[发明专利]无水焊接系统

说明书

申请人以此根据美国申请序号No.____要求优先权，该申请是1995年4月19日提出、且颁布为美国专利No.5,742,022的美国申请No.424,933的部分继续申请，并且基于1998年8月5日提出的美国临时申请No.60/095385要求优先权。特引入美国申请No.____的完全公开，以供参考。

本发明一般涉及一种供电焊系统用的改进的基于电阻焊接的焊枪组件，更具体地说，涉及一种选择性地包括基于电阻的力控制器或机械非电气闭环冷却系统、以消除对工厂提供的设施的需要的组件。

电阻焊接利用电的流动把两个或多个重叠金属工件彼此永久地连接。典型地，金属工件置于电焊系统焊枪组件的两个相对电极之间。强迫电极彼此接近，直到其末端在足以夹持工件，并且保证电极与工件之间的适当电气接触的压力下接触工件的外表面。然后引导电流从一个电极末端路经夹持的工件流到另一个电极末端。工件在生成的电路中起导体作用，并且在金属之间界面处的电流流动的电阻产生热。每个工件受影响的金属选择性地被熔化，并且与相邻工件的熔化金属相互作用，以而在电极末端接触点处形成永久把工件粘结在一起的焊接熔核。

多个因素与焊接熔核的产生有关，包括电极末端与工件之间的接触力和面积、电流流动值、电流流动持续的时间长度、工件缺陷程度、及甚至电极末端本身的状态。

先有技术讲授了产生适当焊接熔核的重要性。因此，即使有显著的工件缺陷，也由于有大的力、电流值、和电流施加次数，而使焊接系统过分配置成产生焊接熔核。然而，许多生成的焊接点仍然有缺陷。因此，一般添加占总焊接点的25％的焊接点以保证适当的结构完整性。

而且，对于可能工件缺陷的这种过补偿导致电极末端在末端与相配工件之间的接触点处的显著大变形(扩大)。如果不适当地冷却电极末端，则电极经历过分的末端磨损、变形、末端粘着及甚至末端熔化，所有这些都导致差的焊接质量、和增加的维修费用。在电极末端处大量热的产生也导致大量热累积在焊接控制单元、变压器、及布置在电极与变压器之间的次级(即大电流)电缆中。

况且，对夹持工件施加连续的大电极力，要求使用大的压缩空气源。压缩空气保证致动各种气缸，以相对于要夹持在焊枪电极之间的工件而定位焊枪电极、且产生力。

复杂空气和水系统及其多根软管和相应管路、阀等，与控制器和供给机构相组合的使用，大地增加了制造费用。据估计，电焊系统总成本的约25％能归因于外部空气和水冷却循环系统的使用。

典型的电焊系统必须专门设计、建造、和测试，需要多个熟练工种的服务。在供应商的这种测试之后，检验的焊接系统然后拆卸、运输、及在最终制造设施处重新安装。这样的中间步骤显著增加了提供完整电焊系统的时间滞后。况且，设计和测试设施、以及最终制造设施，必须花费大量资金并且对空气和水冷却循环系统进行连续投资。

问题不限于电焊系统本身的制造。要求的较大水冷却和空气循环系统的连续维修问题是昂贵的。据估计，典型电焊系统可能超过80％的停机时间，可以归因于空气软管群、及与相应管路、阀等相组合的供给和返回冷却水软管。

有需要复杂水和空气供给循环系统的附加成本。每个电焊系统成为独特的。必须使软管的每段长度、管路或导管中的每个弯、及用于各种冷却水附件的每种选择布置适合具体焊接系统。软管群(贬意地称作“意大利面条”)的运动学不能被准确地预测或模型化。因而，在每个工作单元中的机器人运动必须在现场一步一步地输入，以保证软管不缠连。同样由于压缩空气和水软管及有关元件的增多，显著减小了其中机械手可以运动伸到例如焊接点的生成“窗口”，从而进一步使问题恶化。因而，延长了编程机械手的时间，并且显著增大了处理工件的生成过程时间。

在具有大量电焊系统的制造厂中，必须单独建造、安装、和维修的每个电焊系统的总成本是昂贵的。因而，需要提供一种尽量减小或消除上述一个或多个问题的改进电焊系统。

本发明旨在一种供电焊系统用的改进焊枪组件，该电焊系统包括各种特征，以消除带有其附属复杂性、费用、和维修问题的基于外部装置的外部空气和水冷却循环系统的需要。