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1、(10)申请公布号 CN 102971105 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102971105 A *CN102971105A* (21)申请号 201180013086.6 (22)申请日 2011.01.04 61/293,070 2010.01.07 US 12/971,881 2010.12.17 US B23K 9/095(2006.01) B23K 9/10(2006.01) (71)申请人 伊利诺斯工具制品有限公司 地址 美国伊利诺伊州 (72)发明人 伯纳德J.沃格尔 (74)专利代理机构 上海脱颖律师事务所 31259 代理人 脱颖 (54) 发明名称 。
2、用于统计分析焊接作业的系统和方法 (57) 摘要 一种焊接系统， 包括焊接电源， 所述焊接电源 包括电源转换电路， 所述电源转换电路适于接收 主电源并且将主电源转换为适合焊接作业使用的 焊接电源输出以及与焊接电源通信连接的控制 器。所述控制器被配置用于确定至少一个焊接工 艺参数的统计特征并且利用统计特征来确定焊接 作业中的焊条类型、 焊条直径以及保护气体类型 中的至少其中一项。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.05 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/020141 2011.01.04 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/08496。
3、0 EN 2011.07.14 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 10 页 1/2 页 2 1. 一种焊接系统， 包括 ： 焊接电源， 所述焊接电源包括电源转换电路， 所述电源转换电路被配置为接收主电源 并将所述主电源转换成适合焊接作业使用的焊接电源输出 ； 以及 控制器， 所述控制器与所述焊接电源通信接合并且被配置用于确定至少一个焊接工艺 参数的统计特征， 并且利用所述统计特征来确定焊接作业过程中焊条类型、 焊条直径以及 保护气体类型中的至少其中一项。
4、。 2. 根据权利要求 1 所述的焊接系统， 其中， 至少有一项参数包括平均短路持续时间、 平 均短路频率、 电流 - 送丝速度曲线、 以及所有超预定临界值的短路百分比中的一项或多项。 3. 根据权利要求 1 所述的焊接系统， 其中， 所述控制器被进一步配置为在焊接作业中 根据一种或多种确定的焊条类型、 确定的焊条直径、 以及确定的保护气体类型来调整焊接 工艺的一项或多项设置。 4. 根据权利要求 1 所述的焊接系统， 其中， 所述控制器被进一步配置为确定至少一个 第二焊接工艺参数的第二统计特征以及利用第二统计特征来确定在第二焊接作业中的焊 条类型、 焊条直径、 及保护气体类型中的至少其中一项。
5、， 其中， 所述第一焊接工艺在第一焊 接电弧引发后开始， 所述第二焊接工艺在第二焊接电弧引发后开始。 5. 根据权利要求 4 所述的焊接系统， 其中， 所述控制器被配置用于确定在所述统计特 征与所述第二统计特征之间是否存在差异， 并且如果检测到差异， 则所述控制器调整所述 第二焊接工艺中的一项或多项设置。 6. 根据权利要求 1 所述的焊接系统， 其中， 所述控制器被进一步配置为在焊接作业中 提醒操作员注意所确定的焊条类型、 焊条直径、 和 / 或者保护气体类型。 7. 一种控制焊接电源的方法， 包括 ： 初始化焊接作业的一项或多项默认设置 ； 在焊条与工件之间接通电弧 ； 在焊接作业中监控电。
6、流波形和电压波形中的至少其中一个 ； 根据电流和 / 或电压波形中的至少其中一个来确定在焊接作业中焊接作业的统计特 征 ； 以及 根据所述统计特征来确定焊接作业所需的一项或多项设置。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其进一步包括， 在进行焊接作业所需的设置之前， 提醒 操作员注意一项或多项所需设置。 9. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， 所述统计特征是平均短路持续时间、 平均短路频 率、 电流 - 送丝速度曲线、 以及所有超过预定临界值的短路百分比中的一项或多项。 10. 根据权利要求 7 所述的方法， 其进一步包括根据所述统计特征来确定焊条类型、 焊 条直径以及保护气体类型中的。
