CN105189012A

CN105189012A - 使用净化插头的数据采集

Info

Publication number: CN105189012A
Application number: CN201480025951.2A
Authority: CN
Inventors: 克里斯多夫·J·奈利; 约瑟夫·彼得·麦高文; 查尔斯·R·缇勒; 史蒂文·爱德华·巴霍斯特
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: US20140333063A1; US20190091810A1; CA2902580A1; US10160067B2; EP2994262A1; WO2014182525A1; CA2902580C; CN105189012B

Abstract

用净化插头进行数据采集的焊接系统。在一个实例中，净化插头包括具有密封结构的净化插头组件。所述密封结构被构置为与中空装置的表面抵接，并且在所述密封结构和所述中空装置之间形成密封。所述净化插头还包括传感器，所述传感器至少部分地安置在净化插头组件内，密封结构内，或其一些组合内。所述净化插头组件被构置成设置在具有所述中空装置的工件上，以从工件净化不合需的气体。

Description

使用净化插头的数据采集

本申请是在2013年5月10日提交申请的题为“使用净化插头的数据采集”的美国临时专利申请号61/822069的非临时专利申请，其在此被整体纳入作为参考。

背景技术

本发明总体上涉及焊接系统，更具体地，涉及在焊接系统中使用净化插头的数据采集。

焊接是在各个行业和应用中越来越多地使用的过程。在某些背景下这样的过程可以自动进行，虽然大量的应用继续以人工焊接操作存在。在这两种情况下，这样的焊接操作依赖于多种类型的设备，以确保焊接消耗品(例如，送丝，保护气体等)的供给在期望的时间以适当量提供给焊接处。

焊接操作在各种不同的材料上进行。例如，工件可以由碳钢或耐腐蚀合金制成，例如不锈钢。某些工件可能对热敏感，例如在焊接操作过程中产生的热。因此，工件上焊接处的质量可取决于工件在焊接操作期间暴露在的温度。遗憾的是，当焊接操作发生在结合部时，工件在结合部附近的温度难以检测。因此，工件在焊接操作期间暴露在的温度可能难以确定。

简要说明

在一个实施例中，净化插头包括具有密封结构的净化插头组件。所述密封结构被构置为与中空装置的表面抵接，并且在密封结构和中空装置之间形成密封。净化插头系统还包括传感器，该传感器至少部分地安置于在净化插头组件，密封结构或其一些组合内。净化插头组件被构置成设置在具有中空装置的工件上，以从工件净化不合需的气体。

在另一实施例中，净化插头系统包括第一气体密封结构，所述第一气体密封结构被构置成以在第一气体密封结构和中空装置之间形成第一密封。净化插头还包括第二气体密封结构，所述第二气体密封结构被构置成以在第二气体密封结构和所述中空装置之间形成第二密封。净化插头包括耦合到第一和第二气体密封结构的轴。净化插头还包括第一传感器，所述第一传感器至少部分地安置在第一气体密封结构、第二气体密封结构、轴或其一些组合之内。

在另一个实施例中，净化插头系统包括净化部件，所述净化部件包括第一气体密封结构，所述第一气体密封结构被构置成在第一气体密封结构和中空装置之间形成第一密封。净化插头系统另外包括发射器，所述发射器至少部分地安置在净化插头组件内。

附图说明

当以下详细说明通过参考附图阅读，其中整个附图中类似的附图标记代表类似的部件，本发明的这些和其它特征，方面和优点将变得更好理解，在附图中：

图1是根据本公开各方面的含有可由碳钢或耐腐蚀合金制成的工件的焊接系统的实施例的阐示。

图2是根据本公开各方面的用净化插头的焊接系统的横截面图。

图3是根据本公开各方面的带有至少部分安置于净化插头内的传感器的净化插头的实施例的立体图。

图4是根据本公开各方面的图3中的净化插头的横截面图。

图5是根据本公开各方面的具有多个密封结构的净化插头的焊接系统的实施例的立体图；和

图6是根据本公开各方面的使用图5的净化插头的焊接系统的实施例的横截面图。

详细说明

本发明的实施例可使用在一个或多个温度，或其他感测的数据可被检测的任何应用中。例如，图1示出电弧焊接系统10。如图所示，电弧焊接系统10可包括电源12，所述电源12生成焊接功率并经由导管16供应焊接功率到电极14。在电弧焊接系统10中，直流(DC)，交流(AC)，和/或脉冲功率(例如，脉冲的DC和脉冲AC)可以连同消耗或非消耗电极14一起使用以输送电流到焊接点。在这样的焊接系统10中，操作者18可以通过定位电极14和触发启动和停止电流流动来控制电极14的位置和操作。如图所示，头盔组件20被焊接操作者18佩戴。头盔组件20包括头盔壳体22和透镜组件24，所述透镜组件24可以被变暗以防止或限制暴露于由焊接电弧26产生的光。

