本申請(qǐng)要求于2014年7月7日遞交的序列號(hào)為62/021,358的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全部并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總地涉及氣體系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和焊接方法，以及，更具體地，涉及自動(dòng)化氣體控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)以及使用它們的方法。

背景技術(shù)：

焊接是單獨(dú)金屬工件的冶金接合。通常，在焊接期間，兩個(gè)工件彼此接近。每個(gè)工件的一部分通過(guò)利用連接到電焊電源裝置的焊槍被局部應(yīng)用加熱而熔化，以在工件之間形成熔融金屬池。加熱工件通常使用焊槍實(shí)現(xiàn)，諸如金屬惰性氣體(MIG)焊槍或鎢惰性氣體(TIG)焊槍。眾所周知，MIG焊接可被稱為氣體金屬電弧焊接(GMAW)，并且TIG焊接可被稱為氣體鎢電弧焊接(GTAW)。其他類型的焊接可包括氣體焊接和藥芯焊絲電弧焊接(FCAW)。在這些焊接過(guò)程的每一個(gè)中，通常將填充材料添加到熔融金屬池(也稱為焊池)中。填充材料可是金屬棒或金屬線(metallic wire)的形式。

一旦形成，焊池就沿著兩個(gè)工件之間的預(yù)定路徑平移或移動(dòng)。當(dāng)焊池被平移時(shí)，填充材料以受控的速率連續(xù)地供給到焊池中。在焊池前面的金屬被熔化，而隨著移動(dòng)焊池金屬和填充材料的混合物隨著其冷卻而固化。一旦熔融金屬焊池冷卻，在兩個(gè)工件之間形成焊接接頭。

雖然焊接可用焊槍手動(dòng)執(zhí)行，但是本發(fā)明是用于大體積制造操作的自動(dòng)化焊接系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常包括機(jī)器人臂或其他機(jī)電鉸接機(jī)以使焊槍相對(duì)于工件移動(dòng)。通過(guò)對(duì)機(jī)器人臂編程，其可在精確的預(yù)選路徑中或沿著由外部傳感器校正的路徑在工件上不斷跟蹤焊槍。金屬線形式的填充材料可由金屬線軸通過(guò)機(jī)器人臂上或在機(jī)器人臂附近攜帶的自動(dòng)饋送器供給。

許多上述焊接過(guò)程需要保護(hù)氣體(例如，惰性氣體，諸如氬氣)。例如，MIG焊接需要使用不活潑的保護(hù)氣體來(lái)包圍電極和焊池。保護(hù)氣體替代熔融金屬周圍的正常大氣氣體。因此，保護(hù)氣體在熔融金屬和正常大氣氣體之間形成局部氣體阻擋層或緩沖層。通過(guò)提供這種阻擋層，保護(hù)氣體能夠防止大氣中不期望的氣體與熔融金屬反應(yīng)。已知熔融或熱金屬可能與大氣氣體例如氮?dú)夂?或氧氣反應(yīng)，并且可能導(dǎo)致質(zhì)量差的焊接接頭。例如，含有不期望的反應(yīng)產(chǎn)物(例如多孔性雜質(zhì)和/或金屬氧化物雜質(zhì))的焊接接頭可表現(xiàn)出不可接受的性質(zhì)，諸如差的機(jī)械強(qiáng)度和差的耐腐蝕性。因此，通常使用保護(hù)氣體改善焊接質(zhì)量。

對(duì)于那些需要保護(hù)氣體的焊接系統(tǒng)，可使用用于將氣體輸送到焊槍的控制系統(tǒng)。氣體控制系統(tǒng)可包括多個(gè)調(diào)節(jié)器和管道，以調(diào)節(jié)保護(hù)氣體的壓力并控制其輸送最接近焊池。通常，使用流量計(jì)手動(dòng)控制輸送，其流量計(jì)可在耦連到氣瓶或散裝氣體供應(yīng)源的壓力計(jì)下游。所需最小保護(hù)氣體的連續(xù)輸送是成問(wèn)題的。

輸送問(wèn)題可由于氣體阻擋層的變化而導(dǎo)致焊接接頭的質(zhì)量問(wèn)題。焊池周圍的氣體阻擋層可由于許多原因而變化，例如，簡(jiǎn)單地由于與保護(hù)氣體的供應(yīng)的距離。簡(jiǎn)單的程序可用于處理焊池上保護(hù)氣流的變化以及與不充足的保護(hù)氣體相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。

一種常見(jiàn)的方法是在整個(gè)焊接過(guò)程中通過(guò)手動(dòng)將流量控制設(shè)置為高水平來(lái)使用過(guò)量的保護(hù)氣體。一旦設(shè)置，手動(dòng)設(shè)置以后在焊接過(guò)程中不會(huì)調(diào)整。使用這種方法，即使氣流可能存在變化，至少最小量的保護(hù)氣體將總是存在。

考慮到現(xiàn)有焊接系統(tǒng)的問(wèn)題，并且雖然焊接系統(tǒng)通常已經(jīng)成功，但焊接系統(tǒng)的制造商及其客戶繼續(xù)力求改進(jìn)他們的焊接系統(tǒng)和焊接過(guò)程，特別是在焊接質(zhì)量和焊接質(zhì)量一致性的同時(shí)降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了焊接系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)和其他缺點(diǎn)。盡管將結(jié)合某些實(shí)施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明包括可包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有替代物、修改和等同物。

根據(jù)本發(fā)明的原理，氣體輸送系統(tǒng)在焊接一個(gè)或多個(gè)工件期間將來(lái)自保護(hù)氣體源的保護(hù)氣體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)管道或軟管輸送到具有噴嘴的焊槍。該氣體輸送系統(tǒng)包括保護(hù)氣體控制器，該保護(hù)氣體控制器包括用于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)管道或軟管接收來(lái)自保護(hù)氣體源的保護(hù)氣體的入口、保護(hù)氣體從其流動(dòng)到噴嘴的出口以及在入口和出口之間的至少一個(gè)閥。閥能夠響應(yīng)于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)而操作。保護(hù)氣體控制器在第一焊接之前或之后操作至少一個(gè)閥至少一次，以根據(jù)預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)改變來(lái)自噴嘴的保護(hù)氣體的流量。

在一個(gè)實(shí)施例中，閥包括用于在焊接期間改變保護(hù)氣體的流量的可變孔。

在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器改變孔的尺寸，以便在電弧啟動(dòng)序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)增加或減少保護(hù)氣體流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)閥是比例閥。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)閥與限流器相關(guān)聯(lián)。

在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器還包括傳感器，該傳感器能夠測(cè)量來(lái)自出口的實(shí)際氣體流速并傳送指示所測(cè)量到的流速的信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器檢測(cè)焊接期間由傳感器上游和下游的一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的阻塞引起的保護(hù)氣體流量的變化。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接過(guò)程序列包括第一焊接序列以及在焊接方向、工件幾何形狀或焊接速度中的至少一個(gè)方面與第一焊接序列不同的第二焊接序列，并且保護(hù)氣體控制器根據(jù)預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)改變第一焊接序列和第二焊接序列之間的保護(hù)氣體流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器在電弧結(jié)束序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)來(lái)改變保護(hù)氣體流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，氣體輸送系統(tǒng)還包括與一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的保護(hù)氣體流體連通的傳感器，其檢測(cè)保護(hù)氣體中的氮和/或其它污染物。

在一個(gè)實(shí)施例中，氣體輸送系統(tǒng)還包括與噴嘴流體連通的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，用于將壓縮空氣供應(yīng)到噴嘴。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于焊接一個(gè)或多個(gè)工件的焊接系統(tǒng)包括氣體輸送系統(tǒng)、具有噴嘴的焊槍，與焊槍電通信的焊機(jī)，提供焊槍與一個(gè)或多個(gè)工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以沿著預(yù)定的焊接路徑跟蹤焊槍的機(jī)器人臂，用于計(jì)量到一個(gè)或多個(gè)工件的填充材料的饋送器以及與焊機(jī)、保護(hù)氣體控制器和機(jī)器人臂可操作地通信的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于將包括所述第一焊接的第一焊接序列的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到氣體輸送系統(tǒng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)還包括與控制系統(tǒng)和焊接機(jī)可操作地通信的焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)。焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)檢測(cè)第一焊接的質(zhì)量和一個(gè)或多個(gè)后續(xù)焊接的質(zhì)量，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示各個(gè)焊接質(zhì)量的信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算不同于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)并且基于各個(gè)焊接質(zhì)量的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在對(duì)隨后工件的各個(gè)焊接的焊接期間，控制系統(tǒng)將第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到保護(hù)氣體控制器。

在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括與控制系統(tǒng)和焊機(jī)可操作地通信的傳感器。傳感器在焊接期間檢測(cè)來(lái)自焊機(jī)的電壓和電流中的一個(gè)或多個(gè)，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示來(lái)自焊機(jī)的電壓和電流中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算不同于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)并且基于指示電壓和電流中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在對(duì)隨后的工件的各個(gè)焊接的焊接期間，控制系統(tǒng)將第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到保護(hù)氣體控制器。

在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器在電弧啟動(dòng)序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)增加或減小保護(hù)氣體流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接過(guò)程序列包括第一焊接序列和在焊接方向、工件幾何形狀或焊接速度中的至少一個(gè)方面與第一焊接序列不同的第二焊接序列，并且保護(hù)氣體控制器根據(jù)來(lái)自控制系統(tǒng)的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)來(lái)改變第一焊接序列和第二焊接序列之間的保護(hù)氣流。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)還包括與一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的保護(hù)氣體流體連通的傳感器，其檢測(cè)保護(hù)氣體中的氮。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)還包括與噴嘴流體連通的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其用于向噴嘴供應(yīng)壓縮空氣。

在一個(gè)實(shí)施例中，在焊接期間，保護(hù)氣體控制器從出口向控制系統(tǒng)輸出與保護(hù)氣體流速相關(guān)的信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊機(jī)包括與控制系統(tǒng)通信的焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)。焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)被配置為評(píng)估第一焊接的質(zhì)量。

