获得真实焊条速度的系统和方法
【专利摘要】本文描述的发明总体上涉及关于检测焊接操作过程中的高度变化并且基于这样的检测到的高度变化来调整一个或多个焊接参数的系统(100，300，400)和方法。具体地，高度变化可以与工件(W)上的两转或更多转有关，其中该变化是由于从焊接操作中沉积的材料导致的。由于沉积到工件(W)上的材料改变了焊条(32)距工件(W)的高度，因此可以调整一个或多个焊接参数以进行补偿。确切地，可以调整焊条速度来补偿该高度变化，其中该焊条速度是焊条与工件(W)相邻地移动的速率。
【专利说明】获得真实焊条速度的系统和方法发明领域
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1和16所述的焊机系统以及一种根据权利要求12所述的焊接方法。总体上，本发明涉及一种相对于由于焊接操作中沉积的材料导致的高度变化而检测焊条速度的轨道式焊接系统。更具体地，本发明涉及基于焊条距工件的高度的变化来控制焊接参数。
技术背景
[0002]焊接系统存在于现代工业时代的核心处。从大规模的汽车装配操作到自动化制造环境，这些系统在越来越复杂的制造作业中帮助进行连接。热丝焊接处理焊丝或电极，该焊丝或电极被加热(比如，通过电流)并且被主热源(比如，等离子弧、钨电极惰性气体(TIG)焊接、金属惰性气体(MIG)焊接、药芯及其他)创造的熔池接收。热丝焊接工艺包括电阻加热至或接近此类焊丝的熔点。在热丝焊接工艺中，避免电弧的形成，因为电弧状态破坏了熔池或使其过热。在没有起弧事件的情况下被加热到接近或靠近焊丝熔点的焊丝被熔池接纳而只有极少的破坏或没有破坏。为了防止形成电弧，可以检测与工件相关的焊接参数。该焊接参数可以指明热丝焊接工艺可以调节而处于其中的电弧状态。
[0003]此外，焊接可以涉及抬高、熔敷、堆焊、填充、表面硬化、熔覆、连接以及其他焊接应用。当面对具有弯曲表面的工件时，可以用轨道式焊接工艺来旋转焊头以将焊接应用于弯曲表面。最普遍的使用轨道式焊接的示例是管道焊接。管道焊接可以包括薄壁应用，其中，焊头绕其他表面旋转，两块端部被接合在一起，替代地，管道焊接可以包括深槽几何结构，其中，焊条延伸进入在接合的两个管道之间形成的槽中来铺设焊接材料的连续焊珠以填充槽并且接合厚壁管道。轨道式焊接系统可以包括安装在导轨或固定装置上的焊头，该导轨或固定装置夹紧或以其他方式支撑在工件上并且被旋转来供应焊接。在另一个实施例中，轨道式焊接系统可以包括带有轮系统的底架，该底架包括一个或多个磁体以便与工件相邻地行进。换言之，没有利用轨道或引导件的轨道式焊接系统被认为是在本主题创新的范围之内的。轨道式焊接经常涉及前相机和/或后相机对焊接区有限的可见性。
[0004]焊接系统可以包括多个控制件，这些控制件可以在焊接操作过程中由用户来调整。例如，常规的焊接系统可以包括高达十六个(16)按钮、输入、和开关，这需要多年的经验来理解并有效地使用。通常，一种调整的改变可能导致改变另一种调整来维持一致性。
[0005]轨道式焊接系统和非轨道式焊接系统可能与用户可以实施的调整数量方面相妥协，并且所需要的是涉及防止对焊接操作不利调整的改进技术。
发明的说明
[0006]为了改善轨道式焊接，尤其为了防止对焊接操作不利的调整，提出了根据权利要求I和16所述的焊机系统以及根据权利要求12所述的焊接方法。优选实施例是从属权利要求的主题。根据本发明的实施例，提供了一种控制焊接操作的焊接参数的系统。该焊接系统可以包括可拆卸地联接至轨道上的焊炬，该轨道相邻地附着至管道上，其中该焊炬包括焊条以用于执行焊接炬操作来将材料层沉积到该管道上并且该焊接操作是在该管道的内直径或该管道的外直径上的。该系统可以包括在该焊条与工件之间创建电弧的电源、以及检测从该焊条到该工件的高度的深度部件。该系统可以包括:定位部件，该定位部件在该轨道上以第一焊条速度致动该焊炬；以及控制器部件，该控制器部件基于该高度的变化对该焊炬采用第二焊条速度。
[0007]根据本发明的实施例，提供了一种方法，该方法至少包括以下步骤:检测焊条距弯曲工件的高度;通过在该焊条与该弯曲工件之间创建电弧来执行焊接操作;将该焊接操作识别为内直径焊接操作或外直径焊接操作;对该焊接操作采用一个焊条速度;在该焊接操作过程中检测该焊条的高度的变化;并且基于该高度变化、该弯曲工件的曲率测量值、以及执行该焊接操作的轨道式焊机的轨道参数来调整该焊条速度。
[0008]根据本发明的实施例，提供了一种焊机系统，该焊机系统至少包括以下各项:轨道式焊机，该轨道式焊机具有邻近于工件支撑的底架;联接至该底架上的焊炬，该焊炬包括焊条；电源，该电源在该焊条与该工件之间创建电弧;送丝器，该送丝器连接至焊丝供应源上以便将焊丝提供至由该焊条形成的熔池;用于接收针对内直径焊接操作或外直径焊接操作的用户输入的器件；用于使该焊炬在联接至该底架上的轨道上以焊条速度移动的器件；用于在该焊接操作过程中检测该焊条距该工件的高度的变化的器件；用于基于该检测高度变化的步骤以及该用户输入来调整该焊条速度的器件；以及用于显示该焊接操作过程中的焊条速度的器件。
