專利名稱：包括感應加熱系統的焊接系統、感應加熱系統、和對焊接或切割工件加熱的方法
包括感應加熱系統的焊接系統、感應加熱系統、和對焊接或切割工件加熱的方法對相關申請的交叉引用本申請是美國臨時專利申請61/346，961的非臨時專利申請，該申請名稱為“高沉積弧焊接”，于2010年5月21日提交，該申請通過引用并入本文。
背景技術：
本發明一般涉及焊接或切割系統，且更具體地涉及用于焊接或切割過程的感應加熱系統。焊接是在各種工業應用中變得日益常用的處理。這樣的焊接操作用于多種類型的店內(in-shop)以及現場的各種環境中的重工制造。例如，焊接操作可用于制造管線、橋梁、建筑結構、產油設施、儲油罐、水塔、以及多種其它結構和組件。而且，具有各種組分、尺寸、幾何形狀等的寬范圍的各金屬可使用焊接處理而形成或接合。例如，大金屬板(例如，厚度1/2英寸或更大)可端對端地接合和焊接以形成“對焊”。類似接頭例如可形成在段的各管之間。不過，對焊可能需要大量消耗物(例如填充材料)和多次(pass)焊接操作，以形成高質量焊接。此外，將被焊接的金屬板可能需要制備，例如切割會機加工將被焊接的部件的邊緣。例如，兩個部件中的至少一個的邊緣可在焊接之前傾斜化。不幸的是，隨著將被焊接的板的厚度增大，焊接時間、焊接消耗物、焊接變形、和板制備成本增加，而焊接生產率(例如焊接速度)降低。在特定應用中，可能希望將工件預熱到所希望的溫度范圍。這可有助于達到所希望的焊接溫度，其中由焊弧加入額外熱量。這種類型的加熱結構可例如依賴于感應加熱線圈，感應加熱線圈圍繞工件卷繞并工作預定時間，或直到達到所希望的溫度。線圈然后被移除，可繼續進行焊接操作。已提出依賴于激光加熱的系統。然而，所有這些結構的效率略低，并可能相當昂貴。而且，根據加熱源的類型，這些結構可能無法達到更大型工件可能希望的更聞溫度。

發明內容
在示例性實施例中，一種焊接系統包括焊接動力供應器；送絲器，其聯接到所述焊接動力供應器；焊槍，其聯接到所述送絲器，并被配置為基于來自所述焊接動力供應器的動力而輸出來自所述送絲器的絲以產生焊弧。所述焊接系統進一步包括感應加熱系統，其鄰近于所述焊槍設置，并被配置為將工件的在所述焊弧前方的局部區域加熱到至少約0. 5的同系溫度。在另一示例性實施例中，一種輔助焊接加熱系統包括感應動力供應器，其被配置以產生交流電；降壓變壓器，其聯接/耦合(couple)到所述感應動力供應器；和感應加熱線圈，其鄰近于焊槍而設置。感應加熱線圈聯接/耦合(couple)到所述降壓變壓器，并被配置以接收所述交流電和在焊接工件中感應生成渦流，從而將在行進焊弧之前的所述焊接工件加熱到至少約0. 5的同系溫度。
在進一步的實施例中，一種用于對焊接工件加熱的方法，包括設置感應加熱線圈，所述感應加熱線圈被配置以接收交流電和在焊接工件中感應生成渦流，感應加熱線圈鄰近于所述焊接工件并沿焊部的方向處于所述焊槍的前方。所述方法進一步包括通過感應動力供應器產生交流電；將來自所述感應動力供應器的所述交流電傳送到降壓變壓器；將來自所述降壓變壓器的所述交流電傳送到所述感應加熱線圈。


通過閱讀以下參照附圖的詳細描述，本發明的這些和其它特征、方面、和優點將被更好地理解，在各圖中相同/相似的字符總是表示相同/相似的部分，其中圖1是包括感應加熱系統的示例性焊接系統的結構圖，其中，感應加熱系統被配置為在焊接過程之前增高焊接位置的溫度。圖2是例示出根據本公開內容各方面的圖1的焊接系統和感應加熱系統的示例性功能部件的結構圖。圖3是例示出根據本公開內容各方面的圖1的感應加熱系統的示例性功能部件的結構圖。圖4是示例性感應加熱線圈的立體圖，所述感應加熱線圈被配置為在焊接過程之前增進焊接位置的熔化。圖5是根據現有技術中已知焊接過程的通過對焊而結合的兩個板的示意圖。圖6是根據本公開內容各方面的通過對焊而結合的兩個板的示意圖。
