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1、10申请公布号CN104169036A43申请公布日20141126CN104169036A21申请号201380015643722申请日2013032513/431,85520120327USB23K9/18200601B23K9/173200601B23K35/3820060171申请人伊利诺斯工具制品有限公司地址美国伊利诺伊州72发明人肯尼斯艾伦费舍尔马里奥阿马塔史蒂芬巴霍斯特约瑟夫邦迪74专利代理机构上海脱颖律师事务所31259代理人脱颖54发明名称用于埋弧焊的系统和方法57摘要本披露总体上涉及焊接，并且更具体地讲，涉及埋弧焊SAW。在一个实施例中，一种焊接系统10包括被配置成提供气流。
2、的供气系统16。所述系统还包括被配置成提供焊丝的供丝系统14以及被配置成在埋弧焊SAW期间在焊弧附近提供焊药的焊药供应系统17。所述系统进一步包括焊炬组件18，该焊炬组件被配置成接收所述气流和所述焊丝并且在所述埋弧焊期间在所述焊弧附近输送所述气流和所述焊丝。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014092286PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0336812013032587PCT国际申请的公布数据WO2013/148561EN2013100351INTCL权利要求书2页说明书10页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书10页附图3。
3、页10申请公布号CN104169036ACN104169036A1/2页21一种焊接系统，其包括供气系统，被配置成提供气流；供丝系统，被配置成提供焊丝；焊药供应系统，被配置成在埋弧焊SAW期间在焊弧附近提供焊药；以及焊炬组件，被配置成接收所述气流和所述焊丝并且在所述埋弧焊SAW期间在所述焊弧附近输送所述气流和所述焊丝。2根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述气流和所述焊药两者在所述电弧附近至少部分地提供局部气氛。3根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊炬组件被配置成接收所述焊药并且在所述焊弧附近使所述焊药与所述气流混合。4根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述气流包括氩气、氦气、二氧化碳、氧。
4、气、氮气、氢气或它们的组合。5根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述气流包括含氟气体。6根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊药供应系统连接至所述供气系统并且被配置成将与所述气流预混合的所述焊药提供至所述焊炬组件。7根据权利要求1所述的焊接系统，包括焊接电源，所述焊接电源被配置成将直流反接DCEP输出、直流正接DCEN输出或可变平衡交流输出提供至所述焊炬组件。8根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊药包括金红石铝酸盐AR、碱性铝酸盐AB、碱性氟化铝AF、碱性氟化物FB或硅酸钙CS焊药。9一种系统，其包括焊炬组件，包括焊炬本体，包括被配置成使一种或多种气体流过所述焊炬本体的气体导管；接触末端。
5、，包括被配置成使所述一种或多种气体在焊弧附近流动的一个或多个气体导管，其中所述接触末端被配置成连接至所述焊炬本体使得所述焊炬本体的所述气体导管与所述接触末端的所述一个或多个气体导管流体连通；以及焊药传送元件，被配置成在所述焊弧附近传送粒状焊药，其中所述焊药传送元件连接至所述接触末端附近的所述焊炬本体并且被配置成使所述粒状焊药与所述一种或多种气体混合。10根据权利要求9所述的系统，其中所述接触末端包括被配置成将焊丝供应提供至所述焊弧的中央焊丝导管，并且其中所述一个或多个气体导管绕着所述中央焊丝导管设置成环状。11根据权利要求9所述的系统，包括形成在所述焊炬本体与所述接触末端之间的室，当所述接触末。