[0009]当根据附图、详细描述和所附权利要求书来进行查看时，本发明的这些目的和其他目的将是显而易见的。
附图简要说明
[0010]本发明可以在某些零部件和零部件的安排中采取物理形式，其优选实施例将在说明书中详细描述并且在形成本文一部分的附图中展示，并且在附图中:
[0011]图1展示了轨道式焊接系统的前视图；
[0012]图2A展示了轨道式焊接系统的侧视图；
[0013]图2B展示了轨道式焊接系统的透视图；
[0014]图3A是展示了热丝焊接系统的一部分的图示；
[0015]图3B是展示了热丝焊接系统的一部分的图示；
[0016]图4是展示焊机系统的简图，该焊机系统基于所检测到的在焊条与工件之间的高度变化来调整焊接操作；
[0017]图5是展示焊机系统的简图，该焊机系统基于由于焊接操作所沉积的材料而导致的焊条与工件之间的高度变化来识别焊条速度；
[0018]图6是展示将材料沉积到管道上的焊机操作的截面视图；
[0019]图7是展示将材料沉积到管道上的焊机操作的截面视图；
[0020]图8是展示将材料沉积到管道上的焊机操作的截面视图；并且
[0021]图9是基于所接收到的用户输入来控制焊接操作中的电弧的电弧电流的流程图。
详细说明
[0022]本发明的多个实施例涉及关于检测焊接操作过程中的高度变化并且基于这样的检测到的高度变化来调整一个或多个焊接参数的方法和系统。具体地，高度变化可以与工件的两转或更多转有关，其中该变化是由于从焊接操作中沉积的材料造成的。由于沉积到工件上的材料改变了焊条距工件的高度，因此可以调整一个或多个焊接参数以进行补偿。确切地，可以调整焊条速度来补偿高度变化，其中该焊条速度是焊条与工件相邻地移动的速率。
[0023]如本文使用的“焊接(welding/weld)”(包括这些词的任何其他形式)是指通过电弧的操作(包括但不限于埋弧焊、GTAW焊、GMAW焊、MAG焊、MIG焊、TIG焊)或者通过与焊接系统一起使用的任何电弧的操作对熔融材料的沉积。
[0024]现在将出于展示在递交本专利申请时
【申请人】已知的最佳模式的目的来描述实施本发明的最佳模式。实例和附图仅仅是说明性的而不意味着要限制本发明，本发明通过权利要求书的范围和精神来衡量。现在参照附图，其中，示出的内容仅是出于展示本发明的示例性实施例的目的而不是出于限制本发明的示例性实施例的目的，图1至图5展示了与自动的或半自动的焊接系统一起使用的焊接系统。焊接系统的一个展示性实例是轨道式焊接，该轨道式焊接通常用于连接不同类型材料的导管或管道。例如，可以使用钨极惰性气体(TIG)或气体保护钨极弧焊(GTAW)焊炬来围绕在有待通过自动化机械系统焊接在一起的这些管道进行轨道式运动。图1-2B展示了如在轨道式焊接环境中使用的轨道式焊接系统100(也称为焊机、系统、焊接系统和/或焊机系统)的示例实施例。轨道式焊接系统100包括围绕这些管道或导管行进的焊接牵引机(未示出)、焊接电源(未示出)和控制器(未示出)、以及提供操作者控制的挂件(未示出)。应了解的是，本主题创新可以用于任一轨道式或非轨道式焊接系统。此外，本主题创新可以与包括电弧和被液化以将焊接材料沉积到工件上的热焊丝的任何焊接操作一起使用。
[0025]系统100(如参见图1-2B)—般用于深槽焊接。在所示的实例中，焊接系统100包括轨道式TIG焊机，该焊机具有可以附接至工件上或被支撑在轨道上的焊机本体或底架101。焊机100包括焊炬(总体上指示为30)，该焊炬具有焊接焊条32以用于沉积焊接材料以便在焊接区Z处形成焊接部。焊条32是延长的焊条、具有适合于被焊接的槽G的焊条长度。延长的焊条32可以具有适合于给定深槽焊接的任意长度，包括大于10毫米的长度在内。如在所示的实例中所描绘的，焊条长度可以大于100毫米。所示的具体实例具有大约120毫米的长度。这个实例不是限制性的，因为根据槽G的深度可以使用具有更大或更小长度的焊条。
[0026]焊炬30被连接到屏蔽气体供应源102，该屏蔽气体供应源102向焊炬30提供如氩气的惰性气体。焊接气体供应源102可以包括如柱体的容器，该容器储存处于压力下的屏蔽气体S，并且屏蔽气体S经由适当的管系或其他管路递送可以是由调节器或其他控制器107来控制的。非加压源也可以与由栗等提供的气体递送一起使用。当焊接厚板或厚壁管道时，焊缝设计典型地提供窄槽以准许细长焊条随着焊炬角度的某种调整被放置在焊缝中，以便确保通过将一系列焊珠层叠在彼此之上创建的良好焊接，直到焊缝被填充完。贯穿下面的描述，这个工艺可以可互换地被称为窄槽焊接或深槽焊接。窄槽焊接是在窄槽或焊缝中将连续的单一焊珠焊接层施加在彼此顶部上的工艺。在窄槽环境中的考虑因素之一是维持充足的保护气体以保护熔融焊池不受大气污染。通常，利用长焊条从焊缝外部提供惰性保护气体(如氩)，该长焊条延伸进入保护气体供应源之下的槽中。