7、至少其中一项。 11. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， 所述统计特征是多个短路事件的平均短路持续 时间， 并且通过将所述平均短路持续时间与预定临界值进行比较来确定一项或多项所需设 置。 12. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， 一项或多项所需设置包括电流变化率、 电感、 动 态下垂、 短路电流峰值强度、 电弧电流强度下限、 电压等级、 及延时中的至少其中一项。 13. 根据权利要求 7 所述的方法， 其包括， 当一项或多项所需设置与一项或多项默认设 权 利 要 求 书 CN 102971105 A 2 2/2 页 3 置不同时， 在焊接作业期间进行焊接作业所需的一项或多项设置。 。
8、14. 根据权利要求 7 所述的方法， 其包括， 当焊接作业所需的一项或多项设置与一项或 多项默认设置不同时， 锁住所述焊接作业。 15. 一种用于焊接电源的控制器， 被配置用于 ： 检测焊接工艺的启动 ； 初始化一项或多项焊接工艺参数的默认设置 ； 对一个或多个焊接参数波形进行统计分析 ； 以及 区分两种或多种焊条类型以根据所进行的统计分析来确定在所述焊接工艺中正在使 用的焊条类型。 16. 根据权利要求 15 所述的控制器， 进一步被配置为根据确定的焊条类型来确定焊接 工艺所需的一项或多项参数设置。 17. 根据权利要求 16 所述的控制器， 其被配置为在所需设置与默认设置差异巨大时停 止。
9、焊接。 18. 根据权利要求 16 所述的控制器， 其被配置为在所需设置与默认设置差异巨大时， 对所需设置进行初始化以取代默认设置。 19. 根据权利要求 16 所述的控制器， 其被进一步配置为确定在所需设置与默认设置之 间是否存在重大差异情况， 并且在检测到重大差异的情况下， 提醒操作员注意检测到的错 误。 20. 根据权利要求 15 所述的控制器， 其中， 焊接工艺的一项或多项参数包括一项或多 项电弧力设置。 权 利 要 求 书 CN 102971105 A 3 1/9 页 4 用于统计分析焊接作业的系统和方法 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请主张 2010 年 1 月 7 。
10、日提出的名称为 “采用实时统计分析焊接工艺参数的 焊接系统的优化设置” 的第 61/293,070 号美国临时专利申请以及 2010 年 12 月 17 日提出 的名称为 “用于统计分析焊接作业的系统和方法” 的第 12/971,881 号美国专利申请的优先 权， 上述申请在此通过引用的方式并入本文。 背景技术 0003 本发明大体上涉及焊接系统， 更具体地说， 是涉及用于统计分析焊接作业的系统 和方法。 0004 焊接已成为各行各业普遍采用的工艺。例如， 焊接经常应用于例如造船、 飞机维 修、 建筑等领域。 在这些焊接过程中， 通常提供各种控件以使操作员能够控制焊接作业的一 项或多项参数。 。
11、例如， 焊接系统可以设有用户控件和输入口以实现例如焊接工艺、 填充金属 或焊条、 保护气体、 金属厚度、 移动速度、 电弧力、 电感、 热引弧、 下垂等参数的设置和控制。 这些控件使得熟练的焊工能够根据焊条类型、 保护气体类型、 焊接工艺、 金属厚度、 焊接条 件等因素来设置和调整焊接系统使之按照所需的方式运行。 0005 通常， 焊接系统控件的调整和设置要求焊接操作员掌握关于如何在焊接作业过程 中正确地设置和调整控件的知识和技能。不当的调整控件会对焊接作业产生不良影响， 从 而导致例如飞溅增加、 焊道形状或焊透不良等副作用， 给操作员启动并维持电弧带来困难。 不幸的是， 有些焊接操作员可能没。
12、有必须的技能来正确地调整焊接系统的一个或多个控 件。因此， 需要能够克服上述缺点的改进过的焊接系统。 发明内容 0006 在示范性实施方式中， 焊接系统包括焊接电源， 所述焊接电源包含电源转换电路， 所述电源转换电路适于接收主电源并将主电源转换成在焊接作业中使用的焊接电源输出。 焊接系统还包括控件， 所述控件与焊接电源通信地连接并且适于确定至少一个焊接工艺参 数的统计特征和利用所述统计特征来确定焊接作业中焊条类型、 焊条直径及保护气体类型 中的至少某一项。 0007 在另一个实施方式中， 控制焊接电源的方法包括初始化焊接作业的一项或多项默 认设置， 在焊条和工件之间接通焊接电弧， 监控焊接作业。
