专利名称：焊接稳定系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及 一 种用于电弧焊的焊接稳定系统。
背景技术：
气体保护金属极电弧焊(GMAW)或金属极惰性气体(MIG) 保护焊是一种电弧焊接法，其中，通过焊枪供给焊丝和保护(焊接) 气体。当电流流过从电极到工件的空气(也就是电弧)时，保护气体 引导入焊接区中。保护气体保护焊接免遭空气污染从而改善焊接性 能。电弧的稳定性很大程度上受到所用的保护气体的类型的影响。因 此，通常使用特殊的保护气体混合物来提高焊接质量。气体混合物装 在预混合罐中或者装在采用了气体混合器的散装系统中。在任何一种 情况中，各种气体组分的比例是固定的，并且因此不能在焊接过程中 调整，即使渗透量、飞溅生成和物理性质是有些受到所选择的保护气 体混合物所影响的属性。而且，在焊接开始时电弧的不稳定性对整个 焊接有巨大影响，因为高达百分之八十的焊接飞溅是在开始出现电弧 时形成的。这些问题同样是其它类型的电弧焊，例如管状焊条电弧焊 (FCAW)、鴒电极惰性气体保护焊(GTAV)和等离子弧焊(PAW) 等中也需要考虑的因素。
发明内容
—个实施例是设想 一种用于电弧焊装置的焊接稳定系统。 该焊接稳定系统包括保护气体源和控制组件。保护气体源包括具有第 一气体混合物的第 一 气体源、具有与第 一 气体混合物不同的第二气体 混合物的第二气体源、混合腔、选择性地将第一气体源与混合腔连接 的第 一 自动可控阀、选择性地将第二气体源与混合腔连接的第二自动 可控阀、和构造成将气体从混合腔引导入焊枪的保护气体输送管。控 制组件包括可操作地作用于第一、第二自动可控阀以控制第一、第二 自动可控阀的动作的控制器、和构造成监控电弧焊接过程的参数且与 控制器相通讯的传感器。
—个实施例设想的电弧焊装置包括焊枪、可操作地作用于 焊枪的电源、可操作地作用于焊枪的焊丝进给器、保护气体源和控制 组件。保护气体源包括具有第一气体混合物的第一气体源、具有与第 一气体混合物不同的第二气体混合物的第二气体源、混合腔、选择性 地将第 一 气体源连接到混合腔的第 一 自动可控阀、选择性地将第二气 体源连接到混合腔的第二自动可控阀、和构造成将气体从混合腔引导 入焊枪的保护气体输送管。控制组件包括可操作地作用于第一、第二 自动可控阀以控制第一、第二自动可控问的动作的控制器、和构造成 监控电弧焊接过程的参数且与控制器相通讯的传感器，由此，控制器 响应于监控到的参数来驱动第一、第二自动可控阀。 —个实施例是设想 一种用于在电弧焊操作期间控制电弧保 护气体混合物的方法，该方法包括以下步骤驱动连接第一气体源的 第一阀以选择性地使气体从第一气体源流出，流入混合腔然后流入焊 枪；驱动连接第二气体源的第二阀以选择性地使气体从第二气体源流 出，流入混合腔然后流入焊枪；进行电弧焊接操作；监控至少一个焊 接参数以检测电弧的不稳定性；将监控到的该至少 一个焊接参数传递 给控制器；以及，当检测到电弧不稳定时，由控制器自动驱动第一、 第二阆以调整从第 一 气体源和第二气体源流出的气体。实施例的 一 个优点是，通过实时控制与电弧不稳定性相关 的气体混合物，来改善电弧稳定性。有了改善的电弧稳定性，就减少 了飞溅量和焊接缺陷，由此提高了焊接质量。
图1是本发明第 一 实施例的焊接系统的 一个部分的原理图；
图2是与图l类似的原理图，但示出的是第二实施例；
图3是流程图，示出了保持较好电弧稳定性的步骤。
具体实施例方式参照图1,示出了电弧焊装置，整体上用附图标记20表示。 电弧焊装置20包括用来在工件24上执行焊接过程的焊枪22、焊丝进 给器26、电源28、保护气体供给组件30和焊接稳定系统32。焊接稳定系统32包括气体供给组件30和控制组件36。气体供给组件30具有气体控制器38,该控制器包括第一阀40、第二阀 42和混合腔44。第一、第二阀40、 42可以是电^兹阀、伺服阀或其它 合适类型的自控可控阀，用于控制保护气体流动。第一阀40接在从 第一气体源48伸出的气体输入管46与通向混合腔44的输出管50上。 在图1和2中用虚线表示输气管。第二阀42接在从第二气体源54伸 出的气体输入管52与通向混合腔44的输出管56上。保护气体输送 管58从混合腔44伸向焊枪22。当然，第一、第二气体源48、 54可以是不同的类型或者是 各种气体的混合物。由焊接用途和工件材料成分来确定特定气体混合 物。这些气体可以是，例如氮气、氧气、氩气、氦气、二氧化碳、氢 气或这些气体的混合物。此外，尽管只示出两个阀40、 42和两个气 体源48、 54,但是如果需要的话，可以采用三种或更多的阀和气体源 来代替。控制组件36包括监控器/控制器62,其包括神经网络处理 器60,适于响应于所监控的特定焊接参数进行调整。