[0027]该焊机可以包括连接至焊丝供应源上的送丝器，如向一个或多个焊丝导向器104’、104提供钨焊丝W的绕线盘103。在所示的实例中，一对延伸的焊丝导向器104’、104是由位于底架101—侧上的独立绕线盘103来提供和送进的。延伸的焊丝导向器104’、104分别被支撑在第一相机装置和焊丝引导系统105(也被称为第一安装系统105)以及第二相机装置和焊丝引导系统106(也被称为第二安装系统106)上，这些装置和系统各自从焊条32横向地向外并且位于工件或管道P上方。应了解的是，在不背离本主题发明的实施例覆盖的既定范围的情况下，可以根据合理的工程判断来选择用于这些延伸的焊丝导向器104’、104的支撑件。
[0028]该轨道式焊接系统可以包括焊丝导向器104’、104，该焊丝导向器可以包括提供自动或半自动运动的定位装置，其中该运动可以在3维环境内、在焊接区Z内创建的电弧左近、在任意方向上进行。例如，焊丝导向器104’、104可以朝向焊条32和焊接区Z向内并向下延伸。该实例焊机被支撑在轨道上并且被牵引机驱动器围绕管道(也被称为工件W)驱使，其中焊丝导向器104’、104被定位在相对于焊接焊条32的超前和滞后位置中。在实施例中，第一安装系统105联接至高度调整装置130上，该高度调整装置允许将第一安装系统105朝向焊接区Z或背离焊接区Z进行调整。应了解的是，朝向焊接区Z或背离焊接区Z的调整可以是自动或半自动的。另外，该调整可以是到焊接区Z的一侧或到焊接区Z的相反侧(例如，向左运动、向右运动等)的。高度调整装置130进一步联接至支撑构件132上，该支撑构件联接至焊机系统100的底架101的一部分上。类似地，第二安装系统106联接至高度调整装置124上，该高度调整装置允许将第二安装系统106朝向焊接区Z或背离焊接区Z进行调整。应了解的是，朝向焊接区Z或背离焊接区Z的调整可以是自动或半自动的。另外，该调整可以是到焊接区Z的一侧或到焊接区Z的相反侧(例如，向左运动、向右运动等)的。高度调整装置124进一步联接至支撑构件126上，该支撑构件联接至焊机系统100的底架101的一部分上。
[0029]第一安装系统105支撑相机装置113和焊丝导向器104’，其中相机装置113和焊丝导向器104’被定位成瞄准或朝向焊接区Z。类似地，第一安装系统106支撑相机装置112和焊丝导向器104，其中相机装置112和焊丝导向器104被定位成瞄准或朝向焊接区Z。应了解的是，系统100包括相机装置112和相机装置113，但是此类装置仅用于展示不同的实施例并且不应被视为对主题发明进行限制。应了解的是，相机装置113和焊丝导向器104’与焊机系统100—起(或独立于其)移动，这使得在焊接区Z处和/或在给送了来自焊丝导向器104’的焊丝的地方能够持续供应焊丝。应了解的是，相机装置112和焊丝导向器104与焊机系统100—起(或独立于其)移动，这使得在焊接区Z处和/或在给送了来自焊丝导向器104’的并且归根结底来自送丝器(焊丝供应源或绕线盘103)的焊丝的地方能够持续供应焊丝。
[0030]图3A和3B展示了根据本主题发明的热丝焊接系统300和热丝焊接系统302的图示。例如，热丝焊接系统300可以是TIG焊接系统并且热丝焊接系统302可以是MIG焊接系统。如以上所讨论的，应了解并理解的是，可以与本主题发明一起应用任何适合的热丝焊机系统并且图1-3B中的此类系统不是要对主题权利要求的范围进行限制。系统300包括第一电源310，该第一电源提供第一热源以便在焊条(例如像非自耗焊条)与工件W之间创建电弧，其中该焊条创建了熔池。系统300进一步包括热丝电源320(例如，焊丝电源)，该热丝电源将给送到由该焊条形成的熔池中的焊丝进行加热。换言之，热丝电源320可以对给送到或递送到熔池中的焊丝供能以便将焊接材料(例如，液化焊丝)沉积到工件W上。
[0031]系统302包括第一电源310，该第一电源提供第一热源以便在焊条(例如像非自耗焊条)与工件W之间创建电弧，其中该焊条创建了熔池。系统302进一步包括热丝电源320(例如，焊丝电源)，该热丝电源将给送到由该焊条形成的熔池中的焊丝进行加热。换言之，热丝电源320可以对给送到或递送到熔池中的焊丝供能以便将焊接材料(例如，液化焊丝)沉积到工件W上。应了解的是，在不背离本主题发明的实施例覆盖的既定范围的情况下，可以根据合理的工程判断来选择和使用焊接系统100、300和302。
[0032]应了解的是，系统300和302可以是热丝TIG焊机系统或热丝串联焊机系统。本主题发明可以涉及通过任何适合的焊丝工艺而创建的电弧，其中此类焊丝工艺可以包括非自耗焊条工艺。
