CN105706007B - 用于选择焊接参数的系统和方法 - Google Patents

Abstract

以上描述的焊接界面可以提高使用者与焊接系统的协同。焊接界面从使用者接收所需的焊缝的输入参数，并且建议用于产生所需的焊缝的焊接方法和焊接变量。焊接界面可以与焊接系统的组件或者与和焊接系统耦接的单独的组件一体化。焊接界面可以利用来自查找表、神经网络、焊接程序系统、或数据库的数据来建议焊接方法和焊接变量。使用者可以利用焊接界面来模拟焊接方法和焊接变量对模拟的焊缝的效果。使用者可以在产生焊缝之前修改输入参数，并且使用者可以在观察产生的焊缝的结果之后修改焊接变量以用于后续焊接应用。

Description

用于选择焊接参数的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月4日提交的题为“用于选择焊接参数的系统和方法”的序列号为61/899,695的美国临时专利申请以及于2013年11月5日提交的题为“用于选择焊接参数的系统和方法”的序列号为61/900,198的美国临时专利申请的优先权和权益，两份申请的全部内容为了所有目的通过引用的方式并入本申请中。

背景技术

本发明总体上涉及焊接系统，更具体地讲，涉及用于选择焊接系统的参数的系统。

已经开发了一系列的技术来通过焊接操作连接工件。这些技术包括不同的方法和材料，最先进的方法涉及在易耗电极或非易耗电极与工件之间形成的电弧。使用非消耗电极的焊接方法可以包括钨极惰性气体(TIG)焊接方法，其采用独立于填充材料的非消耗钨电极。这些方法通常按以下类别分组：恒电流方法、恒电压方法、脉冲方法等。然而，这些方法之间的进一步划分相同，特别是在消耗电极以增加填充金属到焊缝的方法中。选择的方法与填充材料及其形式高度关联，其中某些方法利用特定类型的电极。例如，某些类型的金属极惰性气体(MIG)焊接方法(形成较大的组的一部分)有时候指的是气体保护金属极弧焊(GMAW)。

在GMAW焊接中，焊丝形式的电极通过前进的熔池、被电极焊丝与工件之间的电弧的热量熔化而被消耗掉。焊丝从线轴通过焊炬连续进给，焊丝在焊炬处被供电以形成电弧。在这些方法中使用的电极配置通常指的是实心焊丝、药芯焊丝或金属芯焊丝之一。认为每种类型与其他类型相比都有不同的优点和缺点，并且可能需要仔细调节焊接方法和焊接设置以优化它们的性能。例如，比其他类型的焊丝略便宜的实心焊丝通常与可能较贵的惰性保护气体一起使用。药芯焊丝可以不需要单独的保护气体供给，但是比实心焊丝更贵。金属芯焊丝则需要保护气体，但是保护气体可被调节以混合有时候比实心焊丝所需的保护气体略便宜的保护气体。自动保护金属极电弧焊(SMAW)利用涂有或填充有在电弧燃烧时产生保护气体的一种或多种化合物的电极。焊接应用的性能和成本可以取决于焊接方法和采用的焊接设置。遗憾的是，使用者对焊接方法和用于特定应用的焊接设置的选择会很复杂。

发明内容

所述的焊接界面可以提高使用者与焊接系统的协同。焊接界面从使用者接收所需的焊缝的输入参数(例如，物理特性)，并且建议用于产生所需的焊缝的焊接方法和焊接变量(例如，电气参数)。焊接界面可以与焊接系统的组件(例如，电源、送丝机、焊炬)或者与和焊接系统耦接(例如，有线或无线连接)的单独的组件一体化。焊接界面可以利用来自查找表、神经网络、焊接程序系统、数据库或它们的任意组合的数据来建议焊接方法和焊接变量。使用者可以利用焊接界面来模拟焊接方法和焊接变量对模拟的焊缝的效果。使用者可以在产生焊缝之前修改输入参数和/或焊接变量，并且使用者可以在观察产生的焊缝的结果之后修改焊接变量以改善用于后续焊接应用的建议的焊接方法和焊接变量。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将会变得更好理解，附图中相同的附图标记在整个附图中代表相同的零件，其中：

图1是根据本公开的实施例的焊接系统和焊接界面的实施例；

图2是根据本公开的实施例的焊接系统的焊接界面的实施例；

图3是示出了电极的实施例相对于焊接系统的工件的运动的示意图；以及

图4是根据本公开的实施例的用于利用焊接界面和焊接系统的方法的实施例。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，本说明书中不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在开发任何这种实际实施方式中，如同在任何工程或设计项目中，必须作出许多实施方式专用的决定来获得开发者的具体目的，例如，符合系统相关的和商业相关的约束，这可能因实施方式的不同而异。此外，应当理解，这种开发努力可能很复杂且费时，但是对于从本发明受益的普通技术人员而言，这可能是设计、制备和制造的日常任务。

在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个(a)”、“一种(an)”、“所述(the)”和“所述(said)”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在包括性的，并且表示还可以具有除列举的元件之外的附加元件。

本文所述的焊接系统的实施例可以包括焊接界面，该焊接界面接收输入参数(例如，物理特性、焊接参数)并且至少部分地基于接收的输入参数确定一种或多种焊接方法以及用于实施一种或多种焊接方法的焊接变量。焊接界面可以与焊机、自动化系统、电源、送丝机、焊炬、悬架式操作台、连接到焊接机(例如，有线或无线)的网络设备或它们的任意组合为一体的或分离。焊接界面可以直接从使用者接收焊接参数，并且/或者焊接界面可以根据导入到焊接界面的数据(例如，计算机辅助设计文件)来确定焊接参数。焊接界面可以基于各种因素确定焊接方法和焊接参数，这些因素包括但不限于焊接应用的所需的特性(例如，质量、外观、强度)、使用者生产力、资本成本、生产费用或消耗品存货或它们的任意组合。

