CN106794537B - 用于监视焊接阈值条件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种金属制造系统包含：一个或更多个传感器、处理电路以及反馈装置，所述传感器被配置成传输与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；所述处理电路耦接到所述一个或更多个传感器；所述反馈装置耦接到所述处理电路。所述处理电路被配置成至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的第一条件并比较所述第一条件与第一阈值。所述反馈装置被配置成在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知。

Description

用于监视焊接阈值条件的系统和方法

背景技术

本发明概括地涉及监视阈值条件，并且更具体地，涉及用于监视焊接系统的阈值条件的系统和方法。

金属制造是一种已在各种工业和应用中越来越多地被使用的工艺。例如，金属制造可包含焊接、切割、成形等。这些工艺在某些情形下可以是自动化的，但是对手动焊接操作来说，依然存在大量应用。在两种状况下，焊接系统周围的环境的条件可影响焊接的特性。一些焊接工艺必须仅在指定环境条件下执行，例如在焊接过程规范(WPS)中详细说明的环境条件。环境条件可随时间而改变。等待条件改变以及不知不觉等待超过必要时间可增加与所述工艺相关联的成本。

发明内容

在下文概述就范围而言与最初要求保护的发明相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制要求保护的发明的范围，这些实施例反而仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所阐述的实施例的各种形式。

在一个实施例中，一种金属制造系统包含：一个或更多个传感器、处理电路，以及反馈装置，其中所述一个或更多个传感器被配置成传输与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；所述处理电路耦接到所述一个或更多个传感器；所述反馈装置耦接到所述处理电路。所述处理电路被配置成至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的第一条件并比较所述第一条件与第一阈值。所述反馈装置被配置成在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知。

在另一实施例中，一种操作金属制造系统的方法包含：使用处理电路而接收与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；使用所述处理电路而至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的第一条件；使用所述处理电路而比较所述第一条件与第一阈值；以及使用反馈装置而在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知。

在另一实施例中，一种焊接监视系统包含：一个或更多个温度传感器、处理电路，以及反馈装置，其中所述一个或更多个温度传感器被配置成确定所述焊接系统的工件的第一温度；所述处理电路被配置成比较所述第一温度与第一温度阈值；所述反馈装置被配置成在所述第一温度满足所述第一温度阈值时将第一通知提供给所述焊接系统的操作员。所述第一通知包含视觉反馈、听觉反馈、触觉反馈或其任何组合。

附图说明

当参照附图阅读以下具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在全部附图中，相同附图标记表示相同部件，其中：

图1是具有监视系统的焊接系统的实施例的图示；

图2是监视系统和焊接环境的实施例的图示；

图3是在多道焊接工艺期间工件的温度与时间之间的关系的实施例的图表；

图4是在焊接工艺期间工件的温度与时间之间的关系的实施例的图表；

图5是焊接环境的氧气浓度与时间之间的关系的实施例的图表；以及

图6是用于确定焊接系统周围的环境的条件的过程的实施例的流程图。

具体实施方式

下文将描述本公开的一个或更多个具体实施例。这些所描述的实施例仅是本公开的实例。此外，为了提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能不描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出众多实施方案特定性的决策来实现开发者的特定目标，例如，符合系统相关和商业相关的约束条件，所述约束条件可能在实施方案之间有所不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂和费时的，但是仍然将是可受益于本公开的一般技术人员进行设计、构造和制造的例行工作。

金属制造(例如，焊接)环境的条件可随着时间而改变。操作员可主动改变一些环境条件，例如，加热工件、冷却工件或置换接近焊缝的气体。附加地或者替代地，一些环境条件可改变而不需要焊接操作员的直接动作，例如，多道焊接之间的被动冷却。当一个或更多个环境条件(例如，工件温度、接近焊缝的气体浓度)满足对应阈值时，焊接操作员可执行焊接工艺，而当所述一个或更多个环境条件不满足对应阈值时，焊接操作员可避免执行焊接工艺。用于执行焊接工艺的阈值可至少部分地基于各种因素，包含但不限于焊接过程规范(WPS)、工件的材料、焊接操作员的经验水平或其任何组合。如本文所述的焊接系统的实施例可确定一个或更多个环境条件何时满足对应阈值。当所述一个或更多个环境条件满足对应阈值时，焊接系统可经由监视系统而提供通知。附加地或者替代地，当所述一个或更多个环境条件满足对应阈值时，焊接系统可经由监视系统而进行记录。焊接系统可将通知提供给一个或更多个接收者，例如，焊接操作员、主管、耦接到焊接系统的网络或其任何组合。在一些实施例中，所述通知便于一个或更多个焊接操作员有效地利用焊接系统。附加地或者替代地，通知使焊接操作员能够减少焊接工艺之间的等待时间。此外，在一些实施例中，当环境条件处于由一个或更多个阈值定义的期望操作范围之外时，监视系统可中断工艺的继续或阻止工艺开始。因此，监视系统可实现四种或更多种操作模式，包含但不限于：仅记录一个或更多个环境条件；当一个或更多个环境条件满足对应阈值(例如，处于期望操作范围内)时，提供通知；当一个或更多个环境条件不满足对应阈值时，阻止工艺的起始；以及当一个或更多个环境条件不满足对应阈值时，停止或暂停工作进程。在一些实施例中，虽然一个或更多个环境条件不满足对应阈值，但在操作员或主管确认未满足的条件之后，监视系统可实现工艺的继续或起始。