在本發(fā)明的另一方面中，一種焊接工件的方法包括：(i)基于對(duì)工件的第一焊接的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)預(yù)先確定保護(hù)氣體的第一流速；(ii)基于對(duì)工件的第二焊接的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)預(yù)先確定保護(hù)氣體的第二流速，其第二焊接在幾何形狀、焊接速度或焊接方向中的至少一個(gè)方面與第一焊接不同；(iii)在對(duì)工件的第一焊接的焊接期間，以第一流速接近第一焊池分配保護(hù)氣體；以及(iv)在對(duì)工件的第二焊接的焊接期間，以不同于第一流速的第二流速接近第二焊池分配保護(hù)氣體。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一焊接和第二焊接是對(duì)工件的連續(xù)焊接。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一焊接處于多個(gè)焊接的第一焊接序列中，并且以第一流速分配保護(hù)氣體包括針對(duì)第一焊接序列中的每個(gè)焊接維持第一流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊接處于多個(gè)焊接的第二焊接序列中，并且以第二流速分配保護(hù)氣體包括針對(duì)第二焊接序列中的每個(gè)焊接維持第二流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，焊接方法還包括焊接不同于第一工件的第二工件。焊接第二工件包括在對(duì)第二工件的第三焊接的焊接期間，接近第三焊池以第一流速分配保護(hù)氣體。第三焊接在對(duì)第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)方面與第一焊接相同。

在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括焊接不同于第一工件的第二工件。焊接包括在對(duì)第二工件的第三焊接的焊接期間，接近第三焊池以第一流速分配保護(hù)氣體。第三焊接在對(duì)第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向方面與第一焊接相同。

在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括監(jiān)測(cè)對(duì)工件的第一焊接的質(zhì)量，以及基于第一焊接的質(zhì)量，在第一焊接的焊接期間和/或在對(duì)該工件之后的第二工件的焊接期間改變第一流速。

附圖說(shuō)明

并入本說(shuō)明書(shū)并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與下面給出的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的焊接系統(tǒng)示意圖；

圖2是使用中的示例性焊槍的局部橫截面圖；

圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)氣體控制器的示意圖；

圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)氣體控制器的示意圖；

圖3C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)氣體控制器的示意圖；

圖4A和4B描繪了不同示例性的焊接幾何形狀和焊接序列；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于與焊槍一起使用的漏斗狀裝置的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及用于生產(chǎn)一致高質(zhì)量的焊接接頭的焊接系統(tǒng)10。在這方面，系統(tǒng)10的實(shí)施例控制整個(gè)焊接過(guò)程的保護(hù)氣流，包括在該過(guò)程的特定部分期間氣流的變化。雖然下面更詳細(xì)地描述了這一點(diǎn)，但是一般來(lái)說(shuō)，保護(hù)氣流被控制并且可在焊接序列開(kāi)始之前和期間、從一個(gè)焊接序列到下一個(gè)焊接序列、從一個(gè)焊接到下一個(gè)焊接、在焊接序列末尾、在基于外部輸入的焊接序列期間和/或在焊接序列結(jié)束之后而改變。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)10基于每個(gè)焊接來(lái)改變保護(hù)氣流，例如在連續(xù)的焊接序列上，并基于用于該特定焊接序列和/或焊接的預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)置。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例減少保護(hù)氣體消耗，同時(shí)維持或改善焊接質(zhì)量和焊接質(zhì)量一致性。

除了控制保護(hù)氣流之外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10可在焊接質(zhì)量明顯下降之前監(jiān)測(cè)、識(shí)別和/或預(yù)測(cè)系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)部件的維護(hù)問(wèn)題。因此，系統(tǒng)10可包括預(yù)防性維護(hù)功能。應(yīng)當(dāng)理解，如本文所述的焊接系統(tǒng)包括但不限于氣體金屬電弧焊接(GMAW)、氣體鎢電弧焊接(GTAW)、等離子電弧焊接或等離子切割系統(tǒng)。

具體地，參考圖1，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)10包括電耦連到焊機(jī)14并流體耦連到一個(gè)或多個(gè)保護(hù)氣體16的供應(yīng)的焊槍12，例如微量(例如約1％至約2％)的氬(Ar)、二氧化碳(CO2)、氦(He)、氧(O2)或其組合。作為示例，示例性的焊槍12可是金屬惰性氣體(MIG)焊槍、鎢惰性氣體(TIG)焊槍或等離子焊槍。保護(hù)氣體16的供應(yīng)包括但不限于高壓瓶或散裝氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖所示。

根據(jù)使用MIG焊槍的示例性焊接過(guò)程，參考圖2，焊槍12可包括包圍導(dǎo)電管19和電極20的噴嘴18。保護(hù)氣體可在電極20和噴嘴18之間排出，以形成氣體阻擋層22。焊機(jī)14(圖1)電耦連到電極20并在電極20和金屬工件25之間提供產(chǎn)生電弧24所需的電功率。電弧24足以熔化每個(gè)工件25和電極20，以便產(chǎn)生包括工件25的金屬和來(lái)自電極20的金屬的混合物的焊池26，因?yàn)殡姌O20被計(jì)量到焊池26中。應(yīng)當(dāng)理解，可將金屬供應(yīng)到與電極20分離的焊池26，諸如在TIG或等離子過(guò)程中，電極在該過(guò)程期間不意圖被消耗。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10的每個(gè)電極20僅包括單個(gè)保護(hù)氣體供應(yīng)16。

焊池26通過(guò)氣體阻擋層22與大氣氣體28分離。焊槍12可如箭頭30所指示的相對(duì)于工件25移動(dòng)。通過(guò)該運(yùn)動(dòng)，焊池26和保護(hù)氣體16與焊槍12一起移動(dòng)。電弧24熔化工件25的更多金屬，以在移動(dòng)方向30上與熔化的電極20混合，并且隨著焊槍12的運(yùn)動(dòng)30離開(kāi)焊池26以冷卻。當(dāng)焊池26冷卻時(shí)，形成焊接接頭32。盡管未示出，但應(yīng)當(dāng)理解，兩個(gè)或更多個(gè)工件可通過(guò)焊接接頭32接合在一起。此外，雖然焊槍12相對(duì)于工件25的方向是非正交的角度，使得焊槍12被稱為“推動(dòng)”焊池26，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于所示的特定方向。焊槍12可相對(duì)于焊池26以任何足以形成焊接接頭32的方向定向，包括焊槍12被稱為“拉動(dòng)”焊池26的那些方向。

氣體阻擋層22及其與焊池26的關(guān)系可影響焊接接頭32的質(zhì)量。氣體阻擋層22由來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣體流維持在焊池26周圍。在每個(gè)特定的焊接過(guò)程中，存在保護(hù)氣流的特征最小流量，其維持氣體阻擋層22具有足夠的體積以保護(hù)焊池26免受大氣氣體28的影響。將保護(hù)氣流減少到針對(duì)該特定焊接過(guò)程的最小流量以下使焊池26暴露于大氣氣體28。在氣體阻擋層22不足以保護(hù)焊池26的情況下，大氣氣體28可與焊池26中的熱金屬反應(yīng)或以其它方式與焊池26中的熱金屬形成不期望的成分。結(jié)果，焊接32的性質(zhì)可能在某點(diǎn)上或另一點(diǎn)上不足，從而導(dǎo)致質(zhì)量差。作為示例，質(zhì)量差的焊接包括具有顯著的氮吸收的焊接，其最終在焊接32中引起多孔性或空穴，這降低了焊接32的強(qiáng)度。

在氣體阻擋層22相對(duì)于焊池26過(guò)大的情況下，消耗過(guò)量的保護(hù)氣體。雖然氣體阻擋層22可充分地保護(hù)焊池26免受大氣氣體28的影響，但是對(duì)于過(guò)量的保護(hù)氣體，觀察不到對(duì)焊接過(guò)程或焊接32的重大益處。然而，過(guò)量的保護(hù)氣體增加了焊接32的成本。來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣體流量影響氣體阻擋層22的尺寸。

通常，隨著保護(hù)氣體流量減少，氣體阻擋層22的尺寸減小，反之亦然。其它因素也可影響焊接期間所需氣體阻擋層22的最小尺寸。作為示例而非限制，供應(yīng)給電極20以產(chǎn)生電弧24的功率、從電極20到工件25的距離、在移動(dòng)方向30上的行進(jìn)速度、焊接32的設(shè)計(jì)、工件25的幾何形狀以及氣體阻擋層22上的風(fēng)力阻力(wind draft)的位置和自由度可影響氣體阻擋層22的最小尺寸?，F(xiàn)有技術(shù)的流量控制程序未能考慮在焊接過(guò)程中的這些變化中的許多或全部下對(duì)保護(hù)氣體流量的控制。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，系統(tǒng)10將氣體阻擋層22維持在提供優(yōu)質(zhì)焊接接頭32所必需的最小尺寸或略高于該最小尺寸。通過(guò)考慮前面段落中標(biāo)識(shí)的任何單一或所有變量，系統(tǒng)10可在焊接過(guò)程期間預(yù)先確定和設(shè)置保護(hù)氣體流速。例如，因?yàn)闅怏w阻擋層22的最小所需尺寸可從一個(gè)焊接序列到下一個(gè)序列而改變，系統(tǒng)10能夠在每個(gè)焊接序列基礎(chǔ)上甚至在每個(gè)焊接基礎(chǔ)上改變保護(hù)氣體流速。因此，系統(tǒng)10可改變保護(hù)氣體流速以滿足特定焊接所需的氣體阻擋層22的最小尺寸。以這種方式，系統(tǒng)10通過(guò)減少或消除過(guò)量的保護(hù)氣體消耗來(lái)最小化焊接成本。

為此，參考圖1，系統(tǒng)10的實(shí)施例包括機(jī)器人臂40的示例性形式的機(jī)電機(jī)器，其焊槍12可固定在機(jī)電機(jī)器上。然而，沒(méi)有必要利用機(jī)器人臂，因?yàn)橐阎軌蛳鄬?duì)于工件25操縱焊槍12的其他機(jī)器。其他機(jī)器可包括能夠沿著編程路徑相對(duì)于工件25不斷跟蹤焊槍12的一個(gè)或多個(gè)伺服電機(jī)。盡管未示出，但是工件25可固定到單獨(dú)的機(jī)電機(jī)器，以使得與機(jī)器人臂40的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，工件25也可移動(dòng)，以便提供工件25和焊槍12之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此外，盡管焊槍12被示出為固定到機(jī)器人臂40上，但是應(yīng)當(dāng)理解，機(jī)器人臂40可被配置成握住工件25并且使其相對(duì)于固定的或可移動(dòng)的焊槍移動(dòng)。眾所周知，機(jī)器人臂40可是計(jì)算機(jī)可編程的。

