專利名稱：用于統計分析焊接作業的系統和方法
用于統計分析焊接作業的系統和方法相關申請的交叉引用本申請主張2010年I月7日提出的名稱為“采用實時統計分析焊接工藝參數的焊接系統的優化設置”的第61/293，070號美國臨時專利申請以及2010年12月17日提出的名稱為“用于統計分析焊接作業的系統和方法”的第12/971,881號美國專利申請的優先權，上述申請在此通過引用的方式并入本文。
背景技術：
本發明大體上涉及焊接系統，更具體地說，是涉及用于統計分析焊接作業的系統和方法。焊接已成為各行各業普遍采用的工藝。例如，焊接經常應用于例如造船、飛機維 修、建筑等領域。在這些焊接過程中，通常提供各種控件以使操作員能夠控制焊接作業的一項或多項參數。例如，焊接系統可以設有用戶控件和輸入口以實現例如焊接工藝、填充金屬或焊條、保護氣體、金屬厚度、移動速度、電弧力、電感、熱引弧、下垂等參數的設置和控制。這些控件使得熟練的焊工能夠根據焊條類型、保護氣體類型、焊接工藝、金屬厚度、焊接條件等因素來設置和調整焊接系統使之按照所需的方式運行。通常，焊接系統控件的調整和設置要求焊接操作員掌握關于如何在焊接作業過程中正確地設置和調整控件的知識和技能。不當的調整控件會對焊接作業產生不良影響，從而導致例如飛濺增加、焊道形狀或焊透不良等副作用，給操作員啟動并維持電弧帶來困難。不幸的是，有些焊接操作員可能沒有必須的技能來正確地調整焊接系統的一個或多個控件。因此，需要能夠克服上述缺點的改進過的焊接系統。
發明內容
在示范性實施方式中，焊接系統包括焊接電源，所述焊接電源包含電源轉換電路，所述電源轉換電路適于接收主電源并將主電源轉換成在焊接作業中使用的焊接電源輸出。焊接系統還包括控件，所述控件與焊接電源通信地連接并且適于確定至少一個焊接工藝參數的統計特征和利用所述統計特征來確定焊接作業中焊條類型、焊條直徑及保護氣體類型中的至少某一項。在另一個實施方式中，控制焊接電源的方法包括初始化焊接作業的一項或多項默認設置，在焊條和工件之間接通焊接電弧，監控焊接作業中所產生的電流波形和電壓波形中的至少一項。該方法還包括在焊接作業中根據至少一個電流和/或電壓波形來確定焊接作業的統計特征，以及根據統計特征來確定焊接作業中一項或多項所需設置。在另一個實施方式中，焊接電源控制器適于檢測焊接工藝的啟動，初始化一項或多項焊接工藝參數的默認設置，對一個或多個焊接參數波形進行統計分析，以及根據所完成的統計分析來確定焊接工藝中正在使用的焊條類型。
結合附圖參閱以下詳細說明有助于更好地理解本發明的上述及其他特征、方面和優勢，在所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件，其中圖I闡明了一個與本發明的實施方式相一致的包括焊接電源和內置控制器的示范性焊接系統；圖2所示的流程圖闡明了一種與本發明的實施方式相一致的示范性控制方法，可通過圖I中的控制器來應用所述示范性控制方法以控制焊接工藝；圖3A闡明了與本發明的實施方式相一致的用于第一焊條類型保護金屬電弧焊工 藝的示范性電流-時間曲線圖；圖3B闡明了與本發明的實施方式相一致的用于第一焊條類型保護金屬電弧焊工藝的示范性電壓-時間曲線圖；圖4A闡明了與本發明的實施方式相一致的用于示范性焊接作業的示范性電流-時間曲線圖；圖4B闡明了與本發明的實施方式相一致的用于示范性焊接作業的示范性邏輯信號-時間曲線圖；圖4C闡明了與本發明的實施方式相一致的用于示范性焊接作業的示范性電壓-時間曲線圖；圖5闡明了與本發明的實施方式相一致的針對不同直徑和不同類型焊條的示范性統計所確定的平均短路持續時間-焊接電流曲線圖；圖6闡明了本發明的實施方式相一致的一種示范性方法，可以通過控制器來應用所述示范性以檢測焊接作業所使用的焊條類型和設置適于與已定焊條類型相配合使用的一項或多項參數；圖7闡明了根據圖6所示方法進行控制時在一個示范性焊接作業中產生的電流-時間曲線圖的一種實施方式；圖8闡明了一種方法的實施方式，可以通過本文所公開的控制器來應用所述方法以統計確定正在使用的焊條類型和將已定的焊條類型和預設的焊條類型進行比較；圖9闡明了一種方法的實施方式，可以通過一個