当操作者18通过从电源12向电极14施加功率开始焊接操作(或其他操作，诸如等离子切割)时，焊接电弧26在电极14和例如图示管道的工件28之间形成。工件28可由碳钢或耐腐蚀合金制成，例如不锈钢，或其它金属和合金(例如，铝，钛，锆，铌，钽，镍合金)。非金属的工件28也被焊接或以其它方式接合，例如，通过搅拌焊接。电极14和导管16从而提供足以在电极14和工件28之间产生焊接电弧26的电流和电压。焊接电弧26在电极14和工件28之间的焊接点上熔化金属(添加的基部材料和任何填充材料)，从而在金属冷却时提供了结合。焊接系统10可被构置成通过任何合适的技术形成焊接结合部，所述合适的技术包括保护金属电弧焊(SMAW)(即，棒焊接)，气体保护钨极电弧焊(GTAW)，气体保护金属极电弧焊(GMAW)，药芯焊丝电弧焊(FCAW)，金属惰性气体保护焊(MIG)，钨极惰性气体保护焊(TIG)，气焊(例如，氧乙炔焊)，亚弧焊(SAW)，和/或电阻焊接。如可以理解的，保护气体可在某些应用中使用，例如GTAW，GMAW，FCAW。焊接过程中所使用的波形可以包括被调节的金属沉积(RMD)类型波形，及其它，表面张力转移(STT)，冷金属转移(CMT)。

一般来说，在此描述的技术使得某些操作(例如，焊接，切割，磨削，感应加热，测试)可以通过施加由电源12提供的电力在工件28上进行。工件28可设置在工业设施(例如，工业厂房，造船厂)内，但也可设置在住宅设施内，如车库或住房。工件28可以包括管状件(例如管道)，平板(例如，金属或塑料薄板和板材)，成角度的工件28(例如，角铁)，或可例如通过利用经由电源12传递的电力焊接、切割、磨削、感应加热或测试的任何其它零件。

如下所述，可使用一个或多个温度传感器检测(例如，感测)被施加到工件上28的热。电源12可被构置为存储所检测到的数据。通过使用温度传感器，在焊接应用附近的工件28的温度可被检测和/或监测，以便确定焊接操作的质量和/或控制正在执行焊接操作的温度。如可以理解的，温度传感器可以在需要温度检测的任何应用中使用，例如焊接，切割，磨削，感应加热，测试，等等。此外，压力传感器可例如用于监测导管(例如，管道)内的气体压力。还有，焊接处的质量可以通过使用发射器和接收器(例如，X射线，超声)进行检查。同样地，气体传感器可以被用来确定工件28内的气体组成和/或给定气体的量。

图2是使用净化插头的焊接系统10的横截面图。净化插头可被用于净化或以其它方式从内部空间，例如导管(例如管道)内部的空间，排出不想要的气体。在焊接过程中，排出不想要的气体(例如，氧气和氮气)中并用惰性气体(例如，氩气)替换该气体可能是有益的。因此，最终的焊接处可以没有管道内的氧化或粒化，相比于粒化的管道，改善通过未粒化管道的流体流动。在此所描述的技术为净化插头提供了，除了塞住某些导管和排出不想要的气体，还包括感测实施例，如在下面更详细地描述的那样，适合于感测各种条件，以改善焊接。

在图2所描述的实施例中，工件28具有结合部30，在该处将执行结合(例如，焊接)。第一净化插头32设置在工件28的一端(例如，空心装置如管道或管，圆柱形装置，非圆柱形装置等)，而第二净化插头34被设置在工件28的另一端(例如，相反端)。第一和第二净化插头32和34各自在中央区域包括净化插头组件(例如，轮毂)36。此外，第一净化插头32包括在轮毂36的入口38。软管40耦合到入口38，并被构置成将气体(例如，惰性气体)引导向入口38。第一和第二净化插头32和34还各自包括密封结构42，其被构置成与工件28的表面抵接并与工件28形成密封以阻挡从工件28(例如，中空装置的内部，例如管内部等)内的气体流动穿过净化插头32和34。每个净化插头32和34的密封结构42可包括任何合适的密封装置。如可以理解的，轮毂36一般可以指净化插头32和34的中央区域，并且所述轮毂36可能在结构上并非不同于密封结构42，或并非与密封结构42分离。在某些实施例中，密封结构42可包括轮毂36。

