CN111843112A - 用于控制焊接功率和预加热功率的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种示例焊接系统，包括：功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置为：向焊接电路输出焊接型功率；以及向预加热器输出预加热功率；以及控制电路系统，所述控制电路系统被配置为：接收选择多个焊接方案之一的输入，所述多个焊接方案中的每一个指定焊接型输出功率和预加热输出功率的某种组合；以及基于所述多个焊接方案中的所选择的焊接方案，控制所述功率转换电路系统输出所述焊接型功率和所述预加热功率。

Description

用于控制焊接功率和预加热功率的方法和设备

相关申请

本专利要求2019年4月30日提交的发明名称为“METHODS AND APPARATUS TOCONTROL WELDING POWER AND PREHEATING POWER[用于控制焊接功率和预加热功率的方法和设备]”的美国临时专利申请序列号62/840,652的权益。美国专利申请序列号62/840,652的全部内容通过援引明确并入本文。

背景技术

本公开总体上涉及焊接，更具体地涉及用于控制焊接功率和预加热功率的方法和设备。

焊接是在所有行业中越来越普遍的工艺。焊接就其本质而言简单来说是使两件金属结合在一起的方式。各种各样的焊接系统和焊接控制方案已经被实现用于各种目的。在连续焊接操作中，金属惰性气体(MIG)焊接和埋弧焊(SAW)技术允许通过从焊炬送入被惰性气体和/或助焊剂保护的焊丝来形成连续焊道。这种送丝系统可供其他焊接系统使用，比如钨极惰性气体保护(TIG)焊。向焊丝施加电功率并且通过工件补全电路以维持使电极丝和工件熔化从而形成所需焊缝的焊接电弧。

发明内容

公开了用于控制焊接功率和预加热功率的方法和设备，其基本上通过至少一张附图图示并且结合至少一张附图描述，如同在权利要求中更完整地阐述的那样。

附图说明

图1图示了根据本公开的各方面的示例焊接系统，该示例焊接系统被配置为将焊接型功率传递到焊接附件(比如预加热送丝器)以便转换成焊接型输出功率和预加热功率，并且被配置为基于输入信号来控制焊接型功率和预加热功率。

图2是图1的预加热送丝器的示例实现方式的框图。

图3图示了根据本公开的各方面的另一个示例焊接系统，该焊接系统被配置为向焊炬提供焊接型输出功率和预加热功率，并基于输入信号来控制焊接型功率和预加热功率。

图4a是图1、图2和/或图3的功率转换电路系统的示例实现方式的框图。

图4b是图1、图2和/或图3的功率转换电路系统的另一示例实现方式的框图。

图5是表示示例机器可读指令的流程图，这些机器可读指令可以由图1或图2的示例焊接附件和/或图3的示例焊接型电源执行，以基于指定焊接方案的输入信号控制焊接型功率和预加热功率。

图6是表示示例机器可读指令的流程图，这些机器可读指令可以由图1或图2的示例焊接附件和/或图3的示例焊接型电源执行，以基于输入信号协同控制焊接型功率和预加热功率。

附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。

具体实施方式

为了利于理解本公开的原理，现在将参考附图中所示的示例，并且将使用特定语言来描述这些示例。然而应理解，本公开并不意在限制权利要求的范围。如本公开所涉及的技术领域中的技术人员通常将想到的，设想了所示示例中的修改和本文中所阐述的本公开的原理的这种进一步应用。

提高生产率是焊接操作者和管理人员的共同期望，并且因此，焊接制造中的生产率提升有好处。焊接操作者效率的提高可以提高整体生产效率、减少熟练焊接劳动力短缺的影响、缩短项目时间表、和/或降低与焊接相关的项目成本。

所公开的示例系统和方法包括预加热焊丝(例如，电极丝)的预加热系统，该预加热系统当应用于明弧焊丝机器人焊接工艺时已经展现出具有显著地增加熔敷的特点。然而，在许多焊接应用中，由工作人员手持完成的焊接比机器人焊接普遍得多。即便焊接操作者在熔敷和生产率方面具有局限性，手持式焊接可以享受与机器人焊接相同的焊丝预加热的益处。在机器人应用中，利用焊丝预加热而使生产率最大化所需的行进速度对于机器人来说是可以达到的。然而，在手持式应用中，人类焊接操作者可能无法在给定焊接任务所要求的接头配置内足够快地行进，以取得可接受的焊接条件。

公开的示例系统和方法提供了一些操作者界面技术，以允许手持焊炬的操作者在焊接操作期间容易地、直观地和协同地控制焊接和预加热参数。一些示例为操作者提供了在焊接操作期间即时调整焊接和/或预加热参数的能力，比如允许操作者经由焊炬上和/或另一焊接附件上的界面从涉及预加热电极丝的第一组焊接参数切换到不涉及预加热的常规焊丝工艺(反之亦然)。例如，对于操作者在人体工程学方面能够提供更高的行进速度的情况，比如长焊缝、平坦焊缝、水平焊缝，可以(例如以全额输出或减少的输出)使用预加热。对于其他焊缝，比如竖直向上、竖直向下、拐角周围的焊接和/或其他不在适当位置的焊缝，所公开的示例使得能够禁用预加热功率以使用常规焊接参数来完成此类焊缝。

在所公开的系统和方法的操作的示例中，焊接操作者或焊接工程师可以在焊接电源和/或焊接附件(例如，送丝器)上建立和存储一个或多个焊接方案，或预定组的焊接和预加热参数。在一些示例中，焊接电源或焊接附件基于编程的焊接方案自动计算和存储伴随的焊接方案。例如，当焊接操作者或焊接工程师基于给定的材料厚度、焊丝直径、焊丝类型、气体类型和/或控制焊接参数的任何其他因素对第一焊接方案(例如，焊接电压、送丝速度等)进行编程时，焊接电源或焊接附件的控制电路系统可以自动计算和存储一个或多个附加焊接方案，在所述附加焊接方案中，由焊接工程师或焊接操作者为焊接方案设定的焊接参数被调节，并且对于该焊接方案增加焊丝预加热功率以改善熔敷、减少焊丝和/或最终焊件中的氢、和/或实现焊丝预加热的其他益处。

当焊接操作者期望召回存储的焊接方案时，操作者可以通过焊炬上的输入装置，或通过焊接电源或焊接附件上的界面选择所存储的焊接方案。例如，焊接操作者可以选择第一焊接方案(例如，伴随焊接方案)，该第一焊接方案(例如，通过允许焊丝预加热)为一个或多个第一焊接操作提供更高的熔敷和/或其他焊丝预加热益处，在所述第一焊接操作中，焊接操作者能够执行适合于更高熔敷速率的行进速度(例如，直焊缝)。焊接操作者可以选择第二焊接方案(例如，由焊接操作者或焊接工程师编程的焊接方案)，该第二焊接方案不包括用于比较难以可靠地取得更高的行进速度的焊接操作的焊丝预加热。以这样的方式，焊接操作者可以在所存储的焊接方案之间快速交替，并提高生产率。

一些示例系统和方法进一步使得能够在焊接期间和/或在不焊接时协同控制焊接参数和预加热参数。例如，可以为操作者提供协同输入装置，该协同输入装置使得操作者能够控制来自焊炬的两个或更多个参数，比如通过修改扳机上的压力。如本文所用，术语“协同控制”是指同时控制两个或更多个焊接相关的参数或变量，比如基于另一参数或变量的变化来控制一个或多个参数或变量。如本文所用，“协同输出”指的是这样的焊接和/或预加热功率：其中与产生焊接和/或预加热功率相关联的两个或更多个变量根据特定关系被控制。协同控制可以使用单个用户输入装置来实现。模拟信号或编码的数字信号从协同输入装置(例如，扳机)输出，并且所公开的系统和方法基于信号的值(例如，在预定的值范围内)控制焊接和/或预加热输出。在一些示例中，协同输入装置可以由操作者配置为对应于直观的结果，比如热量输入(例如，通过进一步压下扳机来增加热量输入或通过减小扳机上的压力来减少热量输入)、熔敷、焊透深度、焊接/预加热平衡和/或任何其他结果。公开的示例系统和方法基于信号的值自动调节焊接参数和/或预加热参数。

