符合本发明的装置、系统和方法涉及焊接，并且更确切地涉及与焊接金属可靠性鉴别和智能耗材鉴别有关的装置、系统和方法。
背景技术：
在许多焊接应用中，焊接接头金属的性质和组成可以是母材(basemetal)或工件金属和焊接耗材(consumable)的组合。例如，在一些应用中，焊接接头金属可以是多达50-50的母材和耗材的混合物。这可以显著影响所得焊缝的强度、耐久性和物理性质。因此，恰当的耗材的选择对于所得焊缝可以是重要的。在这种情况下，恰当的耗材的选择很重要，但应当基于母材组成。在许多应用中，焊工难以确定母材的组成，然后难以鉴别恰当的耗材。此外，即使母材组成是已知的，焊工也可能不知道可获得的耗材的确切组成，因此可能难以鉴别恰当的耗材来获得所希望的焊接金属组成。因此，为给定的焊接操作和给定的母材选择恰当的耗材是很重要的。
通过将常规的、传统的和所提出的方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，此类方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。
技术实现要素：
本发明的示例性实施例是使用金属可靠性鉴别工具来恰当地鉴别母材组成并且将所述信息传递到电源控制器或其他计算机处理器的方法和系统。此外，耗材的可靠性鉴别是经由数据的键入或扫描进行的。基于母材和耗材数据，计算机/控制器确定来自焊缝的最终焊缝性质并且向用户提供可能的最终焊缝性质的指示。
附图说明
通过参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中：
图1是本发明的示例性焊接系统的图解表示；
图2是本发明的示例性焊接电源的图解表示；
图3是本发明的示例性焊接金属扫描系统的图解表示；
图4是可以用于本发明实施例的示例性分光仪的图解表示；
图5是本发明的耗材扫描系统的示例性实施例的图解表示；
图6是本发明的示例性显示器的图解表示；
图7是本发明的示例性实施例的流程图的图解表示；
图8a和图8b是根据本发明的示例性实施例的用户装置的图解表示；并且
图9是根据本发明实施例的示例性查找表结构的图解表示。
具体实施方式
现在将详细参照多个不同的和可替代的实施例并参照附图，其中相似的数字表示基本上相同的结构元件。每个实例是通过说明的方式而不是作为限制来提供的。事实上，本领域技术人员将清楚的是，可以在不脱离本披露和权利要求书的范围或精神的情况下作出修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分所图示说明或描述的特征可以被使用在另一个实施例上，以产生更进一步的实施例。因此，本披露旨在包括在所附权利要求书及其等效物范围内的修改和变化。
本披露总体上涉及焊接系统和焊接工艺。确切而言，本发明的实施例涉及诸如gmaw、gtaw、smaw、saw、fcaw等的焊接系统。应当注意，在一定程度上，在下文的实施例中讨论任何特定焊接操作类型，其讨论旨在为示例性的并且不限于本发明的其他示例性实施例。
现在转到图1，本发明的示例性焊接系统。焊接系统100包括焊接电源110，所述焊接电源具有基于处理器的控制器115和用户界面/显示器111。电源可以是任何类型的已知的焊接电源，并且本发明实施例不限于此。例如，电源100可以是由俄亥俄州克利夫兰的林肯电气公司(thelincolnelectriccompanyofcleveland,ohio)制造的powerwave，但实施例不限于此。由于此类电源的制造、构造和操作，其中强大且复杂的控制器是已知的，因此在此不需要详细描述。控制器115可以是控制焊接系统的操作的任何已知的基于处理器的控制器电缆，并且可以具有cpu、存储器等。显示器111可以是显示与焊接操作有关的操作数据、用户输入数据等的任何已知类型的显示器。显示器也可以是允许经由屏幕111输入用户输入数据的触摸屏类型。
