DE202014011425U1

DE202014011425U1 - System zum Selektieren von Schweissparametern

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Publication number: DE202014011425U1
Application number: DE202014011425.0U
Authority: DE
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2020-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: CN105706007B; EP3066530A1; WO2015066592A1; MX362121B; CN105706007A; MX2016003118A; CA2924120A1; US20150122781A1; US20160243640A1

Abstract

Schweißsystem, welches Folgendes aufweist:
eine Schweißschnittstelle, welche dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere Schweißvorgänge und eine oder mehrere Schweißnahtvariablen zum Erzeugen einer gewünschten Schweißnaht mindestens teilweise basierend auf Eingabeparametern für die gewünschte Schweißnaht und mindestens teilweise basierend auf einer Wirtschaftlichkeit, welche dem einen oder mehreren Schweißvorgängen und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen entspricht, zu bestimmen, wobei die Eingabeparameter eine oder mehrere physikalische Eigenschaften der gewünschten Schweißnaht aufweisen, und wobei die eine oder mehrere Schweißnahtvariablen elektrische Parameter aufweisen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität von und den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/899,695 , mit dem Titel „System und Verfahren zum Selektieren von Schweißparametern“, eingereicht am 4. November 2013, und vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/900,198 , mit dem Titel „System und Verfahren zum Selektieren von Schweißparametern“, eingereicht am 5. November 2013, welche beide hiermit mittels Verweis darauf in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Schweißsysteme und insbesondere ein System zum Selektieren von Parametern für ein Schweißsystem.
Eine Vielzahl von Techniken zum Verbinden von Werkstücken durch Schweißvorgänge wurden entwickelt. Diese weisen verschiedene Vorgänge und Materialien auf, wobei die meisten modernen Vorgänge zwischen einer Verbrauchs- oder Nichtverbrauchselektrode und den Werkstücken ausgebildete Lichtbogen aufweisen. Schweißvorgänge mit Nichtverbrauchselektroden können Wolfram-Inertgasschweißvorgänge (WIG) (tungsten inert gas (TIG)) aufweisen, welche eine Nichtverbrauchs-Wolframelektrode verwenden, welche unabhängig von dem Zusatzwerkstoff ist. Die Vorgänge werden oft in Kategorien wie beispielsweise konstante Stromvorgänge, konstante Spannungsvorgänge, gepulste Vorgänge usw. gruppiert. Jedoch sind weitere Unterteilungen zwischen diesen üblich, insbesondere bei Vorgängen, welche eine Elektrode verbrauchen, um Zusatzmetall zu der Schweißnaht hinzuzufügen. Der selektierte Vorgang ist stark mit dem Zusatzwerkstoff und dessen Form verbunden, wobei bestimmte Vorgänge einen bestimmten Typ von Elektrode verwenden. Beispielsweise manche Typen von Metall-Inertgasschweißvorgängen (MIG) (metal inert gas (MIG)), welche Teil einer größeren, manchmal als Metallschutzgasschweißen (gas metal arc welding (GMAW)) bezeichnete Gruppe ausbilden.
Beim GMAW-Schweißen wird eine Elektrode in der Form eines Drahtes durch das fortschreitende Schweißbad verbraucht, geschmolzen durch die Wärme eines Lichtbogens zwischen dem Elektrodendraht und dem Werkstück. Der Draht wird kontinuierlich von einer Spule durch einen Schweißbrenner zugeführt, wo eine Ladung auf den Draht aufgebracht wird, um den Lichtbogen zu erzeugen. Die in diesen Vorgängen verwendeten Elektrodenausgestaltungen werden oft als entweder Massivdraht (solid wire), Fülldraht (flux cored) oder Metallkern (metal cored) bezeichnet. Jeder Typ wird betrachtet, verschiedene Vorteile und Nachteile gegenüber anderen aufzuweisen, und vorsichtige Anpassungen an den Schweißvorgang und die Schweißnahtvorgaben können erforderlich sein, um deren Performance zu optimieren. Beispielsweise wird der Massivdraht, weniger kostenintensiv als die anderen Typen, typischerweise bei Inertschutzgasen verwendet, welche relativ kostenintensiv sein können. Fülldrähte mögen keine separate Schutzgaszuführung erfordern, sind aber kostenintensiver als Massivdrähte. Metallkerndrähte erfordern Schutzgas, aber diese können auf Mischungen angepasst werden, welche manchmal weniger kostenintensiv sind, als die für die Massivdrähte erforderliche. Lichtbogenhandschweißen (shielded metal arc welding (SMAW)) verwendet eine mit einem oder mehreren Verbunden beschichtete oder gefüllte Elektrode, welche das Schutzgas erzeugen, wenn der Lichtbogen gezündet ist. Die Eigenschaften und die Kosten einer Schweißanwendung können auf dem Schweißvorgang und den verwendeten Schweißvorgaben basieren. Leider können Benutzerselektionen des Schweißvorgangs und der Schweißvorgaben für eine bestimmte Anwendung komplex sein.
