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用于控制送丝速度的系统和方法

阅读：490发布：2023-02-17

专利汇可以提供用于控制送丝速度的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种控制焊接系统的方法包含：以第一送丝速度将焊丝提供到焊炬；经由焊炬的接触点而将脉冲式功率输出提供到焊丝；利用感测系统来确定接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及利用控制器至少部分基于所确定的CPWD而将焊丝的送丝速度改变为第二送丝速度。，下面是用于控制送丝速度的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种控制焊接系统的方法，包括：
以第一送丝速度将焊丝提供到焊炬；
经由所述焊炬的接触点而将脉冲式功率输出提供到所述焊丝；
利用感测系统来确定所述接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及利用控制器至少部分基于所述所确定的CPWD而将所述焊丝的所述送丝速度改变为第二送丝速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述CPWD包括：
至少部分基于所述脉冲式功率输出来确定电弧长度，其中所述电弧长度包括所述焊丝的被供电端部与所述工件之间的距离；
至少部分基于所述脉冲式功率输出而确定所述焊丝的被供电部分的电阻，其中所述被供电部分包括处于所述接触点与所述焊丝的所述被供电端部之间的所述焊丝的部分；
至少部分基于所述电阻与所述电极伸出长度之间的函数关系而确定所述电极伸出长度；以及
所述所确定的CPWD至少部分基于所述电弧长度和所述电极伸出长度的总和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述CPWD包括利用被配置成直接测量所述CPWD的感测系统，并且所述感测系统包括光学感测系统、超声感测系统、机械感测系统或电感感测系统或其任何组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一送丝速度以增益因子在函数上与所述第二送丝速度相关，并且所述增益因子是基于用户输入值、查找表、函数关系或所述焊接系统的送丝速度范围或其任何组合。
5.根据权利要求4所述的方法，包括至少部分基于用户偏好在起始所述焊缝的形成之前利用用户界面而设定所述增益因子，其中所述用户界面设置在所述焊接系统的所述焊炬上、所述焊接系统的送丝机上或所述焊接系统的电源上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中当所述所确定的CPWD减小时，所述第二送丝速度大于所述第一送丝速度，并且当所述所确定的CPWD增大时，所述第二送丝速度小于所述第一送丝速度。
7.根据权利要求1所述的方法，包括至少部分基于所述所确定的CPWD而控制焊缝到所述工件中的渗透。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述焊丝的所述送丝速度改变为所述第二送丝速度是在不存在对所述焊接系统的所述焊炬的控制的手动调整、所述焊接系统的送丝机的手动调整或所述焊接系统的电源的手动调整的情况下在焊缝的形成期间发生。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述焊接系统包括自动化焊接系统。
10.一种控制焊接系统的方法，包括：
以第一送丝速度将焊丝提供到焊炬；
经由所述焊炬的接触点(84)而将脉冲式功率输出提供到所述焊丝；
利用感测系统来确定所述接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)，其中确定所述CPWD包括：
至少部分基于所述脉冲式功率输出来确定电弧长度，其中所述电弧长度包括所述焊丝的端部与所述工件之间的距离；
至少部分基于所述电力输出而确定所述焊丝的被供电部分的电阻，其中所述被供电部分包括处于所述接触点与所述焊丝的所述端部之间的所述焊丝的部分；
至少部分基于所述电阻与电极伸出长度之间的函数关系而确定所述电极伸出长度；以及
至少部分基于所述电弧长度和所述电极伸出长度的总和来确定所述CPWD；以及利用控制器至少部分基于所述所确定的CPWD而通过增益因子将所述焊丝的所述送丝速度从所述第一送丝速度改变为第二送丝速度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中当所述所确定的CPWD减小时，所述第二送丝速度大于所述第一送丝速度，并且当所述所确定的CPWD增大时，所述第二送丝速度小于所述第一送丝速度。
12.根据权利要求10所述的方法，包括至少部分基于所述工件的间隙条件、所述焊炬的焊接位置或其任何组合而控制所述CPWD。
13.根据权利要求10所述的方法，包括至少部分基于用户偏好而在起始焊缝的形成之前设定所述增益因子，其中所述增益因子是经由所述焊接系统的电源的用户界面或送丝机的用户界面而设定。
14.根据权利要求10所述的方法，其中改变所述焊丝的所述送丝速度在不存在所述焊接系统的焊接电源、所述焊接系统的送丝机或所述焊接系统的所述焊炬上所设置的用户控制装置的手动调整的情况下在焊缝的形成期间发生。
15.一种焊接系统，包括：
送丝机，所述送丝机耦接到焊炬并被配置成将焊丝提供到所述焊炬，其中所述焊炬包括具有接触点的接触末端；
感测系统，所述感测系统被配置成确定所述焊炬的所述接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及
控制器，所述控制器耦接到所述送丝机，其中所述控制器被配置成至少部分基于所述所确定的CPWD而控制所述送丝机的送丝速度(WFS)。
16.根据权利要求15所述的焊接系统，其中所述感测系统包括被配置成感测在所述接触点处施加到所述焊丝的焊接波形的一个或更多个传感器，并且所述感测系统被配置成至少部分基于在所述接触点处施加到所述焊丝的所述焊接波形的改变来确定所述CPWD。
17.根据权利要求16所述的焊接系统，其中所述焊接波形包括脉冲式焊接波形，所述感测系统被配置成至少部分基于所述脉冲式焊接波形的电流和电压的改变而确定所述焊炬内的所述焊丝的电阻，所述感测系统被配置成基于所述电阻来确定电弧长度和电极伸出长度，并且所述感测系统被配置成至少部分基于所述电弧长度和所述电极伸出长度而确定所述CPWD。
18.根据权利要求15所述的焊接系统，其中所述感测系统被配置成直接测量所述CPWD，并且所述感测系统包括光学感测系统、超声感测系统、机械感测系统或电感感测系统或其任何组合。
19.根据权利要求15所述的焊接系统，其中所述感测系统包括自动化焊接系统，所述控制器被配置成控制所述焊炬相对于所述工件的移动，并且所述控制器被配置成至少部分基于所述所确定的CPWD而控制焊缝到所述工件中的渗透。
20.根据权利要求15所述的焊接系统，其中所述控制器被配置成至少部分基于增益因子来改变所述送丝速度。

说明书全文

用于控制送丝速度的系统和方法

背景技术

[0001] 本申请总的来说涉及焊接系统，并且明确地说，涉及对用于气体保护金属弧焊(GMAW)的焊接系统(也被称为金属惰性气体(MIG)焊接系统)的控制。

[0002] 弧焊系统通常包含电力供应器，其中所述电力供应器将电流施加到电极以便在电极与工件之间传递电弧，进而加热电极和工件以产生焊缝。在例如GMAW系统等许多系统中，电极由穿过焊炬推进的焊丝组成。随着电极由电弧加热，电极熔融并被接合到工件的熔融金属以形成焊缝。

[0003] 焊丝穿过焊炬的送给速度影响用户可形成焊缝的速度。提高电流可实现较大的送丝速度。不幸的是，在焊缝的形成期间可能难以调整送丝速度。为了调整送丝速度而进行的对焊炬的控制可能提高焊炬复杂性或可能对于在焊缝形成期间进行操作来说是繁琐的。此外，在预先设定的时间间隔之后进行的调整或在焊缝的形成期间进行的送丝速度的周期性调整缺乏灵活性。发明内容

[0004] 在下文概述范围与初始主张的发明相称的某些实施例。这些实施例不希望限制本发明的范围，而实际上，这些实施例仅希望提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所阐述的实施例的各种形式。