参照附图，图1图示根据本公开的方面金属制造系统10(例如，气体保护金属极电弧焊(GMAW)系统)的实施例，其中焊接电力单元12以及一个或更多个焊接装置14可被一起利用。应了解，虽然本论述可特别着重于图1所图示的GMAW系统10，但当前公开的方法可用于使用任何电弧焊工艺(例如、FCAW、FCAW-G、GTAW(即，TIG)、SAW、SMAW、等离子体焊接、激光焊接、摩擦搅拌焊接、作为两种或更多种焊接工艺的组合的混合焊接工艺)、切割工艺(例如，等离子体切割、氧气切割、作为两种或更多种切割工艺的组合的混合切割)、加热工艺(例如，感应加热、火焰加热)、成形工艺和任何类似工艺的金属制造系统中。

如图示，焊接系统10包含焊接电力单元12、焊接装置14(例如，送丝机、远程装置、悬架式操纵台、遥控器、焊接传感器)、供气系统16、焊炬18和监视系统19。焊接电力单元12通常对焊接系统10供应焊接电力(例如，电压、电流等)，并且焊接电力单元12可经由电缆束20而耦接到焊接装置14并且焊接电力单元12可使用具有线夹26的工作电缆24而耦接到工件22。工作电缆24可与电缆束20集成或分开。在一些实施例中，工作电缆24经由焊接装置14而将工件22耦接到焊接电力单元12，如虚线工作电缆24所示。

焊接系统10的通信电路46元件可经由有线或无线通信而相互通信。例如，焊接电力单元12的通信电路46可与焊接装置14、供气系统16、监视系统19或其任何组合的通信电路46通信。在一些实施例中，电缆束20包含处于焊接电力单元12与焊接装置14之间的有线通信线路。此外，焊接电力单元12可经由电力线路通信而与焊接装置14通信，其中数据是在焊接电力上(例如，在同一物理电导体上)提供(例如，传输、发送、传送、输送)。应了解，焊接电力单元12可使用任何适当的有线协议(例如，RS-232、RS-485、以太网、专有通信协议等)或无线协议(例如，Wi-Fi、蓝牙、紫蜂、蜂窝等)而与焊接装置14通信(例如，接收和/或传输信号)。在某些实施例中，焊接电力单元12和焊接装置14可使用链接焊接电力单元12和焊接装置14的有线通信线路来通信。附加地或者替代地，焊接系统10的通信电路46元件可经由网络27(例如，因特网、内联网、云等)而相互通信。因此，焊接电力单元12可经由因特网而与焊接装置14通信。在一些实施例中，焊接电力单元12和焊接装置14可使用无线通信信道(例如，Wi-Fi、蓝牙、紫蜂、蜂窝)而通信(例如，直接通信，或经由网络27而间接通信)。例如，蜂窝无线通信信道可经由包含但不限于码分多址(CDMA)标准、全球移动通信系统(GSM)标准或其任何组合的标准而通信。

焊接电力单元12可包含电力转换电路28，该电力转换电路28从电源30(例如，AC电网、发动机/发电机组、电池或其组合)接收输入电力，调节所述输入电力，并经由电缆束20而提供DC或AC输出电力。因此，根据焊接系统10的需要，焊接电力单元12可为焊接装置14供电，该焊接装置14继而为焊炬18供电。此外，焊接电力单元12可对供气系统16和/或监视系统19供电。端接在线夹26中的工作电缆24将焊接电力单元12耦接到工件22，以闭合在焊接电力单元12、工件22和焊炬18之间的电路。电力转换电路28可包含能够如焊接系统10的要求所指示而将AC输入电力转换为直流正接(DCEP)输出、直流反接(DCEN)输出、DC变极性、脉冲式DC或可变平衡(例如，平衡或不平衡的)AC输出的电路元件(例如，变压器、整流器、开关、升压转换器、降压转换器等)。

所图示的焊接系统10包含供气系统16，该供气系统16将保护气体或保护气体混合物从一个或更多个保护气体源32供应到焊炬18。供气系统16可经由气体线路34而直接耦接到焊接电力单元12、焊接装置14和/或焊炬18。具有分别与一个或更多个保护气体源32耦接的一个或更多个阀门的气体控制系统36可调节气体从供气系统16到焊炬18的流动。气体控制系统36可与焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16或其任何组合集成。