6、端连接至所述焊炬本体时，所述室使所述焊炬本体的所述气体导管连接至所述接触末端的所述一个或多个气体导管。12根据权利要求9所述的系统，其中所述一种或多种气体包括保护气体、含氟气体或它们的组合。13根据权利要求9所述的系统，其中所述焊炬组件是埋弧焊焊炬组件或混合埋弧焊焊炬组件。14一种方法，包括权利要求书CN104169036A2/2页3在进行的埋弧焊SAW熔池附近输送气流和粒状焊药流；以及在所述进行的埋弧焊熔池上沉积所述粒状焊药流以形成焊药垫。15根据权利要求14所述的方法，其中所述气流和所述粒状焊药流在沉积所述粒状焊药流以形成所述焊药垫之前混合。16根据权利要求15所述的方法，其中所述气流和所。
7、述粒状焊药流在沉积所述粒状焊药流以形成所述焊药垫之前在焊炬组件内混合在一起。17根据权利要求14所述的方法，其中所述气流具有被配置成防止所述气流将所述焊药垫的粒状焊药移位的流速。18根据权利要求14所述的方法，其中所述粒状焊药流包括中性、半中性、酸性、碱性或活性粒状焊药流。19根据权利要求14所述的方法，包括输送焊丝到工件，其中所述焊丝被配置成当在所述焊丝上施加电流时与所述工件形成焊弧。20根据权利要求19所述的方法，其中所述电流包括直流反接DCEP电流、直流正接DCEN电流或可变平衡交流电流。权利要求书CN104169036A1/10页4用于埋弧焊的系统和方法技术领域0001本发明总体上涉及。
8、焊接，并且更具体地讲，涉及埋弧焊SAW。背景技术0002焊接是已变为各个行业中用于多种应用的普遍存在的工艺。例如，焊接通常用于以下应用，例如，造船、海上平台、建筑、钢管厂等。某些焊接技术例如，气体保护金属极弧焊GMAW、气体保护药芯焊丝弧焊FCAWG和气体保护钨极弧焊GTAW通常采用保护气体例如，氩气、二氧化碳或氧气以在焊接过程期间在焊弧和熔池中以及周围提供特定的局部环境。相比之下，其他焊接技术例如，埋弧焊SAW通常在电弧条件下使用分解或除气的粒状焊药以在焊弧和熔池附近提供局部气氛。另外，SAW提供其他优点，例如，与其他焊接技术相比增大的熔敷率。0003一般来讲，对于涉及钢的焊接应用，一个顾虑。
9、是在焊接期间以及在焊接过程完成之后在焊缝中存在的扩散氢的量。氢可以从多种来源引入到焊缝中，包括来自大气、金属表面、焊接电极或焊药的水分。在焊接操作期间，还可以从油类、润滑剂或者金属或焊丝表面上的其他涂层引入氢。在焊接过程中氢易溶于暴露于高温的钢中，然而，随着焊缝冷却，氢在钢中会变得越来越难溶，并且从溶液中析出。这会使氢集中在焊缝金属中的不连续处和晶界处。这些高压和高应力区域会使焊缝变得易碎且开裂，最终会导致焊缝失效。0004限制焊缝中的扩散氢的一种方法是，例如，预热金属以限制在焊接操作期间在金属表面上存在的水分含量，并且/或者通过调整金属冷却的速率来更好地控制金属微观结构。这种预热方法对于涉及。
10、较厚钢板或高强度钢焊接的情况是通用的。然而，在某些情况下，例如水下焊接应用，难以或无法控制焊接期间存在的水分含量。另外，制造者会承担与预热钢以减少加氢裂化的几率有关的很高成本例如，能量、设备、时间等。在其他情况下，可能不正确地应用预热，并且只是达到表面预热，而不是浸泡预热。发明内容0005在一个实施例中，一种焊接系统包括被配置成提供气流的供气系统。所述系统还包括被配置成提供焊丝的供丝系统以及被配置成在埋弧焊SAW期间在焊弧附近提供焊药的焊药供应系统。所述系统进一步包括焊炬组件，该焊炬组件被配置成接收所述气流和所述焊丝并且在所述SAW期间在所述焊弧附近输送所述气流和所述焊丝输送。0006在另一个。
11、实施例中，一种系统包括焊炬组件，该焊炬组件具有焊炬本体，所述焊炬本体包括被配置成使一种或多种气体流过所述焊炬本体的气体导管。所述焊炬组件进一步包括接触末端，该接触末端具有被配置成使一种或多种气体在焊弧附近流动的一个或多个气体导管。此外，所述接触末端被配置成连接至所述焊炬本体使得所述焊炬本体的气体导管与所述接触末端的一个或多个气体导管流体连通。所述焊炬组件进一步包括焊药传送元件，所述焊药传送元件被配置成在所述焊弧附近传送粒状焊药，其中所述焊药传送元件连接至所述接触末端附近的所述焊炬本体并且被配置成使所述粒状焊药与所述一种或多种说明书CN104169036A2/10页5气体混合。0007在另一个实。
12、施例中，一种方法包括在进行的埋弧焊SAW熔池附近输送气流和粒状焊药流。所述方法进一步包括在所述进行的埋弧焊熔池上沉积所述粒状焊药流以形成焊药垫。附图说明0008当参考附图阅读以下详细说明时，本披露的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的附图标记代表在整个附图中表示相似的零件，其中0009图1是根据本披露的实施例的混合埋弧焊HSAW焊接系统的方框图；0010图2是根据本披露的实施例的HSAW焊接系统的内部电路的方框图；0011图3是根据本披露的实施例的HSAW焊炬的透视图；0012图4是根据本披露的实施例的沿着线44截取的图3所示的焊炬的剖视图；0013图5是根据本披露的实施例的。