现在转到附图，图1是根据本公开的实施例的焊接系统10和焊接界面11的实施例的视图。应当理解，尽管本文所述的焊接系统10被具体呈现为气体保护金属极弧焊(GMAW)系统10，但是焊接界面11也可以与其他电弧焊接方法(例如，FCAW、FCAW-G、GTAW(TIG)、SAW、SMAW)或其他焊接方法(例如，摩擦搅拌焊、激光焊、混合焊)一起使用。在一些实施例中，焊接界面11可被利用以便于结合焊接方法和能源到混合型方法中，其中电弧焊接方法与例如激光、感应加热装置、等离子体等能源结合。更具体地讲，如以下更详细地所述，焊接系统10中使用的设备和配件可以包括本文所述的焊接界面11。焊接系统10包括焊接电源装置12(即，焊接电源)、焊丝进给器14、供气系统16和焊炬18。焊接电源装置12一般供应电力到焊接系统10和其他各种配件，并且可以经由焊接电缆20耦接到焊丝进给器14，以及使用具有夹钳26的引线电缆24耦接到工件22。在图示的实施例中，焊丝进给器14经由焊接电缆28耦接到焊炬18上，以便在焊接系统10的操作期间供应焊丝和电力到焊炬18。在另一个实施例中，焊接电源装置12可以耦接到焊炬18，并且直接供应电力到焊炬。

在图1所示的实施例中，焊接电源装置12通常可以包括电力转换电路，该电力转换电路接收来自交流电源30(例如，交流电力网、发动机/发电机组或它们的组合)的输入电力，调节输入电力，并且经由焊接电缆20提供直流或交流输出电力。如此，焊接电源装置12可以给焊丝进给器14供电，进而根据焊接系统10的要求给焊炬18供电。终止于夹钳26的引线电缆24将焊接电源装置12耦接至工件22以闭合焊接电源装置12、工件22和焊炬18之间的电路。焊接电源装置12可以包括能如焊接系统10的要求所命令的那样(例如，基于焊接系统10执行的焊接方法的类型等)将交流输入电力转换成直流电极接正(DCEP)输出、直流电极接负(DCEN)输出、可变电极、或可变平衡(例如，平衡或不平衡)交流输出的电路元件(例如，变压器、整流器、开关等)。

图示的焊接系统10包括供应保护气体或保护气体混合物到焊炬18的气体供应系统16。在图示的实施例中，气体供应系统16从焊接电源装置12经由作为焊接电缆20的一部分的气体导管32直接耦接到焊炬18上。在另一个实施例中，气体供应系统16可以替代地耦接到焊丝进给器14上，并且焊丝进给器14可以调控从气体供应系统16到焊炬18的气流。本文中使用的保护气体可以指能够提供给电弧和/或熔池以便提供特定的局部气氛(例如，保护电弧、提高电弧稳定性、限制金属氧化物的形成、提高金属表面的润湿、改变焊接沉积的化学性质等)的任何气体或气体混合物。

此外，在某些实施例中，可在焊接系统10中使用自动化系统34。自动化系统34可以包括控制器和致动器以在没有使用者输入的情况下自动控制焊接系统10的至少一部分。在一些实施例中，自动化系统34连接到电源12、送丝机14、焊炬18或工件22或它们的任意组合。自动化系统34可以是机器人焊接系统，该机器人焊接系统可以根据加载到自动化系统34中的指令控制焊炬18与工件22之间的相对运动。在一些实施例中，自动化系统34可以控制电源12和/或送丝机14以控制用于所需的焊接应用的焊接方法和焊接变量。如下所述，自动化系统34可以至少部分地基于焊接界面11确定的用于所需的焊接应用的焊接方法和焊接变量控制电源12和/或送丝机14。

焊接界面11包括控制器35以便于处理与焊接系统10有关的信息。如以下所讨论的，使用者可以提供输入到焊接界面11，并且焊接界面至少部分地基于提供的输入确定用于焊接应用的焊接方法和/或焊接变量。控制器35利用处理器36以执行加载到焊接界面11和/或存储在存储器37中的指令以确定焊接方法和/或焊接变量。在一些实施例中，焊接界面11与送丝机控制面板38、电源控制面板40、焊炬控制面板42或它们的任意组合为一体的，如虚线所示。另外，或在替代形式中，焊接界面11可以是沿着焊接电缆20、28或引线电缆24的悬架式操作台。在一些实施例中，焊接界面11可以与电源12、送丝机14、和焊炬18分离。例如，焊接界面11可以包括但不限于计算机、笔记本电脑、平板电脑或移动设备(例如，蜂窝手机)或它们的任意组合。焊接界面11可以通过有线连接或无线连接(例如，通过天线44)连接到焊接系统10的组件上。与焊接系统10的组件的连接可以提供包括但不限于，电源类型、焊炬类型、或送丝机类型、或它们的任意组合的系统信息。系统信息可被用于限定可供使用者使用的方法和可供使用者使用的焊接变量的有效范围。在一些实施例中，焊接界面11可以与网络46连接。焊接界面11可以接收网络输入，例如管理系统、焊接系统预设、和使用者偏好。在一些实施例中，焊接界面11从网络46接收的输入可以包括但不限于，焊接程序规范(WPS)、程序质量记录(PQR)、测试文件、优选供应商列表、优选焊接系统、感测的焊接系统、产品型号、直接成本数据、间接成本数据、优选方法信息(例如MIG对TIG)、CAD文件、查找表、神经网络数据、使用者配置文件。焊接界面11可以发送网络输出(例如，操作历史、使用者配置文件、修改的型号)到网络46。网络46可以包括但不限于，本地网络、舰队网络、基于互联网的资源(例如网页)、或基于云端的资源、或它们的任意组合。可以理解，焊接界面11可以利用来自网络46、焊接系统10、和/或使用者的信息来建立用于特定焊接方法或焊接变量的预设和/或偏好。例如，使用者可以输入优选的气体混合物和/或焊丝类型到焊接界面11，并且焊接界面将至少部分地基于这些偏好建议焊接方法和焊接变量。另外，或在替代形式中，使用者可以配置焊接界面11以限制建议的焊接方法为自动MIG方法、自动TIG方法或手动MIG方法中的任意一种。此外，使用者可以输入如上所述的混合方法作为优选方法。混合方法可以通过为使用者建立特定方法的行为的模型以更好地理解特定的方法和/或结合额外的方法来克服特定焊接方法的限制，来允许使用者利用焊接系统来克服限制。例如，仅摩擦搅拌方法可能不太适用于钢工件；然而，焊接界面11可以建议感应加热或激光方法与摩擦搅拌方法结合以允许工件塑化，从而增加摩擦搅拌方法的适用性。另外，或在替代形式中，填充材料可以添加到摩擦搅拌方法的搅拌中以填入到接头中或减小搅拌旋转的阻力。