如本文中所使用的，词语“示例性”是指“用作示例、实例或图示”。本文中所描述的实施例不是限制性的，而仅是示例性的。应当理解，所描述的实施例不一定被解释为较其他实施例是优选的或优势的。而且，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作模式。

如本文中所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子部件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(代码)。如本文中所使用的，例如，当执行第一组一行或多行代码时，特定处理器和存储器可以构成第一“电路”，并且当执行第二组一行或多行第二代码时，可以构成第二“电路”。如本文中所使用的，“和/或”是指清单中由“和/或”连接的项中的任何一项或多项。例如，“x和/或y”是指三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文中所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或图示。如本文中所使用的，术语“例如”和“比如”给出一个或多个示例、实例、或图示的清单。如本文中所使用的，每当电路系统包括用于执行某项功能所必要的硬件和代码(如果有必要)时，电路系统“能操作”用于执行该功能，而无论该功能的执行是被禁用或不被启用(例如，通过操作者可配置的设置、出厂调节等)。

如本文中所使用的，送丝焊接型系统是指能够执行焊接(例如，气体保护熔化极电弧焊(GMAW)、钨极气体保护焊(GTAW)、埋弧焊(SAW)等)、钎焊、熔覆、耐磨堆焊和/或其他工艺的系统，其中，通过送入工作位置(比如电弧或焊接熔池)的焊丝提供填充金属。

如本文中所使用的，焊接型电源是指在被施加功率时能够为焊接、熔覆、等离子切割、感应加热、激光加工(包括激光焊接和激光熔覆)、碳弧切割或熔刮、和/或电阻预加热供电的任何装置，包括但不限于变压器-整流器、逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器、开关模式电力供应器等、以及与其相关联的控制电路系统和其他辅助电路系统。

如本文中所使用的，预加热是指在电极丝的行进路径上的焊接电弧和/或熔敷之前加热电极丝。

一些公开的示例描述了电流“传导自”和/或“传导到”电路和/或电力供应器中的多个位置。类似地，一些公开的示例描述了经由一个或多个路径“提供”电流，所述路径可以包括一个或多个导电元件或部分导电的元件。用于描述电流传导的术语“从”、“到”和“提供”并不需要电流的方向或极性。相反，即使提供或图示了示例电流极性或方向，这些电流对于给定电路也可以沿任一方向传导或具有任一极性。

图1图示了示例焊接系统10，所述示例性焊接系统被配置为将焊接型功率传递至焊接附件，比如预加热送丝器16，以转换为焊接型输出功率和电阻预加热功率。图1的示例性焊接系统10包括焊接电源12和预加热焊炬14。焊炬14可以是基于所需的焊接应用被配置用于任何送丝焊接工艺的焊炬，所述工艺比如是气体保护熔化极电弧焊(GMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、和/或埋弧焊(SAW)。

焊接电源12向预加热送丝器16供应焊接型功率，所述预加热送丝器将输入焊接型功率转换为输出到焊炬14的输出焊接型功率和/或电阻预加热功率中的一个或两个。预加热送丝器16还将填充金属供应到被配置用于GMAW焊接、FCAW焊接或SAW焊接的焊炬14。

焊接电源12联接到比如电网或内燃机驱动的发电机等主电源22，该主电源供应主要功率，主要功率可以是单相或三相AC功率。焊接电源12可以处理主功率从而输出焊接型功率，以便经由电力电缆24输出到焊炬14或送丝器16。在一些示例中，电力电缆24包括多个端子，其中一个端子具有正极性，而另一端子具有负极性。功率转换电路系统30将主(例如，AC)电流转换为作为直流(DC)或AC的焊接型功率。功率转换电路系统30可以包括比如变压器、开关、升压转换器、逆变器等电路元件，所述电路元件能够按照焊接系统10的需求来转换功率。在一些实施例中，功率转换电路系统30被配置为将主要功率转换为大致80V的DC焊接型功率以为预加热送丝器16供电。这样的示例输入功率可以在大约50V至120V DC之间。

焊接电源12包括控制电路系统32和操作员界面34。控制电路系统32控制焊接电源12的操作，并且可以从操作员界面34接收输入，操作员可以通过所述操作员界面选择焊接工艺(例如，GMAW、FCAW、SAW)并输入所需的输入功率参数(例如，电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接方案等等)。控制电路系统32可以被配置为接收和处理关于系统10的性能和需求的多个输入。

焊接电源12可以包括联接到控制电路系统32的极性反转电路系统36和通信电路系统38。极性反转电路36在由控制电路32指引时反转输出焊接型功率的极性。例如，一些焊接工艺(比如TIG焊接)可以在电极具有负极性(被称为DC反接)(DCEN)时实现所需的焊接。其他焊接工艺(比如粘焊或GMAW焊接)可以在电极具有正极性(被称为DC正接)(DCEP)时实现所需的焊接。当在TIG焊接工艺和GMAW焊接工艺之间切换时，极性反转电路系统36可以被配置为将极性从DCEN转换为DCEP。此外或可替代地，操作者可以在不了解极性的情况下简单地将电缆24的端子连接至预加热送丝器16，比如当所述端子位于距电源12相当大的距离处时。控制电路系统32可以响应于通过通信电路系统38接收到的信号来指导极性反转电路系统36反转极性。

在一些示例中，通信电路系统38被配置为与焊炬14、预加热送丝器16和/或联接到电力电缆24的其他(多个)装置通信。通信电路系统38通过用于供应焊接型功率的焊接电力电缆24发送和接收命令和/或反馈信号。此外或可替代地，通信电路系统38与焊炬14、预加热送丝器16和/或其他(多个)装置无线地通信。

对于一些焊接工艺(例如，GMAW)，在焊接过程中利用保护气体。在图1的示例中，焊接电源12包括一个或多个被配置为控制来自气体源48的气体流量的气体控制阀46。控制电路系统32控制气体控制阀46。焊接电源12可以联接到一个或多个气体源48，因为例如一些焊接工艺可能利用与其他焊接工艺不同的保护气体。在一些示例中，焊接电源12被配置为经由组合的输入电缆50(例如，包括容纳在电缆24中的导体)将气体与输入功率一起供应。在其他示例中，气体控制阀46和气体源48可以与焊接电源12分开。例如，气体控制阀46可以设置在预加热送丝器16内，如下文参照图2所述。

预加热送丝器16经由被配置为与电力电缆24的端子联接的输入端子接收作为输入的焊接型功率。图1的示例预加热送丝器16联接至预加热GMAW焊炬14，所述GMAW焊炬被配置为向焊接应用供应气体、电极丝54和电功率。如以下更详细讨论的，预加热送丝器16被配置为从电源12接收输入焊接型功率，将输入焊接型功率的第一部分转换为第二焊接型功率并将第二焊接型功率输出到焊接电路，将输入焊接型功率的第二部分转换为预加热功率并将预加热功率输出到预加热电路。

示例焊炬14包括第一接触端头18和第二接触端头20。电极丝54从预加热送丝器16被送到焊炬14并穿过接触端头18、20，以在电极丝54与工件44之间产生焊接电弧26。预加热电路包括第一接触端头18、第二接触端头20以及电极丝54的位于第一接触端头18与第二接触端头20之间的一部分。示例预加热送丝器16进一步联接至工作电缆42，所述工作电缆联接至工件44。

在操作中，电极丝54穿过第二接触端头20和第一接触端头18，在第二接触端头与第一接触端头之间，预加热送丝器16输出预加热电流以加热电极丝54。具体地，在图1所示的配置中，预加热电流经由第二接触端头20进入电极丝54，并且经由第一接触端头18离开。然而，预加热电流可以沿相反的方向传导。在第一接触端头18处，焊接电流也可以进入(或离开)电极丝54。焊接电流由预加热送丝器16输出，所述预加热送丝器从电源12供应的焊接型功率中得到预加热功率和焊接型功率。焊接电流经由工件44离开电极丝54，进而产生焊接电弧26。当电极丝54与工件44接触时，电路被补全，并且焊接电流流过电极丝54，经过(多个)金属工件44，并返回到预加热送丝器16。焊接电流使电极丝54和与电极线54相接触的(多个)工件44的母体金属熔化，由此在熔化物凝固时接合工件。通过预加热电极丝54，产生的焊接电弧26可以具有大大降低的电弧能量。一般而言，预加热电流同接触端头18、20之间的距离成反比和/或与电极丝54直径成正比。