13、中所产生的电流波形和电压波形 中的至少一项。该方法还包括在焊接作业中根据至少一个电流和 / 或电压波形来确定焊接 作业的统计特征， 以及根据统计特征来确定焊接作业中一项或多项所需设置。 0008 在另一个实施方式中， 焊接电源控制器适于检测焊接工艺的启动， 初始化一项或 多项焊接工艺参数的默认设置， 对一个或多个焊接参数波形进行统计分析， 以及根据所完 成的统计分析来确定焊接工艺中正在使用的焊条类型。 附图说明 说 明 书 CN 102971105 A 4 2/9 页 5 0009 结合附图参阅以下详细说明有助于更好地理解本发明的上述及其他特征、 方面和 优势， 在所有附图中， 相同的附图标记。
14、表示相同的部件， 其中 ： 0010 图 1 阐明了一个与本发明的实施方式相一致的包括焊接电源和内置控制器的示 范性焊接系统 ； 0011 图 2 所示的流程图阐明了一种与本发明的实施方式相一致的示范性控制方法， 可 通过图 1 中的控制器来应用所述示范性控制方法以控制焊接工艺 ； 0012 图 3A 阐明了与本发明的实施方式相一致的用于第一焊条类型保护金属电弧焊工 艺的示范性电流 - 时间曲线图 ； 0013 图 3B 阐明了与本发明的实施方式相一致的用于第一焊条类型保护金属电弧焊工 艺的示范性电压 - 时间曲线图 ； 0014 图 4A 阐明了与本发明的实施方式相一致的用于示范性焊接作业的。
15、示范性电 流 - 时间曲线图 ； 0015 图 4B 阐明了与本发明的实施方式相一致的用于示范性焊接作业的示范性逻辑信 号 - 时间曲线图 ； 0016 图 4C 阐明了与本发明的实施方式相一致的用于示范性焊接作业的示范性电 压 - 时间曲线图 ； 0017 图 5 阐明了与本发明的实施方式相一致的针对不同直径和不同类型焊条的示范 性统计所确定的平均短路持续时间 - 焊接电流曲线图 ； 0018 图 6 阐明了本发明的实施方式相一致的一种示范性方法， 可以通过控制器来应用 所述示范性以检测焊接作业所使用的焊条类型和设置适于与已定焊条类型相配合使用的 一项或多项参数 ； 0019 图 7 阐明了。
16、根据图 6 所示方法进行控制时在一个示范性焊接作业中产生的电 流 - 时间曲线图的一种实施方式 ； 0020 图 8 阐明了一种方法的实施方式， 可以通过本文所公开的控制器来应用所述方法 以统计确定正在使用的焊条类型和将已定的焊条类型和预设的焊条类型进行比较 ； 0021 图 9 阐明了一种方法的实施方式， 可以通过一个焊接控制器的实施方式来应用所 述方法以在进行 GMAW 或 FCAW 焊接作业时对 GMAW 或 FCAW 焊接作业进行一次或多次统计测 定 ； 0022 图 10 阐明了与本发明的实施方式相一致的示范性统计特征， 所述示范性统计特 征与各种材料相同直径不同的焊丝相关 ； 00。
17、23 图11阐明了短路持续时间-送丝速度曲线图的一个实施方式， 显示了与在不同保 护气体下的 GMAW 焊接作业中所用的已定焊条有关的示范性统计特征 ； 0024 图12阐明了短路频率-送丝速度曲线图的一个实施方式， 显示了与在不同保护气 体下的 GMAW 焊接作业中所用的已定焊条有关的示范性统计特征 ； 以及 0025 图 13 阐明了与本发明的实施方式相一致的一种方法的实施方式， 可以通过控制 器来应用所述方法以控制 GMAW 或 FCAW 工艺。 具体实施方式 0026 下文将详细说明焊接系统的实施方式， 该焊接系统包括控制器， 该控制器适用于 说 明 书 CN 102971105 A 。
18、5 3/9 页 6 根据一个或多个焊接波形(例如， 电压波形、 电流波形等)或其他适当的焊接信号来优化一 项或多项焊接设置或参数。在某些实施方式中， 统计分析产生用于焊接工艺的统计特征， 统计特征可用于确定在焊接工艺中所使用的焊条类型、 填充金属类型、 保护气体类型等。 例如， 在一个实施方式中， 可以将已定的统计特征和基准特征进行比较从而测定焊接参数 ( 例如， 焊条类型 )。在一些实施方式中， 控制器可根据已定的统计特征自动地调整焊接工 艺所用的一项或多项参数或设置。 在其他实施方式中， 控制器可以做出指示， 提醒用户调整 焊接设置或输入或者可以锁定后续操作， 直到根据要求调整到确定的设置。
