用于在焊接工艺期间监控惰性气体的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201380021027.2 | 申请日 | 2013-11-11 | 公开(公告)号 | CN104822481B | 公开(公告)日 | 2016-07-06 |
| 申请人 | 弗罗纽斯国际有限公司; | 发明人 | 约翰尼斯·齐默尔; 戴维·沙林格; 曼纽尔·格拉德奥尔; 赫尔穆特·普夫吕格尔梅尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于在使用 焊枪 (7)进行的 焊接 工艺中监控惰性气体(5)的方法和设备(30)，其中，借助至少一个 传感器 (Si)测量至少一个测量变量(Pi)，所述测量变量(Pi)取决于惰性气体(5)的类型。根据本发明，测量惰性气体(5)的至少两个测量变量(Pi)，并且将惰性气体(5)的所述至少两个测量变量(Pi)的测量值(Mi)与所述至少两个测量变量(Pi)的数个存储值(Mi’)进行比较，所述存储值(Mi’)与惰性气体类型(Gi)相关联，并且显示惰性气体类型(Gi)，对于所述惰性气体类型(Gi)而言，至少两个测量变量(Pi)的分配值(Mi’)最接近于惰性气体(5)的至少两个测量变量(Pi)的测量值(Mi)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在使用焊枪(7)进行的焊接工艺期间监控惰性气体(5)的方法，其中，借助至少一个传感器(Si)测量至少一个测量变量(Pi)，所述测量变量(Pi)取决于惰性气体(5)的类型，其特征在于，测量惰性气体(5)的至少两个测量变量(Pi)，并且将惰性气体(5)的所述至少两个测量变量(Pi)的测量值(Mi)与所述至少两个测量变量(Pi)的存储值(Mi’)进行比较，所述存储值(Mi’)与数个惰性气体类型(Gi)相关联，并且显示惰性气体类型(Gi)，对于所述惰性气体类型(Gi)而言，所述至少两个测量变量(Pi)的分配值(Mi’)最接近于惰性气体(5)的所述至少两个测量变量(Pi)的测量值(Mi)。 |
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| 说明书全文 | 用于在焊接工艺期间监控惰性气体的方法和设备技术领域[0002] 此外，本发明涉及一种用于在使用焊枪进行的焊接工艺期间监控惰性气体的设备，其中，设置有至少一个用于测量至少一个测量变量的传感器，所述测量变量取决于惰性气体的类型。 [0003] 虽然本申请的主题是针对于焊接工艺期间的惰性气体的监控，但是术语“惰性气体”也涵盖焊接工艺期间使用的其他气体，例如，组成气体、工艺气体和输送气体。 背景技术[0004] 从现有技术中已经知晓了用于确定焊接工艺中使用的惰性气体的方法和设备。例如，AT 504964 B1描述了一种用于测量惰性气体的设备和方法，其中，通过确定惰性气体中的氧气的含量来测量惰性气体的保护效果。 [0005] WO 2009/031902 A1示出了依赖于焊接电流来控制惰性气体的流量，从而获得气体流量，所述气体流量尽可能是恒定的。 [0006] US 2011/163072 A1描述了一种用于控制焊接设备的焊接系统和方法，其中，在统计分析之后借助图表，由特定的设定焊接参数(诸如焊接电流和焊接电压)来确定特定的焊接参数，所述特定的焊接参数也包括最佳的惰性气体类型。无法确定焊接工艺中使用的惰性气体的类型。 [0007] 由于确定惰性气体的类型或其组成是相对复杂的，例如使用色谱仪进行确定，因此还没有在焊接设备中采用。 发明内容[0008] 因此，本发明的目的是提供用于监控惰性气体的上述方法和上述设备，所述方法和设备使得能够得出有关惰性气体类型的结论。