如本文所使用的保护气体可表示可被提供到电弧40和/或焊接熔池以便提供特定局部气氛(例如，用于保护电弧、提高电弧稳定性、限制金属氧化物的形成、改进金属表面的润湿、更改焊接沉积物相对于填料金属和/或底料金属的化学性质，等等)的任何气体或气体混合物。通常，保护气体是在焊接时提供，并且可在焊接前和/或在焊接后开启。在某些实施例中，保护气体流可以是保护气体或保护气体混合物(例如，氩气(Ar)、氦气(He)、二氧化碳(CO₂)、类似的适当的保护气体或其任何混合物)。例如，保护气体流(例如，经由气体线路34而输送)可包含Ar、Ar/CO₂混合物、Ar/CO₂/O₂混合物、Ar/He混合物等。供气系统16可经由第二气体线路35而将次级保护气体流(例如，净化流)供应到工件22。例如，供气系统16可将次级保护气体流提供到工件22的背侧或内部以在工件22的背侧处控制环境。

在所图示的实施例中，焊接装置14经由电缆束38而耦接到焊炬18，以便在焊接系统10的操作期间将耗材(例如，保护气体、焊丝等)和焊接电力供应到焊炬18。在另一实施例中，电缆束38可仅将焊接电力提供到焊炬18。在操作期间，可使焊炬18靠近工件22，从而可在焊接电极(例如，离开焊炬18的接触焊嘴的焊丝)与工件22之间形成电弧40。

焊接系统10的一个或更多个操作员接口42便于操作员输入设定(例如，焊接参数、焊接工艺等)，并且可便于将信息输出或显示给操作员。可了解，焊接系统10的一个或更多个部件可具有相应操作员接口42。例如，焊接电力单元12的操作员接口42可并入到焊接电力单元12的前面板中以允许操作员选择设定。所选择的设定被传达到焊接电力单元12内的控制电路44。下文更详细地描述的控制电路44操作以控制从焊接电力单元12输出的焊接电力的产生，其中焊接电力由电力转换电路28施加到电极以执行期望的焊接操作。控制电路44可至少部分地基于经由操作员接口42而接收的设定、经由焊接电力单元12的通信电路46而接收的设定、监视系统19所监视的阈值、温度控制系统51所监视的阈值或其任何组合来控制电力转换电路28。

一个或更多个焊接装置14的装置控制电路48可控制相应焊接装置14的各种部件。在一些实施例中，装置控制电路48可从焊接装置14的操作员接口42接收输入和/或从焊接装置14的通信电路46接收输入。在某些实施例中，一个或更多个焊接装置14可包含送丝机，所述送丝机具有受装置控制电路48控制的送丝组件50。送丝组件50可包含但不限于电动机、驱动轮、卷轴、电力转换电路或其任何组合。在一些实施例中，焊接装置14的操作员接口42可使操作员能够选择一个或更多个焊接参数，例如，送丝速度、所利用的焊丝的类型、电流、电压、功率设定等。

在某些实施例中，焊接装置14可包含加热或冷却工件22的温度控制系统51。例如，温度控制系统51可包含感应线圈、火焰或电阻加热器以使工件22变暖，例如预加热或后加热工件22。此外，温度控制系统51可经由热交换器、风扇或其任何组合而冷却工件22。可了解，工件22和焊接材料的微观结构可至少部分地基于焊接工艺开始时工件22的温度、到工件22的总热输入、工件22的冷却速率或其任何组合。

将来自焊接电力单元12的电力施加到电极52(例如，焊丝)以形成电弧40。电力通常经由耦接到焊炬18的电缆束38的焊接电缆54而施加。类似地，保护气体可经由气体线路34穿过电缆束38而送给到焊炬18。在一些实施例中，在焊接操作期间，焊丝52穿过电缆束38朝向焊炬18推进。触发器开关56可启动气体流并将所供电的电极52朝向工件22推进以形成电弧40。

监视系统19被配置成监视工件22周围的环境60的条件。如本文所论述，环境60包含但不限于工件22、焊炬18及其接近工件22和/或焊炬18的周边环境62。耦接到监视系统19的一个或更多个传感器64被配置成将与环境60的条件相关的信号传输到监视系统19。监视系统19所监视的环境60的条件不包含由焊接电力单元12提供到焊炬18的焊接电流或焊接电压。在一些实施例中，传感器64可直接或间接地耦接到工件22。附加地或者替代地，传感器64可设置在工件22周围的环境60中。例如，温度传感器可将与工件22的温度相关的信号传输到监视系统19。温度传感器可包含但不限于热电偶、电阻温度检测器(RTD)、红外线传感器和/或热敏电阻。附加地或者替代地，气体传感器可将与工件22周围的周边环境62中的气体组成相关的信号传输到监视系统19。气体传感器可包含但不限于电化学传感器、氧传感器、红外线传感器或半导体传感器。传感器64可在执行焊接操作之前、执行焊接操作期间和执行焊接操作之后监视环境60。传感器64可经由有线或无线连接而耦接到监视系统19。

