具有两个焊炬和用于启动电弧点火阶段的控制单元的焊接设备以及在适合的启动过程利用两个焊接工艺进行焊接的焊接方法

摘要

焊接设备(29)具有中央单元(35)和连接至中央单元(35)的焊炬单元(30)。中央单元(35)包括用于提供焊炬单元(30)的操作所需的电流的至少一个焊接电源(36，37)，并且包括控制单元(5)。焊炬单元(30)包括具有第一焊丝(43)的至少一个第一焊炬(31)和具有第二焊丝(44)的至少一个第二焊炬(32)。第一焊炬(31)被设计成执行第一焊接工艺，而第二焊炬(32)被设计成执行第二焊接工艺，其中，这两个焊炬(31，32)能够彼此独立地操作。控制单元(5)被设计成以如下方式执行启动过程，即，首先在两个焊炬中的一个焊炬(31)处发生第一电弧点火，且在经过了第一电弧点火过程后的等待时间(59)之后，在两个焊炬中的此时未被点火的另一个焊炬(32)处发生第二电弧点火。控制单元(5)还被设计成，在两个焊炬中的一个焊炬(31)处发生第一电弧点火之前或期间，输送两个焊炬中的另一个焊炬(32)的焊丝(44)，使所述焊丝的焊丝端部(50)至等待位置。

说明书

澳大利亚专利申请AT A385-2012的内容通过引用方式结合于此。

本发明涉及一种具有中央单元和可连接至中央单元的焊炬单元的焊 接设备，其中，中央单元包括至少一个用于提供操作焊炬单元所需的电流 的焊接电源，并且包括控制单元，焊炬单元至少包括具有第一焊丝的第一 焊炬和具有第二焊丝的第二焊炬，并且第一焊炬被配置成执行第一焊接工 艺，第二焊炬被配置成执行第二焊接工艺，两个焊炬可彼此独立地操作。 此外，本发明涉及一种至少具有彼此结合的第一焊接工艺和第二焊接工艺 的焊接方法。

例如，在WO 2005/056 228 A1中描述了这种类型的焊接设备和这种 类型的焊接方法。两种焊接工艺之一在这里可被配置成脉冲焊接工艺、喷 射电弧焊接工艺或焊丝前后移动的冷金属过渡(CMT)焊接工艺，然而第 二焊接工艺在任何情况下均被配置成冷金属过渡焊接工艺。这两种焊接工 艺就时间而言彼此同步。然而，后者仅适用于真实的焊接操作。另一方面， 启动阶段，尤其是这两种焊接工艺的电弧点火，随机地发生。因此，启动 阶段过程中有时会产生不明确且不期望的增加的材料应用。

因此，涉及焊接设备的本发明的目的在于公开开头所述类型的具有改 进启动阶段的焊接设备。

为了实现这一目的，公开了一种根据权利要求1的特征的焊接设备。 在根据本发明的焊接设备中，控制单元被配置成以如下方式执行启动阶 段，即，电弧点火初始发生在两个焊炬中的一个焊炬处，并且当经过了第 一电弧点火之后的等待时间后，第二电弧点火发生在两个焊炬中的此时未 被点火的另一个焊炬处。此外，控制单元被配置成，在两个焊炬中的一个 焊炬处发生第一电弧点火之前或期间，传送两个焊炬中的另一个焊炬的焊 丝，使其焊丝端部进入等待位置，两个焊炬中的另一个焊炬的焊丝端部处 于该等待位置，直到所述等待时间结束为止。

该焊接设备尤其可被配置为，通过两个焊炬实现刚好两种焊接工艺。 类似地，也可能的是，该焊接设备包含多于两种的焊接工艺，相应地具有 多于两个的焊炬。在根据本发明的焊接设备中，在所涉及的至少两个焊炬 处以目标方式提供设定的点火。换句话说，对于哪个焊炬首先被点火以及 在此第一点火发生后以什么样的时间间隔进行另一个焊炬的点火，将不再 是随机的。在焊接设备的有利启动阶段，确保电弧点火首先发生在具体的 预定的焊炬处，而另一个焊炬的焊丝端部位于具体限定的等待位置处，直 到该等待时间结束为止。开始未点火的焊炬也在启动阶段之初有利地非常 迅速地进入设定状态，以便在经过了等待时间之后也快速地被点火，具体 地，在没有其他预备步骤干预的情况下。