焊接控制器的實施方式來應用所述方法以在進行GMAW或FCAW焊接作業時對GMAW或FCAW焊接作業進行一次或多次統計測定;圖10闡明了與本發明的實施方式相一致的示范性統計特征，所述示范性統計特征與各種材料相同直徑不同的焊絲相關；圖11闡明了短路持續時間-送絲速度曲線圖的一個實施方式，顯示了與在不同保護氣體下的GMAW焊接作業中所用的已定焊條有關的示范性統計特征；圖12闡明了短路頻率-送絲速度曲線圖的一個實施方式，顯示了與在不同保護氣體下的GMAW焊接作業中所用的已定焊條有關的示范性統計特征；以及圖13闡明了與本發明的實施方式相一致的一種方法的實施方式，可以通過控制器來應用所述方法以控制GMAW或FCAW工藝。
具體實施例方式下文將詳細說明焊接系統的實施方式，該焊接系統包括控制器，該控制器適用于根據一個或多個焊接波形(例如，電壓波形、電流波形等)或其他適當的焊接信號來優化一項或多項焊接設置或參數。在某些實施方式中，統計分析產生用于焊接工藝的統計特征，統計特征可用于確定在焊接工藝中所使用的焊條類型、填充金屬類型、保護氣體類型等。例如，在一個實施方式中，可以將已定的統計特征和基準特征進行比較從而測定焊接參數(例如，焊條類型)。在一些實施方式中，控制器可根據已定的統計特征自動地調整焊接工藝所用的一項或多項參數或設置。在其他實施方式中，控制器可以做出指示，提醒用戶調整焊接設置或輸入或者可以鎖定后續操作，直到根據要求調整到確定的設置或參數。在某些實施方式中，通過控制器進行的統計分析可以應用于區別焊接作業中所使用的兩種或更多種耗材或裝置。例如，操作器可適用于區別兩種或多種焊條類型或者兩種或多種保護氣體類型。例如，在一些焊條焊接作業中，控制器可根據統計分析結果來區別6010型焊條和7018型焊條。再例如，在某些金屬惰性氣體(MIG)焊接工藝中，控制器可適用于區別二氧化碳保護氣體與氬和二氧化碳混合保護氣體的使用。實際上，在某些實施方式中，控制器可配置成根據統計分析來區別可能使用的耗材或裝置的任一適當數量。現在轉向附圖，圖I闡明了一個與本發明的實施方式相一致的包括焊接電源12及 內置控制器14的示范性焊接系統10。在所示實施方式中，焊接電源12包括頂面板16、前面板18及側面板20。頂面板16包括可單獨或同時使用的手柄22和皮帶24以按焊接操作員的需求移動焊接電源12的位置。但是，需要注意的是，在很多實施方式中，焊接電源12可能不是便攜式的，并且可以被配置為在單一位置上使用。事實上，任何與本發明的實施方式相一致的適合的焊接電源都可以被采用，并且所示電源代表了單個、非限制性的實施方式。前面板18包括控制面板26，控制面板26包括供操作員設置焊接作業的一項或多項參數的旋鈕30。例如，在一個實施方式中，操作員可以利用控制面板26上的旋鈕30或其他控件來設置所需要的焊接電流、電壓及/或送絲速度。另外，在某些實施方式中，操作員可以利用其他控件來選擇焊接工藝、調整電弧力設置、調整電感設置、輸入焊條直徑(例如，O. 035”、0· 045”等)、輸入焊條類型(例如，軟鋼)、輸入保護氣體類型(例如，100%二氧化碳、90%氬及10%二氧化碳等)等。事實上，在各種實施方式中，操作員可以利用控制面板26來設置或調整任何適合的焊接參數或設置。在圖I所示的實施方式中，前面板18還包括負極焊接輸出端32、正極焊接輸出端34及遠程輸出端36。所示的實施方式被配置用于焊條直流正接(DCEP)焊接工藝。相應地，在所示實施方式中，焊鉗38通過電纜40連接到正極焊接輸出端34，接地夾42夾住工件44并且通過電纜46連接到焊接電源12從而在作業時閉合在焊接電源、焊條及工件之間的電路。遠程輸出端36可連接到一個或多個遠程控制裝置，所述遠程控制裝置被配置為控制遠程的焊接作業中的一項或多項參數。例如，在某些實施方式中，遠程輸出端36可連接到腳踏控件、手持式控制裝置、遠程用戶界面等。在作業過程中，焊接電源12被配置為接收例如壁裝插座或電網上的主電源并且將主電源轉換成適合在焊接作業中使用的電源輸出。因此，在使用過程中，控制器14控制了焊接電源中的一個或多個電氣組件以產生所需要的輸出。