[發(fā)明專利]為AC弧焊工藝提供低電流調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380049783.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN104661783B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·B·科普里弗納克;R·L·道奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 林肯環(huán)球股份有限公司
• 主分類號(hào): B23K9/10
• 分類號(hào): B23K9/10
• 代理公司: 北京嘉和天工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11269
• 代理人: 嚴(yán)慎,支媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接電源和方法。本發(fā)明的某些實(shí)施方案涉及弧焊。更特別地，本發(fā)明的某些實(shí)施方案涉及用于為AC弧焊工藝提供低電流調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)弧焊性能的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)背景

某些現(xiàn)有技術(shù)的焊接系統(tǒng)在焊接電源中使用橋接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提供AC焊接能力。半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被用在具有雙輸出電流路徑的焊接電源中，所述雙輸出電流路徑被配置來共享一共同路徑，以使在共享路徑中每路輸出可以產(chǎn)生(induce)相反極性的流。在實(shí)踐中，許多焊接電源被這樣配置并且可以只需要添加第二套整流器件來實(shí)現(xiàn)第二路徑。開關(guān)可以被置于每個(gè)電源支路(leg)的非共享路徑中，并且通過連接的焊接輸出電路路徑的電流方向由有源支路確定。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以與幾乎任何電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一起使用，提供靈活性以及被添加到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的電源的潛在性。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許過零輔助電路的容易實(shí)現(xiàn)。阻塞二極管(blocking diode)可以被用來保護(hù)電源中的器件免受過零期間發(fā)生的高壓瞬變的影響。對(duì)于許多焊接工藝(如，舉例來說，AC氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAW或TIG)工藝或者氣體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW或MIG)工藝)而言，當(dāng)焊接電流過零時(shí)，電極(electrode)和工件之間的電弧以相反的極性方向迅速地重燃是合乎期望的。

焊接電源可以具有被設(shè)計(jì)來輸出的最大電壓水平(例如，100VDC)。當(dāng)AC焊接電流過零(即，改變極性)時(shí)，可能要求電源具有比電源可以提供的電壓高的電壓(例如，300VDC)，以在電弧電流為低時(shí)保持電弧燃著并且使電弧更穩(wěn)定，并且重燃電極和工件之間的電弧。因此，電弧可以熄滅并且不重建。在TIG焊接中(其中沒有焊絲電極(wire electrode))，如果電弧熄滅，焊接電源可能不得不在焊接可以繼續(xù)之前重復(fù)整個(gè)電弧建立過程，從而導(dǎo)致低效的焊接工藝。一般而言，與低電流弧焊相關(guān)聯(lián)的等離子體柱傾向于是不穩(wěn)定的并且可能導(dǎo)致不期望的電弧中斷。

通過將常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及已提出的手段與如在本申請(qǐng)的其余部分中參照附圖所闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案相比，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說這樣的系統(tǒng)和方法的進(jìn)一步的局限性和缺點(diǎn)將會(huì)變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于通過這樣的方式來為DC和AC弧焊工藝提供低電流調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)弧焊性能的系統(tǒng)和方法，即通過調(diào)節(jié)焊接輸出電流并且提供生成用于在極性轉(zhuǎn)變期間的重燃的電壓以確保電弧重燃的裝置。在焊接電流的極性轉(zhuǎn)變時(shí)或約焊接電流的極性轉(zhuǎn)變時(shí)，焊接電極和工件之間的較高的電壓水平的引入被提供來以相反的極性容易且可靠地重燃電弧，即使來自電源的電壓是受限的。AC焊接、可變極性焊接(例如，以任一極性的DC焊接)以及其他混合焊接工藝被支持。極性反轉(zhuǎn)橋接電路和電弧調(diào)節(jié)電路的配置允許通過焊接輸出電路路徑的輸出焊接電流的方向切換，同時(shí)在焊接電流改變極性時(shí)還允許改進(jìn)的低電流調(diào)節(jié)和電弧的迅速重燃。具有電感器和恒流源的電弧調(diào)節(jié)電路提供電流極性轉(zhuǎn)變期間所需要的電壓，以迅速且可靠地重燃電弧。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種焊接電源。所述焊接電源包括控制器以及功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(zhuǎn)換電路被配置來將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以是以半橋輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的變壓器。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以包括DC輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述功率轉(zhuǎn)換電路可以是例如基于逆變器的電路或基于斬波器的電路。所述焊接電源還包括橋接電路，所述橋接電路被可操作地連接到所述功率轉(zhuǎn)換電路并且被配置來在所述控制器的命令下切換通過焊接輸出電路路徑的所述輸出電流的方向，所述焊接輸出電路路徑被可操作地連接到所述焊接電源的焊接輸出。所述橋接電路可以被配置為例如半橋電路或全橋電路。所述橋接電路可以包括例如至少兩個(gè)開關(guān)晶體管。所述焊接電源進(jìn)一步包括電弧調(diào)節(jié)電路，所述電弧調(diào)節(jié)電路被可操作地連接到所述橋接電路并且被配置來在所述焊接輸出電路路徑的電極和工件之間產(chǎn)生電壓，所述電壓足以用于在所述輸出電流的極性轉(zhuǎn)變期間的電弧重燃。所述電弧調(diào)節(jié)電路可以包括例如至少一個(gè)電感器和至少一個(gè)恒流源。所述恒流源跨電弧提供例如2-10安培之間的經(jīng)調(diào)節(jié)的恒定電流，提供低輸出電流調(diào)節(jié)。根據(jù)各種實(shí)施方案，所述至少一個(gè)電感器的值可以在大約10至100毫亨之間(例如，20毫亨)。所述功率轉(zhuǎn)換電路、所述橋接電路和所述電弧調(diào)節(jié)電路可以被配置來在所述焊接電源的所述控制器的命令下提供DC正焊接操作、DC負(fù)焊接操作和AC焊接操作中的任一個(gè)。根據(jù)可替換的實(shí)施方案，所述橋接電路和所述電弧調(diào)節(jié)電路可以處于所述焊接電源的外部，例如具有可操作地連接到所述焊接電源的模塊的形式。