由于焊接设备的该有利启动阶段，可以非常精确地确定在焊接过程之 初应用了多少材料。还可以确定在之初产生了多少焊缝熔深和引入了多少 热量。因此，还可以提高整个焊接结果的质量。

焊接设备的有利构造来自根据权利要求1的从属权利要求的特征。

一种构造是有利的，其中，两个焊接工艺中的至少一种被配置成脉冲 焊接工艺、喷射电弧焊接工艺、短弧焊接工艺或冷金属过渡焊接工艺，或 者包含被配置成脉冲焊接工艺、喷射电弧焊接工艺、短弧焊接工艺或冷金 属过渡焊接工艺的至少一部分工艺。因此，这对于在初始阶段过程中将在 点火之后待执行的焊接工艺来说尤其可行，例如冷金属过渡焊接工艺，以 便在某一工艺周期之后调换为另一种类型的焊接工艺，例如，调换为脉冲 焊接工艺。因此，可以非常灵活地使用该焊接设备。它提供了大量的各种 各样的操作模式，在每种情况下，该有利的启动阶段均提供所涉及焊接工 艺的设定点火。

根据另一有利构造，控制单元被配置成，在电弧点火之前实现两个焊 丝中的至少一个焊丝在待焊接工件的方向上的向前移动，并检测该焊丝与 工件的短路，之后尤其实现该焊丝的向后移动，直到到达等待位置。结果 是，尤其在焊接过程之初，可以精确地确定焊丝端部相对于待焊接工件的 位置，因而在相应的期望条件下，可发生限定的电弧点火。在初始未点火 的焊炬的情况下，在焊丝与待焊接工件之间具有短路的情况下焊丝的前后 移动也是有利的，这是因为相关第二焊炬的焊丝端部因此可以有利地进入 优选限定的等待位置，第二焊接工艺的点火(因此还有第二焊接工艺)可 以快速和限定的方式从该等待位置原位地开始。

另一构造是有利的，其中，控制单元被配置成，在电弧点火之前实现 两个焊丝中的至少一个焊丝的向前移动，直到接触待焊接工件，之后实现 该焊丝的向后移动，直到该焊丝的焊丝端部到达距工件一严格预定或可调 节的距离。该距离可以有利的是等待位置，相关焊炬被传送到该等待位置， 直到电弧点火。因此优选地，在焊接设备的这种构造中，焊丝端部与待焊 接工件之间的该距离是严格预定的，或者可以调节。两种都是有利的且均 产生限定的启动阶段和良好的焊接结果。

根据另一有利构造，从第一电弧点火至第二电弧点火的等待时间是严 格预定的或可调节的。结果是也提高了该焊接设备的灵活性和使用可行 性。

根据一有利的替换构造，控制单元还可被配置为实现两个焊接工艺之 间的结合，使得从第一电弧点火至第二电弧点火的等待时间由焊接工艺的 第一电弧点火之后开始的工艺进程决定，或者由焊接工艺的第一电弧点火 之后开始的初始过程的工艺进程决定，该工艺进程用作严格预定的或可调 节的等待时间的度量。后者再次实现焊接设备使用的高度灵活性和各种可 行性。在这种构造中所提供的焊接工艺之间的初始结合允许还未点火的第 二焊接工艺仅在已经运行的第一焊接工艺达到特定状态时启动。结果是， 对于启动阶段的顺序，实现了附加的工艺安全性措施。

根据另一有利构造，控制信号指示到达焊接工艺的第一电弧点火之后 开始的或其初始阶段的决定性工艺进程。该控制信号进而可直接用来启动 第二焊接工艺或位于等待位置的第二焊炬，具体地是对它点火。结果是， 在两个焊接工艺之间形成了特别简单且有效的初始结合。