KURZBESCHREIBUNG
Die beschriebene Schweißschnittstelle kann die Synergie mit dem Schweißsystem für den Benutzer erhöhen. Die Schweißschnittstelle empfängt von einem Benutzer Eingabeparameter (z.B. physikalische Eigenschaften) einer gewünschten Schweißnaht und empfiehlt einen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen (z.B. elektrische Parameter) zum Erzeugen der gewünschten Schweißnaht. Die Schweißschnittstelle kann integral mit einer Komponente (z.B. Leistungsversorgungsquelle, Drahtzuführer, Brenner) des Schweißsystems oder einer separaten Komponente sein, welche (z.B. per Draht oder drahtloser Verbindung) mit dem Schweißsystem verbunden sein kann. Die Schweißschnittstelle kann Daten aus einer Nachschlagetabelle, neuralen Netzwerk, Schweißverfahrenssystem, Datenbank oder irgendeiner Kombination davon verwenden, um den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen zu empfehlen. Der Benutzer kann die Schweißschnittstelle verwenden, um den Schweißvorgang und die Auswirkung der Schweißnahtvariablen auf eine simulierte Schweißnaht zu simulieren. Der Benutzer kann die Eingabeparameter und/oder die Schweißnahtvariablen vor dem Erzeugen einer Schweißnaht modifizieren, und der Benutzer kann die Schweißnahtvariablen nach Überprüfen der Ergebnisse der erzeugten Schweißnaht modifizieren, um den empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen für nachfolgende Schweißanwendungen zu verfeinern.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile in den Zeichnungen kennzeichnen. Dabei zeigt:

1 eine Ausführungsform eines Schweißsystems und einer Schweißschnittstelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ausführungsform der Schweißschnittstelle des Schweißsystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Ansicht, welche Bewegung einer Ausführungsform einer Elektrode relativ zu einem Werkstück des Schweißsystems darstellt; und
4 eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Verwenden der Schweißschnittstelle mit dem Schweißsystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben. In dem Bestreben eine kurze Beschreibung dieser Ausführungsformen anzugeben, werden möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in der Beschreibung beschrieben. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung irgendeiner solchen tatsächlichen Umsetzung, wie bei einem Ingenieurs- oder Designprojekt, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie beispielsweise die Einhaltung systembezogener und geschäftsbedingter Einschränkungen, welche von Umsetzung zu Umsetzung unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass ein solcher Entwicklungsaufwand komplex und zeitintensiv sein kann, aber nichtsdestoweniger ein Routinevorhaben von Design, Fertigung und Herstellung für die Fachleute darstellen würde, welche den Vorteil dieser Erfindung haben.
Wenn Elemente von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Der Begriff „aufweisen“ soll bedeuten, dass es zusätzliche Elemente zu den anderen aufgelisteten Elementen geben kann.
Ausführungsformen des hier beschriebenen Schweißsystems können eine Schweißschnittstelle aufweisen, welche Eingabeparameter (z.B. physikalische Eigenschaften, Schweißnahtparameter) empfängt und einen oder mehrere Schweißvorgänge und Schweißnahtvariablen zum Implementieren des einen oder mehreren Schweißvorgängen mindestens teilweise basierend auf den empfangenen Eingabeparametern bestimmt. Die Schweißschnittstelle kann eingebunden in oder separat von einer Schweißmaschine, einem Automatisierungssystem, einer Leistungsversorgungsquelle, einem Drahtzuführer, einem Brenner, ein Pendant (pendant), einer mit dem Schweißsystem (z.B. per Draht oder drahtlos) verbundenen Netzwerkvorrichtung oder irgendeiner Kombination davon sein. Die Schweißschnittstelle kann direkt von einem Benutzer die Schweißnahtparameter empfangen, und/oder die Schweißschnittstelle kann die Schweißnahtparameter aus in die Schweißschnittstelle importierten Daten (z.B. CAD-Datei (computer-aided design file)) bestimmen. Die Schweißschnittstelle kann den Schweißvorgang und die Schweißnahtparameter basierend auf einer Vielzahl von Faktoren bestimmen, welche gewünschte Eigenschaften (z.B. Qualität, Erscheinung, Stärke) der Schweißanwendung, Benutzerproduktivität, Kapitalkosten, Betriebskosten oder Verbrauchsmaterialinventar, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Bezugnehmend auf die Figuren, ist 1 ein Diagramm einer Ausführungsform eines Schweißsystems 10 und einer Schweißschnittstelle 11 gemäß von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass während das Schweißsystem 10 hier spezifisch als ein Metallschutzgasschweißsystem 10 (gas metal arc welding (GMAW)) dargestellt wird, die Schweißschnittstelle 11 auch bei anderen Lichtbogenschweißvorgängen (z.B. FCAW, FCAW-G, GTAW (WIG), SAW, SMAW) oder anderen Schweißvorgängen (z.B. Reibrühr, Laser, Hybrid) verwendet werden kann. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 verwendet werden, um Kombinieren von Schweißvorgängen und Leistungsversorgungsquellen in hybridartige Vorgänge zu erleichtern, wobei ein Lichtbogenschweißvorgang mit einer Leistungsversorgungsquelle, wie beispielsweise einem Laser, Induktionsheizvorrichtung, Plasma, usw., kombiniert wird. Insbesondere kann, wie unten detaillierter beschrieben, die in dem Schweißsystem 10 verwendete Ausrüstung und Zubehör die hierin beschriebene Schweißschnittstelle 11 aufweisen. Das Schweißsystem 10 weist eine Schweißleistungszuführeinheit 12 (z.B. eine Schweißleistungsquelle), einen Schweißdrahtzuführer 14, ein Gaszuführsystem 16 und einen Schweißbrenner 18 auf. Die Schweißleistungszuführeinheit 12 führt im Allgemeinen dem Schweißsystem 10 und anderem diversen Zubehör Leistung zu, und kann via ein Schweißkabel 20 mit dem Schweißdrahtzuführer 14 verbunden sein, als auch mit einem Werkstück 22 unter Verwendung eines Leitungskabels 24, welches eine Klemme 26 aufweist, verbunden sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Drahtzuführer 14 via ein Schweißkabel 28 mit dem Schweißbrenner 18 verbunden, um während Betrieb des Schweißsystems 10 dem Schweißbrenner 18 Schweißdraht und Leistung zuzuführen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Schweißleistungszuführeinheit 12 mit Schweißbrenner 18 verbunden sein und dem Schweißbrenner 18 direkt Leistung zuführen.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform kann die Schweißleistungszuführeinheit 12 im Allgemeinen eine Leistungsumwandlungsschaltung aufweisen, welche Eingangsleistung aus einer Wechselstromleistungsversorgungsquelle 30 (z.B. dem Wechselstromleistungsnetz, einem Motor-/Generatorsatz, oder irgendeine Kombination davon) empfängt, die Eingangsleistung anpasst und via das Schweißkabel 20 Gleichstrom- oder Wechselstromausgangsleistung zuführt. Als solches kann die Schweißleistungszuführeinheit 12 dem Schweißdrahtzuführer 14 Leistung zuführen, welcher wiederrum dem Schweißbrenner 18 Energie zuführt, gemäß Anforderungen des Schweißsystems 10. Das Leitungskabel 24, welches in der Klemme 26 endet, verbindet die Schweißleistungszuführeinheit 12 mit dem Werkstück 22, um den Schaltkreis zwischen der Schweißleistungszuführeinheit 12, dem Werkstück 22 und dem Schweißbrenner 18 zu schließen. Die Schweißleistungszuführeinheit 12 kann verschiedene Schaltkreiselemente (z.B. Transformatoren, Gleichrichter, Schalter usw.) aufweisen, welche in der Lage sind, die Wechselstromeingangsleistung in einen Gleichstrom-Elektroden-Positiven Ausgang (direct current electrode positive (DCEP) output), Gleichstrom-Elektroden-Negativen Ausgang (direct current electrode negative (DCEN) output), variable Polarität oder einen Wechselstromausgang mit variabler Balance (z.B. symmetrisch oder asymmetrisch) umzuwandeln, wie durch die Anforderung des Schweißsystems 10 (z.B. basierend auf dem Typ des von dem Schweißsystems 10 ausgeführten Schweißvorganges usw.) vorgegeben.