13、图4所示的接触末端的放大剖视图；0014图6是根据本披露的实施例的接触末端的远端的透视图；以及0015图7是根据本披露的实施例的认为在SAW期间使用含氟气体从焊缝金属去除扩散氢所涉及的步骤的流程图。具体实施方式0016按照以下详细描述，本文提供了在埋弧焊SAW或混合埋弧焊HSAW期间利用气流来控制电弧和/或熔池附近例如，周围或附近的气氛的焊接系统和方法的实施例。另外，本文提供了在埋弧焊SAW或混合埋弧焊HSAW期间特别利用含氟气体来减少焊缝金属中的扩散氢的量的焊接系统和方法的实施例。这样，术语“混合埋弧焊”或“HSAW”一般可以用于指结合一种或多种气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物。
14、，类似于GMAW，但是通常仍然将焊缝埋在焊药垫中。应当理解，公开的实施例总体上针对于将一种或多种气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物提供至通常不涉及提供气流的弧焊工艺例如，SAW。还应当理解，尽管本披露特别关注SAW，但是本文讨论的含氟气体的包含物可以有助于试图使焊缝中的扩散氢最小化的任何弧焊工艺。0017本文中使用的含氟气体是单种气体，或者每种气体分子基本上具有至少一个氟原子的气体的混合物。例如，含氟气体可以是碳基气体，诸如，四氟化碳CF4、六氟乙烷C2F6或氯三氟甲烷CF3CL，或者可以是无机气体，诸如，三氟化氮NF3、三氟化硼BF3、四氟化硅SIF4、氟气F2、六氟化钨WF6或。
15、它们的任意混合物。本文中使用的保护气体可以指能够用于电弧和/或熔池以便提供特定的局部气氛例如，保护电弧，提高电弧稳定性，限制金属氧化物的形成，改善金属表面的润湿，改变焊缝熔敷的化学成分的任何气体或气体的混合物。在某些实施例中，保护气体可以是单种保护气体或保护气体混合物例如，氩气AR、氦气HE、二氧化碳CO2、氧气O2、氮气N2、类似的合适的保护气体或它们的任意混合物。例如，保护气流可以包括AR、AR/CO2的混合物、AR/CO2/O2的混合物、AR/HE的混合物等。另外，除非另外指明，所有提到的气体混合百分比表示体积百分比。0018一般来讲，所公开的HSAW实施例可以结合单独的或与焊药组合的气。
16、流例如，保说明书CN104169036A3/10页6护气流和/或含氟气流，从而在电弧和/或熔池附近提供特定的局部气氛。因此，由于这种气流可以在焊接过程期间提供一些或全部的局部气氛，所以公开的HSAW实施例能在焊药成分的选择上提供更大的自由度。此外，某些公开的实施例结合含氟气流，并且这样可以提供一种方法，这种方法按照比其他解决方案，例如，上述预热方法，更高性价比的方式有效地减少焊缝中的扩散氢的量。然而，应当理解，利用含氟气流的公开的实施例可以结合预热方法来使用，以对焊缝中的扩散氢的含量提供组合效果，并且还可以减小通常用于给定焊接操作的预热量或程度。还应该指出的是，目前公开的实施例可以利用含氟气体。
17、，而不是含氟固体。含氟气体给焊接操作者带来好处，例如，在焊丝的选择上提供更大灵活性，并且在焊接操作期间减少飞溅。0019转向附图，图1图示了根据本披露的实施例的混合埋弧焊HSAW系统10的实施例，该系统在焊接过程期间利用气流来提供至少一部分局部气氛。系统10包括焊接电源12、焊丝进给器14、供气系统16、焊药供应系统17和焊炬18。焊接电源12一般将电力提供至焊接系统10，并且可以经由电缆束20连接至焊丝进给器14，以及使用具有夹钳26的导线24连接至工件22。在图示的实施例中，焊丝进给器14经由电缆束28连接至焊炬18，以便在焊接系统10工作期间将焊丝例如实心焊丝或药芯焊丝和电力供应到焊炬1。
18、8。在另一个实施例中，焊接电源12可以连接至焊炬18，并且直接对其供应电力。0020在所描述的实施例中，焊接系统10包括供应气流例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物到焊炬18的供气系统16，其中气流在焊弧和/或熔池所处位置处或附近例如，大约05MM、1MM、2MM、3MM、4MM、5MM或小于大约30MM提供至少一部分局部气氛。在所描述的实施例中，供气系统16经由气体导管30直接连接至焊炬18。在另一个实施例中，供气系统16可以替代连接至焊丝进给器14，并且焊丝进给器14可以调节从供气系统16到焊炬18的气体流量。图示的HSAW系统10的焊药供应系统17经由焊药导管31将焊药提供至焊炬1。
