CN1959566A - 监视和控制金属焊接中热影响区的特性的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于监视和控制金属件焊接中多个热影响区(“HAZ”)特性中的至少一个的方法和系统向用户提供关于用于焊接的至少第一可计量HAZ特性的信息，还提供对焊接设备的工作条件的控制以获得具有满足关于制造组件的性能的成功准则的可计量HAZ特性的焊接。

Description

监视和控制金属焊接中热影响区的特性的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及金属件的焊接，尤其涉及监视和控制金属件焊接中的热影响区的可计量特性。

背景技术

焊接是众所周知用于接合两件个或更多件金属件而进行的工艺。在焊接中，将可能具有相同或不同冶金性质的金属件加热至其熔点。然后，将规定量的压力施加到金属件以使它们接触，这使金属件的材料流到一起并混合。随后，将金属件冷却，这使金属件的材料流到一起的区域凝固并由此粘合金属件。

有许多用于焊接金属件的众所周知的工艺，诸如电弧焊、点焊、激光焊和锻焊等。通过进行任一焊接工艺形成的焊接特性由以下焊接工艺因素决定：要被焊接的部件的几何和材料(冶金)性质；用于进行焊接的焊接设备；进行焊接时焊接设备的工作条件；以及使用焊接设备的操作员(焊接工)的经验。焊接工艺因素是可变的，它影响焊接处理期间发生的金属的转变并由此决定焊接的特性。

例如，在高频电流用于加热要焊接在一起的部分的锻焊中，例如，参看美国专利第2,774,857、3,037,105和4,197,441号，其内容通过引用结合于此，当将金属板或金属条折叠以使边缘部分随着金属条在纵向上前进在焊接点相遇时获得的管的壁厚和外直径影响焊接特性。此外，在高频锻焊中，电流频率(“焊接频率”)、电流功率(“焊接功率”)和金属部分通过焊接点前进的速度(“轧制速度”)中的每一个都影响焊接的特性。在点焊中，施加到金属件的电流的占空比影响焊接特性。在气焊中，火焰的几何形状和火焰在将要接合的金属件上移动的速度影响焊接的特性。

在焊接领域中，众所周知焊接的特性限定所制造的组件的性能。在本领域中用于确定焊接是否满足关于所制造的组件的性能的成功准则的一种众所周知的技术是检验所有的焊接过程中形成的焊接热影响区(“HAZ”)的特性。HAZ包括其微结构和机械性质通过施加的热而改变以进行焊接的金属。HAZ的特性包括诸如宽度、轮廓(形状)和包括硬度、延展性、韧性和强度的材料(冶金)性质等的可计量特性。

焊接行业已经认识到满足成功准则的焊接可通过控制用于焊接的可计量HAZ特性中的一个或多个来获得。然而，当前焊接的可计量HAZ特性是否满足成功准则只能在形成焊接后仅通过焊接的破坏性分割来确定。因此，除非焊接设备的操作员通过破坏性分割来检验焊接，否则操作员必需仅依靠经验来获得满足成功准则的的焊接。虽然操作员一般知道用于先前获得的满足成功准则的焊接的焊接工艺因素的条件，但当诸如锻焊设备工作所需的轧制速度和锻焊设备生产所需的管的壁厚等焊接工艺因素的要求改变时，操作员不再具有使其知道怎样修正焊接工艺因素的条件的知识，诸如怎样调整锻焊设备的焊接率和焊接功率的平衡，以获得满足成功准则的焊接。操作员只能孤立地仅使用获得满足成功准则的焊接的焊接工艺因素的条件的知识。当焊接工艺因素的要求改变时，操作员不知道也没有可用的方法来确定怎样改变其它焊接工艺因素中的任一个的条件以使焊接的可计量HAZ特性中的一个或多个继续满足成功准则。

因此，存在对焊接设备的操作员可使用的廉价且方便的工具的需要，以提高使用焊接设备获得其中焊接的可计量HAZ特性中的一个或多个满足关于制造组件的性能的成功准则的焊接的可能性。一种工具理想地向焊接设备的操作员提供这样一种方法，用于监视基于用于焊接的焊接工艺因素条件的HAZ的可计量特性中的至少一个，并向操作员通知对焊接工艺因素的条件的调整，该焊接工艺因素应获得其中至少一个可计量HAZ特性满足关于制造组件的性能的成功准则的焊接。此外，一种工具理想地提供这样一种方法，用于手动或自动地控制焊接工艺因素中的一个或多个的条件，以修正可计量HAZ特性中的至少一个并获得其中至少一个可计量HAZ特性满足关于制造组件的性能的成功准则的焊接。

发明内容

根据本发明，用于监视金属件焊接中的热影响区(“HAZ”)的可计量特性中的至少一个的系统和方法向诸如焊接设备的操作员之类的用户提供关于应获得具有至少一个满足有关制造组件的性能的成功准则的可计量HAZ特性的焊接的焊接工艺因素条件的信息。用于对焊接的一组焊接工艺因素条件(其中焊接工艺因素包括金属件的几何和材料性质和焊接设备的工作条件)监视HAZ特性的系统(“HAZ监视系统”)确定用于焊接的一组可计量HAZ特性中的至少一个可计量HAZ特性的预测值。预测对预测的HAZ特性值的确定包括利用预测性HAZ特性函数。该预测性HAZ特性函数是解析或经验导出函数，并将用于焊接的焊接工艺因素的第一子集与至少一个可计量HAZ特性联系起来。经验导出的预测性HAZ特性函数较佳地基于表示用于先前进行的焊接的焊接工艺因素的条件的数据。此外，该HAZ监视系统为将对金属件进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的确定最优值。最优HAZ特性值的确定包括利用最优HAZ特性函数。最优HAZ特性函数是解析或经验导出函数，并将焊接工艺因素的第二子集与至少一个可计量HAZ特性联系起来，其中焊接工艺因素的第一和第二子集可包括相同或不同的焊接工艺因素。经验导出最优HAZ特性函数较佳地基于表示用于先前进行的其中至少一个可计量HAZ特性满足成功准则的焊接的焊接工艺因素的条件的数据。HAZ监视系统较佳地在显示器上向用户指示与至少一个可计量HAZ特性的预测和最优值有关的量。