在這方面，焊接系統(tǒng)10可包括可操作地耦連到機(jī)器人臂40的控制系統(tǒng)42?？刂葡到y(tǒng)42可包括計(jì)算機(jī)(未標(biāo)記)和示教器44或另一離線編程軟件系統(tǒng)(未示出)，其可用于生成包括機(jī)器人臂40的軌跡的焊接程序，以與控制形成焊接所需的相關(guān)設(shè)備相結(jié)合。軌跡可包括由工件25限定的空間中的坐標(biāo)，并且可存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)42或機(jī)器人臂40中。軌跡可包括由工件25限定的空間中的坐標(biāo)，并且可存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)42或機(jī)器人臂40中。在焊接序列期間，控制系統(tǒng)42可命令機(jī)器人臂40遵循預(yù)定軌跡或路徑以及將其他部件(在下面描述)與軌跡協(xié)調(diào)以形成焊接接頭32。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，焊接程序可包括基于每個(gè)焊接用戶可選擇保護(hù)氣體流速以及通過(guò)示教器44或由離線編程輸入的其他用戶可選變量。

繼續(xù)參考圖1，系統(tǒng)10可包括用于將受控量的填充材料計(jì)量(metering)到焊池26(圖2)中的饋送器50。饋送器50可以可操作地耦連到焊機(jī)14和/或控制系統(tǒng)42。結(jié)合焊槍12沿著預(yù)定軌跡的移動(dòng)和焊接，焊機(jī)14和/或控制系統(tǒng)42中的一個(gè)可與饋送器50通信，以便使饋送器50根據(jù)填充金屬的預(yù)定目標(biāo)濃度來(lái)分配填充材料以填充焊池26。如圖所示，饋送器50可耦連到機(jī)器人臂40或者可放置在接近焊槍12的另一位置。在焊槍12是MIG焊槍的示例性實(shí)施例中，饋送器50可以是用于將電極20計(jì)量到焊池26中的送絲機(jī)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，焊槍12可以是TIG焊槍，在這種情況下，饋送器50可被配置為將填充金屬計(jì)量到形成在鎢電極和工件之間的焊池中。

結(jié)合饋送器50的操作，系統(tǒng)10控制保護(hù)氣體從氣體供應(yīng)16通過(guò)氣體輸送系統(tǒng)54到焊槍12的噴嘴18(圖2)的流量。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)42利用螺線管55(可選)來(lái)協(xié)調(diào)保護(hù)氣流的開(kāi)關(guān)控制，并且可改變焊接期間(諸如，基于每個(gè)焊接)的保護(hù)氣流。螺線管55可以是開(kāi)關(guān)流量控制裝置。

關(guān)于焊接期間的氣流，在一個(gè)實(shí)施例中，氣體輸送系統(tǒng)54可包括接收關(guān)于最小預(yù)定保護(hù)氣流的設(shè)定點(diǎn)信息的保護(hù)氣體控制器(在下面描述并總體上以56表示)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然這里描述了保護(hù)氣體控制器的示例性實(shí)施例，但是系統(tǒng)54的實(shí)施例不限于所描述的特定氣體控制器。一個(gè)或多個(gè)管道或線路(line)58將螺線管55和保護(hù)氣體控制器56在一端流體耦連到保護(hù)氣體供應(yīng)16，并在另一端流體耦連到焊槍12的噴嘴18。僅作為示例，線路58可至少額定為350psi(約2413kPa)，諸如，“GSS”軟管由WA技術(shù)可用，以最小化來(lái)自保護(hù)氣體的內(nèi)部壓力下的膨脹，并且可減小保護(hù)氣流開(kāi)關(guān)循環(huán)期間的壓力浪涌(surge)。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56在焊接之前、在焊接序列的每個(gè)單獨(dú)焊接接頭的焊接期間和/或在焊接之后控制來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣體的流速。具體地，在焊接之前電弧啟動(dòng)期間、在工件焊接期間和/或在焊接之后的電弧結(jié)束期間，保護(hù)氣體控制器56可改變來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣體的流量。

為了這些和其它目的，在一個(gè)實(shí)施例中，參考圖1和圖3A，示例性的保護(hù)氣體控制器56包括入口62和出口64之間的閥60。閥60能夠改變氣體輸送系統(tǒng)54中的保護(hù)氣流。閥60與控制系統(tǒng)42操作性通信，保護(hù)氣體控制器56從控制系統(tǒng)42接收設(shè)定點(diǎn)信息。

如圖所示，在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56可包括在入口62和出口64之間的流量限制66。保護(hù)氣體控制器56從包括反饋傳感器70和旁通管72的反饋電路68產(chǎn)生用于控制系統(tǒng)42的輸出。旁通管72圍繞流量限制66流體連通，使得通過(guò)入口62的氣體流量的一小部分繞過(guò)流量限制66周圍并與反饋傳感器70操作性通信。反饋電路68向控制系統(tǒng)42輸出指示通過(guò)保護(hù)氣體控制器56的氣體流量的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，反饋電路68可提供從出口64流出的氣體的體積流量和/或質(zhì)量流量的指示。

在示例性的保護(hù)氣體控制器56中，反饋傳感器70可包括加熱通過(guò)旁通管72的氣體的加熱器。通過(guò)加熱旁通管72中的氣體，可通過(guò)熱力學(xué)第一定律測(cè)量通過(guò)保護(hù)氣體控制器56的保護(hù)氣體的質(zhì)量流量。反饋傳感器70然后可產(chǎn)生指示來(lái)自出口64的保護(hù)氣體流速的輸出，諸如電信號(hào)。該輸出可用于調(diào)節(jié)閥60，并且還可被通信到控制系統(tǒng)42?？刂葡到y(tǒng)42可利用該信息來(lái)確定每單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)10的保護(hù)氣體消耗，然后可使示教器44的操作者可見(jiàn)該保護(hù)氣體消耗。此外，如下更詳細(xì)的描述，該輸出可用于對(duì)焊槍12的操作的一個(gè)或多個(gè)定性和/或定量評(píng)估。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56是質(zhì)量流量控制器，其可從MKS Instruments of Andover、Massachusetts購(gòu)得，其型號(hào)為No.GE0A004504R8V020。

在操作中，示例性的保護(hù)氣體控制器56可響應(yīng)于從控制系統(tǒng)42接收的設(shè)定點(diǎn)信息通過(guò)調(diào)節(jié)閥60來(lái)改變從出口64通過(guò)的保護(hù)氣體的流量。這種變化可基于焊接序列期間的焊接質(zhì)量、基于每個(gè)焊接或另外因素，如下詳細(xì)描述。作為示例，閥60可包括能夠改變來(lái)自出口64的保護(hù)氣體流量的可變孔(未示出)?？勺兛椎某叽缱兓苫趤?lái)自反饋電路68的輸出。特別地，保護(hù)氣體控制器56可使用控制方案(例如，PID控制)來(lái)改變閥60中可變孔的尺寸，直到來(lái)自保護(hù)氣體控制器56的流量達(dá)到由來(lái)自控制系統(tǒng)42的設(shè)定點(diǎn)所確定的預(yù)定最小氣流。

在一個(gè)實(shí)施例中，現(xiàn)在參考圖1和圖3B，示例性的保護(hù)氣體控制器56包括在入口62和出口64之間的一個(gè)或多個(gè)閥60。閥60可流體耦連在氣體閥組142、144之間。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)閥60可是與螺線管耦連的氣動(dòng)閥，該螺線管從控制系統(tǒng)42或另外源接收電功率形式的設(shè)定點(diǎn)信息，該功率足以使得螺線管打開(kāi)閥并且允許氣體從一個(gè)閥組142傳遞到另一個(gè)閥組144，并因此操作以便在控制器56內(nèi)打開(kāi)保護(hù)氣體。從閥60移除該功率，并關(guān)閉閥60。

圖3B的示例性氣體控制器56還可包括一個(gè)或多個(gè)限流器146。限流器146可包括能夠?qū)⒈Ｗo(hù)氣體的流量限制到已知值的預(yù)定尺寸的孔。限流器146可操作以在氣體控制器56內(nèi)的寬范圍壓力下將氣流限制到已知的預(yù)定速率。僅作為示例，限流器146可從Mott Corporation、Farmington、Connecticut購(gòu)得，閥60可從Asco Valves、Warren Michigan購(gòu)得。

在圖3B所示的實(shí)施例中，每個(gè)閥60有一個(gè)限流器146。然而，應(yīng)當(dāng)理解，限流器146的數(shù)量和閥60的數(shù)量不需要相等。本發(fā)明的實(shí)施例不限于具有四個(gè)閥和四個(gè)相應(yīng)的限流器的保護(hù)氣體控制器，因?yàn)榭墒褂萌缦滤U述的閥和限流器的其他組合。

在操作中，圖3B所示的示例性保護(hù)氣體控制器56可響應(yīng)于從控制系統(tǒng)42接收的設(shè)定點(diǎn)信息通過(guò)打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)閥60來(lái)改變從入口62通向出口64的保護(hù)氣體的流量。閥60可依靠相關(guān)聯(lián)的限流器146進(jìn)行選擇。例如，一個(gè)限流器146可被配置為當(dāng)隔離閥(intervening valve)60打開(kāi)時(shí)，允許10立方英尺/小時(shí)(CFH)的保護(hù)氣流從閥組142流到閥組144。因此，如果需要流速為10CFH的保護(hù)氣體，則可打開(kāi)與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60。在使用多個(gè)限流器146的情況下，每個(gè)限流器可允許不同的預(yù)定保護(hù)氣體流速。

在這方面，繼續(xù)上述示例，第二限流器146可被配置為當(dāng)不同的隔離閥60打開(kāi)時(shí)允許15CFH的保護(hù)氣流從閥組142流到閥組144。在這種情況下，如果控制系統(tǒng)42需要15CFH的保護(hù)氣流，則控制系統(tǒng)42打開(kāi)與15CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60，同時(shí)維持與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60和任何其它閥關(guān)閉。在另一示例中，如果控制系統(tǒng)42需要25CFH的保護(hù)氣流，則控制系統(tǒng)42打開(kāi)對(duì)應(yīng)于10CFH限流器和15CFH限流器的每個(gè)閥60。也就是說(shuō)，系統(tǒng)42打開(kāi)與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥，并且系統(tǒng)42打開(kāi)與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60。10CFH流速和15CFH流速的組合提供25CFH的保護(hù)氣量。作為額外的示例，在具有四個(gè)閥60和四個(gè)限流器146的實(shí)施例中，如圖所示，額外的限流器146可被配置為允許相同的保護(hù)氣流或不同于上述的限流器146。通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉用于已知限流器146的閥60，控制系統(tǒng)42可控制氣體輸送系統(tǒng)54中的保護(hù)氣流。