具體實施例方式如下文中詳細所述，將描述被配置為在弧焊過程之前加熱焊接位置的感應加熱系統的實施例。感應加熱系統適于恰在焊弧到達焊接位置之前將焊接接頭(weld joint)的局部區域加熱到更高溫度。由焊弧產生的熱量于是用于使工件高于熔點并使焊絲電極熔化。結果，焊接過程能夠以更快速度進行，和/或具有更強穿透性，和/或具有更佳機械性能，由此提高焊接過程的生產率和/或質量。而且，與先前的感應加熱技術相比，執行加熱集中得多。感應加熱系統包括感應加熱線圈，感應加熱線圈在待焊接工件的表面近處定位并鄰近于焊槍。由動力供應器產生的交流電流動通過感應加熱線圈，感應加熱線圈在待焊接工件中感應生成渦流。渦流流動通過工件，由此對工件進行電阻加熱。通過對傳輸到感應線圈的交流電的頻率進行控制，可在處理中的焊部前方緊鄰處控制感應線圈與工件表面的距離、感應線圈的行進速度、和工件被加熱到的溫度。特別地，工件可被加熱到0. 5或更高的同系溫度(homologous temperature)。在本公開內容中所使用的材料的“同系溫度”是指，材料實際溫度與材料熔化溫度的比率，這兩種溫度均以絕對溫度形式(例如開爾文度)表示。以下所描述的系統可用于各種不同的焊接過程。例如，所述感應加熱系統可用于埋弧焊(SAW)、自保護藥芯弧焊(FCAW)、金屬芯弧焊(MCAW)、攪拌摩擦焊(FSW)、螺柱焊接、閃光對焊、等離子焊、點焊、縫焊、激光焊、鎢極氣體保護弧焊(GTAW)，等等。現在轉向附圖，圖1例示出示例性的焊接系統10，用于對焊接操作進行供能、控制、和供料。焊接系統10包括焊接動力供應器12、送絲器14、和焊槍16。動力供應器12可為需要動力源18的基于功率變換器或逆變器的焊接動力供應器。可以在動力源設置多種不同的電路設計，可以預見到多種不同的焊接形式(例如，直流、交流、脈沖、短路，等等)。任何這些傳統的電路和處理技術可結合本發明的感應加熱技術使用。在其他實施例中，焊接動力供應器12可為發電機或交流發電機焊接動力供應器，可包括內燃機。焊接動力供應器12還可包括用戶界面20，在需要時用于調節各種焊接參數(例如電壓和電流)和用于連接動力源18。此外，氣體源22可被聯接到焊接動力供應器12。氣體源22是供應到焊槍16的保護氣體之源。氣體源22還將保護氣體供應到輔助保護氣體擴散器24。例如，在特定實施例中，氣體源22可供應氬氣。應認識到，保護氣體通過焊槍16和輔助氣體擴散器24施加于液體焊接熔池的位置，以防止吸收到可能導致焊部發生冶金損傷的大氣氣體。如圖所示，焊接動力供應器12聯接到焊接送絲器14。例如，焊接動力供應器12可通過送給器動力導線、焊接纜線、氣體軟管、和控制纜線聯接到焊接送絲器14。在例示實施例中所示的焊接送絲器14將焊絲提供到焊槍16用于焊接操作。可使用各種焊絲。例如，焊絲可以是實心(solid)碳鋼、實心鋁、實心不銹鋼、復合保護藥芯焊絲，等等。本發明可用于任意適合類型的電極，并適用于任意適合的絲組分。而且，焊絲的厚度可根據使用焊絲的焊接應用而改變。例如，焊絲可為0. 045,0. 052、1/16、3/32、1/8、或任何其它直徑。而且，焊接送絲器14可封裝有各種內部部件，例如，送絲驅動系統、電動馬達組件、電動馬達，等等。焊接送絲器14可進一步包括控制面板(未示出)，以允許用戶設定一個或多個送絲參數，例如送絲速度。在所示的實施例中，輔助保護氣體擴散器24也通過氣體軟管26聯接到焊接送絲器14。不過，焊接送絲器14可被用于任意送絲過程，包括氣體操作(氣體金屬弧焊(GMAW))或無氣操作(保護金屬弧焊(SMAW)或自保護藥芯弧焊(FCAff))o如圖所示，焊絲通過第一纜線28送給到焊槍16。第一纜線28還可將氣體供應到焊槍16。如進一步所示，第二纜線30將焊接動力供應器12聯接到工件32 (典型地利用一夾)，從而在焊接t呆作過程中在焊接動力供應器12與焊槍16之間完成電路。示例性焊接系統10還包括感應加熱系統34。如前所述，感應加熱系統34包括感應加熱線圈36和感應動力供應器38。感應動力供應器38包括用戶界面40。用戶界面40可包括按鈕、旋鈕、表盤，等，以允許操作者調整感應動力供應器38的各種操作參數。