在又一个较佳实施例中，该HAZ监视系统在显示器上显示焊接设备的至少一个工作条件(至少一个可计量HAZ特性是该工作条件的函数)，并基本实时地显示与至少一个可计量HAZ特性的预测值有关的量基于焊接设备的至少一个工作条件的变化的变化。

根据本发明的另一方面，在用于控制金属件的焊接的可计量HAZ特性中的至少一个的系统和方法中，焊接设备的至少一个工作条件可自动或手动控制以提供满足成功准则的焊接的至少一个可计量HAZ特性。用于控制HAZ特性的系统(“HAZ控制系统”)以与HAZ监视系统中进行的方式相同或基本相同的方式确定用于焊接的至少一个可计量HAZ特性的预测值，并确定用于将要进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的最优值。此外，该HAZ控制系统提供了对焊接设备的工作条件中的至少一个的控制，使得用于焊接的至少一个可计量HAZ特性的预测值可相对于用于将要进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的最优值来修正。

在一个较佳实施例中，该HAZ控制系统自动控制焊接设备的至少一个工作条件，以使至少一个可计量HAZ特性的预测值匹配或基本匹配至少一个可计量HAZ特性的最优值。

在另一个较佳实施例中，该HAZ控制系统在显示器上显示表示至少一个可计量HAZ特性的预测和最优值的量。

在又一个较佳实施例中，该HAZ监视系统或HAZ控制系统包括耦合到图形用户界面(“GUI”)并且能耦合到焊接设备的微控制器，其中该焊接设备较佳地是任一系统的一部分。微控制器利用预测的HAZ特性函数和存储在存储器中或由用户测量和提供的表示焊接工艺因素的条件的数据来确定至少一个可计量HAZ特性的预测值。此外，微控制器还利用最优HAZ特性函数为至少一个可计量HAZ特性确定最优值。微控制器还包括(或耦合到)诸如显示在GUI上的分立旋钮或虚拟控制条等至少一个控制元件，用户能控制或微处理器自动控制该控制元件来修改焊接设备的工作条件中的至少一个，以使至少一个可计量HAZ特性的预测值匹配或基本匹配至少一个可计量HAZ特性的最优值。

附图说明

本发明的其它目的和优点从当前的较佳实施例的以下详细描述中将变得显而易见，其描述应结合附图来考虑，附图中，相似的参考标号指示相似的元件，附图中：

图1示出了通过将金属板或金属条的相对纵向边缘锻焊在一起的示例性的、

现有技术的管形成。

图2(a)示出了与将金属板或金属条的相对纵向边缘锻焊起来以形成图1的管相关联的参数。

图2(b)是沿线A-A所取的图2(a)的管的横截面。

图3是根据本发明的热影响区特性监视和控制系统的示例性较佳实施例的框图。

图4是根据本发明操作图3的设备的示例性较佳方法的流程图。

图5是由根据本发明的图3的系统生成的对焊接工艺因素的控制、用于焊接的焊接工艺因素的条件及表示焊接的HAZ特性的量的示例性较佳显示。

具体实施方式

本发明的系统和方法用于监视和/或控制金属件焊接中的至少一个可计量HAZ特性，以向焊接设备的操作员提供诊断工具，和/或使焊接设备的至少一个工作条件能得到控制以获得其中至少一个可计量HAZ特性满足关于制造组件的性能的成功准则的焊接，该系统和方法适用于接合金属件的任何焊接工艺。为了便于理解本发明，以下结合利用锻焊设备从金属条制造管或管道的公知技术来说明并例示监视和控制金属件焊接中的可计量HAZ特性的本发明的特征。应该理解，由任一焊接工艺获得的金属件的焊接可由一组可计量HAZ特性来限定，并且根据本发明，任一焊接的可计量HAZ特性可在诊断上用于预测用于焊接的焊接工艺因素的条件是否满足成功准则，并还可用于控制焊接设备的工作条件中的至少一个以保证焊接的可计量HAZ特性中的至少一个满足成功准则。

为了清楚起见并为突出本发明的特征提供背景，首先描述公知的锻焊工艺，它包括与锻焊相关联的焊接工艺因素和限定由锻焊获得的焊接的可计量HAZ特性。

当进行锻焊处理以获得焊管时，诸如板、片到管等金属件或同一部件的边缘部分被折叠，以使边缘部分随这些部件沿部件的纵向前进，例如当金属板或金属条被折叠成管且该金属条沿管的轴向前进时在焊接点相遇。将要焊接在一起的金属件或金属件的一部分通过由啮合部件的接触件或由在部件中感应电流的感应线圈引起的在部分中流动的高频电流加热到锻焊温度或仅低于金属的熔化温度。例如，参看美国专利第2,774,857号、3,037,105号和4,197,441号，其内容通过引用结合于此。具体地，在高频锻焊中，使高频电流在要接合或焊接在一起的金属部分的相对表面上以相反的方向流动，以利用公知的导致反向流动的电流集中在表面上的邻近效应及公知的表面趋肤效应。通过在大约熔化温度下向金属条的边缘施加压力，随着边缘前进通过焊接点，连续形成的锻焊导致金属条形成管或管道形。

图1示出了示例性的、现有技术的锻焊，其中随着金属条沿单箭头的方向前进且沿由双箭头指示的方向施加压力以将金属条的边缘部分强制在一起，从在焊接点115强制在一起的金属条形成管113以形成焊缝117。参考图1及示出与图1的管的锻焊相关联的参数的图2(a)，当基于从适当的交流电源向感应线圈101的感应电源供给使金属条的边缘强制在一起时，形成了“V”形区，称为焊接“V”形，以在该“V”形区附近的金属中感应电流。感应电流在管的背部周围流动，然后沿打开的“V”形边缘流向焊接点115。该“V”形区的长度y(或“V”形长度)近似等于线圈的最靠近焊接点的端部和焊接点之间的距离。