19、8。因此，图示的焊炬18一般接收来自焊丝进给器14的焊丝和电力、来自供气系统16的气流以及来自焊药供应系统17的焊药流，以便对工件22进行HSAW。在操作期间，可以将焊炬18拿到工件22附近，使得可以在焊炬18与工件22之间形成电弧32。应当理解，本披露的一方面是控制电力输送、焊丝、气体、焊炬18的焊药、电弧32和/或工件22表面的熔池以控制焊接过程。0021图示的焊接系统10的供气系统16包括气源34，一种或多种气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物可以例如一起存储在气瓶中。例如，一种或多种保护气体例如，AR、HE、CO2、O2、N2或它们的任意混合物可以存储在气源34中以提供保护气。
20、体流。此外，一种或多种含氟气体可以另外或可替代地存储在气源34中以提供含氟气流。含氟气体的非限制性实例可以包括CMFNXP、NF3、BF3、SIF4、F2或WF6或它们的任意混合物的任意一种。对于CMFNXP，X可以是氢或氯原子，M可以是1与5之间的任意值，N可以是1与18之间的任意值，并且P可以是0与18之间的任意值。例如，含氟气体可以是CF4、CF3CL、CF2H2、CFC13、C2F6、C2F4、C2F5C1、C2F4H2、C3F7H、C4F10等或它们的任意混合物的任意一种。例如，在某些实施例中，供气系统16可以包括含大约95CF4和大约5F2的单种气瓶。这样，在某些实施例中，由气源3。
21、4提供的含氟气体的浓度可以是零即，大约0或在大约01与10之间例如，02、05、075、1,、15、2、25、3、35、4、45、5、55、6、7、8、9、10等的含氟气体，余量为保护气体或保护气体混合物。说明书CN104169036A4/10页7在一个实施例中，由焊炬18供应的总气流中的含氟气体的百分比在大约05与5之间。在一个实施例中，总气流中的含氟气体的百分比小于大约01、1、2、3、4或5。0022焊药供应系统17可以经由导管31提供粒状焊药流到电弧32所处位置处或电弧32的附近例如，在1MM、2MM、3MM、5MM或大约小于30MM的范围内。由于在电弧32附近输送焊药流，所以在熔池附。
22、近例如，上方，覆盖熔池并且/或者附近会聚集成焊药层或焊药垫。焊药的至少一部分可以在电弧32和/或熔池所处位置处或附近部分分解并且/或者除气例如，在受热时释放一种或多种气体，并且结合供气系统16工作以在熔池所处位置处或附近例如，在1MM、2MM、3MM或大约小于30MM提供适当的局部气氛。焊药可以另外或可替代地促进工件22的润湿，限制金属氧化物的形成，从焊缝去除化学杂质，并且/或者发挥类似的作用以促进焊接过程。焊药一般可以包括例如典型的团聚状、粘结状或熔融状的焊药。这些焊药可以是中性、半中性或活性焊药，并且可以具有不同的酸性或碱性水平范围。示例的焊药的非限制性列表包括金红石铝酸盐AR、碱性铝酸盐。
23、AB、碱性氟化铝AF、碱性氟化物FB或硅酸钙CS焊药。另外，在某些实施例中，焊药可以选自根据EN760规范的焊药。0023此外，在某些实施例中，本披露的一方面是在焊接过程期间，焊药可以在电弧32所处位置处或附近例如，在1M、2MM、3MM或大约小于30MM与气流例如，保护气流和/或含氟气流基本上混合。也就是说，如以下参照图3至图6的详细描述，HSAW系统10的某些实施例可以包括焊炬18，该焊炬被配置成确保气流例如，保护气流和/或含氟气流在焊药达到电弧32之前或者当焊药到达电弧时一般替换分散在粒状焊药中的标准空气。在其他实施例中，焊药供应系统17可以在保护气体和/或含氟气体的气氛下另外或可替代地。
24、存储焊药，使得被输送到焊炬18的焊药可以与气流例如，保护气流和/或含氟气流预混合。0024一般应当理解，在HSAW系统10的某些实施例中，使用气流例如，包括保护气流、含氟气流或它们的任意混合物一般可以允许使用不同类型的焊药例如，可能与典型的SAW过程不兼容的焊药。也就是说，气流例如，包括保护气体和/或含氟气体可有助于控制电弧32、熔池和/或工件22表面上的焊药垫附近例如，大约1MM、2MM、3MM或大约小于30MM的局部气氛。这样，焊缝的质量会更少地依赖于焊药所提供的局部气氛。这样，当前的HSAW系统10可以利用低成本的焊药。此外，通过使用含氟气流，可以减少或一并消除在焊药或电极例如，药芯焊丝。
25、、金属芯焊丝或实心焊丝中常用的其他部件，例如，氟化物盐或者其他固氟源。这一般可以根据其他因素例如，涉及焊药和/或焊丝的成本、所需的焊缝性能、所需的焊缝化学成分、除渣、焊珠形状、熔深、熔覆率等来更自由地选择焊药和/或焊丝电极。例如，在利用含氟气流的实施例中，可以用更基本的焊药来代替一般被选用于减少焊缝中得到的氢含量的酸性焊药，同时仍然提供具有类似氢含量的焊缝。0025如上所述，图示的HSAW系统10通过控制输送到焊炬18、电弧32和/或工件22表面上的熔池的功率、焊丝、气体和焊药来控制焊接过程。另外，在某些实施例中，通过控制保护气体和/或含氟气体的化学成分，可以调整电弧32和/或所得的焊缝的化学。