例如，用戶界面40可被配置為使操作者能夠設定和調節由感應動力供應器38產生的交流電的頻率。類似地，用戶界面40可使操作者能夠選擇感應加熱線圈36的所希望的溫度。用戶界面40還可包括一個或多個顯示器，顯示器被配置以將系統反饋提供到操作者(例如，感應加熱線圈36的實時溫度、感應加熱線圈36相對于工件32的行進速度，等)。感應動力供應器38通過電線導體44而聯接到降壓變壓器42。更特別地，兩個電線導體44從感應動力供應器38導引到變壓器42，每個電線導體44導引到柔性管或導管內。而且，感應加熱系統34可為空冷或液冷系統。例如，冷卻劑可流動到導引每個電線導體44的柔性管內。在特定實施例中，一個導引電線導體44的柔性管包含進入變壓器42的流動冷卻劑，而另一導引電線導體44的柔性管包含從變壓器流動到對冷卻劑除熱的換熱器或其它裝置的流動冷卻劑。交流電流出變壓器42并通過電導體46供應到感應加熱線圈36。如下文中詳細所述，電導體46可具有中空芯并也可導引流動冷卻劑通過感應加熱線圈36。在所示的實施例中，感應加熱線圈36接近于工件32設置。當交流電流動通過感應加熱線圈36時，渦流在工件32內生成和感應。渦流抵制于工件32的電阻而流動，由此在工件32中產生局部加熱。如圖所示，感應加熱線圈36在焊槍16前方定位。換言之，對沿方向48操作和行進的焊槍16而言，感應加熱線圈36設置在焊槍16前方(即，沿焊接接頭并在由焊槍16形成的焊弧50之前)。結果，感應加熱線圈36在焊弧50前方緊鄰處加熱工件32的局部區域52，由此恰在焊弧50之前升高局部區域52的溫度。例如，感應加熱線圈36可以將局部區域52的溫度升高到約0. 5,0. 55,0. 6,0. 65,0. 7,0. 75或更大的同系溫度。本領域技術人員應認識到，這樣的溫度通常顯著高于傳統上的“預熱”溫度。例如，工件32可由鋼制成，并可具有約1800K的熔化溫度。對于鋼制工件32而言，感應加熱線圈36可將局部區域52加熱到約1300K(即，約0.72的同系溫度)。再如，工件32可由鋁制成，并可具有約933K的熔化溫度。對于鋁制工件32而言，感應加熱線圈36可將局部區域52加熱到約622K( S卩，約0. 66的同系溫度)。換言之，感應加熱線圈36可提供使工件32的局部區域52熔化所需熱量的約半數或過半的熱量。因此，當焊槍16沿方向48行進時，焊弧50使工件32的局部區域52達到熔化溫度所需提供的熱量更少。因此，更多的由焊弧50生成的熱量可用于熔化焊絲，這使焊槍16能夠以更高速度完成工件32的焊接。如圖所示，焊接動力供應器12和感應動力供應器38也可以聯接。例如，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可利用硬線、通過無線連接、在網絡上、或通過其他方式聯接。如在下文中更詳細所述，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可在示例性焊接系統10的操作過程中交換數據和信息。更特別地，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可協作起作用(例如利用相互反饋)以調節示例性焊接系統10的各種操作參數。應注意，對圖1所示的示例性焊接系統10的修改可根據本發明的各方面進行。雖然所示實施例在弧焊處理的應用環境中進行描述，不過本發明的各特征也可用于各種其它適合的焊接或切割系統或處理。例如，感應加熱系統34可以用于等離子切割系統或用于板彎曲系統。更特別地，感應加熱系統34可以設置在等離子切刀前方以增加等離子切部前方局部區域的溫度(即，使局部區域的溫度升高到至少0. 5的同系溫度)，由此能夠增加切割速度。而且，雖然感應加熱系統34在本實施例中位于焊槍16的前方，不過感應加熱系統34也可位于其它位置。例如，感應加熱系統34可位于焊槍16之后以在工件32焊接和熔融之后對焊接位置提供熱處理。