例如，可以用控制器14存儲和檢索用于具體焊條類型、填充金屬類型、保護氣體等等的設置和參數。另外，控制器14有助于操作員通過接收所需的設置并將所需的設置存入控制器14內存從而對焊接參數和設置進行定制。此外，所述所需的設置或參數可通過焊接電源12內的用戶界面26傳遞給控制器14。此外，如下文更為詳細的描述，當進行焊接作業時，控制器14可被配置為對焊接作業的一個或多個焊接特性進行統計分析從而確定在焊接作業中的一個或多個表明所用的焊條類型、填充金屬類型、保護氣體類型等等的特性。另外，控制器14被配置為區別在焊接作業中可能使用的焊條類型、保護氣體類型等的預定數量。例如，在一個實施方式中，控制器14可對焊接電流波形和電壓波形進行統計分析并且可以利用這些分析結果來確定正在實施的焊接作業中既定設置的最佳操作參數集。因此，在某些實施方式中，控制器14可以在焊接過程中調整焊接電源12的參數以優化測定條件的作業。在其他實施方式中，控制器14能在焊接過程中提醒操作員注意最佳條件集，并且操作員可通過用戶界面28相應地調整一項或多項參數。圖2是闡明了一種示范性控制方法48的流程圖，可通過圖I所示的控制器應用所述控制方法來控制與本發明的實施方式相一致的焊接過程。該方法48包括啟動焊接過程的步驟(方框50)以及將焊接控制器初始化為一項或多項默認設置的步驟(方框52)。換 言之，在該實施方式中，控制器在進行統計分析之前在焊接過程起始之時進行參數的默認設置。事實上，可以根據既定焊接工藝的最常用焊條、上一次焊接作業用過的焊條、或者任何其他所需的條件來預選默認的啟動參數集。該方法48還包括檢查是否接通焊接電弧(方框54)，如未接通，則控制器繼續監控焊接電弧的引發。焊接電弧接通以后，控制器確定焊接工藝的統計特征(方框56)。例如，控制器能統計分析在焊接作業過程中的電壓波形和/或電流波形以確定統計特征。又如，在一個實施方式中，控制器可以將所產生的電壓波形及/或電流波形與控制器內存中的一個或多個基準波形進行比較以確定焊接工藝的分析特征。一旦統計特征確定以后，控制器可確定在既定的焊接作業所使用的焊條類型(方框58)，并且可根據焊條類型來調整或確認焊接作業中所用的一項或多項焊接設置(方框60)。但是，需要注意的是，在某些實施方式中，控制器可被配置為區別焊接作業中所用的兩種或更多種焊條類型(例如，6010焊條與7018焊條)。該特性可使控制器在焊接作業中調整一項或多項焊接參數以優化焊接系統在既定設置下的性能。需要注意的是，雖然在圖2所示的實施方式中控制器利用統計特征來確定焊條類型，當在進行其他方式中進行焊接作業時，可以利用統計特征來確定焊接工藝中多個參數中的任意參數。圖3A、圖3B、圖4A、圖4B及圖4C闡明了一種示范性方法，通過控制器利用所述示范性方法來對焊接電流波形和電壓波形進行統計分析從而在進行焊接作業時確定焊接工藝的統計特征。具體而言，圖3A和圖3B分別闡明了第一焊條類型(例如，E7010、l/8”直徑)氣體保護金屬極弧焊(SMAW)過程的電流-時間曲線圖62和電壓-時間曲線圖64。在某些實施方式中，控制器可在焊接作業中統計分析電流-時間曲線圖62和電壓-時間曲線圖64或這兩個中的一個。如圖所示，電流-時間曲線圖62包括電流軸66和時間軸68。同樣地，電壓-時間曲線圖64包括電壓軸70和時間軸72。如圖所示，電壓曲線圖64包括多個短路事件74、76、78、80及82，所述短路事件發生在焊接作業的過程中并且與焊接電弧期84、86、88、90、92及94穿插進行。短路事件74、76、78、80及82可能具有電壓大幅下降的特點，如在電壓圖64中所示，在這段時間內，焊條熔融端對熔池短路。在某些實施方式中，在熔滴已經被引入熔池并且重新接通打開的電弧之后，電弧期可能緊接著短路事件。電壓曲線圖64進一步包括瞬時短路事件96和98，與短路事件相比較所述瞬時短路事件96和98具有期間短的特點。焊條上的熔滴瞬間接觸熔池可引起上述瞬時短路事件。發生瞬時短路事件(如98)以后，通常在熔滴引入熔池時發生持續時間較長的短路事件(如82)。在某些實施方式中，可以在利用大致恒流的焊接電源的情況下實施SMAW作業(即，控制焊接電源的輸出使得輸出電流在焊接作業中保持大致恒定的狀態)。