[0005] 在第一实施例中，一种控制焊接系统的方法包含：以第一送丝速度将焊丝提供到焊炬；经由焊炬的接触点而将脉冲式功率输出提供到焊丝；利用感测系统来确定接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及利用控制器至少部分基于所确定的CPWD而将焊丝的送丝速度改变为第二送丝速度。

[0006] 在另一实施例中，一种控制焊接系统的方法包含：以第一送丝速度将焊丝提供到焊炬；经由焊炬的接触点而将脉冲式功率输出提供到焊丝；利用感测系统来确定接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及利用控制器至少部分基于所确定的CPWD而通过增益因子将焊丝的送丝速度从第一送丝速度改变为第二送丝速度。确定CPWD包含：至少部分基于脉冲式功率输出而确定电弧长度；至少部分基于电力输出而确定焊丝的电力部分的电阻；至少部分基于电阻与电极伸出长度之间的函数关系而确定电极伸出长度；以及至少部分基于电弧长度与电极伸出长度的总和而确定CPWD。电弧长度包含焊丝的端部与工件之间的距离。被供电部分包含处于接触点与焊丝的端部之间的焊丝的部分。

[0007] 在另一实施例中，一种焊接系统包含：送丝机，所述送丝机耦接到焊炬；感测系统，所述感测系统被配置成确定焊炬的接触点与工件之间的接触点工作距离(CPWD)；以及控制器，所述控制器耦接到送丝机。焊炬包含具有接触点的接触末端。控制器被配置成至少部分基于所确定的CPWD而控制送丝机的送丝速度(WFS)。

[0008] 附图简述

[0009] 当参照附图阅读接下来的具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中，相同附图标记表示相同部分，其中：

[0010] 图1是根据本技术的方面的气体保护金属弧焊(GMAW)系统的实施例，图示耦接到送丝机以执行焊接操作的电力供应器；

[0011] 图2是图1所示的类型的焊接电力供应器的控制电路组件的实施例；

[0012] 图3是沿着图1的GMAW系统的线3-3截取的电极与工件之间的焊接电弧的实施例；

[0013] 图4是GMAW系统的电压波形与电流波形的实施例；

[0014] 图5是GMAW系统的脉冲波形的改变部分的所取样的电压和电流的图形表示；

[0015] 图6是根据实施例的电弧长度与λ之间的关系的图形表示；

[0016] 图7是图示根据实施例的获得相关电弧长度和λ的数据集的方法的流程图；

[0017] 图8是图示确定并控制脉冲波形的电弧长度的方法的流程图；

[0018] 图9是具有确定接触点工作距离(CPWD)的感测系统的GMAW焊接系统的实施例的示意图；

[0019] 图10是具有不同电极伸出长度的电极与焊接电弧的实施例；

[0020] 图11是图示控制GMAW焊接系统的WFS的方法的流程图；以及

[0021] 图12是图示沿着焊接路径的送丝速度(WFS)的调整的焊接路径以及对应图的实施例。

具体实施方式

[0022] 如本文所述的GMAW系统的实施例至少部分基于接触点工作距离(CPWD)来控制穿过焊炬的送丝速度(WFS)。接触点可处于焊炬的接触尖端内，并且接触点将GMAW系统的焊接输出转移到焊丝。在焊接工艺(例如，脉冲式GMAW工艺)的执行期间，可经由焊接电压和电弧电压的分析来确定CPWD。此外，或在替代的实施例中，可经由光学感测系统(例如，相机)、超声感测系统、机械感测系统或电感感测系统或其任何组合来确定CPWD。当用于恒压(CV)GMAW系统时，基于CPWD的WFS的控制可增大对总处理功率的用户控制。系统可基于CPWD的增大通过增益因子来减小WFS，因此减小焊接的总处理功率。此外，或在替代方案中，系统可基于CPWD的减小通过增益因子来增大WFS，因此增大焊接的总处理功率。可在焊缝形成期间动态地调整WFS，因此使用户能够在不需要对送丝机或电源的手动调整的情况下在焊缝形成期间调整总处理功率。此外，可在不需要对焊炬的控制的手动调整的情况下，在焊缝形成期间基于CPWD来动态地调整WFS。在一些实施例中，至少部分基于CPWD进行的WFS的控制可增大对焊缝的渗透的控制。可在手动或自动化GMAW系统中至少部分基于CPWD来控制WFS。

[0023] 在一些实施例中，GMAW系统(例如，脉冲式GMAW系统)的控制电路可在到脉冲峰值的改变或从脉冲峰值进行的改变期间从所感测的电压和电流确定电弧长度。供应到电极的焊接电压具有多个分量，例如，跨越电极的电压、下降电压和跨越电弧长度的电弧电压。电弧电压可与电弧长度正相关。控制电路利用所观察的焊接电流和焊接电压的改变(例如，在脉冲的斜升或斜降期间)与对应于各种电弧参数的测试数据，以经由将其它分量的影响从焊接电压减去而确定电弧电压。控制电路可在脉冲的斜升或斜降部分期间从所感测的电压和电流确定电极电阻和电极伸出长度以确定跨越电极的电压。使用测试数据和所观察的焊接电流与焊接电压，控制电路可确定下降电压、电弧电压和电弧长度。控制电路可比较所确定的电弧长度与电弧长度设定，并控制电力供应器和/或送丝机至少部分基于所确定的电弧长度与电弧长度设定之间的差来调整影响电弧长度的电弧参数。因此，控制电路可在闭合回路控制中确定电弧长度并控制电弧长度。此外，电极伸出长度和电弧长度的确定使控制电路能够确定CPWD。

[0024] 现在转向附图，并首先参照图1，焊接系统8被图示为包含经由导体或导管14而相互耦接的电力供应器10和送丝机12。在所图示的实施例中，电力供应器10与送丝机12是分离的，以使得送丝机12可接近焊接位置而定位在与电力供应器10相距一段距离处。然而，应理解，在一些实施方案中，送丝机12可与电力供应器10成整体。在这些状况下，导管14在系统内部。在送丝机12与电力供应器10是分离的实施例中，端子通常设置在电力供应器10和送丝机12上以允许导体或导管14耦接到系统，以便允许功率和气体从电力供应器10提供到送丝机12，并允许数据在两个装置之间交换。

[0025] 系统被设计成将焊丝、功率和保护气体提供到焊炬16。如本领域的技术人员将了解，焊炬可以是许多不同类型，并且通常允许焊丝和气体送给到邻近于工件18的位置，其中将在所述位置处形成焊缝以接合两片或更多片金属。第二导体(例如，焊钳58)通常延伸到焊接工件18以便在电力供应器10与工件18之间形成电路。

[0026] 系统被设计成允许数据设定(例如，焊接参数、电弧长度)由操作员选择(明确地说，经由电力供应器10上所设置的操作员界面20)。操作员界面20将通常并入到电力供应器10的前面板中，并且可允许选择设定。焊接参数可包含电弧参数和系统参数，如下文所论述。系统参数可包含本底与峰值电流和电压、脉冲频率、脉冲周期等。电弧参数可包含电极尺寸、类型和材料、送丝速率、保护气体组成等。明确地说，焊接系统8被设计成允许用钢、铝的各种合金或被引导穿过焊炬16的其它焊丝进行MIG焊接。这些焊接参数被传达到电力供应器10内的控制电路22。系统可特别适用于实施针对某些电极类型(例如，实心和/或带芯电极)而设计的焊接方案。

