CN109562476A - 基于喷嘴的尺寸控制焊接装置中的保护气体流量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于在焊接装置中基于气体喷嘴的尺寸获得适合的保护气体流量的系统和方法。该系统包括用户接口(10)、处理器和流量调节器，该用户接口配置成便于用户输入喷嘴的尺寸，该处理器被配置成至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸来计算保护气体的适合流量，该流量调节器被配置成控制保护气体的流量以便获得适合的流量。

Description

基于喷嘴的尺寸控制焊接装置中的保护气体流量的系统和 方法
背景技术
保护气体在制造优质焊缝中发挥重要作用。具体而言，保护气体防护或保护焊缝免受可能导致氧化的大气中的氧气以及其他大气污染物影响。因此，为了确保可以产生优质焊缝，维持通过焊接装置的保护气体的适当流量是重要的。例如，由于层流流动轮廓将较少的来自大气的不期望的反应性气体引入到保护焊接区域的惰性气体柱中，所以希望离开焊接装置的喷嘴的保护气体具有层流流动轮廓，而不是湍流流动轮廓。
即便在距离喷嘴节流孔相对较远的位置，也希望保护气体维持层流流动轮廓，即希望保护气体柱具有相对长的层流流动轮廓。这允许焊接装置在钨电极从喷嘴的端部进一步延伸(伸出)的情况下进行操作，从而改善对焊接区域的可视性和可及性，由此允许焊接装置的用户更高效率地焊接更紧密的接头或难以到达的接头。由于这些原因，当在焊接装置中保护气体的流量被维持在提供具有层流流动轮廓的保护气体柱的水平时，可以实现较高质量且更易于获得的焊缝。
尽管维持并设置适当的保护气体流量是重要的，但是常规的焊接装置包含很少的保护气体流量控制。具体而言，很少向用户提供关于一开始将保护气体设置为多大流量的指导。相反，在焊接期间使用的流量通常依赖于用户的具体经验以及对如何获得适合的保护气体流动轮廓的了解，并因此容易导致用户犯错。此外，一旦获得初始流量，对保护气体的流量的控制几乎没有。
常规的焊接装置通常依赖于浮球阀，其中浮球的高度用来标识保护气体的流量。然而，这些常规装置遭受多种缺点，下面给出这些缺点的几个实例。第一，通常难以在浮球流上标识流量设定点。各种生产商采用在浮球上相对于浮管标度的不同位置来指示流量。最常见的是从浮球的底部、中部和顶部进行测量。第二，为了设置浮球阀的流量，气体必须处于流动中。这需要用户在设置流量时接通气流。用户必须在调整流量之前启动气流，通常从焊接电源或焊炬上的阀进行启动。此过程既繁琐又浪费时间。
第三，因为浮球阀通常位于保护气体歧管处，而当焊接装置在使用中时该保护气体歧管可能位于与用户和焊接区域相距较远的位置，因此可及性受到限制或者是难以实现的。第四，在具有许多阀且软管管理不良的大型装置中，识别用于控制特定焊接电源的流量的正确浮球阀可能是困难的。因此，操作者可能无意地对非预期的焊接电源调整气体流量。第五，由于浮球阀的压力变化的上游或压头损失变化的下游，浮球无法维持恒定的流量。如果低的保护气体瓶或歧管压力低于对浮球规定的压力，流量将下降至初始设定点之下，从而提供不足的气体覆盖范围(gas coverage)和降低的焊缝质量。
本发明的实施例提供一种保护气体流量控制系统，其向用户提供对焊接装置中的保护气体的流动轮廓的较好控制。
发明内容
本公开的实施例涉及一种用于在焊接装置中获得适合的保护气体流量的系统。该系统包括用户接口，该用户接口配置成便于用户输入与焊接装置附接的喷嘴的尺寸。该系统还包括处理器，该处理器被配置成至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸来计算保护气体的适合流量。该系统还包括流量调节器，该流量调节器被配置成控制保护气体的流量以便获得适合的流量。
在本公开的系统的实施例中，该系统可以被编程为计算保护气体的适合流量，该系统可以被配置成利用以下方程式(1)计算保护气体的适合流量：
其中Q是保护气体的体积流量；Re是已被确定为提供适合的保护气体流动轮廓的雷诺数；μ是保护气体的动力粘度；ρ是保护气体的密度；以及DH是喷嘴的水力直径，该水力直径对于具有圆形横截面的常规喷嘴而言就是喷嘴的内径。Re的值可以是预设的或由处理器响应于用户输入而确定。相似地，μ和ρ的值可以是预设的或由处理器响应于用户输入而确定。DH值由处理器响应于用户输入的喷嘴尺寸进行确定。