控制器62控制 第一、第二阀40、 42的动作，由此控制从第一、第二气体源48、 54 流出的气体流速以及它们之间的比值。控制部件36还包括数据采集部64。该数据采集部64包括 与控制器62相通讯的各种传感器以监控焊接操作的 一 个或多个参数。 例如，数据采集部64包括电压传感器66和/或电流传感器68，用于 测量连在焊枪22与工件24之间的电源28的电特性。另一种用到的 传感器是焊丝进给速度传感器72，其确定来自焊丝进给器26的焊丝 的速度。还可以用到气体流速传感器76来检测流过焊枪22的保护气 体的流速。还可以用到磁场强度传感器78脸检测焊接位置附近的磁 场强度。这些传感器可以是任何所需的结构形式并且安装在任何需要 监控有疑问的特定特性的地方，而且，可以以不同组合的形式用到一 个或多个传感器来检测想要监控的那些特定焊接性能。图2示出了第二实施例。因为本实施例所述的装置是第一 实施例的改进，所以附图中相同的附图标记代表相应的部件，为了避 免不必要的重复，就省去了其详细说明。气体供给组件30、焊枪22、 焊丝进给器26和电源28与第一实施例的一样。然而在该实施例中， 监控器/控制器62与具有光传感器84的数据采集部64相互作用。光传感器84在焊接过程中监控电弧的视觉特性，例如，亮度、飞溅、 熔池振荡、气流紊流和/或红外发射等。于是，控制器62内的算法涉 及翻译一个或多个这种视觉特性并且调整阀40、 42从而调整从气体 控制器38出来的气流和气体混合物。此外，可以用到神经网络处理 器60来提供焊接调整从而优化焊接性能。将光传感器84布置成在焊 接操作期间观察电弧周围的区域并且是根据所执行的特定焊接操作 进行机器人安装(未示出)或固定。可选地，光传感器84可以与第一实施例所述的其它传感器 的一种或多种一起使用。而且，与第一实施例一样，如果需要的话， 可以采用三种或更多气体源(和另外的阀)。图3是电弧稳定过程的流程图，其适用于图1和2所示的 组件。在方框100处，设置从气体源48、 54流出的初始混合物。控 制器62确定所需混合物，并且确定获得该混合物所需要的从每个源 48、 54流出的量。在方框102处，开始焊接过程。控制器62驱动阀 40、 42以获得从每个源48、 54流出的适当气体量。这些气体在混合 腔44内混合并且经由保护气体输送管58引导入焊枪22。还开启电源 28和焊丝进给器26。在焊接期间，在步骤104处监控特定焊接参数或多个参数。 如上所述，这些参数可以是电压、电流、焊丝进给速度、气体流速、 磁场强度和各种视觉特性中的一个或多个。由特定传感器或多个特定 传感器得到的数据实时传递给控制器62，在方框106处，用算法确定 是否检测到电弧不稳定性。控制器62采用神经网络处理器60中的算 法来确定不稳定性，这考虑了处理器自身内学习和调整。当然，所用 的算法将涉及所监控的特定特性或多个特定特性。如果检测到不稳定性，就在方框108处调整从气体源48、 54流出的气体流速和比值。由控制器62调整第一、第二阀40、 42来 完成这个调整。如果方框IIO处焊接没有结束，就继续监控。如果焊 接结束了，就在方框112处结束焊接过程。尽管详细描述了本发明的特定实施例，但是本发明相关领 域的技术人员可得到各种替换设计和实施例以实施由下列权利要求 所限定的发明。
权利要求
1、一种用于电弧焊装置的焊接稳定系统，包括保护气体源，所述保护气体源包括具有第一气体混合物的第一气体源、具有与第一气体混合物不同的第二气体混合物的第二气体源、混合腔、选择性地将第一气体源连接到混合腔的第一自动可控阀、选择性地将第二气体源连接到混合腔的第二自动可控阀、和构造成将气体从混合腔引导入焊枪的保护气体输送管；以及控制组件，所述控制组件包括控制器和传感器，所述控制器可操作地作用于第一、第二自动可控阀以控制第一、第二自动可控阀的动作，而所述传感器被构造成监控电弧焊接过程的参数并与控制器通讯。
2、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，控制器包 括构造成根据来自传感器的反馈来确定第 一 、第二自动可控阀所需的 调整的神经网络处理器。
3、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成监控视觉参数的光传感器。
4、 如权利要求3所述的焊接稳定系统，其特征在于，视觉参数 是亮度、飞溅、熔池振荡、气流紊流和红外发射中的至少一个。
5、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成监控电源电压的电压传感器。
6、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成监控电源电流的电流传感器。