繼續(xù)參考圖3B，示例性的保護(hù)氣體控制器56可包括耦連到閥組144的流量計(jì)148。流量計(jì)148可被配置為測(cè)量保護(hù)氣體的流速，然后經(jīng)由與從出口64排放的保護(hù)氣體流速相關(guān)的信號(hào)150來(lái)提供反饋。以這種方式，流量計(jì)148結(jié)合閥60和選定的限流器146可用于下面所描述的焊槍12的操作的一個(gè)或多個(gè)定性和/或定量評(píng)估。控制系統(tǒng)42然后可改變?cè)O(shè)定點(diǎn)信息并打開(kāi)和/或關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)閥60以基于該反饋改變實(shí)際的保護(hù)氣體流速。

在一個(gè)實(shí)施例中，現(xiàn)參考圖1和圖3C，示例性的保護(hù)氣體控制器56包括在入口62和出口64之間的閥60。閥可將閥組142耦連到閥組144并且被配置為可變地打開(kāi)，以在連續(xù)的流速體制內(nèi)調(diào)節(jié)保護(hù)氣體流速。

在這點(diǎn)上，控制系統(tǒng)42可提供設(shè)定點(diǎn)信息以改變從出口64流出的保護(hù)氣體流速。這種變化可基于如下詳細(xì)描述的焊接序列期間的焊接質(zhì)量、基于每個(gè)焊接或另外的因素。作為示例，閥60可包括能夠改變來(lái)自出口64的保護(hù)氣體流量的可變孔(未示出)?？勺兛椎某叽缱兓苫趤?lái)自反饋電路68的輸出。特別地，保護(hù)氣體控制器56可使用控制方案(例如，PID控制)來(lái)改變閥60中的可變孔尺寸，直到來(lái)自保護(hù)氣體控制器56的流量達(dá)到預(yù)定最小氣流(如由來(lái)自控制系統(tǒng)42的設(shè)定點(diǎn)所確定的)。在一個(gè)實(shí)施例中，閥60可以是從ASCO、Florham Park、New Jersey購(gòu)得的比例閥。

圖3C所示的示例性的氣體控制器56還可包括流量計(jì)148，以經(jīng)由信號(hào)150提供反饋。然后，控制系統(tǒng)42可成比例地改變?cè)O(shè)定點(diǎn)信息，以基于已知的控制方案(諸如PID控制)來(lái)調(diào)節(jié)從出口64流出的氣體。以這種方式，流量計(jì)148結(jié)合閥60可用于焊槍12的操作的一個(gè)或多個(gè)定性和/或定量評(píng)估，如下所述。

在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體的流量以基本上獨(dú)立于來(lái)自氣體供應(yīng)16的壓力和保護(hù)氣體控制器56的出口64處的保護(hù)氣體壓力的方式被控制。在這點(diǎn)上，保護(hù)氣體控制器56可提供保護(hù)氣流的動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，并且響應(yīng)上游壓力變化，同時(shí)仍然維持來(lái)自出口64的一致的保護(hù)氣體流速。作為示例，在使用具有單級(jí)壓力調(diào)節(jié)器和流量計(jì)的滿氣瓶(full cylinder)保護(hù)氣體的焊接過(guò)程期間，保護(hù)氣流的一致性可以是小于約8％的變化，并且作為額外的示例，小于約4％，直到該氣瓶為空。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56可具有超過(guò)氣體供應(yīng)16的壓力額定值的壓力額定值。因此，系統(tǒng)10的實(shí)施例可不包括壓力計(jì)74(在圖1中示出)。然而，例如，在氣體供應(yīng)16的壓力高于2,200psi(約15168kPa)的情況下，可能需要壓力計(jì)74。此外或可替代地，當(dāng)氣體供應(yīng)16中的壓力處于正常水平(例如，小于約100psi(大約689kPa))時(shí)，系統(tǒng)10的實(shí)施例可不包括氣體供應(yīng)16和保護(hù)氣體控制器56之間的流量計(jì)76。與現(xiàn)有技術(shù)的氣流系統(tǒng)不同，在現(xiàn)有技術(shù)的氣流系統(tǒng)中，流量控制器上游的供應(yīng)線(supply line)中的壓力下降可能導(dǎo)致流量減小，本發(fā)明的實(shí)施例在保護(hù)氣體控制器56的入口62處的氣體壓力意外降低的情況下有利地維持來(lái)自保護(hù)氣體控制器56的一致流速。

為此，保護(hù)氣體控制器56可對(duì)保護(hù)氣體控制器56的入口62處或其附近的壓力降低作出反應(yīng)。作為響應(yīng)，保護(hù)氣體控制器56可調(diào)節(jié)閥60或打開(kāi)/關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)閥60以選擇一個(gè)或多個(gè)不同的限流器146，以將來(lái)自出口64的保護(hù)氣流維持在最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。

對(duì)于保護(hù)氣體控制器56上游的壓力增加，可觀察到相反的響應(yīng)。也就是說(shuō)，入口62處的壓力的增加可導(dǎo)致保護(hù)氣體控制器56減小閥60中的孔的尺寸或打開(kāi)/關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)閥60，以維持來(lái)自出口64的恒定流量。在保護(hù)氣體控制器56上游的壓力增加或減小的情況下，到控制系統(tǒng)42的反饋，諸如來(lái)自傳感器70的信號(hào)或來(lái)自流量計(jì)148的信號(hào)，可根據(jù)圖3A和3C所示的氣體控制器56用于改變閥60中的孔的尺寸，或用于打開(kāi)/關(guān)閉圖3B所示的氣體控制器56中的一個(gè)或多個(gè)閥60。此外或作為替代，反饋可被傳送到控制系統(tǒng)42并由控制系統(tǒng)42利用，以向可能的壓力問(wèn)題引起者(operator)提供警告。系統(tǒng)10可考慮其它氣體壓力波動(dòng)以維持優(yōu)質(zhì)焊接，同時(shí)減少保護(hù)氣體的消耗。

在焊接之前，氣體輸送系統(tǒng)54內(nèi)可能存在過(guò)量的保護(hù)氣體。此過(guò)量氣體可能是由于氣體輸送系統(tǒng)54中的彈性，諸如軟管或管道的膨脹或其他原因。這種情況下，在電弧啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)控制系統(tǒng)42發(fā)起通過(guò)氣體輸送系統(tǒng)54的保護(hù)氣流時(shí)，在管道或管線58中積聚的過(guò)量氣體通常可以不受控制的方式從噴嘴18排出。來(lái)自噴嘴18的這種氣體浪涌是浪費(fèi)的。它還可能通過(guò)擾亂焊槍12中的氣體層流(這可能擾亂電弧)而引起焊接問(wèn)題，和/或浪涌可在噴嘴18和工件25之間產(chǎn)生文丘里效應(yīng)(venturi effect)，其可將大氣氣體吸入氣體阻擋層22中。這些問(wèn)題中的每一個(gè)都可能表現(xiàn)為質(zhì)量差的焊接和/或降低的生產(chǎn)率。應(yīng)當(dāng)理解，在噴嘴18處從氣體輸送系統(tǒng)54排出的過(guò)量氣體的量可取決于管道或線路58的長(zhǎng)度、保護(hù)氣體控制器56的入口側(cè)上的壓力以及線路58的剛性(即，抗膨脹性)等等。

考慮到這些問(wèn)題，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56在電弧啟動(dòng)之前或啟動(dòng)時(shí)補(bǔ)償氣體輸送系統(tǒng)54中過(guò)高的氣體壓力。作為示例，并且參考圖3A，閥60中的可變孔可在電弧啟動(dòng)時(shí)被初始設(shè)定為比在焊接期間使用的可變孔尺寸相對(duì)更小的尺寸。也就是說(shuō)，在電弧啟動(dòng)時(shí)的保護(hù)氣體流量可設(shè)定為小于在焊接期間使用的保護(hù)氣流。作為示例，可變孔的初始尺寸可比初始焊接所需的尺寸更大或更小已知的分?jǐn)?shù)或已知的百分比。有利地，在電弧啟動(dòng)之前或啟動(dòng)初始時(shí)最小化氣體浪涌可使總氣體消耗最小化，并且可解決與電弧啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)的焊接質(zhì)量問(wèn)題。

作為額外的示例，并參照?qǐng)D3B，控制系統(tǒng)42可初始打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)閥60，以便預(yù)選限制氣體浪涌的一個(gè)或多個(gè)限流器146。當(dāng)在氣體輸送系統(tǒng)54中存在已知量的氣體浪涌時(shí)，該方法可能特別有用。例如，在初始電弧啟動(dòng)序列上，流量計(jì)148可測(cè)量實(shí)際流量，以使得系統(tǒng)42記錄針對(duì)該電弧啟動(dòng)的系統(tǒng)中的搜索流量。在隨后的電弧啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)42可通過(guò)打開(kāi)/關(guān)閉閥60以補(bǔ)償任何氣體浪涌流量來(lái)補(bǔ)償任何浪涌流量。

在焊接期間，保護(hù)氣體控制器56可檢測(cè)影響出口64下游的保護(hù)氣流的問(wèn)題。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣體控制器56通過(guò)響應(yīng)下游保護(hù)氣體壓力波動(dòng)來(lái)提高焊接質(zhì)量一致性。例如，出口64和焊槍12之間的軟管78可被收縮，導(dǎo)致保護(hù)氣體控制器56的回壓增加。雖然這通常導(dǎo)致來(lái)自噴嘴18的氣流減少，并且因此可能負(fù)面影響焊接質(zhì)量，但是保護(hù)氣體控制器56可檢測(cè)到由于收縮引起的回壓而導(dǎo)致的保護(hù)氣流減小，然后根據(jù)圖3A和3C所示的氣體控制器56打開(kāi)閥60，或根據(jù)圖3B所示的氣體控制器56打開(kāi)與限流器146相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)閥60，以補(bǔ)償由于收縮軟管造成的氣流減小。在一個(gè)實(shí)施例中，可檢測(cè)圖3A和圖3C的氣體控制器56的閥60中可變孔的尺寸的百分比變化或圖3B的氣體控制器56的閥60的數(shù)量和/或選擇的變化，該變化用來(lái)將保護(hù)氣流維持在最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)處，并且該數(shù)據(jù)被傳送到控制系統(tǒng)42，然后控制系統(tǒng)42可警告軟管78中收縮的引起者。