在本公开的系统的实施例中，用户接口可以被配置成显示保护气体的流量和/或使用户得以在操作期间手动地调整保护气体的流量。例如，在所述系统最初确定适合的保护气体流量之后，所述系统可以被配置成允许用户背离初始值手动地调整流量。这使焊接装置的用户能够在焊接区域之间转换时响应于变化的环境条件等容易地根据需要调整保护气体的流量。在一些实施例中，合适的流量范围可以由处理器进行计算或者经由用户接口输入，并且所述系统可以被配置成使用户可以仅在合适的流量范围内调整保护气体的流量。这可以防止焊接装置的用户无意地或错误地将保护气体的流量调整至可能不适合的值(例如不足的气体覆盖范围或过度浪费的气体流)。例如，在一些实施例中，所述系统可以被配置成如果用户试图在合适的流量范围之外手动地调整保护气体的流量则例如经由用户接口阻止和/或通知用户。
在本公开的系统的实施例中，流量调节器可以能够调整以适应压力波动以便于基本保持适合的保护气体流量。以此方式，可以维持保护气体的适合流量并因此维持具有适合轮廓的保护气体柱，而无需由用户作出调整。
附加的实施例涉及焊接装置，该焊接装置包括本公开的任一个实施例的系统。
附加的实施例涉及一种例如通过使用本公开的任何实施例的系统在焊接装置中获得适合的保护气体柱的方法。所述方法优选地包括至少以下步骤：a.提示用户输入与焊接装置附接的喷嘴的尺寸；b.至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸确定保护气体的适合流量；以及c.控制保护气体的流量以获得适合的保护气体流量。所述方法的实施例还可以包括以下步骤：响应于压力波动调整保护气体的流量以便基本保持适合的保护气体流量。
在一些实施例中，可以利用以下方程式(1)确定保护气体的适合流量：
其中Q是保护气体的体积流量；Re是已被确定为提供适合的保护气体流动轮廓的雷诺数；μ是保护气体的动力粘度；ρ是保护气体的密度；并且DH是喷嘴的水力直径，对于具有圆形横截面的常规喷嘴，喷嘴的水力直径就是喷嘴的内径。Re的值可以是预设的或由处理器响应于用户输入而确定。相似地，μ和ρ的值可以是预设的或由处理器响应于用户输入而确定。DH的值由处理器响应于用户输入的喷嘴尺寸进行确定。
附加的特征和优点将在以下具体实施方式中陈述，并且部分的特征和优点对本领域技术人员而言将是从说明书中容易明白的，或者通过实施本文(包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图)中所述的实施例认识到的。
应理解以上总体描述和以下详细说明仅是示例性的，并且意在提供概览或框架以理解权利要求书的性质和特征。所包括的附图是为了提供进一步理解，并且附图被包括在本说明书内并且是本说明书的组成部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用于解释各种实施例的原理和操作。
附图简述
通过参考附图中示出的示例性且因此非限制性实施例，一个或多个实施例的优点和特征的清楚构思将变得更明显，其中：
图1是对于各种喷嘴尺寸的保护气体流量与雷诺数之间的关系的图形表示。
图2是根据本公开的实施例的用户接口的图示。
具体实施方式
现将详细地描述某些实施例，其实例在附图中示出。尽可能地，在所有附图中将使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
本公开的实施例涉及用于在焊接装置中获得适合的保护气体流量的系统。所述系统优选地包括用户接口、处理器和流量调节器，该用户接口配置成便于用户输入与焊接装置附接的气体喷嘴的尺寸，所述处理器被配置成至少部分地基于所输入的气体喷嘴尺寸来计算保护气体的适合流量，所述流量调节器被配置成控制保护气体的流量以便获得适合的流量。
焊接装置是指被配置成执行焊接操作的任何装置。在本文中使用的焊接操作包括如下操作：其导致将两个或更多个实体对象结合在一起(例如，焊接或钎焊在一起)、对实体对象的熔覆(overlaying)、纹理处理、热处理，和/或切割实体对象)。一般焊接装置包括也常被称为焊炬的装置，其用于执行气体保护钨极弧焊(GTAW)或气体保护金属极弧焊(GMAW)。
例如以上列出的那些焊接装置将保护气体柱施加到焊接区域以便保护熔融的焊接熔池免受大气影响。在没有此保护的情况下，熔融金属与大气中的气体反应并且在焊缝中产生不连续性和缺陷。焊缝熔敷甚至可能具有令焊缝强度大幅降低的不期望的机械性质。保护气体通常以压缩气瓶的形式提供，该压缩气瓶而后被连接到焊接装置。保护气体通常是惰性气体，最常用的保护气体是氦气、氩气，或者氦气和氩气的混合物。在一些应用中，一种或多种惰性气体还可以包含小百分比的另一种气体，例如氢气、氮气、氧气或二氧化碳。例如，在一些应用中，保护气体可以是约85-95％氩气和5-15％氢气的混合物、约95-99％氩气和1-5％氮气的混合物、约95-99％氩气和1-5％氧气的混合物，或者约75-90％氩气和10-25％二氧化碳的混合物。