传感器64将信号传输到监视系统19的处理电路66，并且处理电路66确定与所接收的信号相关的环境条件。例如，处理电路66的处理器68可执行处理电路66的存储器70中所存储的指令以从所接收的信号确定环境条件。存储器70可存储相应环境条件的一个或更多个阈值，因此使处理电路66能够比较所确定的环境条件与一个或更多个相应阈值。每一环境条件的一个或更多个阈值可由操作员输入到存储器70中，在监视系统19的组装期间加载到存储器70中，经由网络27而加载到存储器70中，或其任何组合。例如，焊接系统10的部件的通信电路46可使经由焊接系统10的任一个部件的操作员接口42接收的一个或更多个阈值能够存储在存储器70中。虽然处理电路66在图1中被图示为设置在金属制造系统10(例如，焊接系统)的监视系统部件19内，但处理电路66可设置在耦接到监视系统19的移动装置76、耦接到监视系统19的远程或本地计算机或金属制造系统10的另一部件(例如，焊接电力单元12、焊接装置14)或其任何组合内。附加地或者替代地，处理电路66可以是网络27的一部分，因此使网络(例如，云)能够确定与所接收的信号相关的环境条件和/或比较所确定的环境条件与相应阈值。

当环境条件满足相应阈值时，耦接到处理电路66的反馈装置72将通知提供给一个或更多个接收者(例如，操作员、管理员、网络27等)。例如，当工件22冷却到低于第一阈值温度时，当工件22预加热到高于第二阈值温度时，当环境62的氧气浓度小于第一阈值浓度时，当环境62的湿度小于第二阈值浓度时，或其任何组合，反馈装置72可通知操作员。反馈装置72所提供的通知可以是视觉反馈(例如，灯光、文字等)、听觉反馈(例如，音调)、触觉反馈(例如，振动)或其任何组合。在一些实施例中，当通知被提供时，监视系统19可实现焊接系统10的部件(例如，送丝机、焊炬)的操作。也就是说，在一些实施例中，仅当满足一个或更多个条件并且通知被提供时，监视系统19可实现焊接系统10的部件的操作。附加地或者替代地，当一个或更多个所监视的环境条件不满足对应阈值时(即，当通知被提供时)，监视系统19可停止(例如，闭锁)焊接系统10的部件的操作。在一些实施例中，当监视系统19由于一个或更多个未满足的条件而闭锁(例如，暂停、阻止)焊接系统10的部件的操作时，操作员或主管可超控闭锁。例如，操作员或主管可将输入提供到监视系统19以在针对工艺而操作部件之前确认所述一个或更多个未满足的条件。监视系统19可记录关于所述超控的数据，例如，操作员或主管的身份、超控的时间、所超控的阈值和所监视的条件以及其它。

在一些实施例中，反馈装置72与焊接系统10的操作员接口42(例如，焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16、焊炬18或其任何组合的操作员接口42)合并。也就是说，操作员接口42可将通知作为视觉、听觉或触觉反馈提供给操作员。虽然监视系统19可以是焊接系统10的独立部件，如图1所图示，但在一些实施例中，监视系统19并入到焊接系统10的部件(例如，焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16等)中。

监视系统19可耦接到网络27，该网络27自身可耦接到数据库74和/或移动装置76。附加地或者替代地，监视系统19可与移动装置76合并。例如，在某些实施例中，移动装置76可包含监视系统19的处理电路66和/或反馈装置72。在一些实施例中，移动装置76与监视系统19直接通信，监视系统19经由本地网络而与焊接系统10通信，焊接系统10的一个或更多个部件可经由网络27而在本地网络之外(例如，与数据库74)通信。数据库74可被配置成存储所监视的环境条件、相应环境条件的阈值和各种类型的焊缝的焊接过程规范以及与焊接系统10相关的其它数据。移动装置76(例如，用户接口、人机接口)可包含但不限于寻呼机、蜂窝电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机、腕表等。在一些实施例中，具有反馈装置72的焊接面罩78经由有线或无线连接而耦接到监视系统19。焊接面罩78的一些实施例被配置成在环境条件满足相应阈值时将通知提供给操作员。

图2是具有传感器64的监视系统19的实施例的图示，该传感器64被配置成提供关于工件22周围的环境62的环境条件的反馈。工件22包含介于工件22的第一部件102(例如，第一管段)与第二部件104(例如，第二管段)之间的接头100。如上文所述，耦接到监视系统19的一个或更多个传感器64设置在接头100周围的环境62中。例如，传感器64可在接近接头100处耦接到工件22，在接近接头100处定位在工件22(例如，管)内或布置在接头100周围。被设计成将传感器64耦接到工件22或环境62中的固定件的示范性系统例如描述在第14/258,987号美国专利申请中，该美国专利由Blundell等人于2013年11月10日提交申请且名为“温度传感器带(Temperature Sensor Belt)”，并且该美国专利申请以引用方式并入本文中。传感器64在沿着接头100的焊缝形成之前、在沿着接头100的焊缝形成期间、在沿着接头100的焊缝形成之后或其任何组合提供关于工件22周围的环境62的环境条件(例如，温度、气体组成、湿度等)的反馈。