在某些實施方式中，操作員可以根據焊接作業的要求，使用旋鈕30或其他適合的控件來調整或設置電流值。更進一步地，在另一些實施方式中，在SMAW作業中所用的焊接電源可以在引弧、短路事件、高電弧壓瞬間或電弧的其他動態事件期間實現電流值的進一步控制或改變。例如，可以提供電弧力控件，使輸出電流在發生短路事件時增加。某些電弧力控件可能同時具有靜 態特性和動態特性。在這種實施方式中，靜態特性可以在短路事件中控制穩態電流的增加幅度，而動態特性能在短路事件中和短路事件之后控制輸出電流的變化率。改變一個或多個電弧力常數可改變靜態和/或動態電弧力特性。在某些實施方式中，電弧力常數可用于數學計算，通過合適的電路、軟件或任何其他適當的設備來改變電弧力特性。某些焊接電源可使操作員利用例如旋鈕30來調整靜態和/或動態電弧力特性。短路事件74、76、78及80的一個或多個特性可能是例如在焊接作業中所用的焊條類型、電源的電流設置等系數的函數。例如，短路待續時間或短路清除所需時間可能受到電源靜態/動態電弧力特性的影響并且可以表明例如焊條類型之類的焊接參數。在闡明的實施方式中，由于對短路事件74、76、78、80及82的電弧力響應，電流曲線圖62顯示電流尖峰100、102、104、106及108對檢測到的短路事件74、76、78、80及82做出反應。在某些實施方式中，焊接控制器可以統計分析出電流和/或電壓曲線圖中其中一個曲線圖或者兩個曲線圖的某些特性以確定在實施焊接作業時焊接作業的統計特征。例如，焊接工藝的統計特征可能包括例如短路發生率、短路持續時間等特性。為此，控制器例如可通過將電壓波形的瞬時幅度與臨界值進行比較來檢測是否存在短路。例如，在某些實施方式中，臨界值可能是固定值或平均電壓的函數。圖4A、圖4B和圖4C闡明了這些短路檢測邏輯的一個實施方式。具體而言，圖4A為示范性電流-時間曲線圖110，圖4C為示范性電壓-時間曲線圖112，圖4B為示范性邏輯信號-時間曲線圖114。電流曲線圖110包括電流軸116和時間軸118。邏輯信號曲線圖包括邏輯信號強度軸120和時間軸122，電壓曲線圖112包括電壓軸124及時間軸126。如圖所示，在電壓曲線圖112上發生了各種短路事件128、130和132以及瞬時短路事件134和136。電流曲線圖110以電流尖峰138、140和142對短路事件128、130和132做出響應。同樣地，邏輯信號曲線圖114檢測到短路事件128、130和132，而忽略了瞬時短路事件134和136。這樣，控制器可以被配置為通過利用電壓臨界值和持續時間臨界值來識別短路事件128、130和132。舉例來說，在所示的實施方式中，如果短路持續時間不超過預定臨界值，則邏輯信號114檢測不到短路事件，相應地，控制器不會用短路事件進行后續的統計分析。在某些實施方式中，用于檢測短路事件和忽略臨時短路事件的預定持續時間臨界值可以約為O. 3ms-lms之間。另外，需要注意的是，在附加實施方式中，控制器還可以配置為忽略超過持續時間臨界值的短路事件，例如，由于焊接操作員在作業時焊條不足而引起的并且未表明焊條一個或多個特性的短路事件。在某些實施方式中，為了忽略由于焊接操作員在焊接時焊條不足而引起的短路而預定的持續時間臨界值約為50ms_IOOms 之間。在某些實施方式中，控制器可配置為在焊接作業中統計分析電流曲線圖110和電壓曲線圖112或其中一個曲線圖以確定與焊接作業的一項或多項參數有關的統計特征。統計特征可能包括一項或多項統計測定或計算，例如，平均電流、平均電壓、平均短路持續時間、短暫短路百分比、短路頻率、標準偏差、電壓或電流的均方根值或者任意數量的其他適當計算。在某些實施方式中，短暫短路是持續時間較短的短路，比如說，短路時間介于長持續時間臨界值和短持續時間臨界值之間，如上文所述。另外，在某些實施方式中，可以將短時短路定義為短路事件的子集。例如，在一個實施方式中，短時短路可以定義為持續時間大于Ims小于5ms的短路。在一個實施方式中，控制器可以統計分析電壓曲線圖112和電流曲線圖110以確定焊接作業中正在使用的焊條類型。在該實施方式中，控制器至少根據平均電流、平均短路持續時間及短時短路百分比中的一項來確定焊條類型。