[0027] 下文更详细地描述的控制电路22操作以控制从电力供应器10输出的焊接电力的产生，其中焊接电力施加到焊丝以执行期望的焊接操作。在某些当前预期的实施例中，例如，控制电路22可适用于调节GMAW-P方案，其中GMAW-P方案在焊丝的端部与工件18之间维持实质上恒定的电弧长度。例如，控制电路22可将电弧长度维持在电弧长度设定的阈值长度内。阈值长度可处于电弧长度设定的约1％、5％或10％内。控制电路22可在提供到焊炬16的脉冲波形期间确定电弧长度，并且经由闭合回路控制系统在相同脉冲波形或后续脉冲波形期间控制电弧长度。控制电路22可如本文所述从脉冲式波形的所感测的电压和电流确定电弧长度，而不出于测量的目的来更改(例如，引发扰动)脉冲波形。此外，在一些实施例中，控制电路22可在斜升期间并在将脉冲波形控制为峰值之前确定电弧长度。控制电路22可感测焊炬16与工件18之间的电压，并且至少部分基于跨越焊丝的电压改变、阴极下降电压和阳极下降电压中的一个或更多个来确定电弧电压和电弧长度。在一些实施例中，控制电路22可引导电力供应器10提供脉冲波形以促进熔融金属到正形成的焊接熔池的短路转移，同时在脉冲式波形的峰值部分期间维持实质上恒定的电弧长度。

[0028] 在“短路”模式中，熔融材料的熔滴在焊接电弧进行的加热的影响下形成在焊丝上，并且这些熔滴通过焊丝和熔滴与焊接池之间的接触或短路而周期性地转移到焊接池。“脉冲式焊接”或“脉冲式MIG焊接”表示产生脉冲式功率波形以便控制金属的熔滴到正形成的焊接熔池的沉积的技术。如本文所论述，由功率转换电路24产生并受控制电路22控制的脉冲式波形可用于各种GMAW转移模式，包含(但不限于)短路转移(例如，经调节金属沉积(RMDTM))、熔滴转移、喷溅转移和脉冲式喷射或其任何组合。

[0029] 控制电路22因此耦接到功率转换电路24。此功率转换电路24适用于产生输出功率，例如，将最终在焊炬16处施加到焊丝的脉冲式波形。各种功率转换组件可用于功率转换电路24内，包含(但不限于)斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器、变压器等。此功率转换电路24的配置可以是本领域自身中通常所知的类型。功率转换电路24耦接到电源，如箭头26所指示。施加到功率转换电路24的电力可源于电网，但也可使用其它电源，例如，发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代电源所产生的电力。最终，图1所图示的电力供应器10包含接口电路28，其中接口电路28被设计成允许控制电路22与送丝机12交换信号。

[0030] 送丝机12包含耦接到接口电路28的互补接口电路30。在一些实施例中，多引脚接口可设置在组件28、30两者上，并且多芯电缆在相应接口电路之间延伸以允许在电力供应器10、送丝机12或两者上设定例如以下各者的信息：送丝速度、工艺、所选择的电流、电压、电弧长度或功率电平等。

[0031] 送丝机12还包含耦接到接口电路30的控制电路32。如下文更全面地描述，控制电路32允许根据操作员的选择来控制送丝速度，并允许这些设定经由接口电路30反馈到电力供应器10。控制电路32耦接到送丝机12上的操作员界面34，这允许选择一个或更多个焊接参数，特别是送丝速度。操作员界面34还可允许选择例如以下各者的焊接参数：工艺、所利用的焊丝的类型、电流、电压、电弧长度或功率设定等。控制电路32还耦接到气体控制阀门36，其中气体控制阀门36调节保护气体到焊炬16的流量。通常，此气体是在焊接时提供，并且可在焊接前一刻和/或在焊接后的较短时间内开启。供应到气体控制阀门36的气体通常以是压缩瓶的形式提供，如附图标记38所表示。

[0032] 送丝机12包含用于在控制电路36的控制下将焊丝送给到焊炬16并因此送给到焊接应用的组件。例如，焊丝的一个或更多个线轴40容纳在送丝机12中。焊丝42从线轴40展开并逐渐送给到焊炬16。线轴40可与离合器44相关联，其中离合器44在焊丝42将被送给到焊炬16时将线轴40松开。离合器44还可被调节成维持最小摩擦水平以避免线轴40的自由转动。设置了送给电机46，其中送给电机46与送给辊48接合以将焊丝42从送丝机12推向焊炬16。在实践中，辊48中的一个以机械方式连接到送给电机46，并由送给电机46旋转以从送丝机12驱动焊丝42，同时配合辊48朝向焊丝42偏置以在两个辊48与焊丝42之间维持良好接触。一些系统可包含多个此类型的辊48。最后，转速计50可被设置以检测电机46、辊48或任何其它相关联的组件的速度，以便提供实际送丝速度的指示。来自转速计50的信号被反馈到控制电路36，例如，以进行校准。

[0033] 应注意，也可实施其它系统布置和输入方案。例如，焊丝42可从送丝机12外的大容量存储容器(例如，筒)或一个或更多个线轴40送给。类似地，焊丝42可从“线轴枪”送给，其中线轴40安装在焊炬16上或接近焊炬16而安装。如本文所述，送丝速度设定可经由送丝机12上的操作员输入34而输入或在电力供应器10的操作员界面20上输入，或在两者上输入。
在具有对焊炬16的送丝速度调整的系统中，这可以是用于设定的输入。

[0034] 来自电力供应器10的电力通常以常规方式通过焊接电缆52施加到焊丝42。类似地，保护气体穿过送丝机12和焊接电缆52而送给。在焊接操作期间，焊丝42穿过焊接电缆护套朝向焊炬16推进。在焊炬16内，额外的牵引电机54可设有相关联的驱动辊(特别是用于铝合金焊丝)。焊炬16上的触发开关56提供反馈到送丝机12并从此处反馈到电力供应器10以使焊接工艺能够由操作员开始和停止的信号。也就是说，在按压触发开关56时，气体流动开始，焊丝42被推进，并且电力被施加到焊接电缆52并穿过焊炬16施加到推进的焊丝上。这些工艺还更详细地描述在下文中。最后，工件电缆和焊钳58允许穿过焊炬、电极(焊丝)和工件闭合来自电力供应器的电路以在操作期间维持焊接电弧。

[0035] 图2图示被设计成在图1所图示的类型的系统中起作用的控制电路22的示范性实施例。控制电路22包含上文所论述的操作员界面20以及用于将参数传达到下游组件(例如，送丝机12、焊炬16以及各种传感器和/或致动器)并传达来自所述下游组件的参数的接口电路28。控制电路22包含处理电路62，其中处理电路62自身可包括一个或更多个专用或通用处理器，所述处理器被设计成执行焊接方案，进行焊接方案中所实施的波形的计算等等。处理电路62与驱动电路64相关联，其中驱动电路64根据处理将控制信号转换为驱动信号，其中所述驱动信号施加到功率转换电路24的电力电子开关。通常，驱动电路64对来自处理电路62的这些控制信号作出反应以允许功率转换电路24产生用于本公开所述的类型的焊接方案的受控波形。处理电路62还将与存储电路66相关联，其中存储电路66可由一种或更多种类型的永久和暂时数据存储装置组成，例如，以提供所实施的焊接方案、存储焊接参数、存储焊接设定、存储错误日志等等。

[0036] 图3是沿着图1的GMAW系统的线3-3截取的电极80与工件18之间的焊接电弧78的实施例。图形82图示焊炬16中的接触点84与工件18之间的电压。如可了解的是，电极80是从焊炬16延伸的焊丝42的端部，其中焊炬16携载来自电力供应器10的脉冲式波形。焊炬16经由接触末端而在接触点84处将脉冲式波形提供到电极80。在一些实施例中，接触末端包含耦接到控制电路22以提供电流和/或电压反馈的传感器。脉冲式波形具有电压分量和电流分量，并且一个或两个分量可由功率转换电路24经由控制电路22控制。在接触点84处，将相对于工件18具有焊接电压(V焊接)的脉冲式波形施加到电极80。例如，在脉冲式波形的峰值部分期间，V焊接可大致上是经由操作员界面20而设定的峰值电压。在脉冲式波形的本底部分期间，V焊接可大致上是经由操作员界面20而设定的本底电压。跨越电极的电压(VEE)至少部分基于电极80的电阻、电极80的接触点84与尖端94之间的电极80长度86(例如，电极伸出长度)或电极80的温度或其任何组合朝向工件18沿着电极80而改变。在一些实施例中，VEE随着长度86以大致上线性的关系改变。在一些实施例中，如图3所示，相比接近接触点84的第二部分92，VEE在接近端部部分88的第一部分90中较多地减小。例如，相比第二部分92，电极80的第一部分90可更热，并具有较大电阻。