系统100还可以包括耗材源125，耗材127经由送丝器120从所述耗材源供应给焊接操作，所述送丝器的操作是已知的。焊丝127被输送到任何已知类型的焊接工件或焊接金属w的焊炬130。因为焊接操作是众所周知的，所以在此不再详细描述。
图2是具有用户显示器111的示例性电源110的另一个描绘。电源110还可以具有各种用户输入控件130、辅助功率输出端135等。
图3描绘了本发明的示例性工件组成扫描系统。如图所示，分光仪200用于扫描有待焊接的工件/焊接金属。分光仪200可以是能够扫描焊接金属的任何已知类型的分光仪。分光仪可以是手持式类型或其他已知类型的。例如，分光仪200可以是在https://www.oxford-instruments.com/products/analysers/handheld-analysers/libs-analyzer-mpulse-series找到的分光仪。分光仪200可以具有屏幕210以显示工件的组成数据。在一些示例性实施例中，分光仪200经由通信连接件220耦合到电源110的控制器115上，以便将分光仪/组成数据直接传送到控制器115。在其他示例性实施例中，分光仪200至少包含发射器215，所述发射器可以将组成数据无线地发射到控制器115，所述控制器具有能够被链接以便与分光仪200的发射器215通信的接收器/发射器117。例如，通信链路可以经由蓝牙或其他已知的通信技术(诸如经由蜂窝或wi-fi链路等)进行。在其他实施例中，分光仪可以存储组成数据并再调用所述组成数据以便进行显示，这样使得用户可以经由界面将数据手动地键入到电源110中。在其他实施例中，分光仪200可以具有诸如usb等的通信连接端口，这样使得分光仪200可以连接到电源10上的对应端口上以便传输数据。
因此，在操作期间，用户使用分光仪200在焊接之前扫描有待焊接的工件w。通常，用户应当确保工件w的表面被清洁并且适当的涂层、铁锈等被去除，这样使得组成数据恰当地反映有待焊接的材料。在一些示例性实施例中，分光仪200用于扫描每个有待焊接的工件。典型地，至少两个工件被接合，并且分光仪可以用于确保它们具有相同的材料，具有相似的组成。也就是说，用户可以使用分光仪200经由显示器来确保工件是相似的且可以被接合。此外，此数据可以被传输/上传到电源控制器115，并且控制器115可以分析数据以便确保工件是类似的和/或可以被接合。在其他实施例中，仅捕获一个工件组成数据。如上所指示，此组成数据被传输/提供给控制器115，所述控制器接收并存储数据以供使用，如以下进一步所解释。
图4描绘了具有显示器210的分光仪200的示例性实施例。分光仪200可以使用各种方法来确定工件组成。例如，分光仪可以是扫描式、接触式等。显示器210可以用于可视地显示组成信息230，所述组成信息可以包括例如镍含量、铁含量等。此组成信息经由通信链路供应到电源的控制器115或经由界面111由用户手动键入到所述控制器。
图5描绘了本发明的另一个示例性方面。如所描绘的，耗材127由耗材源125(例如耗材包装)提供。耗材包装125可以是任何已知类型的包装，例如卷轴、线轴、箱子、散装包装等。包装125具有标识符510，所述标识符可以是可以用于标识包装中的耗材127的任何已知类型的标识符。例如，标识符可以是upc符号、qr码、条形码、序列号等，并且还可以是诸如rfid标签等的标识符。标识符510可以用于标识耗材类型和耗材组成的至少一些方面。在一些系统中，扫描仪500可以用于扫描标识符510。