温度控制系统51可经由耦接到工件的热力装置106的控制而提高或降低工件22的温度。热力装置106可以是感应线圈和/或电阻加热线圈以将加热工件22。在一些实施例中，热力装置106可使流体循环以将热传递到工件22或从工件22传递热。因此，在一些实施例中，热力装置106可例如经由穿过热力装置106的冷却流体的循环而冷却工件22。

监视系统19的反馈装置72可包含但不限于：扬声器108，被配置成提供听觉指示(例如，音调、记录消息等)；一个或更多个灯110，被配置成提供视觉指示(例如，灯开启，灯关断，灯闪烁，灯改变颜色，等等)；或显示器112，被配置成提供视觉指示(例如，图示相对于阈值的传感器历史的图形、传感器64所感测的值的数字表示、文字消息等)。附加地或者替代地，反馈装置72或其一部分可被配置成例如通过偏置电动机来提供触觉指示(例如，振动)，如线114所指示。

图3是在多道焊接工艺期间的工件22的温度曲线140、142的实施例的图表138。温度曲线140、142设置到温度轴线144和时间轴线146上。在所描绘的实施例中，第一温度曲线140与来自第一温度传感器64的信号相关，而第二温度曲线142与来自第二温度传感器64的信号相关。如图示，第一道焊接148是在时间范围T₁发生，并且第二道焊接150是在时间范围T₂发生。在第一温度传感器64的位置处的工件22的温度可大致上在焊炬18最接近第一温度传感器64时达到第一峰值152，并且在第二温度传感器64的位置处的工件22的温度可大致上在焊炬18最接近第二温度传感器64时达到第二峰值154。

在完成第一道焊接148之后，操作员可在开始第二道焊接150之前暂停，如时间范围T₁与T₂之间的暂停间隔156所指示。暂停间隔156使工件22能够在开始第二道焊接150之前冷却到低于最大初始温度阈值158。工件22可在暂停间隔156期间主动或被动冷却。可了解，将工件22冷却到最大初始温度阈值158或低于最大初始温度阈值158可使第一峰值152和第二峰值154能够在第二道焊接150期间保持低于最大工艺温度阈值160。最大初始温度阈值158可存储在监视系统19的存储器70中。在一些实施例中，最大初始温度阈值158至少部分地基于诸道焊接148、150的WPS。在一些实施例中，监视系统19可禁止焊炬、焊接电力单元或焊接装置的操作，直到工件22的温度低于最大初始温度阈值158为止。也就是说，当经由反馈装置72而提供通知时，监视系统19可启用焊炬、焊接电力单元或焊接装置的操作。

当温度曲线140、142中的一条或两条小于最大初始温度阈值158时，上文所述的监视系统19可提供通知。例如，监视系统19的第一通知(例如，第一音调、第一灯光等)可在第一曲线140小于最大初始温度阈值158时的第一时间162通知操作员，并且监视系统19的第二通知(例如，第二音调、第二灯光)可在第二曲线142小于最大初始温度阈值158时的第二时间164通知操作员。附加地或者替代地，监视系统19可在第一温度曲线140与第二温度曲线142两者已在期望的持续时间168持续小于最大初始温度阈值158时的第三时间166提供通知。条件(例如，工件温度)满足阈值(例如，小于最大初始温度阈值158)的通知使操作员能够减少暂停间隔156的持续时间，因此减少操作员完成第一道焊接148和第二道焊接150的总时间。

图4是在预加热工艺期间的工件22的温度曲线192的实施例的图表190。温度曲线192设置到温度轴线144和时间轴线146上。如上所述，温度曲线192是来自温度传感器64的相关信号。在执行焊接工艺之前的时间196，工件22可大致上处于周围环境的温度198。温度控制系统51可在时间200开始预加热工件22。在一些实施例中，温度控制系统51以大致上均一的速率202将工件22变暖。当温度曲线192在第一时间206约等于第一控制温度204时，温度控制系统51可降低向工件22提供热的速率，因此使温度控制系统51减小超出期望的预加热温度208。上文所述的监视系统19可在温度曲线192大于最小预加热阈值212时的时间210提供通知。在一些实施例中，监视系统19可禁止焊炬、焊接电力单元或焊接装置的操作，直到温度曲线192大于最小预加热阈值212为止。最小预加热阈值212可存储在监视系统19的存储器70中。在一些实施例中，最小预加热阈值212至少部分地基于后续焊接工艺的WPS。传统上，操作员手动应用一个或更多个标记指示符以估计工件温度。然而，传统的标记指示符不会随着所述标记指示符将被操作员在工件22处在视觉上观测到而主动地通知远程操作员。

图5图示工件22周围的焊接环境62的环境条件曲线222的实施例的图表220。环境条件曲线222设置到条件轴线224和时间轴线146上。环境条件曲线222与来自与监视系统19耦接的传感器64的信号相关。在一些实施例中，环境条件曲线222与焊接环境62的气体组成(例如，氧气)、焊接环境62的湿度或其任何组合相关。在一些实施例中，环境条件曲线222与焊接环境62的温度相关。虽然下文的论述将条件曲线222标识为氧气浓度，但条件曲线222以及基于条件曲线222的通知不应限于焊接环境62的氧气浓度。