[0033]图4展示了焊机系统400(也称为系统400)，该系统基于所检测到的在焊条与工件之间的高度变化来调整焊接操作。系统400包括焊丝导向器404，该焊丝导向器将焊丝402引导到焊接区，该焊接区包括在焊条406与工件W之间产生的电弧。系统400中的焊炬420包括焊条406，其中，电源410在焊条406与工件W之间创建电弧。焊炬420具有高度408，该高度是焊条406与工件W(并且包括从焊接操作中沉积的材料的高度)之间的距离，其中高度408可以被称为接触焊嘴到工件距离、焊炬头空间、探伸度等。出于本主题创新的目的，从焊条406到工件W的距离被称为高度408、焊条到工件W的高度、和/或焊条406与工件W之间的距离，其中该距离包括沉积到工件W上的材料(下文讨论的)。具体而言，可以通过至少改变焊炬420相对于工件W的位置、改变工件W相对于焊炬420的位置、或其组合方式来调整高度408。焊条406可以是可消耗焊条或不可消耗焊条。在一个具体实施例中，系统400可以是利用不可消耗焊条的轨道式焊接系统。
[0034]焊接系统400可以在工件W上执行多种不同焊接操作。例如，焊接系统400可以在具有曲率的工件W上执行焊接操作。例如，工件W可以是管道或管道的一部分。焊接系统400可以在工件W的内直径或工件W的外直径中的至少一者上执行焊接操作。在内直径焊接操作或外直径焊接操作中的任一实例中，焊接操作可以包括不止一次地将材料沉积到工件W上。例如，在针对管道的焊接操作(例如内直径焊接操作或外直径焊接操作)上，可以执行两转或更多转，在这些转中，材料被沉积到管道上。换言之，第一转可以包括使得第一沉积材料层去到管道上，第二转可以包括使得第二沉积材料层去到该第一沉积层上，第三转可以包括使得第三沉积材料层去到该第二沉积层上，以此类推。举例而言，焊接操作(例如内直径焊接操作或外直径焊接操作)可以是包括以下各项中的至少一项的焊接序列:至少一次根部焊接;至少一次填充焊接;或至少一次盖面焊接。在该焊接操作的第一转中，高度408是工件W与焊条406之间的距离。在该焊接操作的第二转中，高度408是焊条406与从该焊接操作中沉积到工件W上的材料之间的距离。本主题创新利用焊条406与从该焊接操作中沉积到工件W上的材料之间的距离的变化来提供准确的焊条速度(例如，“真实”焊条速度)并调整一个或多个焊接参数来相应地加以补偿。常规的技术是在焊接操作开始时设定焊条速度并且如果改变也不调整这个焊条速度、传达此焊条速度、并且简单地维持该焊条速度，这对于焊接操作不利。应了解的是，这样的高度408变化可能影响焊接操作。在具体实施例中，具有的直径小于72英寸的管道受到由于沉积到工件W上的焊接材料所导致的高度408变化的影响。
[0035]系统400可以包括控制器430，该控制器被配置成用于控制焊接操作的一部分。应了解的是，控制器430可以是独立式部件(如图所绘)、并入电源410中、并入焊炬420中、或者其组合。具体地，控制器430可以调整与在工件W上执行的焊接操作相关的至少一个参数、同时补偿在焊接操作的执行过程中检测到的高度408的变化。以举例而非限制的方式，控制器430可以控制与电源410有关的设置、与焊炬420有关的位置和/或设置、与焊丝给送导向器404有关的位置和/或设置、和/或与工件W有关的位置。例如，控制器430可以经由电源410控制焊接参数，例如但不限于除其他事项之外的电弧电压、电弧电流、电弧极性。在实施例中，可以用电源410或其他电源(未示出)来向焊丝402供应电流，其中该电流可以包括极性。在这样的实施例中，控制器可以控制电源410和/或额外电源中的至少一者来管理除其他事项之外的焊丝电流、焊丝电压、焊丝极性。在又一个实施例中，控制器430可以调整焊炬420、焊丝导向器404、和/或工件W中至少一者的物理位置(例如，定位)。
[0036]控制器430可以包括定位部件440。应了解的是，定位部件440可以是独立式部件、并入控制器430中(如图所绘)的、并入焊炬420中的、并入电源410中的、并入深度部件450中的、或者其组合。定位部件440可以提供焊炬420和/或工件W除其他事项之外沿任意绕着电弧、朝向电弧的方向上的移动。以举例而非限制的方式，定位部件440可以提供附连至工件W上的或在附连至工件W上的轨道上的牵引机焊机的移动、振荡移动、向电弧一侧的运动、向电弧的与这一侧相反的一侧的运动、朝向电弧的运动、背离电弧的运动、在电弧上方的运动、在电弧下方的运动或其组合。在实施例中，焊炬420包括绕工件W操纵的定位部件440。定位部件440可以操纵焊炬420在附连至工件W上的轨道上邻近于工件W。具体地，定位部件440可以围绕附连至工件W上的轨道操纵牵引机焊机，其中牵引机焊机的移动是焊条速度的反映(例如，焊条速度是焊条在工件附近移动时的速率)。