扫描仪500可以经由有线或无线连接耦合到控制器115上，例如扫描仪500可以具有发射器501，所述发射器无线地耦合到控制器115上以便将扫描数据发射到控制器115。来自标识符510的扫描数据标识了由控制器115识别的特定耗材类型。控制器115可以包含数据库或查找表，所述数据库或查找表将耗材127的组成/结构和/或类型与来自标识符510的扫描数据相对应。因此，一旦由控制器接收到来自标识符的标识数据，所述标识数据就被用于查找存储在控制器115中的耗材数据。注意的是，在其他实施例中，用户可以例如用序列号等简单地手动键入耗材的标识。
控制器115然后使用扫描的材料组成、来自其查找表的耗材信息以及至少一些用户信息中的每一者来确定使用耗材与扫描的焊接金属组成完成的焊缝的至少一个性质。例如，使用输入信息，控制器115确定有待使用输入数据(例如，分光仪数据，耗材数据和一些焊接工艺数据)完成的焊缝的性质，诸如焊缝韧性、屈服强度等。
图6描绘了电源110上的显示预测的焊缝性质600的示例性显示器111。如图所示，显示预测的焊缝韧性，以便在将至少一个焊接工艺性质、工件组成和有待使用的耗材考虑在内来完成焊缝时向焊工提供关于预期焊缝韧性的指导。例如，显示器可以提供彩色指示，其中红色指示器指示不良的焊缝韧性，黄色指示器指示中等的焊缝韧性并且绿色指示器指示最佳或所希望的焊缝韧性。此信息可以用多种不同的方式显示。例如，可以显示提供最大可能韧性的指示的指示器条以及指示与最大可能水平相关的预测的韧性的第二指示器。这允许用户对焊接工艺中正在使用的耗材做出合理的决定，以便实现所希望的焊缝熔敷物参数。
在示例性实施例中，控制器115可以具有基于母材、耗材和焊接工艺特性的各种组合用预测的焊缝熔敷物特性预编程的查找表。当控制器115接收到信息时，查阅查找表以确定预计的焊缝熔敷物性质，并显示此信息。在其他示例性实施例中，控制器115对于给定的焊接工艺类型和/或焊接参数具有确定的混合物百分比。基于所确定的混合物水平，控制器115可以使用来自工件和耗材中的每一者的材料组成，并且可以确定焊道的最终组成，并且使用所述焊道信息可以确定焊道的性质。这将在以下进一步解释。
图7描绘了如本文描述的示例性工艺的示例性流程图。在710处，利用分光仪扫描工件或焊接金属，并且720将焊接金属组成键入到处理器。可以经由分光仪与控制器之间的通信链路来手动键入或自动键入工件组成。然后，730将可以包括耗材组成的耗材数据键入到控制器中。再次，这种键入可以通过手动方式，通过实际键入耗材组成信息，或经由使用被标识的序列号或零件号来完成。可替代地，如先前讨论的，可以使用扫描的标识符标签将耗材组成键入到控制器。利用与特定耗材相对应的特定标识符，控制器可以使用查找表等来上拉组成数据或特定耗材，从而使得信息可以被控制器使用。然后740可以键入焊接工艺信息。焊接工艺信息可以由用户经由用户界面或电源上的任何输入控件键入。焊接工艺信息可以包括以下各项中的任一项、全部或某种组合：焊接工艺类型(gmaw、smaw、串联等)；焊接通道数量；熔敷速率；焊丝直径；送丝速度；热量输入；耗材数量；助焊剂类型(如果不是耗材的一部分)；保护气体；工件厚度、焊接接头尺寸、焊接接头类型、焊接接头设计、焊接工艺参数(诸如安培数、电压、行进速度等)或用于限定焊接的一个方面的其他用户输入。注意的是，控制器可以具有针对给定工艺的预先存储的焊接信息。也就是说，用户只需要选择“焊接工艺1”，所述“焊接工艺”将具有与其相关联的某些预设的焊接工艺参数。当然，这些参数可以根据需要针对给定工艺或用户需求进行定制。然后750可以将所希望的焊道性质键入到控制器中。例如，用户可以键入所希望的焊缝韧性、屈服强度、拉伸强度等。可替代地，所希望的焊缝性质可以与预编程或以其他方式存储在控制器中的特定焊接工艺相关联。在其他示例性实施例中，用户不仅可以限定所希望的焊道性质水平(韧性水平、强度水平等)，而且用户还可以定义可接受水平或最低水平。因此，例如，在这些附加水平的情况下，如果所确定的焊道参数将处于或高于所希望水平，则显示器可以显示绿色，如果所确定的焊道参数将处于或高于可接受/最低水平但低于所希望水平，则显示黄色，如果参数将低于可接受水平，则显示红色。