[0037] 在焊接工艺期间，端部部分88的尖端94可在本文中被表征为阳极。在一些实施例中，尖端94的跨度小于约5、10、20或50微米。阳极电压(V阳极)可至少部分基于电极80的类型(例如，实心、带芯)、电极材料、电极80的直径、电极送给速率或保护气体或其任何组合。在一些实施例中，V阳极可实质上独立于穿过尖端94的焊接电流。电弧78跨越尖端94与工件
18的表面区98之间的电弧长度96(例如，l电弧)而延伸。表面区98可在本文中被表征为阴极。
在一些实施例中，表面区98的跨度小于约5、10、20或50微米。阴极电压(V阴极)可至少部分基于工件18的材料、接头的类型、电极送给速率或保护气体或其任何组合。在一些实施例中，V阴极可实质上独立于穿过表面区98的焊接电流。V阳极和V阴极一起在本文中可被称为下降电压(V下降)，并且每一者可相对于焊接电流是实质上独立的。

[0038] 如图3所示，焊接电压V焊接包含多个分量，如方程式(1)所示：

[0039] V焊接＝VEE+V阳极+V电弧+V阴极方程式(1)

[0040] 在一些实施例中，V电弧小于约10％、15％、20％或25％的V焊接。例如，在峰值脉冲期间0.045英寸低碳钢电极以400英寸/分钟送给、保护气体混合物是90-10Argon-CO2、电极伸出长度是0.75英寸和电弧长度是0.2英寸的实施例中，V焊接＝32V、VEE＝9V、V下降＝18V且V电弧＝
5V。电弧长度96(l电弧)可与跨越l电弧96的电弧电压(V电弧)正相关。控制电路22的当前预期的实施例可在脉冲式波形期间确定V电弧，并且利用所确定的V电弧来控制V焊接并经由对脉冲式波形的调整来调整l电弧96。在一些实施例中，控制电路22针对当前和/或后续脉冲式波形的电弧长度96(l电弧)的控制在脉冲式焊接操作期间动态地确定V电弧。

[0041] 图4图示如电力供应器10的控制电路22所实施的以电压轴112示出示范性电压波形110，并且以电流轴116示出示范性电流波形114，两者均跨越时间轴118。控制电路22控制功率转换电路24在接触点84处将电压波形110和电流波形114供应到电极80。电压波形110可包含恒压区段，而电流波形114可包含允许焊接电流在对应恒压区段期间改变的区段以及如功率转换电路24所控制以实质上恒定的速率斜升或斜降的区段。脉冲式波形可按照周期120以预定频率或设定频率重复。

[0042] 参照电压波形110，第一恒压区段122表示第一本底阶段，其中在此期间，本底电压电平124保持恒定。在电流波形114上，允许第一本底阶段期间的对应焊接电流改变以便维持本底电压电平124。在示范性电压波形110中，本底电压电平124足够低以使得短路可不在第一恒压区段122期间发生，并且足够高以将电极80的端部部分88预热以在后续脉冲的电压增大之前形成电极材料的熔融球。因此，在各种实施例中，本底电压电平124在约17V到20V的范围内变化，但取决于例如频率、送丝速度(WFS)、峰值电压电平126、电极80的选择等变量，本底电压124可更高或更低。

[0043] 紧接在第一恒压区段122之后，第一本底阶段结束，并且峰值阶段136开始。功率转换电路24以峰值电流斜升速率128将焊接电流增大到峰值电流电平130。一旦焊接电流达到峰值电流电平130，功率转换电路24便增大电压以在区段132期间达到峰值电压电平126，这是以电压斜升速率134上升的。电压斜升速率134可未受到指令，而是实际上因电流波形114的指令峰值电流斜升速率128以及电极80的电阻所致。电压可保持在峰值电压电平126，直到峰值阶段136到期为止。在区段132期间，焊接电流114可能波动，而电压110保持恒定，直到峰值阶段136到期为止。可选择峰值电压电平126、峰值阶段136、峰值电流斜升速率128和初始峰值电流电平130，以便在实质上开始将熔融电极材料朝向焊接熔池的转移的同时控制l电弧96和V电弧。

[0044] 第二本底阶段开始于峰值阶段136到期之后不久。焊接电流114以电流斜降速率138减小，从而导致电压波形110以电压斜降速率140减小直到达到本底焊接电流电平142为止。为了使电压和焊接电流脉冲的精度最高，电流斜降速率138可显著快于峰值电流斜升速率128。在一个实施例中，电流斜降速率138是2000A/ms，这是1000A/ms的峰值电流斜升速率
128的两倍。如同在第一本底阶段期间，电压接着维持在本底电压电平124，而焊接电流在第二本底阶段期间变化。

[0045] 熔融电极材料可到达焊接熔池，而仍附着到电极80的端部，从而导致短路并短暂地熄灭电弧78。可在电压降落144跨越阈值电压146的点检测到短路，从而触发第二本底阶段的结束和再点火阶段148的开始。在再点火阶段148期间，电流可暂时保持恒定在大致上再点火电流电平150以允许消除短路。再点火电流电平150可足够高以在熔融电极材料转移到焊接熔池时保持熔融电极材料实质上流体状。应注意，随着熔融电极材料脱离电极80的端部部分88并且短路开始消除，电压增大152自然地发生；电弧再点火154大致上在电压跨越阈值电压146并且控制电路22检测到短路已被消除的点发生。控制电路22可将焊接电流114控制到大致上本底电流电平142，并且可将电压110控制到大致上本底电压电平124直到周期120的结束为止。

[0046] 控制电路22在如图4所示的脉冲式波形期间至少部分基于从脉冲式波形的测量结果(例如，电压波形110和焊接电流波形114)进行的计算而控制电弧长度96(l电弧)。针对脉冲式波形期间的时间t，可从方程式(2)确定焊接电压(V焊接)：

[0047] V焊接(I(t))＝REE*I(t)+(V阳极+V电弧+V阴极) 方程式(2)

[0048] 其中REE是电极80的电阻。经由来自传感器的直接测量结果和/或功率转换电路24的控制，V焊接(I(t))和I(t)对于控制电路22来说可以是已知值。

[0049] 如上文所论述，V电弧可以与(例如，因变于)电弧长度96正相关(例如，V电弧＝V电弧(l电弧))。因此，方程式2可被改写为方程式(3)：

[0050] V焊接(I(t))＝REE*I(t)+λ 方程式(3)

[0051] 其中λ是由方程式(4)定义：

[0052] λ＝V下降+V电弧(l电弧) 方程式(4)

[0053] 峰值阶段136的斜升或从峰值阶段136开始的斜降期间的焊接电压和焊接电流可用于确定电极电阻REE。如图5所示，当脉冲式波形改变时(例如，在到峰值阶段136的斜升或从峰值阶段136开始的斜降期间)，控制电路22可对焊接电流182和对应焊接电压180取样。在其它实施例中，控制电路22可仅对电流180和对应电压182的两个点184取样。利用点斜式，控制电路22可从方程式(5)确定REE：

[0054] REE＝(V2–V1)/(I2–I1) 方程式(5)