[0037]在另一个实施例中，定位部件440可以改变工件W相对于焊条406的位置。例如，工件W可以在焊炬420之下/下方例如在自动化环境中旋转。在又一个实施例中，定位部件440可以是焊机接缝机。在又一个实施例中，定位部件440可以与焊丝导向器404和/或焊丝402一起用来改变焊丝被递送至电弧的位置或地点。而且，可以通过坚实的工程设计判断来选择和使用定位部件440及其多种不同构型，而并不背离本主题发明的实施例的预期覆盖范围。
[0038]控制器430可以包括深度部件450，该深度部件被配置成用于检测由于沉积到工件W上的材料而导致的高度408变化。如以上讨论的，焊接操作可以包括绕工件W的旋转，使得在第一转上沉积的材料改变了在第二转上的高度408。在这样的情况下，深度部件450可以检测高度408的变化。以举例而非限制的方式，深度部件450可以除其他事项之外是高度编码器、测量从焊条406到工件W的距离的装置、获得距离的反馈系统、激光装置、测量距离的激光器、深度计、测量电压以检测焊炬420的位置的电位计、测量电流以检测焊炬420的位置的电子装置或部件、测量距离的部件。
[0039]在具体实施例中，高度编码器(未示出)可以与焊炬420相结合，使得高度编码器基于焊接操作的第一转上的定位数据、与该焊接操作的后一转上的定位数据相比较来检测高度408 ο例如，第一转可以包括被存储的第一高度(例如，除其他事项之外的临时存储器、永久存储器)并且第二转可以包括也被存储的第二高度(例如，除其他事项之外的临时存储器、永久存储器)。在这样的情况下，可以对该第一高度和第二高度进行比较以便检测高度变化，该高度变化被用来调整焊接参数。应了解的是，触发器可以引发对第一高度和/或第二高度的存储，这可以是除其他事项之外与在工件W上的物理位置、焊接操作期间的预定时间、引发高度检测的用户输入、从焊接操作开始到停止的高度动态收集中的至少一项相关联的。
[0040]基于检测到的由于沉积到工件W上的材料造成的高度408变化，控制器430可以调整(例如，除其他事项之外增大、减小、维持)一个或多个焊接参数。应了解的是，该焊接参数可以是但不限于:焊条速度、电弧电压、执行该焊接操作的牵引机焊机的行进速度、焊丝给送速度、电弧电流水平、焊炬420的高度、工件W与焊炬420之间的距离、焊条406的振荡宽度、焊丝的温度、焊条40 2的温度、焊条406的振荡频率、电弧电流的极性、焊丝402的电流的极性等。
[0041]在实施例中，控制器430可以在工件W上的焊接操作的第一转上利用第一焊条速度并且在该焊接操作的随后一转上利用第二焊条速度，其中该第二焊条速度由于检测到的因为沉积到工件W上的材料造成的高度408变化而增大到比该第一焊条速度大了一部分。在另一个实施例中，控制器430可以调整一个或多个非焊条速度的焊接参数以便补偿所检测到的高度408变化。
[0042]图5展示了焊机系统400的一个实施例，该焊接系统基于由于焊接操作所沉积的材料而导致的焊条与工件之间的高度变化来识别焊条速度并且传达焊条速度。图5中展示的实施例可以包括用于传达焊条速度的显示部件510、以及输入部件520，该输入部件被配置成用于接收来自除其他事项之外的用户、操作者、机器、计算装置中至少一者的输入，其中此输入选择了显示焊条速度的操作模式。例如，焊条速度可以被显示为考虑了高度408变化的准确焊条速度(也称为“真实焊条速度”)、或没有考虑高度408变化的焊条速度。输入部件520可以是但不限于按钮、开关、拨动开关、旋钮、模拟旋钮、触摸板、触摸屏、鼠标、鼠标按钮、键盘、小键盘、麦克风、相机、摄影机、运动传感器等等。总体上，输入部件520可以接收来自用户或操作者的输入来控制针对焊接系统400要显示的焊条速度的类型。例如，该输入可以是但不限于:按钮激活、开关激活、语音命令、运动、姿势、手势、眼睛移动、声音、触摸屏输入等等。经由输入部件520接收的输入可以是针对焊接系统400的焊接参数的值或设置。
[0043]进一步，显示部件510可以呈现与至少用于显示的焊条速度有关的图形的一部分、并且在实施例中可以包括用于获得音频的扬声器(例如，焊条速度的声音传达)。例如，显示部件510可以展示与设置、焊接参数、焊接模式、牵引机焊机的位置、用户设置、焊接类型等等有关的图形。显示部件510可以包括视频图形引擎和显示器，其中该显示器可以是但不限于屏幕、CRT、LCD、等离子屏幕、点阵屏幕、监视器等。在实施例中，显示部件510在焊接系统400外部，并且使用了有线或无线连接来呈现供显示的图形。例如，焊接系统400可以包括端口(例如，视频端口、图形端口、HDM1、VGA、串行端口、S-视频端子、USB、分量端口等等)来连接到用于显示数据的外部装置上。例如，焊接系统400可以经由有线或无线连接而连接到平板电脑上以用于显示数据。应了解的是，焊接系统400可以利用内部显示器和/或外部显示器并且这样的实例不限制本主题创新。