图2是图1的预加热送丝器16的示例实现方式的框图。示例预加热送丝器16接收作为输入的焊接型功率，并将焊接型功率转换为焊接型功率和/或预加热功率。例如，预加热送丝器16可以根据焊接任务和/或操作员的经验同时输出焊接型功率和预加热功率，交替输出焊接型功率和预加热功率、和/或在给定时间仅输出焊接型功率或预加热功率之一。

预加热送丝器16经由联接到控制电路系统56的输入端子40从图1的焊接电源12接收输入功率。预加热送丝器16可以通过将预加热送丝器16联接到焊接电源12的相对长的电缆而在焊接电源12远处操作。

控制电路系统56包括一个或多个控制预加热送丝器16的操作的控制器和/或处理器82。控制电路系统56接收并处理与系统的性能和需求相关联的多个输入。(多个)处理器82可以包括一个或多个微处理器，比如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或ASICS、一个或多个微控制器、和/或任何其他类型的处理和/或逻辑器件。例如，控制电路系统56可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)。控制电路系统56可以包括比如继电器电路系统、电压与电流感测电路系统、功率储存电路系统等电路系统和/或其他电路系统，并且被配置为感测由预加热送丝器16接收的输入功率。

示例控制电路系统56包括一个或多个存储器装置84。(多个)存储器装置84可以包括易失性和/或非易失性存储器和/或存储装置，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器、硬盘驱动器、固态存储装置和/或任何其他合适的光学、磁性和/或固态存储介质。(多个)存储器装置84存储数据(例如，与焊接应用相对应的数据)、指令(例如，用于执行焊接工艺的软件或固件)和/或任何其他适当的数据。用于焊接应用的存储数据的示例包括焊炬的姿态(例如，取向)、接触端头与工件之间的距离、电压、电流、焊接装置设置等等。例如，存储器装置84可以存储供处理器82执行的机器可执行指令(例如，固件或软件)。此外或可替代地，不同焊接工艺的一个或多个控制方案与相关联的设置和参数一起，连同被配置为在操作期间提供特定输出(例如，开始送丝、启用气体流、捕捉焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅物的量)的机器可执行指令，被存储在(多个)存储器装置84中。

预加热送丝器16进一步包括功率转换电路系统58。功率转换电路系统58被配置为将输入焊接型功率的第一部分转换为第二焊接型功率并将输入焊接型功率的第二部分转换为预加热功率。输入焊接型功率的第一部分和第二部分可以按时间划分(例如，第一部分在第一时间使用，而第二部分在第二时间使用)和/或在给定时间被划分为总输送功率的一部分。功率转换电路系统58将第二焊接型功率输出到焊接电路，并且将预加热功率输出到预加热电路。可以使用焊炬14来实现焊接电路和预加热电路两者。

功率转换电路系统58可以包括电路元件，比如升压转换器、降压转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、正向转换器、反激式转换器、内部总线、总线电容器、电压和电流传感器和/或任何其他用于将输入功率转换为焊接功率和预加热功率并将焊接功率和预加热功率输出至焊炬14的拓扑结构和/或电路系统。在一些示例中，预加热送丝器16接收的输入功率是大致20V至120V、大致40V至100V或大致60V至80V之间的DC电压。如参考输入功率所使用的，术语“大致”可以指在所要求电压的±5伏特内或10％内。

功率转换电路系统58可以被配置为将输入功率转换为任何常规的和/或将来的焊接型输出。示例性功率转换电路系统58可以实现一个或多个受控电压控制环路和/或一个或多个受控电流控制环路以用于控制输出到焊接电路和/或预加热电路的电压和/或电流。如下面更详细描述的，可以使用一个或多个转换电路来实现功率转换电路系统58，所述转换电路比如是多个转换电路，其中，使用单独一个转换电路来产生焊接型输出和预加热输出中的每一个。

在一些示例中，功率转换电路系统58被配置为将输入功率转换为受控波形焊接输出，比如脉冲焊接工艺或短路焊接工艺(例如，熔敷金属控制技术(RMDTM))。设置在预加热送丝器16内的功率转换电路系统58供应用于焊接应用的受控波形焊接输出，而没有来自焊接电源与预加热送丝器16之间的电力电缆的衰减。这增加了向焊炬供应的受控波形焊接输出的响应时间和准确性。增加受控波形焊接输出的响应时间可以确保在焊接期间的特定时间向焊炬供应所需的焊接输出波形。例如，RMDTM焊接工艺利用受控波形焊接输出，所述受控波形焊接输出的电流波形在短路周期内的特定时间点会发生变化。增加受控波形焊接输出的响应时间还可以改善波形脉冲的时序，以产生所需的焊缝。

在一些示例中，功率转换电路系统58被配置为向送丝组件60提供焊接输出。送丝组件60向焊炬供应电极丝54以进行焊接操作。送丝组件60包括比如焊丝卷轴64和被配置为向驱动辊68提供动力的送丝驱动器等元件。送丝组件60沿焊接电缆62向焊炬送给电极丝54。可以通过联接至焊炬的焊接电缆62和/或联接至工件44的工作电缆42来供应焊接输出。

示例预加热送丝器16包括用于控制焊接系统10的参数的用户界面66。用户界面66联接到控制电路系统56，以使操作者通过选择焊丝尺寸、焊丝类型、材料和气体参数来选择和调节焊接工艺(例如，脉冲、短路、FCAW)。用户界面66联接到控制电路系统56，以用于针对焊接应用控制电压、安培数、送丝速度和电弧长度。用户界面66可以使用任何输入装置来接收输入，比如经由小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线装置等。

用户界面66可以接收指定焊丝材料(例如，钢、铝)、焊丝类型(例如，实心、药芯)、焊丝直径、气体类型和/或任何其他参数的输入。在接收到输入后，控制电路系统56确定用于焊接应用的焊接输出。例如，控制电路56可以至少部分地基于通过用户界面66接收的输入来确定焊接过程的焊接电压、焊接电流、送丝速度、电感、焊接脉冲宽度、相对脉冲幅度、波形、预加热电压、预加热电流、预加热脉冲、预加热电阻、预加热能量输入和/或任何其他焊接和/或预加热参数。

示例性预加热送丝器16进一步包括通信电路系统70，所述通信电路系统联接到控制电路系统56，以通过用于向预加热送丝器提供输入功率的电力电缆发送和接收命令和/或反馈信号。通信电路系统70可以进一步使用户界面66能够控制焊接电源。例如，用户界面66可以被配置为控制焊接电源12供应的输入功率的安培数、电压或其他参数。在一些示例中，控制电路系统56从远离焊接电源12的位置控制焊接电源12，而仅限于在操作员界面34(图1)上设定参数。也就是说，控制电路系统56和通信电路系统70使操作员能够通过预加热送丝器16以与焊接电源的操作员界面34相同的控制优先级远程地控制焊接电源12。

通信电路系统70可以经由无线连接将数据传递到图1的系统10中的其他装置。此外或可替代地，通信电路系统70使用一个或多个有线连接(比如通过使用网络接口控制器(NIC))与其他焊接装置通信，从而经由网络(例如，以太网，10baseT，10base100等)传递数据，和/或经由接收焊接型输入功率的端子40进行通信。在美国专利号9,012,807中描述了通信电路系统70的示例实现方式。美国专利号9,012,807的全部内容通过援引并入本文。然而，可以使用通信电路系统70的其他实现方式。

在所示的示例送丝器16中，包括阀组件72，阀组件72用于沿着气体管线74向焊炬14提供气体。阀组件72可以由控制电路系统56控制。例如，阀组件72可以被配置为在焊接任务之前和之后向焊炬14供应气体。在一些示例中，阀组件72被配置为在从用户界面66接收到清洗命令时清洗气体管线74。

在操作期间，功率转换电路系统58建立焊接电路，以将焊接电流从功率转换电路系统58传导到第一接触端头18，并经由焊接电弧26、工件44和工作电缆42返回到功率转换电路系统58。