[0055] 其中I1和V1是到峰值电流和电压电平(例如，分别是电平130和126)的斜升期间的焊接电流和对应电压的第一值，并且I2和V2是到峰值电流和电压电平的斜升期间的焊接电流和对应电压的第二值。在一些实施例中，I1和V1是从峰值电流和电压电平开始的斜降期间的焊接电流和对应电压的第一值，并且I2和V2是从峰值电流和电压电平开始的斜降期间的焊接电流和对应电压的第二值。在一些实施例中，第一值和第二值可以是所取样的点184或所取样的点184之间的插值。

[0056] 在一些实施例中，控制电路22可以对电流180和对应电压182的三个或更多个点184取样，如图5所示。控制电路22可确定提供多个所取样的焊接电流值与对应电压值之间的函数关系的回归线186或其它近似法。控制电路22可利用该函数关系来确定REE。例如，图5图示在0.045英寸低碳钢电极以300英寸/分钟送给并且接触点工作距离(CPWD)是0.8英寸的实施例中峰值阶段的斜升期间的焊接电流180和电压182。在此实例中，对应回归线186可由方程式(6)定义：

[0057] V焊接＝18.27V+0.03521*I焊接方程式(6)

[0058] 其中REE被确定为0.03521Ω。利用方程式(3)以及从方程式(5)确定的REE或函数关系(例如，方程式(6))，控制电路22可确定λ的值，如方程式(7)所示：

[0059] λ＝V1-REE*I1 方程式(7)

[0060] 控制电路22至少部分基于从存储电路66加载的数据而从λ确定电弧长度(l电弧)。存储电路66可包含数据库，其中该数据库具有由一次或多次测试和校准得到的数据，这些测试和校准提供对于电弧参数的各种组合的λ与I电弧之间的对应关系。如本文所论述，电弧参数可包含(但不限于)电极类型、电极材料、电极大小、电极伸出长度、送丝速率、保护气体组成、焊炬类型、CPWD、脉冲频率等。图6的图表200针对电弧参数的各种组合而图示对应于λ值204的电弧长度(l电弧)202。针对数据点206的每一图表或集合，电弧参数可划分为针对数据集维持实质上恒定的控制电弧参数以及针对数据集而调整的可变电弧参数。例如，图6的图表200图示来自控制电弧参数是电极类型、电极材料、电极大小和保护气体并且可变电弧参数包含电极伸出长度和送丝速度中的一个或两个的样本集的数据点206。在一些实施例中，数据点206是通过在可变电弧参数被调整的测试或校准焊接期间的电弧长度202的视觉测量(例如，经由视频)来获得。如可了解的是，电弧长度202的视觉测量值对应于λ值204，并且λ值204可以如上所述地用图5和方程式(3)到方程式(7)来确定。

[0061] 针对电弧参数(例如，控制电弧参数、可变电弧参数)的集合的电弧长度(l电弧)202和λ204的值可具有函数关系。在一些实施例中，函数关系可以是数据点206的第一部分可通过第一函数来建模并且数据点206的第二部分可通过不同的第二函数来建模的分段关系。例如，对应于大于约0.1英寸的电弧长度(l电弧)202的数据点206可通过第一回归模型208来建模，并且对应于小于约0.1英寸的电弧长度(l电弧)202的数据点206可通过第二回归模型
210来建模。两个或更多个函数关系可用于针对数据点206的集合的关系建模。此外，如可了解的是，分段关系中的每一个的模型可包含(但不限于)线性模型、多项式模型、对数模型和指数模型。在一些实施例中，集合的全部数据点206的函数关系可通过多项式模型212(例如，三阶、四阶或五阶或更高阶)或经由列表数据点之间的内插来建模。

[0062] 图表200可用于针对控制电弧参数的集合来确定λ204的分量(例如，V电弧和V电弧)。V电弧与l电弧正相关，以使得当l电弧约等于零英寸时，V电弧约等于零伏特。因此，利用方程式(4)以及图表200和/或函数关系，V下降可近似为在l电弧值202约等于零时的电压值204(例如，l电弧和电压值204的截距)。V下降可针对具有所维持的控制电弧参数和所调整的可变电弧参数的数据点206的集合而实质上恒定，因此实现V电弧的确定，并因此针对电弧参数的集合实现l电弧的确定。

[0063] 存储电路66可包含针对电弧参数的各种数据集和组合的多个图表200的数据。在一些实施例中，控制电路22可利用一个或更多个数据集以(例如，经由内插)估计V下降、V电弧和l电弧。例如，对应于具有电极大小(例如，0.045英寸直径)与保护气体组成(例如，90％氩气、15％CO2)的控制电弧参数的数据集可用于针对具有不同大小的电极(例如，0.05英寸直径)和/或不同保护气体组成(例如，85％氩气、15％CO2)的控制电弧参数估计V下降、V电弧和l电弧。用于确定V下降、V电弧和l电弧的测试或校准数据可手动输入到存储电路66(例如，经由操作员界面
20)，或经由输入/输出装置(例如，网络、外部存储器)而加载。

[0064] 图7图示描述针对数据集或图表200而获得数据点206以存储在存储电路66中的方法220的流程图。在方法220的开始时，操作员将电弧参数输入到操作员界面中(框222)。在一些实施例中，可在电力供应器或耦接到电力供应器的独立测试控制器(例如，测试端子)处接收输入。电弧参数可包含在数据集期间实质上维持的控制电弧参数以及针对数据集的各种焊缝而调整的可变电弧参数。例如，控制电弧参数可包含(但不限于)电极类型(例如，实心、带芯、空心)、电极材料(例如，钢、铝)、电极几何结构(例如，直径)、保护气体组成(例如，氩气、CO2、氢气、氧气)和工件参数(例如，工件材料、接头类型)。可变电弧参数可包含(但不限于)送丝速率、电极伸出长度、CPWD和保护气体供应速率。操作员例如经由电力供应器操作员界面而将关于所供应的脉冲式波形的系统参数输入到操作员界面中(框224)。系统参数可包含(但不限于)本底与峰值电流和电压、脉冲频率、峰值脉冲持续时间等。

[0065] 在输入针对数据集的电弧和系统参数之后，操作员可执行测试焊接(框226)。测试焊接可包含将一个或更多个熔滴沉积到焊接池的一个或更多个脉冲式波形。在测试焊接期间，控制电路在焊接电流和焊接电压改变(例如，斜升、斜降)的同时监测焊接电流和焊接电压。控制电路至少部分基于所观察的焊接电流和焊接电压的回归模型或具有所观察的焊接电流和焊接电压的点斜式来确定REE(框228)，如上文所论述。可从所观察的增大的或减小的焊接电流和焊接电压值确定REE。利用REE、所观察的焊接电流和焊接电压以及方程式(3)，控制电路确定V下降和V电弧的总和作为λ的值(框230)。例如经由高速视频来测量测试焊接的电弧长度(l电弧)(框232)。在一些实施例中，稍后通过所观察的焊接电流和焊接电压来处理测试焊接的视频，并且在完成测试焊接之后测量电弧长度。一旦测量了电弧长度，便将l电弧和对应λ作为数据点206记录在数据集中(框234)。在一些实施例中，操作员在返回到框226以执行下一测试焊接之前调整可变电弧参数中的一个或更多个(框236)。此外，或在代替方案中，耦接到电力供应器的控制电路或测试控制器(例如，计算机)可至少部分基于针对λ的各种值而获得电弧长度的期望数据集而不停止测试焊接的指令的集合来调整可变电弧参数。换句话说，控制电路可执行数据集获取指令以自动地调整可变电弧参数以构成数据集。如可了解的是，框228、230、232和234中的步骤可由电力供应器和/或测试控制器的控制电路执行。在一些实施例中，可针对电弧参数的多个组合来执行方法220以构成数据库，其中所述数据库可在用于工作场所之前加载到存储电路66中。