[0044]图6-8展示了在管道(工件W)的截面视图上的焊接操作，其中该焊接操作包括两转或更多转的将材料沉积到管道上。应了解的是，焊接序列可以包括第一转和一个或多个后续转，其中高度变化是由于材料沉积到工件W(在此，管道、或具有弯曲表面的工件)上造成的。图6-8的截面视图可以包括轨道式焊机100，该轨道式焊机可以是邻近于工件W在轨道602上移动的牵引机焊机。轨道式焊机100可以包括焊条406，该焊条包括在焊条406与工件W(例如，管道)的表面604之间的高度。应了解的是，高度在以上讨论过并且在图6-8中由于缩放原因并未示出。此外，图6-8不是按比例的。
[0045]另外，应了解的是，作为实例展示的是外直径焊接操作，并且用本主题创新可以执行内直径焊接操作。换言之，在内直径焊接操作或外直径焊接操作的过程中检测到高度变化可以触发对焊接参数的调整以便补偿此种变化。例如，在内直径焊接操作过程中沉积到工件上的材料可以减小内半径以及焊条406要行进的距离。例如，在外直径焊接操作过程中沉积到工件上的材料可以增大外半径以及焊条406要行进的距离。
[0046]焊接操作可以包括在工件W上从表面604进行两转或更多转以实现目标焊缝606，其中目标焊缝606可以是沉积到工件W上的希望量的焊接材料(例如，对沉积到工件W上的希望量的焊接材料的度量)。图6展示了焊接操作的开始，其中还没有焊接材料被沉积到表面604上。转向图7，轨道式焊机100的第一转在表面604上沉积第一层焊接材料608。由于去到表面604上的第一层焊接材料608，焊条406与工件W之间的高度已经改变。换言之，在将第一层焊接材料608沉积到工件W上之后，焊条406与第一层焊接材料608之间的距离小于焊条406与表面604之间的距离(在沉积第一层焊接材料之前)。
[0047]焊接序列可以包括第一转的将焊接材料沉积到工件W上以及后续多转的将焊接材料沉积到工件W上以实现目标焊缝606。如图8所示，可以使用后续的转和焊接材料层来实现目标焊缝606，其中高度变化可以是动态地识别出的并且通过调整一个或多个焊接参数来进行补偿。
[0048]在实例中，内直径焊接操作可以包括由于所沉积的焊接材料造成的高度变化，其中焊条速度可以被减小以补偿该高度变化。在实例中，外直径焊接操作可以包括由于所沉积的焊接材料造成的高度变化，其中焊条速度可以被增大以补偿该高度变化。
[0049]在实施例中，该高度变化是在将额外的层沉积到该管道上时由于被沉积到该管道上的材料层造成的。在实施例中，该焊炬通过在该管道上两次或更多次沉积材料来执行该焊接操作。在实施例中，该两次或更多次材料沉积中的每一次都对应于绕该管道的相应一转。在实施例中，该两次或更多次材料沉积是针对该管道的一个焊接序列。在实施例中，焊接序列包括以下各项中的至少一项:至少一次根部焊接;至少一次填充焊接;或至少一次盖面焊接。
[0050]在实施例中，该系统可以包括输入部件，该输入部件接收选择以显示该第二焊条速度或该第一焊条速度。在实施例中，该系统可以包括显示部件，该显示部件呈现与该第一焊条速度和该第二焊条速度有关的图形的一部分。在实施例中，该图形的该部分包括文本、数字、字母、符号或所显示像素中的至少一者。
[0051]在实施例中，该控制器被配置成基于该高度的变化来调整该焊接操作的焊接参数。在实施例中，该焊接参数是该第一焊条速度、该第二焊条速度、电弧电压、焊丝给送速度、相对于管道的焊炬高度、电弧电流水平、该焊条的振荡速率、该焊条的振荡宽度、焊丝的温度、该焊条的温度、电弧的电流极性、焊丝的电流极性、工件的物理位置、或该焊炬的物理位置中的至少一项。在实施例中，对于是外直径焊接操作的焊接操作而言第二焊条速度大于第一焊条速度，并且对于是内直径焊接操作的焊接操作而言第二焊条速度小于第一焊条速度。
[0052]鉴于在前所描述的示例性装置和元件，参照图9的流程图和/或方法，可以更好地认识到根据所披露的主题可以实现的方法。示出了这些方法和/或流程图并将其描述成一系列框，所要求保护的主题并不受限于这些框的顺序，因为一些框可以以不同的顺序发生和/或与来自本文所描绘和描述的其他框同时发生。而且，实现在下文中所描述的方法和/或流程图可以并不要求所有展示出的框。
[0053]图9展示了方法900，该方法基于焊接操作过程中焊条与工件之间的高度变化而自动调整焊接参数。随后，以下内容按照在图9的决策树流程图900中所展示地发生的，该决策树流程图是提供执行焊接操作的流程图900。例如，焊接操作可以包括至少以下各项:在焊条与工件之间创建电弧;将焊丝递送至由该焊条形成的熔池；以及将焊丝沉积到工件上(也称为将材料沉积到工件上)。
