本申請要求于2014年7月7日遞交的序列號為62/021,358的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開內(nèi)容通過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，兩個工件彼此接近。每個工件的一部分通過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)。在這些焊接過程的每一個中，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，焊池就沿著兩個工件之間的預(yù)定路徑平移或移動。當(dāng)焊池被平移時，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，在兩個工件之間形成焊接接頭。

雖然焊接可用焊槍手動執(zhí)行，但是本發(fā)明是用于大體積制造操作的自動化焊接系統(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)以使焊槍相對于工件移動。通過對機(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機(jī)器人臂上或在機(jī)器人臂附近攜帶的自動饋送器供給。

許多上述焊接過程需要保護(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，使用流量計手動控制輸送，其流量計可在耦連到氣瓶或散裝氣體供應(yīng)源的壓力計下游。所需最小保護(hù)氣體的連續(xù)輸送是成問題的。

輸送問題可由于氣體阻擋層的變化而導(dǎo)致焊接接頭的質(zhì)量問題。焊池周圍的氣體阻擋層可由于許多原因而變化，例如，簡單地由于與保護(hù)氣體的供應(yīng)的距離。簡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)的問題。

一種常見的方法是在整個焊接過程中通過手動將流量控制設(shè)置為高水平來使用過量的保護(hù)氣體。一旦設(shè)置，手動設(shè)置以后在焊接過程中不會調(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)和焊接過程，特別是在焊接質(zhì)量和焊接質(zhì)量一致性的同時降低成本。

技術(shù)實現(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)在焊接一個或多個工件期間將來自保護(hù)氣體源的保護(hù)氣體通過一個或多個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一個或多個管道或軟管接收來自保護(hù)氣體源的保護(hù)氣體的入口、保護(hù)氣體從其流動到噴嘴的出口以及在入口和出口之間的至少一個閥。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)改變來自噴嘴的保護(hù)氣體的流量。

在一個實施例中，閥包括用于在焊接期間改變保護(hù)氣體的流量的可變孔。

在一個實施例中，保護(hù)氣體控制器改變孔的尺寸，以便在電弧啟動序列期間相比于預(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。

在一個實施例中，至少一個閥是比例閥。

在一個實施例中，每個閥與限流器相關(guān)聯(lián)。

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

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

在一個實施例中，焊接過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。

在一個實施例中，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)來改變保護(hù)氣體流速。

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

在一個實施例中，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)明的一個方面，用于焊接一個或多個工件的焊接系統(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)，提供焊槍與一個或多個工件之間的相對運(yùn)動以沿著預(yù)定的焊接路徑跟蹤焊槍的機(jī)器人臂，用于計量到一個或多個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)。

在一個實施例中，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)檢測第一焊接的質(zhì)量和一個或多個后續(xù)焊接的質(zhì)量，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示各個焊接質(zhì)量的信號?？刂葡到y(tǒng)計算不同于預(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)。在對隨后工件的各個焊接的焊接期間，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。

在一個實施例中，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來自焊機(jī)的電壓和電流中的一個或多個，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示來自焊機(jī)的電壓和電流中的一個或多個的信號?？刂葡到y(tǒng)計算不同于預(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或多個的信號的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在對隨后的工件的各個焊接的焊接期間，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。

在一個實施例中，保護(hù)氣體控制器在電弧啟動序列期間相比于預(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。

在一個實施例中，焊接過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)來自控制系統(tǒng)的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)來改變第一焊接序列和第二焊接序列之間的保護(hù)氣流。

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

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，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預(yù)先確定保護(hù)氣體的第一流速；(ii)基于對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方面與第一焊接不同；(iii)在對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。

在一個實施例中，第一焊接和第二焊接是對工件的連續(xù)焊接。

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

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

在一個實施例中，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。第三焊接在對第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個方面與第一焊接相同。

在一個實施例中，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。

在一個實施例中，該方法還包括監(jiān)測對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/或在對該工件之后的第二工件的焊接期間改變第一流速。

附圖說明

并入本說明書并構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，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)明一個實施例的保護(hù)氣體控制器的示意圖；