以尽可能简单并且成本有效的方式实现所述方法和设备应当是可能的。 [0009] 关于所述方法，本发明的目的通过以下方式得以解决：测量惰性气体的至少两个测量变量并且将惰性气体的至少两个测量变量的测量值与至少两个测量变量的数个存储值进行比较，所述存储值与惰性气体的类型相关联，并且，显示惰性气体的类型，对于所述惰性气体类型而言，至少两个测量变量的分配值最接近于惰性气体的至少两个测量变量的测量值。根据本发明，测量惰性气体的至少两个测量变量并且将其与所述惰性气体相关联，作为一种指纹。然后将惰性气体的测量指纹与已知惰性气体的存储指纹相比较，并且在焊接设备的显示器上显示其指纹与测量的惰性气体的指纹最符合的惰性气体类型。这意味着，对于两个测量变量，形成一对数值，并且将其与存储的成对数值相比较。当选择惰性气体的易测量的测量变量时，可以以相对低成本并且简单的方式实施所述方法，从而使所述方法也能应用在焊接工艺中或者应用在焊接设备上。惰性气体的可能的测量变量包括，例如，热容量、温度、粘度、密度、临界流量(即，其中出现从层流向紊流的转变的流量)，等等。对于在焊接技术中使用的惰性气体，在控制条件下测量惰性气体的至少两个测量变量，并且将所述数值与各自的惰性气体类型相关联。从而，建立、存储和保存一种针对实际惰性气体类型的包含测量变量的各自相关联数值的表格、特性或图解，作为焊接设备中的说明书。 然后根据所述说明书来比较惰性气体的至少两个测量变量的测量值，选择最可能的惰性气体类型并且在焊接设备上显示出来。由此，焊接操作员能够检查焊接设备的显示器，从而得知焊接工艺中正在使用哪种惰性气体。因此，对于焊接操作员来说，只发布对于所选惰性气体可行的那些配置选项。焊接设备自动进行所述发布，从而有利于焊接操作员进行配置。 [0010] 优选地，作为惰性气体的测量变量，测量惰性气体的热容量和压差作为测量变量，它们用作对于质量流率和体积流率的量度，并且，将热容量和压差的测量值与热容量和压差的数个存储值相比较，所述存储值是与惰性气体类型相关联的，并且，显示一种惰性气体类型，对于这种惰性气体类型而言，热容量和压差的分配值最接近于热容量和压差的测量值。 [0011] 可以使用量热式质量流量测量法以特别简单并且低成本的方式测量惰性气体的热容量和/或质量流率。在这种热流量计中，例如，在惰性气体的路径中对加热元件进行加热，并且，使用至少一个温度传感器检测惰性气体的热传输。为此目的，也可以将传感器集成在加热元件中。在薄膜技术中，能够以特别简单并且节省空间的方式实现这种量热式质量流率测量方法。相同地，也可以保持温度恒定并且相应地测量电流和/或热容量，以保持温度恒定。 [0012] 可以借助现有技术中已知的传感器合适地在孔板上测量惰性气体的压差和/或体积流率。这里，借助作为惰性气体在两个位置上的压力差的压差来测量体积流率。也可以以相对简单的方式并且以小的尺寸来实现这种测量方法。 [0013] 如果比较惰性气体的至少两个测量变量的测量值和至少两个测量变量的与数个惰性气体类型相关联的存储值没有产生明确的结果，并且相关联的存储值都与测量值具有同等的差距，则优选显示这两种惰性气体类型。然后，焊接操作员可以在显示器上选择与实际情况一致的惰性气体类型，或者，如果需要，可以重复测量惰性气体。 [0014] 如果另外将惰性气体的温度作为惰性气体的另一测量变量加以考虑，则可以对惰性气体进行更加准确的确定。由于作为对于质量流率和体积流率的量度，惰性气体的许多测量变量(特别是热容量和压差)取决于温度，因此可以在检测惰性气体的温度时相应地对此加以考虑，并且可以更加准确地测量惰性气体的类型。 [0015] 根据本发明的另一个特征，无论何时惰性气体的至少两个测量变量的测量值之差超过所述至少两个测量变量的与数个惰性气体类型相关联的存储值的门限值，都希望发出警报。