[0054]可以检测焊条距弯曲工件的高度(参考框910)。可以通过在焊条与弯曲工件之间创建电弧来执行焊接操作(参考框920)。可以将该焊接操作识别为内直径焊接操作或外直径焊接操作(参考框930)。可以对该焊接操作采用一种焊条速度(参考框940)。可以在该焊接操作过程中检测焊条的高度变化(参考框950) ο可以基于该高度变化、该弯曲工件的曲率测量值、以及执行该焊接操作的轨道式焊机的轨道参数来调整该焊条速度(参考框960)。
[0055]在实施例中，用于调整焊条速度的方法可以进一步包括:增大在轨道上的牵引机焊机运动速率;减小在轨道上的牵引机焊机运动速率;增大该工件的运动速率;或减小该工件的运动速率。
[0056]在实施例中，方法可以进一步包括基于该高度变化来调整焊接参数。在实施例中，该轨道参数是与该轨道式焊机一起使用的轨道的长度、该轨道式焊机所使用的轨道距该弯曲工件的距离、与该轨道式焊机一起使用的轨道的内直径布局、或与该轨道式焊机一起使用的轨道的外直径布局中的至少一者。在实施例中，该弯曲工件是管道。
[0057]在实施例中，方法可以进一步包括:该调整步骤是增大焊条速度。在实施例中，该高度变化是由于来自该焊接操作所使用的焊条、或该焊接操作所使用的焊丝中的至少一者的材料沉积物而产生的。
[0058]虽然本文中讨论的实施例与以上讨论的系统和方法相关，但这些实施例旨在为示例性的并且不旨在限制这些实施例对本文中所阐述的那些讨论内容的适用性。本文中所讨论的控制系统和方法论相等地应用于同电弧焊接、激光焊接、钎焊、锡焊、等离子体切割、水射流切割、激光切割相关的系统和方法、以及使用类似控制方法论的任何其他系统或方法中，并且可以用于其中，而不脱离以上讨论的发明的精神或范围。本文的实施例和讨论可以容易地由本领域的技术人员并入到这些系统和方法中的任何系统和方法中。
[0059]以上示例仅仅是说明本发明的各个方面的若干个可能的实施例，其中，本领域技术人员在阅读并理解本说明书和附图时将想到等效的变更和/或修改。特别地，关于由以上描述的部件(组件、设备、系统、电路等)执行的各种功能，除非以其他方式指出，用来描述这样的部件的术语(包括涉及参考“装置(means)”)旨在与执行被描述部件(例如，功能上是等效的部件)的具体功能的任何部件(如硬件、软件或其组合)相对应，即使结构上不等效于执行本发明所展示的实现方式中的功能的披露结构也是如此。此外，尽管可能已经根据若干实施例中的仅一个实施例披露了本发明的某个具体特征，但此类特征可以如所希望地和针对任何给定的或具体的应用而言有利地与其他实现方式的一个或多个其他特征相组合。另夕卜，在术语“包括(including)”、“包括了 (includes)，，、“具有(having)”、“有(has)”、“带有(with)”或其变体被用于详细描述和/或权利要求书的范围内，此类术语以类似于术语“包括(comprising)”的方式旨在是开放性的。
[0060]本书面说明书使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域普通技术人员能够实行本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的文字语言没有差别的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求书中的文字语言有非实质性差别的等效结构元件，则此类其他示例意在包括在权利要求的范围之内。
[0061]当时出于展示
【申请人】已知的最佳模式的目的已经描述了实施本发明的最佳模式。如通过权利要求的范围和精神所衡量的，实例仅仅是说明性的而不意味着要限制本发明。已经参照优选和替代的实施例描述了本发明。显然，依据对本说明书的阅读和理解，其他技术人员将会认识到多种修改和变更。旨在包括落在所附权利要求书或其等效物范围内的所有此类修改和变更。
参考号
30 焊炬404焊丝导向器
32 焊条406焊条
100焊接系统408高度
101底架410电源
102气体供应器420焊炬
103绕线盘430控制器
104焊丝导向器440定位部件
1047焊丝导向器450深度部件
105第一安装系统510显示部件
106第二安装系统520输入部件
107控制器602轨道
112相机装置604表面
113相机装置606目标焊缝
124调整装置608焊接材料
126支撑构件900流程图
130调整装置910参考框
132支撑构件920参考框
300热丝焊接系统930参考框
302热丝焊接系统940参考框
310第一电源950参考框
320热丝电源960参考框
400焊机系统
402焊丝G 凹槽
GTAff钨电极惰性气体保护焊 P 管道 W 焊丝/工件 Z 区
TIG钨惰性气体 S 屏蔽气体
【主权项】