19、或参数。 0027 在某些实施方式中， 通过控制器进行的统计分析可以应用于区别焊接作业中所使 用的两种或更多种耗材或装置。例如， 操作器可适用于区别两种或多种焊条类型或者两种 或多种保护气体类型。例如， 在一些焊条焊接作业中， 控制器可根据统计分析结果来区别 6010 型焊条和 7018 型焊条。再例如， 在某些金属惰性气体 (MIG) 焊接工艺中， 控制器可适 用于区别二氧化碳保护气体与氩和二氧化碳混合保护气体的使用。实际上， 在某些实施方 式中， 控制器可配置成根据统计分析来区别可能使用的耗材或装置的任一适当数量。 0028 现在转向附图， 图1阐明了一个与本发明的实施方式相一致的包括焊接。
20、电源12及 内置控制器14的示范性焊接系统10。 在所示实施方式中， 焊接电源12包括顶面板16、 前面 板 18 及侧面板 20。顶面板 16 包括可单独或同时使用的手柄 22 和皮带 24 以按焊接操作员 的需求移动焊接电源 12 的位置。但是， 需要注意的是， 在很多实施方式中， 焊接电源 12 可 能不是便携式的， 并且可以被配置为在单一位置上使用。 事实上， 任何与本发明的实施方式 相一致的适合的焊接电源都可以被采用， 并且所示电源代表了单个、 非限制性的实施方式。 0029 前面板 18 包括控制面板 26， 控制面板 26 包括供操作员设置焊接作业的一项或多 项参数的旋钮 30。。
21、例如， 在一个实施方式中， 操作员可以利用控制面板 26 上的旋钮 30 或 其他控件来设置所需要的焊接电流、 电压及 / 或送丝速度。另外， 在某些实施方式中， 操作 员可以利用其他控件来选择焊接工艺、 调整电弧力设置、 调整电感设置、 输入焊条直径 ( 例 如， 0.035” 、 0.045” 等 )、 输入焊条类型 ( 例如， 软钢 )、 输入保护气体类型 ( 例如， 100二氧 化碳、 90氩及 10二氧化碳等 ) 等。事实上， 在各种实施方式中， 操作员可以利用控制面 板 26 来设置或调整任何适合的焊接参数或设置。 0030 在图 1 所示的实施方式中， 前面板 18 还包括负极焊。
22、接输出端 32、 正极焊接输出端 34及远程输出端36。 所示的实施方式被配置用于焊条直流正接(DCEP)焊接工艺。 相应地， 在所示实施方式中， 焊钳 38 通过电缆 40 连接到正极焊接输出端 34， 接地夹 42 夹住工件 44 并且通过电缆 46 连接到焊接电源 12 从而在作业时闭合在焊接电源、 焊条及工件之间的电 路。远程输出端 36 可连接到一个或多个远程控制装置， 所述远程控制装置被配置为控制远 程的焊接作业中的一项或多项参数。例如， 在某些实施方式中， 远程输出端 36 可连接到脚 踏控件、 手持式控制装置、 远程用户界面等。 0031 在作业过程中， 焊接电源 12 被配置。
23、为接收例如壁装插座或电网上的主电源并且 将主电源转换成适合在焊接作业中使用的电源输出。因此， 在使用过程中， 控制器 14 控制 了焊接电源中的一个或多个电气组件以产生所需要的输出。例如， 可以用控制器 14 存储和 检索用于具体焊条类型、 填充金属类型、 保护气体等等的设置和参数。另外， 控制器 14 有助 于操作员通过接收所需的设置并将所需的设置存入控制器 14 内存从而对焊接参数和设置 进行定制。此外， 所述所需的设置或参数可通过焊接电源 12 内的用户界面 26 传递给控制 说 明 书 CN 102971105 A 6 4/9 页 7 器 14。 0032 此外， 如下文更为详细的描述。
24、， 当进行焊接作业时， 控制器 14 可被配置为对焊接 作业的一个或多个焊接特性进行统计分析从而确定在焊接作业中的一个或多个表明所用 的焊条类型、 填充金属类型、 保护气体类型等等的特性。另外， 控制器 14 被配置为区别在焊 接作业中可能使用的焊条类型、 保护气体类型等的预定数量。例如， 在一个实施方式中， 控 制器 14 可对焊接电流波形和电压波形进行统计分析并且可以利用这些分析结果来确定正 在实施的焊接作业中既定设置的最佳操作参数集。因此， 在某些实施方式中， 控制器 14 可 以在焊接过程中调整焊接电源 12 的参数以优化测定条件的作业。在其他实施方式中， 控制 器 14 能在焊接过程。