Das dargestellte Schweißsystem 10 weist ein Gaszuführsystem 16 auf, welches dem Schweißbrenner 18 ein Schutzgas oder Schutzgasmischungen zuführt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Gaszuführsystem 16 direkt mit dem Schweißbrenner 18 via eine Gasleitung 32 verbunden, welche Teil des Schweißkabels 20 der Schweißleistungszuführeinheit 12 ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gaszuführsystem 16 stattdessen mit dem Schweißdrahtzuführer 14 verbunden sein, und der Schweißdrahtzuführer 14 kann den Fluss des Gases von dem Gaszuführsystem 16 zu dem Schweißbrenner 18 regeln. Ein Schutzgas, wie hierin verwendet, kann sich auf irgendein Gas oder eine Mischung von Gasen beziehen, welche dem Lichtbogen und/oder Schweißbad zugeführt werden, um eine bestimmte lokale Atmosphäre (z.B. den Lichtbogen schützen, Lichtbogenstabilität verbessern, Bildung von Metalloxiden beschränken, Benetzen der Metalloberflächen verbessern, die Chemie der Schweißnahtablagerung verändern usw.) aufzuweisen.
Zusätzlich kann bei manchen Ausführungsformen ein Automatisierungssystem 34 in dem Schweißsystem 10 verwendet werden. Das Automatisierungssystem 34 kann Steuerungen und Aktuatoren aufweisen, um automatisch mindestens einen Teil des Schweißsystems 10 ohne zusätzliche Benutzereingaben zu steuern. Bei manchen Ausführungsformen ist das Automatisierungssystem 34 mit der Leistungsversorgungsquelle 12, dem Drahtzuführer 14, dem Brenner 18 oder dem Werkstück 22, oder irgendeiner Kombination davon, verbunden. Das Automatisierungssystem 34 kann ein Roboterschweißsystem sein, welches die relative Bewegung zwischen dem Brenner 18 und dem Werkstück 22 gemäß in das Automatisierungssystem 34 geladenen Anweisungen steuert. Bei manchen Ausführungsformen kann das Automatisierungssystem 34 die Leistungsversorgungsquelle 12 und/oder den Drahtzuführer 14 steuern, um den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen für eine gewünschte Schweißanwendung zu steuern. Wie unten erläutert kann das Automatisierungssystem 34 die Leistungsversorgungsquelle 12 und/oder den Drahtzuführer 14 mindestens teilweise basierend auf dem Schweißvorgang und den durch die Schweißschnittstelle 11 bestimmten Schweißnahtvariablen für die gewünschte Schweißanwendung steuern.
Die Schweißschnittstelle 11 weist eine Steuerung 35 auf, um Informationsverarbeitung bezogen auf das Schweißsystem 10 zu vereinfachen. Wie unten erläutert kann der Benutzer der Schweißschnittstelle 11 Eingaben angeben, und die Schweißschnittstelle bestimmt den Schweißvorgang und/oder die Schweißnahtvariablen für eine Schweißanwendung mindestens teilweise basierend auf den angegebenen Eingaben. Die Steuerungseinheit 35 verwendet einen Prozessor 36, um in die Schweißschnittstelle 11 geladene und/oder in einem Speicher 37 gespeicherte Anweisungen auszuführen, um den Schweißvorgang und/oder die Schweißnahtvariablen zu bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen ist die Schweißschnittstelle 11 mit einem Drahtzuführersteuerungspanel 38, einem Leistungsversorgungsquellensteuerungspanel 40, einem Brennersteuerungspanel 42 oder irgendeine Kombination davon ausgestattet, wie mittels der gestrichelten Linien dargestellt. Zusätzlich, oder alternativ, kann die Schweißschnittstelle 11 ein Pendant (pendant) entlang der Schweißkabel 20, 28 oder Leitungskabel 24 sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 separat von der Leistungsversorgungsquelle 12, dem Drahtzuführer 14 und dem Brenner 18 sein. Beispielsweise kann die Schweißschnittstelle 11 einen Computer, einen Laptop, ein Tablet, eine mobile Vorrichtung (z.B. Mobiltelefon) oder irgendeine Kombination davon aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Schweißschnittstelle 11 kann mit Komponenten des Schweißsystems 10 per Draht oder einer drahtlosen Verbindung (z.B. via Antenne 44) verbunden sein. Die Verbindung mit Komponenten des Schweißsystems 10 können Systeminformationen wie ein Typ der Leistungsversorgungsquelle, Brennertyp oder ein Typ eines Drahtzuführers, oder irgendeine Kombination davon, angeben, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Systeminformation kann verwendet werden, um für den Benutzer verfügbare Vorgänge und für den Benutzer verfügbare zulässige Bereiche für Schweißnahtvariablen zu definieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 mit einem Netzwerk 46 verbunden sein. Die Schweißschnittstelle 11 kann Netzwerkeingaben wie beispielsweise Managementsysteme, Schweißsystemvoreinstellungen und Benutzerpräferenzen empfangen. Bei manchen Ausführungsformen können die mittels der Schweißschnittstelle 11 von dem Netzwerk 46 empfangenen Eingaben Schweißverfahrensspezifikationen (welding procedures specifications (WPS)), Verfahrensqualifizierungsaufzeichnungen (procedure qualification records (PQR)), Testdateien, bevorzugte Verkäuferlisten, bevorzugte Schweißsysteme, ein erfasstes Schweißsystem, Bauteilnummern, Daten von direkten Kosten, Daten von indirekten Kosten, Informationen von bevorzugten Vorgängen (z.B. MIG vs. WIG), CAD-Dateien, Nachschlagetabellen, Daten von einem neuronalen Netzwerk, Benutzerprofile aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Schweißschnittstelle 11 kann Netzwerkausgänge (z.B. Betriebshistorie, Benutzerprofile, modifizierte Modelle) an das Netzwerk 46 übermitteln. Das Netzwerk 46 kann ein lokales Netzwerk, ein Fleet-Netzwerk (fleet network), eine internetbasierte Ressource (z.B. Webseite) oder eine cloudbasierte Ressource, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, dass die Schweißschnittstelle 11 Informationen von dem Netzwerk 46, dem Schweißsystem 10 und/oder dem Benutzer verwenden kann, um Voreinstellungen und/oder Präferenzen für bestimmte Schweißvorgänge oder Schweißnahtvariablen zu erstellen. Beispielsweise kann ein Benutzer eine bevorzugte Gasmischung und/oder Drahttyp in die Schweißschnittstelle 11 eingeben, und die Schweißschnittstelle wird den Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen mindestens teilweise basierend auf diesen Präferenzen empfehlen. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer die Schweißschnittstelle 11 dazu ausbilden, empfohlene Schweißvorgänge auf einen automatisierten MIG-Vorgang, einen automatisierten WIG-Vorgang oder einen manuellen MIG-Vorgang zu beschränken. Darüber hinaus kann ein Benutzer einen hybriden Vorgang, wie oben erläutert, als bevorzugten Vorgang eingeben. Hybride Vorgänge können es dem Benutzer ermöglichen, das Schweißsystem zu verwenden, um durch Modellierung des Verhaltens eines bestimmten Vorgangs für den Benutzer für ein besseres Verständnis des bestimmten Vorgangs Beschränkungen des bestimmten Vorgangs zu überwinden und/oder zusätzliche Vorgänge zu kombinieren, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beispielsweise kann ein Reibrührvorgang alleine weniger für ein Stahlwerkstück geeignet sein; jedoch kann die Schweißschnittstelle 11 das Kombinieren von Induktionsheizen oder eines Laservorgangs mit dem Reibrührvorgang zu empfehlen, um es dem Werkstück zu ermöglichen, sich plastisch zu verformen, wodurch die Eignung des Reibrührvorgangs verbessert wird. Zusätzlich, oder alternativ, kann ein Zusatzwerkstoff zu dem Rühren des Reibrührvorgangs hinzugefügt werden, um die Verbindung zu füllen oder den Widerstand gegen die Rührrotation zu verringern.
2 stellt eine Ausführungsform einer graphischen Benutzerschnittstelle (graphical user interface (GUI)) 50 der Schweißschnittstelle 11 dar. Bei manchen Ausführungsformen ist die GUI 50 auf einem Touchscreen angezeigt, wodurch es dem Benutzer möglich ist, manuell Informationen direkt in die Schweißschnittstelle einzugeben. Zusätzlich, oder alternativ, kann die GUI 50 mit an die Schweißschnittstelle 11 verbundenem Zubehör, wie beispielsweise Tasten, Wählscheiben, Knöpfe, Schalter etc. verwendet werden. Die GUI 50 ermöglicht es dem Benutzer, Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften) für eine Schweißnaht, welche der Benutzer ausführen oder überprüfen wird, zu spezifizieren. Die Eingabeparameter können Schweißverbindungsausgestaltungen, Schweißpositionen, Schweißmaterialien und Schweißraupenparameter aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Wie unten erläutert kann die Schweißschnittstelle 11 einen Schweißvorgang und entsprechende Schweißnahtvariablen mindestens teilweise basierend auf physikalischen Eigenschaften für die Schweißnaht mit oder ohne Spezifizierung von elektrischen Parametern (z. B. Spannung, Strom, Polarität, Pulsdauer) empfehlen, wodurch das Setup und die Vorbereitung des Schweißsystems 10 vor dem Ausführen der Schweißnaht vereinfacht wird. Die Schweißschnittstelle 11 kann einen Schweißvorgang empfehlen, ohne dass Schweißnahtvariablen als Eingangseigenschaften spezifiziert sind, nur manche (z. B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) Schweißnahtvariablen als Eingabeeigenschaften spezifiziert sind oder im Wesentlichen alle der relevanten Schweißnahtvariablen als Eingangseigenschaften spezifiziert sind. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle die Qualität und/oder die Reproduzierbarkeit einer Schweißnaht unabhängig von dem Erfahrungsniveau des Benutzers verbessern. Basierend auf den Eingabeparametern bestimmt die Steuerungseinheit 35 der Schweißschnittstelle 11 den Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen (z. B. elektrische Parameter), welche dazu verwendet werden können, der Leistungsversorgungsquelle 12, den Drahtzuführer 14 und/oder den Brenner 18 vorzugeben, die gewünschte Schweißanwendung auszuführen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Prozessor 36, welcher die GUI 50 ausführt, automatisch den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen in der Leistungsversorgungsquelle 12 den Drahtzuführer 14 und/oder den Brenner 18 vorgeben. Alternativ kann die GUI 50 vor dem Vorgeben der Leistungsversorgungsquelle 12, des Drahtzuführers 14 und/oder des Brenners 18 dem Benutzer den bestimmten Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen zur Zustimmung oder Modifikation anzeigen.
GUI 50 wird einen Schweißnahttyp und ein Positionsselektierungsmenü 52 aufweisend gezeigt. Beispielsweise kann der Benutzer einen Stumpfstoß, einen Eckstoß, einen Kantenstoß, einen Überlappstoß, einen T-Stoß oder andere Schweißstoßtypen spezifizieren. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer eine Flachposition, eine Horizontalposition, eine Vertikalposition oder eine Überkopfposition spezifizieren. Bei manchen Ausführungsformen weist das Schweißnahttyp- und Positionsselektierungsmenü 52 der GUI 50 Optionsschaltflächen auf, um den Typ und Position zu spezifizieren, obwohl es sich versteht, dass andere Konventionen, wie beispielsweise Kontrollkästchen, Drop-Down-Kästchen oder Registerkarten, äquivalent verwendet werden können. Wenn ein Benutzer einen Schweißnahttyp und/oder Positionsoption selektiert, wie beispielsweise Stumpfstoß und Flachposition, kann ein Schweißnahtdarstellungsfenster 54 der GUI 50 eine verallgemeinerte oder simulierte Ansicht des Typs und Position der Verbindung anzeigen, welche selektiert wurde.