類似地，特定實施例可包括多于一個感應加熱系統34或線圈(即，第一感應加熱系統34或線圈位于焊槍16前方以在焊接前將局部區域52的溫度升高到至少0. 5的同系溫度，第二加熱系統34位于焊槍16之后以對已經熔融的焊接位置提供熱處理)。圖2是例示出示例性焊接系統10的特定內部部件的結構圖。如前所述，動力源18可向焊接動力供應器12和/或感應動力供應器38供能。焊接動力供應器12向焊接送絲器14提供動力，且焊接動力供應器12聯接到工件32，由此在焊接操作過程中在焊接動力供應器12與焊槍16之間完成電路。感應動力供應器38生成交流電，所述交流電供應到變壓器42，變壓器42隨后將電流導引到感應加熱線圈36。如前所述，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可聯接并被配置以交換信息和數據(例如，操作參數、設定狀態、用戶輸入，等)，從而使焊接動力供應器12和感應動力供應器38能夠協作起作用。焊接動力供應器12包括多個內部部件以調整焊接系統10的各種操作參數。在所示的實施例中，焊接動力供應器12包括控制電路54、處理器56、記憶電路58、和界面電路60。控制電路54被配置以將控制信號施加于焊接動力供應器12和/或焊接送絲器14。例如，控制電路54可將與焊接動力供應器12所提供電壓或電流相關的控制信號提供到焊接送絲器14。控制電路54也可提供用于調整焊接送絲器14操作的控制信號，例如脈寬調制(PWM)信號，用以調整焊接送絲器14中的馬達組件的占空比，等等。控制電路54進一步聯接到處理器56、記憶電路58和界面電路60。界面電路60聯接到焊接動力供應器12的用戶界面20。如前所述，用戶界面20被配置以使操作者能夠輸入和控制焊接動力供應器12的各種設定狀態。例如，用戶界面20可包括菜單，用于選擇焊接送絲器14的所希望的電壓或電流輸出。此外，用戶界面20可包括焊接處理或焊絲材料和直徑的菜單或清單。應認識到，不同的焊接處理、焊絲材料和焊絲直徑可能具有不同的特性，并可能要求改變各種操作參數的配置。例如，要求改變數值的配置參數可以包括電壓輸出、電流輸出、送絲速度、送絲扭矩，等等。對于各種焊接處理、焊絲材料和焊絲直徑中的每種，對這種配置參數以及其它參數的預設值可存儲在記憶電路58中。在示例中，用戶可從焊接動力供應器12的用戶界面20上顯示的多種不同焊接處理的菜單中選擇一焊接處理。用戶界面20將焊接處理的選擇通訊傳送到界面電路60，界面電路60將所述選擇通訊傳送到處理器56。處理器56然后取回被存儲在記憶電路58中的用于焊接處理的特定的配置參數。此后，處理器56將配置參數發送到控制電路54，從而使控制電路54可將適合的控制信號施加于焊接送絲器14。在特定實施例中，如下所述，焊接動力供應器12的控制電路54還可將配置參數通訊傳送到感應動力供應器38。在所示實施例中，感應動力供應器38包括控制電路62、處理器64、記憶電路66、和界面電路68。控制電路62被配置為將控制信號施加于感應動力供應器38和/或變壓器42。例如，控制電路62可將與感應動力供應器38所供應交流電相關的控制信號(例如，交流頻率)提供到變壓器42。此外，控制電路62還可調整用于感應動力供應器38和/或變壓器42的冷卻系統。如前所述，感應加熱系統34可以使用空氣或冷卻劑在整個感應加熱系統34中提供循環冷卻。例如，控制電路62可以調整通過變壓器42和感應加熱線圈36的液體冷卻劑的流動，從而使感應加熱系統34保持所希望的溫度。控制電路62進一步聯接到處理器64、記憶電路66和界面電路68。界面電路68聯接到感應動力供應器38的用戶界面40。如前所述，感應動力供應器38的用戶界面40使操作者能夠調整感應動力供應器38的一種或多種操作參數或者設定狀態。例如，用戶界面40可使用戶能夠從設計菜單中選擇感應加熱線圈36的特定設計。應認識到，不同的感應加熱線圈36的設計可具有不同的配置參數。