图2示出了焊接界面11的图形使用者界面(GUI)50的实施例。在一些实施例中，在触摸屏上显示GUI 50，从而允许使用者直接手动输入信息到焊接界面11。另外，或在替代形式中，GUI 50可以与耦接到焊接界面11的配件，例如按钮、拨盘、旋钮、开关等，一起使用。GUI 50允许使用者指定用于使用者将要制作或查看的焊缝的输入参数(例如，物理特性)。输入参数可以包括但不限于，焊接接头构造、焊接位置、焊接材料、焊缝参数。如下所述，焊接界面11可以在指定或不指定电气参数(例如，电压、电流、极性、脉冲持续时间)的情况下至少部分地基于用于焊接的物理特性来建议焊接方法和相应的焊炬变量，从而在执行焊接之前简化焊接系统10的设置和准备。焊接界面11可以建议没有焊接变量被指定为输入特性、仅一些(例如1,2,3,4,5,6,7,8,9,10或更多)焊接变量被指定为输入特性或基本上全部相关焊接变量被指定为输入特性的焊接方法。在一些实施例中，焊接界面11可以不管使用者的经验水平来提高焊接的质量和/或可重复性。基于输入参数，焊接界面11的控制器35确定可用于设置电源12、送丝机14和/或焊炬18的焊接方法和焊接变量(例如，电气参数)以执行所需的焊接应用。在一些实施例中，执行GUI 50的处理器36可以自动设置电源12、送丝机14和/或焊炬18中的焊接方法和焊接变量。可替代地，GUI 50可以向使用者显示确定的焊接方法和焊接变量以在设置电源12、送丝机14和/或焊炬18之前批准或修改。

GUI 50被示出为具有焊接类型和位置选择菜单52。例如，使用者可以指定对接接头、角接接头、端接接头、搭接接头、T型接头或其他焊接接头类型。另外，或在替代形式中，使用者可以指定平焊位置、横焊位置、立焊位置或仰焊位置。在一些实施例中，GUI 50的焊接类型和位置选择菜单52具有单选按钮以指定类型和位置，尽管应当理解，可以等同地使用其他惯例，例如，复选框、下拉框或选项卡。当使用者选择焊接类型和/或位置选项，例如，对接和平焊位置时，GUI 50的焊接描述窗口54可以显示已经选择的接头的类型和位置的一般化或模拟视图。

使用者可以通过下拉式菜单56指定工件材料的类型。因此，GUI 50可以被编程为呈现材料类型的列表，例如，多种合金、等级和金属类型。在某些实施例中，GUI 50可以被预编程为仅呈现普通或使用者优选的材料类型。GUI 50可以进一步被编程为自动设置用于每种焊接类型或位置的默认选择。举个例子，图2示出了选择309不锈钢工件材料。类似地，GUI50允许使用者选择工件的厚度。例如，GUI 50可以显示下拉式菜单58、用于下拉式菜单56中选择的材料类型的多个优选或普通的材料厚度选项。当操作者选择工件材料和厚度时，接头的焊接描述窗口54可以自动更新以反映选择的特性。

GUI 50可以包括框以允许使用者描述接头和/或焊接本身的其他特性。例如，使用者可以输入输入参数的值，包括但不限于，所需的圆角大小62、所需的熔深64、熔透轮廓66、熔宽68、坡口(bevel)宽度70、间隙宽度72、接头长度74、坡口角度或它们的任意组合。在一些实施例中，使用者可以手动输入所需的特性，而不是从菜单选择它们。然而，可以理解其他GUI惯例，例如，菜单和复选框，可以用于输入特性，或者GUI中可以包括单击拖动型可扩展控制以用于增大/减小参数值，例如，熔宽68。焊接描述窗口54中示出了具体的特性，并且由于调整特征值，所以可以修改焊接描述窗口54。可以理解，使用者可以根据简单观察手册中的接头或接头规范容易地确定物理特性，而确定用于焊接应用的焊接方法类型和焊接变量(例如，电气参数)会是更复杂的过程。也就是说，使用者可以不管使用者的焊接经验水平理解用于焊接应用的物理特性，而理解用于所需的焊接应用的所需的方法和焊接变量可以增加使用者的经验。在焊接界面11可以指定GMAW焊接方法的实施例中，GUI 50也可以呈现焊丝类型78、送丝速度80、保护气体类型82、旋转或摆动图形84或行进速度86或它们的任意组合的输入。使用者可以使一个或多个输入参数保留空白(例如，没有输入参数值)，并且焊接界面11可以确定建议值或值的范围。