在操作期间，惰性气体(例如，氩气)通过软管40被导入第一净化插头32的入口38以净化从工件28内部离开的其他气体，由此净化从工件28内部(例如，管或管道的两个抵接的部分)离开的不合需气体(如氧气和氮气)。如箭头44所示，惰性气体流入工件28并引导不合需气体朝向第二净化插头34，在那里所述不合需气体可从工件28内部排出。第二净化插头34可以包括出口46，所述出口46可有利于不合需气体从工件28内部排出。此外，第一净化插头32还可以包括出口，以有利于不合需气体从工件28内部排出。此外，软管48可以耦合在出口46和压力传感器50之间。在某些实施例中，压力传感器50可以直接耦合到出口46。由此，工件28内的气体压力可以被检测和/或监测。应当注意的是，尽管净化插头32和34被示出为插入到工件28中，插头32，34可具有比工件28的开口更大的直径，并由此可通过从工件28外侧抵接开口从而塞住工件28，从而密封工件28而不需把其插入工件28。

图3是具有至少部分设置在净化插头32内的传感器的净化插头32的实施例的立体图。虽然图示的实施例具体指的是净化插头32，然而净化插头34可以同样包括一个或多个传感器。因为图3包括前面对于图2描述的类似元件，因此类似元件用相同附图标记描绘。如图所示，净化插头32包括安置在轮毂36中的传感器52。所述传感器52可以是任何合适的传感器，诸如压力传感器，温度传感器，接收器(例如，x射线接收机诸如Panorex^TM接收机，超声接收器)，等等。例如，传感器52可以是温度传感器，例如热电偶，双金属开关，电阻温度检测器(RTD)，热敏电阻，蜡马达，和/或红外检测器。净化插头32还包括设置在密封结构42内的传感器54，56，和58。例如，传感器54，56，和58可被定位成抵接(例如，接触)工件28的表面(例如，内表面，外表面等)，例如用于检测工件28的温度。传感器54，56，和58也可以是类似于传感器52的任何合适的传感器(例如，压力传感器，温度传感器，接收器，或其组合)。此外，传感器52，54，56，和58可以被构置成使用有线和/或无线通信提供数据。通过至少部分地设置在轮毂36内的传感器52，54，56，和58和/或净化插头32的密封结构42，在一个净化环境内各种参数可以被检测和/或监测。例如，净化的中空装置内的压力和/或温度可以被检测。此外，当中空装置被净化时，可以获得焊接处的扫描(例如，x射线)。相应地，传感器52，54，56，和58可有助于检测和/或监测焊接处的质量。图4是图3的净化插头32的横截面图。因为图4包括前面对于图2和图3描述的类似元件，因此类似元件用类似的附图标记描绘。如图所示，传感器54被构置成使用引线60进行通信(例如，有线通信)，而传感器58被构置成使用无线信号62进行通信(例如，无线通信)。然而，如可以理解的，可以使用有线和/或无线传感器(或通信)的任何组合。

图5是具有多个密封结构的净化插头64的焊接系统10的实施例的立体图。具体地，净化插头64在一端上包括第一密封结构66，并在相对端上包括第二密封结构67。如可以理解的，第一密封结构66和第二密封结构67中的至少一个可包括入口，用于接收惰性气体(例如，氩气)。此外，第一密封结构66和第二密封结构67中的至少一个可以包括出口，用于释放不想要的气体(例如，氧气，氮气等)。如图所示，第一密封结构66包括入口68，而第二密封结构67包括出口69。入口68被构造成接收惰性气体，并且出口69被构置成使得不合需的气体从工件28内部排出。

轴70在第一和第二密封结构66和67之间延伸，并把所述第一和第二密封结构66和67耦合在一起。使用净化插头64，轴70周围和工件28内部(在第一和第二密封结构66和67之间)的体积可被净化。此外，装置72(例如，传感器，发射器，例如x射线发射器，超声发射器等)可以设置在轴70内，用于检测参数和/或用于发送信号(例如，X射线，超声能量)。所述装置72可以是任何合适的传感器，诸如压力传感器，温度传感器，接收器(例如，x射线接收器诸如Panorex^TM接收器，超声接收器)，等等。例如，该装置72可以是温度传感器，例如热电偶，双金属开关，电阻温度检测器(RTD)，热敏电阻，蜡马达(例如，适合于通过蜡的相变行为转换热到机械能的致动器装置)，和/或红外检测器。在某些实施例中，引线74被耦合到装置72，以方便有线通信，例如用于从装置72提供数据。在其它实施例中，装置72可以无线地通信。净化插头64还包括传感器76，例如压力传感器，温度传感器，接收器(例如，X射线检测器)，等等。如图所示，发射器78(例如，X射线发射器，用于计算机断层摄影(CT)系统的发射器，等等)可结合装置72地使用以取得结合部30的扫描，例如在结合部30进行焊接之前，之中和/或之后。由此，焊接结合部30的质量可以被确定。