当然，应当注意的是，虽然以上讨论的和图7中所示的步骤710至750以特定顺序显示，但实施例不以这种方式进行限制。确切而言，数据键入控制器中的顺序可以按任何顺序发生。也就是说，图7中所示的710至750的顺序可以按任何顺序发生，并且实施例不限于此。
利用以上焊接工艺数据740，控制器然后确定最终焊缝熔敷物的预期混合物。也就是说，控制器然后确定工件材料与耗材材料的比率。例如，对于给定工艺，控制器可以确定的是，焊接工艺将提供50-50的混合物，或者最终焊道的50％将是工件材料并且50％将来自耗材。当然也可以确定其他比例，例如80-20、70-30等。这些预计的焊缝熔敷物混合物比率可以通过使用查找表或相似的结构来确定，所述查找表或相似的结构是基于个例数据来预编程的，所述个例数据将被确定为混合物比率的决定因素的各种输入参数考虑在内。这些可以是例如接头设计、接头尺寸或以上引用的或用于确定混合物的任何其他参数。当然，本发明实施例可以使用上述焊接工艺信息中的全部、一者或任何组合来确定混合物比率。也就是说，查找表可以具有针对焊接工艺参数的任何组合的预编程的混合物比率，并且基于输入，控制器使用其存储信息来确定混合物比率。此外，在其他示例性实施例中，如本文描述的，可以由用户键入预计的混合物。
在所确定的混合物比率的情况下，控制器然后利用来自工件材料和耗材中的每一者的组成信息来770确定完成的焊缝熔敷物的预期最终组成。也就是说，控制器将使用来自工件和耗材中的每一者的每种元素的相应量，并且使用所确定的比率可以确定最终焊缝熔敷物的预计或预期组成。例如，控制器可以从工件和耗材中的每一者中取出一定量的铁并将它们组合，并且使用耗材和工件中的每一者中的铁的相对量与所确定的比率可以确定最终焊缝熔敷物中的铁量。当然，这可以对工件和耗材中的每一者中的所有组成元素进行。当然，已知在某些情况下，耗材中的某些元素将在电弧焊工艺中丢失，例如在产生炉渣时。控制器可以用存储数据预编程来将这种损失考虑在内。
在770确定了焊缝熔敷物确定之后，控制器然后可以780确定焊缝熔敷物的估计性质。例如，使用所确定的组成，控制器可以确定焊缝熔敷物性质，诸如估计的或预计的焊缝韧性、焊缝拉伸强度或焊缝屈服强度。在一些示例性实施例中，控制器可以再次使用查找表等，所述查找表具有对应于可能的焊缝组成的各种焊缝性质。可以使用个例测试数据或其他数据对查找表进行预编程，这样使得估计的焊缝熔敷物性质代表具有对应组成的实际焊道的焊缝熔敷物性质。当然，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以使用其他方法论或算法。
在780确定焊缝熔敷物性质之后，控制器将所确定的一个或多个性质与所希望的或用户输入的焊缝熔敷物性质进行比较并且790显示比较结果。数据的视觉显示可以简单地显示所确定的焊缝熔敷物性质，也就是说，显示所确定的韧性、强度等，但也可以显示如上解释的信息。也就是说，如果所确定的性质达到或超过所希望的或所键入的性质，则显示器可以提供诸如使用绿灯的指示或其他视觉指示。如果控制器还键入/使用了最低阈值，则显示器可以显示黄色指示，所述黄色指示表明所确定的性质介于最低水平与所希望水平之间，并且如果没有达到最低所希望阈值，则可以显示红色指示。在其他示例性实施例中，如果所确定的焊缝熔敷物性质将小于设定水平或所希望水平，则控制器可被编程用于锁定焊接操作。