Der Benutzer kann via ein Drop-Down-Menü 56 den Typ des Werkstückmaterials/der Werkstückmaterialien spezifizieren. Daher kann die GUI 50 dazu programmiert sein, eine Auflistung von Materialtypen, wie beispielsweise verschiedene Legierungen, Qualitäten und Typen von Metallen zu präsentieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die GUI 50 dazu vorprogrammiert sein, nur gebräuchliche oder benutzerbevorzugte Materialtypen zu präsentieren. Die GUI 50 kann ferner dazu programmiert sein, automatisch Default-Selektionen für jeden Schweißnahttyp oder Position vorzugeben. Als Beispiel stellt 2 die Selektierung eines 309 Edelstahlwerkstückmaterials dar. Auf ähnliche Weise erlaubt die GUI 50 es dem Benutzer, eine Dicke des Werkstücks/der Werkstücke zu selektieren. Zum Beispiel kann die GUI 50 in einem Drop-Down-Menü 58 eine Anzahl von bevorzugten oder gebräuchlichen Materialdickenoptionen für den in dem Drop-Down-Menü 56 selektierten Materialtyp anzeigen. Wenn der Benutzer ein Werkstückmaterial und Dicke selektiert, kann das Schweißnahtabbildungsfenster 54 der Verbindung automatisch geupdated werden, um die ausgewählten Eigenschaften wiederzugeben.
Die GUI 50 kann Kästchen aufweisen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, andere Eigenschaften der Verbindung und/oder der Schweißnaht selber zu beschreiben. Beispielsweise kann der Benutzer Werte für Eingabeparameter eingeben, welche eine gewünschte Kehlnahtgröße 62, eine gewünschte Eindringtiefe 64, ein Eindringprofil 66, eine Wulstbreite 68, eine Fasenbreite 70, ein Spaltbreite 72, eine Verbindungslänge 74, einen Fasenwinkel oder irgendeine Kombination davon aufweisen, aber nicht darauf beschränkt sind. Bei manchen Ausführungsformen kann der Benutzer manuell die gewünschten Eigenschaften eingeben, anstatt diese aus Menüs zu selektieren. Es versteht sich jedoch, dass andere GUI-Konventionen, wie beispielsweise Menüs und Kontrollkästchen, zum Eingeben von Eigenschaften verwendet werden können, oder dass eine skalierbare click-and-drag artige Steuerung in der GUI zum Erhöhen/Verringern eines Parameterwertes, wie beispielsweise die Wulstbreite 68, angeordnet sein könnte. Die spezifizierten Eigenschaften können in dem Schweißnahtabbildungsfenster 54 gezeigt sein, und das Schweißnahtabbildungsfenster 54 kann modifiziert werden, wenn die Eigenschaftswerte angepasst werden. Es versteht sich, dass der Benutzer die physikalischen Eigenschaften leicht aus einer kurzen Betrachtung der Verbindung oder einer Verbindungsspezifikation in einem Handbuch bestimmen kann, wohingegen die Bestimmung des Schweißvorgangstyps und der Schweißnahtvariablen (z. B. elektrische Parameter) für eine Schweißanwendung ein komplexerer Vorgang sein kann. Das heißt, der Benutzer kann die physikalischen Eigenschaften der Verbindung für die Schweißanwendung unabhängig von dem Schweißerfahrungsniveau des Benutzers verstehen, wohingegen das Verständnis des gewünschten Vorgangs und der Schweißnahtvariablen für die gewünschte Schweißanwendung mit Benutzererfahrung zunehmen kann. Bei Ausführungsformen, bei welchen die Schweißschnittstelle 11 einen GMAW-Schweißvorgang spezifizieren kann, kann die GUI 50 auch Eingaben für Drahttyp 78, Drahtzuführgeschwindigkeit 80, Schutzgastyp 82, Dreh- oder Pendelmuster 84 (spin or weave pattern) oder Bewegungsgeschwindigkeit 86, oder irgendeine Kombination davon, präsentieren. Der Benutzer kann einen oder mehrere der Eingabeparameter leerlassen (z. B. kein Eingabeparameterwert), und die Schweißschnittstelle 11 kann einen empfohlenen Wert oder Bereich von Werten bestimmen.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Benutzer vorgegebene Verbindungseigenschaften und/oder elektrische Parameter für eine gewünschte Schweißnaht durch Selektieren eines Importknopfes 88 importieren. Der Importknopf 88 kann es dem Benutzer ermöglichen, zuvor gespeicherte Sätze von Verbindungseigenschaften aus einem lokalen Speicher (z. B. Speicher 37) abzurufen, oder Verbindungseigenschaften aus einer externen Datenquelle (z. B. Netzwerk 46) einzugeben. Zum Beispiel können die Verbindungseigenschaften direkt aus einer CAD-Datei oder anderen Architektur- oder Ingenieursspezifikationen, einem Laptopcomputer, einem Mobilgerät oder einem Computernetzwerk hochgeladen werden. Mit anderen Worten kann die Schweißschnittstelle 11 Daten aus einer schematischen Spezifizierungsdatei von einer computerartigen Vorrichtung herunterladen oder empfangen, und solche Daten verwenden, um die Verbindungseigenschaften und/oder elektrische Parameter zu bestimmen. Das Schweißabbildungsfenster 54 kann ein Modell 89 der importierten Daten (z. B. CAD-Datei) präsentieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die GUI 50 es dem Benutzer ermöglichen, die importierten Daten zu modifizieren. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer das Schweißabbildungsfenster 54 steuern, um das Modell 89 der importierten Daten zu verändern. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Simulationsknopf 90 es der GUI 50 es ermöglichen, eine Simulation der Schweißnahtausbildung und/oder der vollständigen Schweißnaht anzuzeigen. Der Benutzer kann die GUI 50 verwenden, um die Ansicht und/oder die Wiedergabe der Simulation zu manipulieren. Es versteht sich, dass die Simulation es dem Benutzer ermöglicht, eine Vorschau des empfohlenen Schweißvorgangs zu betrachten, was dem Benutzer beim Ausführen des Schweißvorgangs helfen kann. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer den Schweißvorgang und/oder die Schweißnahtvariablen nach Betrachtung der Simulation modifizieren, um das Ergebnis des Schweißvorgangs von dem simulierten Ergebnis zu verändern. Der Benutzer kann die Simulationen verwenden, um potentielle Tradeoffs zwischen verwandten Schweißnahtvariablen zu überprüfen. Zum Beispiel kann Erhöhen der Bewegungsgeschwindigkeit die Eindringung verringern und/oder das Schweißnahtwulstprofil verengen, wohingegen Verringern der Bewegungsgeschwindigkeit die Eindringung erhöhen und/oder das Schweißnahtwulstprofil verbreitern kann. Darüber hinaus kann Erhöhen der Größe eines Dreh- und/oder Pendelmusters (spin and weave pattern) das Schweißnahtwulstprofil verbreitern und/oder die Eindringung verringern, und Verringern der Größe eines Dreh- und/oder Pendelmusters kann das Schweißnahtwulstprofil verengen und/oder die Eindringung erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Vorgaben-Speicher-Knopf 92 verwendet werden, um gespeicherte Sätze von Eigenschaften (z. B. physikalisch, elektrisch) aus den von der GUI 50 momentan angezeigten Vorgaben zu erzeugen. Diese Sätze von Eigenschaften können in Speicher 37 und/oder im Netzwerk 46 gespeichert sein und für spätere Verwendung via den Importknopf 88 abgerufen werden.
