具有用于感测指示焊接耗材直径的参数的传感器的焊接系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明总体上涉及焊接系统，包括焊机和焊炬。具体地，本发明涉及用于检测在焊接操作中使用的焊接材料的直径并自动设定合适的焊接参数的系统和方法。
[0002]焊接系统在整个行业中实际上已变得无处不在。这种系统当前被用于包括制造业，厂房建设，造船业，管道建设，维护和修理等所有行业。许多焊接应用可以是复杂的项目，这些项目通常需要产生不同类型的焊接点(welds)，包括不同尺寸的焊接点。这些焊接点通常需要使用不同尺寸的焊接材料。例如，好的焊件可能需要使用相对细的焊丝，以及大的坚固的焊件可能需要使用相对粗的焊丝。为了完成这样的项目，一种尺寸的焊接材料可能需要替换为不同尺寸的焊接材料。这可能是单个焊接操作或时段内的多次替换之一。通常，操作者必须停止焊接并手动改变焊接材料。
[0003]此外，为达到最佳性能，某一尺寸的焊接材料通常需要一组特定的焊接参数，如起弧参数。电流强度水平是一个例子。这样，当焊接材料改变时，操作者通常必须返回到焊机以手动改变和/或设定这些参数中的一个或多个。不幸地是，由于多种原因，这造成操作者失误的概率较高。例如，操作者可能不知道当改变焊接材料时起弧参数也应当改变，以及即使用户知道，其也可能忘记这样做。还有一种情况是用户确实改变了起弧参数，但将其改变到一个错误的设置。这可能造成生产率降低，以及焊接质量低。因此，存在改进焊接系统以克服这些缺点的需要。
【发明内容】
[0004]在一个示范性实施例中，焊接系统包括焊炬，连接到焊炬的焊机以及传感器，该焊机配置成在焊炬中产生焊弧，该传感器配置成感测指示焊炬所使用的焊接材料的尺寸的参数。传感器配置成发送信号至焊机，该信号表示指示焊接材料尺寸的参数。焊机配置成基于该信号自动实施起弧参数或焊接参数中的至少一个。
[0005]在另一个实施例中，焊接系统包括焊炬和设置在焊机内的控制器，该焊炬包括传感器，其配置成感测指示焊炬所使用的焊接材料尺寸的参数并输出表示所感测的参数的信号。控制器配置成从传感器接收信号，将该信号转换为起弧参数或焊接参数的相应设置，以及实施起弧参数或焊接参数。
[0006]在另一个实施例中，方法包括以下步骤:使用与焊炬相关联的传感器确定传感器信号，其中传感器信号指示焊炬所使用的焊接材料的尺寸；将来自传感器的传感器信号与设置在焊机内的控制器通信；通过将传感器信号转化为起弧参数、焊接参数的相应设置来处理传感器信号；以及在焊机中实施起弧参数或焊接参数的相应设置，其中，焊机配置成用起弧参数、焊接参数的相应设置来产生弧。
【附图说明】
[0007]在结合附图阅读下述【具体实施方式】时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解，在整个附图中，相同的标记表示相同的部件，其中:
[0008]图1是根据本发明的实施例的GTAW焊炬的分解图；
[0009]图2A是根据本发明的实施例的筒夹和筒夹体组件的视图；
[0010]图2B是根据本发明的实施例的替换筒夹和筒夹体组件的视图；
[0011]图3是根据本发明的实施例的GMAW焊炬的分解图；
[0012]图4是根据本发明的实施例的SMAW焊炬的组装的喷嘴、扩散器和触头尖端的剖视图；
[0013]图5是根据本发明的实施例的用于SMAW焊接系统的焊条保持器的侧视图；
[0014]图6是根据本发明的实施例的示出了自动实施起弧参数的过程的流程图；以及
[0015]图7是根据本发明的实施例的包括材料感测和控制系统的焊接系统。
【具体实施方式】
[0016]如下面更详细的描述，在此提供了包括材料感测和控制系统的焊接系统的实施例，该材料感测和控制系统适于在焊接设备(如焊炬，焊条保持器等)中提供指示焊接材料的参数，以便自动改变和/或设置焊接参数，如适于特定焊接材料尺寸的起弧参数。例如，在一个实施例中，材料感测系统可感测在焊炬中A尺寸的焊丝何时已替换为B尺寸的焊丝，以及控制系统可根据感测到的焊丝的新尺寸相应地自动调节一个或多个起弧参数。再例如，在上述实施例中，控制系统可改变焊机的电流强度设置，以产生更少的热量，因为相比于尺寸A的焊丝，尺寸B的焊丝可能在较低的温度下更好地实施。类似地，在一些实施例中，可以以合适的方式增加或减小电流强度或改变其它参数以为特定的焊接材料尺寸提供理想的焊接参数。
[0017]合适的起弧参数的自动选取和实施使得操作者在改变焊接材料尺寸时不必手动设置正确的起弧参数。这样，在此提出的焊接系统降低了改变焊接材料尺寸时起弧参数错误的可能性，因为自动确定和设置了正确的起弧参数。此外，在此提出的焊接系统也可以配置成在焊接过程中自动设置、维持和调整其它操作或焊接参数。所公开的焊接系统可以用于许多焊接方法和装备的类型，包括钨焊条惰性气体保护焊(GTAW)焊接、熔化极气体保护焊(GMAW)焊接、屏蔽金属弧焊(SMAW)焊接等。为了简洁和说明性的目的，仅在本发明中描述一种公开的焊接系统的实施例。
[0018]现在转到附图，图1是GTAW焊炬10的分解图，其可用于焊接系统中，例如在图7所示的焊接系统76。但是应当指出的是，图1所示的GTAW焊炬10是可使用在此描述的材料感测技术的焊炬的一个示例性类型。例如，图3和5示出了可使用现有技术的另外的示例性焊炬。在图1所示的实施例中，GTAW焊炬10包括焊条12、杯状物14、筒夹体16、筒夹18、隔热罩20、焊炬体22、后盖绝缘体24、O形环26、后盖28和手柄30。当完全组装好时，焊条12通常设置在筒夹18内，并且筒夹18通常以图示的同轴的方式设置在筒夹体16内。当筒夹18设置在筒夹体16内时，筒夹体16在筒夹18周围施加向内的力，使得筒夹18牢固地夹住焊条12。通常，不同尺寸的焊条12可以用于产生不同类型的接点，并且是可互换的。因此，每个焊条12的尺寸都有对应尺寸的筒夹18和筒夹体16。因此，当焊条12改变时，筒夹体16和筒夹18也可以改变。
[0019]在某些实施例中，起弧或焊接参数可通过感测焊条12自身、筒夹18、筒夹体16的结构、尺寸和/或类型，或上述任一组合或关系来设置，所有的这些可包括正在使用的焊条12的结构、尺寸和/或类型的指示信息。通常，传感器31可用来收集该数据并以信号的形式将该数据传递给材料感测和控制系统(如图7所示的材料感测和控制系统78)，该材料感测和控制系统例如可位于焊接系统(如图6所示的焊接系统76)内，并且配置成从传感器31接收这样的信号。例如，在某些实施例中，传感器31可集成到GTAW焊炬10的焊炬主体22内，使得当筒夹体16附接到焊炬本体22上时，传感器31可感测来自筒夹体16(和/或筒夹18和/或焊条12等)的与焊条12的结构、尺寸和/或类型有关的信息。传感器31和材料感测和控制系统78可通过数据电缆联接在一起，该数据电缆将信号从传感器3