在操作期间，功率转换电路58建立预加热电路，以将预加热电流传导通过电极丝54的区段102。预加热电流经由第一电缆106从功率转换电路系统58流到第二接触端头20，通过电极线54的区段102到达第一接触端头18，并经由将功率转换电路系统58连接到第一接触端头18的第二电缆104返回到功率转换电路系统58。电缆104、106中的任一个、两者都可以与其他电缆和/或导管组合在一起或没有任何一个与其他电缆和/或导管其组合在一起。例如，电缆104和/或电缆106可以是电缆62的一部分。在其他示例中，电缆106被包括在电缆62内，并且电缆104单独通往焊炬14。为此，预加热送丝器16可以包括一个到三个端子，一根或多根电缆可以物理连接到所述端子上，以建立预加热连接、焊接连接和工件连接。例如，可以在不同连接之间使用适当绝缘结构以在单个端子中实现多个连接。

因为预加热电流路径在第一接触端头18与功率转换电路系统58之间(例如，经由电缆104)的连接上与焊接电流路径是重叠的，所以电缆104可以在第一接触端头18与功率转换电路系统58之间实现更有成本效益的单个连接(例如，单根电缆)，而不是为焊接电流到第一接触端头18和预加热电流到第一接触端头18提供单独的连接。

示例性预加热送丝器16包括壳体86，控制电路系统56、功率转换电路系统58、送丝组件60、用户界面66、通信电路系统70和/或阀组件72被容置在所述壳体内。在功率转换电路系统58包括多个功率转换电路(例如，预加热功率转换电路和焊接功率转换电路)的示例中，所有的功率转换都在壳体86中执行。

在一些其他示例中，代替如图1的示例系统10中那样经由两个导体向预加热送丝器16直接提供焊接型功率，示例预加热送丝器16经由一个导体(例如，经由正连接或负连接)以类似于常规电压感测送丝器的方式联接至电源12。电源12经由工作电缆联接至工件44，以补全焊接电路。为了提供通信、电压感测和/或预加热功率，预加热送丝器也经由电压感测引线联接到工件44。因为电压感测引线不是焊接电路的一部分并且不传导焊接电流，所以电压感测引线可以被设计为传导的电流比工作电缆42更少。然而，电压感测引线被配置为承受足够的电流以向预加热功率转换电路系统、通信电路系统、控制电路系统和/或送丝硬件提供功率。示例性预加热送丝器16将从电源12接收的功率的至少一部分转换为预加热功率。预加热送丝器16经由导体将预加热功率输出到第一和第二接触端头18、20，并且进一步被配置为经由导体和/或单独的导体和/或电缆将焊接型功率传递到第一接触端头18，以产生焊接电弧26。携带预加热和/或焊接电流的一个或多个导体可以合并到一根电缆中，所述电缆具有引导电极丝54的焊丝衬套，和/或具有将保护气体传导到焊炬14的气体管线。

在图1和2的示例中，示例焊炬14包括功率选择器电路系统52，以允许焊炬的用户(例如，焊工)以协同方式对来自焊炬14的焊接输出和/或预加热输出进行调节。例如，在用户通过功率选择器电路系统52进行调节时，电源12和送丝器16协同改变焊接的焊接输出功率(例如，焊接输出电压、电弧电压、焊接电流等)、预加热功率(例如，预加热电压、预加热电流、目标焊丝温度、预加热量输入、目标焊丝电阻等)和/或送丝速度。

功率选择器电路系统52的示例实现方式是压敏扳机。例如，焊炬14可以包括与常规焊接型焊炬中使用的相同的扳机，所述扳机被修改为提供模拟信号或编码的数字信号来表示到扳机的输入量。在一些示例中，操作者可以逐渐压下扳机(例如，施加越来越大的压力)，以改变焊接功率与预加热功率之间的平衡，从而增加施加到焊缝的总功率和/或增大熔敷速度；和/或逐渐释放扳机(例如，施加越来越小的压力)以改变焊接功率与预加热功率之间的平衡，从而减少施加到焊缝的总功率和/或降低熔敷速度。功率选择器电路系统52的替代性实现方式包括轮盘、刻度盘、旋钮、脚踏板、滑动件和/或(例如，经由编码器、电位计等)产生信号的任何其他输入装置，它们被配置为输出信号并且被定位成使得操作者能够在焊接的同时(例如，在握住扳机的同时)操纵输入。

功率选择器电路系统52(例如，经由通信电路系统38)向电源12的控制电路系统32和/或(例如，经由一根或多根电缆104、106和/或经由电极丝54，或经由单独的控制电缆)向送丝器16的控制电路系统56输出控制信号。控制信号可以是表示来自功率选择器电路系统52的输出的模拟信号或数字信号。控制电路系统32在涉及焊接型功率和/或预加热功率的焊接型操作期间识别用户输入(例如，来自功率选择器电路系统52的输入)。控制电路系统32基于用户输入确定焊接型功率的电压调节、预加热功率的调节和/或送丝速度调节。例如，控制电路系统32可以参考协同控制方案，比如算法或查找表，以确定对应于用户输入的电压设定点、预加热设定点和/或送丝速度设定点。查找表可以被存储在例如控制电路系统56的存储器84和/或控制电路系统32的类似的存储器或存储装置中。

送丝器16的示例控制电路系统56和/或通信电路系统70可以生成一个或多个控制信号，以控制焊接电源12执行输出调节(例如，改变到送丝器16的功率输入)、控制功率转换电路系统58修改到焊炬14的焊接型功率和/或预加热功率输出、并控制送丝组件60执行送丝速度调节。

用户可以(例如，经由操作者界面34、用户界面66和/或功率选择器电路系统52)从多个协同控制方案中进行选择，这些协同控制方案可以经由功率选择器电路系统52进行控制。示例协同控制方案包括基于来自功率选择器电路系统52的控制信号控制来自功率转换电路系统58的焊接输出与预加热输出之间的平衡，同时保持到焊缝的恒定目标热量输入。例如，控制电路系统56可以控制功率转换电路系统58以响应于扳机上的压力的增大(或减小)而增加焊接输出和减少预加热输出，并且控制功率转换电路系统58以响应于扳机上的压力的增大(或减小)而减少焊接输出和增加预加热输出。改变焊接功率和预加热功率的平衡同时保持一致的热量输入可以例如改变焊缝的焊透深度和/或熔敷速率。例如，控制平衡可以被配置为：增大扳机压力使得熔敷速率增大或使得焊透速率增大，由此操作者可以考虑使用扳机来控制基于结果的参数(例如，焊透速率或熔敷速率)。

可以选择的另一示例协同控制方案包括控制焊接输出和预加热输出，以响应于来自功率选择器电路系统52的信号的变化来增大或减小到焊缝的热量输入。例如，在操作者增大扳机上的压力(或操纵另一输入装置)时，控制电路系统32控制功率转换电路系统58以增加预加热输出、焊接输出和/或送丝速度，从而增大到焊缝的热量输入。相反，在操作者减小扳机上的压力(或操纵另一输入装置)时，控制电路系统32控制功率转换电路系统58减小预加热输出、焊接输出和/或送丝速度，从而减少到焊缝的热量输入。

在一些示例中，电压和送丝速度的协同控制使得控制电路系统32响应于经由功率选择器电路系统52的用户输入而改变熔敷模式。例如，GMAW熔敷模式(比如无弧热焊丝模式、金属熔敷控制模式、受控短路模式、短弧模式、脉冲喷射模式、或喷射转移模式)通常对应于不同的电压范围(在一些模式之间有一些重叠)。

在一些示例中，控制电路系统32实现扳机保持特征，扳机保持特征使得操作者能够设定特定的协同输出(例如，焊接输出和/或预加热输出)。当启用扳机保持时，操作者可以释放功率选择器电路系统52(例如，导致控制信号的归一化值下降到小于与输出焊接型功率相关联的阈值)，并且控制电路系统32使用控制信号28的保持值继续维持该协同输出。在一些示例中，在基本上恒定的输出(例如，小于阈值偏差)持续阈值时间段之后，启用扳机保持。附加地或替代性地，焊炬14、送丝器16和/或任何其他装置可以包括向控制电路系统32提供控制信号保持命令的输入装置(例如，按钮、开关等)。当启用扳机保持时，比如操作者释放功率选择器电路系统52时，控制电路系统32确定适当的协同输出，并且基于与控制信号保持命令相关联地确定的保持值来控制功率转换电路系统30和送丝器104。例如，可以将保持值确定为一个值，在该值下操作者在阈值时间段内保持功率选择器电路系统52以生成控制信号保持命令和/或该保持值是在生成控制信号保持命令时控制信号28的值。

