利用热焊丝tig定位热控制进行焊接的系统和方法
【专利说明】利用热焊丝TIG定位热控制进行焊接的系统和方法
[0001]优先权:本申请要求2013年6月21日递交的、题为“用于热焊丝TIG定位热控制的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR HOT WIRE TIG POSIT1NED HEAT CONTROL)” 的美国临时申请序号为N0.61/838,028的优先权及其权益。前述申请的全部内容通过引用被并入本文。
技术领域
[0002]—般地，本发明涉及轨道焊接系统或非轨道焊接系统。更特定地，本发明涉及在焊接操作期间基于对工件上的边缘的检测来给焊丝赋能。
[0003]发明背景
[0004]焊接系统处于现代工业时代的核心。从大量的汽车装配操作到自动化的制造环境，这些系统在愈发复杂的制造操作中便利接合。热焊丝焊接处理这样的焊丝或电极，所述焊丝或电极(例如，经由电流)正被加热并且由主热源(例如，等离子弧、钨极惰性气体(TIG)保护焊、金属极惰性气体(MIG)保护焊、焊剂芯、激光等等)所创建的熔池接收。热焊丝焊接过程包括对这样的焊丝进行电阻加热直至或接近焊丝的熔点。在热焊丝焊接过程中，避免形成电弧，因为电弧存在的状况会破坏熔池或者使熔池过热。焊丝(其被加热至接近或靠近焊丝的熔点而没有起弧事件)由熔池接收，其中对熔池的破坏很少或没有破坏。为了防止电弧的形成，与工件有关的焊接参数可以被检测。焊接参数可以指示电弧存在的条件，其中热焊丝焊接过程可以被调整。
[0005]附加地，焊接可以涉及抬高(raising)、恪敷、堆焊、填充、表面硬化、恪覆、接合以及其他焊接应用。当面对具有弯曲表面的工件时，轨道焊接过程可以被用来旋转焊头以将焊接应用于弯曲表面。最常见的使用轨道焊接的例子是管道焊接。管道焊接可以包括薄壁应用，其中焊头关于正被接合在一起的两个件的端部的另一表面旋转，可替换地，管道焊接可以包括深槽几何结构，其中焊接电极延伸进入形成在被接合的两个管道之间的槽，来铺设焊接材料的连续焊道以填充槽、接合厚壁管道。轨道焊接系统可以包括安装在导轨或固定装置上的焊头，所述导轨或固定装置夹紧或以其他方式被支撑在工件上并且被旋转来供应焊接。采用轨道焊接常常涉及具有前摄像装置和/或后摄像装置的焊接区的受限制的可见性。
[0006]进入接头的侧壁或者更窄的“V”型槽中的熔合会导致缺乏应存在于其中的材料(例如，焊接沉积物)的穴(pocket)。这些穴需要通过打磨掉或者重新焊接来修复。无论在轨道焊接系统中还是在非轨道焊接系统中，除了其他焊接缺陷以外，缺乏熔合需要修复，而这会对焊接作业增加成本并且增加完成焊接作业的时间。缺乏熔合可以被定义为焊道至基底金属的附着性差，并且不完整的熔透是没有在焊接槽的根部开始的焊道。另外，焊接技术一直试图通过减少接头的宽度(例如，更窄的“V”型槽)来将焊接的总量最小化，该接头则转变为更陡的侧壁。更陡的侧壁在焊接操作期间更难以熔透。
[0007]工件的槽几何结构和/或更陡的侧壁可以连累轨道焊接系统和非轨道焊接系统，并且需要的是关于在焊接操作期间防止缺乏熔合的改进技术。
【发明内容】
[0008]为了解决这个问题，本发明提出根据权利要求1或16的焊机系统以及根据权利要求12的焊接方法。优选的实施方案可以从从属权利要求获得。高强度热源可以是电弧、埋弧(sub arc)、妈极惰性气体(TIG)电弧、金属极惰性气体(MIG)电弧、激光器、等离子弧、金属芯或者焊剂芯中的一个。根据本发明的实施方案，焊机系统被提供，所述焊机系统包括焊炬，所述焊炬包括电极。所述系统可以进一步包括电源和焊丝送进器，所述电源在所述电极和工件之间创建高强度热源以创建熔池，所述焊丝送进器被连接到焊丝的供应装置，以将焊丝提供到由所述电极形成的熔池。所述系统进一步包括边缘检测器和焊丝电源，所述边缘检测器被配置来识别所述工件上的边缘，所述焊丝电源给所述焊丝赋能。所述系统进一步包括控制器，所述控制器基于识别的所述边缘来控制所述焊丝电源。
[0009]根据本发明的实施方案，方法被提供，所述方法包括至少如下步骤:在电极和工件之间创建高强度热源;将焊丝递送到由所述电极形成的熔池;识别所述工件的槽中的边缘；以及基于识别的所述边缘来以电流给所述焊丝赋能。
[0010]根据本发明的实施方案，焊机系统被提供，所述焊机系统包括至少如下内容:焊炬，所述焊炬包括电极；电源，所述电源在所述电极和工件之间创建高强度热源以创建熔池；用于供应焊丝的装置，以将焊丝提供到由所述电极形成的熔池；用于识别所述工件上的边缘的装置；以及用于基于识别的所述边缘来给所述焊丝赋能的装置。