Die GUI 50 weist Befehlsknöpfe auf, um den einen oder mehrere benutzerspezifizierten Eingabeparameter zu verarbeiten. Der Benutzer kann einen Empfehlungsknopf 94 selektieren, um die Schweißschnittstelle 11 zu steuern, um einen oder mehrere Schweißvorgänge und Schweißnahtvariablen zu bestimmen, um die Ausbildung der gewünschten Schweißnaht mindestens teilweise basierend auf den spezifizierten Eingabeparametern zu erleichtern. Die GUI 50 wird den einen oder mehrere Schweißvorgänge und Schweißnahtvariablen (z. B. elektrische Parameter) anzeigen, mit welchen die Leistungsversorgungsquelle 12, der Drahtzuführer 14 und/oder der Brenner 18 vorgegeben werden. Diese Schweißnahtvariablen können einen Schweißvorgang 96, eine Leistungsversorgungsquellen-Spannungsvorgabe 98, eine Leistungsversorgungs-Stromvorgabe 100, eine Leistungsversorgungsfrequenz 102, eine Polarität 104 und einen Betriebsmodus 106 (z. B. konstanter Strom (constant current (CC)), konstante Spannung (constant voltage (CV)) oder Puls) aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Schweißvorgang 96 kann FCAW, FCAW-G, GTAW (TIG), SAW, SMAW, Reibrühr, Laser, Hybrid oder irgendeine Kombination davon aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Bei manchen Ausführungsformen können die durch die Schweißschnittstelle 11 bestimmten Schweißnahtvariablen Drahtparameter (z. B. Drahttyp 78, Drahtdurchmesser, Drahtzuführgeschwindigkeit 80, Quantität von Drähten), Brennerparameter (z. B. Quantität von Durchläufen, Pendelbreite, Dreh- und/oder Pendelmuster (spin and/or weave pattern) 84, longitudinale Brennerbewegungsgeschwindigkeit 86, Elektrodendrehgeschwindigkeit, Elektrodenausfahrgeschwindigkeit (electrode extension speed), Elektrodenrückzugsgeschwindigkeit (electrode retraction speed), Bewegungswinkel, Arbeitswinkel), Gastyp 82, Stromänderung über die Zeit (z. B. Stromrampenraten), Spannungsveränderung über die Zeit (z. B. Spannungsrampenraten), Joules, Pulsdauer, Induktionsheiztemperatur oder zugeführte Laserenergie, oder irgendeine Kombination davon, aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Wie unten erläutert, kann die Schweißschnittstelle 11 Informationen aus Managementpräferenzen, Benutzerpräferenzen oder anderen Präferenzen verwenden, um den empfohlenen Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen zu bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 Informationen (z. B. Referenzdaten) aus einer Schweißvorgangsspezifikation (welding procedure specifications (WPS)), einer Nachschlagetabelle, einer Netzwerkdatenbank oder einem neuralen Netzwerk, oder irgendeiner Kombination davon, verwenden, um den empfohlenen Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen zu bestimmen.
Es versteht sich, dass nach Selektierung des Empfehlungsknopfes 94 die Schweißschnittstelle 11 irgendeinen der leergelassenen Eingabeparameter (z. B. keinen Eingabewert angegeben) bestimmen kann. Die GUI 50 kann auch es dem Benutzer ermöglichen, zuvor selektierte Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften) zu verändern und die GUI 50 zu veranlassen, den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen durch Selektieren eines Aktualisierungsknopfes 108 neu zu bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen können die von der Schweißschnittstelle 11 einen oder mehrere bestimmte Schweißvorgänge und die von der Schweißschnittstelle 11 bestimmten Schweißnahtvariablen für den Benutzer auf einem oder mehreren Bildschirmen angezeigt werden, um von dem Benutzer überprüft zu werden. Nach Überprüfung des empfohlenen Schweißvorgangs und entsprechenden Schweißnahtvariablen kann der Benutzer die empfohlenen Bestimmungen via Selektion eines Modifizierungsknopfs 110 modifizieren. Zum Beispiel kann der Benutzer eine oder mehrere Schweißnahtvariablen (z. B. Drahtzuführgeschwindigkeit 80, Spannung 98, Frequenz 102) modifizieren, während mindestens manche der empfohlenen Schweißnahtvariablen oder Eingabeparameter beibehalten werden. Nach Modifizierung (falls vorhanden) der Schweißnahtvariablen oder Eingabeparametern kann der Benutzer den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen via Selektion eines Akzeptieren-Knopfs 112 akzeptieren, wodurch es der Schweißschnittstelle 11 ermöglicht wird, die Leistungsversorgungsquelle 12, den Drahtzuführer und/oder den Brenner 18 zu steuern, um die Schweißanwendung mit dem empfohlenen Schweißvorgang und den empfohlenen Schweißnahtvariablen auszuführen.