例如，不同的設計可能具有不同的最大操作溫度，并且可能需要不同的交流電頻率以實現所希望的溫度。類似地，用于冷卻感應加熱系統34的冷卻劑可具有不同的配置參數(例如，傳熱系數、粘度、流速，等)。這種配置參數以及其它參數的預設值可存儲在記憶電路66中。例如，用戶界面40可將用戶對感應加熱線圈36的設計選擇通訊傳送到界面電路68，界面電路68可將所述選擇通訊傳送到處理器64。處理器64然后可以取回被存儲在記憶電路66中的用于感應加熱線圈36的特定的配置參數。此后，處理器64將配置參數發送到控制電路62，從而使控制電路62可將適合的控制信號施加于感應動力供應器38和變壓器42。如前所述，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可以通過硬線、無線連接、網絡連接、或類似方式相互聯接。特別地，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可被配置為相互收發與焊接系統10操作相關的數據和信息。例如，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可相互通訊以協調感應加熱線圈36和焊槍16沿工件32的速度。應認識到，在特定的實施例中，感應加熱線圈36和焊槍16均被設計為自動操作。結果，焊接動力供應器12和感應動力供應器38可聯接和配置為隨著感應加熱線圈36和焊槍16沿工件32以方向48行進而在感應加熱線圈36與焊弧50之間保持恒定的距離。例如，焊槍16和感應加熱線圈36可均具有傳感器，所述傳感器被配置以測量沿工件32的行進速度或者溫度。再如，焊接動力供應器12可將用戶所選擇的焊接處理(即，由操作者通過用戶界面20而選擇的焊接處理)通訊傳送到感應動力供應器38。更特別地，焊接動力供應器12的控制電路54可將對焊接處理的選擇通訊傳送到感應動力供應器38的控制電路62。此后，感應動力供應器38的控制電路62可基于用戶選擇的焊接處理而對各種操作參數中的任意項進行修改。例如，控制電路62可基于所選擇的焊接處理而啟始或終止所述處理，或者調整被提供到感應加熱線圈36的交流電的頻率或幅度、或者通過變壓器42和/或感應加熱線圈36的冷卻劑的流速，以實現所希望的感應加熱線圈36的最高溫度。更特別地，對于所選擇的焊接處理，處理器64可以從記憶電路66中取回用于所選擇的焊接處理的配置參數，并將配置參數發送到控制電路62。類似地，感應動力供應器38的控制電路62可將操作信息或數據發送到焊接動力供應器12的控制電路54。例如，控制電路62可將感應加熱線圈36的溫度數據(例如，最高溫度或實時溫度)發送到焊接動力供應器12的控制電路54。此后，響應于從感應動力供應器38接收的數據，焊接動力供應器12的控制電路54可以調節焊接動力供應器和/或焊接送絲器14的一種或多種操作參數。例如，基于從感應動力供應器38的控制電路62接收的感應加熱線圈36的溫度數據，焊接動力供應器12的控制電路54可啟始或終止所述焊接處理，或者調節焊接送絲器14的送絲速度或扭矩。應認識到，在感應加熱線圈36向焊弧50前方工件32的局部區域52提供較高溫度時，可能需要較慢的送絲速度。應注意，在特定的實施例中，用于生成和控制感應加熱動力和焊接動力的動力供應器和控制電路可以組合。也就是說，一些或所有所述電路可設置在單一的動力供應器中，特定的電路可實現多功能(例如，操作者界面部件)。此外，中央控制器可將協調和同步命令提供到焊接/切割系統和感應系統。還應注意，在目前的論述中，雖然根據焊接系統設計有時參照焊槍和相鄰感應加熱系統的行進或運動，不過焊槍和感應加熱系統實際上可被取代，而在其它系統中，這些裝置可保持基本靜止，且一個或多個工件移動。例如可為這樣的情況在特定的機械或自動操作中，在埋弧焊應用中，等。這兩種情形均意在被涵蓋在本發明中，對移動焊槍和感應加熱系統的參照描述應被理解為包括在這些部件和一個或多個工件之間的任何相對運動。