7、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成检测来自焊丝进给器的焊丝的速度的焊丝进给速度传感器。
8、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成检测从保护气体源流出的气体流速的气体流速传感器。
9、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器是 构造成监控焊接区域附近的磁场强度的磁场强度传感器。
10、 如权利要求1所述的焊接稳定系统，其特征在于，控制组件 包括至少 一 个构造成监控电弧焊接过程的第二参数且与控制器相通 讯的第二传感器。
11、 一种电弧焊装置，包括 焊枪；可操作地作用于焊枪的电源； 可操作地作用于焊枪的焊丝进给器；保护气体源，所述保护气体源包括具有第 一 气体混合物的第 一 气 体源和具有与第 一 气体混合物不同的第二气体混合物的第二气体源、 混合腔、选择性地将第一气体源连接到混合腔的第一自动可控阀、选 择性地将第二气体源连接到混合腔的第二自动可控阀、和构造成将气 体从混合腔引导入焊枪的保护气体输送管；以及控制组件，所述控制组件包括控制器和传感器，所述控制器可操 作地作用于第一、第二自动可控阀以控制第一、第二自动可控阀的动 作，所述传感器被构造成监控电弧焊接过程的参数且与控制器相通 讯，由此，控制器响应于监控到的参数来驱动第一、第二自动可控阀。
12、 如权利要求11所述的电弧焊装置，其特征在于，控制器包 括构造成根据来自传感器的反馈来确定第 一 、第二自动可控阀所需的 调整的神经网络处理器。
13、 如权利要求11所述的焊接稳定系统，其特征在于，传感器 是构造成监控视觉参数的光传感器。
14、 如权利要求11所述的焊接稳定系统，其特征在于，控制组 件包括至少一个构造成监控电弧焊接过程的第二参数且与控制器相 通讯的第二传感器。
15、 如权利要求14所述的焊接稳定系统，其特征在于，控制组 件包括至少 一个构造成监控电弧焊接过程的第三参数且与控制器相 通讯的第三传感器。
16、 一种用于在电弧焊操作期间控制电弧保护气体混合物的方 法，所述方法包括以下步骤a )驱动连接到第 一 气体源的第 一 阀以选择性地使气体从第 一 气体 源流出，流入混合腔，然后流入焊^r;b) 驱动连接到第二气体源的第二阀以选择性地使气体从第二气 体源流出，流入混合腔，然后流入焊枪；c) 进行电弧焊接操作；d )监控至少 一 个焊接参数以检观'J电弧的不稳定性；e) 将监控到的至少一个焊接参数传递给控制器；以及f) 当检测到电弧不稳定时，由控制器自动驱动第一、第二阀以调 整从第 一 气体源和第二气体源流出的气体。
17、 如权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤f)进一步由 以下特征限定控制器采用神经网络处理器来根据收到的至少 一个焊 接参数确定电弧不稳定性的存在。
18、 如权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤d)进一步由 以下特征限定所述至少一个焊接参数是由光传感器监控的视觉可测 参数。
19、 如权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤d)进一步由 以下特征限定该至少 一个焊接参数是邻近焊接区域的磁场强度。
20、 如权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤d)进一步由 以下特征限定所述至少一个焊接参数是至少两个焊接参数，并且步 骤e)进一步由以下特征限定将所监控的至少两个焊接参数传递给 控制器。
全文摘要
本发明涉及焊接稳定系统和方法。具体地，提供了一种用于电弧焊装置的焊接稳定系统及其操作方法。该焊接稳定系统包括保护气体源和控制组件。保护气体源包括具有第一气体混合物的第一气体源、具有与第一气体混合物不同的第二气体混合物的第二气体源、混合腔、选择性地将第一气体源连接到混合腔的第一自动可控阀、选择性地将第二气体源连接到混合腔的第二自动可控阀、和构造成将气体从混合腔引导入焊枪的保护气体输送管。控制组件包括可操作地作用于第一、第二自动可控阀以控制第一、第二自动可控阀的动作的控制器以及构造成监控电弧焊接过程的参数且与控制器相通讯的传感器。
文档编号B23K9/10GK101422839SQ200810173109
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者J·汉普顿 申请人:通用汽车环球科技运作公司