在一些实施例中，使用者可以通过选择导入按钮88来导入用于所需的焊缝的预设接头特性和/或电气参数。导入按钮88可以允许使用者从本地存储器(例如，存储器37)检索事先保存的接头特性的设置或从外部数据源(例如，网络46)检索输入接头特性。例如，可以从CAD文件或其他架构或工程规范、笔记本电脑、移动设备或计算机网络直接上传接头特性。换句话讲，焊接界面11可以从计算型设备下载或接收来自示意性规范文件的数据，并且使用这些数据来确定接头特性和/或电气参数。焊接描述窗口54可以呈现导入的数据(例如，CAD文件)的模型89。在一些实施例中，GUI 50可以允许使用者修改导入的数据。另外，或在替代形式中，使用者可以控制焊接描述窗口54以改变导入的数据的模型89。在一些实施例中，模拟按钮90可以允许GUI 50显示焊接方案和/或完成的焊接的模拟。使用者可以利用GUI 50来操控模拟的视角和/或回放。可以理解，模拟允许使用者预览可以辅助使用者执行焊接方法的所建议的焊接方法。另外，或在替代形式中，使用者可以一旦观察模拟就修改焊接方法和/或焊接变量以便根据模拟的结果改变焊接方法的结果。使用者可以利用模拟来查看相关焊接变量之间的潜在权衡。例如，增大行进速度可以减小熔深和/或使焊缝轮廓变窄，而减小行进速度可以增大熔深和/或使焊缝轮廓变宽。此外，增大旋转和/或摆动图形的大小可以使焊缝轮廓变宽并且/或者减小熔深，并且减小旋转和/或摆动图形的大小可以使焊缝轮廓变窄和/或增大熔深。在一些实施例中，存储设置按钮92可以用于根据GUI 50显示的当前设置建立存储的特性(例如，物理的、电气的)的设置。这些特性的设置可以存储在存储器37中和/或网络46上，并且可以通过导入按钮88检索供后续使用。

GUI 50包括命令按钮以处理一个或多个使用者指定的输入参数。使用者可以选择建议按钮94来控制焊接界面11以确定一个或多个焊接方法和焊接变量，从而便于至少部分地基于指定的输入参数形成所需的焊缝。GUI 50将显示设置电源12、送丝机14和/或焊炬18所使用的一个或多个焊接方法和焊接变量(例如，电气参数)。这些焊接变量可以包括但不限于，焊接方法96、电源电压设置98、电源电流设置100、电源频率102、极性104和操作模式106(例如，恒电流CC、恒电压CV或脉冲)。焊接方法96可以包括但不限于，FCAW、FCAW-G、GTAW(TIG)、SAW、SMAW，摩擦搅拌焊、激光焊、混合焊或它们的任意组合。在一些实施例中，焊接界面11确定的焊接变量可以包括焊丝参数(例如，焊丝类型78、焊丝直径、送丝速度80、焊丝数量)、焊炬参数(例如，道次数量、摆动宽度、旋转和/或摆动图形84、纵向焊炬行进速度86、电极旋转速度、电极延伸速度、电极撤回速度、行进角度、工作角度)、气体类型82、电流随时间的变化(例如，电流缓变率)、电压随时间的变化(例如，电压缓变率)、焦耳、脉冲持续时间、感应加热温度或增加的激光能量或它们的任意组合。如下所述，焊接界面11可以利用来自管理偏好、使用者偏好或其他偏好的信息，以确定建议的焊接方法和焊接变量。在一些实施例中，焊接界面11可以利用来自焊接程序规范(WPS)、查找表、网络数据库或神经网络或它们的任意组合的信息(例如，参考数据)来确定所建议的焊接方法和焊接变量。

可以理解，一旦选择建议按钮94，焊接界面11可以确定保留为空的任何输入参数(例如，未输入数值)。GUI 50也可以允许使用者改变此前选择的输入参数(例如，物理特性)并且通过选择刷新按钮108使GUI 50重新确定焊接方法和焊接变量。在一些实施例中，焊接界面11为使用者确定的一个或多个焊接方法和焊接变量可以显示在使用者将查看的一个或多个屏幕上。一旦查看建议的焊接方法和对应的焊接变量，使用者可以通过选择修改按钮110来修改所建议的确定。例如，使用者可以在维持至少一些建议的焊接变量或输入参数的同时修改一个或多个焊接变量(例如，送丝速度80、电压98、频率102)。在修改(若有的话)焊接变量或输入参数之后，使用者可以通过选择批准按钮112来批准焊接方法和焊接变量，从而允许焊接界面11控制电源12、送丝机和/或焊炬18以使用所建议的焊接方法和所建议的焊接变量执行焊接应用。

在一些实施例中，经济性按钮114允许使用者查看用于建议的焊接方法和焊接变量的多个经济因素。执行焊接应用的成本可以至少部分地基于消耗品(例如，焊丝、触头、保护气体、电极)的成本、能量成本、劳动力成本、设施成本、设备成本。例如，用较大的焊丝直径的焊丝形成用于深沟应用的焊缝可以比用较小焊丝直径的焊丝形成深沟应用的焊缝具有更低的劳动力成本，因为增加了道次数量来形成焊缝。另外，对于一些应用，药芯或金属芯电极可以具有比实心电极更高的消耗品成本；然而，药芯或金属芯电极的劳动力成本和/或保护气体成本可以比其他应用的实心电极更低。此外，一些焊接方法(例如，TIG方法、先进焊接方法、混合焊接方法)可以具有比其他焊接方法(例如，SMAW方法、MIG方法)更高的劳动力成本，其中更高的劳动力成本至少部分地基于更高的操作员技术水平。设施成本可以包括但不限于，与用于可以执行焊接方法的自动化系统34的维护和供应成本相关联的成本。设施成本可以包括但不限于，与采购焊接系统10的组件相关联的成本。使用者选择经济性按钮114可以显示提供大致成本的数据，该成本可以用于所需的焊接应用的焊接方法。因此，焊接界面11可以至少部分地基于经济因素(例如，成本)来建议焊接方法和焊接变量。

图3示出了焊炬18和电极120相对于工件22的运动的实施例。焊接界面11可以确定焊接变量，焊接变量可以包括描述焊炬18和/或电极120相对于工件22的运动的变量。图3示出了描述焊炬18、电极120和工件22在焊接期间相对于彼此的布置的一些焊接变量。焊炬18和电极120沿着工件材料22之间的接头124在纵向行进方向122上运动。由于电极120沿着接头124运动，所以形成为电极120的一部分的焊缝沉积在工件22上和/或此前沉积的电极材料(例如，熔池)上。电极120可以在横向126和/或轴向128上相对于接头124运动。焊炬18和电极120在横向126上的运动可以在本文中被定义为摆动图形。虚线127示出了焊炬18越过接头124在摆动图形中运动(例如，振荡)的实施例。工作角度130描述了电极120的轴132与接头124之间沿着横向126的角度。焊炬角度134描述了电极的轴132与接头124之间沿着纵向122的角度。