焊接装置的气体喷嘴——也常被简称为喷嘴或焊杯——是一种部件，保护气体经由该部件从与焊接装置的头部附接的近端流到远端。远端包括出口，保护气体经由该出口离开焊接装置并朝向焊接区域被引导，保护气体在焊接区域中被称为保护气体柱。喷嘴可以具有任何数量的不同的形状、直径和长度。喷嘴可以由任何类型的耐热材料制成，包括但不限于陶瓷、金属(例如铜、黄铜等)、包覆有金属的陶瓷、玻璃和类似物。许多焊接装置——例如气体保护钨极弧焊焊接装置——利用可更换的陶瓷喷嘴，该可更换的陶瓷喷嘴被旋拧到焊炬头或被推压就位在焊炬头上。
每个喷嘴通常印有数字。此数字——也被理解为喷嘴尺寸或焊杯尺寸——标识喷嘴的内径。常规地，例如，喷嘴上印有的数字x表示该喷嘴具有x/16英寸的内径。因此，具有焊杯尺寸4的喷嘴表示具有4/16英寸或1/4英寸内径的喷嘴；具有焊杯尺寸8的喷嘴表示8/16英寸或1/2英寸内径的喷嘴；以此类推。气体喷嘴的尺寸——例如内径——应当足够大以向焊接区域提供充足的保护气体覆盖范围。焊接装置的用户通常会选择他或她感觉最适合于特定焊接应用的喷嘴尺寸。
如上所述，对保护气体的适合流量的选择特别重要。然而，适合的保护气体流量将随着任何数量的变量而不同。例如，当焊接电流增大时，保护气体流量通常应当增大以便补偿可能破坏或瓦解保护气体柱的对流力的作用。环境条件在保护气体流量中也发挥重要作用。例如焊接操作位置附近的空气流通常将需要增大保护气体流量以便补偿可能因这种空气流而对保护气体柱造成的物理破坏。这些空气流可以是自然造成的，例如可以发生在自然大风的时日或者发生在通风良好的场所，或者可以是例如通风系统等附近机械系统造成的。对适合的保护气体流量的选择还取决于正被使用的喷嘴的尺寸。因为对适合的保护气体流量的选择取决于如此多种因素，所以用户针对特定焊接应用选择的保护气体流量不会一直是最佳的。此外，因为用于保护气体的流量调节器通常位于保护气体歧管处，而所述保护气体歧管在焊接装置处于操作中时通常位于与用户和焊接区域相距较大距离的位置，因此用户通常难以或者不可能在执行焊接操作时调整保护气体流量。
本公开的实施例涉及一种系统，所述系统至少部分地基于与焊接装置附接的喷嘴的有效远端孔直径(一般被称为喷嘴的尺寸或焊杯尺寸(cup size))自动地选择保护气体流量。因此，所述系统可以包括至少一个用户接口、处理器和流量调节器，所述用户接口配置成便于用户输入喷嘴的尺寸，所述处理器配置成至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸来计算适合的保护气体流量，所述流量调节器配置成控制保护气体的流量以便获得所计算的适合流量。本公开的实施例还涉及一种系统，所述系统使用户容易在操作点调整保护气体的流量。例如，在一些实施例中，所述系统可以被配置成使用户可以调整从基于用户输入的喷嘴尺寸而自动选择的流量偏离的保护气体流量。
在图2中示出可用于本公开的系统中的用户接口10的实施例。用户接口10优选地包括一个或多个显示部件11以及一个或多个用户输入部件12。所述显示部件可以是能够向用户传达视觉信息的任何装置。例如，显示器可以包括液晶显示器、发光二极管显示器和/或任何其他适合的显示器。显示器可操作以显示来自软件应用(例如焊接参数控制应用)的信息。在各种实施例中，该显示器还可操作以显示由处理单元提供的信息。图2中所示的用户接口的实施例中所示的显示部件11包括一对屏幕21,31。对本领域技术人员而言显而易见的是，可以选择在用户接口上显示部件的数量、以及每个显示部件的尺寸、形状和位置而不脱离本公开的范围。
用户输入部件11可以包括能够从用户传达信息和/或在用户的指示下向处理器传达信息的任何一种或多种装置。用户输入部件12可以包括一个或多个按钮、旋钮、杠杆、操纵杆、滚轮、触摸屏、近场通信(NFC)读取器、射频识别(RFID)读取器、语音识别、键盘、摄像机和/或能够接收用户指示的任何其他装置。图2中所示的用户接口的实施例中所示的用户输入部件12包括旋钮22和多个按钮32，所述旋钮被配置成既顺时针也逆时针旋转。对本领域技术人员而言显而易见的是，可以选择用户输入部件的数量、以及每个用户输入部件的尺寸、形状和位置而不脱离本公开的范围。
虽然图2中所示的用户接口10包括独立的显示器11和用户输入部件12，但是显示器和用户输入部件也可以集成为触摸屏显示器。此外，如图2的实施例中所示，用户接口10可以被配置成使用户可以控制和/或调整与焊接装置相关的一个或多个其他参数。例如，在一些实施例中，现存的焊接装置控制器可以被改造以便如本文中所述进行操作。在其他未示出的实施例中，用户接口可以是独立的单元，其被配置成单独地控制保护气体流量。