圖3是圖1所示感應加熱系統34的實施例的示意圖,其中例示出感應動力供應器38、降壓變壓器42、和在由焊槍16所產生焊弧50前方定位的感應加熱線圈36。如前所述，變壓器42通過電線導體44被聯接到感應動力供應器38。感應動力供應器38通過電線導體44將交流電供應到變壓器42。例如，所述交流電可具有從5000Hz至300000Hz的頻率，不過也可以應用其它頻率。交流電從變壓器42通過電導體46供應到感應加熱線圈36。特別地，交流電通過被附接到變壓器42基體72的動力連接部70而流出變壓器42。電導體46聯接到動力連接部70，例如通過軟焊、硬焊或栓接而聯接。如前所述，電導體46可具有中空芯，由此使冷卻劑能夠流動通過電導體46和感應加熱線圈36，從而調整感應加熱線圈36的最高溫度。換言之，電導體46和感應加熱線圈36可以承載交流電和冷卻劑流。如圖所示，變壓器42由頂板74和底板76支撐。在特定實施例中，頂板74和底板76可由陶瓷或其它電絕緣材料形成。頂板74和底板76進一步聯接到金屬框架78。金屬框架78可被配置為使得在工件32與感應加熱線圈36之間的距離80可調節。金屬框架78可進一步緊固到觸輪(trolley)或其它可動組件，觸輪或其它可動組件被配置為在多平面中沿工件32的焊接接頭驅動和引導感應加熱系統34。而且，觸輪或其它可動組件可聯接到感應動力供應器38的控制電路62，使得控制電路62可調整感應加熱線圈36和這個感應加熱系統34相對于工件32的運動和速度。圖4是圖3中所示感應加熱線圈36的實施例的立體圖。在所示實施例中，感應加熱線圈36由方管80制成，方管80形成具有線性線圈構造的一個線圈塊體82。特別地，方管80具有的寬度84可約為0. 25英寸、0. 5英寸、0. 75英寸、1. 0英寸、或更大。應認識到，由于感應加熱線圈36由方管80形成，因而感應加熱線圈36的高度86等于所述寬度84。而且，由方管80形成的線圈塊體82進一步形成間隙88。例如，間隙88可約為0. 25英寸、0. 5英寸、0. 75英寸、1. 0英寸、或更大。在特定實施例中，線圈塊體82可形成為使得間隙88的尺寸等于方管80的寬度84。而且，雖然感應加熱線圈36的所例示的實施例由方管制成，不過，感應加熱線圈36的其它實施例可由具有其它幾何形狀的管(即，圓形、橢圓形、矩形、或其它多邊形的管)制成。類似地，雖然感應加熱線圈36的所示實施例中的方管80形成一個線圈塊體82，不過其它實施例可以具有多于一個線圈。除了線圈塊體82以外，方管80包括第一線圈柱90和第二線圈柱92，第一線圈柱90和第二線圈柱92被配置為聯接到電導體46。第一線圈柱90和第二線圈柱92從電導體46接收交流電并使交流電流通經過感應加熱線圈36的線圈塊體82。而且，第一線圈柱90和第二線圈柱92可從電導體46接收冷卻劑流。特別地，冷卻劑可以流動通過方管80的第一線圈柱90和第二線圈柱92，并且被導引通過方管80的線圈塊體82。而且，感應加熱線圈36可通過感應加熱線圈通量集中器94被封裝。例如，感應加熱線圈通量集中器94可為盒或其它中空結構，由諸如鐵氧體(ferrite)之類的材料形成。此外，感應加熱線圈通量集中器94可被涂覆以一散熱化合物，散熱化合物被配置以將熱量傳遞到線圈的冷卻元件。圖5是使用現有技術中公知焊接工藝在第一板98與第二板100之間形成的對焊接頭96的實施例的示意圖。更特別地，第一板98的邊緣102接合于第二板100的邊緣104。如圖所示，第一和第二板98、100的邊緣102、104傾斜。也就是說,第一和第二板98、100在接合前被機加工，并被焊接以在邊緣102、104處形成傾斜表面。應認識到，對于較厚的第一和第二板98、100 (例如，0. 5英寸或更大的厚度106)，邊緣102、104可能在將板98和100焊接到一起之前進行制備，例如傾斜化，以確保焊接的質量和強度。特別地，對于較厚的板98、100而言，由焊弧50產生的熱量可能不足以使板98、100的厚度106達到熔化溫度。