在一些实施例中，电极120可以在焊炬18在纵向行进方向122上运动的同时相对于焊炬18以所需的图案运动(例如，旋转)。电极120可以在接头124内旋转，如箭头136所示，从而增大电极材料可以沉积在接头124内的面积。电极120可以以各种图案运动，包括但不限于圆形、椭圆形、之字形、8字形、横向往复线、新月形、“C”字形、“J”字形、“T”字形、三角形、方形、矩形、非线性图案、非对称图案、停顿或它们的任意组合。这些运动模式和运动模式的应用描述于2013年9月16日由Christopher Hsu等人提交的题为“同步旋转电弧焊接方法及系统”的美国临时专利申请No.61/878,404，该申请通过引用的方式并入本公开中。

焊炬18和/或电极120可以沿着轴132运动以控制电极材料沉积在接头124中。在一些实施例中，使用者可以利用沿着接头124的焊炬18和电极120的多个道次，每个道次形成一层使得完成的焊缝在垂直方向138上具有多个层。另外，或在替代形式中，焊接方法可以控制电极120沿着轴132相对于焊炬18的运动(例如，延长、撤回)。例如，可以控制电极120沿着轴132的运动以影响电极材料的沉积速率和/或施加在工件上的热量。在一些实施例中，可以用所需的运动图案(例如，箭头136)控制电极120沿着轴132的运动以控制电极材料的沉积位置。

图4示出了利用焊接界面11来确定焊接方法和焊接变量的方法150的实施例。焊接界面11从使用者接收(方框152)输入参数(例如，物理特性)。可以通过GUI 50的手动输入和/或自动地通过如上所述的数据导入(例如，CAD文件)接收输入参数。至少部分地基于接收的输入参数，焊接界面11确定(方框154)至少一种焊接方法并且确定(方框156)用于至少一种焊接方法的焊接变量。焊接界面11然后向使用者显示(方框158)确定的一种或多种焊接方法和焊接变量的结果以供查看和批准。在一些实施例中，可以通过焊接方法和/或完成的焊接的模拟显示结果。

焊接界面11利用接收的输入参数并且利用存储器37和/或网络46中存储的数据确定焊接方法(方框154)和焊接变量(方框156)。存储在存储器37和/或网络46中的数据可以涉及与焊接方法和焊接变量相关联的各种因素。例如，可以至少部分地基于用于所需的焊缝的各种物理特性的焊接方法的适用性(例如，经济性、质量、强度、外观)确定特定的焊接方法和用于焊接方法的焊接变量。确定的焊接方法的适用性可以包括但不限于，确定的焊接方法和焊接变量的经济性(例如，成本)、使用者技能水平、确定的焊接方法的复杂性、使用者可用的焊接系统、使用者可用的存货和使用者生产力/效率。存储在存储器37和/或网络46中的数据可以是查找表、神经网络、网络数据库、管理系统、预设和偏好的形式以包括焊接程序规范(WPS)或它们的任意组合。在一些实施例中，制造商和/或使用者可以填充加载到存储器37和/或网络46中的数据集以用于各种焊接方法。例如，可以建议TIG焊接用于具有较薄工件材料和/或铝合金的焊接应用，并且可以建议MIG焊接用于具有较厚工件材料的焊接应用和/或留隙焊根应用。在一些实施例中，可以建议摩擦搅拌焊和/或混合焊用于较平坦的焊缝轮廓和/或增加对工件22的加热。

一旦显示(方框158)建议的焊接方法和焊接变量，使用者决定(节点160)是否接受建议的焊接方法和焊接变量或修改(方框162)提供给焊接界面的输入以潜在地产生不同的建议的焊接方法和焊接变量。在一些实施例中，使用者可以修改提供给焊接界面11的输入参数(例如，物理特性)。另外，或在替代形式中，使用者可以增加或去除提供给焊接界面11的输入参数(例如，物理特性、电气参数)。可以理解，建议的焊接方法和焊接变量的显示(方框158)可以包括模拟建议的焊接方法的焊接界面11。焊接界面11可以以各种速度(例如，实时、慢动作)和各种视角或取向(例如，2D、3D)显示模拟。此外，焊接界面11可以从不同的视角显示模拟的焊缝的动力学模拟，例如，示出电极和熔池的动力学的近图，或示出对接头和/或工件整体的影响的组件视图(例如截面图)。焊接界面11显示的模拟可以包括但不限于，接头或熔池中模拟的焊丝的放置、可见的送丝速度变化、预测的(例如模拟的)电流和电压图形、熔池搅拌、飞溅水平、其他影响或它们的任意组合。

当使用者赞同建议的焊接方法和焊接变量时，焊接界面11可以控制(方框164)焊接系统10的组件(例如，电源12、送丝机14、焊炬18)以允许使用者和/或自动化系统34执行所需的焊接应用。例如，焊接界面11可以用针对建议的MIG焊接方法而建议的送丝速度来控制送丝机14，并且焊接界面11可以设置针对建议的MIG焊接方法的电源12的电压、电流和脉冲参数。一旦完成焊接时，使用者和/或焊接界面11可以查看焊缝并且生成有关焊缝的可观察质量的结果(例如，得分)。例如，使用者可以查看焊缝的外观方面，例如，熔宽、焊缝间距、熔深、烧穿、孔隙率、裂缝等。另外，或在替代形式中，使用者或焊接界面11可以查看焊接历史的方面，例如，电压波形、电流波形或利用的填充金属(例如，焊丝)。焊接界面11可以从使用者接收(方框166)结果以便于将实际焊接的结果与此前的结果和/或模拟结果进行比较(方框168)。至少部分地基于该比较，焊接界面11可以调节(方框170)用于建议焊接方法和焊接变量的存储器37中和/或网络46上的模型。