Bei manchen Ausführungsformen ermöglicht ein Wirtschaftlichkeits-Knopf 114 es dem Benutzer, verschiedene wirtschaftliche Faktoren für den empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen zu überprüfen. Die Kosten der Ausführung einer Schweißanwendung kann mindestens teilweise auf den Verbrauchsmaterialkosten (z. B. Schweißdraht, Kontaktspitze, Schutzgas, Elektrode), Energiekosten, Arbeitskosten, Anlagekosten, Ausrüstungskosten basieren. Zum Beispiel kann das Ausbilden einer Schweißnaht für eine Tieffugen-Anwendung mit einem Schweißdraht mit einem relativ großen Drahtdurchmesser geringere Arbeitskosten aufweisen, als das Ausbilden der Schweißnaht in der Tieffugen-Anwendung mit einem Schweißdraht mit einem relativ kleinen Drahtdurchmesser, aufgrund einer erhöhten Anzahl von Durchläufen um die Schweißnaht auszubilden. Zusätzlich können eine Fülldraht- (flux cored) oder Metallkernelektrode (metal cored) größerer Verbrauchsmaterialkosten aufweisen, als eine Massivelektrode (solid electrode) für manche Anwendungen; jedoch können die Arbeitskosten und/oder Schutzgaskosten für die Fülldraht- oder Metallkernelektrode geringer sein als für eine Massivelektrode für andere Anwendungen. Darüber hinaus können manche Schweißvorgänge (z. B. WIG-Vorgänge, fortschrittliche Schweißvorgänge, Hybridschweißvorgänge) mit höheren Arbeitskosten als andere Schweißvorgänge (z. B. SMAW-Vorgänge, MIG-Vorgänge) assoziiert sein, bei welchen höhere Arbeitskosten mindestens teilweise auf einem höheren Benutzerqualifikationsniveau basieren können. Anlagekosten können Kosten assoziiert mit der Instandhaltung, und Zuführkosten für das Automatisierungssystem 34, welches den Schweißvorgang ausführen kann, aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausrüstungskosten können Kosten assoziiert mit der Beschaffung von Komponenten des Schweißsystems 10 aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt. Benutzerselektionen des Wirtschaftlichkeits-Knopfs 114 können Daten anzeigen, welche ungefähre Kosten für Schweißvorgänge angeben, welche für die gewünschte Schweißanwendung verwendet werden können. Dementsprechend kann die Schweißschnittstelle 11 einen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen mindestens teilweise basierend auf Wirtschaftlichkeitsfaktoren, wie beispielsweise Kosten, empfehlen.
3 stellt eine Ausführungsform der Bewegung des Brenners 18 und einer Elektrode 120 relativ zu dem Werkstück 22 dar. Die Schweißschnittstelle 11 kann Schweißnahtvariablen bestimmen, welche Variablen aufweisen, welche die Bewegung des Brenners 18 und/oder einer Elektrode 120 relativ zu dem Werkstück 22 beschreiben. 3 stellt manche der Schweißnahtvariablen dar, welche die Anordnung des Brenners 18, der Elektrode 120 und des Werkstücks 22 relativ zueinander während einer Schweißung beschreiben. Der Brenner 18 und die Elektrode 120 bewegen sich in eine longitudinale Bewegungsrichtung 122 entlang einer Verbindung 124 zwischen den Werkstückmaterialien 22. Während sich die Elektrode 120 entlang der Verbindung 124 bewegt, wird die Schweißnaht ausgebildet, sowie Teile der Elektrode 120 auf das Werkstück 22 und/oder auf zuvor abgelagertes Elektrodenmaterial (z. B. Schweißbad) abgelagert werden. Die Elektrode 120 kann sich in eine transversale Richtung 126 und/oder in eine axiale Richtung 128 relativ zu der Verbindung 124 bewegen. Die Bewegung des Brenners 18 und der Elektrode 120 in die transversale Richtung 126 kann hierin als Pendelmuster (weave pattern) definiert werden. Die gestrichelten Linien 127 stellen eine Ausführungsform der Bewegung (z. B. Oszillation) des Brenners 18 innerhalb des Pendelmusters über der Verbindung 124 dar. Ein Arbeitswinkel 130 beschreibt den Winkel zwischen einer Achse 132 der Elektrode 120 und der Verbindung 124 entlang der transversalen Richtung 126. Ein Brennerwinkel 134 beschreibt den Winkel zwischen der Achse 132 der Elektrode und der Verbindung 124 entlang der longitudinalen Richtung 122.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Elektrode 120 in einem gewünschten Muster relativ zu dem Brenner 18 bewegt werden (z. B. gedreht), während der Brenner 18 sich in die longitudinale Bewegungsrichtung 122 bewegt. Die Elektrode 120 kann sich innerhalb der Verbindung 124 drehen, wie durch den Pfeil 136 gezeigt, wodurch der Bereich vergrößert wird, in welchem das Elektrodenmaterial innerhalb der Verbindung 124 abgelagert werden kann. Die Elektrode 120 kann in einer Vielzahl von Mustern bewegt werden, welche einen Kreis, eine Ellipse, Zickzack, eine Achterform, eine hin und her bewegende Transversallinie, eine Sichel (crescent), eine C-Form, eine J-Form, eine T-Form, ein Dreieck, ein Quadrat, ein Rechteck, ein nicht lineares Muster, ein asymmetrisches Muster, eine Pause, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Solche Bewegungsmuster und Anwendungen der Bewegungsmuster sind in der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/878,404 , mit dem Titel „Synchronized Rotating Arc Welding Method and System“ beschrieben, welche von Christopher Hsu et al. am 16. September 2013 eingereicht wurde, welche hiermit mit Verweis darauf aufgenommen wird.