例如，控制器通過將所獲得得測定 值和/或計算統計值與參照表進行比較來確定表現出觀察行為的焊條類型。控制器能利用線性近似、查找表或任何其他合適的方法來確定焊條類型。例如，3/32" E6010焊條的相關平均短路持續時間遠遠小于3/32" E7018焊條。又如，1/8" E6010焊條的短時短路百分比可能遠遠大于1/8" E7018焊條。這些通過統計確定的焊接作業中的特性差異可供控制器用于確定例如正在使用的焊條類型。圖5為示范性統計所確定的針對不同直徑、不同類型的焊條平均短路時間-焊接電流曲線圖144。曲線圖144包括平均短路持續時間軸146和焊接電流軸148。曲線圖144還包括第一焊條類型曲線圖150及第二焊條類型曲線圖152。第一焊條類型曲線圖150包括與第一焊條類型及第一直徑(如3/32”)154有關的統計特征、與第一焊條類型及第二直徑(如1/8”)156有關的統計特征、以及與第一焊條類型及第三直徑(如5/32”)158有關的統計特征。同樣地，第二焊條類型曲線圖152包括與第二焊條類型及第一直徑160有關的統計特征、與第二焊條類型及第二直徑162有關的統計特征、以及與第二焊條類型及第三直徑164有關的統計特征。如所闡明的，控制器可以利用焊接電流和平均短路持續時間方面的統計差異來確定焊接作業中正在使用的焊條類型和直徑。換言之，在一個實施方式中，控制器可以將已確定的平均短路持續時間和焊接電流強度與例如圖5所示的曲線圖等參照圖表進行比較來確定焊條類型和直徑。雖然圖5所示的實施方式僅顯示了兩個曲線圖，但是附加實施方式的參照圖表可包含與所需的任何焊條數量有關的任意數量的曲線圖。另外，一旦控制器確定了焊條類型和/或直徑以后，可以為剩下的焊接工藝實現最適合與所確定的焊條類型或直徑配合使用的一項或多項設置或參數。此外，在某些實施方式中，焊接控制器能利用附加統計值來確定正在使用的焊條的類型和直徑。這些附加值包括但不限于平均電壓等級、平均/設置電流強度、電壓和/或電流均方根值、功率、平均電弧持續時間(即，短路中間的波形部分)、測定值的標準偏差、或者任何其他適用的統計參數。圖6闡明了一種示范性方法166，控制器可以通過使用所述方法來檢測焊接作業中正在使用的焊條類型和設置適用于所確定的焊條類型的一項或多項參數。方法166包括檢測焊接工藝已經啟動的步驟(方框168)以及將焊接控制器初始化為一項或多項默認設置的步驟(方框170)。例如，在開始焊接作業和進行統計分析之前，啟動階段的參數可以是默認設置，例如，與機器最近所用的焊條類型有關的設置、操作員輸入的設置、與焊接電源有關的設置、或任何其他默認設置。該方法進一步包括驗證焊接電弧接通的步驟(方框172)以及對持續時間在預定范圍內的短路的短路持 續時間進行累計的步驟(方框174)。也就是說，對于控制器判斷為瞬時短路的短路事件，跟蹤短路持續時間。另外，短路持續時間的累計可以持續到已累計達到預定的短路數量和/或者直到超過預定的時間臨界值。另外還計算累計短路的平均短路持續時間(方框176)。在該實施方式中，計算的平均短路持續時間與臨界值作比較(方框178)以確定正在使用的焊條類型或者區別兩種或多種可能的焊條類型。如果計算的平均持續時間超過臨界值，則根據與第一焊條類型有關的第一參數集來設置電弧力常數(方框180)。但是，如果計算的平均持續時間不超過臨界值，則根據與第二焊條類型有關的第二參數集來設置電弧力常數(方框182)。根據平均短路持續時間調整電弧力常數以后，控制器能在每次接通焊接電弧后繼續監控焊接作業，以確定焊條類型是否已經發生變化。控制器可利用該方法來檢查焊接作業期間的焊條類型，根據預定的焊條類型設置焊接工藝參數。另外，如果操作員在焊接作業中切換焊條類型，則可用所述方法的實施方式來調整電弧力常數值以適應當前使用的焊條。這樣，在某些實施方式中，控制器能確定平均短路持續時間，而且平均短路持續時間可作為與本發明的實施方式相一致的焊接工藝的統計特征。圖7顯示了電流-時間曲線圖184的一個實施方式，該圖可能在圖6所示方法控制下的示范性焊接作業中產生。相應地，圖184包括電流軸186和時間軸188。