。然而，時幀32中的電流增加速度也可以針對之前時幀32減小，這是由于電流增加速度適應于斷開短路30的時間點34。通過這種方法，以比下一次短路30 的情況更高電流增加速度執行一次斷開，因此時幀32中的電流增加速度可以增加或減小。圖3顯示了一個示例性實施例，其中電流I不再限制為最大值37，而是保持電流增加速度38，所述電流增加速度38可以被預先設置并且一旦到達該電流增加速度38就能在時間點39處看見，電流I以該速度增加直至斷開短路30。如果到達最大電流增加速度38， 則一旦在時幀32中發生新的短路30，則電流I增加至該最大電流增加速度38。然而，如果沒有在時幀32內再次斷開短路30，則電流增加總是僅以該最大電流增加速度38進行直至斷開短路30。優選地，每次時幀32超出時就對后續時幀32改變數值或參數，并且所述數值或參數不被重新設置為預設值或參數直至在時幀32中斷開短路30。為完整性起見，應當注意，在以比可能的最大值更低的di/dt斷開短路30時，后續短路30期間的電流在時幀 32中以一電流增加速度增加，所述電流增加速度在斷開之前短路30期間已經被檢測。圖4顯示了另外的示例性實施例，其中在超出時幀32之后重新設置數值或參數消耗數個時幀32。這里，短路30發生在時間點40，從而啟動時幀32，其中電流I以可以被預設的電流增加速度增加，特別是電流增加盡可能地平直以便避免焊接飛濺。因為在確定的時幀32中沒有斷開短路30，所以將跟隨著電流增加速度和/或特殊電流輪廓的上升以便盡可能快地斷開短路30。在此期間觀察電流輪廓以便檢測并修改可能的后續時幀32(即，另一個短路30)的參數或數值。正如從圖4中可以看見的，在時間點41斷開短路30，因此電流被降低至設定值， 艮口，焊接電流，并且可以繼續正常的短弧焊接操作，并且在時間點41斷開短路30時檢測并保存所述數值或參數。在時間點42，再次發生短路30，因此現在基于之前短路30的數值或參數進行用于斷開短路30的時幀32中電流輪廓的改變。優選地，當前執行的時幀32中的電流增加速度適應于在斷開最近短路30 (時間點41)時的電流增加速度。然而，可以使用變后續短路30的時幀32中的至少一個數值或參數。另一方面，在現有技術中，電流增加被改變至一固定較高數值直至在確定的短路持續時間(即，確定的時幀)已經超出之后斷開短路。之后，再次重新設置參數，使得當發生新的短路時，利用預設數值開始斷開程序，而在根據本發明的方案中，在新的短路的情況下，使數值適應于斷開短路時的之前的數值，即， 如果用于斷開短路30的確定的時幀32超出或太短，則在用于短弧焊接期間斷開短路的方法中執行后續時幀32的數值或參數的改變。在這方面沒有給出過程狀態的詳細描述，因為這從現有技術中已經是已知的。電流增加速度也可以從短路30的起點(S卩，時幀32的起點)以線性方式或者根據任何指定函數穩定地上升，并且這可以在時幀32超出之后以相同的方式或者改變的方式繼續，然而，基于斷開時刻，可以對下一個短路30( S卩，下一個時幀32)再次進行改變。而且，已經提到，短路30的發生是不確定的或者任意的，并且僅僅在短路30被識別之后開始時幀32。然而可以在短路30被識別時監控短路狀態一個特定時間，以便確定它是“飽和” 短路30還是焊絲9僅僅短時間地浸入熔池中。只有在證明存在短路之后，才開始和/或繼續時幀32。最后，應當注意，示例性實施例旨在僅僅顯示執行本發明方案的可能方法，而本發明并不限制于特別顯示的實施例。特別是，各個實施例的組合也是可以的，其中由于本發明技術作用的教導，本領域的普通技術人員可以自行進行各種改變。本發明的保護范圍進一步涵蓋執行本發明的所有可行方法，這些可行方法實施本發明所基于的并且沒有被清楚描述或顯示的技術方案，或者通過組合所顯示和描述的實施例的各個細節可能得到的技術方案。而且，所述保護覆蓋根據本發明的裝置的各個部件，只要它們就其自身作用對于實施本發明是有作用的。
權利要求
1.一種用于在短弧焊接期間斷開短路(30)的方法，當發生短路(30)時，開始時幀 (32)，其中執行確定的電流輪廓以便在時幀(32)中斷開短路(30)，并且如果時幀(32)超出則增加電流，其特征在于，在短路(30)期間指定的時幀(32)截止之后，檢測用于斷開所述短路(30)的電流輪廓，并且儲存或者保存斷開所述短路(30)時的至少一個數值或者參數， 其中根據所儲存的數值或者參數改變后續短路(30)的時幀(32)中的至少一個數值或者參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在短路(30)期間指定的時幀(32)截止之后，用于斷開所述短路(30)的電流增加速度di/dt穩定地增加，特別是指數地增加。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，當斷開所述短路(30)時，檢測電流增加速度di/dt和/或電流增加時間。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，當時幀(32)超出時，在后續發生的短路(30)期間以最近保存的電流增加時間和/或電流增加速度di/dt在時幀(32)中執行電流增加。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的方法，其特征在于，當在時幀(32)中斷開短路(30)時，對于后續短路(30)將所述數值或者參數，特別是電流增加時間和/或電流增加速度di/dt重置成初始值。
6.根據權利要求2至5中任意一項所述的方法，其特征在于，當所述時幀(32)超出時， 所述電流增加速度di/dt漸進地增加，直至一個指定的最大數值(37)，然后保持在所述最大數值(37 )，直至斷開所述短路(30 )。
7.根據權利要求2至6中任意一項所述的方法，其特征在于，當之前的短路(30)在超出所述時幀(32)之外一直存在時，在時幀(32)中改變所述電流增加速度，其中當前發生的短路(30)的電流增加速度適應于之前完成的短路的斷開。
8.根據權利要求2至7中任意一項所述的方法，其特征在于，在到達能被預設的電流增加速度(38) di/dt時，保持所述電流增加速度(38)。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的方法，其特征在于，對許多時幀(32)執行時幀(32)超出之后的數值或參數的重設。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的方法，其特征在于，檢測短路(30)斷開時的持續時間(45)，藉此在下一個時幀(32)中執行相應的改變。
11.一種用于短弧焊接的焊接裝置(1)，具有至少一個電源(2)、控制單元(4)和所連接的焊炬(7)，其特征在于，所述控制單元(4)被設計成執行根據權利要求1至10所述的方法。
全文摘要
本發明涉及用于在短弧焊接期間斷開短路(30)的方法，當發生短路(30)時，開始時幀(32)，其中執行確定的電流輪廓以便在時幀(32)中斷開短路，并且如果時幀(32)超出則電流增加。本發明還涉及一種相應的焊接裝置(1)。為了改進焊接質量，在短路(30)期間指定的時幀(32)截止之后，檢測用于斷開所述短路(30)的電流輪廓，并且儲存或者保存斷開所述短路(30)時的至少一個數值或者參數，其中根據所儲存的數值或者參數改變后續短路(30)的時幀(32)中的至少一個數值或者參數。
文檔編號B23K9/095GK102470475SQ201080035104
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月23日 優先權日2009年8月10日
發明者約瑟夫·阿特爾斯梅爾 申請人:弗羅紐斯國際有限公司