[發明專利]用于焊接應用的場形成器

有效

• 申請號: 201780056693.8
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN110114179B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·徐
• 申請（專利權）人: 伊利諾斯工具制品有限公司
• 主分類號: B23K9/073
• 分類號: B23K9/073;B23K9/08
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎;施嘉薇

設備、系統和/或方法涉及焊接系統，其提供用于焊接應用的場形成器。焊接系統包括焊接焊炬，焊接焊炬包括一個或多個線圈繞組，形成磁場的電流流過該線圈繞組。磁場與工具中心點同心。在電極和工件之間形成電弧。磁場迫使電弧在焊接焊炬的中心或一個或多個線圈繞組的中心中。

相關申請

該國際申請要求2016年9月20日提交的名稱為“Field Former for UseinWelding Applications”的美國專利申請序列號15/270,510的優先權。美國專利申請序列號15/270,510的全部內容通過引用并入本文中。

技術領域

本發明涉及焊接領域。更具體地，本發明的設備、系統和方法涉及一種焊接系統，該焊接系統提供用于焊接應用的場形成器。

背景技術

電弧偏吹是焊接電弧由于磁力而從其正常路徑偏轉。此種狀況通常在對磁性材料諸如鐵、鎳及其合金進行直流電流焊接中遇到。電弧偏吹大多數在DC焊接中發生，但在某些狀況下也會在交流電焊接中發生，但這些情形可能少見并且電弧偏吹的強度較不嚴重。流過電極和基底金屬的直流電流圍繞電極建立磁場。磁場有時趨于使得電弧側向偏轉，但電弧也可以沿著接頭向前或向后偏轉。

當在工件上靠近接頭的端部或進入拐角或邊緣朝向工作纜線連接進行焊接時，會遇到反吹。當在工件上在接頭開始處遠離工作纜線連接進行焊接時，會遇到前吹。通常，電弧偏吹可能是兩個狀況的結果：電流流動方向在其進入工作并且朝向工作纜線傳導時的變化；以及磁性材料圍繞電弧的不對稱布置，在鐵磁性材料或工件的端部附近執行焊接和/或焊接夾具具有剩磁時可能存在的一種狀況。工件的不適當接地也可能導致電弧偏吹。

盡管不能總是完全消除電弧偏吹，但是需要一種方法來將電弧偏吹控制或減少到可接受水平。

需要高電流以在高熔敷時提供焊絲的熔化。然而，高電流氣體保護金屬極電弧焊接的一個問題是因旋轉噴射電弧金屬熔滴過渡所致的電弧不穩定性。為了支持更高的電流，陽極面積增加，以至電弧爬升到熔融金屬之上，使焊絲在熔融金屬附近塑化并使其成形為錐形形狀。不對稱的電磁洛倫茲/徑向夾緊力和歐拉/方位力將液體移離其直線流動，并且形成不穩定的或不可預測的旋轉液體弦(liquid string)，液體弦在電弧壓力下束縛到焊絲端部，并且導致螺旋絲運動、過度飛濺、缺乏穿透和工藝不穩定性。

此外，由于來自圓形焊絲的電弧的某些能量密度分布、工件的散熱狀況和焊接熔池的熱力學，在特定保護氣體組成的情況下用于高熔敷氣體保護金屬極電弧焊接的高電流可能遭受手指形狀的穿透。穿透輪廓可以導致接頭的根部由于電弧偏吹而被錯過或在相對于接頭的焊絲放置對準是關鍵的情況下使零件裝配。這可以增加工具成本和零件尺寸控制成本，以改進制造者的裝配。此外，接頭制備成本(例如，在焊接之前必需精確激光或水射流切割和對接頭進行CNC加工)也可以增加。最終，如果不控制預焊接操作，則焊接質量可能受損。

此外，保護氣體流可能由于使電離氣體等離子體從焊接工具軸線的中心偏離的湍流、阻塞的氣體噴嘴、不適當的氣體流量、離位焊接(out-of-position welding)和/或風或排煙而不是均勻的。

需要一種設備、系統或方法，該設備、系統或方法保持電弧居中并且防止電弧散亂或被干擾以便于增強電弧控制、提高焊接質量和更加穩定焊接工藝。

發明內容

根據本公開的設備、系統和方法的一些實施例涉及提供用于焊接應用的場形成器的焊接系統。

根據本公開的一些實施例將電弧的位置穩定在焊接焊炬的中心或接頭中心，對引起電弧漂移或電弧偏吹的外部影響(例如工件的表面氧化物和剩磁，以及對保護氣體流的干擾)具有改善的抵抗力。

根據本公開的一些實施例提供一種焊接系統，焊接系統包括場形成器，場形成器產生磁場，從而適應均勻地圍繞焊接工具軸線和可消耗性填充金屬的中心的電弧分布。