作為額外的示例，已知在焊接期間可在噴嘴18上積累焊接飛濺物。飛濺物會(huì)減小噴嘴18的面積，并且如果不加以控制，則最終可阻礙來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣流。飛濺物還可能導(dǎo)致焊槍12中的熱累積。響應(yīng)于由于飛濺物積累導(dǎo)致的來(lái)自噴嘴18的流量減少，保護(hù)氣體控制器56可增加圖3A和3C的氣體控制器56的閥60中的可變孔的尺寸，或者改變圖3B的氣體控制器56的閥60的數(shù)量和/或選擇以補(bǔ)償流量減少。因此，保護(hù)氣體控制器56可補(bǔ)償飛濺物對(duì)保護(hù)氣流的負(fù)面影響。

此外，基于圖3A和3C的氣體控制器56的閥60的可變孔尺寸的相對(duì)增加，或改變圖3B的氣體控制器56的閥60的數(shù)量和/或選擇，控制系統(tǒng)42可預(yù)測(cè)何時(shí)氣體輸送系統(tǒng)54中的限制(諸如，噴嘴18上的飛濺物)在焊接質(zhì)量方面變得成問(wèn)題。該預(yù)定限制可以通過(guò)觀察焊接質(zhì)量并將其與噴嘴18上的飛濺物量相關(guān)聯(lián)來(lái)建立。一旦圖3A和3C的氣體控制器56的閥60的可變孔尺寸發(fā)生變化或圖3B的氣體控制器56的閥60的數(shù)量和/或選擇發(fā)生變化，使得從出口64排出的氣體流速達(dá)到該預(yù)定限制時(shí)，控制系統(tǒng)42可向機(jī)器人臂40發(fā)信號(hào)通知存在問(wèn)題。然后機(jī)器人臂40可在焊接序列之間或在另一時(shí)間執(zhí)行噴嘴擴(kuò)孔程序，以從噴嘴18去除飛濺物。與現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴擴(kuò)孔過(guò)程不同，現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴擴(kuò)孔過(guò)程通?；谠O(shè)定數(shù)量的焊接之后的預(yù)期飛濺物，本發(fā)明的實(shí)施例可響應(yīng)于噴嘴18中的實(shí)際飛濺物。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可消除或減少焊接結(jié)構(gòu)上的飛濺物環(huán)，同時(shí)維持焊接質(zhì)量。此外，通過(guò)僅基于需要而不是基于設(shè)定頻率來(lái)擴(kuò)孔噴嘴18，噴嘴18可不暴露于任何磨損和撕裂，并且可需要以較不頻繁的基礎(chǔ)更換。

除了噴嘴清潔過(guò)程之外或作為其一部分，如圖1所示，壓縮空氣供應(yīng)80可經(jīng)由空氣供應(yīng)管線82流體地耦連到焊槍12。壓縮空氣供應(yīng)80可通過(guò)螺線管84與焊槍12分離。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在上述噴嘴清潔過(guò)程之后，控制系統(tǒng)42可激活螺線管84以允許壓縮空氣流過(guò)焊槍12。這種后噴嘴清潔過(guò)程可在清潔之后去除噴嘴18中的任何碎屑。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)42可在焊接每個(gè)結(jié)構(gòu)之后、在每個(gè)焊接序列之后或者在每個(gè)焊接之后激活螺線管84。壓縮空氣可吹出噴嘴18上的任何飛濺物環(huán)，并且可在焊接過(guò)程之間、焊接序列之間和/或焊接之間冷卻焊槍12。該過(guò)程可改善焊接質(zhì)量并且可通過(guò)保持噴嘴18更冷來(lái)延長(zhǎng)焊槍12的壽命。有利地，飛濺物不太可能粘附到冷的噴嘴上，使得噴嘴擴(kuò)孔過(guò)程不太經(jīng)常被需要。

在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括定期地或基于按需的以及可選地在沒(méi)有操作者參與的情況下定量地檢查焊槍12的狀態(tài)的能力。具體地，并且作為示例，焊槍12可包括一個(gè)或多個(gè)O形環(huán)(未示出)，以防止除了通過(guò)噴嘴18之外的保護(hù)氣體意外泄漏。這些O形環(huán)通常可位于與噴嘴18相對(duì)的噴槍12后端饋電線的電源引腳(未示出)附近。在正常的焊槍維護(hù)期間，可取下、檢查和重新安裝焊槍12。在饋電線上移除和重新安裝焊槍12增加了O形環(huán)被損壞或以其他方式受損的可能性，這可能允許保護(hù)氣體從焊槍12的錯(cuò)誤端泄漏。損壞的O形環(huán)可能最終導(dǎo)致系統(tǒng)10消耗比所需保護(hù)氣體更多的保護(hù)氣體。本發(fā)明的實(shí)施例能夠檢測(cè)損壞或受損的O形環(huán)或氣體輸送系統(tǒng)54中的不期望位置處的保護(hù)氣體的其他泄漏。

在這方面，且在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)42可包括程序，機(jī)器人臂40通過(guò)該程序?qū)⒑笜?2插入到一系列限制性增加氣流的設(shè)備中。一旦噴嘴18被插入，控制系統(tǒng)42可打開(kāi)來(lái)自噴嘴18的氣流，然后測(cè)量該氣流。通過(guò)測(cè)量在各種阻塞水平下通過(guò)焊槍12的保護(hù)氣體流速，可識(shí)別維護(hù)問(wèn)題和/或更準(zhǔn)確地測(cè)量使用壽命，并且為系統(tǒng)的部件安排預(yù)防性維護(hù)，諸如焊槍12中的O形環(huán)。作為示例，參考圖5，焊槍12可插入具有100％限制(即，完全阻斷流量)的漏斗狀設(shè)備140中。如果當(dāng)噴嘴18被阻塞時(shí)通過(guò)焊槍12的氣流維持在100％，則O形環(huán)不密封焊槍12。也就是說(shuō)，通過(guò)焊槍12后端或在另一個(gè)不期望位置處存在100％的保護(hù)氣體泄漏，因?yàn)榘ê笜?2的氣體輸送系統(tǒng)54不能包含與零流量條件(即，100％限制)相關(guān)聯(lián)的增加的壓力。有利地，焊槍12的自動(dòng)檢查可有助于氣體輸送系統(tǒng)54的預(yù)防性維護(hù)，并且因此可改善焊接質(zhì)量，同時(shí)減少與緊急維護(hù)相關(guān)聯(lián)的停工時(shí)間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氣體輸送系統(tǒng)54包括在氣體供應(yīng)16和保護(hù)氣體控制器56之間的傳感器86。該傳感器86能夠確定氣體輸送系統(tǒng)54的內(nèi)容物。特別地，傳感器86可確定氣體輸送系統(tǒng)54內(nèi)的雜質(zhì)水平，諸如，氮?dú)獾牧?。在焊接之前，傳感?6可測(cè)量氮?dú)獾臐舛龋⑶铱纱_定氣體輸送系統(tǒng)54的內(nèi)容物是否足以提供優(yōu)質(zhì)焊接所需的氣體阻擋層22。在氣體輸送系統(tǒng)54的內(nèi)容物包含太多雜質(zhì)(諸如太多氮?dú)?的情況下，控制系統(tǒng)42可發(fā)起用保護(hù)氣體對(duì)氣體輸送系統(tǒng)54的凈化(purge)，直到傳感器86指示氣體輸送系統(tǒng)54的成分能夠提供必要的氣體阻擋層22。一旦氣體輸送系統(tǒng)54被充分凈化，控制系統(tǒng)42可發(fā)起焊接過(guò)程。并且，在焊接期間，傳感器86可提供來(lái)自氣體供應(yīng)16的氣體質(zhì)量的周期性或連續(xù)監(jiān)測(cè)。如果氣體質(zhì)量惡化，例如由于氣體輸送系統(tǒng)54從傳感器86的上游或甚至下游泄漏，則傳感器86可向控制系統(tǒng)42發(fā)送氣體質(zhì)量差的信號(hào)。然后控制系統(tǒng)42可關(guān)閉焊接操作以防止差的焊接質(zhì)量或?qū)ο到y(tǒng)10的損壞。

如上所述，保護(hù)氣體控制器56可在焊接期間改變保護(hù)氣體的流量。例如，在第一焊接序列或第一接頭的焊接期間，保護(hù)氣體的流量可高于隨后焊接序列或隨后焊接接頭的焊接期間的保護(hù)氣體的流量，反之亦然。

眾所周知，焊接序列是在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行多個(gè)單獨(dú)焊接的預(yù)定順序。換句話說(shuō)，焊接序列是在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行單獨(dú)焊接所采用的順序和方向。焊接序列可被設(shè)計(jì)成最小化殘余壓力，殘余壓力可在最終焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形和形變。作為示例并參考圖4A，示出了用于接合工件102和104的示例性焊接序列100。焊接序列100包括單獨(dú)的焊接接頭106、108和110。焊接接頭106、108和110形成的位置和順序可是預(yù)先確定的。確定形成焊接接頭106、108和110的順序可使由焊接期間工件102和104的局部加熱引起的變形最小化。例如，焊接序列100可包括將焊接焊接接頭108作為第一焊接，將焊接接頭106作為第二焊接，以及將焊接接頭110作為第三焊接。應(yīng)當(dāng)理解，焊接接頭106、108和110可根據(jù)焊接序列100以任何預(yù)定的順序形成。雖然示出了單獨(dú)、分離的焊接，但是焊接接頭106、108和110可經(jīng)由例如分段退焊過(guò)程(backstep welding process)在工件102和104之間共同形成一個(gè)連續(xù)的焊接。

通過(guò)額外的示例并且參考圖4B，示出了用于接合工件122和124的另一示例性的焊接序列120。焊接序列120包括單獨(dú)的焊接接頭126、128和130。形成焊接接頭126、128和130所采用的位置和順序可在焊接序列120中預(yù)先確定。順序的確定可取決于最小化焊接結(jié)構(gòu)中的變形。例如，焊接序列120可包括將焊接接頭128作為第一焊接、將焊接接頭126作為第二焊接以及將焊接接頭130作為第三焊接。應(yīng)當(dāng)理解，焊接接頭126、128和130可根據(jù)焊接序列120以任何預(yù)定順序形成。雖然示出了單獨(dú)、分離的焊接，但是焊接接頭126、128和130可經(jīng)由例如分段退焊過(guò)程在工件122和124之間共同形成一個(gè)連續(xù)的焊接。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，保護(hù)氣體控制器56可基于每個(gè)焊接改變保護(hù)氣流。也就是說(shuō)，保護(hù)氣體控制器56可基于工件的幾何形狀、基于它們的布置、基于工件周圍的氣態(tài)大氣的組成或由于另外的原因而減少保護(hù)氣流或增加保護(hù)氣流。例如，參考圖4A和4B，考慮焊接序列100和120，保護(hù)氣體控制器56可改變焊接序列100和焊接序列120之間來(lái)自噴嘴18的保護(hù)氣體流量。

