专利名称：控制焊机的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制具有熔化电极的焊机的方法，其中焊接工艺所需的焊接参 数的值存储在存储装置中并且以所谓的特性曲线的形式通过每条特性曲线至少一个支撑 点进行保存。
背景技术：
通常，根据现有技术可知，对于焊接应用，构成最佳工作点的多个焊接参数在 焊机上是可调的。为了使焊机用户更容易使用，数个工作点以特性曲线的单个点的形式 存储为所谓的支撑点。这将使用户能够通过改变焊接参数(例如焊接电流、焊接电压和 送丝速度等)来实质移动特性曲线上的工作点。因为焊机可完成多种焊接应用，对于相同基材的工件、相同直径的焊丝和相同 保护气体等一即在相同材料下，相应大量特性曲线通过数个支撑点分别存储在焊机的存 储装置中。从而，用户可以选择适当的特性曲线作为焊接应用的函数。就这点而言，焊 接应用并不等同于焊接工艺，具体地，而是更加取决于工件的材质以及焊丝和焊接形式 (角焊缝、单V型坡口焊缝、对接焊缝等)。因此，一种焊接工艺(脉冲焊接、标准短弧 焊接、CMT冷过渡焊接等)必须涵盖多种焊接应用。根据公开号为EP 1 098 729 Bl的欧洲专利文献进一步可知，当在最小曲线和最 大曲线之间恢复出或者调整焊接参数时，控制装置通过算法，具体而言，通过插值法来 确定焊接工艺的其他一些焊接参数的设置点。通过所述插值法，将确定出位于最小曲线 和最大曲线之间的其他一些曲线，采用所述确定的曲线随后可以完成所述焊接工艺。因 此，对于焊接工艺而言，仅存储了两条特性曲线，例如最小曲线和最大曲线，而位于中 间的特性曲线是内插的。最终，正如根据一般现有技术所已知，一条特性曲线将分别用 于使用户移动所述工作点。然而，这样做的缺点在于基本上每种焊接应用需要一条特性曲线。事实上，这 样的特性曲线在大多数情况下不是由用户创建的，而是由焊机制造商提供或者根据用户 的要求为相应的焊接应用单独定制。其原因之一还在于，在大多数情况下，不是所有用 于创建特性曲线或其支撑点所需的焊接参数用户都可获得。因此，每条特性曲线都涉及 成本和时间。如果焊接应用稍微改变，那么在大多数情况下使用为该焊接应用创建的特 性曲线不能实现最佳的焊接结果，主要涉及工件的热量输入和所谓的填充率(例如，焊 缝的外形)。其原因在于，当调整工作点时，后者总会在特性曲线上延伸，并且诸如送丝 速度、焊接电流和焊接电压的焊接参数会相互关联地变化。特别地，特性曲线上的工作 点一移动，工件的热量输入就会发生变化。因此，对焊缝的要求，特别是对填充率和熔 融深度(与热量输入相对应)的要求将不能满足。因而，对于稍微变化的焊接应用，需 要单独的特性曲线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以基于两个相互独立的焊接参数调整工作点的方法。本发明的目的通过如下方式实现根据工件的热量输入值和送丝速度值来调整工作点，其中，当调整其中一个值以适应焊接应用时，另外一个值通过算法保持恒定，所 述算法设计为数条相互兼容的特性曲线分别组合成每种焊接工艺的特性曲线场，并且 根据具体焊接参数的定义值存储所述特性曲线场的特性曲线的所有支撑点的焊接参数。这样做的优点在于用户可以通过仅改变两个值来精确、独立地调整填充率和工 件的热量输入以调整工作点。因此，用户无需创建适于特殊焊接应用的特性曲线。其原 因在于，工作点所需的其他参数的值将会自动调整以适应用户所移动的值，从而，用户 能够调整工作点。这根据现有技术已知的方法仅可以通过改变多个焊接参数来调整，然 而，这要求用户要有焊接行业深厚的背景知识或详细的背景知识，根据本发明的方法避 免了对用户的上述要求。这样简单的工作点调整还有利于焊机的制造商，因为不再对工作点的多个不同 参数的相互关系作复杂的解释。