根据另一有利构造，从第一电弧点火至第二电弧点火的等待时间最多 是三秒。已证明等待时间的该最大时间间隔是非常有利的。特别地，所提 到的最大值足够长，以便以限定方式接近初始点火的第一焊接工艺。另一 方面，特别地，其还足够短，以仅利用实际所提供的两个或甚至更多的焊 接工艺中的一个执行特别长的焊接。

另一构造是有利的，其中，针对在两个焊炬中的哪一个焊炬处发生第 一电弧点火，提供调节性。这也提高了该焊接设备的使用灵活性。特别地， 该焊接设备进而可在相反的焊接方向操作，而无需进行必要的修改。

涉及焊接工艺的本发明的另一目的在于公开开头所述类型的具有改 进启动阶段的焊接工艺。

为了实现这一目的，公开了一种根据权利要求10的特征的焊接工艺。 在该焊接工艺中，以如下方式执行两种焊接工艺的启动过程，即，在两种 焊接工艺中的一种的过程中，首先第一电弧被点火，在第一电弧点火之后， 在两种焊接工艺中的另一种的过程中，在第二电弧被点火之前，经过等待 时间。而且，在第一电弧点火之前或期间，输送与两种焊接工艺中的另一 种有关的焊丝，使其焊丝端部进入等待位置，两个焊炬中的另一个焊炬的 焊丝端部处于等待位置，直到等待时间结束。

根据本发明及其构造的焊接方法具有基本相同的特定性质和优点，这 已经结合根据本发明及其构造的焊接设备进行了描述。

根据本发明的焊接方法的有利构造来自根据权利要求10的从属权利 要求。

本发明的其他特征、优点和细节来自以下借助附图对实施例的描述， 附图中：

图1以示意图示出了焊接设备的实施例，

图2以示意图示出了具有两个焊炬的焊接设备的实施例，

图3示出了根据图2的焊接设备的两个焊炬的启动阶段的流程图，

图4示出了根据图2的焊接设备的两个焊炬中的一个焊炬的焊丝在启 动阶段期间的移动图，以及

图5示出了根据图2的焊接设备的两个焊炬中的另一个焊炬的焊丝在 启动阶段期间的移动图。

在图1至图5中，相互对应的部件具有相同的参考标号。下面更详细 描述的实施例的细节本身可以代表发明或发明主题的一部分。

图1中示出了焊接设备1的实施例。焊接设备1是为各种焊接工艺或 方法而设计的焊接装置或焊接设施，这些工艺或方法例如MIG/MAG焊 接、WIG/TIG焊接、电极焊接或双丝串列(tandem)焊接。此外，还可以 提供用于等离子或锡焊方法的构造。

焊接设备1包括中央单元2，该中央单元有时也被称为实际焊接装置。 中央单元2包括电源3，电源具有电力部件4、控制单元5和输入/输出单 元6。而且，在中央单元2中可设置有其他部件，例如，与控制单元5相 关的转换元件7、连接至转换元件7的控制阀8、水容器9和流量监视器 10。在图1所示的实施例中，中央单元2的这些部件布置在一公共壳体11 中。此外，中央单元2包括用于气体13的气体储存器12，所述气体尤其 是保护气体，例如CO₂、氦气等。壳体11和气体储存器12放置在可滚动 的下部件14中且形成中央单元2的第一部件单元。

中央单元2的第二部件单元由也可滚动的焊丝供给单元15形成，该 焊丝供给单元也由第一部件单元的控制单元5致动。焊丝供给单元15包 括供应辊16，焊丝17卷绕在该供应辊上。

从根本上说，焊丝供给单元15也可以是第一部件单元的部件，并且 也可以位于壳体11内。在图1所示的实施例中，焊丝供给单元被配置为 单独的附件装置。然而，这并不是绝对必要的。

而且，焊接设备1包括焊炬单元18，该焊炬单元通过软管包装件19 和张力消除装置20连接至壳体11以及通过供应线21连接至焊丝供给单 元15。

作为传统方法，储存在供应辊16中的焊丝17通过供应线21被供给 至焊炬单元18，尤其是在MIG/MAG焊接中。然而，从根本上说，也可 行的是，焊丝供给单元15将焊丝17或其他附加材料引出焊炬单元18之 外，到达工艺点，即，到达实际焊接工艺发生的点。在附图中未示出的这 种替换构造中，非熔化电极优选地布置在焊炬单元18中，作为传统的， 例如在WIG/TIG焊接中。