在這種情況下，保護(hù)氣體控制器56可在焊接序列100完成之后并且在焊接序列120開(kāi)始之前增加保護(hù)氣流。不受理論的約束，預(yù)期在焊接序列100中提供優(yōu)質(zhì)焊接接頭所必須的最小所需保護(hù)氣流可小于在焊接序列120中提供優(yōu)質(zhì)焊接接頭所必須的最小所需保護(hù)氣流。這可是真實(shí)的，即使所有其他焊接參數(shù)維持恒定。例如，如果焊接是對(duì)接焊接(如圖4B所示)并且焊接對(duì)外部氣流(gas draft)開(kāi)放，則所需的保護(hù)氣流可約為50CFH，以用于焊池被適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)。如果焊接是角焊接(如圖4A所示)并且焊接由于其幾何形狀而與外部氣流隔離，則所需的保護(hù)氣流可低至約15CFH至約20CFH。

所需的保護(hù)氣流還可取決于保護(hù)氣體的類型。例如，如果保護(hù)氣體是比空氣重的100％二氧化碳(CO2)，則可能的是，所需的最小保護(hù)氣流將低于先前的值。在一個(gè)焊接序列和下一個(gè)焊接序列之間的氣流變化可至少約為5％，并且作為進(jìn)一步的例子，可在約10％和約20％之間。在這方面，工件102和104相對(duì)于彼此的布置可由于在焊接期間暴露的焊池26與在圖4B所描繪的對(duì)接接頭焊接期間形成的焊池26相比體積減小來(lái)最小化最小保護(hù)氣流要求。此外，由于由工件102和104的幾何形狀相對(duì)于焊接序列100的放置提供的阻擋，空氣流(air draft)不太可能擾亂氣體阻擋層22。應(yīng)當(dāng)理解，圖4B中所示工件122、124的對(duì)接接頭缺少與在圖4A所示的焊接序列100期間由工件102、104提供的類似的任何氣流保護(hù)。

此外或可替代地，保護(hù)氣體控制器56可在焊接序列100期間改變保護(hù)氣體的流量。保護(hù)氣體控制器56可改變保護(hù)氣體在焊接接頭106、108和110中的任何兩個(gè)之間的流量，諸如在焊接接頭108和焊接接頭106之間或在焊接接頭106和焊接接頭110之間。應(yīng)當(dāng)理解，保護(hù)氣體控制器56可改變每個(gè)焊接接頭106、108和110之間的保護(hù)氣體的流量。類似地，保護(hù)氣體控制器56可在焊接序列120期間改變保護(hù)氣體的流量，例如在焊接接頭126、128和130中的任意兩個(gè)之間或者在焊接接頭126、128和130中的每一個(gè)之間。

任何兩個(gè)焊接序列之間或在任何兩個(gè)焊接之間的焊接序列期間的保護(hù)氣流的變化可根據(jù)用于特定焊接序列或用于特定序列中的每個(gè)焊接的預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)置，如下所述。

此外，在這方面，在連續(xù)的焊接序列期間，圍繞工件的周圍氣態(tài)大氣可改變。也就是說(shuō)，當(dāng)保護(hù)氣體流動(dòng)以創(chuàng)建阻擋層22時(shí)，氣體通常在工件周圍積聚，從而通常從工件周圍代替污染氣體。在工件處于具有焊接機(jī)器人臂的封閉環(huán)境內(nèi)的情況下可能尤其如此。因?yàn)槲廴練怏w通常從封閉環(huán)境被代替，所以可減小保護(hù)氣體流速。換句話說(shuō)，一旦緊緊包圍工件的環(huán)境變得主要有利于焊接，則需要較少的保護(hù)來(lái)提供氣體阻擋層22。焊接單元內(nèi)的外部輸入，諸如下述的來(lái)自氣體傳感器等，可用于檢測(cè)保護(hù)氣體的累積，該信息可由控制系統(tǒng)42利用以減少焊接期間的保護(hù)氣體流速。

除了氣體傳感器，其他外部輸入可基于最后焊接序列和當(dāng)前焊接序列之間的時(shí)間量。通常，在生產(chǎn)期間，保護(hù)氣體在接近工件處排出，在機(jī)器人臂附近可能存在保護(hù)氣體的累積。這種累積可從工件附近代替污染氣體。取決于保護(hù)氣體的排放速率和工作單元的體積，保護(hù)氣體可以相對(duì)較低的速率耗散。因此，一旦由大部分保護(hù)氣體組成的環(huán)境在工件周圍累積，則控制系統(tǒng)42可減小保護(hù)氣流，因?yàn)榭赡苄枰^少的保護(hù)氣流來(lái)形成氣體阻擋層22。例如，可能具有很多個(gè)焊接序列，在這些焊接序列之間存在其中沒(méi)有保護(hù)氣體從焊槍12流出的時(shí)間。當(dāng)焊接序列之間的時(shí)間短時(shí)，可減小保護(hù)氣體流速，因?yàn)橥ǔ@工件的保護(hù)氣體可以比保護(hù)氣體被添加到工件周圍環(huán)境的速率更慢的速率耗散。

在類似的概念中，如果在連續(xù)焊接之間存在大的等待周期，則保護(hù)氣體可從工件周圍耗散。因此，在這種情況下，隨后的焊接序列可能需要比緊鄰的上一段中的情況更大量的保護(hù)氣流來(lái)獲得氣體阻擋層22。在等待時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)的情況下，保護(hù)氣體流速可能不會(huì)顯著減小。然而，在等待時(shí)間段相對(duì)短的情況下，保護(hù)氣體可在工件周圍累積并且保護(hù)氣體流速可顯著降低同時(shí)維持焊接質(zhì)量。因此，考慮到上述內(nèi)容并且在一個(gè)實(shí)施例中，外部輸入可以包括監(jiān)測(cè)連續(xù)焊接序列之間的時(shí)間量，并且依賴于所測(cè)量的焊接序列之間的時(shí)間來(lái)補(bǔ)償保護(hù)氣體流速。

作為額外的示例，其他外部輸入可以包括來(lái)自能夠監(jiān)測(cè)接近工件的大氣氣體成分的傳感器(未示出)的直接輸入。例如，傳感器可以測(cè)量圍繞工件的保護(hù)氣體的量，并且該測(cè)量可以用于改變保護(hù)焊池26所必須的保護(hù)氣體流速。作為另一示例，傳感器可以測(cè)量圍繞工件的污染氣體的量，并且該測(cè)量可以用于使保護(hù)氣體流速改變一個(gè)足以維持焊池26周圍的氣體阻擋層22的量。

除了與焊接接頭(如上所述)相關(guān)聯(lián)的幾何形狀和周圍氣體環(huán)境的變化之外，保護(hù)氣體流量的變化可以響應(yīng)于焊絲伸出長(zhǎng)度(electric stick out，ESO)的變化。參考圖2，在焊接過(guò)程期間，從噴嘴18的端部到工件25的距離可以在焊接編程期間由操作者控制。該距離可以由于焊接期間的過(guò)程條件而被有意地調(diào)節(jié)或改變。如果保護(hù)氣流沒(méi)有被類似地調(diào)節(jié)，則可能導(dǎo)致差的焊接質(zhì)量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)可以根據(jù)ESO的增加或減少而改變。這種變化可以響應(yīng)于觀察到與ESO相關(guān)的送絲速度與焊接電流的比率變化。在送絲速度保持恒定并且ESO增加的情況下，由于噴嘴18和工件25之間的距離的增加，焊接電流通常將減小。例如，對(duì)于1.2mm直徑的電極，隨著ESO從大約18mm增加到大約25mm，焊接電流強(qiáng)度可以減小大約30A。在這種情況下，例如，控制系統(tǒng)42可以將保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)從約30CFH增加到約40CFH，以由于增加的ESO而增加氣體阻擋層22的尺寸。應(yīng)當(dāng)理解，相反也是可能的，即，如果噴嘴18和工件25之間的距離減小，則控制系統(tǒng)42可以減小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。

如上所述，預(yù)定最小保護(hù)氣流可以由控制系統(tǒng)42設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以存在至少兩種方法，通過(guò)這兩種方法確定最小預(yù)定保護(hù)氣體流速。

在一種方法中，執(zhí)行在特定焊接序列的連續(xù)焊接之間保護(hù)氣流有變化的迭代過(guò)程。雖然保護(hù)氣體流量可以改變，但是其他焊接設(shè)置(例如，ESO、功率、填充材料成分和焊接速度等)保持恒定或根據(jù)統(tǒng)計(jì)評(píng)估過(guò)程而改變。工件可以根據(jù)需要布置以用于制造特定的焊接結(jié)構(gòu)。用于該焊接結(jié)構(gòu)的焊接序列可以手動(dòng)地或用具有預(yù)選保護(hù)氣流的機(jī)器人臂執(zhí)行。一旦利用所選擇的保護(hù)氣流完成焊接序列，就可以檢查單個(gè)焊接以確定每個(gè)焊接是否具有足夠好的質(zhì)量。如果焊接具有足夠好的質(zhì)量，則可以在下一個(gè)焊接序列中減小保護(hù)氣流，以確定提供相同質(zhì)量的較低保護(hù)氣流是否存在。如果一個(gè)或多個(gè)焊接不具有足夠好的質(zhì)量，則對(duì)于下一個(gè)焊接序列中的該特定焊接，可增加保護(hù)氣流。

如果所有焊接都具有足夠好的質(zhì)量，則根據(jù)相同的焊接序列但采用較低的保護(hù)氣體來(lái)焊接第二焊接結(jié)構(gòu)。第二焊接結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量可以被檢查。取決于觀察到的質(zhì)量，如果焊接質(zhì)量差則保護(hù)氣流可以增加，或者如果焊接質(zhì)量依然足夠好，則保護(hù)氣流可以進(jìn)一步減少。通過(guò)減少或增加用于特定焊接序列的保護(hù)氣流并檢查焊接質(zhì)量的迭代過(guò)程，可以確定在設(shè)定的焊接條件下用于特定焊接序列(諸如，用于焊接序列100或120)的最小預(yù)定保護(hù)氣流。

類似的迭代過(guò)程可用于確定基于每個(gè)焊接的保護(hù)氣流。例如，在設(shè)置的焊接條件下相應(yīng)的焊接序列100、120內(nèi)，每個(gè)焊接接頭106、108、110和126、128、130的最小預(yù)定氣體流速可以通過(guò)逐漸減小連續(xù)焊接序列之間的保護(hù)氣流并檢查焊接接頭的質(zhì)量來(lái)確定。取決于焊接質(zhì)量，可以減小或增加保護(hù)氣流，直到識(shí)別出針對(duì)每個(gè)焊接的預(yù)定保護(hù)氣流。