因此，板98、100的邊緣102、104可傾斜，以允許焊弧50穿透板98、100的厚度。此外，對焊接頭96可能需要多次(pass)焊弧50操作。在制備之后，板98、100的邊緣102、104通過焊接接合到一起。如圖所示，在對焊接頭96處，邊緣98、100的邊緣102、104形成間隙108。在焊接操作過程中，間隙108被填充以焊接填料110(即，焊絲)。對于具有大或寬間隙108和/或大傾斜部102、104的對焊接頭96而言，可能需要充足的焊接填料110以完成焊接，導致焊接材料成本增加和焊接效率降低。此外，對焊接頭96中較大的間隙108可進一步導致焊接變形加劇(即，板98、100中接近對焊接頭96處的局部塑性變形)。圖6是圖5所示對焊接頭96使用具有感應加熱系統34的焊接處理在第一板98和第二板100之間形成的示意圖。如圖所示，所示對焊接頭96形成在板98、100的邊緣102、104之間。不過，不同于圖5中所示的邊緣102、104，在所示實施例中的邊緣102、104不傾斜。在其它實施例中，邊緣102、104可很輕微地傾斜。如前所述，具有感應加熱系統34的焊接系統10的實施例能夠使焊弧50之前的工件32的局部區域52的溫度升高到約0. 5或更大的同系溫度。感應加熱系統34的操作(即，使渦流流動通過工件32)使得板98、100在板98、100的厚度106范圍內的溫度增高更均勻。結果，焊弧50使板98、100的整個厚度106達到熔化溫度所需提供的熱量更少。因此，邊緣102、104之間的間隙108可能很小，而且可能很少需要或不需要邊緣102、104傾斜。例如，間隙108可具有約0. 15英寸或更小的寬度112。因此，需要相對較小量的焊接填料110來完成對焊接頭96。由于需要較少焊接填料110來完成對焊接頭96，因而焊接處理可更快地完成，對焊接頭96可經歷更小的焊接變形。如前所述，本公開內容的各實施例包括感應加熱系統34，感應加熱系統34被配置為加熱焊弧50前方的工件32的局部區域52。特別地，感應加熱系統34可使局部區域52的溫度升高到約0. 5或更大的同系溫度。結果，焊弧50使工件32的焊接接頭達到熔化溫度所需提供的熱量更少。由于感應加熱系統34能夠將顯著量的熱量提供到恰在行進中焊弧50前方的工件32的局部區域52，因而焊弧50能夠以更快速度完成焊接接頭。類似地，需要較少焊接填料110填充在板98、100或將被焊接表面之間的間隙108，使得材料成本更低。應認識到，所公開的感應加熱系統34的實施例為焊接系統10提供相對較低的成本和相對較少維護的輔助加熱源，以增加各種焊接和相關處理的效率。雖然在此僅例示和描述了本發明的特定特征，不過本領域技術人員將實現多種修改和變化。因此，應理解，所附權利要求意在涵蓋處于本發明實質精神范圍內的所有這樣的修改和變化。
權利要求
1.一種焊接系統，包括 焊接動力供應器； 送絲器，其聯接到所述焊接動力供應器； 焊槍，其聯接到所述送絲器，并被配置為基于來自所述焊接動力供應器的動力而輸出來自所述送絲器的絲以產生焊弧；和 感應加熱系統，其鄰近于所述焊槍設置，并被配置為將工件的在所述焊弧前方的局部區域加熱到至少約0. 5的同系溫度。
2.如權利要求1所述的焊接系統，包括 感應動力供應器，其被配置以產生交流電；和 變壓器，其聯接到所述感應動力供應器， 其中，所述感應加熱系統包括感應加熱線圈，所述感應加熱線圈聯接到所述變壓器并被配置以接收所述交流電和在所述工件中感應生成渦流。
3.如權利要求2所述的焊接系統，其中 所述感應動力供應器包括控制電路，所述感應動力供應器聯接到所述焊接動力供應器，所述控制電路被配置以基于所述焊接動力供應器和所述焊接送絲器中至少一種的操作參數而將控制信號施加于所述感應動力供應器。
4.如權利要求3所述的焊接系統，其中 所述操作參數包括所述焊接動力供應器的電壓輸出，所述焊接動力供應器的輸出電流，所述焊接送絲器的送絲速度，或它們的組合。