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

圖3C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的保護(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)明一個實施例的用于與焊槍一起使用的漏斗狀裝置的側(cè)視圖。

具體實施方式

參考圖1，本發(fā)明的實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的實施例控制整個焊接過程的保護(hù)氣流，包括在該過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)，但是一般來說，保護(hù)氣流被控制并且可在焊接序列開始之前和期間、從一個焊接序列到下一個焊接序列、從一個焊接到下一個焊接、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)明的一個實施例中，焊接系統(tǒng)10基于每個焊接來改變保護(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)明的實施例減少保護(hù)氣體消耗，同時維持或改善焊接質(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)明的一個實施例中，系統(tǒng)10可在焊接質(zhì)量明顯下降之前監(jiān)測、識別和/或預(yù)測系統(tǒng)10的一個或多個部件的維護(hù)問題。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)明的一個實施例中，焊接系統(tǒng)10包括電耦連到焊機(jī)14并流體耦連到一個或多個保護(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系統(tǒng)，如圖所示。

根據(jù)使用MIG焊槍的示例性焊接過程，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足以熔化每個工件25和電極20，以便產(chǎn)生包括工件25的金屬和來自電極20的金屬的混合物的焊池26，因為電極20被計量到焊池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或等離子過程中，電極在該過程期間不意圖被消耗。在一個實施例中，系統(tǒng)10的每個電極20僅包括單個保護(hù)氣體供應(yīng)16。

焊池26通過氣體阻擋層22與大氣氣體28分離。焊槍12可如箭頭30所指示的相對于工件25移動。通過該運(yùn)動，焊池26和保護(hù)氣體16與焊槍12一起移動。電弧24熔化工件25的更多金屬，以在移動方向30上與熔化的電極20混合，并且隨著焊槍12的運(yùn)動30離開焊池26以冷卻。當(dāng)焊池26冷卻時，形成焊接接頭32。盡管未示出，但應(yīng)當(dāng)理解，兩個或更多個工件可通過焊接接頭32接合在一起。此外，雖然焊槍12相對于工件25的方向是非正交的角度，使得焊槍12被稱為“推動”焊池26，但是本發(fā)明的實施例不限于所示的特定方向。焊槍12可相對于焊池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”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由來自噴嘴18的保護(hù)氣體流維持在焊池26周圍。在每個特定的焊接過程中，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)氣流減少到針對該特定焊接過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相對于焊池26過大的情況下，消耗過量的保護(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，但是對于過量的保護(hù)氣體，觀察不到對焊接過程或焊接32的重大益處。然而，過量的保護(hù)氣體增加了焊接32的成本。來自噴嘴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、在移動方向30上的行進(jìn)速度、焊接32的設(shè)計、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。現(xiàn)有技術(shù)的流量控制程序未能考慮在焊接過程中的這些變化中的許多或全部下對保護(hù)氣體流量的控制。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，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。通過考慮前面段落中標(biāo)識的任何單一或所有變量，系統(tǒng)10可在焊接過程期間預(yù)先確定和設(shè)置保護(hù)氣體流速。例如，因為氣體阻擋層22的最小所需尺寸可從一個焊接序列到下一個序列而改變，系統(tǒng)10能夠在每個焊接序列基礎(chǔ)上甚至在每個焊接基礎(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通過減少或消除過量的保護(hù)氣體消耗來最小化焊接成本。

為此，參考圖1，系統(tǒng)10的實施例包括機(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，沒有必要利用機(jī)器人臂，因為已知能夠相對于工件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于工件25不斷跟蹤焊槍12的一個或多個伺服電機(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)動相結(jié)合，工件25也可移動，以便提供工件25和焊槍12之間的相對運(yùn)動。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并且使其相對于固定的或可移動的焊槍移動。眾所周知，機(jī)器人臂40可是計算機(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)一個實施例，焊接程序可包括基于每個焊接用戶可選擇保護(hù)氣體流速以及通過示教器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)定軌跡的移動和焊接，焊機(jī)14和/或控制系統(tǒng)42中的一個可與饋送器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焊槍的示例性實施例中，饋送器50可以是用于將電極20計量到焊池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通過氣體輸送系統(tǒng)54到焊槍12的噴嘴18(圖2)的流量。在一個實施例中，控制系統(tǒng)42利用螺線管55(可選)來協(xié)調(diào)保護(hù)氣流的開關(guān)控制，并且可改變焊接期間(諸如，基于每個焊接)的保護(hù)氣流。螺線管55可以是開關(guān)流量控制裝置。