处理器可以包括一个或多个中央处理单元、微处理器、微控制器和/或类似物。例如，处理单元可以是集成元件，或者可以分布在多个位置。处理单元可以能够执行软件应用，能够接收来自用户输入装置和/或一个或多个通信连接的输入信息，并且能够生成可通过显示器显示的输出等。处理单元可以例如能够执行根据本发明在本文中描述和/或展示的一种或多种方法和/或一个或多个指令集中的任一个。
在一些实施例中，处理器还可以包括存储器。存储器可以是一个或多个计算机可读的存储器，例如紧凑型存储器、闪速存储器、随机存取存储器、只读存储器、电可擦除和可编程只读存储器和/或任何合适的存储器。存储器可以包括例如数据库、库文件、信息集，或由处理器存取和/或与处理器合并的其他存储器。存储器可以例如能够暂时或永久地存储数据。存储器可以能够存储由处理器生成的数据和/或处理器可读的指令等。在各种实施例中，存储器存储例如与在焊接操作期间使用的保护气体的流量相关的信息。
在各种实施例中，由用户输入部件向处理单元提供的信息可以被处理单元处理以执行例如保护气体流量控制应用。作为示例，按下按钮、旋转旋钮或滚轮、选择触摸屏、NFC标签信息、RFID标签信息和/或语音命令等可以从用户输入部件被接收并且被处理器处理以触发保护气体流量控制应用动作或一组动作。在某些实施例中，处理单元而后可以经由一个或多个通信连接向流量调节器传达保护气体流量控制应用的输出以获得适合的保护气体流量，所述流量调节器控制保护气体的流量。
在各种实施例中，所述系统可以与一个或多个计算装置和用户通信装置等对应。所述系统的部件可以单独实施和/或以多种形式集成在一起。在各种实施例中，计算系统可以是例如移动设备。系统的部件可以实现在已有的软件、硬件、固件和/或类似物中。系统的各种部件可以被通信地联系在一起。
该系统被配置成接收用户输入，包括识别正与焊接装置一起使用的喷嘴尺寸的用户输入，并被配置成将用户输入数据传达到处理器。在一些实施例中，例如，用户接口可以提示用户输入喷嘴的尺寸。
在图2所示的实施例中，例如，用户可以利用一个或多个用户输入部件从各种焊接参数选项中选择保护气体流量。例如，通过按下按钮32(标记为“GAS/DIG”)适合的次数，用户可以在该类别内的所有各种参数之间进行循环以选择特定的参数。位置紧挨着每个参数的显示灯41被配置成在相应的参数被选择时点亮。因此，用户可以通过按压相关联的按钮32直至紧挨着“流量(Flow Rate)”的显示灯41被点亮为止来选择以控制保护气体的流量。在为了控制保护气体的流量而单独设计用户接口的实施例中，可以没有此选择步骤。
一旦用户已选择对保护气体流量的控制，就可以例如通过显示部件提示用户输入喷嘴尺寸。例如，在图2所示的实施例中，显示部件11经由显示的词语“喷嘴(Nozzle)”(参见屏幕21)以及与具体喷嘴尺寸对应的数值(参见屏幕31)来识别试图输入的信息。利用一个或多个用户输入部件12，用户可以随后选择具体的喷嘴尺寸。例如，通过转动旋钮22，用户可以在一系列喷嘴尺寸之间进行循环直至适当的尺寸被显示在屏幕31上。在没有来自用户的任何进一步输入(例如进一步转动旋钮22)的预定的时间段之后，在屏幕31上显示的喷嘴尺寸将被视为已选择。
在可替代的实施例中，用户接口可以被配置成便于用户通过按压一个或多个按钮、旋转一个或多个滚轮、按压触摸屏的识别的位置、向集成的麦克风说出尺寸或执行类似的操作来选择喷嘴尺寸。可替代地，用户接口可以被配置成提示用户以能够识别喷嘴尺寸的方式扫描喷嘴。可替代地，用户接口可以被配置成便于用户通过识别具有识别标签(例如近场通信(NFC)标签或射频识别(RFID)标签)的喷嘴的尺寸来选择喷嘴尺寸，例如通过使用标签读取器(例如近场通信读取器、射频识别读取器或类似物)进行识别。
本公开的系统的实施例还被配置成向处理器传达所输入的喷嘴尺寸信息。例如，处理器可以被配置成与用户接口通信以便接收用户输入，包括例如用户对正与焊接装置一起被使用的喷嘴尺寸的选择。
处理器可以被配置成至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸来计算保护气体的适合流量。在一些实施例中，适合的保护气体流量的计算可以基于发现特定喷嘴的选择对哪些气体流量产生适合的层流保护柱具有显著的影响。此关系可以通过喷嘴直径、保护气体流量和雷诺数之间的关系来表征。此关系以图表图示在图1中。图1中的每一标绘线图示出以各种流量(该流量以立方英尺每小时计量)通过特定喷嘴直径的氩气保护气体流的雷诺数。每一标绘线用喷嘴的焊杯尺寸标记，出于示例性目的，其范围在4(即具有1/4英尺内径的喷嘴)和12(即具有3/4英寸内径的喷嘴)之间。