因为可以省略复杂的菜单控制，焊机的输入/输出单元 同样也可简单、明了地设计。本发明的主要优点还在于现在可以通过适当的试焊为所述两种焊接参数初始 确定值，然后可以随意地调整任何其他值。因此，例如仅可以通过适当的部件确认的热 量输入值首先被确定，然后用户通过其自行决定的送丝速度，可以确定填充率(即焊缝 的高度)，而不引起热量输入(即所谓进入工件材料的熔融深度)的改变。因此，可以省 去额外的部件。本发明的优点还在于各条特性曲线的支撑点可以相互独立地使用。通过以下措施，工件的热量输入可以方便地在较宽的范围内变化。所述措施 为在恒定的送丝速度值下，分别存储针对工件不同热量输入值的支撑点的焊接参数， 并且根据脉冲焊接工艺、CMT焊接工艺和反极性焊接工艺分别形成特性曲线场。本发明的优点还在于单个焊接工艺的特性曲线场与共用的总的特性曲线场耦 合，以能够在所述总的特性曲线场内精确微调工作点。以有利的方式，通过算法根据数个支撑点确定辅助点的方法使所述辅助点能够 随后像所述支撑点一样用于确定工作点。通过根据权利要求6至11的方法，还可以以特性曲线场类重叠的方式来进行插 值，或者可以检测工作点和调整热量输入以及调整特性曲线场之间的填充率。从而还可 以将特性曲线场以几乎连续的方式与各自不同的焊接工艺耦合。
通过所附的示意图更加详细地阐述本发明，其中图1示意性地示出了焊接工艺的几种特性曲线。图2示出了根据本发明的方法的总的特性曲线场。图3示出了具有混合特性曲线和工作点移动的总的特性曲线场。图4示出了根据第二种方法移动工作点的总的特性曲线场。
具体实施例方式
首先，应当指出示例性实施方式中同一部分具有相同的附图标记。图1示出了焊接电流Is随着采用熔化电极(即焊丝)的焊接工艺的工件的厚度S 函数变化的几条特性曲线1。例如，在CMT焊接工艺中可以存储三条特性曲线。在本 例中，通过每条特性曲线1至少一个支撑点2来存储特性曲线1。支撑点2包括焊接工艺 所需的全部焊接参数。因此，如果用户精确设置这些焊接参数，支撑点2还相当于焊接 工艺的工作点3。否则，工作点3将位于其中一条特性曲线1上。在CMT焊接工艺中，每个支撑点2大约有15到50个焊接参数，这些参数例如 可以存储为各个焊接应用的函数。这些参数当中，平均焊接电流、平均焊接电压、平均 送丝速度、工件的材质、工件的厚度和保护气体与焊接工艺的用户尤其相关。调整这些 焊接参数使特性曲线1上的工作点3相应地与焊接应用相对应。通过改变这些焊接参数， 用户于是可以移动特性曲线1上焊接工艺的工作点3，这样该焊接工艺可以达到其期望的 质量或者满足焊接应用的要求。例如，基于焊缝的形状(例如角焊缝)、焊缝系数或者填 充率的强化、熔融深度、除锈和边缘缺口调整焊接应用。由本图可知，基于平均焊接电流Is和工件壁厚S的焊接参数可以沿着特性曲线1 调整或改变工作点3。在本例中，焊接参数的平均值产生于下述过程为焊接工艺的不 同阶段存储焊接参数的不同值以能够优化调整焊接工艺。如果在特性曲线1的两个支撑 点之间选择工作点3，其他所有的焊接参数将相应地插入。因为除了标准特性曲线之外， 特性曲线在大多数情况下根据用户的要求创建和存储，每个支撑点2分别以相应的非均 勻的方式分布在各自的特性曲线1上。因此，从焊接的角度来说，两条特性曲线1的支撑 点2之间的插值将没有用。这意味着没有适当的材料可进行过渡，这样，例如，焊丝会 在高电流下接触熔池或者烧至导电管。在最坏的情况下，还可能发生焊接工艺被中断或 者甚至不能启动。例如，如果用户选择位于两条特性曲线1之间的工作点3—即要求选 择的连接点偏离可用的特性曲线1，这将需要拟制新的特性曲线1以获得高质量的焊接。 只有此时才会满足填充率和熔融深度的要求。