在該實施方式中，控制器在啟動階段初始化一項或多項默認設置，使用所述默認設置直到進行統計分析并且可能根據統計分析結果來進行參數設置優化。如所闡明的，對于波形的第一部分190，實現了與默認焊條類型(如E6010)有關的默認電弧力常數集。在波形的第一部分190期間，通過控制器確定短路事件的平均持續時間。在所述的實施方式中，通過對平均短路持續時間進行分析，控制器確定了正在使用第二焊條類型(如E7018)并且調整電弧力常數以形成電流波形的穩態部分192。這樣，根據圖6所示方法，當前公開的控制器的實施方式能夠在焊接作業過程中根據統計分析來改變一項或多項焊接參數。圖8闡明了一種示范性方法194，通過此處公開的控制器的實施方式來利用所述方法來確定正在使用的焊條類型和將已確定的類型與預設類型進行比較。該方法舉例能夠極大地降低用戶操作焊接電源的同時使用不合格焊條的可能性。該方法194包括檢測焊接工藝啟動的步驟(方框196)及隨后檢測所選定的焊條類型的步驟(方框198)。例如，選定的焊條類型可能是用戶通過控制面板指定的焊條類型。控制器進一步地適于初始化與選定焊條有關的設置(方框200)以及驗證焊接電弧的連接(方框202)。如上文詳細描述的，一旦焊接電弧接通以后，控制器確定焊接工藝的統計特征(方框204)并且根據統計特征確定所用的焊條類型(方框206)。控制器進一步檢查焊接作業所用的焊條是否與焊接操作員所選定的焊條類型一致(方框208)。如果選定的焊條類型與確定的焊條類型相匹配，則對當前設置進行驗證并且使焊接作業得以繼續(方框210)。但是，如果選定的焊條類型與確定的焊條類型不匹配，則焊接作業被鎖住(方框212)，并且提醒焊接操作員存在錯誤(方框214)。但是，在替代實施方式中，可以不鎖住焊接作業，仍然提醒焊接操作員存在錯誤。以這種方式這，根據各種需要通過控制器使用已確定的焊條類型來驗證正在使用正確的焊條進行焊接作業。圖9-13闡明了應用于氣體保護金屬極弧焊(GMAW)和藥芯焊絲電弧焊(FCAW)的本發明的實施方式。具體而言，圖9闡明了一種方法216，可以通過焊接控制器的一個實施方式來使用所述方法以在GMAW或FCAW焊接作業過程中對GMAW或FCAW焊接作業做出一項或多項統計測定。方法216包括檢測焊接工藝的啟動(方框218)以及對于選定的焊接工藝進行默認初始設置(方框220)。方法216還包括焊接工藝統計特征的確定(方框222)，詳細說明參見上文的SMAW過程。但是，在該實施方式中，該方法包括利用統計特征來確定焊接作業所使用的焊條類型、焊條直徑以及保護氣體類型中的一項或多項(方框224)。在某些實施方式中，如操作員需要，則控制器可根據一項或多項測定改變焊接作業的一項或多項焊接參數(方框226)和/或者提醒操作員注意測定結果和/或所建議的焊接參數(方框 228)。在應用于GMAW和/或FCAW系統的本發明的實施方式中，可以利用針對一個或多個焊接波形所作的統計分析來確定焊接作業中所使用的焊條類型及保護氣體類型。上述測定可用于確定適當的焊接參數，例如，焊接系統的動態/靜態行為。這樣，可以使每種焊條和保護氣體組合與所需的唯一的設置集相聯系。例如，在使用同類焊條的情況下，與使用75%氬和25%二氧化碳作為保護氣體相比，使用100%二氧化碳保護氣體進行焊接時，可以理想地將焊接系統的動態行為控制為保持較低電感值(即，焊接電流的變化率)。事實上，可以根據檢測到的保護氣體類型和焊條類型的特定組合來調整各種焊接設置。圖10闡明了與各種具有相同材料(如軟鋼)、不同直徑的焊絲有關的示范性統計特征。具體而言，圖10所闡明的焊接電流-送絲速度曲線圖230包括用于示范性GMAW過程的焊接電流軸232和送絲速度軸234。如所闡明的，具有第一直徑(如O. 045”)的第一焊絲236的統計特征曲線不同于具有第二直徑(如O. 035”)的第二焊絲238，第二焊絲的統計特征曲線不同于具有第三直徑(如O. 030”)的第三焊絲240。在某些實施方式中，控制器測定正在進行的焊接作業焊接電流-送絲速度曲線，與曲線236、238和240進行比較，確定正在使用的焊絲直徑。控制器可以將例如焊接電壓之類的附加輸入值或測量值作為曲線的組成部分來確定正在使用的焊絲直徑。