在本公开的系统的实施例中，所述系统可以被编程为基于雷诺数计算保护气体的适合流量，该雷诺数提供适合的保护气体流动轮廓。虽然已知较低的雷诺数对应于较大的层流流动轮廓，但是选择最低的可能雷诺数是不适合的，因为在较低的雷诺数下保护气体通常将无法充分发挥其预期的作用。例如，在存在来自大气的扰动或由焊弧热产生的对流的情况下，气体流动轮廓的动量可能不足以维持稳定的气体柱。然而发明人已经确定在约1200和2200之间的雷诺数通常将适合于大多数焊接条件。在一些实施例中，例如，适合的雷诺数可以在1200和2200之间，或者在1400和2200之间，或者在1600和2200之间，或者在1800和2200之间，或者在1400和2000之间，或者在1400和1800之间，或者在1600和2200之间，或者在1600和2000之间，或者在1800和2200之间，或者在1200和1400之间，或者在1600和1800之间，或者在1800和2000之间，或者在2000-2200之间。
例如，在本公开的系统的实施例中，所述系统可以被配置成利用以下方程式(1)计算保护气体的适合流量：
其中Q是保护气体的体积流量；Re是已经被确定为提供适合的保护气体流动轮廓的雷诺数；μ是保护气体的动力粘度；ρ是保护气体的密度；并且DH是喷嘴的水力直径，对于具有圆形横截面的常规喷嘴，喷嘴的水力直径就是喷嘴的内径。
应理解，利用方程式(1)计算适合的气体流量还意图涵盖以上方程式的任何变化形式的使用。例如，μ/ρ可以被保护气体的运动粘度替换，其也是气体的材料性质。本领域技术人员可能认为可行的其他变化形式同样被视为方程式(1)的一种使用方式。例如，利用以下基本方程式可以导出方程式(1)的变化形式，所述基本方程式也形成方程式(1)的基础：
雷诺数方程，
求解速率的重排雷诺数方程，
圆形喷嘴的喷嘴节流孔面积，和
Q＝vA 体积流量方程，
其中Re是雷诺数，ρ是保护气体密度，μ是保护气体动力粘度，v是保护气体速率，DH是喷嘴水力直径，A是喷嘴节流孔面积，π是Pi，并且Q是保护气体体积流量。
Re的值可以是预设的或由处理器响应于用户输入进行确定。在一些实施例中，在大多数标准焊接条件下通常将是适合的雷诺数可以被预设和用来计算保护气体的流量，例如通过利用上述方程式进行计算。
在一些实施例中，用户接口可以被配置成便于用户识别一个或多个条件和/或参数，所述一个或多个条件和/或参数可能影响到什么雷诺数会是最适合的。例如，用户接口的附加功能可以是允许用户选择各种条件和/或参数(例如焊接操作位置附近的空气流的量(例如风力条件)、焊接装置的预期行进速度、焊接电源的安培数设置等)中的一个或多个。作为示例，可以提示用户从数字标度(例如1-5、1-10或类似的标度)内选择空气流(例如风力)值，从而可以将由环境空气流造成的湍流考虑在内。作为另一示例，可以提示用户指示是否要使用高行进速度来执行焊接操作，例如，可以通过简单的“是”或“否”应答和/或通过输入期望的行进速度进行指示，从而可以将由焊接装置的移动所致的湍流考虑在内。作为另一示例，可以提示用户输入焊接电源的安培数设置，从而可以将到由焊弧热所致的对流湍流度考虑在内。
处理器可以被配置成利用所输入的条件和/或参数以便更具体地确定针对特定的焊接应用而量身定制的适合的雷诺数。例如，处理器可以被配置成将用户输入与存储在相关联的存储器中的一个或多个值或算法匹配以便计算针对特定应用更加量身定制的雷诺数。例如，选择较高的空气流值可以表明：为了防止例如阵风破坏低雷诺数层流气体柱，具有较高雷诺数的空气流是适合的。另一方面，选择较低的空气流值可以表明可以使用具有较低雷诺数的空气流(即，可能不需要较高的雷诺数来防止阵风条件)。相似地，相对高热量的焊弧的存在可以表明具有较高雷诺数的空气流可以有助于防止对流湍流破坏低雷诺数层流气体柱。另一方面，相对低热量的焊弧的存在可以表明可以使用具有较低雷诺数的空气流(即，可能不需要较高的雷诺数来防止对流湍流)。
在一些实施例中，可以通过处理器预设并使用与普遍适合的保护气体流量对应的特定雷诺数来计算流量，除非用户选择通过用户接口来确定上述变量中的一个或多个。以此方式，普遍适合的雷诺数将用作默认值，并且用户将拥有选择权来输入附加的信息，例如，上述条件和/或参数中的一个或多个。如若用户选择输入附加的信息，该信息将被传达至处理器，并且依赖于该信息来计算更量身定制的雷诺数。这允许用户调整预设值以补偿非标准的焊接条件，例如，高空气流、高行进速度或类似条件。
μ和ρ的值(或运动粘度，即μ/ρ)可以是预设的或由处理器响应于用户输入进行确定。在本公开的系统的实施例中，气体的μ和ρ的值(或运动粘度，即μ/ρ)可以被预设。在通常单一类型保护气体与焊接装置一起使用的情况中，这可能是特别理想的。