响应于操作者在阈值时间段内没有使用扳机保持功能，控制电路系统32可以让扳机保持特征超时，并禁用扳机保持特征。例如，如果操作者不知道扳机保持特征可用或准备就绪，响应于释放焊炬14的扳机，操作者可能不打算继续执行焊接型操作。在其他情况下，操作者可能不想要使用扳机保持，并且更喜欢在焊接型操作期间继续使用(例如，改变)协同输出。

在一些示例中，控制电路系统32通过输出可感知警告来通知操作者可以启用扳机保持(例如，当功率选择器电路系统52被释放时)来响应于控制信号保持命令。示例警告可以包括视觉警告、听觉警告、触觉警告和/或任何其他类型的可感知反馈。示例扳机保持反馈可以包括例如听觉信号(例如，经由电源12、送丝器104、焊炬14、操作者的头盔中的扬声器和/或任何其他扬声器的蜂鸣、音调、听觉消息和/或任何其他听觉反馈)、视觉信号(例如，灯、LED、显示器和/或经由电源12、送丝器16、焊炬14、操作者的头盔和/或任何其他视觉装置的任何其他视觉反馈)、触觉反馈(例如，在焊炬14处或在操作者可以感知的其他位置处的触感或其他触觉反馈)，和/或任何其他形式的反馈。如果操作者选择使用扳机保持功能(例如，通过释放扳机或其他可变输入装置)，扳机保持反馈信号告知操作者在当前协同输出水平下已启用扳机保持功能。在一些示例中，焊炬14包括触觉发生器108(比如振动马达、偏心旋转质量致动器、压电致动器和/或任何其他类型的触觉发生器)以向操作者产生触觉反馈，并且控制电路系统32被配置为响应于控制信号保持命令输出触觉反馈信号以控制振动马达。

在一些示例中，控制电路系统32可以在焊接操作期间生成反馈控制信号，以警告操作者一个或多个事件的发生。反馈控制信号可以用于控制电源12内部的装置(例如，操作者界面34的显示器、操作者界面34的扬声器等)和/或电源12外部的装置(例如，操作者头盔中的装置、用户界面66处的显示器、焊炬14上的显示器、送丝器16上的显示器等)。示例事件与操作者进行的协同控制相关联，比如当控制信号28的值在值的预定范围或窗口之外时警告操作者。值的预定范围可以由操作者定义和/或由控制电路系统32使用焊接参数(例如，焊缝的物理参数等)、预加热参数(例如，接触端头18、20之间的距离、焊丝54的直径、焊丝54的材料、目标预加热温度或焓等)、焊接工艺规范(WPS)和/或任何其他信息来确定。

与协同控制相关联的其他示例事件包括表示控制信号28的和/或协同输出(例如，功率、电压和/或送丝速度)的值的反馈。例如，控制电路系统32可以控制触觉发生器108来与控制信号和/或协同输出成比例(或成反比)地增大触觉反馈的强度和/或频率，基于协同输出的特性(例如，熔敷模式、控制信号是否在输入值范围的子范围内等)来改变触觉反馈模式。附加地或替代性地，控制电路系统32可以基于控制信号的和/或协同输出的值输出在振幅、频率和/或任何其他特性方面增大的音频。基于音频的输出可以是例如电源12、送丝器16、焊炬14、由操作者穿戴的头盔和/或独立装置上的扬声器或蜂鸣器。附加地或替代性地，控制电路系统32可以使用基于电弧的音频、使用比如2017年7月12日提交的发明名称为“通过焊接电弧进行通信的方法和设备[Methods and Apparatus to Communicate via aWelding Arc]”的美国专利公开号2019/0015920(Knoener等人)中公开的技术的技术来输出音频反馈。美国专利公开号2019/0015920的全部内容通过援引并入本文。

在一些示例中，控制电路系统32控制(例如，LED、闪光灯、显示器116上的图形等)在颜色、图形、闪光频率和/或任何其他视觉反馈技术方面改变的视觉反馈。例如，控制电路系统32可以更新显示器116上的图形，该图形展示一定范围内的控制信号28的和/或协同输出(例如，功率、电压和/或送丝速度)的值。该范围可以指定协同输出的上限和下限和/或控制信号28的输入值范围，并且针对该图形展示电流输入信号或协同输出的指示器被显示。该范围可以基于例如焊接操作的物理特性、操作者选择的范围和/或任何其他变量。

在其他示例中，控制电路系统32可以响应于协同输出的控制的变化(比如当从输入值范围的第一子范围改变到输入值范围的第二子范围时，当改变熔敷模式时)和/或可以由操作者使用功率选择器电路系统52实现的任何其他变化来输出反馈控制信号。例如，如果操作者减小扳机上的压力以减小协同输出，则控制电路系统32可以响应于控制信号28越过表示控制的变化的阈值点(例如，控制信号28的阈值)而生成反馈控制信号。

示例控制电路系统32还可以对控制信号28进行过滤，以避免由于难以将功率选择器电路系统52保持在稳定位置而导致的协同输出意外变化。例如，控制电路系统32可以对控制信号28进行过滤，以减少协同输出的短期或瞬间变化的影响。示例过滤技术可以包括使用控制信号28的一组最新样本来确定协同输出，并基于样本的存续时间将权重施加到控制信号28的样本。因此，相比于较新的样本，较旧的样本在确定协同输出时被施加更大的权重。在一些这样的示例中，在样本的阈值存续时间之后，权重可以具有快速的增加，使得先前被测量为小于阈值时间的样本权重非常低，而先前被测量为大于阈值时间的样本权重显著更大。

可以使用的另一示例技术包括基于给定时间处的控制信号28的值来确定控制信号28的值的过滤的子范围。当控制信号28的值在随后的时间保持在值的过滤的子范围内时，控制电路系统32基于用于确定过滤子范围的控制信号28的值协同控制焊接型电源的电压和送丝速度。

在一些示例中，控制电路系统32将控制信号28的值的范围或值的子范围映射到焊接型系统10能够实现的输出功率的整个范围。在其他示例中，控制信号28的值的范围被映射到协同输出的子范围和/或生成协同输出时涉及的变量(例如，电压和送丝速度)的子范围。例如，控制电路系统32可以基于焊接操作的物理特性和/或焊接操作的预加热特性来确定协同输出的推荐范围和/或允许范围。焊接操作的物理特性和/或预加热特性可以经由操作者界面34输入。基于所确定的范围，控制电路系统32将协同输出的推荐范围和/或允许范围映射到控制信号28的值的范围，使得协同输出不能超出所映射的协同输出的子范围。可以用于确定协同输出的子范围的示例物理特性可以包括工件厚度、工件材料、焊丝成分、焊丝直径和/或保护气体成分。可以用于确定协同输出的子范围的示例预加热特性可以包括预加热距离(例如，接触端头18、20之间的区段102的距离)、焊丝54的直径、焊丝54的材料、目标预加热温度或焓、和/或焊接功率与预加热功率之间的平衡。通过将控制信号28的值的范围映射到被确定为针对焊接操作的物理特性和/或预加热特性推荐或允许的子范围，可以防止操作者使用针对焊缝的特定物理特性和/或预加热特性不被推荐的协同输出，从而提高焊缝质量并减少误差和/或返工。

附加地或替代性地，控制电路系统32可以将控制信号28的子范围映射到单独的协同输出子范围，其中控制信号28的子范围不等宽和/或协同输出的子范围不等宽。以这样的方式，控制电路系统32可以使得操作者在功率选择器电路系统52的范围的感兴趣的部分(例如，扳机或脚踏板的行程范围的一部分)中比在另一部分中对协同输出具有更高程度的控制。