[0066] 图8图示利用数据以在GMAW工艺(例如，短路、熔滴、喷溅、脉冲)期间确定并控制电弧长度的方法250。操作员向电力供应器和/或送丝机的操作员界面中输入电弧参数(框222)并输入系统参数(框224)。操作员还将电弧长度设定输入到操作员界面(框252)。如可了解的是，电弧长度可与输入到电极和工件的热量以及电极到工件的焊接质量和转移相关联。操作员可以起始将脉冲式波形供应到焊炬的焊接工艺(框254)。

[0067] 类似于上文所论述的方法220，控制电路针对在焊接工艺期间供应的电力的改变(例如，增大或减小)而监测焊接电流和焊接电压。控制电路至少部分基于所述改变(例如，斜升或斜降)期间的所观察的焊接电流和焊接电压的回归模型或具有所述改变(例如，斜升或斜降)期间的所观察的焊接电流和焊接电压的点斜式来确定REE(框228)。利用REE、所述改变期间的所观察的焊接电流和焊接电压以及方程式(3)，控制电路确定V下降和V电弧的总和作为λ的值(框230)。控制电路从存储电路加载与输入电弧参数和输入系统参数相关的数据(框256)。在一些实施例中，控制电路在起始焊接工艺(框254)之前从存储电路加载数据(框256)。如可了解的是，从存储电路加载的数据可经由图7的方法220而产生。

[0068] 利用从存储电路加载的一个或更多个数据集，控制电路从λ与l电弧与之间的函数关系确定电弧长度(框258)。在一些实施例中，λ与l电弧之间的函数关系是具有基于λ值的不同函数的分段函数。在一些实施例中，λ与l电弧与之间的函数关系是多项式函数(例如，三阶)。在从λ确定电弧长度之后，控制电路从框258的所确定的电弧长度与从框252确定的电弧长度设定之间的差(框260)。控制电路在闭合回路控制中控制电力供应器和/或送丝机以至少部分基于电弧长度差来调整电弧长度(框262)。例如，控制电路可控制功率转换电路和/或送丝机以调整电流波形(例如，本底电流、峰值电流、峰值持续时间、斜升速率、斜降速率)、电压波形(例如，本底电压、峰值电压、峰值持续时间、斜升速率、斜降速率)、脉冲频率、脉冲周期、电极伸出长度和送丝速率中的一个或更多个，从而调整当前脉冲式波形或后续脉冲波形的电弧长度。

[0069] 控制电路在闭合回路控制系统中确定并控制电弧长度。在一些实施例中，控制电路可在脉冲周期内执行步骤228、230、256、258、260和262，从而使控制电路能够控制供应到焊炬的每个脉冲式波形的电弧长度。例如，控制电路可监测一系列脉冲波形中的第一脉冲波形的焊接电流和焊接电压，确定第一脉冲波形的峰值阶段的开始时的电弧长度，并且控制第一脉冲波形的结束之前的第一脉冲波形的电弧长度。在一些实施例中，控制电路可利用来自第一脉冲式波形(例如，波形n)的电弧长度，以控制后续脉冲式波形(例如，波形n+1、n+2、n+3、n+...等)的电弧长度。

[0070] 在一些实施例中，上文所述的控制电路使电弧长度能够独立于电极伸出长度来控制。独立于电极伸出长度的电弧长度的控制可使操作员能够在相对深的接头中以期望电弧长度形成焊缝。在一些实施例中，控制电路可至少部分基于电弧长度的改变而确定焊炬的接触末端上的磨损。例如，将脉冲式波形转移到电极的磨损的接触末端可部分熔合到电极并暂停或减慢电极朝向工件的送给。这种部分熔合可从第一脉冲式波形到第二脉冲式波形而以一个或更多个熔滴直径(例如，阈值差)来改变电弧长度。此外，或在替代方案中，磨损的接触末端可影响接触点的轴向定位，从而影响CPWD。因此，电弧长度的此改变的确定可指示焊炬的磨损的接触末端。控制电路可经由操作员界面而向操作员通知磨损的接触末端(例如，经由警报信号)。

[0071] 在一些实施例中，控制电路可至少部分基于电极的所确定的电阻来确定电极伸出长度和/或CPWD，如上文在方程式(5)中所述。例如，控制电路可通过电极伸出长度与电极电阻之间的函数关系(例如，针对已知电极直径的Ω/mm)而确定电极伸出长度。通过第一脉冲式波形期间的所确定的电阻与后续脉冲式波形的比较，控制电路可确定焊炬的接触末端的磨损的程度和/或类型。控制电路可利用统计分析以比较多个脉冲式波形的所确定的电阻，并确定电极伸出长度、CPWD或接触末端磨损或其任何组合。在一些实施例中，控制电路可至少部分基于所确定的电阻、电极伸出长度或CPWD而确定电极或焊接池透过工件的渗透。例如，在维持实质上恒定的CPWD的同时增大电阻可指示电极伸出长度正增大并且焊接池正渗透入工件。因此，控制电路可监测该电阻作为渗透的指标。在一些实施例中，控制电路可至少部分基于电极伸出长度与电弧长度的总和而确定CPWD。

[0072] 如上所述并如图1到图8所图示，焊接系统8的控制电路(例如，电力供应器10的控制电路22)可针对在焊接工艺改变期间供应的电力的改变(例如，增大或减小)而监测焊接电流和焊接电压。控制电路可通过监测供应到电极(例如，焊丝42)的焊接电力而确定l电弧、λ、电极伸出长度或CPWD或其任何组合。所确定的电极参数(例如，CPWD、l电弧、λ或电极伸出长度)中的一个或更多个可用于控制焊接系统8。例如，可至少部分基于CPWD来控制焊丝42穿过焊炬16的送丝速度(WFS)。在一些实施例中，WFS可受控制以便维持期望l电弧(例如，实质上恒定的l电弧值)。图9图示具有确定焊炬16的接触点84与工件18之间的CPWD 302的感测系统300的焊接系统8的实施例的示意图。如可了解的是，接触点84是接触末端85内将电力供应器10所供应的焊接电力转移到焊丝42因此形成电极80的位置。在一些实施例中，接近接触末端85的感测系统300的传感器306感测在接触点84处施加到焊丝42的焊接电流和/或焊接电压。传感器306将所感测的焊接电力的反馈提供到感测系统300的控制器308。传感器306可包含(但不限于)电压传感器、电流传感器或其任何组合。控制器308可包含存储器和处理器。存储器被配置成存储数据或指令，并且处理器被配置成利用所述指令来处理数据。例如，控制器可利用所述指令以及来自感测系统300的反馈以确定CPWD 302和l电弧。

[0073] 控制器308可至少部分基于来自传感器306的所感测的反馈而确定CPWD 302。送丝机12的控制电路32可至少部分基于控制器308所确定的CPWD 302来控制送给电机46，因此控制穿过焊炬16的WFS。虽然感测系统300在图9中被图示为与电力供应器10、送丝机12和焊炬16分离，但感测系统300的一些实施例可与电力供应器10、送丝机12或焊炬16成整体。例如，控制器308可以是电力供应器10的控制电路22的组件，控制器308可以是送丝机12的控制电路32的组件，或控制器308可以是焊炬16的组件。因此，控制器308可执行上文所述且图7所图示的方法220。此外，或在替代的实施例中，控制器308可执行上文所述且图8所图示的方法250。也就是说，感测电路300的控制器308可确定焊接系统8的电极参数(例如，CPWD、l电弧、λ或电极伸出长度)中的一个或更多个。