在本公开的系统的实施例中，用户接口还可以被配置成便于用户识别正使用的保护气体的类型。例如，除了可以提示用户输入喷嘴的尺寸之外，用户接口还可以提示用户识别正使用的保护气体的类型。例如，在一些实施例中，用户接口可以提示用户从多种常用的选项中选择保护气体，用户可以能够在多种常用选项中进行循环。例如，图2中所示的用户接口10的实施例可以被配置成在显示部件(例如屏幕21和31中的任一屏幕)上显示常见保护气体的名称。用户可以利用输入部件例如通过转动旋钮22在多个存储的常见保护气体名称中循环。一旦保护气体的身份已被用户输入，处理器可以被配置成确定所选的保护气体的μ和ρ(或运动粘度，即μ/ρ)的适当值。这可以例如通过从相关联的存储器选择与所输入的保护气体对应的值来完成。
在一些实施例中，μ和ρ(或运动粘度，即μ/ρ)的值可以被预设成与特定的保护气体对应，除非用户选择利用用户接口来改变保护气体的身份。例如，用户接口的高级功能可以是允许用户选择何时改变预设的保护气体。以此方式，特定的保护气体将用作默认值，并且用户将具有选择权来改变保护气体的身份。如若用户选择输入新的保护气体，该信息将被传达到处理器并在保护气体流量计算中依赖于该信息。
DH值(和/或A)可以由处理器基于用户输入的喷嘴尺寸进行确定。因为DH是喷嘴的水力直径，因此对于具有圆形横截面的常规喷嘴而言，DH值相当于喷嘴的内径，其通过输入的喷嘴尺寸进行标识。同样，因为A是喷嘴的横截面积，它可以容易地利用输入的喷嘴尺寸被计算出，如上所述，其对应于特定的内径。利用输入的喷嘴尺寸，DH(和/或A)的值可以容易地被处理器计算或者从相关联的存储器部件选择。在一些可替代的实施例中，可以提示用户输入喷嘴的内径或者喷嘴的横截面积而不是输入喷嘴尺寸。
本公开的系统的实施例还被配置成向流量调节器传达所计算的适合流量。例如，流量调节器可以被配置成与处理器通信以便接收所计算的流量。流量调节器被配置成控制保护气体的流量以便以所计算的适合流量向焊接装置提供保护气体。在一些实施例中，流量调节器还可以能够调整以适应于压力波动以便基本维持适合的保护气体流量。以此方式，可维持保护气体的适合流量并因此维持具有适合轮廓的保护气体柱而无需由用户调整。例如，在一些实施例中，流量调节器可以包括比例控制阀、伺服阀或类似的阀。
流量调节器对保护气体流的流量进行控制的精度可以改变。例如，在其中气体流量以立方英尺每小时计量的一些实施例中，流量调节器可以被配置成将流量控制到计算的全部单位(whole unit)(零小数位)、十分之一单位(一位小数)、百分之一单位(两位小数)、千分之一单位(三位小数)或更多位小数。如例如图1中所示，因为来自小直径喷嘴的保护气体的特征对流量变化敏感，所以在利用低喷嘴尺寸的情况下对流量控制到百分之一单位或更多位小数可能是特别适合的。
用户接口还可以被配置成显示保护气体的流量。例如，处理器还可以向用户接口传达所计算的适合流量，于是它可以被显示在一个或多个显示部件上并且供用户监测。在利用图2中所示的用户接口的实施例中，用户可以选择通过利用输入部件12，例如通过按压按钮32来查看保护气体流量，直至流量被选定为止。一旦流量被选定，显示部件11——例如一个或多个屏幕21,31——将显示保护气体流量。例如，第一屏幕21可以显示流量的数值而第二屏幕31可以显示测量单位，例如CFH(立方英尺每小时)、LPS(升每秒)等。流量的数值可以被显示至相同的精度水平，流量调节器在该精度水平下控制气体，例如，显示至全部单位(零位小数)、十分之一单位(一位小数)、百分之一单位(两位小数)或千分之一单位(三位小数)。在一些实施例中，用户接口还可以被配置成使用户能够改变所显示的气体流量的测量单位。例如，处理器可以被配置成将气体流量换算成多种不同的单位，并且用户可以利用一个或多个输入部件在各种流量之间循环。这可以防止或者至少减少基于用户的单位换算误差。
在一些实施例中，所述系统还可以被配置成使用户可以在焊接操作期间手动地调整保护气体的流量。例如，用户可以利用一个或多个用户输入部件从初始计算的流量向上或向下调整保护气体的流量。在利用图2中所示的用户接口的实施例中，例如，用户可以在顺时针方向转动旋钮22以增大保护气体流量而在顺时针方向转动旋钮22来降低保护气体流量。
在一些实施例中，合适的流量范围可以由处理器进行计算或者经由用户接口输入。例如，除了计算(通过与流量调节器通信)将保护气体的流量初始设置在的合适流量之外，处理器还可以计算合适的流量范围。可替代地，合适的流量范围可以例如由监督者或项目经理经由用户接口输入。
所述系统可以被配置成如若保护气体流量波动到所述范围之外则通知用户。例如，在一些实施例中，用户接口可以被配置成如若保护气体的流量偏离到合适的流量范围之外则通知用户。这可以用于指示在焊接装置的操作期间已发生某一事件，该事件已导致保护气体的流量偏离合适的流量范围。例如，保护气体罐可能低量或已空，或者气体管线可能变得弯曲、扭结或刺破，其中任一情形可能导致气体流量下降低于合适的范围。通知可以通过下列方式实现：显示器上的用于表示与目标范围的偏差的视觉指示器(例如灯或图形显示)、听觉信号或其组合。