在一些实施例中，可以迭代应用上述方法150以填充用于查找表、数据库或神经网络的数据(例如，模型)。例如，使用者可以最初仅输入物理特性作为输入参数，并且使用者随后可以修改输入参数以指定特定的焊接方法(例如，TIG、MIG、SMAW)或一个或多个电气参数(例如，电压、电流、频率、极性、送丝速度)的组来改变所得焊缝的性能。使用者可以利用方法150来确定调节一个或多个焊接变量(例如，电气参数)的效果，同时维持或管理焊接方法和物理特性的一些变化水平。这允许使用者将数据修改为在实际焊缝形成期间可能发生的大致变化，否则这种变化可能在焊缝的模拟期间不被统计。如另一个例子，使用者可以单独或结合电压、电流、送丝速度和行进速度修改用于旋转和/或摆动图形的焊接变量以控制电极材料在焊缝上的沉积位置。另外，或在替代形式中，可以修改焊接电流以控制电极材料的喷射和/或飞溅，可以修改焊接电压以控制熔深，或者可以修改行进速度以控制熔池的流动性。在一些实施例中，利用焊接界面11的焊接变量的迭代修改允许使用者产生稳健的模型，这些模型可以用于建议具有较复杂的计时、速度和能量水平的焊接方法和焊接变量以产生所需的焊缝，即使当使用者提供较简单的输入参数(例如，物理特性)时。

焊接界面11可以基于合并到模型中的使用者偏好推荐焊接变量。在一些实施例中，焊接界面11可以允许焊接系统10控制熔深以减少或消除工件22的烧穿。可以理解，可以利用AC方法来管理沉积和/或烧穿。焊接界面11可以建议在接头内的某些点处利用的特定极性。例如，当在焊缝上摆动焊炬18时的正极性可以增加熔深，并且当在接头的侧壁上摆动焊炬18时的负极性可以允许工件材料比在正极性下更多地冷却。另外，或在替代形式中，焊接界面11可以结合送丝速度建议一个或多个停顿以改变熔深，从而调节焊缝的熔深。在一些实施例中，焊接界面11可以建议一个或多个焊接方法的组合(例如，在第一部分为受控短路方法，第二部分为AC方法，第三部分为脉冲方法)以管理焊缝在接头中的熔深。焊接界面11可以利用来自焊接系统10的反馈(例如，传感器反馈)以随后实时修改焊接方法和/或焊接变量。例如，焊接界面11可以利用焊炬18和电极120相对于工件22的位置和/或运动反馈以控制对焊接变量的调节计时。

在一些实施例中，存储在存储器37和/或网络46中的模型可以至少部分地基于沉积的填充材料的体积计算、焊接应用的热动力学和/或熔化的填充材料的流体动力学。例如，焊接界面11可以建议具有沉积一定体积的填充材料(例如，焊丝)的沉积速率、行进速度和送丝速度的焊接方法，该体积的填充材料可以填充具有所需的密度/孔隙率的接头。焊接界面11可以被配置成至少部分地基于在工件固化之前作用在填充材料上的力来建议焊接方法。例如，焊接界面11可以至少部分地基于焊接位置、重力、由于常规焊丝放置引起的熔化的填充材料的离心力、焊炬的摆动和/或电极的旋转或它们的任意组合来建议焊接方法。

焊接界面11利用的模型可以合并阈值以在所需的经济界限内维持建议的焊接方法和建议的焊接变量。例如，焊接界面11可以被配置成建议满足用于所需的焊缝的规范的具有最低成本的焊接方法。另外，或在替代形式中，焊接界面11可以被配置成建议在技能水平范围内的焊接方法以增加利用焊接界面11的使用者所执行的焊接的可重复性和质量。在一些实施例中，当多个焊接方法能够基于输入参数产生所需的焊缝时，焊接界面11可以建议具有比其他可行的焊接方法更低的成本和/或更低的复杂性的焊接方法。

如上所述的焊接界面可以提高使用者与焊接系统的协同。焊接界面从使用者接收所需的焊缝的输入参数(例如，物理特性)，并且建议用于产生所需的焊缝的焊接方法和焊接变量(例如，电气参数)。焊接界面可以与焊接系统的组件(例如，电源、送丝机、焊炬)或者与和焊接系统耦接(例如，有线或无线连接)的单独的组件一体化。焊接界面可以利用来自查找表、神经网络、焊接程序系统、数据库或它们的任意组合的数据来建议焊接方法和焊接变量。如上所述，使用者可以利用焊接界面来模拟焊接方法和焊接变量对模拟的焊缝的效果。使用者可以在产生焊缝之前修改输入参数和/或焊接变量，并且使用者可以在观察产生的焊缝的结果之后修改焊接变量来改善建议的焊接方法和焊接变量以用于后续焊接应用。在一些实施例中，焊接界面可以实时控制焊接方法和焊接变量以控制建模的结果。例如，当焊接管根部焊道时，焊接界面可以通过编码器、转速计或其他传感器从放置在接头中的焊丝的位置的旋转焊炬接收反馈。到焊接界面的反馈允许焊接界面控制焊接系统以调节送丝速度、旋转速度、电气参数或它们的任意组合以减少或消除烧穿。焊接界面可以通过感测电压、电流、焊缝的视觉外观或焊缝的可听见的声音或它们的任意组合来感测烧穿或即将发生的烧穿。由于焊丝在接头内旋转，焊接界面通过观察电压和旋转可以追踪焊丝在接头内的运动。在一些实施例中，焊接界面可以实时输送建议的焊接方法和焊接变量到位于工地的一个或多个焊接系统，从而允许一个或多个焊接系统用于所建议的焊接方法。此外，焊接界面可以以图形、图表、或示波器格式或它们的任意组合显示电压、电流、送丝速度和其他焊接变量。