25、中提醒操作员注意最佳条件集， 并且操作员可通过用户界面 28 相应地 调整一项或多项参数。 0033 图 2 是阐明了一种示范性控制方法 48 的流程图， 可通过图 1 所示的控制器应用所 述控制方法来控制与本发明的实施方式相一致的焊接过程。该方法 48 包括启动焊接过程 的步骤 ( 方框 50) 以及将焊接控制器初始化为一项或多项默认设置的步骤 ( 方框 52)。换 言之， 在该实施方式中， 控制器在进行统计分析之前在焊接过程起始之时进行参数的默认 设置。事实上， 可以根据既定焊接工艺的最常用焊条、 上一次焊接作业用过的焊条、 或者任 何其他所需的条件来预选默认的启动参数集。 0034 该方。
26、法48还包括检查是否接通焊接电弧(方框54)， 如未接通， 则控制器继续监控 焊接电弧的引发。焊接电弧接通以后， 控制器确定焊接工艺的统计特征 ( 方框 56)。例如， 控制器能统计分析在焊接作业过程中的电压波形和 / 或电流波形以确定统计特征。又如， 在一个实施方式中， 控制器可以将所产生的电压波形及 / 或电流波形与控制器内存中的一 个或多个基准波形进行比较以确定焊接工艺的分析特征。一旦统计特征确定以后， 控制器 可确定在既定的焊接作业所使用的焊条类型 ( 方框 58)， 并且可根据焊条类型来调整或确 认焊接作业中所用的一项或多项焊接设置 ( 方框 60)。但是， 需要注意的是， 在某些实。
27、施方 式中， 控制器可被配置为区别焊接作业中所用的两种或更多种焊条类型 ( 例如， 6010 焊条 与7018焊条)。 该特性可使控制器在焊接作业中调整一项或多项焊接参数以优化焊接系统 在既定设置下的性能。需要注意的是， 虽然在图 2 所示的实施方式中控制器利用统计特征 来确定焊条类型， 当在进行其他方式中进行焊接作业时， 可以利用统计特征来确定焊接工 艺中多个参数中的任意参数。 0035 图 3A、 图 3B、 图 4A、 图 4B 及图 4C 阐明了一种示范性方法， 通过控制器利用所述示 范性方法来对焊接电流波形和电压波形进行统计分析从而在进行焊接作业时确定焊接工 艺的统计特征。具体而言，。
28、 图 3A 和图 3B 分别阐明了第一焊条类型 ( 例如， E7010、 1/8” 直 径 ) 气体保护金属极弧焊 (SMAW) 过程的电流 - 时间曲线图 62 和电压 - 时间曲线图 64。在 某些实施方式中， 控制器可在焊接作业中统计分析电流 - 时间曲线图 62 和电压 - 时间曲线 图 64 或这两个中的一个。 0036 如图所示， 电流 - 时间曲线图 62 包括电流轴 66 和时间轴 68。同样地， 电压 - 时间 曲线图64包括电压轴70和时间轴72。 如图所示， 电压曲线图64包括多个短路事件74、 76、 78、 80及82， 所述短路事件发生在焊接作业的过程中并且与焊接电。
29、弧期84、 86、 88、 90、 92及 94 穿插进行。短路事件 74、 76、 78、 80 及 82 可能具有电压大幅下降的特点， 如在电压图 64 中所示， 在这段时间内， 焊条熔融端对熔池短路。在某些实施方式中， 在熔滴已经被引入熔 说 明 书 CN 102971105 A 7 5/9 页 8 池并且重新接通打开的电弧之后， 电弧期可能紧接着短路事件。电压曲线图 64 进一步包括 瞬时短路事件 96 和 98， 与短路事件相比较所述瞬时短路事件 96 和 98 具有期间短的特点。 焊条上的熔滴瞬间接触熔池可引起上述瞬时短路事件。发生瞬时短路事件 ( 如 98) 以后， 通常在熔滴引。
30、入熔池时发生持续时间较长的短路事件 ( 如 82)。 0037 在某些实施方式中， 可以在利用大致恒流的焊接电源的情况下实施 SMAW 作业 ( 即， 控制焊接电源的输出使得输出电流在焊接作业中保持大致恒定的状态 )。在某些实施 方式中， 操作员可以根据焊接作业的要求， 使用旋钮 30 或其他适合的控件来调整或设置电 流值。更进一步地， 在另一些实施方式中， 在 SMAW 作业中所用的焊接电源可以在引弧、 短路 事件、 高电弧压瞬间或电弧的其他动态事件期间实现电流值的进一步控制或改变。 例如， 可 以提供电弧力控件， 使输出电流在发生短路事件时增加。某些电弧力控件可能同时具有静 态特性和动态特。
31、性。在这种实施方式中， 静态特性可以在短路事件中控制稳态电流的增加 幅度， 而动态特性能在短路事件中和短路事件之后控制输出电流的变化率。改变一个或多 个电弧力常数可改变静态和 / 或动态电弧力特性。在某些实施方式中， 电弧力常数可用于 数学计算， 通过合适的电路、 软件或任何其他适当的设备来改变电弧力特性。 某些焊接电源 可使操作员利用例如旋钮 30 来调整静态和 / 或动态电弧力特性。 0038 短路事件74、 76、 78及80的一个或多个特性可能是例如在焊接作业中所用的焊条 类型、 电源的电流设置等系数的函数。 例如， 短路待续时间或短路清除所需时间可能受到电 源静态 / 动态电弧力特性。