在执行焊接工艺之前的时间226，焊接环境62的氧气浓度222可大致上是周围环境的氧气浓度(例如，约21％)。供气系统16可在时间228将保护气体提供到焊接环境62，以降低焊接环境62的氧气浓度222。例如，供气系统16可在焊接管接头之前将保护气体提供到管的内部。如上文所论述，保护气体可包含但不限于氩气、氦气、二氧化碳或其任何组合。在一些实施例中，保护气体可降低焊接环境62的湿度。上文所述的监视系统19可在氧气浓度222小于最大浓度阈值232时的时间230提供通知。附加地或者替代地，当氧气浓度222小于最大浓度阈值232时，监视系统19可实现焊炬、焊接装置或电力供应单元的操作。最大浓度阈值232可存储在监视系统19的存储器70中。在一些实施例中，最大浓度阈值232至少部分地基于焊接工艺的WPS。可了解，焊接环境62的氧气浓度222可影响其中所形成的焊缝的组成，并因此影响所述焊缝的强度。此外，WPS可指定最大浓度阈值232以使操作员所形成的焊缝能够满足设计准则，例如，强度、穿透率、外观等。

当条件(例如，工件温度、气体组成)满足阈值(例如，大于最小预加热阈值212，小于最大浓度阈值232，等等)时，监视系统19实现操作员的主动通知，因此使操作员免于非条件监视活动，直到条件被满足为止。此外，监视系统19所进行的主动通知使操作员能够减小介于条件被满足时与操作员启动后续焊接工艺时之间的闲置持续时间，因此提高操作员和焊接系统的效率。也就是说，监视系统19所进行的主动通知可使操作员能够避免比改变条件以满足阈值所需更长的等待。此外，监视系统19能够使远离焊接环境62的人(例如，操作员、主管、技术员)能够在条件被满足时得到通知。

在一些实施例中，当条件不再满足期望阈值时，监视系统19可重置或撤销通知。例如，当温度曲线140、142不再小于上文关于图3所论述的最大初始温度阈值158时，监视系统19可重置通知。如果当条件满足期望阈值时，监视系统19经由开启灯110或从扬声器108启动音调而通知操作员，那么当条件不再满足期望阈值时，监视系统可关断灯110或从扬声器108停止音调。例如，当第一温度曲线140超过最大初始温度阈值158时，监视系统19可关断灯110，并且当温度曲线192小于最小预加热阈值212时，监视系统19可停止从扬声器108发射的音调。附加地或者替代地，如果监视系统19在监视系统19的显示器112上经由文字而向操作员通知条件被满足，那么当条件不再被满足时，监视系统19可从显示器112移除文字。此外，如果当条件满足适当阈值时，监视系统19经由将第一消息(例如，文字消息)发送到移动装置76或焊接系统10的面罩78而通知操作员，那么监视系统19可经由将第二消息发送到移动装置76或面罩78以撤销第一消息而通知操作员。

可了解，当条件被满足时以及当条件不再被满足时，监视系统19可在存储器70中进行记录。例如，监视系统19可记录介于第一道焊接148与第二道焊接150之间条件被满足(例如，工件温度小于最大初始温度阈值158)的持续时间。条件被满足之后和操作员采取后续措施之前的持续时间在本文中被定义为闲置持续时间。可对大于可接受的间隔的闲置持续时间进行标记。可接受的间隔可由操作员、操作员的主管或系统管理员定义。标记的闲置持续时间可被追踪以标识操作员模式和/或评估操作员效率。此外，监视系统19可将闲置持续时间与操作员的身份、特定焊接系统、焊缝类型、针对组件的一组焊缝中的特定焊缝或其任何组合相关联。在一些实施例中，监视系统19至少部分地基于在工作周期内闲置持续时间以及操作员和/或焊接系统所执行的其它活动的持续时间来确定操作员和/或焊接系统的效率。例如，监视系统19可将焊接系统的效率作为工作周期期间闲置持续时间的总和与焊接系统被供电的总持续时间之间的比率来确定。

图6是用于确定焊接系统10周围的环境的条件的过程的实施例的流程图240。监视系统19从耦接到监视系统19的传感器64接收信号(框242)。传感器64可包含但不限于温度传感器、气体组成传感器或其任何组合。来自传感器64的信号与焊接环境60的条件(例如，温度、气体组成、湿度等)相关。在一些实施例中，监视系统19从多个传感器64接收信号。监视系统19确定与所接收的信号相关的环境条件(框244)。监视系统19可实质上连续地或以规则间隔(例如，大约每0.1秒、每0.5秒、每1秒、每5秒、每15秒或每30秒或更多)确定环境条件。