然而，新特性曲线1导致用户需要等待，因为特性曲线1首先必须由焊机制造商 创建。这样的等待相应地牵涉成本。而且，用于新焊接应用测试的费用将因此而明显增 力口。特别地，如果创建的特性曲线1不满足焊缝连接的要求，将不得不拟制另外一条特 性曲线。就这一点而言，有关为焊接工艺选择工作点3的灵活性相当受限。因此，本发明提出用户现能够至少在特性曲线1之外设置工作点3，即通过工件 的热量输入Pw的平均值和平均送丝速度vd来调整工作点3，其中当改变上述其中一个值 以适应焊接应用时通过算法来使另外的值保持恒定。这为用户提供了通过能使用焊接参 数值来精确调整工件热量输入Pw的选择，因此所述焊接函数值需要从不同支撑点2中获 取。焊接应用中工作点3的调整将通过图2至图4更加详细地描述。根据图2可知，在图中示了三个特性曲线场4。就这一点而言，应当指出的是， 本发明当然并不限于三个特性曲线场4。本图由y轴方向上的工件的平均热量输入Pw的 调整值和χ轴方向上的平均送丝速度vd的调整值构成，通过这些调整值，用户能够在焊 机的控制面板上为相应的焊接应用设置工作点3。在本例中，调整的范围由特性曲线场4和至少一个混合区域6构成，它们与总的特性曲线场5耦合。根据本发明，从而可以在 以虚线示出的总的特性曲线场5内灵活地设置工作点3。在这种情况下，工作点3的变化 并不与特性曲线1绑定，而是当其他调整值变化时可以使其中一个调整值保持恒定。尽管单个的特性曲线场4由焊接工艺的数条特性曲线1构成，但是它们仅作为算 法的基础。这意味着，与现有技术类似，每条特性曲线1以几个支撑点2的形式存储。对于新的焊接应用，用户于是基本上可以根据经验值设置工作点3并试焊。根 据试焊，用户从而能够判断使用设置的工作点3是否已经达到了焊接的要求，具体而 言，熔融深度的要求或者工件的热量输入Pw的要求以及填充率(焊缝的形状)的要求。 这通常是通过拉伸测试和/或类似的测试方法基于视觉、金相学(磨片)完成。当采用 磨片时，所述焊缝被刺穿以能够评定熔融深度。所述评定的结果可以是热量输入Pw符合要求，而填充率必须优 化。这意味着， 热量输入Pw的调整值不应当更改，而填充率的值(通常是平均送丝速度vd)应当增加。 由用户以简单的方式通过仅改变平均送丝速度vd的值而热量输入Pw的值自动保持恒定 来实现。与之相比，在现有技术中，工作点3的变化会导致特性曲线1上热量输入Pw的 值偏移，由此，通过改变焊接参数或者调整值，其他的值会自动地调整或变化。为了能够使所述调整值之一按照本发明保持恒定，由算法在后台负责，这在下 文将详细论述。算法的基本前提是特性曲线场4的特性曲线1的所有支撑点2的焊接参数依照具 体焊接参数的定义值存储。这意味着，也正如总的特性曲线场5的支撑点2所显示，例 如，所述特性曲线场5具有平均送丝速度vd的几个定义值，记录其他一些焊接参数和工 件的热量输入Pw。正如本图所显示，在本实施例中，在7个平均送丝速度vd值处，记 录和存储每个特性曲线1的支撑点2。从而也确保了特性曲线场4内的特性曲线1相互 之间兼容。这将意味着工作点3可以插值于特性曲线场4的两条特性曲线1的支撑点2 之间，并将符合焊接要求。然而，这样的插值仅可能在表示所谓纯焊接工艺(例如CMT 焊接工艺、脉冲焊接工艺或者反极性焊接工艺)的特性曲线场4的特性曲线1之间。此 夕卜，对于特性曲线1之外的工作点3和焊接工艺的替代情况，在每种情况下，在特性曲线 场4之间额外地需要混合区域6以能够与总的特性曲线场5耦合。从而保证在混合区域6 中定义的工作点3可以移入特性曲线场4以适应焊接应用。照这样做，根据本发明使其 中一个调整值保持了恒定。因此，根据本发明，工作点3是基于算法进行这样移动，该算法可以采用两种 不同的方法来实现。