如果测量变量与存储值相差太大并且比较的结果太不准确，则向焊接操作员或者直接向焊接机器人发送声学警报或者光学警报，要求重复进行测量。 [0016] 如果测量惰性气体的流率和/或回流压力并且检测到没有达到惰性气体的流率和/或回流压力的给定门限值，则可能会发出焊枪出现任何可能的污染的警报。原则上，可以直接在任何位置上对惰性气体进行测量，或者间接地借助惰性气体的压力在任何位置上对惰性气体进行测量。当实质上在焊枪内进行测量时测量结果将会更加准确，因为是在最接近污染的位置进行的测量。但是，在从储气罐到焊枪的管线的合适位置上，在焊枪内进行测量也是可行的，检测并且评估回流压力。关于这一点，在焊接工艺期间连续地进行测量也是有利的，从而能够生成压力柱状图并且得到有关污染的信息。 [0017] 有利地，每当没有达到惰性气体的流率和/或回流压力的调节门限值时，都自动地对焊枪进行清洁。例如，机器人能够启动清洁设备，并且可以以机械或磁力方式清洗掉焊枪(特别是焊枪的气体喷嘴)上的任何杂质。 [0018] 还能够借助上述用于在使用焊枪进行的焊接工艺期间监控惰性气体的设备实现本发明的目的，其中，设置有至少一个用于测量惰性气体的至少两个测量变量的传感器，并且，设置有用于存储至少两个测量变量的数个惰性气体类型和与这些惰性气体类型相关联的数值的存储器，设置有用于比较惰性气体的测量值和与所述数个惰性气体类型相关联的存储值的装置，并且设置有用于显示惰性气体的显示器，与所述惰性气体相关联的数值最接近于测量值。这种设备相对容易实现，特别是因为在任何情况下存在于焊接设备中的设备(例如控制设备)都可以用于此目的。关于监控设备的其他优点，请参见前面针对本方法的描述。为了测量至少两个测量变量，可以使用能够测量两个测量变量的传感器，或者也可以使用两个用于在每种情况下测量惰性气体的一个测量变量的传感器。 [0019] 如上所述，测量惰性气体的热容量和压差作为测量变量是特别合适的。 [0020] 关于这一点，优选地，通过量热式质量流率传感器形成用于测量惰性气体的热容量和/或质量流率的传感器，所述量热式质量流率传感器可以在薄膜技术中实现。 [0021] 优选地，通过至少一个压差传感器形成用于测量惰性气体的压差和/或体积流率的传感器。 [0022] 将焊接设备的显示器设计成显示两种惰性气体类型，与这两种惰性气体类型相关联的惰性气体的至少两个测量变量的存储值与惰性气体的至少两个测量变量的测量值具有同等的差距。如果惰性气体的测量指纹恰好位于两个存储指纹中间，则这两种惰性气体类型都显示在焊接设备的显示器上并且焊接操作员进行选择或者重复测量。 [0023] 如果设置用于测量惰性气体的温度作为惰性气体的另一个测量变量的传感器，则可以更加准确地检测惰性气体类型。借助能够被小型化的传感器，可以相对容易地检测惰性气体的温度。 [0024] 根据本发明的另一个特征，如果惰性气体的至少两个测量变量的测量值与惰性气体的至少两个测量变量的相关联存储值的差值超过预先设定的门限值，则设置用于发出光学和/或声学警报的报警设备。在这种情况下，如果测量值偏离存储值过大或者如果惰性气体的测量指纹偏离存储指纹过大，则会发出相应的警报，所述警报将会使焊接操作员或者焊接机器人重复测量惰性气体。 [0025] 优选地，在与焊枪相连接的电源中布置至少一个用于测量惰性气体的至少两个测量变量的传感器。 [0026] 如果，额外地，设置了用于测量惰性气体的流率和/或回流压力的传感器，则无论何时测量到的流率和/或回流压力小于门限值，这都可能暗示焊枪被污染并且可能会将相应的警报发送给焊接操作员或者焊接机器人。 [0028] 参见附后的示意图对本发明进行更加详细的描述，其中： [0029] 图1是焊接设备的示意图； [0030] 图2是用于在焊接工艺中监控惰性气体的方法的方框图； [0031] 图3是惰性气体的两个测量变量的数个存储值的特性曲线的例子，所述存储值与惰性气体类型相关联；以及 [0032] 图4是方框图，用于示出检测作为焊枪的可能污染指标的惰性气体流量。 具体实施方式[0034] 焊接设备1包括电源2、控制装置4，以及其它部件和线路(未示出)例如，开关元件、控制阀门，等等，电源2包括布置在其中的供电单元3。控制装置4，例如，连接至控制阀门，控制阀门布置在用于惰性气体5的位于气体存储罐6和焊枪7之间的供给管线中。 [0035] 另外，例如，可以通过控制装置4来激活用于从供丝鼓筒10或者从位于焊枪7的区域中的线盘馈送焊丝9的设备8，这在MIG/MAG焊接中是常见的。当然，也可以将馈送设备8集成在焊接设备1中，特别是集成在电源2的外壳11中，而不是如图1所示作为附加设备设置在滑动架12上。还可以将焊丝9的馈送设备8直接地放置在焊接设备1上，其中，将电源2的外壳11设计在用于接纳馈送设备8的上表面上，并且可以省略滑动架12。 [0036] 也可以从位于焊枪7外部的馈送设备8向加工位点馈送焊丝9，其中，优选地，将非熔化电极布置在焊枪7中，这在WIG//TIG焊接中是常见的。 [0037] 从电源2的供电单元3经由焊接线路(未示出)向焊枪7供给用于在焊丝9和工件14之间产生电弧13的电流，工件14由一个或者数个零件组成。工件14经由用于另外电势的另一条焊接线路(未示出)特别是主体电缆连接至电源2，从而可以经由电弧13建立用于加工的电路。 [0038] 为了冷却焊枪7，通过将任何可能的部件(例如流量监控器)互联，将焊枪7经由冷却设备15连接至用于容纳液体的容器，特别是包括液面指示器17的水罐16。一旦启动焊枪7，冷却设备15特别是用于放置在水罐中的液体的液体泵就被发动，从而对焊枪7进行冷却。 如示出的实施方式中可以看到的，冷却设备15放置在滑动架12上，电源2随后放置在冷却设备15上。焊接设备1的各个部件，即电源2、馈送设备8以及冷却设备15，被设计成都具有相应的凸起或者凹槽，使得它们能够稳定地彼此堆叠在一起或者一个接一个摞在一起。 [0039] 焊接设备1特别是电源2进一步包括输入和/或输出设备18，经由输入和/或输出设备18可以调节和/或激活并且显示焊枪1的各种不同的焊接参数、操作模式或者焊接程序。经由输入和/或输出设备18调节的焊接参数、操作模式或者焊接程序被传送给控制装置4，由此触发焊接设备1的各个部件和/或预先确定用于调节或控制的相应的设定点。当使用相应的焊枪7时，也可以经由焊枪7进行调节，为此目的，在焊枪7上装配焊枪输入和/或输出设备19。优选地，焊枪7经由数据总线(特别是串行数据总线)连接至焊接设备1(特别是电源2或者馈送设备8)。为了启动焊接工艺，在大多数情况下，焊枪7包括启动开关(未示出)，当启动开关被启动时，启动开关将会点燃电弧13。为了保护焊枪7不受电弧13散发的辐射热的影响，可以在焊枪7上装配隔热罩20。 [0040] 在示出的实施方式中，焊枪7经由套装软管21连接至焊接设备1，其中，套装软管21可以经由反扭结元件22固定在焊枪7上。套装软管21容纳从焊接设备1延伸至焊枪7的各个管线，所述管线例如是供给管线、用于焊丝9、惰性气体5、冷却回路、数据传输的管线，等等，然而主体电缆优选单独连接至电源2。优选地，套装软管21经由联结设备(未示出)连接至电源2或者馈送设备8，然而套装软管21中的各个管线借助反扭结元件安装在焊枪7上或者安装在焊枪7中。为了确保能够相应地消除套装软管21的应力，可以将套装软管21经由应力消除装置(未示出)连接至电源2的外壳11或者馈送设备8。 [0041] 基本上，对于不同的焊接工艺或者焊接设备1，不是必须使用或者采用所有上述部件。