關(guān)于焊接期間的氣流，在一個實施例中，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施例，但是系統(tǒng)54的實施例不限于所描述的特定氣體控制器。一個或多個管道或線路(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)氣流開關(guān)循環(huán)期間的壓力浪涌(surge)。在一個實施例中，保護(hù)氣體控制器56在焊接之前、在焊接序列的每個單獨(dú)焊接接頭的焊接期間和/或在焊接之后控制來自噴嘴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，在一個實施例中，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，在一個實施例中，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，使得通過入口62的氣體流量的一小部分繞過流量限制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輸出指示通過保護(hù)氣體控制器56的氣體流量的信號。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可包括加熱通過旁通管72的氣體的加熱器。通過加熱旁通管72中的氣體，可通過熱力學(xué)第一定律測量通過保護(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)生指示來自出口64的保護(hù)氣體流速的輸出，諸如電信號。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。控制系統(tǒng)42可利用該信息來確定每單位時間內(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，該輸出可用于對焊槍12的操作的一個或多個定性和/或定量評估。在一個實施例中，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購得，其型號為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)信息通過調(diào)節(jié)閥60來改變從出口64通過的保護(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趤碜苑答侂娐?8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)來改變閥60中可變孔的尺寸，直到來自保護(hù)氣體控制器56的流量達(dá)到由來自控制系統(tǒng)42的設(shè)定點(diǎn)所確定的預(yù)定最小氣流。

在一個實施例中，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之間的一個或多個閥60。閥60可流體耦連在氣體閥組142、144之間。在一個實施例中，每個閥60可是與螺線管耦連的氣動閥，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閥并且允許氣體從一個閥組142傳遞到另一個閥組144，并因此操作以便在控制器56內(nèi)打開保護(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還可包括一個或多個限流器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購得，閥60可從Asco Valves、Warren Michigan購得。

在圖3B所示的實施例中，每個閥60有一個限流器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)明的實施例不限于具有四個閥和四個相應(yīng)的限流器的保護(hù)氣體控制器，因為可使用如下所闡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)信息通過打開一個或多個閥60來改變從入口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，一個限流器146可被配置為當(dāng)隔離閥(intervening valve)60打開時，允許10立方英尺/小時(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，則可打開與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60。在使用多個限流器146的情況下，每個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打開時允許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打開與15CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥60，同時維持與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打開對應(yīng)于10CFH限流器和15CFH限流器的每個閥60。也就是說，系統(tǒng)42打開與10CFH限流器相關(guān)聯(lián)的閥，并且系統(tǒng)42打開與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，在具有四個閥60和四個限流器146的實施例中，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。通過打開和關(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148。流量計148可被配置為測量保護(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150來提供反饋。以這種方式，流量計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的操作的一個或多個定性和/或定量評估。控制系統(tǒng)42然后可改變設(shè)定點(diǎn)信息并打開和/或關(guān)閉一個或多個閥60以基于該反饋改變實際的保護(hù)氣體流速。

在一個實施例中，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，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、基于每個焊接或另外的因素。作為示例，閥60可包括能夠改變來自出口64的保護(hù)氣體流量的可變孔(未示出)?？勺兛椎某叽缱兓苫趤碜苑答侂娐?8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)來改變閥60中的可變孔尺寸，直到來自保護(hù)氣體控制器56的流量達(dá)到預(yù)定最小氣流(如由來自控制系統(tǒng)42的設(shè)定點(diǎn)所確定的)。在一個實施例中，閥60可以是從ASCO、Florham Park、New Jersey購得的比例閥。