如本领域中众所周知的，包含其微结构和机械性质通过加热而改变以形成焊接的金属的焊接的热影响区的特性限定焊接的特性，进而限定制造组件的性能。诸如通过锻焊获得的焊接等金属件的任何焊接的HAZ特性包括一组可计量HAZ特性，例如，宽度、轮廓(形状)和包括硬度、延展性、韧性和强度的材料(冶金)性质。

例如，在锻焊中，HAZ的宽度是一个重要的参数，冶金学家用其表征焊接管道或管中的焊接已有很多年，因为发现HAZ宽度是制造组件的性能是否令人满意的主要指标。因此，锻焊的成功准则与其HAZ宽度联系起来。参考图1和2(a)，虚线118指示焊缝117的任一侧上的HAZ的广义外边界。参考图2(b)，图2(b)是图1的锻焊管的焊接的横截面，管113具有等于外边界线118之间的距离的HAZ宽度X_E。尽管实际上HAZ的外边界可能不是沿焊接的整个长度均一地呈线性的，但HAZ宽度一般可通过诸如直线118之类的线性边界线来逼近，并且通常称为HAZ腰宽。

同样众所周知的是关于焊接情况的焊接工艺因素的条件影响焊接的可计量HAZ特性。例如，在锻焊情况下，焊接工艺因素包括：(i)诸如电流频率(“焊接频率”)、电流能量(“焊接功率”)、焊接设备中金属条边缘移动通过焊接点的速度(“轧制速度”)、焊接点处的“V”形长度及空气间隙的长度和角度等锻焊设备的工作条件；以及(ii)诸如金属条厚或所得焊管的壁厚等金属条的几何和材料性质。因为锻焊工艺已延及具有以下因素的管的制造：(i)很高或很低的管直径与壁厚的比率；(ii)诸如用于汽车排气系统的管中所存在的复杂的冶金学；以及(iii)诸如用于镀锌管的涂布锌的低碳钢或用于铝化管或石油工业用管材的涂布铝的钢等预涂布金属条，因此由于用于形成焊接的加热温度曲线的不适当，经常发生管焊接质量问题。由焊接工艺因素条件决定的温度曲线直接涉及并影响关于锻焊的HAZ的宽度、形状(轮廓)和冶金性质。

时常，对于焊接情况的焊接工艺因素中的一个或多个施加了限制。例如，在锻焊中，可能要求某一特定的材料类型，并且可能要求锻焊设备以预定的轧制速度工作。此外，已知对于在锻焊设备中可形成的多小的“V”形长度的实际限制。

在焊接领域中同样已知的是修正焊接工艺因素的条件进而使焊接的可计量HAZ特性变化的技术。例如，在高频锻焊工艺中，公认焊接频率可用于控制诸如HAZ宽度之类的焊接的HAZ特性。在锻焊中，降低焊接频率使HAZ中的温度分布平坦化，导致HAZ更深地进入焊接“V”形边缘并形成更大但更平滑的内焊缝。相反，提高锻焊处理中的焊接频率使HAZ变窄，往往给予HAZ更像沙漏的形状，此外还使得焊接“V”形区温度分布变得更加陡峭，“V”形边缘的拐角变得更热且内焊缝变得更小但更不平滑。此外，发现锻焊工艺中的焊接频率对诸如厚壁管的“蓝化”的量、阻抗的饱和等所制造的管道或管的其它特性有相当大的影响。

在一种特定的焊接情况中，最理想的焊接具有焊接工业中被发现为满足关于制造组件的性能的成功准则的可计量HAZ特性。或者，最理想的焊接可以是满足成功准则的可计量HAZ特性和其它焊接质量参数之间的折衷。为便于引用，用于将要进行的焊接的、被发现为满足关于制造组件的性能的成功准则的可计量HAZ特性的状态在下文中称为最优HAZ特性值。

在焊接工艺的实践中，为一个或多个焊接工艺因素适当选择的条件可通过支持显著提高焊接质量的焊接的特定HAZ特性来解决焊接问题。然而，应获得具有在可计量HAZ特性的最优值处或附近的可计量HAZ特性的焊接的焊接工艺因素的条件通常不被焊接设备的操作员所知或容易地确定。虽然操作员可能知道应获得由具有某一特定的几何和材料性质的金属件形成的焊接的可计量HAZ特性的最优值的焊接设备的一组工作条件，但操作员很可能不知道，且焊接现有技术也没有提供允许操作员轻而易举地确定怎样修正焊接设备的工作条件中的一个或多个以使当需要或已经改变特定的焊接工艺因素时用于焊接的可计量HAZ特性维持在最优值处或附近的工具或其它装置。例如，如果有对于焊接设备的工作条件中之一的新要求，操作员可能不知道怎样调整其它工作条件以使焊接仍然具有特定的可计量HAZ特性的最优值。

为了说明起见，在锻焊中，已知适当选择的焊接频率可通过支持可显著提高管道或管的焊接质量的某些特定焊接特性来解决焊接问题，因为焊接频率极大地影响焊接的HAZ宽度且HAZ宽度是焊接成功的主要指标。然而，对于焊接工艺因素的一组给定的条件，锻焊设备的操作员很可能不知道以什么焊接频率操作锻焊设备以使焊接具有匹配或基本匹配被认为是用于将要进行的焊接的最优HAZ宽度的HAZ宽度。虽然操作员可能知道应给出其中使用了某些特定金属件的锻焊设备的一组工作条件的最优HAZ宽度的焊接频率，但焊接工通常不知道，且不容易确定怎样基于例如对于轧制速度的改变的要求修正焊接频率以为焊接获得最优或接近最优HAZ宽度。例如，虽然操作员可能知道对于特定的低碳钢管产品，轧制速度、“V”形长度和焊接频率的工作条件对HAZ宽度极有影响，但操作员在不进行试运行焊接的破坏性分割的情况下不知道且不能确定应以什么焊接频率操作焊接设备以获得具有最优HAZ宽度的焊接。