一经确定环境条件，监视系统19比较环境条件与一个或更多个阈值(节点246)。所述一个或更多个阈值可存储在监视系统19的存储器70或耦接到监视系统19的数据库74中。如上文所论述，阈值可包含但不限于最大初始温度阈值、最小预加热阈值和最大浓度阈值。附加地或者替代地，阈值可包含环境条件的峰值、环境条件的改变速率(例如，斜率)、环境条件的平均值、环境条件的RMS值。环境条件是否满足阈值取决于阈值的类型。例如，小于最大初始温度阈值的温度可满足最大初始温度阈值，而大于最小预加热阈值的温度可满足最小预加热阈值。在一些实施例中，阈值的满足至少部分地基于环境条件大于或小于适当阈值的持续时间。

如果所确定的环境条件满足阈值，那么监视系统19提供通知(框248)。监视系统19可经由反馈装置72例如灯、显示器、扬声器或振动控制器来提供视觉、听觉、触觉通知。可将通知提供给焊接环境处的操作员和/或例如经由移动装置76或数据库74而提供给位于远处的操作员、主管或技术员。在一些实施例中，监视系统19可已在前一样本间隔中提供通知，从而监视系统19一经确定条件仍满足阈值，就维持通知(框248)。当环境条件满足阈值时，通知使操作员能够任意执行焊接操作。如果所确定的环境条件不满足阈值，那么监视系统19重置通知(框250)。也就是说，如果监视系统19先前在前一样本间隔中提供通知，那么监视系统19重置或撤销该通知。如上文所论述，重置通知可包含但不限于关断灯或停止音调或移除文字通知。当监视系统19在前一样本间隔中尚未提供通知时，过程240返回到框242以在下一样本间隔中从传感器64接收信号。

虽然在本文中仅说明和描述本发明的某些特征，但本领域的技术人员可想到许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改和改变。

Claims (22)

1.一种金属制造系统，包括：

一个或更多个传感器，所述传感器被配置成传输与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号，其中所述第一条件包括所述金属制造系统的工件的温度，并且所述一个或更多个传感器包括一个或更多个温度传感器；

与所述一个或更多个传感器耦接的处理电路，其中所述处理电路被配置成至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的所述第一条件并将所述第一条件与第一阈值进行比较，其中所述第一阈值包括最大初始温度阈值，并且当所述工件的所述温度冷却至小于所述最大初始温度阈值时，所述第一条件满足所述第一阈值；以及

与所述处理电路耦接的反馈装置，其中所述反馈装置被配置成在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知。

2.根据权利要求1所述的金属制造系统，包括被配置成加热所述工件的温度控制系统，其中所述处理电路被配置为将所述第一条件与第二阈值进行比较，所述第二阈值包括最小预加热温度，并且当所述工件的所述温度大于所述最小预加热温度时，所述第一条件满足所述第二阈值。

3.根据权利要求1所述的金属制造系统，其中所述一个或更多个传感器耦接到所述工件。

4.根据权利要求1所述的金属制造系统，包括被配置成置换所述环境的至少一部分中的气体的供气系统，其中所述一个或更多个传感器被配置成传输与所述金属制造系统的所述环境的第二条件相关的第二信号，并且其中所述处理电路被配置成至少部分地基于所述第二信号来确定所述环境的所述第二条件，并且将所述第二条件与第二阈值进行比较，

其中所述第二条件包括所述环境的所述部分的气体浓度，所述第二阈值包括所述环境的所述部分中的所置换的气体的最大浓度阈值，并且当所述环境的所述部分的所述气体浓度小于所述最大浓度阈值时，所述第二条件满足所述第二阈值，其中所述反馈装置被配置成在所述第二条件满足所述第二阈值时提供第二通知。

5.根据权利要求1所述的金属制造系统，其中所述反馈装置的所述第一通知包含视觉反馈、听觉反馈、触觉反馈或其任何组合。

6.根据权利要求1所述的金属制造系统，其中所述反馈装置包括所述金属制造系统的操作员接口，并且所述金属制造系统包括电力单元、焊接装置、焊炬或其任何组合。

7.根据权利要求1所述的金属制造系统，包括与所述处理电路和远程装置通信耦接的通信电路，其中所述通信电路被配置成在所述第一条件满足所述第一阈值时将所述第一通知提供到所述远程装置。

8.根据权利要求1所述的金属制造系统，其中所述处理电路被配置成记录介于所述反馈装置提供所述第一通知时与所述金属制造系统的操作员执行金属制造工艺时之间的持续时间。

9.根据权利要求1所述的金属制造系统，其中所述处理电路被配置为阻止所述金属制造系统的操作员在执行初始金属制造工艺后执行后续的金属制造工艺，直到所述工件的所述温度小于所述最大初始温度阈值。

10.一种操作金属制造系统的方法，包括：

使用处理电路而接收与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；

使用所述处理电路而至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的所述第一条件，其中所述第一条件包括所述金属制造系统的工件的第一温度；

使用所述处理电路将所述第一条件与第一阈值进行比较，其中所述第一阈值包括最大初始温度阈值，并且当所述工件的所述第一温度冷却至小于所述最大初始温度阈值时，所述第一条件满足所述第一阈值；以及