26、成分。例如，当焊接尤其对存在扩散氢敏感的金属时，供气系统16可以供应更高流速的含氟气体，或者利用更高相对浓度的含氟气体例如，保护气体中的含氟气体在5至10之间以使扩散氢的清除达到最大限度。例如，当使用碳基含氟气体时，利用具有更多数量的碳即，更说明书CN104169036A5/10页8大的M值的气体会在仍然减少扩散氢的量的同时有助于所得的焊缝具有更多的碳，这对某些钢应用会是可取的。作为另一个实例，当使用碳基含氟气体时，使用具有一些氢即，X是氢原子，P大于0的气体可以给电弧带来益处，例如，在焊接过程期间仍然限制氢的含量这会有助于焊缝金属的同时增加电弧温度以及电弧穿入工件的熔深。然而，并非所有的含氟。
27、气体与涉及特定金属的应用兼容。例如，尽管六氟化硫SF6可以用作保护气体的添加剂以减少焊缝中存在的扩散氢的量，但是一些材料例如，钢与SF6不兼容，因为在焊接过程之后残留在焊缝中的硫例如，硫化亚铁的量会由于在焊缝凝固期间硫偏析而引起开裂。这样，目前某些公开的实施例利用的含氟气体基本上不含硫。0026对于一些实施方式，所希望的是供气系统16从分开的气源输送含氟气流例如，包括CF4、F2、CF2CL2或类似的含氟气体或气体混合物和保护气流例如，AR、HE、CO2、O2、N2或它们的任意混合物。转到图2，示出了HSAW系统40的另一个实施例的方框图。更具体地讲，图2示出了根据本披露的某些实施例的可以采用。
28、含氟气流来减少焊缝中的扩散氢的焊接系统40的一些内部元件。此外，类似于图1的HSAW系统10，图2所示的HSAW系统40总体上包括焊接电源12、焊丝进给器14、焊炬18、供气系统16和焊药供应系统17。0027在图2所示的实施例中，焊接电源12包括功率转换电路42，该功率转换电路接收来自交流电源44例如，交流电力网、发动机/发电机组或它们的组合的输入功率，调节输入功率，并且经由电缆46提供输出功率以便给焊丝进给器14供电，焊丝进给器进而根据系统40的要求给焊炬18供电。因此，在一些实施例中，功率转换电路42可以包括电路元件例如，变压器、整流器、开关等，其能根据如系统40所述的要求将交流输入电力。
29、转换成直流反接DCEP输出、直流正接DCEN输出或可变平衡交流输出。终止于夹具26的导线24将功率转换电路42连接至工件22，并且闭合焊接电源12、工件22和焊炬18之间的电路。0028焊接电源12还包括控制电路48，该控制电路48被配置成接收并处理有关焊接系统40的性能和要求的多个输入。控制电路48包括处理电路50和存储器52。存储器52可以包括易失性或非易失性存储器，例如，ROM、RAM、磁存储器、光学存储器或它们的组合。此外，多个控制参数可以与代码一起存储在存储器52中，所述代码被配置成在工作期间提供特定输出例如，启动焊丝供给，启用气流，启用焊药流等。处理电路50还可以接收来自用户接口5。
30、4的一个或多个输入，使用者可以通过用户接口选择工艺和输入所需的参数例如，电压、电流、特定的脉冲或非脉冲焊接的焊接规范等。例如，在某些实施例中，用户界面54可以使使用者能设置有关反接EP或正接EN电流的大小和幅值的参数例如，用于涉及可变平衡交流电的焊接应用。0029基于从操作者接收的这些输入，例如，经由传送到功率转换电路42的控制信号操作控制电路48以控制焊接功率输出的产生，焊接功率输出供应到焊丝上以用于执行所需的焊接操作。基于这些操作命令，功率转换电路42适合于形成最终会施加在焊炬18处的焊丝上的输出功率。为此，如以上所指出的，可以采用各种功率转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、。
31、转换器等。再者，在图2的实施例中，控制电路48还包括被配置成在工作期间与焊丝进给器14的电子器件对接的接口电路56。接口电路56连接至处理电路50以及焊丝进给器14的元件。另外，处理电路50经由连接至接口电路56的电缆58提供与焊接操作有关的控制信号给焊丝进给器14。如上所述，焊接电源12和焊丝进给器14可说明书CN104169036A6/10页9以通过电缆束20彼此连接，并且焊炬18可以经由电缆束28连接至焊丝进给器14。0030在图示的实施例中，供气系统16包括一个或多个含氟气源57和一个或多个保护气源59。也就是说，图示的供气系统16被配置成供应含氟气流例如，包括CF4、F2、CF2CL。