32、的影响并且可以表明例如焊条类型之类的焊接参数。在阐明的实 施方式中， 由于对短路事件 74、 76、 78、 80 及 82 的电弧力响应， 电流曲线图 62 显示电流尖峰 100、 102、 104、 106 及 108 对检测到的短路事件 74、 76、 78、 80 及 82 做出反应。 0039 在某些实施方式中， 焊接控制器可以统计分析出电流和 / 或电压曲线图中其中一 个曲线图或者两个曲线图的某些特性以确定在实施焊接作业时焊接作业的统计特征。例 如， 焊接工艺的统计特征可能包括例如短路发生率、 短路持续时间等特性。为此， 控制器例 如可通过将电压波形的瞬时幅度与临界值进行比较来检测。
33、是否存在短路。例如， 在某些实 施方式中， 临界值可能是固定值或平均电压的函数。 图4A、 图4B和图4C阐明了这些短路检 测逻辑的一个实施方式。 0040 具体而言， 图 4A 为示范性电流 - 时间曲线图 110， 图 4C 为示范性电压 - 时间曲线 图 112， 图 4B 为示范性逻辑信号 - 时间曲线图 114。电流曲线图 110 包括电流轴 116 和时 间轴 118。逻辑信号曲线图包括逻辑信号强度轴 120 和时间轴 122， 电压曲线图 112 包括 电压轴 124 及时间轴 126。如图所示， 在电压曲线图 112 上发生了各种短路事件 128、 130 和 132 以及瞬时。
34、短路事件 134 和 136。电流曲线图 110 以电流尖峰 138、 140 和 142 对短路 事件 128、 130 和 132 做出响应。同样地， 逻辑信号曲线图 114 检测到短路事件 128、 130 和 132， 而忽略了瞬时短路事件134和136。 这样， 控制器可以被配置为通过利用电压临界值和 持续时间临界值来识别短路事件 128、 130 和 132。举例来说， 在所示的实施方式中， 如果短 路持续时间不超过预定临界值， 则逻辑信号 114 检测不到短路事件， 相应地， 控制器不会用 短路事件进行后续的统计分析。在某些实施方式中， 用于检测短路事件和忽略临时短路事 件的预定。
35、持续时间临界值可以约为 0.3ms-1ms 之间。另外， 需要注意的是， 在附加实施方式 中， 控制器还可以配置为忽略超过持续时间临界值的短路事件， 例如， 由于焊接操作员在作 业时焊条不足而引起的并且未表明焊条一个或多个特性的短路事件。在某些实施方式中， 说 明 书 CN 102971105 A 8 6/9 页 9 为了忽略由于焊接操作员在焊接时焊条不足而引起的短路而预定的持续时间临界值约为 50ms-100ms 之间。 0041 在某些实施方式中， 控制器可配置为在焊接作业中统计分析电流曲线图 110 和电 压曲线图 112 或其中一个曲线图以确定与焊接作业的一项或多项参数有关的统计特征。。
36、统 计特征可能包括一项或多项统计测定或计算， 例如， 平均电流、 平均电压、 平均短路持续时 间、 短暂短路百分比、 短路频率、 标准偏差、 电压或电流的均方根值或者任意数量的其他适 当计算。在某些实施方式中， 短暂短路是持续时间较短的短路， 比如说， 短路时间介于长持 续时间临界值和短持续时间临界值之间， 如上文所述。另外， 在某些实施方式中， 可以将短 时短路定义为短路事件的子集。 例如， 在一个实施方式中， 短时短路可以定义为持续时间大 于 1ms 小于 5ms 的短路。 0042 在一个实施方式中， 控制器可以统计分析电压曲线图 112 和电流曲线图 110 以确 定焊接作业中正在使用。
37、的焊条类型。 在该实施方式中， 控制器至少根据平均电流、 平均短路 持续时间及短时短路百分比中的一项来确定焊条类型。例如， 控制器通过将所获得得测定 值和 / 或计算统计值与参照表进行比较来确定表现出观察行为的焊条类型。控制器能利用 线性近似、 查找表或任何其他合适的方法来确定焊条类型。例如， 3/32 E6010 焊条的相关 平均短路持续时间远远小于3/32E7018焊条。 又如， 1/8E6010焊条的短时短路百分比 可能远远大于 1/8 E7018 焊条。这些通过统计确定的焊接作业中的特性差异可供控制器 用于确定例如正在使用的焊条类型。 0043 图 5 为示范性统计所确定的针对不同直径。
