[發明專利]在弧焊應用中使用電感式放電電路重燃和穩定電弧的系統和方法

有效

• 申請號: 201480013429.2
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN105189006B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: R·L·道奇;G·B·科普里弗納克;S·R·彼得斯
• 申請（專利權）人: 林肯環球股份有限公司
• 主分類號: B23K9/073
• 分類號: B23K9/073;B23K9/09;B23K9/10;B23K9/167
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產權代理事務所(普通合伙)11269
• 代理人: 嚴慎

技術領域

某些實施方案涉及弧焊應用。更特定地，某些實施方案涉及在用于釬焊(brazing)、熔敷(cladding)、堆焊(building up)、填充、表面硬化(hard-facing)熔覆(overlaying)、接合以及焊接應用中的任一個的系統和方法中，使用電感式放電來控制起弧。

技術背景

在一些弧焊系統中，焊接機器需要一些非接觸式起弧和重燃的手段。例如，焊接電源供應器可以包括高頻點燃電路(例如電容器放電電路或火花隙振蕩電路)，以輔助橋接從電極到工件的空隙。當以AC模式焊接時，電弧穩定性是個問題，因為當極性被切換時存在這樣的可能性，即，每當波形通過零電流時，電弧可能未重新點著。的確，在零轉變(zero transition)期間防止電弧熄滅幾乎是不可能的。典型的電弧電壓通常小于30伏并且要在所有狀況下可靠地維持電弧需要高得多的電壓。取決于工藝，所需要的電壓可以直至100伏或更多。在典型的系統中，提高的(elevated)電壓由焊接電路中的各種無源元件(例如輸出扼流圈)來短暫供應，但一般受限于電源供應器的開路電壓(OCV)。如上面所討論的，AC焊接是特殊情況，因為電弧在每次極性反轉時熄滅，并且電源的OCV典型地不足以重建電弧。一般地，電源供應器的OCV必須是高達100伏的OCV，以維持電弧。然而，在反轉極性時，只有約50伏的OCV加上來自輸出扼流圈的任何電壓來重建電弧。該電壓典型地不足以重建電弧。從而，挑戰是，要提供在焊接波形經過零轉變之后重燃電弧的手段。為了這個目的，存在許多這樣的方法，所述方法在波形轉變到相反的極性時跨焊接引線強加(impose)提高的電壓來重燃熱電離的氣體。

例如，每當AC波形改變極性時高頻點燃電路可以被接通。高頻點燃電路包括高電壓、高頻脈沖，所述高電壓、高頻脈沖在電極和工件之間生成火花來發起電弧。高頻點燃電路是重燃電弧的可靠的方法。然而，來自這些高頻點燃電路的電氣噪聲可以損壞調制解調器焊接電源供應器中的電子器件以及設置在附近或者工作場所的其他敏感設備。其他方法包括疊加裝置或者中心抽頭扼流圈，以在極性被切換時重建電弧。因為這些方法不使用高電壓、高頻脈沖，敏感電子器件比較不容易受到由于電氣噪聲而變損壞的影響。然而，在極端的狀況下，焊接工藝可能仍然經歷“突然熄滅(pop out)”，即，電弧沒有重燃。進一步地，一旦中心抽頭扼流電路中的能量被釋放，工藝將需要等待直到它再次充電。關于疊加電路和中心抽頭扼流電路的附加的信息可以在美國專利No.7,385,159中找到，所述美國專利No.7,385,159作為背景材料通過引用被全部并入本文。

除了上面的內容之外，現有技術的方法沒有提供低電流穩定性和波形平滑。電弧的物理性質受性能(例如被焊接的材料、焊縫熔池尺寸、熱量輸入等)影響，并且電壓或電弧的長度可以是顯著地高的。在這樣的情況下，維持電弧必需的電壓可以瞬間超出由電源供應器提供的電壓并且電弧將熄滅。

通過將常規的、傳統的以及已提出的手段與如在本申請的其余部分中參照附圖所闡述的本發明的實施方案相比，對本領域技術人員來說這樣的手段的進一步的局限性和缺點將會變得明顯。

發明內容

為了提供在焊接波形經過零轉變之后重燃電弧的手段，本發明提出了用于在弧焊應用中重燃和穩定電弧的系統和在弧焊應用中重燃和穩定電弧的方法。本發明的實施方案包括在用于釬焊、熔敷、堆焊、填充、表面硬化熔覆、接合以及焊接應用中的任一個的系統和方法中，使用電感式放電來控制起弧。所述系統包括輸出系統，所述輸出系統提供包括正時段(positive period)和負時段的輸出波形。正時段在轉變到負時段之前包括正衰減時段，并且負時段在轉變到所述正時段之前包括負衰減時段。所述系統進一步包括電感式放電和穩定系統，所述電感式放電和穩定系統包括至少一個電感器。優選地，所述至少一個電感器是在300微亨至900微亨之間。至少一個電感器在從正時段到負時段之間的轉變時段以及從負時段到正時段的轉變時段期間在電極和工件之間重燃電弧。至少一個電感器在所述正時段的至少一部分以及所述負時段的至少一部分期間提供穩定電流來穩定所述電弧。所述系統可以進一步包括緩沖電路，以便利所述正衰減時段和所述負衰減時段。優選地，所述緩沖電路包括電容器，所述電容器是在500微法至1500微法的范圍內。