參考圖1，最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)可以諸如通過(guò)示教器44輸入到控制系統(tǒng)42中。在這點(diǎn)上，控制系統(tǒng)42可以包括氣體控制程序90，其存儲(chǔ)用于特定焊接序列和/或用于在焊接過(guò)程期間后使用的序列內(nèi)的每個(gè)焊接的最小預(yù)定氣流設(shè)定點(diǎn)。該信息可以被通信到回放控制程序92，回放控制程序92可以分別在焊接序列100、120的每個(gè)焊接接頭106、108、110和126、128、130期間根據(jù)氣體控制程序90、機(jī)器人臂40的移動(dòng)和饋送器50來(lái)協(xié)調(diào)設(shè)置保護(hù)氣流?；胤趴刂瞥绦?2還可以存儲(chǔ)關(guān)于焊接路徑的位置信息，其可以通過(guò)用示教器44教給機(jī)器人臂特定結(jié)構(gòu)的焊接路徑來(lái)確定。因此，在焊接過(guò)程期間，氣體控制程序90可以在回放控制程序92中為特定焊接序列設(shè)置最小預(yù)定保護(hù)氣流。然后，控制系統(tǒng)42可以使閥60改變通過(guò)保護(hù)氣體控制器56的氣流，直到來(lái)自氣體輸送系統(tǒng)54的實(shí)際保護(hù)氣體流量接近最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，并由反饋電路68驗(yàn)證?？刂葡到y(tǒng)42可以移動(dòng)機(jī)器人臂40以沿著預(yù)定路徑跟蹤焊槍12，以用預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)來(lái)焊接結(jié)構(gòu)。以這種方式，焊接系統(tǒng)10控制每個(gè)焊接接頭的質(zhì)量，同時(shí)減少保護(hù)氣體的消耗，因?yàn)楸Ｗo(hù)氣流對(duì)于每個(gè)焊接序列或?qū)τ诤附舆^(guò)程中的每個(gè)焊接是預(yù)定最小設(shè)定點(diǎn)。

參考圖1，根據(jù)用于預(yù)先確定特定焊接序列的保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)的另一過(guò)程，控制系統(tǒng)42可以包括學(xué)習(xí)功能94。該學(xué)習(xí)功能94可以用于確定由氣體控制程序90使用的預(yù)定最小保護(hù)氣流。為此，學(xué)習(xí)功能94可以為要由控制系統(tǒng)42執(zhí)行的焊接過(guò)程提供估計(jì)的高于所需的保護(hù)氣流的保護(hù)氣流。在焊接序列之后，可以檢查焊接。然后，學(xué)習(xí)功能94可以提示操作者檢查每個(gè)焊接接頭的質(zhì)量。如果焊接接頭具有足夠好的質(zhì)量，則學(xué)習(xí)功能94可以降低預(yù)選量(例如，從大約1％至大約2％)的目標(biāo)保護(hù)氣流，以確定較低的保護(hù)氣流是否將產(chǎn)生足夠好的焊接質(zhì)量。

在以較低的保護(hù)氣流焊接下一結(jié)構(gòu)之后，學(xué)習(xí)功能94可再次提示操作者檢查每個(gè)焊接接頭的質(zhì)量。如果焊接的質(zhì)量不足，則學(xué)習(xí)功能94可以增加下一焊接結(jié)構(gòu)上的焊接序列的保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。這種增加可以僅是保護(hù)氣流先前減少的預(yù)定部分。例如，在學(xué)習(xí)功能94將保護(hù)氣流減少約2％并且焊接質(zhì)量差的情況下，學(xué)習(xí)功能94可以針對(duì)于一個(gè)焊接序列將保護(hù)氣流增加小于2％的量，諸如約1％。通過(guò)在連續(xù)焊接結(jié)構(gòu)上針對(duì)相同序列降低和升高保護(hù)氣流的這種迭代過(guò)程并檢查在那些不同保護(hù)氣流下產(chǎn)生的焊接，可以確定該特定焊接序列或該序列中的特定焊接的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。

一旦用于焊接序列的保護(hù)氣流由學(xué)習(xí)功能94確定，則預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)可以保存在氣體控制程序90中，以被系統(tǒng)10用于包括如上描述的該特定焊接結(jié)構(gòu)上的特定焊接序列的每個(gè)焊接過(guò)程。

可替代地，參考圖1、4A和4B，而不是對(duì)相應(yīng)的保護(hù)氣流下的各個(gè)焊接序列100和120中的每個(gè)焊接接頭106、108、110以及126、128、130進(jìn)行手動(dòng)檢查，焊機(jī)14可以包括焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96可以與控制系統(tǒng)42通信，特別是與回放控制程序92通信。焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96可以在類似于前面段落中闡述的迭代過(guò)程期間與焊機(jī)14交換關(guān)于不同保護(hù)氣流下的焊接質(zhì)量的信息。然而，在該迭代過(guò)程中，系統(tǒng)10調(diào)節(jié)保護(hù)氣流并評(píng)估焊接質(zhì)量。操作者不再被包括在用于任何焊接接頭106、108、110以及126、128、130的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)的確定中。應(yīng)當(dāng)理解，該過(guò)程消除了由于每個(gè)單獨(dú)焊接視覺(jué)評(píng)估的主觀性質(zhì)而對(duì)焊接過(guò)程的人為影響。

特別地，作為初始步驟，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，焊接質(zhì)量通過(guò)焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96以估計(jì)的高于所需的保護(hù)氣流來(lái)確定。類似于上述過(guò)程，后續(xù)焊接序列可以是連續(xù)更低的保護(hù)氣流。例如，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96提供從在第一焊接結(jié)構(gòu)上焊接焊接序列100到在第二焊接結(jié)構(gòu)上焊接焊接序列100的保護(hù)氣流的預(yù)定減少，同時(shí)提供關(guān)于所用的每個(gè)保護(hù)氣流下的焊接質(zhì)量的信息。

從一個(gè)焊接序列到下一個(gè)焊接序列的保護(hù)氣流的連續(xù)減少將最終產(chǎn)生由焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96確定的差的焊接質(zhì)量。然后控制系統(tǒng)42可以將保護(hù)氣流增加到每個(gè)焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96產(chǎn)生足夠的焊接質(zhì)量所需的最小水平。該迭代過(guò)程可以基于每個(gè)焊接和/或根據(jù)特定焊接序列完成。一旦確定了每個(gè)焊接或每個(gè)焊接序列的預(yù)定最小氣流設(shè)定點(diǎn)，則該信息可以被存儲(chǔ)在氣體控制程序90中?？刂葡到y(tǒng)42可以在該焊接序列的后續(xù)焊接期間利用氣體控制程序90內(nèi)的該設(shè)定點(diǎn)。

具體來(lái)說(shuō)，焊接質(zhì)量可在生產(chǎn)期間變化。該變化可以由焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96監(jiān)測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，焊接質(zhì)量可以由焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96連續(xù)評(píng)估。一旦焊接質(zhì)量偏離預(yù)定閾值，則可以為表現(xiàn)出差質(zhì)量的焊接和/或焊接序列確定新的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在這點(diǎn)上，可以在該確定中使用與上述類似的過(guò)程，除了控制系統(tǒng)42可以在開(kāi)始增加保護(hù)氣流，然后評(píng)估焊接質(zhì)量。一旦質(zhì)量達(dá)到可接受水平，用于特定焊接和/或用于特定焊接序列的更新的保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)可以存儲(chǔ)在氣體控制程序90中。作為示例而非限制，與焊接質(zhì)量、焊接質(zhì)量變化和保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)的更新相關(guān)聯(lián)的信息可以存儲(chǔ)在氣體控制程序90內(nèi)的先進(jìn)先出陣列堆棧中。焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96和氣體控制程序90之間的信息交換可以響應(yīng)于系統(tǒng)10的變化或在正常生產(chǎn)期間有效地提供焊接質(zhì)量的持續(xù)動(dòng)態(tài)確定。在這方面，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96可以用于進(jìn)一步減少氣體消耗，甚至在焊接質(zhì)量令人滿意的情況下進(jìn)一步減少氣體消耗。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以節(jié)省大量的保護(hù)氣體。據(jù)估計(jì)，基于每個(gè)焊接，通過(guò)在焊接期間調(diào)節(jié)保護(hù)氣流，保護(hù)氣體消耗將減少高達(dá)約50％。另外，據(jù)估計(jì)，通過(guò)減少或消除氣體浪涌，保護(hù)氣體的消耗將減少高達(dá)約50％。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，傳感器98可操作地耦連到焊機(jī)14并且在焊接期間監(jiān)測(cè)其功率輸出(電流和電壓中的至少一個(gè))。傳感器98可用于確定最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10可缺少焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96。代替地，傳感器98可以用于提供電壓和/或電流強(qiáng)度作為功率消耗的指示或可以與焊接質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的其他波形信息。特別地，來(lái)自傳感器98的信息可以由學(xué)習(xí)功能94利用以使焊接質(zhì)量與保護(hù)氣體流量相關(guān)。

為此，可以通過(guò)在焊接特定焊接接頭期間通過(guò)傳感器98監(jiān)測(cè)來(lái)自焊機(jī)14的功率輸出來(lái)建立傳感器98的基線。該功率輸出可以與焊接質(zhì)量的視覺(jué)檢查以及在焊接接頭期間使用的保護(hù)氣體流量相關(guān)。通過(guò)類似于前述段落中所述的迭代過(guò)程，預(yù)定最小保護(hù)氣流可以經(jīng)由傳感器98與焊接質(zhì)量相關(guān)聯(lián)。

特別地，在高保護(hù)氣流下焊接初始焊接序列之后，可以在后續(xù)焊接過(guò)程中減少保護(hù)氣流，而傳感器98監(jiān)測(cè)焊機(jī)14的功率輸出?？梢詸z查每個(gè)焊接過(guò)程期間的焊接質(zhì)量，然后與來(lái)自傳感器98的功率數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。以這種方式，學(xué)習(xí)功能94可以將保護(hù)氣體流量和由傳感器98檢測(cè)的功率輸出以及其他過(guò)程變量關(guān)聯(lián)到焊接質(zhì)量。通過(guò)與前述段落中類似的迭代過(guò)程，確定最小預(yù)定保護(hù)氣流。一旦為每個(gè)焊接序列和/或基于每個(gè)焊接確定了最小流量，控制系統(tǒng)42可以監(jiān)測(cè)傳感器98并且根據(jù)學(xué)習(xí)功能94中可用的數(shù)據(jù)評(píng)估每個(gè)焊接的功率。