尽管本文中已经图示并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域的技术人员将做出许多修改和变化。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真正精神范围内的所有这种修改和变化。

Claims (35)

1.一种焊接系统，包括：

焊接界面，所述焊接界面被配置成至少部分地基于用于所需的焊缝的输入参数并且至少部分地基于与一种或多种焊接方法和一个或多个焊接变量对应的经济性来确定用于产生所述所需的焊缝的所述一种或多种焊接方法和所述一个或多个焊接变量，其中所述经济性包括用于执行焊接应用的成本，并且其中所述输入参数包括所述所需的焊缝的一个或多个物理特性，并且所述一个或多个焊接变量包括电气参数，其中所述焊接方法包括气体保护金属极电弧焊（GMAW)方法、药芯焊丝电弧焊（FCAW)方法、钨极惰性气体保护（TIG)焊接方法、自动保护金属极电弧焊方法（SMAW)、埋弧焊（SAW) 方法、摩擦搅拌焊方法、激光焊方法或它们的任意组合；

其中所述焊接界面被配置成显示所确定的一种或多种焊接方法和一个或多个焊接变量的模拟，并且所显示的模拟便于评价所确定的一种或多种焊接方法和一个或多个焊接变量；

其中所述焊接界面还被配置为接收实际焊接的结果以将所述实际焊接的结果与模拟结果进行比较，并且基于所述比较，调节用于建议焊接方法和焊接变量的模型。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述输入参数包括焊接类型、焊接位置、工件材料、工件厚度、熔深、熔透轮廓、所需的圆角大小、熔宽、坡口宽度、间隙宽度、接头长度、或坡口角度或它们的任意组合。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中与所述一种或多种焊接方法和所述一个或多个焊接变量对应的所述经济性包括消耗品成本、劳动力成本、能量成本、设施成本、设备成本或它们的任意组合。

4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述电气参数包括电压设置、电流设置、频率、极性、或操作模式或它们的任意组合，并且所述一个或多个焊接变量包括焊丝参数、焊炬参数或它们的任意组合。

5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊接界面与所述焊接系统的组件一体化，并且所述组件包括电源、送丝机或焊炬或它们的任意组合。

6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊接界面连接到网络，并且所述焊接界面被配置成通过所述网络接收用于所述所需的焊缝的输入参数。

7.根据权利要求1所述的焊接系统，包括：

焊炬，所述焊炬被配置成接收焊接电力；以及

自动化系统，所述自动化系统与所述焊接界面和所述焊炬耦接，其中所述焊接界面连接到自动化系统上，并且所述自动化系统被配置成至少部分地基于所确定的一种或多种焊接方法和一个或多个焊接变量来控制所述焊炬以产生所述所需的焊缝。

8.一种用于焊接系统的方法，包括：

接收用于所需的焊缝的一个或多个输入参数；

至少部分地基于所述一个或多个输入参数和参考数据并且至少部分地基于焊接方法和焊接变量的适用性来确定焊接方法和用于所确定的所述焊接方法的焊接变量，其中一个或多个输入参数包括所述所需的焊缝的物理特性，所述焊接变量包括被配置成产生所述所需的焊缝的所述焊接系统的电气参数，并且所述参考数据包括查找表、神经网络、数据库、焊接程序规范或它们的任意组合，并且其中所述适用性包括与所述焊接方法和焊接变量对应的经济性、使用者技能水平或它们的任意组合，其中所述经济性包括用于执行焊接应用的成本；并且

显示所确定的焊接方法和用于所确定的所述焊接方法的焊接变量以便于用户决定是接受所确定的焊接方法和焊接变量，还是修改所述一个或多个输入参数和/或所述焊接变量，其中所述焊接方法包括气体保护金属极电弧焊（GMAW)方法、药芯焊丝电弧焊（FCAW)方法、钨极惰性气体保护（TIG)焊接方法、自动保护金属极电弧焊方法（SMAW)、埋弧焊（SAW)方法、摩擦搅拌焊方法、激光焊方法或它们的任意组合；

显示所确定的焊接方法和焊接变量的模拟；

接收实际焊接的结果以将所述实际焊接的结果与模拟结果进行比较，并且基于所述比较，调节用于建议焊接方法和焊接变量的模型。

9.根据权利要求8所述的方法，其中接收用于所述所需的焊缝的一个或多个输入参数包括将示意性规范文件加载到存储器中，并且根据所述示意性规范文件确定所述一个或多个输入参数。

10.根据权利要求8所述的方法，包括至少部分地基于所确定的焊接方法和所确定的焊接变量控制所述焊接系统的设置。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：

在焊缝形成期间接收来自所述焊接系统的反馈，其中所述反馈包括焊炬的位置反馈、所述焊炬的运动反馈或它们的任意组合；并且

在焊缝形成期间至少部分地基于所确定的焊接方法和所接收的反馈修改所述焊接系统的设置。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所确定的适用性包括所确定的焊接方法的复杂性、可用的焊接系统、可用的存货或它们的任意组合。

13.根据权利要求8所述的方法，包括至少部分地基于使用者输入来修改所述参考数据。

14.一种焊接系统，包括：

焊接界面，所述焊接界面被配置成控制所述焊接系统，以至少部分地基于用于所需的焊缝的输入参数并且至少部分地基于与焊接方法和一个或多个焊接变量对应的经济性来确定用于产生所述所需的焊缝的焊接方法和用于所述焊接方法的一个或多个焊接变量，其中所述输入参数包括焊接类型、焊接位置、工件材料、工件厚度、熔深或熔透轮廓或它们的任意组合，所述一个或多个焊接变量包括电压设置、电流设置、频率、极性或操作模式或它们的任意组合，并且所述经济性包括用于执行焊接应用的消耗品成本、劳动力成本、能量成本、设施成本、设备成本或它们的任意组合，其中所述焊接方法包括气体保护金属极电弧焊（GMAW)方法、药芯焊丝电弧焊（FCAW)方法、钨极惰性气体保护（TIG)焊接方法、自动保护金属极电弧焊方法（SMAW)、埋弧焊（SAW) 方法、摩擦搅拌焊方法、激光焊方法或它们的任意组合;