5.如權利要求2所述的焊接系統，其中 所述感應加熱線圈包括中空管。
6.如權利要求2所述的焊接系統，其中 所述感應加熱線圈包括線性線圈構造。
7.如權利要求2所述的焊接系統，其中 所述感應加熱系統包括感應加熱線圈通量集中器，其圍繞所述感應加熱線圈設置。
8.如權利要求2所述的焊接系統，其中 所述感應加熱系統包括冷卻系統，其被配置以調整所述變壓器和所述感應加熱線圈中的至少一種的溫度。
9.如權利要求8所述的焊接系統，其中 所述冷卻系統包括液體冷卻劑，其被配置以流動通過所述變壓器和所述感應加熱線圈中的至少一種。
10.如權利要求2所述的焊接系統，包括 可動組件，其被配置以支撐所述感應加熱系統、沿焊部方向平移所述感應加熱線圈、控制所述感應加熱線圈在所述焊接工件上方的高度、或者進行所述支撐、平移、控制操作的組口 o
11.如權利要求1所述的焊接系統，其中 所述感應加熱系統被配置為將工件的在所述焊弧前方的局部區域加熱到至少約0. 5的同系溫度。
12.如權利要求1所述的焊接系統，其中所述感應加熱系統被配置為將工件的在所述焊弧前方的局部區域加熱到至少約0. 7的同系溫度。
13.一種輔助焊接加熱系統，包括 感應動力供應器，其被配置以產生交流電； 降壓變壓器，其聯接到所述感應動力供應器；和 感應加熱線圈，其鄰近于焊槍而設置，聯接到所述降壓變壓器，并被配置以接收所述交流電和在焊接工件中感應生成渦流，從而將在行進焊弧之前的所述焊接工件加熱到至少約0.5的同系溫度。
14.如權利要求13所述的輔助焊接加熱系統，其中 所述輔助焊接加熱系統被配置為將在所述行進焊弧之前的所述焊接工件加熱到至少約0. 65的同系溫度。
15.如權利要求13所述的輔助焊接加熱系統，其中 所述輔助焊接加熱系統被配置為將在所述行進焊弧之前的所述焊接工件加熱到至少約0. 75的同系溫度。
16.如權利要求13所述的輔助焊接加熱系統，其中 所述感應加熱線圈沿焊部的方向設置在焊槍的前方。
17.如權利要求13所述的輔助焊接加熱系統，其中 所述感應加熱線圈沿切部的方向設置在等離子切割器的前方。
18.如權利要求13所述的輔助焊接加熱系統，其中 所述感應加熱線圈沿焊部的方向設置在焊槍的后方，且所述輔助焊接 加熱系統被配置為對所述工件施加熱處理。
19.一種用于對焊接或切割工件加熱的方法，包括 使感應加熱線圈和相鄰的焊槍或等離子切割槍定位在相對于工件的操作位置，所述感應加熱線圈被配置以接收交流電和在所述工件中感應生成渦流，并沿焊部或切部的方向處于所述焊槍或等離子切割槍的前方； 通過感應動力供應器產生交流電； 將來自所述感應動力供應器的所述交流電傳送到降壓變壓器； 將來自所述降壓變壓器的所述交流電傳送到所述感應加熱線圈；和 將所述工件加熱到至少約0. 5的同系溫度。
20.如權利要求19所述的用于對焊接或切割工件加熱的方法，包括 在行進焊弧或等離子切割器的前方沿所述焊部或切部的方向平移所述感應加熱線圈。
全文摘要
一種輔助焊接加熱系統(34)，包括感應加熱線圈(36)，其鄰近于焊槍或等離子切刀(16)而設置。輔助焊接加熱系統(34)進一步包括感應動力供應器(38)，其被配置以產生交流電；和降壓變壓器(42)，其聯接到所述感應動力供應器(38)。感應加熱線圈(36)聯接到所述降壓變壓器(42)，并被配置以接收所述交流電和在焊接工件(32)中感應生成渦流，從而將在行進焊弧或等離子切刀之前的所述焊接工件(32)加熱到至少約0.5的同系溫度，同系溫度是材料實際溫度與材料熔化溫度之比，實際溫度和熔化溫度均以絕對溫度形式表示。
文檔編號B23K9/10GK103038016SQ201180025068
公開日2013年4月10日 申請日期2011年5月20日 優先權日2010年5月21日
發明者托德·厄爾·霍爾沃森, 杰拉爾德·愛德華·瓊斯, 瓦列里·麗莎·羅茲, 斯蒂芬·金·馬登 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司