隨后，如果需要，控制器可結合確定的焊絲直徑來調整一項或多項預定的焊接參數。圖11為短路持續時間-送絲速度曲線圖242，顯示了與在GMAW焊接作業中所使用 的具有不同保護氣體的既定焊條有關的示范性統計特征。曲線圖242包括平均短路持續時間軸244、送絲速度軸246、與第一保護保護氣體類型(如100% 二氧化碳)有關的波形248、以及與第二保護氣體類型(如75%氬和25%二氧化碳)有關的波形250。如圖所示，通過確定焊接作業期間的平均短路持續時間并與基準平均短路持續時間-送絲速度進行比較，控制器可以利用焊接工藝的統計特性來確定在GMAW作業中正在使用的保護氣體類型。例如，控制器可以將平均短路持續時間與一條或多條參照曲線(如248和250)進行比較以確定保護氣體的類型。需要注意的是，雖然圖11僅顯示了兩條與兩種保護氣體有關的曲線，但是替代實施方式可能包含任意適當數量的曲線。圖12為短路頻率-送絲速度曲線圖252，顯示了與在GMAW焊接作業中所使用的具有不同保護氣體的既定焊條有關的示范性統計特征。曲線圖252包括平均短路頻率軸254、送絲速度軸256、與第一保護氣體類型(如100%二氧化碳)有關的第一波形258以及與第二保護氣體類型(如75%氬和25%二氧化碳)有關的第二波形260。在該實施方式中，通過將平均短路頻率與送絲速度進行比較，控制器可以確定在既定焊接作業中正在使用的保護氣體類型。如前所述，其他實施方式中的曲線圖252還可能包括附加保護氣體類型。需要注意的是，在某些實施方式中，控制器可利用一種或多種參照圖表來確定和/或驗證在GMAW或FCAW工藝中正在使用的 保護氣體和/或焊條類型。例如，在某些實施方式中，控制器能同時利用短路持續時間以及短路頻率與送絲速度進行比較以確定并隨后檢查是否針對保護氣體類型做出正確的決定。另外，在其他實施方式中，控制器能首先確定焊條類型，然后確定保護氣體類型。此外，在某些實施方式中，控制器能區別兩種或多種焊條類型，還能進一步區別兩種或多種保護氣體類型。然后，控制器能根據測定結果和/或區別來針對既定的焊接作業提出建議或實施適當的焊接參數設置。如前所述，控制器可在作業過程中動態分析、控制焊接作業。圖13顯示了一種示范性方法262，通過控制器使用所述方法來控制與本發明的實施方式相一致的GMAW或FCAW工藝。方法262包括檢測焊接工藝啟動的步驟(方框264)以及對焊接工藝進行默認初始設置集的實施步驟(方框266)。另外，方法262還包括平均短路持續時間-送絲速度特征的確定(方框268)以及針對既定作業的平均短路頻率-送絲速度特征(方框270)。根據確定的特征，控制器被配置為能夠確定保護氣體的類型(方框272)，詳情參見前文。此外，方法262還包括電流-送絲速度特征的確定(方框274)以及此后根據確定的特征來確定焊條直徑(方框276)。此外，可以通過將確定的統計特征與一項或多項參照特征或圖表進行比較來做出決定。在某些實施方式中，控制器能根據統計分析向焊接操作員推薦一項或多項焊接設置(方框278)和/或者控制器能根據這些決定來改變一項或多項焊接參數(方框280)。雖然本文僅闡明、描述了本發明的某些特性，但是本領域的技術人員還能想到很多修改和變化。因此，需要理解的是，附加的權利要求意圖覆蓋所有落入本發明主旨范圍之內的所有修改和變化。
權利要求
1.一種焊接系統，包括 焊接電源，所述焊接電源包括電源轉換電路，所述電源轉換電路被配置為接收主電源并將所述主電源轉換成適合焊接作業使用的焊接電源輸出；以及 控制器，所述控制器與所述焊接電源通信接合并且被配置用于確定至少一個焊接工藝參數的統計特征，并且利用所述統計特征來確定焊接作業過程中焊條類型、焊條直徑以及保護氣體類型中的至少其中一項。
2.根據權利要求I所述的焊接系統，其中，至少有一項參數包括平均短路持續時間、平均短路頻率、電流-送絲速度曲線、以及所有超預定臨界值的短路百分比中的一項或多項。
3.根據權利要求I所述的焊接系統，其中，所述控制器被進一步配置為在焊接作業中根據一種或多種確定的焊條類型、確定的焊條直徑、以及確定的保護氣體類型來調整焊接工藝的一項或多項設置。