根据第一种方法，记录并存储混合区域6内单个特性曲线场4之间的所谓的混合 特性曲线1，进而，所述混合特性曲线也构成了特性曲线场4，如图3所示。根据本发 明，混合区域6中混合特性曲线1 (以虚线示出)的支撑点2根据具体焊接参数的定义值 存储。这些值与那些跟特性曲线场4(所述特性曲线场4涉及纯焊接工艺)的特性曲线1 的支撑点2 —起被记录和存储的值精确对应。混合特性曲线1的形成是由于例如，混合了两种焊接工艺(例如脉冲焊接工艺 和反极性焊接工艺)。这意味着，在给定数目的脉冲焊接工艺周期后，接着是给定数目的 反极性焊接过程周期，随后又是脉冲焊接过程周期等等。因此产生了混合特性曲线1的支撑点2。在这种情形下，其实质在于通过这样的混合特性曲线1，可以确定工件的热量 输入Pw，而通过纯焊接工艺的特性曲线1不能达到这一目的。因此保证了最初在混合 区域6选定的工作点3可以通过这样的方式调整以延伸到 纯焊接工艺的特性曲线场4中。在这种情况下，例如可通过沿χ轴方向移动工作点3使 工件的热量输入Pw保持恒定。为此，图示了恒定热量输入Pw的直线，将先选定的工作 点标记为3’，调整后的工作点标记为3，通过工作点3完成相应的焊接应用。优选地，这通过如下方式实现记录适用于位于焊接工艺的特性曲线场4和混 合区域6之间的过渡区的两条基本上完全相同的特性曲线1。这意味着，特性曲线场4的 最上面的特性曲线1基本上与混合区域6的最下面的特性曲线1相对应。反之，混合区 域6的最上面的特性曲线1基本上与特性曲线场4的最下面的特性曲线1相对应。这使 工作点3能够基本连续地调整。工作点3从而可以在恒定热量输入Pw下从混合区域移 入特性曲线场。就这一点而言，由算法带来的方案包括对于混合区域6和特性曲线场 4之间要求的插值，未使用特性曲线场4的支撑点2和混合区域6的支撑点2，而是，例 如，使用了特性曲线场4的基本上完全相同的支撑点2代替混合区域6的支撑点2。因 此，实际上解决了在混合区域的特性曲线1和特性曲线场4的特性曲线1之间无法进行插 值的问题。需要两条基本上完全相同的特性曲线1的原因在于，尽管基本上完全相同的 支撑点2具有几乎相同的效果，但是调整多个焊接参数可实现完全不同的焊接工艺。因此，所述算法可以在混合区域6到特性曲线场4的过渡区基本精确地执行，反 之亦然，这样总可以保证满足焊接要求。根据算法的第二种方法，本发明提供了 在混合区域6不记录和存储特性曲线 1，但是设置在所述混合区域中的工作点3要根据特性曲线场4的支撑点2单独确定，正 如图4所示。为了得到工作点3的调整值，工作点3由至少两个特性曲线场4的至少两个 支撑点2混合。通过混合的焊接工艺，例如，所述混合的焊接工艺由两个脉冲焊接工艺 周期和四个反极性焊接工艺周期交替构成，工作点3从而由至少两种纯焊接工艺构成。 这样的周期混合允许相应的精确调整以适应工件的热量输入Pw的调整值。这样的调整 通过根据本发明的算法以合适的方式实现。因为，根据本发明，与支撑点2有关的工件 的热量输入Pw已经被存储，所述算法能够根据至少两个支撑点2来确定工作点3。同样 地，所述算法能够根据特性曲线场4的两个支撑点2通过插值法确定出辅助点，所述辅助 点具有工件的热量输入Pw的相应的中间值。这意味着，例如，工作点3还可以由辅助点 和支撑点2混合，或者可以由两个辅助点混合。以这种方式，可以精确地确定调整值。在本例中焊接工艺以支撑点2和辅助点交替执行的方式进行。支撑点2和辅助 点之间转换时各自的数目由算法确定，这样使焊接工艺按照调整值执行。因此，支撑点2 和辅助点的交替使用与每一个焊接周期对应。从而，例如，焊接周期包括两个脉冲焊接 工艺周期与四个反极性焊接工艺周期交替。对于混合区域6，还应当指出的是，通常上述两种实现方法还可以结合，或者一 种方法的一部分可以用于另外一种方法。