根据本发明，监视焊接的可计量HAZ特性中的至少一个并且诸如在显示器上向焊接设备的操作员提供关于以下值的信息：(i)利用用于焊接的焊接工艺因素的给定的一组条件来确定的至少一个可计量HAZ特性的预测值；以及(ii)用于将进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的最优值。本发明还较佳地在显示器上示出另一个焊接工艺因素的条件的变化对焊接的至少一个可计量HAZ特性的预测值应有的影响，该影响与用于将进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的最优值有关。根据本发明，对于焊接工艺因素的一组条件的至少一个可计量HAZ特性的预测值是利用预测性HAZ特性函数来确定的。预测性HAZ特性函数是解析或经验导出函数，且将焊接工艺因素的第一子集与至少一个可计量HAZ特性联系起来。另外根据本发明，至少一个可计量HAZ特性的最优值是利用最优HAZ特性函数来确定的。最优HAZ特性函数也是解析或经验导出函数，并将焊接工艺因素的第二子集与至少一个可计量HAZ特性联系起来。在较佳的实施例中，焊接工艺因素的第一和第二子集是相同或不同的。此外，在本发明中，焊接设备的工作条件中的一个或多个是可自动或手动控制的，以使至少一个可计量HAZ特性的预测值可被修正以匹配或基本匹配至少一个可计量HAZ特性的最优值。在一个较佳实施例中，显示了被控制的焊接设备的工作条件及与至少一个可计量HAZ特性的预测和最优值有关的量。

图3是用于监视和/或控制根据本发明的金属件焊接的至少一个可计量HAZ特性的示例性的、较佳系统200的功能框图。参考图3，系统200包括耦合到图形用户界面(“GUI”)214和焊接设备216的微控制器212。

微控制器212是常规的数据处理装置，它包括诸如鼠标、键盘或输入拨盘(未示出)等输入装置、处理器以及存储器。处理器执行存储在存储器中的软件指令，并使用从输入装置提供的或存储在存储器中的表示焊接工艺因素的条件的数据。在所示出的较佳实施例中，微控制器212包括进行以下讨论的数据处理操作的预测HAZ特性值模块220、最优HAZ特性值模块222和控制模块224。

应该理解，以下描述为进行数据处理操作的系统200的模块中的每一个是软件模块、或者是硬件模块或硬件/软件模块的组合。此外，模块中的每一个适当地包含诸如RAM之类的用于存储进行根据本发明的处理操作的数据和指令的存储器存储区。或者，可将用于进行处理操作的指令存储在组件200中的模块的一个或多个中的硬件中。此外，微控制器212和其中的模块可由被设计成进行根据本发明的处理操作的模拟或数字电路代替。

GUI 214是诸如LCD监视器之类的用于显示由微控制器212提供的数据的常规装置。在一个较佳实施例中，GUI 214基于系统200的用户和输入装置之间的交互向微控制器212发送表示焊接工艺因素的条件的数据。

焊接设备216是常规的焊接设备。例如，焊接设备216是可变频率的锻焊设备，其焊接频率可连续或连续选择，且一旦选择即维持稳定。例如，参看美国专利第5,902,506和5,954,985号，其内容通过引用结合于此。

在另一个实施例中，焊接设备216不是系统200的一部分，而系统200包括用于耦合到常规的焊接设备并监视和/或控制常规焊接设备的工作的常规接口装置(未示出)。例如，在系统200被实现为监视和控制通过进行锻焊处理获得的焊接的可计量HAZ特性的情况下，接口监视和/或控制(控制是自动化的或基于与用户的交互)锻焊设备216的实际焊接频率和焊接功率。

图4是根据本发明的系统200执行的示例性的、较佳的流程230，用于监视和/或控制金属件焊接的至少一个可计量HAZ特性。以下结合通过锻焊工艺制造焊管或管道的焊接情况的本发明的示例性实现来描述过程230，其中系统200执行过程230的步骤以监视和控制作为至少一个可计量HAZ特性的HAZ的宽度，HAZ的宽度是锻焊领域中焊接是否成功的主要指标。应该理解，过程230适用于监视和控制从任一焊接工艺获得的焊接的任一可计量HAZ特性。

参考图4，在步骤232中，用户利用输入装置从用户进行的测量向微处理器212提供表示用于焊接的焊接工艺因素的条件的信息，或者微控制器212从存储器检索该信息。

在示例性锻焊的情况下，例如，操作员向微控制器212提供用于焊接的管外直径(“OD”)和管壁厚(“w”)(它们基于用户的测量)以及用于锻焊设备216的“V”形长度(“y₀”)。在另一个较佳实施例中，焊接工艺因素的条件中诸如锻焊设备216的轧制速度(“v”)之类的至少一些对于微控制器212已经是可用的，如在存储器中，或者作为由耦合到微控制器212的输入装置的测量装置来提供。

再次参考图3和4，在步骤234中，预测HAZ特性值模块220利用预测性HAZ特性函数来确定用于焊接的至少一个可计量HAZ特性的预测值。预测性HAZ特性函数基于焊接工艺因素解析导出，或从用于先前进行的焊接的焊接工艺因素条件根据经验导出。在一个较佳实施例中，预测性HAZ特性函数基于表示焊接设备的工作条件的范围和金属件的材料性质和形状的范围的数据，其中数据较佳地作为查找表存储在存储器中。