通过管箍22连接至焊炬单元18的软管包装件19含有电焊线23、气 体供应线24以及冷却管路25。气体13通过气体供应线24从气体储存器 12输送至焊炬单元18。类似地，电焊线23用于将电源3中产生的电流输 送至焊炬单元18。

通过电焊线23供给至焊炬单元18的电流用于在焊炬单元18的电极 与待焊接工件27之间产生电弧26，特别是工作电弧，所述工件由待连接 的多个部件形成。工件27可通过另一电焊线28连接至焊接设备1的电源 3。两条电焊线23和28与电弧26和电源3一起形成闭合电路。

焊炬单元18可具有冷却装置。为此，将冷却液体，特别是水，通过 冷却管路25从水容器9供应至焊炬单元18。这里，冷却管路25由流量监 视器19监控。当焊炬单元18开始运转时，液体泵(未更详细地示出)启 动，从而冷却管路25开始在水容器9与和焊炬单元18之间运转。原则上， 焊炬单元18也可以不配备液体冷却装置，而是配备空气冷却装置。

可通过中央单元2处的输入/输出单元6来调节或调用大量的焊接参 数、操作类型和/或焊接程序。通过输入/输出单元6调节的这些焊接参数、 操作类型和/或焊接程序被转发到控制单元5，然后该控制单元根据这些规 范来启动焊接设备1的各个部件和/或预先确定相应的期望数值来调节或 控制这些独立部件，从而调节所期望的焊接过程。

在图1所示的焊接设备1的实施例中，设置有大量的各种独立的部件。 基本上，具有可替换的未示出的构造，其中焊接设备不包括所有这些独立 部件。例如，在专用的WIG装置、MIG/MAG装置或等离子装置的情况。

焊炬单元18具有至少两个焊炬，在根据图1的示意图中未精确示出， 这两个焊炬可彼此独立地操作，并且通过这两个焊炬，可实施两种焊接工 艺。基本上，在替换实施例中，焊炬单元18还可包括多于两个的独立焊 炬。

图2中示出了焊接设备29的另一实施例，包括具有两个独立焊炬31 和32的焊炬单元30，这两个焊炬可彼此独立地操作。两个焊炬31和32 中的每一个通过其自身的软管包装件33或34连接至中央单元35，该中央 单元35进而也可被指定为实际的焊接设备。借助这两个软管包装件33和 34，焊炬31和32彼此独立地被供应有执行焊接过程所需的所有成分，例 如，气体13、电流和冷却液体。在这个意义上，结合图1所示的焊接设备 1的实施例，对相应构造进行了介绍。

除了没有明确示出控制单元5外，焊接设备29的中央单元35包括两 个单独的电源36和37以及焊丝输送单元38，该焊丝输送单元具有两个单 独的供应辊39和40以及两个驱动单元41和42，通过所述驱动单元，焊 丝43和44从两个供应辊39和40输送并通过软管包装件33和34供应至 焊炬31和32。可选地，可在焊炬单元30中设置用于两个焊炬31和32 的附加驱动单元45，在每种情况下，该驱动单元是作为实例出现在这里的， 并利用图2所示实施例中的虚线表示。在所示实施例中，焊炬单元30具 有用于两个焊炬31和32的共同的气体喷嘴46。

关于焊接设备29的各个组件和部件的功能模式，参考结合图1中所 示焊接设备1进行的相应说明。具体地，焊接设备29的中央单元35还包 括输入/输出单元6，正如同在焊接设备1中一样，借助于输入/输出单元 可以调节焊接参数、操作类型和/或焊接程序。

下面将描述焊接设备29的功能模式。

第一焊炬31被配置为执行第一焊接工艺，而第二焊炬32被配置为执 行第二焊接工艺。在两个焊炬31和32的情况下，图2所示的实施例优选 地在每种情况下是MIG/MAG焊炬，在每种情况下，通过该MIG/MAG焊 炬可执行脉冲焊接工艺，而且还可执行冷金属过渡焊接工艺。其他操作模 式基本上也是可行的。