图8a和图8b描绘了可以用于本发明实施例的装置800的另一个示例性实施例。首先，装置800可以是任何已知类型的计算机、处理器或基于cpu的装置(包括焊接电源本身)、膝上型计算机、诸如智能电话或平板计算机的第三方手持式装置、或能够处理本文描述的信息并且提供接收用户输入数据和/或经由显示器810向用户显示信息的能力的任何其他装置。这些图中所示的实施例本质上旨在是示例性的，并且不限于所示的实施例。
图8a描绘了本发明实施例的示例性用户输入屏幕。如上所述，用户可以在键入字段820中键入所希望的焊缝性质。在所示的实施例中，用户将使用温度和平均韧性键入所希望的cvn韧性。如图所示，此输入信息用于“双面”或双通道焊接操作。当然，各种不同的屏幕和输入结构可以用于不同类型的焊接操作。例如，不同的屏幕可以用于“根部通道”等。如所指示的，用户在字段820中键入所希望的性质。当然，这可以通过选择预编程的焊接操作来自动填充。然后可以填充母材组成字段830。在所示的实施例中，示出了元素c、si、mn、cr、mo、ti、nb、v、o和n。在一些实施例中，这些可以仅是本文描述的实施例的适当操作所需的元素。也就是说，如果基材(basematerial)具有未在此示出的其他元素，则分析不需要存在。在其他实施例中，显示器将简单地示出基材的检测到的元素并且不具有如图8a所示的一组预先确定的字段。数据字段830然后可以经由以上讨论的分光仪扫描来填充，并且可以从分光仪“自动填充”或者可以由用户简单地填充。注意的是，在一些示例性实施例中，系统的计算机/控制器和/或在装置800上运行的程序可以具有用于与已知材料相对应的每个元素的多个存在范围，所述材料可以被焊接或与系统或装置内的耗材数据兼容。在此类实施例中，如果在一个或多个字段中键入的数据不属于预定义的限值内，则可以显示出错消息，所述出错消息向用户指示基材未被系统标识或支持。例如，在一些实施例中，支持具有特定范围％的碳(c)的基材，并且如果基材被扫描/键入为具有比标识的更多或更少的碳，则向用户显示出错消息。一旦键入了数据，用户然后就可以选择导致图8b所示数据的“计算”840(或其他相似的过程/功能)。
在图8b中，示出了相同的装置800，并且其使用本文描述的实施例可视地描绘了预测的参数。例如，可以显示预测的参数图像/图表850。在所示的实施例中，预测的韧性被显示为具有所希望的要求阈值851-其对应于在字段820中输入的数据。因此，显示所希望的性质水平或阈值851的显示。另外，系统/控制器可以使用具有上限852和下线853的公差窗口。公差窗口表示相对于输入水平851的+/-阈值，其表示对焊接操作的最终预测结果的置信度。公差窗口，即高于和低于输入水平851的％可以针对所有应用预先确定，或者在替代实施例中，可以反映估计结果的置信水平的公差窗口是基于用户输入数据的。例如，取决于输入参数的各种组合，个例数据或实验数据可以示出取决于用户输入数据、焊接工艺数据等的结果的置信水平的变化。例如，在具有输入数据的第一组合的第一应用中，系统在估计的焊缝性质结果中可以具有+/-10％的置信水平，而在具有输入数据的第二组合的第二应用中，可以使用+/-15％的置信水平。这些不同的置信水平将用于确定公差窗口的上限和下限。各种置信水平可以基于实验数据来确定，并且经由查找表或相似的存储/再调用结构而存储在控制器/系统中。