38、、 不同类型的焊条平均短路时间 - 焊接 电流曲线图 144。曲线图 144 包括平均短路持续时间轴 146 和焊接电流轴 148。曲线图 144 还包括第一焊条类型曲线图 150 及第二焊条类型曲线图 152。第一焊条类型曲线图 150 包 括与第一焊条类型及第一直径 ( 如 3/32” )154 有关的统计特征、 与第一焊条类型及第二直 径 ( 如 1/8” )156 有关的统计特征、 以及与第一焊条类型及第三直径 ( 如 5/32” )158 有关 的统计特征。同样地， 第二焊条类型曲线图 152 包括与第二焊条类型及第一直径 160 有关 的统计特征、 与第二焊条类型及第二直径 162。
39、 有关的统计特征、 以及与第二焊条类型及第 三直径 164 有关的统计特征。 0044 如所阐明的， 控制器可以利用焊接电流和平均短路持续时间方面的统计差异来确 定焊接作业中正在使用的焊条类型和直径。 换言之， 在一个实施方式中， 控制器可以将已确 定的平均短路持续时间和焊接电流强度与例如图 5 所示的曲线图等参照图表进行比较来 确定焊条类型和直径。虽然图 5 所示的实施方式仅显示了两个曲线图， 但是附加实施方式 的参照图表可包含与所需的任何焊条数量有关的任意数量的曲线图。另外， 一旦控制器确 定了焊条类型和 / 或直径以后， 可以为剩下的焊接工艺实现最适合与所确定的焊条类型或 直径配合使用的。
40、一项或多项设置或参数。 此外， 在某些实施方式中， 焊接控制器能利用附加 统计值来确定正在使用的焊条的类型和直径。 这些附加值包括但不限于 ： 平均电压等级、 平 均 / 设置电流强度、 电压和 / 或电流均方根值、 功率、 平均电弧持续时间 ( 即， 短路中间的波 形部分 )、 测定值的标准偏差、 或者任何其他适用的统计参数。 0045 图 6 阐明了一种示范性方法 166， 控制器可以通过使用所述方法来检测焊接作业 中正在使用的焊条类型和设置适用于所确定的焊条类型的一项或多项参数。方法 166 包括 检测焊接工艺已经启动的步骤 ( 方框 168) 以及将焊接控制器初始化为一项或多项默认设 。
41、说 明 书 CN 102971105 A 9 7/9 页 10 置的步骤(方框170)。 例如， 在开始焊接作业和进行统计分析之前， 启动阶段的参数可以是 默认设置， 例如， 与机器最近所用的焊条类型有关的设置、 操作员输入的设置、 与焊接电源 有关的设置、 或任何其他默认设置。 0046 该方法进一步包括验证焊接电弧接通的步骤 ( 方框 172) 以及对持续时间在预定 范围内的短路的短路持续时间进行累计的步骤 ( 方框 174)。也就是说， 对于控制器判断为 瞬时短路的短路事件， 跟踪短路持续时间。 另外， 短路持续时间的累计可以持续到已累计达 到预定的短路数量和 / 或者直到超过预定的时间。
42、临界值。另外还计算累计短路的平均短路 持续时间 ( 方框 176)。在该实施方式中， 计算的平均短路持续时间与临界值作比较 ( 方框 178) 以确定正在使用的焊条类型或者区别两种或多种可能的焊条类型。如果计算的平均 持续时间超过临界值， 则根据与第一焊条类型有关的第一参数集来设置电弧力常数 ( 方框 180)。 但是， 如果计算的平均持续时间不超过临界值， 则根据与第二焊条类型有关的第二参 数集来设置电弧力常数 ( 方框 182)。根据平均短路持续时间调整电弧力常数以后， 控制器 能在每次接通焊接电弧后继续监控焊接作业， 以确定焊条类型是否已经发生变化。 0047 控制器可利用该方法来检查焊。
43、接作业期间的焊条类型， 根据预定的焊条类型设置 焊接工艺参数。 另外， 如果操作员在焊接作业中切换焊条类型， 则可用所述方法的实施方式 来调整电弧力常数值以适应当前使用的焊条。 这样， 在某些实施方式中， 控制器能确定平均 短路持续时间， 而且平均短路持续时间可作为与本发明的实施方式相一致的焊接工艺的统 计特征。 0048 图 7 显示了电流 - 时间曲线图 184 的一个实施方式， 该图可能在图 6 所示方法控 制下的示范性焊接作业中产生。相应地， 图 184 包括电流轴 186 和时间轴 188。在该实施 方式中， 控制器在启动阶段初始化一项或多项默认设置， 使用所述默认设置直到进行统计 。