在两个焊炬31和32的情况下，在焊接过程开始时，在一方面的相关 焊丝43或44的焊丝端部49或50与另一方面的工件27之间，点火电弧 47或48。

从焊接方向51看，第一焊炬31布置在第二焊炬32的上游。这里， 焊接方向51定向为大致平行于焊缝52的纵向方向，通过该焊缝，工件27 的各个部分连接在一起。然而，基本上，焊炬31、32相反的布置顺序也 是可行的，例如，在利用相反的焊接方向进行操作期间。在该相反的焊接 方向上，从焊接方向看，焊炬32于是将布置在焊炬31的上游。而且，两 个焊炬31和32相对于焊接方向51可以布置在相同高度，但垂直于焊接 方向51而彼此间隔开。

下面借助于根据图3的流程图和根据图4和5的移动图，将描述两个 焊炬31和32的协调启动过程。

图3示出了表示两个焊炬31和32的启动过程的流程图。在第一决定 步骤53期间，确定两个焊炬31和32中的哪一个将具有主功能且两个焊 炬31和32中的哪一个将具有从属功能。如已经提及的，这种分配可以预 先确定，也可以根据所选择的操作类型而改变。这里，通过实例假设焊炬 31具有主功能而焊炬32具有从属功能。图3的流程图的左手部分涉及主 焊炬31，而右侧部分涉及从属焊炬32。

一旦在步骤53中确定了主功能和从属功能的分配，焊丝43、44就在 两个焊炬31和32中向前移动，直到焊丝端部49、50接触到工件27(见 图4和图5)。通过短路检测识别这种接触。于是，在主焊炬31的情况中 立即发生电弧47的点火。从该时刻开始，电弧47在焊炬31处燃烧，特 别是不间断地持续利用焊炬31进行的焊接工艺的整个过程。在点火步骤 54，在焊丝43的向后运动期间，向前运动、短路识别和电弧点火被组合 用于主焊炬31(见图3和图4)。

另一方面，在短路检测之后，在从属焊炬32的情况中，还没有发生 电弧点火。相反，焊丝44被移回到等待位置55(见图5)。这在根据图3 的流程图中通过短路和回退步骤56表示(见图3和图5)。在等待位置55， 焊丝44的焊丝端部50位于距工件27的一限定的，特别是可调节的间距d 处(见图5)。

在主焊炬31的情况中，现在执行初始焊接过程57，其例如被配置为 利用前后移动的焊丝43的冷金属过渡焊接工艺(见图3和图4)。基本上， 初始焊接过程57也可被不同地配置，例如作为脉冲焊接工艺。

一旦控制单元5识别出预定或调整的过程进度，或者一旦经过了预定 或调整的启动时间，就完成了初始焊接过程57。然后，控制单元5产生控 制信号58(见图3)，这使得从属焊炬32结束其等待步骤59(见图3和图 5)或其等待时间并执行点火步骤60(见图3和图5)，在第二电弧48的 点火之后是第二焊炬32的初始焊接过程61(见图3和图5)。第二焊炬32 的初始焊接过程61也是利用前后移动的焊丝44的冷金属过渡焊接工艺。 这里，控制信号58特别地可被配置为数字信号。优选地，通过特别为此 提供的比特位来指示已经经过了或结束了用于从属焊炬32的等待时间或 等待步骤59。

与从属焊炬32处的第二电弧48的点火并行，在主焊炬31处启动主 焊接过程62(见图3和图4)，该主焊接过程例如被配置为脉冲焊接工艺。

两个焊炬31和32的启动过程的特点在于，限定的等待时间以及在时 间上间隔开的两个电弧47和48的点火。因此可以避免未限定的工艺条件。 相反，在每个时刻，可以清楚地确定两个焊枪31和32处于哪种状态。因 此，甚至在启动过程中，可以非常精确地确定多少材料被应用于工件27 来形成焊缝52以及具有多大的焊缝熔深和引入了多少热量。这有利于非 常好的焊接效果。