[0011]当依据附图、详细的说明书以及所附的权利要求书来查看时，本发明的这些以及其他目标将是明显的。
[0012]附图简要说明
[0013]本发明在某些部分和各部分的布置方面可以具有具体形式，本发明的优选实施方案将在说明书中被详细描述并且在附图中被图示说明，附图构成本发明的一部分，并且在附图中:
[0014 ]图1图示说明轨道焊接系统的主视图；
[0015]图2A图示说明轨道焊接系统的侧视图；
[0016]图2B图示说明轨道焊接系统的立体图；
[0017 ]图3A是图示说明热焊丝焊接系统的部分的图；
[0018]图3B是图示说明热焊丝焊接系统的部分的图；
[0019]图4是图示说明焊机系统的图，所述焊机系统基于对工件上的边缘的检测来调整焊丝的赋能；
[0020]图5是图示说明焊接顺序的图，所述焊接顺序在工件上的“V”型槽上执行摆动焊接操作；以及
[0021]图6是在焊接操作中基于对工件上“V”型槽的边缘的检测来控制焊丝的赋能的流程图。
[0022]发明的详细描述
[0023]本发明的实施方案涉及这样的方法和系统，所述方法和系统与基于电极在工件上的边缘的位置来给焊丝赋能。边缘检测器可以被配置来在焊接操作期间识别工件上的边缘，并且控制器可以被配置来通过调整一个或更多个焊接参数管理由电极形成的熔池的温度。焊接参数可以是，但不限于，焊丝的赋能、焊丝送进速度、高强度热源(例如，电弧、埋弧、钨极惰性气体(TIG)电弧、金属极惰性气体(MIG)电弧、激光器、等离子弧、金属芯或者焊剂芯)的温度、移动速度等等。
[0024]如本文使用的“焊接(welding)”或“焊接(weld)”(包括这些词的任何其他构词成分)将涉及通过电弧的操作(包括但不限于埋弧焊、GMAW焊、MAG焊、MIG焊、TIG焊)或者通过任何与轨道焊接系统使用的电弧的操作的熔融材料的沉积。如本文使用的“电极”，针对各种电弧过程以及光学器件(出于在工件上形成熔池的目的而用来递送并且聚焦(或散焦)激光束光源)，描述的是常规电极、可消耗的电极、非可消耗的电极。
[0025]现在将出于图示说明在递交本专利申请时申请人已知的最佳模式的目的，描述实施本发明的最佳模式。实施例和附图仅仅是示例性的而不意味着要限制本发明，本发明通过权利要求的范围和精神来衡量。现在参照附图，其中示出的内容仅是出于图示说明本发明的示例性实施方案的目的而不是出于限制本发明的示例性实施方案的目的，图1-6图示说明与自动的或半自动的焊接系统一起使用的焊接系统。焊接系统的一个图示说明性实施例是轨道焊接，所述轨道焊接经常被用于各种类型材料的管或管道的接合。例如，钨极惰性气体(TIG)或气体保护钨极弧焊(GTAW)焊炬可以被用来通过自动的机械系统来绕要被焊接在一起管道运行。图1-2B图示说明如在轨道焊接环境中使用的轨道焊接系统100(也被称为焊机、系统、焊接系统和/或焊机系统)的示例性实施方案。轨道焊接系统100包括绕管道或管行进的焊接小车(未示出)、焊接电源(未示出)和控制器(未示出)，以及提供操作者控制的遥控装置(未示出)。要理解的是，本主题的创新可以与任何轨道或非轨道焊接系统一起使用。而且，本主题的创新可以与任何这样的焊接操作一起使用，所述焊接操作包括电弧和热焊丝，所述热焊丝被液化来将焊接材料沉积到工件上。
[0026 ]系统100 (如图1-2B中所看到的)一般地在深槽焊接中被使用。在示出的实施例中，焊接系统100包括具有焊机本体或机架101的轨道TIG焊机，所述轨道TIG焊机可以附着于工件或被支撑在轨道上。焊机100包括具有焊接电极32的焊炬(一般以30指示)，所述焊接电极32用于沉积焊接材料来在焊接区Z形成焊接接头。电极32是具有适合于被焊接的槽G的电极长度的延伸电极。延伸电极32可以具有适合于给定的深槽焊接的任何长度(包括大于10毫米的长度)。如在示出的实施例中所描绘的，电极长度可以大于100毫米。所示出的特别的实施例具有约120毫米的长度。该实施例不是限制性的，因为具有更长或更短长度的电极可以依据槽G的深度被使用。
[0027]焊炬30被连接到保护气体供应器102，所述保护气体供应器102向焊炬30提供惰性气体，例如氩气。焊接气体供应器102可以包括容器(例如瓶)，所述容器储存压力之下的保护气体S，并且保护气体S经由适当的管或其他管路的递送可以被调节器或其他控制器107控制。非加压源也可以与由栗等提供的气体递送一起被使用。当焊接厚板或厚壁管道时，焊接接头设计典型地提供窄槽来准许细长电极随着焊炬角度的一些调整放置在接头中，以确保良好的焊缝，所述良好的焊缝通过将一系列焊道层叠在彼此之上直到接头被填充完而被创建。贯穿下面的描述，该过程可以可互换地被称