使用反馈装置而在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知。

11.根据权利要求10所述的方法，包括使所述金属制造系统的部件能够在提供所述第一通知时执行后续金属制造工艺，其中所述部件包括电力单元、焊炬或其任何组合，并且所述后续金属制造工艺包括保护金属极电弧焊(SMAW)工艺、气体保护金属极电弧焊(GMAW)工艺，或其任何组合，其中所述第一条件包括金属制造系统的工件的温度，所述第一阈值包括最大初始温度阈值，并且当所述工件的所述温度小于所述最大初始温度阈值时，所述第一条件满足所述第一阈值。

12.根据权利要求10所述的方法，包括：

使用处理电路而接收与所述金属制造系统的环境的第二条件相关的第二信号；

使用所述处理电路而至少部分地基于所述第二信号来确定所述环境的所述第二条件；

使用所述处理电路将所述第二条件与所述第一阈值进行比较；以及

使用反馈装置而在所述第一条件和第二条件满足所述第一阈值时提供第二通知，其中所述第一条件和第二条件包括所述金属制造系统的工件的温度。

13.根据权利要求10所述的方法，包括将所述第一通知提供到远程装置，所述远程装置包括移动装置、终端、云系统、面罩或其任何组合。

14.根据权利要求10所述的方法，包括使用所述处理电路而至少部分地基于闲置持续时间的总和来确定系统效率，其中每一闲置持续时间包括介于所述反馈装置提供所述第一通知时与所述金属制造系统的操作员执行后续工艺时之间的持续时间。

15.根据权利要求12所述的方法，包括阻止后续金属制造过程的开始直到所述第一条件和所述第二条件满足所述第一阈值，所述第二条件包括所述工件的第二温度，其中当所述工件的所述第一温度和所述工件的所述第二温度小于所述最大初始温度阈值时，所述第一条件和第二条件满足所述第一阈值。

16.一种焊接监视系统，包括：

一个或更多个温度传感器，所述温度传感器被配置成确定焊接监视系统的工件的第一温度；

处理电路，所述处理电路被配置成比较所述第一温度与第一温度阈值；以及反馈装置，所述反馈装置被配置成在所述第一温度满足所述第一温度阈值时将第一通知提供给所述焊接监视系统的操作员，其中所述第一通知包括视觉反馈、听觉反馈、触觉反馈或其任何组合；

其中所述处理电路被配置成记录介于所述反馈装置提供所述第一通知与在提供所述第一通知后启动所述焊接工艺之间的闲置持续时间。

17.根据权利要求16所述的焊接监视系统，其中所述反馈装置包括焊接电力单元、焊接装置、焊炬或其任何组合的操作员接口。

18.根据权利要求16所述的焊接监视系统，其中所述反馈装置包括移动装置、终端、云系统、面罩或其任何组合。

19.根据权利要求16所述的焊接监视系统，包括：

通信电路，所述通信电路与所述处理电路以及网络通信耦接；以及

所述网络，其中所述通信电路被配置成在所述第一温度满足所述第一温度阈值时将第一信号提供到所述网络并且在提供所述第一通知之后一经启动所述焊接工艺就将第二信号提供到所述网络，并且所述网络被配置成记录所述闲置持续时间。

20.根据权利要求16所述的焊接监视系统，其中所述处理电路被配置为阻止在收到所述第一通知后所述焊接工艺启动，直到所述工件的所述第一温度小于所述第一温度阈值，所述第一温度阈值包括最大初始温度阈值。

21.一种金属制造系统，包括：

一个或更多个传感器，所述传感器被配置成传输与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；

与所述一个或更多个传感器耦接的处理电路，其中所述处理电路被配置成至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的所述第一条件并将所述第一条件与第一阈值进行比较；以及

与所述处理电路耦接的反馈装置，其中所述反馈装置被配置成在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知；

其中所述处理电路被配置成记录介于所述反馈装置提供所述第一通知时与所述金属制造系统的操作员执行金属制造工艺时之间的持续时间。

22.一种操作金属制造系统的方法，包括：

使用处理电路而接收与所述金属制造系统的环境的第一条件相关的第一信号；

使用所述处理电路而至少部分地基于所述第一信号来确定所述环境的所述第一条件；

使用所述处理电路将所述第一条件与第一阈值进行比较；

使用反馈装置而在所述第一条件满足所述第一阈值时提供第一通知；

使用处理电路而接收与所述金属制造系统的环境的第二条件相关的第二信号；

使用所述处理电路而至少部分地基于所述第二信号来确定所述环境的所述第二条件；

使用所述处理电路将所述第二条件与所述第一阈值进行比较；

使用反馈装置而在所述第一条件和第二条件满足所述第一阈值时提供第二通知，其中所述第一条件和第二条件包括所述金属制造系统的工件的温度；以及阻止后续金属制造过程的开始直到所述第一条件和所述第二条件满足所述第一阈值，其中所述第一条件包括所述工件的第一温度，所述第二条件包括所述工件的第二温度，所述第一阈值包括最大初始温度阈值，其中当所述工件的所述第一温度和所述工件的所述第二温度小于所述最大初始温度阈值时，所述第一条件和第二条件满足所述第一阈值。