例如，两种方法从而都可以根据一个特性曲线 场4中的两个支撑点2来确定在混合区域6中调整的工作点3。由于到目前为止基本上仅讨论了保持工件的热量输入Pw固定，应当指出的是， 此方法可以类似地应用以保持送丝速度Vd恒定。尽管，根据本发明，在恒定的平均送丝速度vd下已经记录了支撑点2，但是当然仍需要算法来确定中间值。一般而言，还应当指出的是，对于工作点3和/或辅助点的插值，工件的热量输 入Pw的值通过分别调整具体焊接参数的曲线形状来保持恒定。这意味着，例如，调整焊 接电流Is(即曲线形状)的走向，这样会使得焊丝的溶着速率增加，同时热量输入Pw的 值保持不变。还应当指出的是，所述算法还将诸如在焊接过程中所谓的“飞边”或者电弧的 噪声之类的因素考虑在内以确定工作点3。具体而言，算法以考虑支撑点2的具体焊接参 数的差值的方式将这些因素考虑在内。如果差值超过定义的阈值，算法将采用另外的支 撑点2或者辅助点以分别确定工作点3或其调整值。—般而言，对于总的特性曲线场5还应当指出的是，对工件的至少每种材质要 记录并存储总的特性曲线场5。若需要，这可以进一步细分，这样将会增加总的特性曲线 场5的数目。
本发明另外重要的方面还在于存储工件的热量输入Pw以用于支撑点2。这极大 的方便了算法，因为后者能够直接使用工件的热量输入Pw的值。从而用于记录和存储支 撑点2的花费将相应地增加，然而这由于为用户大大提高了便利而变得无关紧要。工件的热量输入Pw的值必须根据焊接工艺的总的输出量相应确定，所述输出 量由焊机针对该焊接工艺基于焊接电压和焊接电流给出。这意味着，消散到焊丝中的 能量、通过辐射消散到环境中的能量和由工件吸收而消散的能量必须从总的输出量中扣 除。这样做时，此外，还必须考虑的是消散到焊丝中的一部分能量分别循环再利用到熔 池和工件。因此在每个焊接工艺中这些消散的能量不相同，从而工件的热量输入Pw也相 应的不同。因此，通过结合或者混合不同的焊接工艺(例如脉冲焊接工艺，CMT焊接工 艺和反极性焊接工艺)，使基于两个调整值的总的特性曲线场5尤为可行，其中在总的特 性曲线场5中工作点3可以适用于几乎任何焊接应用。这具体归因于所述调整值可以相 互独立地设置。工件的热量输入Pw的调整值在某种程度上像这样直接取决于焊接电流Is。因 此，还可以为每个支撑点2存储适当的校正系数以使用户能够正常调节焊接电流。工件 的热量输入Pw的值会相应地显示在控制面板上。
权利要求
1.一种控制具有熔化电极的焊机的方法，其中焊接工艺所需的焊接参数值存储在存 储装置中并且以所谓特性曲线(1)的形式通过每条特性曲线(1)至少一个支撑点(2)进行 保存，其特征在于，根据工件的热量输入(Pw)值和送丝速度(vd)值调整工作点(3)，其 中，当调整其中一个值以适应焊接应用时，通过算法使另一个值保持恒定，所述算法设 计为将相互兼容的数条特性曲线(1)分别组合成每种焊接工艺的特性曲线场(4)，并且 根据具体焊接参数的定义值存储所述特性曲线场(4)中特性曲线(1)的所有支撑点(2)的 焊接参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，送丝速度(vd)值恒定，分别存储对于 所述工件不同热量输入(Pw)值的支撑点(2)的焊接参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特性曲线场(4)分别根据脉冲 焊接工艺，CMT焊接工艺和反极性焊接工艺形成。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，单个焊接工艺的特性曲 线场⑷与共用的总的特性曲线场(5)耦合。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，由所述算法根据数个支 撑点(2)确定出辅助点。