在隨后的焊接期間，來(lái)自傳感器98的數(shù)據(jù)可以與先前由迭代過(guò)程確定的并根據(jù)學(xué)習(xí)功能94存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)42中的功率輸出的高限制和低限制進(jìn)行比較。因此，來(lái)自傳感器98的數(shù)據(jù)可以是焊接質(zhì)量差的指示或焊接質(zhì)量趨勢(shì)(好和壞兩者)的指示。如果功率輸出落在由學(xué)習(xí)功能94建立的限制之外，則控制系統(tǒng)42可以警告操作者焊接過(guò)程可能存在問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可包括保護(hù)氣體流量問(wèn)題或其他問(wèn)題。有利地，經(jīng)由傳感器98連續(xù)監(jiān)測(cè)焊機(jī)14的功率輸出減少或消除了產(chǎn)生焊接質(zhì)量差的可能性。

另一方面，如果經(jīng)由傳感器98檢測(cè)到的功率輸出落在可接受的高-低范圍之外，則學(xué)習(xí)功能94可以改變保護(hù)氣流設(shè)置，以便為隨后的焊接建立新的預(yù)定最小流量。類似于上面闡述的過(guò)程，本發(fā)明的實(shí)施例可以提供與保護(hù)氣流相關(guān)聯(lián)的焊接質(zhì)量的自適應(yīng)或持續(xù)動(dòng)態(tài)確定。

此外或作為上述的替代，描述了以下實(shí)施例：

實(shí)施例1涉及一種氣體輸送系統(tǒng)，用于在焊接一個(gè)或多個(gè)工件期間通過(guò)一個(gè)或多個(gè)管道或軟管將保護(hù)氣體從保護(hù)氣體源輸送到具有噴嘴的焊槍，該氣體輸送系統(tǒng)包括：

保護(hù)氣體控制器，其包括：

入口，用于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)管道或軟管接收來(lái)自保護(hù)氣體源的保護(hù)氣體，

出口，保護(hù)氣體從出口流向噴嘴，以及

在入口和出口之間的至少一個(gè)閥，并且該至少一個(gè)閥可以響應(yīng)于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)而可操作，

其中保護(hù)氣體控制器在第一焊接之前或之后操作至少一個(gè)閥至少一次，以根據(jù)預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)改變來(lái)自噴嘴的保護(hù)氣體的流量。

實(shí)施例2涉及實(shí)施例1的氣體輸送系統(tǒng)，其中，閥包括用于在焊接期間改變保護(hù)氣體的流量的可變孔。

實(shí)施例3涉及實(shí)施例1或2的氣體輸送系統(tǒng)，其中保護(hù)氣體控制器改變孔的尺寸，以便在電弧啟動(dòng)序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)增加或減少保護(hù)氣體流速。

實(shí)施例4涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中至少一個(gè)閥是比例閥。

實(shí)施例5涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中每個(gè)閥與限流器相關(guān)聯(lián)。

實(shí)施例6涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中保護(hù)氣體控制器還包括傳感器，該傳感器能夠測(cè)量來(lái)自出口的實(shí)際氣體流速并傳送指示所測(cè)得的流速的信號(hào)。

實(shí)施例7涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中傳感器檢測(cè)在焊接期間由傳感器上游和下游的一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的阻塞引起的保護(hù)氣體流量的變化。

實(shí)施例8涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中焊接過(guò)程序列包括第一焊接序列和在焊接方向、工件幾何形狀或焊接速度中的至少一個(gè)方面與第一焊接序列不同的第二焊接序列，并且保護(hù)氣體控制器根據(jù)預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)改變第一焊接序列和第二焊接序列之間的保護(hù)氣體流速。

實(shí)施例9涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中保護(hù)氣體控制器在電弧結(jié)束序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)改變保護(hù)氣體流速。

實(shí)施例10涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，還包括與一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的保護(hù)氣體流體連通的傳感器，其檢測(cè)保護(hù)氣體中的氮?dú)夂?或其它污染物。

實(shí)施例11涉及任何前述實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)，還包括與噴嘴流體連通的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，用于向噴嘴供應(yīng)壓縮空氣。

實(shí)施例12涉及一種用于焊接一個(gè)或多個(gè)工件的焊接系統(tǒng)，包括：根據(jù)實(shí)施例1-11中任一項(xiàng)所述的氣體輸送系統(tǒng)；

具有噴嘴的焊槍；

焊機(jī)，其與焊槍電通信；

機(jī)器人臂，其提供焊槍與一個(gè)或多個(gè)工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便沿著預(yù)定焊接路徑跟蹤焊槍；

饋送器，用于將填充材料計(jì)量到一個(gè)或多個(gè)工件；以及

控制系統(tǒng)，其與焊機(jī)、保護(hù)氣體控制器和機(jī)器人臂可操作地通信，控制系統(tǒng)將用于包括第一焊接的第一焊接序列的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到氣體輸送系統(tǒng)。

實(shí)施例13涉及實(shí)施例12的系統(tǒng)，還包括：焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)，其與控制系統(tǒng)和焊機(jī)可操作地通信，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)檢測(cè)第一焊接的質(zhì)量和一個(gè)或多個(gè)后續(xù)焊接的質(zhì)量，并向控制系統(tǒng)發(fā)送指示各個(gè)焊接質(zhì)量的信號(hào)，并且其中控制系統(tǒng)計(jì)算不同于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)并且基于各個(gè)焊接質(zhì)量的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，并且在對(duì)隨后工件的各個(gè)焊接的焊接期間，將第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到保護(hù)氣體控制器。

實(shí)施例14涉及實(shí)施例12或13的系統(tǒng)，還包括：傳感器，其與控制系統(tǒng)和焊機(jī)可操作地通信，傳感器在焊接期間檢測(cè)來(lái)自焊機(jī)的電壓和電流中的一個(gè)或多個(gè)，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示來(lái)自焊機(jī)的電壓和電流中一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)，并且其中控制系統(tǒng)計(jì)算不同于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)并且基于指示電壓和電流中一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，并且在對(duì)隨后工件的各個(gè)焊接的焊接期間，將第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)通信到保護(hù)氣體控制器。

實(shí)施例15涉及實(shí)施例12-14中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中保護(hù)氣體控制器在電弧啟動(dòng)序列期間相比于預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)增加或減少保護(hù)氣體流速。

實(shí)施例16涉及根據(jù)實(shí)施例12-15中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中焊接過(guò)程序列包括第一焊接序列和在焊接方向、工件幾何形狀或焊接速度中的至少一個(gè)方面與所述第一焊接序列不同的第二焊接序列，并且保護(hù)氣體控制器根據(jù)來(lái)自控制系統(tǒng)的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，來(lái)改變第一焊接序列和第二焊接序列之間的保護(hù)氣體流量。

實(shí)施例17涉及實(shí)施例12-16中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括與一個(gè)或多個(gè)管道或軟管中的保護(hù)氣體流體連通的傳感器，其檢測(cè)保護(hù)氣體中的氮?dú)狻?/p>

實(shí)施例18涉及實(shí)施例12-17的系統(tǒng)，還包括與噴嘴流體連通的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，用于向噴嘴供應(yīng)壓縮空氣。

實(shí)施例19涉及根據(jù)實(shí)施例12-18中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，在焊接期間，保護(hù)氣體控制器向控制系統(tǒng)輸出與來(lái)自出口的保護(hù)氣體流速相關(guān)的信號(hào)。

實(shí)施例20涉及根據(jù)實(shí)施例12-19中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中焊機(jī)包括與控制系統(tǒng)通信的焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)被配置為評(píng)估第一焊接的質(zhì)量。

實(shí)施例21涉及一種焊接工件的方法，包括：基于對(duì)工件的第一焊接的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)預(yù)先確定保護(hù)氣體的第一流速；

基于對(duì)工件的第二焊接的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)預(yù)先確定保護(hù)氣體的第二流速，第二焊接在幾何形狀、焊接速度或焊接方向中的至少一個(gè)方面與第一焊接不同；

在對(duì)工件的第一焊接的焊接期間，接近第一焊池以第一流速分配保護(hù)氣體；以及

在對(duì)工件的第二焊接的焊接期間，接近第二焊池以不同于第一流速的第二流速分配保護(hù)氣體。

實(shí)施例22涉及根據(jù)實(shí)施例21的方法，其中，第一焊接和第二焊接是對(duì)工件的連續(xù)焊接。

實(shí)施例23涉及實(shí)施例21或22的方法，其中第一焊接處于多個(gè)焊接中的第一焊接序列，并且以第一流速分配保護(hù)氣體包括針對(duì)第一焊接序列中的每個(gè)焊接維持第一流速。

實(shí)施例24涉及實(shí)施例23的方法，其中第二焊接處于多個(gè)焊接中的第二焊接序列，并且以第二流速分配保護(hù)氣體包括針對(duì)第二焊接序列中的每個(gè)焊接維持第二流速。

實(shí)施例25涉及根據(jù)實(shí)施例23或24中任一項(xiàng)的方法，還包括：焊接不同于第一工件的第二工件包括在對(duì)第二工件的第三焊接的焊接期間接近第三焊池以第一流速分配保護(hù)氣體，第三焊接在對(duì)第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個(gè)方面與第一焊接相同。

實(shí)施例26涉及根據(jù)實(shí)施例23-25中任一項(xiàng)的方法，還包括：焊接不同于第一工件的第二工件包括在對(duì)第二工件的第三焊接的焊接期間接近第三焊池以第一流速分配保護(hù)氣體，第三焊接在對(duì)第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向方面與第一焊接相同。

實(shí)施例27涉及根據(jù)實(shí)施例23-26中任一項(xiàng)的方法，還包括：監(jiān)測(cè)對(duì)工件的第一焊接的質(zhì)量，并且基于第一焊接的質(zhì)量，在第一焊接和/或?qū)υ摴ぜ蟮牡诙ぜ暮附悠陂g改變第一流速。

雖然已經(jīng)通過(guò)多個(gè)實(shí)施例的描述示出了本發(fā)明，并且盡管已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，但是發(fā)明人的意圖不是將所附權(quán)利要求的范圍限定或以任何方式限制為這樣的細(xì)節(jié)。其它優(yōu)點(diǎn)和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明的各種特征可以單獨(dú)使用或以任何組合使用，這取決于用戶的需要和喜好。