再次回到锻焊工艺中本发明的示例性实现的描述，用于锻焊的HAZ宽度的预测性函数较佳的是解析导出函数，它说明了焊接的金属件的几何和材料性质以及这些几何和材料性质基于锻焊期间热的生成如何变化。在锻焊工艺中，可将焊接点处“V”形边缘中的温度分布T(x)描述如下，其中y是沿“V”形的距离，而y₀是“V”形长度：

$T\left(x\right)=\frac{\mathrm{\ρ}}{2K}{H}_0^2\left[\begin{array}{c}{e}^{-\frac{2x}{\mathrm{\ξ}}}(e^{\frac{4y_0\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}-1)+\frac{e^{\frac{4\mathrm{\ϵ}{y}_0}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}}{2}+[e^{\frac{2x}{\mathrm{\ξ}}}\mathrm{erfc}(\frac{x}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}+\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}})-e^{-\frac{2x}{\mathrm{\ξ}}}\mathrm{ercf}(\frac{x}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}-\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}})]\\ +\frac{4}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{\mathrm{\πv}}}{e}^{-\frac{x^{2}v}{4{\mathrm{\ϵy}}_0}}-\frac{2x}{\mathrm{\ξ}}\mathrm{erfc}\left(\frac{x}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中：

H₀是“V”形区中的磁场

ρ是管材的电阻率

μ是管材的磁导率

f是焊接频率

ξ是管材中的电参考深度，等于

K是管材的热导率

ε是管材的热扩散率

v是轧制速度

y₀是“V”形长度

x是进入“V”形的边缘的距离

在“V”边缘的表面处和焊接点处，在x＝0处对方程式(1)求值，其结果可写为：

$T(x=0)=\frac{\mathrm{\ρ}}{2K}{H}_0^2[e^{\frac{4{\mathrm{\ϵy}}_0}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}\mathrm{erfc}\left(\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}}\right)+\frac{4}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{\mathrm{\πv}}-1}]---\left(2\right)$

因此，如果定义了表示HAZ边缘的温度及在“V”形边缘处可获得以进行焊接的另一个温度(诸如高温计可测量的温度)，则关于HAZ宽度的一半和从焊接区挤出材料的宽度的一半之和的距离x_HAZ可从下式得出：

$\frac{T_{\mathrm{HAZ}}}{T_{\mathrm{WELD}}}=\frac{\left[\begin{array}{c}{e}^{-\frac{2x_{\mathrm{HAZ}}}{\mathrm{\ξ}}}(e^{\frac{4\mathrm{\ϵ}{y}_0}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}-1)+\frac{e^{\frac{4\mathrm{\ϵ}{y}_0}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}}{2}\left[\begin{array}{c}{e}^{\frac{{2x}_{\mathrm{HAZ}}}{\mathrm{\ξ}}}\mathrm{erfc}\left(\frac{x_{\mathrm{HAZ}}}{2}\right)\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}+\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}}\\ {-e}^{\frac{{2x}_{\mathrm{HAZ}}}{\mathrm{\ξ}}}\mathrm{erfc}(\frac{x_{\mathrm{HAZ}}}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}-\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}})\end{array}\right]\\ +\frac{4}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{\mathrm{\πv}}}{e}^{-\frac{x^{2}v}{4{\mathrm{\ϵy}}_0}}-\frac{2x}{\mathrm{\ξ}}\mathrm{erfc}\left(\frac{x}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}\right)\end{array}\right]}{e^{\frac{4{\mathrm{\ϵy}}_0}{{\mathrm{\ξ}}^{2}v}}\mathrm{erfc}\left(\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}}\right)+\frac{4}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}}-1}---\left(3\right)$

方程式(3)取决于HAZ温度与焊接温度之比R，其中 $R=\frac{T_{\mathrm{HAZ}}}{T_{\mathrm{WELD}}}.$ 基于电参考深度

ξ的认识，因为焊接材料蕴含焊接频率信息，换言之，锻焊组件216工作的焊接频率，且如以下结合过程230的步骤242详细讨论的用户可控制x_HAZ(它是关于最优HAZ宽度的数值)，则超越方程(3)可利用两个无量纲数值λ和η(以下定义)来重写，以获得以下关系，并由此避免对通过迭代或图解法并对所有的轧制速度和“V”形长度来解方程式(3)的需要。设

$\mathrm{\λ}=\frac{x_{\mathrm{HAZ}}}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}$ 且 $\mathrm{\η}=\frac{2}{\mathrm{\ξ}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0}{v}}=2\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0\mathrm{\πf\μ}}{\mathrm{v\ρ}}},$

有：

$R=\frac{e^{-2\mathrm{\λ\η}}(e^{{\mathrm{\η}}^2}-1)+\frac{e^{{\mathrm{\η}}^2}}{2}(e^{2\mathrm{\λ\μ}}\mathrm{erfc}(\mathrm{\λ}+\mathrm{\η})-e^{-2\mathrm{\λ\η}}\mathrm{erfc}(\mathrm{\λ}-\mathrm{\η}))+\frac{2\mathrm{\η}}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{e}^{-{\mathrm{\λ}}^2}-2\mathrm{\λ\ηerfc}\left(\mathrm{\λ}\right)}{e^{{\mathrm{\η}}^2}\mathrm{erfc}\left(\mathrm{\η}\right)+\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}\mathrm{\η}-1}---\left(4\right)$

注意，λ取决于输入x_HAZ及两个已知量v和y₀，而η取决于设备216工作的频率f及同样的两个已知量v和y₀。因此，如果对T_HAZ和T_WELD选择了特定的值以计算R，则函数η＝g(λ)可通过数值技术来确定，且可得到闭合式逼近。

在锻焊的一个较佳实施例中，其中用于焊接的金属件是低碳钢，用于HAZ宽度的预测性函数说明了以下对许多焊接工艺和由此获得的焊接的观察结果：(1)虽然钢的材料性质取决于温度，但假设“V”形温度通常高于居里温度(约760℃)，因为在该温度以上钢的颜色开始变红。如果使用对于居里温度以上的温度的低碳钢的常规值，则对于低碳钢：

