[发明专利]具有提供用于控制AC弧焊工艺的高/低阻抗的桥接电路的焊接电源

说明书

技术领域

本发明涉及焊接电源和方法。本发明的某些实施方案涉及弧焊。更特别地，本发明的某些实施方案涉及用于提供受控的AC弧焊工艺的系统和方法。

技术背景

某些现有技术的焊接系统在焊接电源中使用桥接拓扑结构来提供AC焊接能力。半桥拓扑结构可以被用在具有双输出电流路径的焊接电源中，所述双输出电流路径被配置来共享一共同路径，以使在共享路径中每路输出可以产生(induce)相反极性的流。在实践中，许多焊接电源被这样配置并且可以只需要添加第二套整流器件来实现第二路径。开关可以被置于每个电源支路(leg)的非共享路径中，并且通过连接的焊接输出电路路径的电流方向由有源支路确定。全桥拓扑结构可以与几乎任何电源拓扑结构一起使用，提供灵活性以及被添加到现有设计的电源的潜在性。全桥拓扑结构允许过零辅助电路的容易实现。阻塞二极管(blocking diode)可以被用来保护电源中的器件免受过零期间发生的高压瞬变的影响。

对于某些短路过渡焊接工艺(如，举例来说，表面张力过渡工艺)而言，输出电流在工艺中的某些点处必须迅速地衰减到特定的值。在现有技术中，多种技术已经被用来在DC正应用和DC负应用中获得输出电流中的这样的迅速的降低。然而，在AC弧焊工艺中迅速地降低正和负两个方向上的输出电流，同时保持泄漏电流和飞溅为最小的程度并且同时在熔融金属球从电极转移到工件之后允许电弧容易地在可消耗的电极和工件之间重建，这样的能力是一个具有挑战性的问题。

通过将常规的、传统的以及已提出的手段与如在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本发明的实施方案相比，对本领域技术人员来说这样的系统和方法的进一步的局限性和缺点将会变得明显。

发明内容

本发明的实施方案包括用于提供受控的AC弧焊工艺的系统和方法。出于迅速地衰减电弧电流而不让电流趋于零(这会使得难以保持电弧)的目的，用来在AC输出焊接机器的焊接电路中引入高阻抗路径的装置被提供。AC焊接、可变极性焊接(例如，以任一极性的DC焊接)以及其他混合焊接工艺被支持。主桥接电路和辅助桥接电路的配置允许通过焊接输出电路路径的输出焊接电流的方向切换，并且选择性地提供一个或更多个高阻抗路径来迅速地衰减电弧电流。高阻抗路径有助于熔融金属球(熔滴)从可消耗电极到工件的低飞溅转移，并且进一步有助于在熔融金属球被转移时可消耗电极和工件之间的电弧的重建或保持。一般而言，当在焊接工艺期间熔滴将要从可消耗的焊丝电极的端部转移到工件时(例如，表面张力可以被用来以低飞溅的方式将熔滴移过去)，高阻抗路径阻断(quench)电流。

本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括功率转换电路，所述功率转换电路被配置来将输入电流转换为输出电流。所述功率转换电路可以是以半桥输出拓扑结构为基础的变压器。所述功率转换电路可以包括DC输出拓扑结构。所述功率转换电路可以是例如基于逆变器的电路或基于斩波器的电路。所述焊接电源还包括主桥接电路，所述主桥接电路被可操作地连接到所述功率转换电路并且被配置来在所述焊接电源的控制器的命令下切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述主桥接电路可以被配置为例如半桥电路或全桥电路。所述主桥接电路可以包括例如至少两个开关晶体管。所述焊接电源进一步包括辅助桥接电路，所述辅助桥接电路被可操作地连接到所述主桥接电路并且被配置来在所述焊接电源的所述控制器的命令下在所述功率转换电路和所述焊接输出电路路径之间引入高阻抗路径。所述辅助桥接电路可以包括例如至少两个开关晶体管和至少一个电阻器。根据各种实施方案，所述至少一个电阻器的电阻值可以小于两欧姆或者小于一欧姆。所述功率转换电路、所述主桥接电路和所述辅助桥接电路可以被配置来在所述焊接电源的所述控制器的命令下提供DC正焊接操作、DC负焊接操作和AC焊接操作中的任一个。根据可替换的实施方案，所述主桥接电路和所述辅助桥接电路可以处于所述焊接电源的外部，例如具有可操作地连接到所述焊接电源的模块的形式。