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

在一個實施例中，保護(hù)氣體的流量以基本上獨(dú)立于來自氣體供應(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)氣流的動態(tài)閉環(huán)控制，并且響應(yīng)上游壓力變化，同時仍然維持來自出口64的一致的保護(hù)氣體流速。作為示例，在使用具有單級壓力調(diào)節(jié)器和流量計的滿氣瓶(full cylinder)保護(hù)氣體的焊接過程期間，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)明的一個實施例中，保護(hù)氣體控制器56可具有超過氣體供應(yīng)16的壓力額定值的壓力額定值。因此，系統(tǒng)10的實施例可不包括壓力計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，系統(tǒng)10的實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/關(guān)閉一個或多個閥60以選擇一個或多個不同的限流器146，以將來自出口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，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/關(guān)閉一個或多個閥60，以維持來自出口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，諸如來自傳感器70的信號或來自流量計148的信號，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/關(guān)閉圖3B所示的氣體控制器56中的一個或多個閥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，以向可能的壓力問題引起者(operator)提供警告。系統(tǒng)10可考慮其它氣體壓力波動以維持優(yōu)質(zhì)焊接，同時減少保護(hù)氣體的消耗。

在焊接之前，氣體輸送系統(tǒng)54內(nèi)可能存在過量的保護(hù)氣體。此過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，在電弧啟動時，當(dāng)控制系統(tǒng)42發(fā)起通過氣體輸送系統(tǒng)54的保護(hù)氣流時，在管道或管線58中積聚的過量氣體通?？梢圆皇芸刂频姆绞綇膰娮?8排出。來自噴嘴18的這種氣體浪涌是浪費(fèi)的。它還可能通過擾亂焊槍12中的氣體層流(這可能擾亂電弧)而引起焊接問題，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。這些問題中的每一個都可能表現(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排出的過量氣體的量可取決于管道或線路58的長度、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。

考慮到這些問題，在本發(fā)明的一個實施例中，保護(hù)氣體控制器56在電弧啟動之前或啟動時補(bǔ)償氣體輸送系統(tǒng)54中過高的氣體壓力。作為示例，并且參考圖3A，閥60中的可變孔可在電弧啟動時被初始設(shè)定為比在焊接期間使用的可變孔尺寸相對更小的尺寸。也就是說，在電弧啟動時的保護(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，在電弧啟動之前或啟動初始時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相關(guān)聯(lián)的焊接質(zhì)量問題。

作為額外的示例，并參照圖3B，控制系統(tǒng)42可初始打開一個或多個閥60，以便預(yù)選限制氣體浪涌的一個或多個限流器146。當(dāng)在氣體輸送系統(tǒng)54中存在已知量的氣體浪涌時，該方法可能特別有用。例如，在初始電弧啟動序列上，流量計148可測量實際流量，以使得系統(tǒng)42記錄針對該電弧啟動的系統(tǒng)中的搜索流量。在隨后的電弧啟動時，系統(tǒng)42可通過打開/關(guān)閉閥60以補(bǔ)償任何氣體浪涌流量來補(bǔ)償任何浪涌流量。