在一些实施例中，用户可以调整保护气体的流量，并且所述系统可以被配置成如若他或她将保护气体流量手动地调整到合适的流量范围之外则通知用户。例如，在一些实施例中，用户接口可以被配置成如若用户将保护气体的流量手动地调整至合适的流量范围之外则通过显示器上的指示、听觉信号或其组合来通知用户。可替代地，所述系统可以限制用户可以将保护气体流量从计算的适合流量调整多远。例如，在一些实施例中，用户接口被配置成仅允许在合适的流量范围内手动地调整保护气体的流量。
在一些实施例中，合适的流量范围的宽度可以由例如监督者或其他被授权的人员预设。相似地，根据焊接装置的具体操作者的经验水平，可以更改所述范围的宽度。例如，当操作者是有经验的焊工时，可以将合适的流量范围设置得相对大，而当操作者无经验时，可以将合适的流量范围设置得相对小。在一些实施例中，监督者或其他被授权的人员甚至可以将所述系统配置成使操作者不可以手动地调整保护气体流量。以此方式，本发明系统的实施例可以作为培训工具和/或对与不良保护气体流量的选择相关联的人为错误的保护进行操作。
在一些实施例中，所述系统可以被配置成在焊接装置的操作期间记录保护气体的流量。例如，初始计算的流量以及在焊接应用期间对初始流量作出的任何手动调整可以被记录在与处理器相关联的存储器中。在一些实施例中，可以用时间戳来记录保护气体流量，以便可以检索和回顾在焊接应用时长内保护气体流量的轮廓。因此，所述系统可以使监督者或其他经授权的人员能够回顾在焊接应用期间对保护气体流量作出的调整。以此方式，本发明系统的实施例可以作为培训工具和/或对与不良保护气体流量的选择相关联的人为错误的保护进行操作。
在一些实施例中，所述系统可以被配置成提供具有适合的低流量的吹扫保护气体流。在焊接操作期间，在电弧不活动时可以维持连续的保护气体流以防止大气扩散入焊接装置中。这被称为吹扫气流。在本公开的实施例中，所述系统可以被配置成在电弧变得不活动时自动地将保护气体的吹扫气体流调整至适合的低流量。例如，适合的吹扫气体流量可以被预设成小于1CFH的流量。可替代地，用户接口可以被设置成使用户可以选择低吹扫气体流量，例如从各种低流量选项中进行选择。这些流量可以显著地低于在常规的连续吹扫气体操作中使用的流量。以此方式，可以节省保护气体。
例如，处理器可以配备有一个或多个传感器、控制器或类似物或配置成与一个或多个传感器、控制器或类似物通信，其指示电弧是被接通还是被关断。当处理器指示电弧变得不活动时，处理器可以将适合的吹扫气体流量传达到流量调节器。流量调节器而后可以控制保护气体流量以便获得适合的吹扫气体流量。同样，当处理器指示电弧返回到操作时，处理器可以将适合的操作保护气体流量传达到流量调节器，该流量调节器可以控制保护气体流量以提供适合的保护气体流量。在其他实施例中，所述系统可以被配置成使用户可以例如经由用户接口选择连续吹扫操作模式。
因为所述系统可以被配置成可以在开始气体流之前设置保护气体的流量，所以通过本公开的实施例还可以节省保护气体。采用常规的方法，必须启动保护气体流以便用户确定流量并且选择在焊接应用期间要使用的具体流量。利用本公开的系统的实施例，用户可以输入至少喷嘴尺寸信息并且处理器可以在开始气体流之前确定适合的流量，由此节省保护气体。
在本公开的系统的实施例中，用户接口所在的位置在焊接应用期间向焊接装置的用户提供方便的访问。例如，用户接口可以被并入在焊接装置的电源上。可替代地，用户接口可以附接于焊接装置的电源和可从焊接装置的电源拆卸。在一些实施例中，用户接口还能够由焊接装置的用户穿戴和/或携带。通过使用户接口的位置处于使用地点，所述系统的实施例提供在焊接操作期间对保护气体更高程度的控制。
此外，在一些实施例中，用户接口可以被配置成允许焊接装置的用户选择或调整多种其他参数，包括例如图2中所示的那些参数。可替代地，用户接口可以是独立式单元。
本公开的其他方面涉及一种焊接装置，所述焊接装置包括上述系统的任一实施例，并且涉及获得和/或维持焊接装置中的适合保护气体柱的方法，该方法例如通过使用上述系统的任一实施例进行。例如，本公开的发明的一个方面是用于在焊接装置中获得适合的保护气体柱的方法，该方法包括：a.提示用户输入与焊接装置附接的喷嘴的尺寸；b.至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸而确定保护气体的适合流量；c.控制保护气体的流量以获得适合的保护气体流量；以及可选地d.响应于压力波动而调整保护气体的流量以便基本维持适合的保护气体流量。
可见所述的实施例提供与本领域中那些系统和方法相比具有多种优点的独特且新颖的系统和方法。虽然本文中示出和描述了体现本发明的某些具体结构，但是对本领域技术人员而言显然可以对多种部件进行各种修改和重新排布而不脱离基本发明构思的精神和范围，并且本发明的范围仅受限于随附权利要求书的范围所示的范围而不限于本文中所示和所述的具体形式。