4.根據權利要求I所述的焊接系統，其中，所述控制器被進一步配置為確定至少一個第二焊接工藝參數的第二統計特征以及利用第二統計特征來確定在第二焊接作業中的焊條類型、焊條直徑、及保護氣體類型中的至少其中一項，其中，所述第一焊接工藝在第一焊接電弧引發后開始，所述第二焊接工藝在第二焊接電弧弓I發后開始。
5.根據權利要求4所述的焊接系統，其中，所述控制器被配置用于確定在所述統計特征與所述第二統計特征之間是否存在差異，并且如果檢測到差異，則所述控制器調整所述第二焊接工藝中的一項或多項設置。
6.根據權利要求I所述的焊接系統，其中，所述控制器被進一步配置為在焊接作業中提醒操作員注意所確定的焊條類型、焊條直徑、和/或者保護氣體類型。
7.一種控制焊接電源的方法，包括 初始化焊接作業的一項或多項默認設置； 在焊條與工件之間接通電弧； 在焊接作業中監控電流波形和電壓波形中的至少其中一個； 根據電流和/或電壓波形中的至少其中一個來確定在焊接作業中焊接作業的統計特征；以及 根據所述統計特征來確定焊接作業所需的一項或多項設置。
8.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括，在進行焊接作業所需的設置之前，提醒操作員注意一項或多項所需設置。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述統計特征是平均短路持續時間、平均短路頻率、電流-送絲速度曲線、以及所有超過預定臨界值的短路百分比中的一項或多項。
10.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括根據所述統計特征來確定焊條類型、焊條直徑以及保護氣體類型中的至少其中一項。
11.根據權利要求7所述的方法，其中，所述統計特征是多個短路事件的平均短路持續時間，并且通過將所述平均短路持續時間與預定臨界值進行比較來確定一項或多項所需設置。
12.根據權利要求7所述的方法，其中，一項或多項所需設置包括電流變化率、電感、動態下垂、短路電流峰值強度、電弧電流強度下限、電壓等級、及延時中的至少其中一項。
13.根據權利要求7所述的方法，其包括，當一項或多項所需設置與一項或多項默認設置不同時，在焊接作業期間進行焊接作業所需的一項或多項設置。
14.根據權利要求7所述的方法，其包括，當焊接作業所需的一項或多項設置與一項或多項默認設置不同時，鎖住所述焊接作業。
15.一種用于焊接電源的控制器，被配置用于 檢測焊接工藝的啟動； 初始化一項或多項焊接工藝參數的默認設置； 對一個或多個焊接參數波形進行統計分析；以及 區分兩種或多種焊條類型以根據所進行的統計分析來確定在所述焊接工藝中正在使用的焊條類型。
16.根據權利要求15所述的控制器，進一步被配置為根據確定的焊條類型來確定焊接工藝所需的一項或多項參數設置。
17.根據權利要求16所述的控制器，其被配置為在所需設置與默認設置差異巨大時停止焊接。
18.根據權利要求16所述的控制器，其被配置為在所需設置與默認設置差異巨大時，對所需設置進行初始化以取代默認設置。
19.根據權利要求16所述的控制器，其被進一步配置為確定在所需設置與默認設置之間是否存在重大差異情況，并且在檢測到重大差異的情況下，提醒操作員注意檢測到的錯誤。
20.根據權利要求15所述的控制器，其中，焊接工藝的一項或多項參數包括一項或多項電弧力設置。
全文摘要
一種焊接系統，包括焊接電源，所述焊接電源包括電源轉換電路，所述電源轉換電路適于接收主電源并且將主電源轉換為適合焊接作業使用的焊接電源輸出以及與焊接電源通信連接的控制器。所述控制器被配置用于確定至少一個焊接工藝參數的統計特征并且利用統計特征來確定焊接作業中的焊條類型、焊條直徑以及保護氣體類型中的至少其中一項。
文檔編號B23K9/10GK102971105SQ201180013086
公開日2013年3月13日 申請日期2011年1月4日 優先權日2010年1月7日
發明者伯納德·J.·沃格爾 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司