在焊接期間，保護(hù)氣體控制器56可檢測影響出口64下游的保護(hù)氣流的問題。在一個實施例中，保護(hù)氣體控制器56通過響應(yīng)下游保護(hù)氣體壓力波動來提高焊接質(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打開閥60，或根據(jù)圖3B所示的氣體控制器56打開與限流器146相關(guān)聯(lián)的一個或多個閥60，以補(bǔ)償由于收縮軟管造成的氣流減小。在一個實施例中，可檢測圖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。飛濺物會減小噴嘴18的面積，并且如果不加以控制，則最終可阻礙來自噴嘴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)測何時氣體輸送系統(tǒng)54中的限制(諸如，噴嘴18上的飛濺物)在焊接質(zhì)量方面變得成問題。該預(yù)定限制可以通過觀察焊接質(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，控制系統(tǒng)42可向機(jī)器人臂40發(fā)信號通知存在問題。然后機(jī)器人臂40可在焊接序列之間或在另一時間執(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)孔過程不同，現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴擴(kuò)孔過程通?；谠O(shè)定數(shù)量的焊接之后的預(yù)期飛濺物，本發(fā)明的實施例可響應(yīng)于噴嘴18中的實際飛濺物。因此，本發(fā)明的實施例可消除或減少焊接結(jié)構(gòu)上的飛濺物環(huán)，同時維持焊接質(zhì)量。此外，通過僅基于需要而不是基于設(shè)定頻率來擴(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可通過螺線管84與焊槍12分離。在本發(fā)明的一個實施例中，在上述噴嘴清潔過程之后，控制系統(tǒng)42可激活螺線管84以允許壓縮空氣流過焊槍12。這種后噴嘴清潔過程可在清潔之后去除噴嘴18中的任何碎屑。在一個實施例中，控制系統(tǒng)42可在焊接每個結(jié)構(gòu)之后、在每個焊接序列之后或者在每個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)，并且可在焊接過程之間、焊接序列之間和/或焊接之間冷卻焊槍12。該過程可改善焊接質(zhì)量并且可通過保持噴嘴18更冷來延長焊槍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)孔過程不太經(jīng)常被需要。

在一個實施例中，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可包括一個或多個O形環(huán)(未示出)，以防止除了通過噴嘴18之外的保護(hù)氣體意外泄漏。這些O形環(huán)通?？晌挥谂c噴嘴18相對的噴槍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)明的實施例能夠檢測損壞或受損的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，且在一個實施例中，控制系統(tǒng)42可包括程序，機(jī)器人臂40通過該程序?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可打開來自噴嘴18的氣流，然后測量該氣流。通過測量在各種阻塞水平下通過焊槍12的保護(hù)氣體流速，可識別維護(hù)問題和/或更準(zhǔn)確地測量使用壽命，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被阻塞時通過焊槍12的氣流維持在100％，則O形環(huán)不密封焊槍12。也就是說，通過焊槍12后端或在另一個不期望位置處存在100％的保護(hù)氣體泄漏，因為包括焊槍12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，同時減少與緊急維護(hù)相關(guān)聯(lián)的停工時間。

在本發(fā)明的一個實施例中，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可測量氮?dú)獾臐舛?，并且可確定氣體輸送系統(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)起焊接過程。并且，在焊接期間，傳感器86可提供來自氣體供應(yīng)16的氣體質(zhì)量的周期性或連續(xù)監(jiān)測。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。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)行多個單獨(dú)焊接的預(yù)定順序。換句話說，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)由例如分段退焊過程(backstep welding process)在工件102和104之間共同形成一個連續(xù)的焊接。

通過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)由例如分段退焊過程在工件122和124之間共同形成一個連續(xù)的焊接。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，保護(hù)氣體控制器56可基于每個焊接改變保護(hù)氣流。也就是說，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。這可是真實的，即使所有其他焊接參數(shù)維持恒定。例如，如果焊接是對接焊接(如圖4B所示)并且焊接對外部氣流(gas draft)開放，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。在一個焊接序列和下一個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所描繪的對接接頭焊接期間形成的焊池26相比體積減小來最小化最小保護(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中的任意兩個之間或者在焊接接頭126、128和130中的每一個之間。