在一些示例中，功率选择器电路系统52使得能够选择一个或多个焊接方案、或者预定义的一组的参数。示例焊接方案可以通过操作者界面34和/或用户界面66来配置，以指定焊接和/或预加热参数的任意组合，并通过功率选择器电路系统52来召回。例如，功率选择器电路系统52可以包括选择按钮以在两个或更多个焊接方案之间切换，或者可以响应于经由扳机的预定输入(例如，持续小于阈值时间的扳机扣动)来改变焊接方案。可以被指定为焊接方案的一部分的示例参数包括焊接电压、送丝速度、焊接电流、热量输入、预加热电压、预加热电流、预加热电阻、预加热功率、预加热热量输入、脉冲参数、高级波形控制、AC平衡、AC频率、材料厚度、焊丝类型和/或任何其他所需的参数。

示例控制电路系统32、56可以基于编程的焊接方案自动计算和存储伴随的焊接方案。例如，当第一焊接方案(例如，焊接电压、送丝速度等)被输入到控制电路系统中(例如，经由操作者界面34或用户界面66)时，控制电路系统32、56自动计算并存储一个或多个附加的伴随焊接方案。例如，基于给定的材料厚度、焊丝直径、焊丝类型、气体类型和/或控制焊接参数的和/或可以在焊接工艺规范(WPS)或类似文件中指定的任何其他因素，焊接操作者或焊接工程师可以对第一焊接方案进行编程。基于存储在控制电路系统中(例如，存储器84中)的转换数据，控制电路系统32、56基于相同的焊接参数(例如，材料厚度、焊丝直径、焊丝类型、气体类型和/或任何其他因素)生成第二焊接方案。控制电路系统32、56通过包括非零预加热功率(例如，预加热温度、预加热电压、目标焊丝电阻等)来生成第二焊接方案并调节第一焊接方案的焊接参数(例如，焊接电压、送丝速度、电感、脉冲参数、AC参数等)来补偿所添加的预加热功率。

作为第二焊接方案的示例生成，由操作者编程的第一示例焊接方案在没有预加热(例如，预加热关闭)的情况下可以指定22伏的焊接电压和245安培的焊接电流。基于所存储的转换数据，示例控制电路系统32、56可以使用18伏的焊接电压和266安培的焊接电流生成第二焊接方案，其中预加热电压为4伏并且预加热电流为150安培。然后，操作者可以在焊接和/或不焊接的同时在第一焊接方案与第二焊接方案之间切换，和/或可以快速召回第一焊接方案和/或第二焊接方案。

示例控制电路系统32、56可以选择第二焊接方案的预加热参数，以相对于第一焊接方案改善熔敷、减少焊丝和/或最终焊件中的氢和/或实现焊丝预加热的其他益处。控制电路系统32、56可以生成并存储多个伴随的焊接方案，以实现不同的效果(例如，氢减少、熔敷的增加等)和/或不同程度的预加热效果(例如，更高的熔敷、最高的熔敷等)。

在涉及焊接方案的操作的示例中，焊接操作者可以通过焊炬14上、操作者界面34上和/或用户界面66上的功率选择器电路系统52选择第一焊接方案。例如，操作者可以拿起焊炬14并轻敲扳机一次或多次来操作功率选择器电路系统52。示例第一焊接方案指定第一焊接功率和第一预加热功率。响应于焊接方案的选择，控制电路系统32(或控制电路系统56)根据在焊接操作期间第一焊接方案中指定的参数控制功率转换电路系统30(或功率转换电路系统58)、以及任何其他焊接附件(例如，送丝器、送丝组件60等)。

稍后，操作者经由焊炬14上、操作者界面34上和/或用户界面66上的功率选择器电路系统52选择第二焊接方案。例如，操作者可以轻敲扳机一次或多次以操作功率选择器电路系统52来选择第二焊接方案。在操作者切换焊接方案时，操作者界面34、用户界面66和/或焊炬14上的界面(例如，一个或多个指示器、显示屏等)可以显示所选择的焊接方案的指示和/或与所选择的焊接方案相关联的一个或多个参数(例如，焊接/预加热平衡、工件厚度、焊接电压和送丝速度、预加热功率等)。

虽然图1和图2的示例包括输出焊接功率和预加热功率两者的功率转换电路系统，但是其他示例可以涉及多个单独的焊接型电源，这些焊接型电源单独地提供焊接型功率和预加热功率。在2016年11月4日提交的发明名称为“用于预加热焊丝的系统、方法和设备[Systems,Methods,and Apparatus to Preheat Welding Wire]”的美国专利申请序列号15/343,992和2018年6月11日提交的发明名称为“用于预加热焊丝以进行低氢焊接的系统、方法和设备[Systems,Methods,and Apparatus to Preheat Welding Wire for LowHydrogen Welding]”的美国专利申请序列号16/005,139中公开了这种系统的示例。美国专利申请序列号15/343,992和美国专利申请序列号16/005,139的全部内容通过援引并入本文。在这样的示例中，功率选择器电路系统52可以控制单独地提供焊接功率和预加热功率的多个焊接型电源，和/或控制电路系统32、56可以控制多个电源之间的通信，以控制多个电源处的焊接参数和/或预加热参数。

图3图示了另一示例电源300，该电源被配置为向焊炬14提供焊接型输出功率和预加热功率，并基于输入信号来控制焊接型功率和预加热功率。示例焊接系统300包括功率转换电路系统302、控制电路系统32、操作者界面34、气体控制阀46和送丝组件60。

代替如图1的示例系统10中那样经由两个导体直接向预加热送丝器16提供焊接型功率，示例电源300包括功率转换电路系统302，该功率转换电路系统经由输出导体304、306联接到焊炬14，并且经由工作电缆308联接到工件44，以使电路能够补全。图3的示例功率转换电路系统302从主电源22接收输入功率，并经由导体304、306和/或工作电缆308向焊炬14输出焊接型功率和预加热功率。

图4a是示例功率转换电路系统400的框图，所述功率转换电路系统可以用于实现图2的功率转换电路系统58，以用于将输入焊接型功率转换成输出焊接型功率和预加热功率。图4a的示例功率转换电路系统400包括预加热功率转换电路系统402和焊接功率转换电路系统404。预加热功率转换电路系统402和焊接功率转换电路系统404两者联接到输入以接收输入功率406的相应部分(例如，经由图2的端子40从主电源22或从电源12接收)。

示例预加热功率转换电路系统402和焊接功率转换电路系统404中的每一个包括相应的转换电路系统。在图4a的示例中，预加热功率转换电路系统402包括升压转换电路408a、总线电容器410a和降压转换电路412a。类似地，焊接功率转换电路系统404包括升压转换器电路408b、总线电容器410b和降压转换器电路412b。升压转换器电路408a、408b各自被配置为将输入功率406转换成输出到相应降压转换器412a、412b的相应总线电压。示例降压转换器412a、412b将总线电压转换成所需的输出。例如，降压转换器412a将由升压转换器408a输出的总线电压转换为具有预加热输出电压和/或预加热输出电流的预加热输出414。类似地，降压转换器412b将由升压转换器408b输出的总线电压转换成具有焊接输出电压和/或焊接输出电流的焊接输出416。总线电容器410a、410b储存能量以减小由于降压转换器412a、412b输出的功率的变化而引起的总线电压纹波。

图1、图2和/或图3的示例控制电路系统32、56根据输入焊接型电流和所需的预加热输出以及所需的焊接输出来控制升压转换器408a、408b和降压转换器412a、412b。控制电路系统32、56可以控制预加热功率转换电路系统402和焊接功率转换电路系统404中的一个或两个在给定时间断开。例如，控制电路系统56可以控制焊接功率转换电路系统404以输出用于第一焊接操作或焊接操作的第一部分的焊接型电流，然后控制预加热功率转换电路系统402和焊接功率转换电路系统404两者使用焊接功率和预加热功率两者执行第二焊接操作或焊接操作的第二部分。

在一些示例中，控制电路系统32、56被配置为调节焊接功率转换电路系统的控制，以基于预加热输出来调节焊接输出416，从而保持对于焊缝一致的热量输入和/或增加熔敷。例如，控制电路系统32、56可以基于控制预加热功率转换电路系统402增加预加热输出414来经由焊接功率转换电路系统404减小焊接输出416(例如，焊接电压和/或焊接电流)。