44、分析并且可能根据统计分析结果来进行参数设置优化。如所阐明的， 对于波形的第一部分 190， 实现了与默认焊条类型(如E6010)有关的默认电弧力常数集。 在波形的第一部分190 期间， 通过控制器确定短路事件的平均持续时间。 在所述的实施方式中， 通过对平均短路持 续时间进行分析， 控制器确定了正在使用第二焊条类型(如E7018)并且调整电弧力常数以 形成电流波形的稳态部分 192。这样， 根据图 6 所示方法， 当前公开的控制器的实施方式能 够在焊接作业过程中根据统计分析来改变一项或多项焊接参数。 0049 图 8 阐明了一种示范性方法 194， 通过此处公开的控制器的实施方式来利用所述 方。
45、法来确定正在使用的焊条类型和将已确定的类型与预设类型进行比较。 该方法举例能够 极大地降低用户操作焊接电源的同时使用不合格焊条的可能性。该方法 194 包括检测焊接 工艺启动的步骤 ( 方框 196) 及随后检测所选定的焊条类型的步骤 ( 方框 198)。例如， 选定 的焊条类型可能是用户通过控制面板指定的焊条类型。 控制器进一步地适于初始化与选定 焊条有关的设置 ( 方框 200) 以及验证焊接电弧的连接 ( 方框 202)。如上文详细描述的， 一 旦焊接电弧接通以后， 控制器确定焊接工艺的统计特征(方框204)并且根据统计特征确定 所用的焊条类型 ( 方框 206)。 0050 控制器进一。
46、步检查焊接作业所用的焊条是否与焊接操作员所选定的焊条类型一 致 ( 方框 208)。如果选定的焊条类型与确定的焊条类型相匹配， 则对当前设置进行验证并 且使焊接作业得以继续(方框210)。 但是， 如果选定的焊条类型与确定的焊条类型不匹配， 则焊接作业被锁住 ( 方框 212)， 并且提醒焊接操作员存在错误 ( 方框 214)。但是， 在替代 说 明 书 CN 102971105 A 10 8/9 页 11 实施方式中， 可以不锁住焊接作业， 仍然提醒焊接操作员存在错误。以这种方式这， 根据各 种需要通过控制器使用已确定的焊条类型来验证正在使用正确的焊条进行焊接作业。 0051 图 9-13 。
47、阐明了应用于气体保护金属极弧焊 (GMAW) 和药芯焊丝电弧焊 (FCAW) 的 本发明的实施方式。具体而言， 图 9 阐明了一种方法 216， 可以通过焊接控制器的一个实施 方式来使用所述方法以在 GMAW 或 FCAW 焊接作业过程中对 GMAW 或 FCAW 焊接作业做出一项 或多项统计测定。 方法216包括检测焊接工艺的启动(方框218)以及对于选定的焊接工艺 进行默认初始设置 ( 方框 220)。方法 216 还包括焊接工艺统计特征的确定 ( 方框 222)， 详 细说明参见上文的 SMAW 过程。但是， 在该实施方式中， 该方法包括利用统计特征来确定焊 接作业所使用的焊条类型、 焊。
48、条直径以及保护气体类型中的一项或多项 ( 方框 224)。在某 些实施方式中， 如操作员需要， 则控制器可根据一项或多项测定改变焊接作业的一项或多 项焊接参数 ( 方框 226) 和 / 或者提醒操作员注意测定结果和 / 或所建议的焊接参数 ( 方 框 228)。 0052 在应用于 GMAW 和 / 或 FCAW 系统的本发明的实施方式中， 可以利用针对一个或多 个焊接波形所作的统计分析来确定焊接作业中所使用的焊条类型及保护气体类型。上述 测定可用于确定适当的焊接参数， 例如， 焊接系统的动态 / 静态行为。这样， 可以使每种焊 条和保护气体组合与所需的唯一的设置集相联系。 例如， 在使用同。
49、类焊条的情况下， 与使用 75氩和 25二氧化碳作为保护气体相比， 使用 100二氧化碳保护气体进行焊接时， 可 以理想地将焊接系统的动态行为控制为保持较低电感值 ( 即， 焊接电流的变化率 )。事实 上， 可以根据检测到的保护气体类型和焊条类型的特定组合来调整各种焊接设置。 0053 图 10 阐明了与各种具有相同材料 ( 如软钢 )、 不同直径的焊丝有关的示范性统计 特征。具体而言， 图 10 所阐明的焊接电流 - 送丝速度曲线图 230 包括用于示范性 GMAW 过 程的焊接电流轴 232 和送丝速度轴 234。如所阐明的， 具有第一直径 ( 如 0.045” ) 的第一 焊丝 236 的统计特征曲线不同于具有第二直径 ( 如 0.035” ) 的第二焊丝 238， 第二焊丝的 统计特征曲线不同于具有第三直径 ( 如 0.030” ) 的第三焊丝 240。在某些实施方式中， 控 制器测定正在进行的焊接作业焊接电流 - 送丝速度曲线， 与曲线 236、 238 和 240 进行比较， 确定正在使用的焊丝直径。 控制器可以将例如焊接电压之类的附加输。