ρ＝45×10^-6欧姆-英寸

μ＝μ₀＝32×10^-9亨利/英寸

ε＝0.0077英寸²/秒

(2)当焊接管时，在“V”形边缘处的钢通常到达熔点附近或约2700(1485℃)。此外，因为钢具有相当大的熔化热，所以在钢仍在熔化温度的同时将另外的能量注入到“V”形边缘以克服此性质。因此，通过将边缘温度提高相等的度数来补偿钢的熔化热。例如：

熔化热＝1.946×10⁹焦耳/米³

熔化温度处的热容＝5.08×10⁶焦耳/米³℃

用于熔化热的温度上升＝1.946×10⁹/5.08×10⁶＝383℃＝727

改正的焊接温度＝2700+727＝3427

基于许多方程式，得出利用 $\frac{T_{\mathrm{HAZ}}}{T_{\mathrm{WELD}}}=0.35$ 为低碳钢提供最好的结果。最后，确定对于η＝g(λ)的闭合式关系，且可将方程式(4)如下重写以对于固定的R将λ与η联系起来：

$e^{-2\mathrm{\λ\η}}{e}^{{\mathrm{\η}}^2}(1-\frac{1}{2}\mathrm{erfc}(\mathrm{\λ}-\mathrm{\η}))+\frac{1}{2}{e}^{2\mathrm{\λ\η}}{e}^{{\mathrm{\η}}^2}\mathrm{erfc}(\mathrm{\λ}+\mathrm{\η})-e^{-2\mathrm{\λ\η}}+\frac{2\mathrm{\η}}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{e}^{-{\mathrm{\λ}}^2}-2\mathrm{\λ\ηerfc}\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(5\right)$

$-R[e^{{\mathrm{\η}}^2}\mathrm{erfc}\left(\mathrm{\η}\right)+\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}\mathrm{\η}-1]=0$

通过利用线性回归技术，可确定对于从R＝0.35得到的曲线的逼近的函数。当R＝0.35时，当η→∞时λ的绝对极小值是0.5045。因此对于0.55≤λ≤3.0函数获得良好的数值稳定性。因此，当

$R=\frac{T_{\mathrm{HAZ}}}{T_{\mathrm{WELD}}}=0.35,\mathrm{\η}\≅4.32878\left(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}^3}\right)-9.22950\left(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}^2}\right)+7.21404\left(\frac{1}{\mathrm{\λ}}\right)-1.44167---\left(6\right)$

对于0.55≤λ≤3.0

或者反函数通过下式逼近：

$\mathrm{\λ}\≅0.0011945\left(\frac{1}{{\mathrm{\η}}^4}\right)-0.019234\left(\frac{1}{{\mathrm{\η}}^3}\right)+0.040051\left(\frac{1}{{\mathrm{\η}}^2}\right)+0.60019\left(\frac{1}{\mathrm{\η}}\right)+0.39496---\left(7\right)$

其中 $\mathrm{\η}=2\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵy}}_0\mathrm{\πf\μ}}{\mathrm{v\ρ}}}$ 且 $\mathrm{\λ}=\frac{X_{\mathrm{HAZ}}}{2}\sqrt{\frac{v}{{\mathrm{\ϵy}}_0}}$

再次参考图3和4，在过程230的步骤232中，微控制器212获得锻焊设备216用于焊接的实际焊接频率f。在步骤234中，预测HAZ特性值模块220在步骤234中利用方程式(7)和步骤232中获得的焊接工艺因素的条件(包括焊接频率)来确定所示实施例的锻焊的HAZ宽度的预测值。

仍参考图3和4，在步骤236中，最优HAZ特性值模块222利用最优HAZ特性函数来确定至少一个可计量HAZ特性的最优值。最优HAZ特性函数基于用于将进行的焊接的焊接工艺因素解析导出，或者，从用于先前进行的满足关于制造产品的性能的成功准则的焊接的焊接工艺因素的条件根据经验导出。对于满足成功准则的焊接，认为至少一个可计量HAZ特性是其最优值。在一个较佳实施例中，最优HAZ特性函数基于表示焊接设备的工作条件的范围及用于先前进行的其至少一个可计量HAZ特性在其最优值处或附近的焊接的金属件的材料性质和形状的范围的数据。在又一个较佳实施例中，用于确定可计量HAZ特性的最优值的代表性数据作为查找表存储在存储器中。

继续本发明的说明性实现，在一个较佳实施例中，从最优HAZ特性函数获得用于将通过锻焊工艺进行的焊接的最优HAZ宽度，最优HAZ特性函数基于表示金属件的几何和材料性质和用于先前进行的满足关于制造组件的性能的成功准则的锻焊的锻焊设备的工作条件的经验数据。基于许多锻焊的HAZ的检查，发现用于锻焊的HAZ宽度和通过进行锻焊工艺制造的焊管的壁厚的比率是恒定的。同样，基于对许多锻焊的HAZ的检查，发现作为图2(b)中示为X_E的参数的HAZ的腰宽在壁厚的1/3到1/4之间。另外，已经认识到最优HAZ特性函数必需说明挤出，因为挤出对于较小的管是值得重视的因素。基于检查的焊接样本，发现对于诸如具有低于约3英寸直径的锻焊管等较小的锻焊管，挤出约是0.04英寸。因此，因为X_HAZ在方程式(7)中表示HAZ宽度的一半和挤出的一半之和，所以用于确定锻焊管的最优HAZ宽度的较佳的函数XHAZ_OPTIMAL是：

XHAZ_OPTIMAL＝0.02+0.15×壁厚         (8)

在用于锻焊碳钢管的本发明的说明性实现的较佳实施例中，最优HAZ宽度通过将管尺寸范围限制到壁厚在约0.020到约0.5英寸之间且管径在约1英寸到约6英寸之间的范围来获得，因为这些范围跨越通常以具有高达约450kW的额定功率的高频锻焊设备焊接的尺寸范围。