图4b是示例功率转换电路系统420的框图，该功率转换电路系统可以用于实现图2和/或图3的功率转换电路系统58、302，以转换输入焊接型功率从而输出焊接输出416和预加热输出414。图4b的示例功率转换电路系统420包括预加热功率转换电路系统422和焊接功率转换电路系统424。与图4a的示例功率转换电路系统400相比，预加热功率转换电路系统422和焊接功率转换电路系统424从共享的升压转换器408接收总线电压，而不是接收作为输入的输入功率406。

预加热功率转换电路系统422和焊接功率转换电路系统424两者联接到由升压转换器408输出的总线电压，升压转换器将输入功率406转换为总线电压。在图4b的示例中，(多个)总线电容器410也在预加热功率转换电路系统422和焊接功率转换电路系统424之间被共享，尽管预加热功率转换电路系统422和焊接功率转换电路系统424各自可以具有相应的总线电容器410。示例降压转换器412a、412b将总线电压转换成所需的输出。图1、图2或图3的示例控制电路系统32、56控制升压转换器408和降压转换器412a、412b，以输出预加热输出414和/或焊接输出416。

虽然前面参照预加热送丝器公开了图1、图2、图4a和图4b的示例，但是也可以使用其他类型的焊接附件。例如，焊接示教盘可以被配置为包括本文中公开的功率转换电路系统，以基于输入焊接型功率提供焊接功率和预加热功率，并与常规送丝器结合使用，以向焊炬提供焊接功率和预加热功率。

另外，虽然参考在焊炬处电阻式预加热焊丝描述了前述示例，但是所公开的示例也可以与其他形式的焊丝加热结合使用，比如焊丝的感应加热、热焊丝技术、基于电弧的预加热(其中在焊接电弧之前使用电弧向焊丝施加热量)、基于激光的预加热、和/或任何其他形式的焊丝加热。例如，预加热电路(例如，接触端头18、20)可以用任何其他类型的预加热器代替，比如电阻预加热(例如，经由焊丝54上的两个或更多个接触点)、焊丝54的感应加热(例如，经由将焊丝54布设穿过感应线圈或布设在感应线圈附近)、基于电弧的预加热(例如，经由被配置为向焊丝54建立电弧的一个或多个钨电极)、基于激光的预加热(例如，经由被配置为向焊丝54输出能量的激光器)、辐射加热(例如，经由不与焊丝54接触但被配置为通过辐射加热焊丝54的加热线圈)、对流加热(例如，经由被配置为与焊丝54接触以将热量传递至焊丝54的加热线圈、陶瓷或其他加热材料)的其他配置、和/或任何其他预加热技术。

图5是表示示例机器可读指令500的流程图，所述示例机器可读指令可以由图1的示例预加热送丝器16或另一个附件的控制电路系统执行以将焊接型功率转换成焊接型功率和预加热功率。下面参考图2的预加热送丝器16和图4a的示例功率转换电路系统400描述了示例指令500。然而，可以使用预加热送丝器16、功率转换电路系统58和/或其他焊接附件的其他实现方式来执行指令500。

在框502处，控制电路系统56确定是否已经接收到指定焊接方案的输入。例如，控制电路系统56可以接收来自输入装置(比如功率选择器电路52、用户界面66和/或操作者界面34)的通信。输入可以指定一个或多个存储的焊接方案中的特定焊接方案，和/或包括相对输入，该相对输入指示相对于当前焊接方案或参数组的焊接方案(例如，“下一个”方案选择、“前一个”方案选择、左/右选择器、上/下选择器等)。

如果已经接收到指定焊接方案的输入(框502)，则在框504处，控制电路系统56基于指定的焊接方案确定焊接功率输出和/或预加热功率输出。例如，控制电路系统56可以在存储器84中查找所选择的焊接方案，并实施焊接和/或预加热参数，比如焊接电压、送丝速度和/或预加热电压。

在确定焊接功率输出和/或预加热功率输出之后(框504)，或者如果尚未接收到指定焊接方案的输入(框502)，则在框506处，控制电路系统56确定焊接是否有效。例如，控制电路系统56可以确定是否已经从手持式焊炬接收到扳机信号，或者是否已经从机器人焊接系统接收到功率输出命令。如果焊接无效(框506)，则控制返回到框502。

如果焊接有效(框506)，则在框508处，控制电路系统56确定是否允许焊接输出。例如，控制电路系统56可以确定在框504中确定的焊接功率输出是否大于阈值电弧输出。如果允许焊接输出(框508)，则在框510处，控制电路系统56控制功率转换电路系统58(例如，图4a的焊接功率转换电路系统404)，以基于所确定的焊接输出功率将输入功率转换成焊接输出416。在框512处，功率转换电路系统58(例如，焊接功率转换电路系统404)向焊炬14输出焊接型功率(例如，经由第一接触端头18和工件44)。

在将焊接型功率输出到焊炬之后(框512)，或者如果基于焊接方案不允许焊接输出(框510)，则在框514处，控制电路系统56确定是否允许预加热输出。例如，控制电路系统56可以确定在框504中确定的预加热功率输出是否大于阈值，送丝速度是否大于阈值速度，和/或焊丝温度和/或焊丝电阻是否超过相应的阈值。例如，虽然所选择的焊接方案可以指示特定的预加热功率、温度或电阻，但是当焊丝温度和/或焊丝电阻大于阈值时和/或如果焊丝以小于阈值速度的速度被送给时，示例控制电路系统56可以减小预加热功率和/或停止预加热。

如果允许预加热(框514)，则在框516处，控制电路系统56控制功率转换电路系统58(例如，图4a的预加热功率转换电路系统402)，以基于所确定的预加热功率将输入功率转换成预加热输出414。在框518处，功率转换电路系统58(例如，预加热功率转换电路系统402)输出预加热功率。例如，功率转换电路系统58可以向焊炬14输出焊接功率(例如，经由第一接触端头18和第二接触端头20以便于进行电阻式预加热)。附加地或替代性地，功率转换电路系统58可以将预加热功率输出到送丝组件60内的预加热装置，或者输出到与送丝器16与焊炬14之间的焊接电缆成一体的预加热装置。

在输出预加热功率(框518)之后，或者如果不允许预加热(框514)，控制返回到框506以确定焊接是否仍然有效。

虽然框508至512和框514至518被图示为依序的，但是框508至512可以与框514至518并行地执行，以控制功率转换电路系统58在焊接有效的同时输出焊接型功率和预加热功率。

图6是表示示例机器可读指令600的流程图，这些指令可以由图1或图2的示例焊接系统和/或图3的示例焊接型电源300执行，以基于输入信号协同控制焊接型功率和预加热功率。下面参考图2的预加热送丝器16和图4a的示例功率转换电路系统400描述了示例指令600。然而，可以使用电源12、预加热送丝器16、功率转换电路系统58的其他实现方式和/或其他焊接电源和/或焊接附件来执行指令600。

在框602处，控制电路系统56确定是否正在执行焊接操作。例如，控制电路系统56可以确定是否已经从手持式焊炬接收到扳机信号，或者是否已经从机器人焊接系统接收到功率输出命令。如果没有正在执行焊接操作(框602)，则控制在框602处重复以等待焊接操作。

如果没有正在执行焊接操作(框602)，在框604处，控制电路系统56确定(例如，来自功率选择器电路系统52的)控制信号的值。例如，控制电路系统56可以接收来自输入装置(比如功率选择器电路系统52、用户界面66和/或操作者界面34)的、具有在预定范围内的值的通信或信号。输入(例如，模拟信号或编码的数字信号)可以从扳机、轮盘、刻度盘、旋钮、脚踏板和/或产生信号的任何其他输入装置(例如，经由编码器、电位计等)接收。

在框606处，控制电路系统56基于指定的焊接方案、基于控制信号的值确定协同焊接功率输出、协同预加热功率输出和/或协同送丝速度。例如，控制电路系统56可以在存储器84中查找控制信号的值，并且基于该值和由值范围表示的协同控制方案来实施焊接和/或预加热参数，比如焊接电压、送丝速度和/或预加热电压。例如，协同控制方案可以表示焊接功率和预加热功率之间的平衡(例如，焊透深度和熔敷之间的平衡)、表示到焊缝中的热量输入(例如，通过主要增加和减少焊接输出和送丝速度来增加和减少热量输入，同时通过预加热进行补偿)、表示焊接速度(例如，通过主要增加和减少预加热和送丝速度来增加和减少熔敷，同时通过焊接输出进行补偿)、和/或表示任何其他参数和/或变量。在一些示例中，操作者可以选择协同控制方案。