32、2、类似的含氟气体或它们的任意混合物和保护气流例如，包括AR、HE、CO2、O2、N2或它们的任意混合物到位于焊丝进给器14中的流量控制系统60。在其他实施例中，可以不使用保护气源59，焊药供应系统17供应的焊药可以在含氟气体清除来自熔池的残余氢的同时在熔池上方基本上提供保护气氛。在所描述的实施例中，供气系统16经由一个或多个保护气体导管62例如，导管束和一个或多个含氟气体导管64例如，导管束单独输送气体到气流控制系统60。在另一个实施例中，供气系统16可以连接至单个预混合气源例如，2的CF4，98的11的AR/CO2，该预混合气源可以经由单个气体导管连接至流量控制系统60，类似于图1的实施例。
33、。0031在图2的HSAW系统40中，流量控制系统60可以连接至多个含氟气源57以及多个保护气源59。例如，流量控制系统60可以经由保护气体导管束62中的不同导管接收来自两个保护气源59例如，AR和CO2的单独气流，并且经由含氟气体导管束64中的不同导管接收三个含氟气源例如，CF4、CF3CL和F2，并且提供来自五个单独气源的混合气流。应当理解，某些实施例可以采用任意数量的气体导管和气源。在另一个实施例中，流量控制系统60可以接收并调节来自一个或多个保护气源59和一个或多个含氟气源57的气流，并非它们混合在一起，而是单独例如，经由不同的导管输出气体到焊炬18。另外，流量控制系统60包括多个阀门。
34、66，并且可以包括对穿过气体导管68到达焊炬18的流入气流以及流出气流的流量进行调节的多个调节器、气流传感器等。0032保护气源59可以包括AR、HE、CO2、O2、N2或它们的任意混合物的任意一种。例如，保护气源59可以包括100CO2，大约85AR/15CO2的混合物，大约75AR/24CO2/1O2的混合物，大约95CO2/5N2的混合物，100CO2等。含氟气源57可以包括CMFNXP、NF3、BF3、SIF4、F2或WF6或它们的任意混合物的任意一种。其中X可以是氢或氯原子，M可以是1与5之间的任意值，N可以是1与18之间的任意值，并且P可以是0与18之间的任意值。例如，含氟气体可以。
35、是CF4、CF2C12、CF3C1、CF3H、C2F4H2、C2FC13、C2F4H2、C2F6、C3F6C12、C4F7H3等或它们的任意混合物的任意一种。或者，例如，含氟气体可以包括大约98CF4/2CF2CL2的混合物，大约90CF3H/10BF3的混合物，大约85C2F4/13CF4/2WF6的混合物等。在一个实施例中，通过流量控制系统60供应到焊炬18的总气流中的含氟气体的百分比在大约001与10之间。在一个实施例中，总气流中的含氟气体的百分比小于大约01、1、2、3、4或5。0033如图2所示，除流量控制系统60之外，焊丝进给器14还包括允许在焊丝进给器14上设置系统参数例如，送丝。
36、速率、工艺、选定的电流、电压或功率水平、保护气体/含氟气体的相对浓度和流速、焊药流速等的用户界面70。这样，用户界面70连接到控制器72上，该控制器允许根据操作者的选择来控制送丝速率，并且允许将这些设置经由接口电路56反馈到电源12。控制器72还基于用户定义的设置来控制流量控制系统60，并且调节每种单独的气体的相对比率和流速来产生将要经由气体导管68输送到焊炬18的所需的混合气流。如上所述，在一个实施例中，流量控制系统60可以经由多个气体导管68将含氟气体和保护气体单独输送到焊炬18。此外，在某些实施例中，控制器72可以连接至焊药供应系说明书CN104169036A7/10页10统17，使得可。
37、以通过从用户界面70输入的用户设置来控制焊药供应系统17例如，焊药漏斗73的操作。0034焊丝进给器14还包括在控制器72的控制下供应焊丝到焊炬18并且由此到达焊接应用的元件。例如，焊丝76的一个或多个焊丝供应器74例如，线轴容纳在焊丝进给器14中。焊丝进给器驱动单元78可以从线轴74展开焊丝76并且将焊丝76逐步供应到焊炬18。为此，焊丝进给器驱动单元78可以包括以适于建立合适的送丝的方式进行配置的元件，例如，电路、电机、辊子等。例如，在一个实施例中，送丝驱动单元78可以包括进给电机，该进给电机与进给辊啮合以便从焊丝进给器14朝着焊炬18推送焊丝。来自焊接电源12的电力通常通过电缆46被供应。
38、到进给的焊丝。0035图示的HSAW系统40包括具有焊药漏斗73的焊药供应系统17。焊药供应系统17一般可以通过导管75提供粒状焊药流到焊炬18。按照以下详细讨论，在某些实施例中，焊炬18可以包括接触末端，该接触末端被配置成用流量控制系统60所提供的保护气流、含氟气流或它们的任意混合物替代粒状焊药中的任何空气。在其他实施例中，焊药供应系统17可以连接至供气系统16，使得存储在焊药供应系统中例如，在焊药漏斗73中的焊药在经由导管75提供给焊炬18之前可以维持在包括含氟气体、保护气体或含氟气体/保护气体的混合物的气氛中。此外，如上所述，在某些实施例中，可以通过控制器72来控制焊药供应系统17，使得。