再次参考图3和4，预测HAZ特性值模块220在步骤238中利用预测性HAZ特性函数来为所选的获得用于将进行的焊接的至少一个可计量HAZ特性的最优HAZ特性值的焊接工艺因素确定条件。再次回到用于锻焊工艺的本发明的示例性实现，在一个较佳实施例中，模块220在步骤238中利用步骤236中确定的最优HAZ宽度值对频率f解方程式(7)。获得的f的值是用于焊接的最优HAZ频率，其中所有的其它焊接工艺因素在步骤232中获得。

在步骤240中，微控制器212在GUI 214上显示关于在步骤234和246中分别确定的至少一个可计量HAZ特性的预测和最优值及步骤238中确定的焊接工艺因素的最优值的量。在一个较佳实施例中，关于通过至少一个可计量HAZ特性的最优值归一化的至少一个可计量HAZ特性的预测值的量显示在GUI 214上。在另一个较佳实施例中，关于至少一个可计量HAZ特性的预测和最优值的量以比较的格式显示在GUI 214上。

在用于锻焊工艺的本发明的示例性实现中，微控制器212较佳地在GUI 214上显示关于步骤234和236中分别从方程式(7)和(8)确定的预测和最优HAZ宽度值以及步骤238中确定的最优HAZ宽度的量。

再次参考图3，控制模块224提供用于控制焊接设备216的工作条件中的一个或多个的能力。在一个较佳实施例中，控制模块224包括拨盘或分立旋钮形式的控制元件，或显示在GUI 214上的虚拟控制条图标。现在参考图4，在一个较佳实施例中，在步骤242中，控制模块224显示用户可与之交互来控制焊接设备215的工作条件的虚拟控制条，至少一个可计量HAZ特性由该条件决定。在系统200的操作中，用户控制控制条的位置以修正焊接设备216的相应工作条件。此外，在步骤242中，微控制器212在GUI 214上实时或基本实时地显示关于怎样基于用户对控制条的控制与至少一个可计量HAZ特性的最优值有关地修改至少一个可计量HAZ特性的预测值的信息。至少一个可计量HAZ特性的一个新的预测值类似于如过程230的步骤234所述来确定。此外，在步骤242中，微控制器212在GUI 214上实时或基本实时地显示步骤240中确定的焊接工艺因素的最优值以及基于过程230的步骤232获得的焊接工艺因素的条件的同一焊接工艺因素的实际值。

对用于锻焊工艺的本发明的示例性实现，并参考图5，它结合锻焊工艺示出步骤242的实现的一个较佳实施例，在步骤242中，微控制器212在GUI 214上显示用于分别控制锻焊设备216的焊接频率和焊接功率的虚拟控制条250A和250B。当用户修正控制条250A和250B的任一个的位置，使得焊接设备的焊接频率或焊接功率被修正时，微控制器212实时或基本实时地显示关于使用修正的焊接频率或修正的焊接功率的HAZ宽度的预测值的量，其中HAZ宽度的预测值是利用如上所讨论的方程式(7)参考关于最优HAZ宽度的量来确定的。在又一个较佳实施例中，在步骤242中，微控制器212在GUI 214上显示最优焊接频率，还在二维图252上示出预测和最优HAZ宽度之间的百分比差，如图5所示。

在又一个较佳实施例中，微控制器212使GUI 214显示指示至少一个可计量特性的预测值和最优值之差的归一化数。例如，在本发明的锻焊实现中，GUI 214上值1.0的显示表示所选焊接频率提供等于最优HAZ宽度的HAZ宽度。相反，所显示的小于1.0的值指示所选择的焊接频率应产生小于最优HAZ宽度的HAZ宽度，而显示的大于1.0的值指示所选择的焊接频率应产生大于最优HAZ宽度的HAZ宽度。

在一个较佳实施例中，GUI 214以不同的颜色显示关于至少一个可计量HAZ特性的预测值和最优值的量。

在又一个较佳实施例中，控制模块224在步骤242中自动控制焊接设备214的工作条件以使至少一个HAZ特性值的预测值和最优值相等或基本相等。例如，在本发明的锻焊实现中，控制模块224控制锻焊设备216的焊接频率以使HAZ宽度的预测值和最优值相等，其中HAZ宽度的预测值例如从方程式(7)确定。

在用于锻焊的本发明的实现的另一个较佳实施例中，用户在步骤242中利用GUI 214上的控制条250A修正焊接频率以使预测HAZ宽度是接近最优HAZ宽度值，且能够进行具有例如理想焊缝平滑度和进入焊接“V”形边缘的理想深度的焊接的值。

有利的是，获得在至少一个可计量HAZ特性的最优值处或附近的至少一个可计量HAZ特性的预测值的焊接工艺因素条件根据本发明可用于具有相似或相同设备的焊接情况。

在一个较佳实施例中，系统200包括通信装置(未示出)，它使在微控制器212中进行的数据处理操作远程地执行且这些数据处理操作的结果经由诸如因特网之类的通信装置提供给系统200。

在又一个较佳实施例中，系统200结合固定频率管和管道焊接装置216来实现，并且方法230由系统200执行以确定并显示关于用于通过利用焊接设备获得的焊接的预测HAZ宽度值。

虽然已经描述并说明了本发明的较佳实施例，但对于本领域的技术人员显然可在不背离本发明的原则的情况下进行各种修改。

Claims (34)