在框608处，控制电路系统56基于所确定的送丝速度控制送丝组件60。在框610处，控制电路系统56确定是否允许焊接输出。例如，控制电路系统56可以确定在框606中确定的焊接功率输出是否大于阈值电弧输出。如果允许焊接输出(框610)，则在框612处，控制电路系统56控制功率转换电路系统58(例如，图4a的焊接功率转换电路系统404)，以基于所确定的焊接输出功率将输入功率转换成焊接输出416。在框614处，功率转换电路系统58(例如，焊接功率转换电路系统404)向焊炬14输出焊接型功率(例如，经由第一接触端头18和工件44)。

在将焊接型功率输出到焊炬之后(框614)，或者如果基于控制信号的值不允许焊接输出(框610)，则在框616处，控制电路系统56确定是否允许预加热输出。例如，控制电路系统56可以确定在框606中确定的预加热功率输出是否大于阈值，送丝速度是否大于阈值速度，和/或焊丝温度和/或焊丝电阻是否超过相应的阈值。例如，虽然所选择的焊接方案可以指示特定的预加热功率、温度或电阻，但是当焊丝温度和/或焊丝电阻大于阈值时和/或如果焊丝以以低于阈值速度的速度被送给时，示例控制电路系统56可以减小预加热功率和/或停止预加热。

如果允许预加热(框616)，则在框618处，控制电路系统56控制功率转换电路系统58(例如，图4a的预加热功率转换电路系统402)，以基于所确定的预加热功率将输入功率转换成预加热输出414。在框620处，功率转换电路系统58(例如，预加热功率转换电路系统402)输出预加热功率。例如，功率转换电路系统58可以向焊炬14输出焊接功率(例如，经由第一接触端头18和第二接触端头20以便于进行电阻式预加热)。附加地或替代性地，功率转换电路系统58可以将预加热功率输出到送丝组件60内的预加热装置，或者输出到与送丝器16和焊炬14之间的焊接电缆成一体的预加热装置。

在输出预加热功率(框620)之后，或者如果不允许预加热(框616)，控制返回到框602以确定焊接操作是否仍正在执行。

虽然框610至614和框616至620被图示为依序的，但是框610至614可以与框616至620并行地执行，以控制功率转换电路系统58在焊接有效的同时输出焊接型功率和预加热功率。

可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现本装置和/或方法。本方法和/或系统可以以集中方式在至少一个计算系统、处理器和/或其他逻辑电路中被实现，或者以不同的元件分散在若干互连计算系统、处理器和/或其他逻辑电路上的分散式方式被实现。适于执行本文所描述的方法的任何种类的计算系统或其他装置都是适合的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其他代码的、被整合在焊接电源中的处理系统，所述程序或其他代码当被加载和执行时控制所述焊接电源，使得其实施本文中所描述的方法。另一个典型的实现方式可以包括专用集成电路或芯片，比如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)和/或片上系统(SoC)。一些实现方式可以包括非暂时机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪速存储器、光盘、磁性存储盘等)，所述非暂时机器可读介质上存储有一个或多个代码行，所述代码行可由机器执行由此使机器执行本文中所描述的过程。如在本文中所使用的，术语“非暂时计算机可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质并且排除传播信号。

示例控制电路实现方式可以是微控制器、现场可编程逻辑电路和/或任何其他能够对执行焊接控制软件的指令予以执行的控制或逻辑电路。控制电路也可以以模拟电路和/或数字电路和模拟电路的组合来实施。

尽管已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。例如，所公开的示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被改变。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实现方式。替代地，本方法和/或系统将包括照字面地和在等效物教条下均属于所附权利要求的范围的所有实现方式。

Claims (21)

1.一种焊接系统，包括：

功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置为：

向焊接电路输出焊接型功率；以及

向预加热器输出预加热功率；以及

控制电路系统，所述控制电路系统被配置为：

接收选择多个焊接方案之一的输入，所述多个焊接方案中的每一个指定焊接型输出功率和预加热输出功率的某种组合；以及

基于所述多个焊接方案中的所选择的焊接方案，控制所述功率转换电路系统输出所述焊接型功率和所述预加热功率。

2.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述功率转换电路系统包括：

焊接功率转换电路系统，所述焊接功率转换电路系统被配置为输出所述焊接型功率；以及

预加热功率转换电路系统，所述预加热功率转换电路系统被配置为输出所述预加热功率。

3.如权利要求2所述的焊接系统，其中，所述焊接功率转换电路系统被配置为将在所述功率转换电路系统处接收到的焊接型功率的第一部分转换为所述焊接型功率，并且所述预加热功率转换电路系统被配置为将在所述功率转换电路系统处接收到的所述焊接型功率的第二部分转换为所述预加热功率。

4.如权利要求2所述的焊接系统，其中，所述焊接功率转换电路系统被配置为将在所述功率转换电路系统处接收到的交流输入功率的第一部分转换为所述焊接型功率，并且所述预加热功率转换电路系统被配置为将在所述功率转换电路系统处接收到的所述交流输入功率的第二部分转换为所述预加热功率。

5.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为从操作者输入装置接收所述输入。

6.如权利要求5所述的焊接系统，其中，所述输入指示所述操作者输入装置的状态，其中，所述控制电路系统被配置为：

在所述输入指示所述操作者输入装置被操作者按下或激活的同时，选择所述多个焊接方案中的第一焊接方案，所述多个焊接方案中的所述第一焊接方案指定非零预加热电流；以及

在所述输入指示所述操作者输入装置没有被按下或被停用时，选择所述多个焊接方案中的第二焊接方案。

7.如权利要求6所述的焊接系统，其中，所述多个焊接方案中的所述第二焊接方案指定基本上为零的预加热电流。

8.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为基于所述多个焊接方案中的第二焊接方案来定义所述多个焊接方案中的第一焊接方案。

9.如权利要求8所述的焊接系统，其中，所述多个焊接方案中的所述第一焊接方案包括第一焊接输出功率和第一预加热输出功率，并且所述多个焊接方案中的所述第二焊接方案包括第二焊接输出功率和第二预加热输出功率。

10.如权利要求9所述的焊接系统，其中，所述多个焊接方案中的所述第一焊接方案包括第一送丝速度，并且所述多个焊接方案中的所述第二焊接方案包括第二送丝速度。

11.如权利要求10所述的焊接系统，其中，所述第一焊接输出功率大于所述第二焊接输出功率，所述第二预加热输出功率大于所述第一预加热输出功率，并且所述第二送丝速度大于所述第一送丝速度。

12.如权利要求9所述的焊接系统，其中，所述第二预加热功率输出基本为零，并且所述第一预加热功率输出大于零。

13.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为经由通信网络从焊接控制系统接收所述输入。

14.一种焊接系统，包括：

功率转换电路系统，所述功率转换电路系统被配置为：

向焊接电路输出焊接型功率；以及

向预加热器输出预加热功率；以及

控制电路系统，所述控制电路系统被配置为基于控制信号在焊接操作期间协同控制所述焊接型功率和所述预加热功率。

15.如权利要求14所述的焊接系统，进一步包括通信电路系统，所述通信电路系统被配置为接收所述控制信号。

16.如权利要求15所述的焊接系统，其中，所述通信电路被配置为从所述焊接型焊炬或脚踏板中的至少一个接收所述控制信号。

17.如权利要求14所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为用所述焊接型功率和所述预加热功率协同控制送丝速度。

18.如权利要求14所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为在零与预加热功率上限之间的功率范围内协同控制所述预加热功率。

19.如权利要求14所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为基于在所述焊接操作期间从控制装置接收的所述控制信号来协同控制到焊缝的总热量输入。

20.如权利要求19所述的焊接系统，其中，所述控制电路系统被配置为通过基于所述控制信号控制所述功率转换电路系统中的至少一个输出所述预加热功率和所述焊接型功率，来维持基本恒定的总热量输入。

21.如权利要求19所述的焊接系统，其中，所述控制信号表示焊炬的扳机被压下的量、脚踏板被压下的量、或者旋钮输入装置或刻度盘输入装置的输出。

Images