焊枪7也可以设计成空气冷却式焊枪7，并且可以省略冷却设备15。焊接设备1至少由电源2、馈送设备8，至多还有冷却设备15组成，由此，也可以将这些部件布置在共同的外壳11中。也可以布置其他零件或者部件，例如在馈送设备8上布置磨损保护装置23或者在用于气体存储罐6的支撑装置25上布置任选的支架24，等等。 [0042] 图1所示的焊接设备1的实施方式仅仅构成许多可选项中的一个。特别地，焊接设备1可以在以下方面显著变化：焊丝9的馈送、套装软管21的长度、焊丝9的馈送设备8的类型、位置和数目，以及是否存在焊丝缓冲器(未示出)，等等。 [0043] 图2示出的方框图用以显示用于在使用焊枪进行的焊接工艺期间监控惰性气体的方法，其中，借助至少一个传感器Si测量惰性气体的至少两个测量变量Pi。关于这一点，每次可以使用一个传感器Si来测量惰性气体的一个测量变量Pi，或者使用一传感器Si来测量惰性气体的数个测量变量Pi。用于监控惰性气体的设备30进一步包括存储器31，在存储器31中，给每个惰性气体类型分配至少两个测量变量Pi作为测量值Mi’并且存储。一旦在测量值Mi的相应设备32中进行可能的预先处理，就在比较装置33中将测量值Mi与存储值Mi’相比较，所述测量值Mi由传感器Si测量。关于这一点，测量值Mi代表测量变量Pi的测量值。然后，在显示器34上显示其分配值Mi’最接近惰性气体的测量值Mi的至少一种惰性气体类型Gi。检测到的惰性气体类型也对参数的设定和/或焊枪的构造有影响，影响在于例如只能选择对于检测到的惰性气体类型可行的那些特征线。这也适用于各个参数，诸如工件的材料，或者安培数。这意味着构造可能性是有限的和/或给定的。作为惰性气体的测量变量Pi，优选测量惰性气体的热容量和压差作为对质量流率和体积流率的量度。测量取决于影响量，诸如温度T、粘度、密度ρ、导热性等等，藉此影响量相应地取决于惰性气体。因此，出现了惰性气体测量变量Pi的相应不同的测量值Mi。 [0044] 一旦在焊接程序之前分配惰性气体，就调节传感器使其适应所述惰性气体，从而能够在焊接程序期间测量质量流率和/或体积流率。因此，优选使用的传感器是质量流量传感器。 [0045] 图3示出存储的测量值的实例，其中，绘制惰性气体的热容量和压差的曲线，作为两个测量变量P1和P2。借助量热式质量流量传感器确定热容量。在孔板上例如在隘路上测量压差。在实验室条件下或者在校准之后，对于在焊接方法中使用的惰性气体，检测测量变量P1和P2的数值，并且通过特征线限定相应的惰性气体类型。将惰性气体的测量变量P1和P2的测量值与存储值相比较，选择并显示与测量值最接近的惰性气体。以等同的方式，可以用温度升高量或其他测量变量来代替热容量。使加热元件例如在恒定温度下工作以保存数值。在惰性气体流经时保持温度恒定所需的电能，与热传输相应地成比例。以等同的方式，这也能够借助用于加热元件的电流间接地测量。 [0046] 图4最终示出了以下方法的流程图，借助所述方法，可以通过测量惰性气体的流率和/或回流压力得出关于焊枪7或其喷嘴的污染情况的结论。在根据方框100参考标准条件和进行用于测量压力和/或流率的测试(方框102)之后，根据方框101监控并且记录焊接工艺期间惰性气体的压力进程和/或流量进程的数值。根据询问103，将测量值与给定的门限值相比较。如果测量值高于门限值，则继续实施焊接工艺(方框104)。如果测量值小于或者等于门限值，则对焊枪执行清洁工艺(方框105)，或者至少发出警报。在此之后，可以继续实施焊接工艺。 [0047] 因此，一方面可以借助压差检测惰性气体的压力，另一方面可以借助回流压力检测惰性气体的压力。 |
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