其中所述焊接界面被配置成显示所确定的焊接方法和一个或多个焊接变量的模拟，并且所显示的模拟便于评价所确定的焊接方法和一个或多个焊接变量；

其中所述焊接界面还被配置为接收实际焊接的结果以将所述实际焊接的结果与模拟结果进行比较，并且基于所述比较，调节用于建议焊接方法和一个或多个焊接变量的模型。

15.根据权利要求14所述的焊接系统，包括多个传感器，所述多个传感器被配置成提供反馈到所述焊接界面，其中所述焊接界面被配置成在所述所需的焊缝的焊缝形成期间至少部分地基于所述反馈、所确定的焊接方法和所确定的一个或多个焊接变量控制所述焊接系统。

16.根据权利要求14所述的焊接系统，其中所述焊接界面被配置成在没有接收电气参数的情况下确定所述焊接方法和所述一个或多个焊接变量。

17.根据权利要求14所述的焊接系统，所确定的焊接方法和所述一个或多个焊接变量的所述模拟包括所述焊接方法的模拟视图、电极相对于工件的放置、模拟的焊接变量的图形或它们的任意组合。

18.一种焊接界面设备，包括：

用户界面设备；

处理器；以及

存储器，所述存储器与所述处理器进行通信，所述存储器存储计算机可读指令，当所述指令被执行时，致使所述处理器执行以下操作：

通过所述用户界面设备，识别描述焊接的物理特性的信息；

根据所述焊接的所述物理特性，基于模型确定焊接系统在所述焊接的过程中将使用的操作参数，所述操作参数包括焊接方法和焊接变量，以及；

在所述焊接期间：

基于所述操作参数控制所述焊接系统；

从所述焊接系统访问反馈信息，所述反馈信息包含来自所述焊接系统的多个变量；

基于所述反馈信息确定更新的操作参数；以及

利用所述更新的操作参数来控制所述焊接系统；

其中所述指令进一步致使所述处理器执行以下操作：

使用所述物理特性和基于所述模型所确定的所述操作参数来模拟所述焊接；

显示所述模拟；以及

接收实际焊接的结果以将所述实际焊接的结果与模拟结果进行比较，并且基于所述比较，调节用于建议焊接方法和焊接变量的所述模型。

19.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令进一步致使所述处理器在所述焊接过程中将所述焊接变量从第一焊接变量改变为第二焊接变量，所述指令致使所述处理器利用所述更新的操作参数来控制所述焊接系统使用所述第二焊接变量。

20.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令进一步致使所述处理器通过所述用户界面设备输出用户指令以设置所述焊接系统基于所述操作参数执行所述焊接。

21.根据权利要求20所述的焊接界面设备，其中所述指令进一步致使所述处理器至少基于所述焊接的位置、重力、由于常规焊丝放置引起的熔化的填充材料的离心力、焊炬的摆动或电极的旋转中的一个或多个来建议对所述焊接的控制。

22.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器基于所述反馈信息使用所述更新的操作参数来控制所述焊接系统，以减少在所述焊接过程中发生烧穿的可能性。

23.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述反馈信息包括焊炬位置反馈或焊炬运动反馈中的至少一个。

24.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器限制至少一种类型的焊接方法被用在所述操作参数中。

25.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器从所述焊接系统接收所述反馈信息以及使用所述更新的操作参数来控制所述焊接系统以大体上实时地修改所述焊接方法或所述操作参数中的至少一个。

26.根据权利要求25所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器大体上实时地修改所述焊接方法或所述操作参数中的至少一个来控制所述焊接的结果趋向建模的结果。

27.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述模型使用查找表、神经网络、焊接程序规范或数据库中的至少一个。

28.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器通过从查找表、神经网络、网络数据库、管理系统、预设置或焊接程序规范(WPS)中的至少一个加载数据来识别描述焊接的所述物理特性的所述信息。

29.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器将所述操作参数输送到所述焊接系统。

30.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述指令致使所述处理器将所述操作参数实时输送到所述焊接系统。

31.根据权利要求18所述的焊接界面设备，进一步包括通信设备，所述通信设备用来接收来自所述焊接系统的所述反馈信息，所述指令致使所述处理器以通过所述通信设备而和所述焊接系统进行通信的方式来控制所述焊接系统。

32.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述焊接系统包括焊接电源、送丝机、焊炬、供气系统或自动化系统中的至少一个。

33.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述焊接界面设备是连接到所述焊接系统中的焊接电缆的悬架式操作台、计算机、笔记本电脑、平板电脑或移动设备中的至少一个。

34.根据权利要求18所述的焊接界面设备，其中所述焊接界面设备被并入所述焊接系统的送丝机控制面板、所述焊接系统的电源控制面板或所述焊接系统的焊炬控制面板中的至少一个。

35.一种控制焊接方法的方法，所述方法包括：

在用户界面设备上接收描述焊接的物理特性的信息；

使用控制器来基于模型以及所述焊接的所述物理特性确定焊接系统在所述焊接的过程中将使用的操作参数，所述操作参数包括焊接方法和焊接变量；以及

在所述焊接期间：

使用所述控制器来基于所述操作参数控制所述焊接系统；

在所述控制器上接收来自所述焊接系统的反馈信息，所述反馈信息包含来自所述焊接系统的多个变量；

使用所述控制器来基于所述反馈信息确定更新的操作参数；以及

使用所述控制器来使用所述更新的操作参数控制所述焊接系统；

使用所述物理特性和基于所述模型所确定的所述操作参数来模拟所述焊接；

显示所述模拟；以及

接收实际焊接的结果以将所述实际焊接的结果与模拟结果进行比较，并且基于所述比较，调节用于建议焊接方法和焊接变量的所述模型。

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