[0074] 在一些实施例中，感测系统300可经由其它方式确定CPWD 302。例如，感测系统300可利用耦接到焊炬16的机械系统310，其中机械系统310与焊炬16和工件18介接以测量CPWD 302。也就是说，机械系统310可直接接触工件18和焊炬16以测量CPWD 302。在一些实施例中，相对于焊炬16安装在固定位置中的机械系统310可利用伸缩构件312和传感器314(例如，线性位移传感器)以测量焊炬16相对于工件18的位置的改变。控制器308可从机械系统
310的测量结果(即，从传感器314的反馈)确定CPWD 302。

[0075] 此外，或代替机械系统310，感测系统300可经由非接触式感测系统来确定CPWD 302，其中所述非接触式感测系统包含(但不限于)光学感测系统、超声感测系统或电感感测系统或其任何组合。例如，感测系统300的接收器316可从工件18接收所反射的信号318，并且控制器308可利用所反射的信号318来确定CPWD 302。感测系统的发射器320可发射至少部分从工件18反射并被接收器316接收的信号322。发射器320可以是发射光的LED、发射无线电波的无线电发送器、发射微波的微波发送器、发射超声波的超声发送器或发射电磁场的线圈，并且接收器316可以是能够从这样的反射器320接收所反射的信号(例如，光波、无线电波、微波、超声波、电磁场等)的任何接收器。在一些实施例中，接收器316可以是一个或更多个相机。控制器308可通过来自接收器316的反馈来确定CPWD 302，而不需要发射器
320。

[0076] 在一些实施例中，自动化系统324可耦接到焊炬16和/或工件18。自动化系统324的一个或更多个致动器326由处理器328控制以根据加载到存储器330中的指令的预定集合而在焊缝形成期间相对于工件18移动焊炬16。操作员可经由操作员界面20、34而将指令加载到自动化系统324的存储器330中。

[0077] 图10图示针对接触点84相对于工件18的不同位置的电极80和焊接电弧78的实施例的图形338。此外，下方图形82图示焊接电压V焊接的分量。因此，图10图示针对接触点84的不同位置的不同CPWD 302。例如，实线所示的接触点84的第一位置340具有第一CPWD 342，并且虚线所示的接触点84的第二位置344(例如，较接近工件18)具有第二(例如，较短)CPWD 346。如上文参照图3所述，焊炬16经由接触点84而将电力输出(例如，脉冲式波形)提供到电极80。接触点84可耦接到传感器306(例如，电压传感器、电流传感器)。在接触点84处提供到电极80的电力输出相对于工件18以焊接电压(V焊接)施加。

[0078] 对应于接触点84的第一位置340的第一电压轨迹348图示焊接操作期间跨越第一CPWD 342的电压。对应于接触点84的第二位置344的第二电压轨迹348图示焊接操作期间跨越第二CPWD 346的电压。在接触点84处施加到电极80的焊接电压(V焊接)可实质上相同，而无关于CPWD 302。例如，提供电极80的送丝机可以是恒压(CV)送丝机。然而，在接触点84处施加到电极80的焊接电流至少部分基于电极80和电弧78的电阻。如可了解的是，增大电极伸出长度86会增大电极80的电阻，因此当焊接电压V焊接保持实质上相同时，减小焊接电流。以类似方式，增大电弧长度96可增大电弧78的电阻，因此当焊接电压V焊接保持实质上相同时，减小焊接电流。因此，增大CPWD 302可增大从接触点84到工件18的电阻，因此减小焊接电流，并且减小CPWD 302可减小从接触点84到工件18的电阻，因此增大焊接电流。图10图示相对于工件18的焊炬16的实施例，其中VEE、V阳极、V电弧和V阴极实质上相同，而不管第一CPWD 342与第二CPWD 346之间的电极伸出长度86的差值。

[0079] 焊接的总处理功率可至少部分基于CPWD 302。如本文所定义，总处理功率是在电极80、电弧78和工件18中沿着CPWD 302施加的焊接功率。总处理功率可以是从在接触点84处施加到电极80的焊接电压和焊接电流确定，其中焊接电压和焊接电流可由参照图9所述的感测系统300的一个或更多个传感器306感测。例如，可通过在接触点84处施加到电极80的焊接电压和焊接电流的乘积来确定总处理功率。如上文所论述，当焊接电压V焊接保持实质上相同时，CPWD 302的改变可影响从接触点84到工件18的电阻，因此改变焊接电流和总处理功率。也就是说，经由改变电极伸出长度86和/或电弧长度96而进行的CPWD 302的改变可与跨越CPWD 302的电阻成正相关，并且与跨越CPWD 302的焊接电流成负相关。虽然针对不同CPWD 302，焊接电压V焊接可实质上恒定，但焊接电流和总处理功率可改变。

[0080] 例如，至少部分基于接触点84的第一位置340与接触点84的第二位置344之间的电极伸出长度86的差352，第一位置340中的电极80的电阻大于第二位置344中的电极80的电阻。因此，当跨越电极80的VEE针对每一位置大致上相同时，穿过电极80和电弧78的焊接电流可由于第二位置344中的电极80的较低电阻而在第二位置344中大于在第一位置340中。以类似方式，跨越电弧78的电阻可与电弧长度96成比例，以使得增大电弧长度96会增大跨越电弧78的电阻。因此，当跨越电弧78的V电弧针对CPWD 302的不同值大致上相同时，穿过电极80和电弧78的焊接电流可与电阻成反比例。

[0081] 当在接触点84处施加到电极80的焊接电压V焊接在恒压调节系统中受到控制(例如，V焊接维持在实质上恒定的值)时，经由电极伸出长度86的改变和/或电弧长度96的改变而改变CPWD 302可影响焊接电流和总处理功率。减小CPWD 302可增大焊接电流并增大总处理功率。相反，增大CPWD 302可减小焊接电流并减小总处理功率。送丝机12以至少部分基于设计CPWD值的基础WFS将焊丝(例如，电极80)供应到焊炬16。焊接系统8被配置成使得当CPWD 302约等于设计CPWD值时，焊缝以基础总处理功率电平形成。在一些实施例中，基础总处理功率电平可处于期望焊缝的焊接工艺规范(WPS)中所指定的总处理功率范围内(例如，大致上居中在所述总处理功率范围内)。从设计CPWD值改变CPWD 302会从基础总处理功率电平改变总处理功率。

[0082] 在一些情形下，可希望在焊缝形成期间偶尔在处理功率范围内调整总处理功率。例如，减小总处理功率电平可减小到工件18中或穿过工件18的渗透。此外，或在替代实施例中，调整总处理功率电平可随着沿焊接路径的不一致的组对(例如，不均匀的间隙宽度的、薄的工件部分)而适应于沿着焊接路径的焊缝形成。例如，在间隙宽度减小时增大总处理功率电平可实现增大的行进速度，并且在间隙宽度增大时减小总处理功率电平可实现减小的行进速度。当焊接薄的材料时，总处理功率电平可减小。此外，焊缝形成期间总处理功率电平的调整可促进焊接位置的改变(例如，平坦到垂直、垂直到架空、水平到垂直等等)。