如图8b所示，可以示出多个条形图指示860或其他相似的指示器，以便基于可以用于焊接的不同可能的耗材来指示预测的焊缝质量。这也可以与其他指示器类型865一起示出。如以上所示和讨论的，可以使用各种指示技术来基于基材和耗材的组合可视地描绘预测的焊缝质量或属性。例如，如图所示，预测l-56型耗材会超过公差窗口的上阈值852，并且因此以绿色示出。当然，可以提供其他视觉描绘或指示。l-61型耗材被示出为橙色或黄色，以指示预测的焊缝性质将超过所希望的输入水平，但低于公差窗口的上限852。对于la-71和l-s3型耗材中的每一种，指示均为红色，从而指示这些耗材的使用可能不会产生所希望的焊缝性质。注意的是，在一些实施例中，低于所希望水平851的所有预测的焊缝性质被示出为红色，即使它们高于下公差窗口阈值853。然而，在其他实施例中，公差窗口内的所有预测结果可以被示出为黄色/橙色。用于任何耗材/基材组合的视觉描绘也可以基于预测结果的置信度。例如，在预测结果具有第一置信水平(例如在+/-10％的水平下)的情况下，低于所希望水平851但高于下限853的任何预测结果可以被示出为黄色或“边界线”，而如果置信水平更高(例如+/-15％)，那么相同的情况将被示出为红色或“低置信度”。如图所示，还可以示出色键870以向用户提供适当的指导。在所示的实施例中，用户可以键入作为所显示的耗材的他/她可用的各种耗材。可替代地，系统可以显示最适合应用的耗材。当然，在其他示例性实施例中，在用户键入单个耗材(或如上所述地扫描耗材)的情况下，则只有所述耗材被示出为具有适当的视觉指示。
在实施例中，如果示出了多个耗材，则用户可以选择有待使用的耗材，并且可以经由已知的通信方法和系统来存储和/或与其他装置共享选定的组合。
图9示出了可以用于本发明实施例的查找表或数据结构的代表性视觉描绘。如图所示，用于用户输入参数的特定组/组合的表格包括多种基材组成，其可以基于有待遇到的预计基材进行预编程。此外，表格包括多个可用的电极，所述电极也是可用的并存储在数据库中，并且使用个例或实验数据来示出-40°f下的相对cvn韧性。当然，这个表格是示例性的，并且在不同温度下对于韧性会有不同的填充，并且对于不同的焊缝性质(诸如屈服强度等)会有不同的填充。如图9所示，各种数据字段示出了基材和耗材的每种组合的不同的预测韧性水平。此数据然后用于明确表达图8b所示的显示。例如，如果所希望韧性(由用户键入)在-40°f下为70ft-lb，并且基材为#5，则耗材a、b、c和d中的每一者将被示出为绿色以提供将达到所希望韧性的高置信水平。电极e可以被示出为红色以指示可以达到韧性的低置信度。耗材f被示出为与基材#5不兼容，因此可以向用户提供出错消息等，以便指示不应当使用所述耗材。
通过以上工艺和描述的指示，如果指示是焊缝熔敷物性质是不希望的，则用户可以选择并扫描可以提供更好的最终焊缝的不同耗材，或者简单地选择提供高置信水平的所示耗材中的一种以便给与所希望性质。因此，本发明实施例可以有助于确保针对给定的焊接操作和给定的焊接工件选择恰当的耗材。
在其他示例性实施例中，控制器可以使用焊接工艺数据、工件组成和所希望的焊缝熔敷物性质(经由用户键入)来确定可以用于实现一个或多个所希望参数的耗材或多种不同耗材。因此，用户每次都可以确保恰当的耗材选择。
在上述实施例中，接收和分析所提供信息的控制器/处理器在电源内。然而，在其他示例性实施例中，这可以经由单独的计算机装置(包括像膝上型计算机、平板计算机等的手持式装置)来完成。控制器不一定在电源中，但可以在电源中。
虽然已参照某些实施例描述了本申请的主题，但是本领域技术人员将理解，在不脱离主题的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以替换等效形式。此外，可以进行许多修改以使具体的情况或材料适应主题的传授内容而不脱离其范围。因此，所旨在的是，主题内容不受限于所公开的特定实施例，而主题内容将包括落入在此所描述的范围内的所有实施例。