[发明专利]对交流电电弧焊接工艺提供低电流调节的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

此美国专利申请要求于2013年11月6日提交的美国临时专利申请号61/900,635以及于2014年4月4日提交的美国专利申请号14/248,410的优先权和权益、并且是于2012年9月24日提交的美国专利申请号13/625,177的部分继续申请，这些申请各自以其全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明的某些实施例涉及电弧焊接。更具体地，本发明的某些实施例涉及用于对交流电电弧焊接工艺提供低电流调节从而调节电弧焊接性能的系统和方法。

发明背景

某些现有技术焊接系统使用焊接电源中的电桥拓扑结构来提供交流电焊接能力。半桥式拓扑结构可以用于具有双输出电流路径的焊接电源中，该双输出电流路径被配置成共享一条共用路径，使得每个输出可以在该共享路径中引起相反极性的流。实践中，许多焊接电源是如此配置的并且可能仅需要添加第二组整流器装置来完成第二路径。在每个电源支路的非共享路径中可以放置开关，并且流经所连接的焊接输出电路路径的电流流动方向是通过该有源支路来确定的。全桥式拓扑结构可以用于几乎任何电源拓扑结构，对现有的设计出的电源增加了灵活性和潜力。全桥式拓扑结构允许容易地实施跨零辅助电路。可以使用阻流二极管来保护该电源中的这些装置免于在跨零过程中出现的高电压瞬变。对许多焊接工艺例如像交流电气体保护钨极电弧焊(GTAW或TIG)工艺或气体保护金属电弧焊接(GMAW或MIG)工艺而言，希望的是在焊接电流跨过零点时在相反极性方向上快速地重新点燃焊条与工件之间的电弧。

焊接电源可以具有被设计来输出的最大电压水平(例如，100VDC)。当交流电焊接电流跨过零点(即，改变极性)时，可能从电源需求比该电源所可以提供的更高的电压(例如，300VDC)，以保持电弧点燃并且在电弧电流低时使该电弧更稳定、并且以便重新点燃焊条与工件之间的电弧。因此，电弧可能熄灭并且不能重新建立。在TIG焊接(在没有电极丝的情况下)中，如果电弧熄灭，则焊接电源可能必须重复整个电弧建立过程，然后焊接才能继续，从而造成低效率的焊接过程。总体上，与低电流电弧焊接相关联的等离子体柱趋于不稳定并且可能导致所不期望的电弧中断。

通过将这样的系统和方法与在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本发明的实施例进行比较，常规的、传统的和已提出的方法的进一步的限制和缺点对于本领域的技术人员将变得清楚。

发明内容

本发明的实施例包括用于对直流电和交流电焊接工艺提供低电流调节以调节电弧焊接性能的系统和方法，该系统和方法通过调节焊接输出电流并且提供用于在极性转变过程中产生用于重新点燃的电压以确保电弧重新点燃的装置。在焊接电流的极性转变之时和期间在焊条与工件之间引入较高的电压水平，以便容易且可靠地以相反极性重新点燃电弧，即使来自电源的电压是有限的。支持交流电焊接、可变极性焊接(例如，任一极性的直流电焊接)、其他混合式焊接工艺。极性反转电桥电路和电弧调节电路的构型允许了对流经该焊接输出电路路径的焊接输出电流进行方向切换、同时还允许在焊接电流改变极性时对电弧进行改善的低电流调节和快速重新点燃。具有电感器和恒流源的电弧调节电路提供了在电流极性转变过程中进行快速且可靠地重新点燃电弧所需要的电压。在一些实施例中，叠加电容器可以提供另外的储存能量来辅助在极性转变的一种或两种过程中重新点燃电弧。