39、使用者可以控制焊药输送到焊炬18和/或工件22的速率。0036在图示的实施例中，焊炬18可以包括控制开关80、焊丝传送元件82、气体传送元件84和焊药传送元件85。以下按照图3至图6详细讨论焊炬18的某些实施例的其他方面。一般来讲，在焊接系统工作期间，焊丝可以通过电缆束28朝着焊炬18前进。在焊炬18中，可以设置额外的焊丝传送元件82，例如，额外的拉式电机和相关联的驱动辊。可以调节拉式电机来提供所需的送丝速率。另外，焊炬18中可以包括气体传送元件84例如，喷嘴、控制阀、气体扩散器等来控制并引导经由气体导管68接收的气体混合物例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物的气流。焊炬18还可以包括经。
40、由控制线86连接至焊丝进给器14中控制器72的控制开关80，该控制开关可以提供信号到控制器72以允许操作者开始和停止焊接操作。这些开始/停止信号可以从控制器72传输到流量控制系统60和焊接电源12。因此，激活控制开关80可以使气流开始流动，提供焊药，使焊丝前进，并且将电力用于前进的焊丝。0037在另一个实施例中，焊炬18还可以包括连接至焊丝进给器14的控制器72的一个或多个传感器。在工作期间，传感器可以被配置成测量来自焊炬18的表示焊接环境的一个或多个参数。为此，一个或多个传感器例如，热传感器、气体流速传感器、化学传感器、光学传感器等可以在整个焊接操作中连续地或者以所需的间隔测量所需的参数。随。
41、着传感器采集这种数据，该数据可以传送到焊丝进给器14中的控制器72，使得在系统工作期间可以通过控制器72调节焊接系统40的参数例如，含氟气体的浓度和流速、送丝速率、焊药速率、电弧电压和电流等。0038应当理解，一般希望调节来自焊炬18的接触末端的含氟气流例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物使得由焊药供应系统17供应的焊药垫在焊接过程期间不会在工件22的表面上受到干扰例如，在工件22的表面移动或从该表面去除。然而，还应当理解，在某些实施例中，希望提供给焊炬18的气流与焊药供应系统17供应的粒状焊药完说明书CN104169036A108/10页11全混合。因此，以下讨论了一般地可以提供这些所。
42、需特征的改进的焊炬18参照图3至图6。也就是说，以下描述的改进的焊炬实施例提供了一种改进的接触末端，该接触末端使输送气体例如，保护气体、含氟气体后它们的任意混合物在被输送到焊弧32时能穿过包围焊丝76的多个导管。按照目前公开的那样经由导管输送气流，可以使用较低的压力和流速。这一般防止焊药垫受到干扰，同时气流例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物可以仍然足够提供所需的一种或多种效果例如，清除残余的氢、控制焊缝的化学成分、稳定电弧、控制工件的表面化学成分等。此外，以下讨论的焊炬实施例使粒状焊药和气流在到达电弧和/或熔池之前在焊炬的接触末端能完全混合。应当理解，尽管参照图3至图6讨论的焊炬是HS。
43、AW焊接的焊炬的具体实施例，但是还考虑了在焊弧和/或熔池所处位置处或附近输送气流的其他焊炬的实施例例如，具有相对于焊炬本体设置在内部或外部的单种导管的焊炬。0039在考虑上述的基础上，图3是混合埋弧焊HSAW焊炬18的实施例的透视图，该焊炬被配置成提供气流、焊丝和焊药到工件22的表面。图示的HSAW焊炬18包括容纳多个通道的本体90以下进行详细讨论，焊丝和气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物在出来之前在焊炬18的末端92附近可以穿过这些通道。也就是说，由焊丝进给器14单独提供给焊炬18的焊丝76和气流68通常可以从一个端例如，近端部93进入焊炬并且通常可以靠近在焊炬18的远端92处的。
44、接触末端出来。另外，对于图3所示的焊炬的实施例，焊药传送元件85经由夹紧机构94连接到焊炬18的本体90上，使得焊药传送元件85包围焊炬18远端92附近的接触末端。在其他实施例中，焊药传送元件85可以是附在焊炬18的本体90上的导管，该导管在不包围接触末端的情况下在焊弧附近沉积焊药。此外，图示的焊药传送元件85包括导管96，该导管可以连接至导管75，以便接收来自焊药供应系统17的焊药。一般来讲，图示的焊药传送元件85使能够在接触末端周围输送焊药使得来自焊炬18的接触末端的气体可以与焊药完全混合，并且使得气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物可以代替粒状焊药中包括的大量的气体。此外，应当。
