具有气体流量反馈控制的焊机;将目标保护气体流率提供到焊接现场的方法:相应气体流 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]
[0002]本发明涉及用于焊接并且更特别地用于电弧焊接或用于切割的改进的气体流量控制器；并且更具体地涉及具有改进的气体控制的电弧焊机。
【背景技术】
[0003]焊接操作通常采用将惰性或半惰性气体(例如，氦、氩、二氧化碳等)用作保护气体来保护焊接区域。焊接区的空气由保护气体取代以防止熔融焊接熔池的污染。这种污染主要由大气中存在的氮、氧以及水蒸气引起。作为实施例，已凝固的钢中的氮降低了延展性以及焊缝的冲击强度并且可以导致裂化。大量的氮还可以导致焊缝多孔性。钢中多余的氧与碳结合形成一氧化碳(CO)。这种气体可以陷入金属中，导致多孔性。此外，多余的氧可以与钢中的其他元素结合并且形成化合物，所述化合物在焊缝金属中生成夹杂物(inclus1n)。当水蒸气和油中存在的氢与铁或铝结合时，多孔性将产生并且“底焊道”焊缝金属裂化可能发生。在各种焊接应用和焊接工艺中，氩、氦和二氧化碳可以单独地或以组合的方式或者与其他气体混合来使用，以提供无缺陷的焊缝。
[0004]金属惰性气体保护焊(“MIG”)受到过度的保护气体流率(flow rate)的负面影响，并且要求最小化湍流气流以排除电弧中的空气。几种装置被用来设定保护气体流率。一种装置被用在气瓶或管线气体供应器上，例如，具有流量控制旋钮的流量计。旋钮调整针阀，所述针阀典型地采用浮球将气体递送软管中的压力降低到获得期望的保护气体流量所需要的压力。另一种装置仅用于气瓶气体供应器，并且采用非常小的孔口，并且使用调节器来使孔口上游的压力变化以控制流量。
[0005]重要的是，在流量计或调节器上设定的流率在焊接时保持在设定值。然而，在生产中会出现改变流量的限制因素，例如，在MIG焊枪管口中的飞溅堆积、在MIG焊枪线缆中的气体通道中出现的扭曲或者在导管通道段中的杂物堆积。为了最小化上面的变化，阻流系统发展起来。这些系统在孔口或阀的限制的上游要求更高的压力。然而，高压力导致初始气体剧增，这对获得高质量的焊缝而言是不合期望的。事实上，在焊接工艺开始时，过度高的气体剧增使得空气与气流混合并且在达到稳定的状态之前可以导致内部焊缝多孔性。
[0006]低压力装置同样受到多种问题的困扰。这些系统典型地缺乏高压力装置的自动流量补偿，并且在焊接操作开始时，不足的额外气体会导致劣等的焊缝开始部分。
[0007]从气体管线到焊炬的溢流和欠流导致初始焊缝不规则，包括飞溅、多孔性以及焊缝的污染。因此，降低和/或最小化保护气体流量的变化是期望的。
[0008]最后，不同品牌的焊枪以及不同的位置可能具有不同的流量特征，所述流量特征可能进一步影响气体流量。基于压力或体积的流量控制器不具有用于确定实际上传到焊接现场的流率的装置，并且因此来自气体源或通过焊枪的流量上的变化将不会被流量控制器捕获。因此，意识到的是，存在对这样的改进的气体流量控制器的需要，所述改进的气体流量控制器能够调节到焊接操作(特别地在启动期间)的保护气体的流量。
【发明内容】
[0009]降低和/或最小化焊接操作中(特别地在启动期间)的保护气体流量的变化的问题通过根据权利要求1的焊接系统、根据权利要求10的方法以及根据权利要求15的控制反馈系统来解决。除此之外，优选的实施方案被公开在从属权利要求中。关于所述方法，如果所述方法进一步包括以下步骤，则它是特别地优选的:通过所述控制器利用所述阀信号调整位置信号，和/或所述控制器在所述焊枪上的触发器未被接合时关闭所述阀，和/或所述质量流量传感器被安置为邻近所述焊枪或在所述焊枪内。