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，为了耦合所述特性曲线 场(4)，数条分别由两种焊接工艺组成的特性曲线⑴在混合区域(6)内以支撑点(2)的 形式存储于所述特性曲线场(4)之间，所述混合区域(6)分别根据特性曲线场(4)形成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为了保持数值恒定，所述算法通过以下 方式执行从特性曲线场⑷的每条特性曲线⑴中选择合适的支撑点⑵用于插值。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，那些形成所述特性曲线场(4)上边 界和下边界的混合特性曲线(1)大体上与所述特性曲线(1)对应，由此形成所述特性曲线 场(4)的排列在上方或下方的上部特性曲线(1)和下部特性曲线(1)。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，为了耦合所述特性曲线 场(4)，混合区域(6)均限定在所述特性曲线场(4)之间，并且为了保持数值恒定，所述 算法通过以下方式执行根据至少两个分别来自不同特性曲线场(4)的支撑点(2)来确定 设置在所述混合区域(6)的工作点(3)。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，为了耦合所述特性曲 线场(4)，混合区域(6)分别限定在所述特性曲线场(4)之间，为了保持数值恒定，所述 算法通过以下方式执行根据同一特性曲线场(4)的至少两个支撑点(2)来确定设置在所 述混合区域(6)的工作点(3)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，根据所述支撑点(2)，通过计算 定义数目的焊接周期来确定处于工作点(3)的所述工件的热量输入(Pw)值。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的方法，其特征在于，为每个支撑点(2)确 定并存储工件的热量输入(Pw)值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，基于焊接电压和焊接电流，根据用于 所述焊接工艺的焊机提供的总输出量来确定所述工件的热量输入(Pw)值。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的方法，其特征在于，通过改变具体焊接参 数的所述曲线的形状来调整进入工件的热量输入(Pw)值。
全文摘要
本发明涉及一种控制包含熔化电极的焊机的方法，其中焊接工艺所需的焊接参数的值存储在存储装置中，并且以所谓的特性曲线的形式通过每条特性曲线(1)至少一个支撑点(2)进行保存。为了创建这样的方法，本发明提出根据工件的热量输入(Pw)值和送丝速度(vd)值设置工作点(3)，其中当调整其中任何一个所述值以适应焊接应用时，另一个值通过算法保持恒定，所述算法设计为将相互兼容的多条特性曲线(1)组合以形成每种焊接工艺的特性曲线场(4)，并根据具体焊接参数的定义值保存所述特性曲线场(4)的特性曲线(1)的所有支撑点(2)的焊接参数。
文档编号B23K9/095GK102015186SQ200980114105
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年4月21日
发明者安德烈亚斯·绍尔, 约尔格·卡滋梅尔, 赫尔诺特·特劳纳, 马尔科·哈塞尔斯坦纳 申请人:弗罗纽斯国际有限公司