45、理解，由于图示的焊药传送元件85包围接触末端，所以通常可以使用低气压和/或气流速率来替换空气，这是通常希望的以便限制气流对焊药垫的干扰。0040在某些实施例中，通过在埋弧焊期间在熔池所处位置处或附近增加含氟气流，可以实现更低的氢水平以及改进的力学性能。也就是说，向SAW过程增加含氟气体比单独使用保护气体或粒状焊药提供对焊缝化学成分更好地控制。此外，在某些实施例中，通常希望尽可能靠近电弧32输送足够高流量的含氟气体，以确保气体在基本上不干扰焊药垫的情况下能到达电弧等离子体流。这样，图示的HSAW焊炬18总体上提供了一种改进的系统，该系统允许直接在电弧32处输送气体例如，保护气体、含氟气体或它们的。
46、任意混合物、焊丝和焊药，以便在电弧32所处位置处或附近提供所需量的所有成分的混合物。0041图4是沿着线44截取的图3所示的焊炬18的剖视图。具体地讲，图4图示了装载到焊炬本体90的一部分中并且被焊药传送元件85包围的接触末端100。焊炬本体90包括通道102例如，纵向通道，该通道连接至导管68例如，从焊丝进给器14的控制系统60，并且可以给气流103例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物提供穿过焊炬18的本体90的通道。此外，焊炬本体90包括另一个通道104，该通道可以提供输送焊丝76例如，来自焊丝进给器14到焊炬18的远端92的接触末端100的导管。图示的焊炬本说明书CN1041690。
47、36A119/10页12体90的实施例进一步包括总体上圆锥形的腔体106例如，匹配腔体，接触末端100适于牢固地安装在该腔体中。焊药传送元件85一般可以提供焊药流107到焊药传送元件85和焊炬本体90和/或接触末端100之间的腔体109中，使得从接触末端100出来的气流103可以在到达熔池之前与输送的焊药流107完全混合例如，以替代任何空气。0042图示的接触末端100在插入焊炬本体90中时可以提供紧密密封连接，使得容易促进气流例如，保护气体、含氟气流或它们的任意混合物从焊炬主体90进入并穿过接触末端100。图示的接触末端100通过常规装置例如，螺纹环或螺母108、插销、扣环或类似机构保持在焊。
48、炬本体90内，这些常规装置可以强有力地结合接触末端100并将其保持在工作位置。一般来讲，接触末端100的精确匹配的腔体有助于确保在电弧32即，焊炬18的远端92的方向上的正向气流并且不朝着焊炬本体90返回。当接触末端100位于焊炬本体90的圆锥形腔体106中时，随着焊炬本体90的机加工沟槽112与接触末端100的机加工沟槽114对齐而在两者之间形成室110，如图所示。另外，图示的室110连接至通道102，该通道输送气体穿过焊炬本体90即，三者全部流体连通。室110在引导气流到接触末端100之前总体上接收来自通道102的气体。由于接触末端100和圆锥形腔体106紧密安装的配合面，室110和通道1。
49、02彼此隔离以防止气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物经由通道102逸出。0043接触末端100具有供焊丝穿过的中央通道114，并且提供电接触以便与工件22形成电弧32。接触末端100进一步包括输送气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物到接触末端100的远端92的多个通道116例如，绕着中央通道114设置。在某些实施例中，这些通道116可以绕着中央通道114呈放射状或同轴地定向。此外，可以存在任何合适数量的通道116以便给气体提供从室110到焊炬18的远端92的通路。例如，某些焊炬实施例可以包括绕着中央通道114设置的1、2、3、4、5、6、8、10或12个通道116，以便有效地将气体例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物分散到焊弧和焊药中。0044图5图示了从焊炬本体90去除的接触末端100的剖视图。因此接触末端100的匹配部分包括带机加工沟槽112的总体锥形的部分118，该总体锥形的部分通常在形状上匹配以便当装载到焊炬18的本体90中时提供稳固安装。接触末端100包括用于供应焊丝和电力到电弧32的中央通道114，而周围通道116将来自室110的气流例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物输送到电弧32以及由焊药传送元件85提供的焊药流10。