任何兩個焊接序列之間或在任何兩個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，當(dāng)保護(hù)氣體流動以創(chuàng)建阻擋層22時，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。因為污染氣體通常從封閉環(huán)境被代替，所以可減小保護(hù)氣體流速。換句話說，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，諸如下述的來自氣體傳感器等，可用于檢測保護(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，因為可能需要較少的保護(hù)氣流來形成氣體阻擋層22。例如，可能具有很多個焊接序列，在這些焊接序列之間存在其中沒有保護(hù)氣體從焊槍12流出的時間。當(dāng)焊接序列之間的時間短時，可減小保護(hù)氣體流速，因為通常圍繞工件的保護(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)氣流來獲得氣體阻擋層22。在等待時間相對長的情況下，保護(hù)氣體流速可能不會顯著減小。然而，在等待時間段相對短的情況下，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維持焊接質(zhì)量。因此，考慮到上述內(nèi)容并且在一個實施例中，外部輸入可以包括監(jiān)測連續(xù)焊接序列之間的時間量，并且依賴于所測量的焊接序列之間的時間來補(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自能夠監(jiān)測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，傳感器可以測量圍繞工件的保護(hù)氣體的量，并且該測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，傳感器可以測量圍繞工件的污染氣體的量，并且該測量可以用于使保護(hù)氣體流速改變一個足以維持焊池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)于焊絲伸出長度(electric stick out，ESO)的變化。參考圖2，在焊接過程期間，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程條件而被有意地調(diào)節(jié)或改變。如果保護(hù)氣流沒有被類似地調(diào)節(jié)，則可能導(dǎo)致差的焊接質(zhì)量。在本發(fā)明的一個實施例中，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)明的實施例，可以存在至少兩種方法，通過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)計評估過程而改變。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，就可以檢查單個焊接以確定每個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。如果一個或多個焊接不具有足夠好的質(zhì)量，則對于下一個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。

類似的迭代過程可用于確定基于每個焊接的保護(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，直到識別出針對每個焊接的預(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，其存儲用于特定焊接序列和/或用于在焊接過程期間后使用的序列內(nèi)的每個焊接的最小預(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的移動和饋送器50來協(xié)調(diào)設(shè)置保護(hù)氣流?；胤趴刂瞥绦?2還可以存儲關(guān)于焊接路徑的位置信息，其可以通過用示教器44教給機(jī)器人臂特定結(jié)構(gòu)的焊接路徑來確定。因此，在焊接過程期間，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改變通過保護(hù)氣體控制器56的氣流，直到來自氣體輸送系統(tǒng)54的實際保護(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驗證?？刂葡到y(tǒng)42可以移動機(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)來焊接結(jié)構(gòu)。以這種方式，焊接系統(tǒng)10控制每個焊接接頭的質(zhì)量，同時減少保護(hù)氣體的消耗，因為保護(hù)氣流對于每個焊接序列或?qū)τ诤附舆^程中的每個焊接是預(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)行的焊接過程提供估計的高于所需的保護(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可以針對于一個焊接序列將保護(hù)氣流增加小于2％的量，諸如約1％。通過在連續(xù)焊接結(jié)構(gòu)上針對相同序列降低和升高保護(hù)氣流的這種迭代過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焊接過程。

可替代地，參考圖1、4A和4B，而不是對相應(yīng)的保護(hù)氣流下的各個焊接序列100和120中的每個焊接接頭106、108、110以及126、128、130進(jìn)行手動檢查，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，在該迭代過程中，系統(tǒng)10調(diào)節(jié)保護(hù)氣流并評估焊接質(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，該過程消除了由于每個單獨(dú)焊接視覺評估的主觀性質(zhì)而對焊接過程的人為影響。

特別地，作為初始步驟，在本發(fā)明的一個實施例中，焊接質(zhì)量通過焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)96以估計的高于所需的保護(hù)氣流來確定。類似于上述過程，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，同時提供關(guān)于所用的每個保護(hù)氣流下的焊接質(zhì)量的信息。

從一個焊接序列到下一個焊接序列的保護(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。該迭代過程可以基于每個焊接和/或根據(jù)特定焊接序列完成。一旦確定了每個焊接或每個焊接序列的預(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)。

具體來說，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。在一個實施例中，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程，除了控制系統(tǒng)42可以在開始增加保護(hù)氣流，然后評估焊接質(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)明的實施例，可以節(jié)省大量的保護(hù)氣體。據(jù)估計，基于每個焊接，通過在焊接期間調(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，通過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)明的另一個實施例中，傳感器98可操作地耦連到焊機(jī)14并且在焊接期間監(jiān)測其功率輸出(電流和電壓中的至少一個)。傳感器98可用于確定最小預(yù)定保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)。在一個實施例中，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，可以通過在焊接特定焊接接頭期間通過傳感器98監(jiān)測來自焊機(jī)14的功率輸出來建立傳感器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)。通過類似于前述段落中所述的迭代過程，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)焊接過程中減少保護(hù)氣流，而傳感器98監(jiān)測焊機(jī)14的功率輸出。可以檢查每個焊接過程期間的焊接質(zhì)量，然后與來自傳感器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檢測的功率輸出以及其他過程變量關(guān)聯(lián)到焊接質(zhì)量。通過與前述段落中類似的迭代過程，確定最小預(yù)定保護(hù)氣流。一旦為每個焊接序列和/或基于每個焊接確定了最小流量，控制系統(tǒng)42可以監(jiān)測傳感器98并且根據(jù)學(xué)習(xí)功能94中可用的數(shù)據(jù)評估每個焊接的功率。