图6是使用图5的净化插头64的焊接系统10实施例的横截面图。因为图6包括前面对于图5描述的类似元件，因此类似元件用类似的附图标记描绘。如图所示，传感器76可以与工件28内表面抵靠，如此用于检测工件28的温度。此外，轴70和工件28之间的间隙78被示出。所述间隙78是工件28内的一些部分，当惰性气体被提供到入口68时，这些部分将不合需的气体清除。

如可以理解的，在某些实施例中，传感器52，54，56，58，和76可以被构置来将数据存储在例如传感器的存储器中。例如，检测器可以被构置为对应于检测到的传输来存储数据。使用传感器和本文所述的其它装置(例如，装置72)，可以检测，监控和/或获得工件28的温度，压力，和/或其他参数。因此，在结合部30上进行焊接的质量可以被确定和/或控制。例如，工件在焊接操作期间暴露在的温度可以被确定。此外，中空装置内的气体压力可以被监控。此外，可以通过使用发射器和接收器(例如，X射线)检查焊接处的质量。

在此虽然对本发明的仅某些特征进行了说明和描述，本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，可以理解的是，所附权利要求书旨在覆盖所有这类修改和变化，正如其落入本发明的真正精髓范围内。

Claims

1.一种净化插头系统，包括：

包含密封结构的净化插头组件，其中密封结构被构置成抵接中空装置的表面并在密封结构和中空装置之间形成密封；和

至少部分安置于净化插头组件中、密封结构中或其一些组合中的传感器，其中净化插头组件被构置成设置在具有中空装置的工件上，以从工件净化不合需的气体。

2.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器包括温度传感器。

3.如权利要求2所述的净化插头系统，其中，所述温度传感器包括热电偶，双金属开关，电阻温度检测器(RTD)，热敏电阻，蜡马达，和红外检测器。

4.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器包括压力传感器，气体传感器，或其组合。

5.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器包括接收器。

6.如权利要求5所述的净化插头系统，其中，所述接收器包括X射线接收器，超声接收器，或其组合。

7.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器与密封结构集成在一起并被构置成接触所述中空装置的表面。

8.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器包括无线传感器。

9.如权利要求1所述的净化插头系统，其中，所述传感器包括有线传感器。

10.一种净化插头系统，所述系统包括：

第一气体密封结构，被构置成以在第一气体密封结构和中空装置之间形成第一密封；

第二气体密封结构，被构置成以在第二气体密封结构和所述中空装置之间形成第二密封；

耦合到第一和第二气体密封结构的轴；和

至少部分地安置在第一气体密封结构内、第二气体密封结构内、轴内或其一些组合内的第一传感器。

11.如权利要求10所述的净化插头系统，其中，所述第一传感器包括安置在所述轴内的x射线检测器，超声检测器，或其组合。

12.如权利要求11所述的净化插头系统，包括第二传感器，其中所述第二传感器包括温度传感器。

13.如权利要求10所述的净化插头系统，其中，所述第一传感器包括安置在所述轴内的压力传感器，气体传感器，或其组合。

14.如权利要求10所述的净化插头系统，包括安置在所述轴内的X射线发射器，超声发射器，或其组合。

15.如权利要求10所述的净化插头系统，其中，所述第一传感器被构置成无线地提供感测的数据。

16.如权利要求10所述的净化插头系统，其中，所述第一传感器被构置成在其中存储感测的数据。

17.如权利要求10所述的净化插头系统，其中，所述第一传感器被构置为经由有线连接提供感测数据。

18.一种净化插头系统，包括：

净化部件，包括第一气体密封结构，所述第一气体密封结构被构置成在第一气体密封结构和中空装置之间形成第一密封；和

发射器，至少部分地安置在净化插头组件内。

19.如权利要求18所述的净化插头系统，其中，所述净化插头组件包括：第二气体密封结构，所述第二气体密封结构被构置成在第二气体密封结构和所述中空装置之间形成第二密封；以及轴，所述轴与所述第一和第二气体密封结构耦合，并且其中所述第一气体密封结构、所述第二气体密封结构或其一些组合包括被构置成接收惰性气体到中空装置的入口。

20.如权利要求18所述的净化插头系统，其中，所述发射器包括X射线发射器，超声发射器，无线传感器发射器，或其组合。