1.一种用于进行对金属件焊接中多个可计量热影响区(“HAZ”)特性中的至少一个进行监视和控制这两者中的至少一种的方法，所述方法包括：

基于用于焊接的焊接工艺因素条件为所述可计量HAZ特性中的至少第一个确定预测HAZ特性值，其中所述焊接工艺因素包括金属件的几何和材料性质和焊接设备的工作条件；

为所述第一可计量HAZ特性确定用于将对所述金属件进行的焊接的最优HAZ特性值；以及

还包括步骤(a)和(b)中的至少一个，

其中所述步骤(a)包括：为所述第一可计量HAZ特性显示关于所述预测HAZ特性值和所述最优HAZ特性值的量；以及

其中所述步骤(b)包括：提供用于控制所述焊接设备的工作条件中的至少一个的至少一个控制元件；以及控制所述控制元件以参考所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值来修正所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，关于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值和最优HAZ特性值的量以比较的格式显示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接设备用于进行高频锻焊。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将要焊接的金属件是将要制造成管或管道的金属条的边缘。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值的确定包括利用最优HAZ特性函数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最优HAZ特性函数是以下的至少一种：(i)解析导出函数，和(ii)经验导出函数，所述函数是表示所述金属件的几何和材料性质以及用于先前进行的其中所述第一可计量HAZ特性满足成功准则的焊接的所述焊接设备的工艺条件中至少一个的数据的函数。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一可计量HAZ特性是所述HAZ的宽度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值的确定包括利用预测性HAZ特性函数。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预测性HAZ特性函数是以下的至少一种：(i)解析导出函数，和(ii)经验导出函数，所述函数是表示所述金属件的几何和材料性质以及用于先前进行的焊接的焊接设备的工作条件中的至少一个的数据的函数。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述焊接设备用于进行高频锻焊，所述方法还包括：

使用所述第一可计量HAZ特性的所述预测HAZ特性函数，确定用于将要进行的焊接的所述锻焊设备的最优焊接频率；以及

显示所述最优焊接频率。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述焊接设备的工作条件以及所述金属件的几何和材料性质中的至少一个的变化，基本实时地显示关于所述预测HAZ特性值的量的变化。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在图形显示器上显示关于由所述最优HAZ特性值归一化的所述预测HAZ特性值的量。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述步骤(b)，并且其中所述控制包括控制所述控制元件以使所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值匹配或基本匹配所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述步骤(b)，其中所述焊接设备是锻焊设备，且其中可由所述至少一个所述控制元件控制的所述锻焊设备的工作条件包括焊接频率、焊接功率、“V”形长度和轧制速度。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述步骤(b)，其中所述控制元件包括图形用户界面(“GUI”)上的至少一个虚拟控制条，且其中关于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值基于所述控制条的控制的变化的量基本实时地显示在所述GUI上。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制条是所述焊接设备的焊接频率。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制条是所述焊接设备的焊接功率。

18.一种用于对金属件焊接中的多个可计量热影响区(“HAZ”)特性中的至少一个进行监视和控制这两者中的至少一种的系统，所述系统包括：

微控制器，用于：

基于用于焊接的焊接工艺因素条件为所述可计量HAZ特性中的至少第一个确定预测HAZ特性值，其中所述焊接工艺因素包括所述金属件的几何和材料性质和焊接设备的工作条件；

为所述第一可计量HAZ特性确定用于将对所述金属件进行的焊接的最优HAZ特性值；以及

还包括模块(a)和(b)中的至少一个，

其中所述模块(a)包括：耦合到微控制器的显示器，用于显示用于所述第一可计量HAZ特性的关于所述预测HAZ特性值和所述最优HAZ特性值的量；以及

其中所述模块(b)包括：耦合到所述微控制器的至少一个控制元件，其中所述控制元件用于耦合到所述焊接设备并用于控制所述焊接设备的工作条件中的至少一个，且其中所述控制元件是可控制的用于参考所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值来修正所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，关于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值和最优HAZ特性值的量以比较的格式显示在所述显示器上。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述焊接设备用于进行高频锻焊。

21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述将要焊接的金属件是将制造成管或管道的金属条的边缘。

22.如权利要求18所述的系统，其特征在于，对于所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值的确定包括利用最优HAZ特性函数。

23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述最优HAZ特性函数是以下的至少一个：(i)解析导出函数，和(ii)经验导出函数，所述函数是表示所述金属件的几何和材料性质以及用于先前进行的其中所述第一可计量HAZ特性满足成功准则的焊接的焊接设备的工作条件中的至少一个的数据的函数。

24.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一可计量HAZ特性是HAZ宽度。

25.如权利要求18所述的系统，其特征在于，对于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值的确定包括利用预测HAZ特性函数。

26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述预测HAZ特性函数是以下的至少一个：(i)解析导出函数，和(ii)经验导出函数，所述函数是表示所述金属件的几何和材料性质以及用于先前进行的焊接的焊接设备的工作条件中的至少一个的数据的函数。

27.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述焊接设备用于进行高频锻焊，且其中所述微控制器用于：

使用所述第一可计量HAZ特性的所述预测HAZ特性函数，确定所述锻焊设备用于将要进行的焊接的最优焊接频率；以及

其中所述最优焊接频率显示在所述显示器上。

28.如权利要求18所述的系统，其特征在于，基于所述焊接设备的工作条件以及所述金属件的几何和材料性质中的至少一个的变化将关于所述预测HAZ特性值的量的变化基本实时地显示在所述显示器上。

29.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述显示器是图形显示器，并显示关于由所述最优HAZ特性值归一化的所述预测HAZ特性值的量。

30.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述模块(b)，且其中所述控制元件是可控制的，用于使所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值与所述第一可计量HAZ特性的最优HAZ特性值匹配或基本匹配。

31.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述模块(b)，其中所述焊接设备是锻焊设备，且其中可由所述至少一个控制元件控制的所述锻焊设备的工作条件包括焊接频率、焊接功率、“V”形长度和轧制速度。

32.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述模块(b)，其中所述控制元件包括图形用户界面(“GUI”)上的至少一个虚拟控制条，其中关于所述第一可计量HAZ特性的预测HAZ特性值基于控制所述控制条的变化的量被基本实时地显示在所述GUI上。

33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，所述控制条是所述焊接设备的焊接频率。

34.如权利要求32所述的系统，其特征在于，所述控制条是所述焊接设备的焊接功率。

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