在隨后的焊接期間，來自傳感器98的數(shù)據(jù)可以與先前由迭代過程確定的并根據(jù)學(xué)習(xí)功能94存儲在控制系統(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(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程可能存在問題。這個問題可包括保護(hù)氣體流量問題或其他問題。有利地，經(jīng)由傳感器98連續(xù)監(jiān)測焊機(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程，本發(fā)明的實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)動態(tài)確定。

此外或作為上述的替代，描述了以下實施例：

實施例1涉及一種氣體輸送系統(tǒng)，用于在焊接一個或多個工件期間通過一個或多個管道或軟管將保護(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，用于通過一個或多個管道或軟管接收來自保護(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閥，并且該至少一個閥可以響應(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)改變來自噴嘴的保護(hù)氣體的流量。

實施例2涉及實施例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。

實施例3涉及實施例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。

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

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

實施例6涉及任何前述實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，該傳感器能夠測量來自出口的實際氣體流速并傳送指示所測得的流速的信號。

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

實施例8涉及任何前述實施例的氣體輸送系統(tǒng)，其中焊接過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。

實施例9涉及任何前述實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。

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

實施例11涉及任何前述實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。

實施例12涉及一種用于焊接一個或多個工件的焊接系統(tǒng)，包括：根據(jù)實施例1-11中任一項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，其提供焊槍與一個或多個工件之間的相對運(yùn)動，以便沿著預(yù)定焊接路徑跟蹤焊槍；

饋送器，用于將填充材料計量到一個或多個工件；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)。

實施例13涉及實施例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)檢測第一焊接的質(zhì)量和一個或多個后續(xù)焊接的質(zhì)量，并向控制系統(tǒng)發(fā)送指示各個焊接質(zhì)量的信號，并且其中控制系統(tǒng)計算不同于預(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)，并且在對隨后工件的各個焊接的焊接期間，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。

實施例14涉及實施例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來自焊機(jī)的電壓和電流中的一個或多個，并且向控制系統(tǒng)發(fā)送指示來自焊機(jī)的電壓和電流中一個或多個的信號，并且其中控制系統(tǒng)計算不同于預(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或多個的信號的第二預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，并且在對隨后工件的各個焊接的焊接期間，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。

實施例15涉及實施例12-14中任一項的系統(tǒng)，其中保護(hù)氣體控制器在電弧啟動序列期間相比于預(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。

實施例16涉及根據(jù)實施例12-15中任一項的系統(tǒng)，其中焊接過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)來自控制系統(tǒng)的預(yù)定最小保護(hù)氣流設(shè)定點(diǎn)，來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。

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

實施例18涉及實施例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。

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

實施例20涉及根據(jù)實施例12-19中任一項的系統(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)被配置為評估第一焊接的質(zhì)量。

實施例21涉及一種焊接工件的方法，包括：基于對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預(yù)先確定保護(hù)氣體的第一流速；

基于對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方面與第一焊接不同；

在對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。

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

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

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

實施例25涉及根據(jù)實施例23或24中任一項的方法，還包括：焊接不同于第一工件的第二工件包括在對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，第三焊接在對第二工件的幾何形狀、焊接速度和焊接方向中的至少一個方面與第一焊接相同。

實施例26涉及根據(jù)實施例23-25中任一項的方法，還包括：焊接不同于第一工件的第二工件包括在對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。

實施例27涉及根據(jù)實施例23-26中任一項的方法，還包括：監(jiān)測對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)通過多個實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)和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。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。