[0083] CPWD 302的改变影响总处理功率的程度可被焊接系统8所影响。例如，WFS可至少部分基于CPWD 302来控制，以增大或减小CPWD 302的改变对总处理功率的影响。图11图示至少部分基于CPWD 302来控制WFS的方法370的实施例。在起始焊缝的形成之前，操作员和/或焊接系统8建立基础WFS(例如，WFS基础)(框372)。基础WFS可至少部分基于焊接系统8的焊接设定(例如，焊接电压、焊接电流)而从焊接系统的存储器加载。此外，或在替代的实施例中，基础WFS可以从对电力供应器10、送丝机12或焊炬16的操作员界面的操作员输入直接或间接建立。基础WFS可至少部分基于CPWD值以促进以基础总处理功率电平进行的焊缝形成。在基础WFS的建立之后，焊接系统8的控制器(例如，控制电路22、控制电路32和/或控制器
308)将当前WFS(例如，WFS当前)设定为基础WFS(框374)。当焊炬的触发器被致动时，送丝机12以当前WFS将焊丝提供到焊炬16(框376)。将焊接电力直接从电力供应器10或间接从电力供应器10(例如，经由送丝机12)提供到焊丝(框378)。控制器利用上文所述且在图9中所图示的感测系统300从设计CPWD值确定CPWD改变(例如，ΔCPWD)(框380)。可影响CPWD改变的因素可包含(但不限于)操作员技能、工件组对、接触末端磨损、焊接位置或其任何组合。

[0084] 在一些实施例中，控制器确定将用于调整WFS的增益因子(例如，P增益)(框382)。所确定的增益因子可至少部分基于恒定值(例如，针对0.1英寸的每一ΔCPWD，10英寸/分钟)、查找表、用户偏好或函数关系(例如，线性、指数、对数)或其任何组合。增益因子可从存储器被加载和/或经由操作员界面作为操作员输入被接收。增益因子可以是正值或负值，并且增益因子可至少部分基于CPWD改变的量值。例如，增益因子可与CPWD改变的量值成正比例或反比例。此外，或在替代实施例中，增益因子可以是至少部分基于CPWD改变是正还是负的。例如，正CPWD改变的增益因子可不同于(例如，大于或小于)负CPWD改变的增益因子。此外，增益因子可受焊接系统或WPS的阈值限定，因此将当前WFS维持在送给速度的期望范围内。
例如，增益因子可受限制，以使得WFS当前是送丝机12被配置成对焊炬16提供焊丝的送丝速度。

[0085] 在确定增益因子P增益之后，控制器将当前WFS设定为通过CPWD改变和增益因子的乘积调整的基础WFS(框384)。因此，当前WFS可至少部分基于CPWD改变而增大或减小。当增益因子与CPWD改变的量值成正比例时，增益因子扩大在不存在当前WFS的调整的情况下由于CPWD的改变而发生的总处理功率的改变。例如，以第一距离增大CPWD可在不存在基于CPWD的当前WFS的调整的情况下以第一功率量减小总处理功率。以增益因子和CPWD改变(例如，第一距离)的乘积调整当前WFS可以以大于第一功率量的第二功率量减小总处理功率。作为另一实例，以第二距离减小CPWD可在不存在基于CPWD的当前WFS的调整的情况下以第三功率量增大总处理功率。以增益因子和CPWD的改变(例如，第二距离)的乘积调整当前WFS可以以大于第三功率量的第四功率量增大总处理功率。在一些实施例中，控制器可在CPWD减小时增大当前WFS，并且控制器可在CPWD增大时减小当前WFS。在一些实施例中，控制器可在CPWD增大时增大当前WFS，并且控制器可在CPWD减小时减小当前WFS。因此，控制器可至少部分基于CPWD改变而调整(例如，增大、减小)WFS。

[0086] 在一些实施例中，增益因子可与CPWD改变的量值成反比例。在一些实施例中，增益因子可针对相对小的CPWD改变与CPWD改变的量值成反比例，并且针对相对大的CPWD改变与CPWD改变的量值成正比例。增益因子与CPWD之间的此关系可减小对相对小的CPWD改变(例如，操作员因焊炬稳定性而进行的无意中的改变)的总处理功率的影响，并且可扩大对相对大的CPWD改变(例如，操作员进行的故意改变)的总处理功率的影响。控制器可针对至少部分基于CPWD改变的当前WFS的进一步调整而在焊缝形成期间重复方法370的框376到384。

[0087] 图12图示在当前WFS 402至少部分基于CPWD 404来控制时的沿着焊接路径400的当前WFS、CPWD和总处理功率的图表398。焊接路径400具有将焊接在一起的工件18的第一组件406和第二组件408。第一组件406和第二组件408的组对可具有带有间隙宽度412的间隙410，其中间隙宽度412可沿着焊接路径400而改变。在焊缝形成期间，操作员可如箭头414所图示沿着焊接路径400移动(例如，摇晃)焊炬16。在焊接路径400的第一部分416中，间隙宽度412可实质上均匀。CPWD 404可沿着第一部分416维持在大致上恒定的值418(例如，设计CPWD值)。因此，WFS 402可维持在实质上恒定的值420。在一些实施例中，WFS 402可在CPWD
404处于对应值418时被控制为部分422和424中的值420。总处理功率的轨迹421图示当CPWD
404和WFS 402稳定时，总处理功率可维持在实质上恒定的值423(例如，基础总处理功率电平)。

[0088] CPWD 404可例如在焊接路径400的第二部分426和第三部分428处从焊缝形成期间的设计CPWD改变。在第二部分426中，间隙宽度412增大，并且CPWD 404增大到第一CPWD值430。即，接触点84在第二部分426中的焊缝形成期间比在第一部分416中的焊缝形成期间远离工件组件18。如上文所论述，在不调整WFS 402的情况下增大CPWD 404可将总处理功率
421减小到第一功率电平432。第二部分426中的曲线434图示至少部分基于CPWD 404的WFS
402的受控制的减小，因此将总处理功率421减小到第二功率电平436。WFS 402改变的量值和速率至少部分基于增益因子。此外，第一功率电平432(例如，在不存在WFS调整的情况下)与第二功率电平436(例如，在存在WFS调整的情况下)之间的差至少部分基于增益因子。因此，增益因子可被调整成实现虚线曲线438所示的WFS 402。WFS 402的调整可对应于总处理功率421的调整。在间隙宽度412增大时减小WFS 402可减小施加到工件18的热量，因此减小焊缝穿过工件18而穿透的可能性。

[0089] 在第三部分428中，间隙宽度412减小，并且CPWD 404减小到第二CPWD值439。如上文所论述，在不调整WFS 402的情况下减小CPWD 404可将总处理功率421增大到第三功率电平440。第三部分428中的曲线442图示至少部分基于CPWD 404的WFS 402的受控制的增大，因此将总处理功率421增大到第四功率电平444。WFS 402改变的量值和速率至少部分基于增益因子。此外，第三功率电平440(例如，在不存在WFS调整的情况下)与第四功率电平444(例如，在存在WFS调整的情况下)之间的差至少部分基于增益因子。增益因子可被调整成实现虚线曲线446所示的WFS 402。WFS 402的调整可对应于总处理功率421的调整。在间隙宽度412减小时增大WFS 402可使焊炬行进速度沿着焊接路径400增大。

[0090] 在第四部分448中，CPWD 404可独立于间隙宽度412而增大。例如，操作员可在焊接路径400的第四部分448中将焊炬16远离工件18移动，以便适应于工件18的焊接位置的改变和/或厚度的改变。如上文关于第二部分426所论述，WFS 402和总处理功率421受控制以在第四部分448中至少部分基于CPWD 402的改变而改变。

[0091] 概括地说，本文所述的焊接系统的实施例可至少部分基于CPWD而动态地控制WFS。至少部分基于CPWD的WFS的控制可增大CPWD对总处理功率电平的影响的控制。在确定CPWD之后，增益因子用于扩大或减小CPWD对总处理功率的影响。因此，可在不存在对焊炬或其它焊接系统组件的物理控制的手动调整的情况下，在焊缝形成期间动态地控制WFS。在一些实施例中，WFS可受控制以便维持期望l电弧。也就是说，可结合WFS的控制来确定并控制l电弧。

[0092] 虽然仅在本文中说明和描述本发明的某些特征，但对于本领域的技术人员来说，将清楚许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神内的所有这些修改和改变。

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