Claims (20)

1.一种用于在焊接装置中获得适合的保护气体流量的系统，所述系统包括：
用户接口，所述用户接口配置成便于用户输入喷嘴的尺寸；
处理器，所述处理器配置成至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸来计算所述保护气体的适合流量；以及
流量调节器，所述流量调节器配置成控制所述保护气体的流量以便获得所述适合流量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述流量调节器调整以适应于压力波动以便基本维持所述适合流量。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成利用以下算法来计算所述保护气体的适合流量：
其中
Q是所述保护气体的所计算的流量；
Re是提供适合的保护气体流动轮廓的雷诺数，所述雷诺数或者是预设的或者由所述处理器响应于用户输入而确定；
μ是所述保护气体的动力粘度并且ρ是所述保护气体的密度，所述动力粘度和所述密度或者是预设的或者由所述处理器响应于标识所述保护气体的用户输入而确定；
DH是所述喷嘴的水力直径，所述水力直径由所述处理器响应于用户输入的喷嘴尺寸进行确定。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被配置成便于用户标识所述保护气体。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述接口被配置成便于用户标识焊接操作位置附近的空气流条件、所述焊接电源的安培数设置、是否要以高行进速度执行焊接操作或上述三者的组合，并且所述Re的值是基于所输入的信息确定的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口还被配置成显示所述保护气体的所述流量。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被配置成使用户可以手动地调整所述保护气体的所述流量。
8.根据权利要求7所述的系统，其中合适的流量范围或者由所述处理器进行计算或者经由所述用户接口输入，并且其中所述用户仅可以在所述合适的流量范围内调整所述保护气体的所述流量。
9.根据权利要求7所述的系统，其中合适的流量范围或者由所述处理器进行计算或者经由所述用户接口输入，并且其中所述用户接口被配置成如若用户将所述保护气体的所述流量调整至所述合适的流量范围之外则通知所述用户。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被并入在所述焊接装置的电源上。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口能够被附接到所述焊接装置。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口能够被用户穿戴或携带。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被配置成允许所述用户选择或调整所述焊接装置的多种其他参数。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置成在所述焊接装置的操作期间记录所述保护气体的所述流量。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被配置成如若所述保护气体的所述流量偏离到适合流量的容限之外则通知用户。
16.根据权利要求7所述的系统，还包括存储器，所述存储器被配置成记录所述保护气体流量、所述保护气体流量的变化或其组合。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口被配置成使用户还可以选择吹扫气体流量。
18.一种焊接装置，包括根据权利要求1所述的系统。
19.一种用于在焊接装置中获得适合的保护气体柱的方法，所述方法包括：
a.提示用户输入喷嘴的尺寸；
b.至少部分地基于所输入的喷嘴尺寸确定所述保护气体的适合流量；和
c.控制所述保护气体的所述流量以获得所述适合的保护气体流量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
d.响应于压力波动调整所述保护气体的所述流量以基本维持所述适合的保护气体流量。
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