1.一种焊机系统(100，300，400)，包括: 可拆卸地联接至轨道上的焊炬(30)，该轨道相邻地附着至管道(P)上，其中该焊炬(30)包括焊条(32)以用于执行焊接操作来将材料层沉积到该管道(P)上并且该焊接操作是在该管道(P)的内直径或该管道(P)的外直径上的； 电源(310，410)，该电源在该焊条(32)与该工件(W)之间创建电弧； 深度部件，该深度部件检测从该焊条(32)到该工件(W)的高度； 定位部件，该定位部件在该轨道上以第一焊条(32)速度致动该焊炬(30);以及 控制器部件，该控制器部件基于该高度的变化对该焊炬(30)采用第二焊条速度。2.如权利要求1所述的焊机系统(100，300，400)，其中，该高度变化是在将额外的层沉积到该管道(P)上时由于沉积到该管道(P)上的材料层所导致的。3.如权利要求1或2所述的焊机系统(100，300，400)，该焊炬(30)通过在该管道(？)上两次或更多次沉积材料来执行该焊接操作。4.如权利要求3所述的焊机系统(100，300，400)，其中，该两次或更多次材料沉积中的每一次都对应于绕该管道(P)的相应一转，和/或其中该两次或更多次材料沉积中的每一次都是针对该管道(P)的焊接序列。5.如权利要求1至4中任一项所述的焊机系统(100，300，400)，其中，该焊接序列包括以下各项中的至少一项: 至少一次根部焊接； 至少一次填充焊接;或 至少一次盖面焊接。6.如权利要求1至5中任一项所述的焊机系统(100，300,400)，进一步包括输入部件，该输入部件接收选择以显示该第二焊条速度或该第一焊条速度。7.如权利要求1至6中任一项所述的焊机系统(100，300,400)，进一步包括显示部件，该显示部件呈现与该第一焊条速度和该第二焊条速度有关的图形的一部分。8.如权利要求1至7中任一项所述的焊机系统(100，300，400)，其中，该图形的该部分包括文本、数字、字母、符号或所显示像素中的至少一者。9.如权利要求1至8中任一项所述的焊机系统(100，300,400)，进一步包括控制器，该控制器被配置成基于该高度变化来调整该焊接操作的焊接参数。10.如权利要求9所述的焊机系统(100，300，400)，其中，该焊接参数是该第一焊条速度、该第二焊条速度、电弧电压、焊丝给送速度、相对于管道(P)的焊炬高度、电弧电流水平、该焊条(32)的振荡速率、该焊条(32)的振荡宽度、焊丝的温度、该焊条(32)的温度、电弧的电流极性、焊丝(W)的电流极性、工件(W)的物理位置、或该焊炬(30)的物理位置中的至少一项。11.如权利要求1至10中任一项所述的焊机系统(100，300，400)，进一步包括: 针对为外直径焊接操作的焊接操作而言，该第二焊条速度大于该第一焊条速度;并且 针对为内直径焊接操作的焊接操作而言，该第二焊条速度小于该第一焊条速度。12.—种焊接方法，包括: 检测焊条距弯曲工件的高度； 通过在该焊条与该弯曲工件之间创建电弧来执行焊接操作； 将该焊接操作识别为内直径焊接操作或外直径焊接操作； 对该焊接操作采用一个焊条速度； 在该焊接操作过程中检测该焊条的高度的变化;并且 基于该高度变化、该弯曲工件的曲率测量值、以及执行该焊接操作的轨道式焊机的轨道参数来调整该焊条速度，其中调整该焊条速度优选地包括:增大在轨道上的牵引机焊机运动速率;减小在轨道上的牵引机焊机运动速率;增大该工件的运动速率;或减小该工件的运动速率。13.如权利要求12所述的方法，进一步包括基于该高度变化来调整焊接参数，其中该轨道参数优选地是与该轨道式焊机一起使用的轨道的长度、该轨道式焊机所使用的轨道距该弯曲工件的距离、与该轨道式焊机一起使用的轨道的内直径布局、或与该轨道式焊机一起使用的轨道的外直径布局中的至少一者。14.如权利要求12或13所述的方法，其中，该弯曲工件是管道。15.如权利要求13所述的方法，其中，该调整步骤是增大该焊条速度，和/或其中，该高度变化是由于来自该焊接操作所使用的焊条、或该焊接操作所使用的焊丝中的至少一者的材料沉积物而产生的。16.一种焊机系统(100,300,400)，包括: 轨道式焊机，该轨道式焊机具有邻近于工件(W)支撑的底架(101); 焊炬(30)，该焊炬联接至该底架(101)上，该焊炬包括焊条(32); 电源，该电源在该焊条(32)与该工件(W)之间创建电弧； 送丝器，该送丝器连接至焊丝(W)供应源上以便将焊丝(W)提供至由该焊条(32)形成的熔池； 用于接收针对内直径焊接操作或外直径焊接操作的用户输入的器件； 用于使该焊炬(30)在联接至该底架(101)上的轨道上以焊条速度移动的器件； 用于在该焊接操作过程中检测该焊条(32)距该工件(W)的高度的变化的器件； 用于基于该检测高度变化的步骤以及该用户输入来调整该焊条速度的器件；以及 用于显示该焊接操作过程中的该焊条速度的器件。
【文档编号】B23K9/02GK105829003SQ201480065672
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月2日
【发明人】S·R·科尔
【申请人】林肯环球股份有限公司