关于所述控制反馈系统，如果它进一步包括以下内容，则它是特别地优选的:在所述计量阀的上游并且与所述控制器通信的压力传感器，和/或所述质量流量传感器被安置为邻近所述焊枪或在所述焊枪内。所述焊接系统至少包括保护气体输入(input);保护气体输出，所述保护气体输出被耦合到具有触发器的焊枪；以及针对至少所述保护气体的反馈控制系统，其中保护气体反馈控制系统包括质量流量传感器，所述质量流量传感器用于测量保护气体输入和保护气体输出之间的流量；阀，所述阀用于调节保护气体输入和保护气体输出之间的流量；以及控制器，所述控制器用于基于从流量传感器接收的输入来将阀位置输出传递到阀。
[0010]在本发明的一个方面，控制系统可以包括阀位置传感器，所述阀位置传感器将阀位置传递到所述控制器，所述控制器基于阀位置反馈调整阀。反馈控制系统可以可选地进一步包括压力传感器，所述压力传感器用于确定流量的压力并且将该信息传递到控制器。
[0011]反馈控制系统可以分析来自传感器中的至少两个的信号，所述传感器选自由流量传感器、压力传感器和阀位置传感器组成的组，并且基于至少两个信号调整所述保护气体输出。在本发明的另一个方面，控制系统可以分析来自所有三个传感器的信号。
[0012]在本发明的另一个方面，将目标保护气体流率提供到焊接现场的方法被描述。所述焊接现场可以包括气体输入、电输入、焊丝送进器、焊枪以及反馈控制系统，所述反馈控制系统用于调节从所述气体输入到所述焊枪的气体流量，所述反馈控制系统至少包括阀、质量流量传感器和控制器，所述阀用于控制到所述焊枪的保护气体流率，所述质量流量传感器用于确定到所述焊枪的气体流率，所述控制器用于接收来自所述流量传感器的流率信号并且将阀信号传递到所述阀，所述方法包括以下步骤:将所述阀之后的所述保护气体的所述流率传递到所述控制器；基于所述保护气体的所述流率确定流率信号；将所述流率与所述目标流率相比较；计算所述阀信号；将所述阀信号提供到所述阀；以及基于所述阀信号调整通过所述阀的所述保护气体流率。
[0013]所述方法可以可选地包括监测送进气体输入压力的步骤，所述监测步骤产生用于传递到所述控制器的压力信号，并且其中工艺可以进一步包括从对所述流率信号和压力信号的分析中计算阀信号的后续步骤。
[0014]所述方法可以进一步可选地包括监测阀位置并且将该位置信号传递到所述控制器的步骤。
[0015]在本发明的一个方面，所述质量流量传感器被安置为邻近所述焊枪或在所述焊枪内。
[0016]本发明范围扩及保护气体流量控制反馈系统的部件，其中系统可以至少包括保护气体计量阀、在计量阀下游的质量流量传感器以及与质量流量传感器和计量阀通信的控制器，所述控制器至少基于从质量流量传感器接收的信号调整计量阀。
[0017]如之前所描述的，气体流量控制反馈系统可以可选地包括在计量阀上游并且与控制器通信的压力传感器以及与控制器通信的阀位置传感器。
【附图说明】
[0018]本发明在特定部分和各部分的方案上可以具有具体形式，本发明的优选实施方案将在说明书中被详细描述并且在附图中被图示说明，附图构成本发明的一部分，并且在附图中:
[0019]图1是具有保护气体供应器的焊机的示意图；
[0020]图2是用于图1所示的焊机的气体反馈控制系统的示意图；
[0021]图3是用于图1所示的焊机的气体反馈控制系统的示意图；
[0022]图4是根据另一种变化的气体反馈控制系统的示意图；
[0023]图5是根据另一种变化的气体反馈控制系统的示意图；
[0024]图6是图示说明气体流率的理想状况针对时间的图；
[0025]图7是图示说明堵塞通道的气体流率针对时间的图；
[0026]图8是图不说明闻压力条件的气体流率针对时间的图；
[0027]图9是图示说明理想气体流率针对时间的图；
[0028]图10是图不说明闻压力条件的气体流率针对时间的图