Der Brenner 18 und/oder die Elektrode 120 können entlang der Achse 132 bewegt werden, um die Ablagerung des Elektrodenmaterials in die Verbindung 124 zu steuern. Bei manchen Ausführungsformen kann der Benutzer mehrere Durchläufe des Brenners 18 und der Elektrode 120 entlang der Verbindung 124 verwenden, wobei jeder Durchlauf eine Schicht derart ausbildet, dass die vollständige Schweißnaht mehrere Schichten in einer vertikalen Richtung 138 aufweist. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Schweißvorgang die Bewegung (z. B. Ausfahren (extension), Zurückziehen (retraction)) der Elektrode 120 entlang der Achse 132 relativ zu dem Brenner 18 steuern. Zum Beispiel kann die Bewegung der Elektrode 120 entlang der Achse 132 gesteuert werden, um die Ablagerungsrate des Elektrodenmaterials und/oder die einem Werkstück zugeführte Wärme zu beeinflussen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Bewegung der Elektrode 120 entlang der Achse 132 mit dem gewünschten Bewegungsmuster (z. B. Pfeil 136) gesteuert werden, um den Ablagerungsort des Elektrodenmaterials zu steuern.
4 stellt eine Ausführungsform einer Methode 150 zum Verwenden der Schweißschnittstelle 11 zum Bestimmen eines Schweißvorgangs und Schweißnahtvariablen dar. Die Schweißschnittstelle 11 empfängt (Block 152) von dem Benutzer Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften). Die Eingabeparameter können via manuelle Eingabe durch die GUI 50 und/oder automatisch via Importieren von Daten (z. B. CAD-Datei) wie oben beschrieben empfangen werden. Mindestens teilweise auf den empfangenen Eingabeparametern basierend bestimmt die Schweißschnittstelle 11 (Block 154) mindestens einen Schweißvorgang und bestimmt (Block 156) Schweißnahtvariablen für den mindestens einen Schweißvorgang. Die Schweißschnittstelle 11 stellt (Block 158) dann dem Benutzer zum Überprüfen und Akzeptieren die Ergebnisse des einen oder der mehreren bestimmten Schweißvorgänge und die Schweißnahtvariablen dar. Bei manchen Ausführungsformen können die Ergebnisse via eine Simulation des Schweißvorgangs und/oder der vollständigen Schweißnaht angezeigt werden.
Die Schweißschnittstelle 11 verwendet die empfangenen Eingabeparameter und bestimmt den Schweißvorgang (Block 154) und die Schweißnahtvariablen (Block 156) unter Verwendung von in dem Speicher 37 und/oder dem Netzwerk 46 gespeicherten Daten. Die in dem Speicher 37 und/oder dem Netzwerk 46 gespeicherten Daten können verschiedene mit Schweißvorgängen und Schweißnahtvariablen assoziierte Faktoren in Bezug setzen. Zum Beispiel kann die Bestimmung eines bestimmten Schweißvorgangs und der Schweißnahtvariablen für den Schweißvorgang mindestens teilweise auf der Anwendbarkeit (z. B. Wirtschaftlichkeit, Qualität, Stärke, Erscheinung) des Schweißvorgangs für verschiedene physikalische Eigenschaften der gewünschten Schweißnaht basieren. Die Anwendbarkeit des bestimmten Schweißvorgangs kann die Wirtschaftlichkeit (z. B. Kosten) des bestimmten Schweißvorgangs und Schweißnahtvariablen, das Benutzerqualifikationsniveau, Komplexität des bestimmten Schweißvorgangs, für den Benutzer verfügbare Schweißsysteme, für den Benutzer verfügbares Inventar und Benutzerproduktivität/-effizienz basieren, ist aber nicht darauf beschränkt. Die in dem Speicher 37 und/oder dem Netzwerk 46 gespeicherten Daten können in der Form einer Nachschlagetabelle, eines neuralen Netzwerks, einer Netzwerkdatenbank, Managementsystem, Voreinstellungen und Präferenzen, um eine Schweißverfahrensspezifikation (welding procedure specifications (WPS)) aufzuweisen, oder irgendeine Kombination davon vorliegen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Hersteller und/oder der Benutzer Datensätze füllen, welche in den Speicher 37 und/oder das Netzwerk 46 für eine Vielzahl von Schweißvorgängen geladen werden sollen. Zum Beispiel kann WIG-Schweißen für eine Schweißanwendung mit relativ dünnen Werkstückmaterialien und/oder mit Aluminiumlegierungen empfohlen werden, und MIG-Schweißen kann für eine Schweißanwendung mit relativ dicken Werkstückmaterialien und/oder Open-Root-Anwendungen empfohlen werden. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Reibrühr- und/oder ein Hybridvorgang für ein relativ flaches Wulstprofil und/oder zur Erhöhung der Erwärmung des Werkstücks 22 empfohlen werden.
Nach Anzeigen (Block 158) des empfohlenen Schweißvorgangs und der Schweißnahtvariablen entscheidet (Knoten 160) der Benutzer, ob dieser den empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen akzeptiert oder die der Schweißschnittstelle zugeführten Eingaben überarbeitet, um potentiell einen anderen empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen zu erzeugen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Benutzer der Schweißschnittstelle 11 zugeführte Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften) überarbeiten. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer die der Schweißschnittstelle 11 zugeführten Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften, elektrische Parameter) hinzufügen oder entfernen. Es versteht sich, dass die Anzeige (Block 158) des empfohlenen Schweißvorgangs und der Schweißnahtvariablen die Schweißschnittstelle 11 aufweisen kann, welche den empfohlenen Schweißvorgang simuliert. Die Schweißschnittstelle 11 kann die Simulation mit verschiedenen Geschwindigkeiten (z. B. Echtzeit, Zeitlupe) und verschiedene Ansichten oder Orientierungen (z. B. 2D, 3D) anzeigen. Darüber hinaus kann die Schweißschnittstelle 11 eine Simulation der Dynamiken der simulierten Schweißnaht aus verschiedenen Perspektiven anzeigen, wie beispielsweise eine Nahansicht, welche die Dynamiken der Elektrode und des Schweißbades darstellt, oder eine Komponentenansicht (z. B. Querschnittsansicht), welche die Auswirkung auf die Verbindung und/oder Werkstück als Ganzes darstellt. Die von der Schweißschnittstelle 11 angezeigten Simulationen können simulierte Drahtbewegung in der Verbindung oder Schweißbad, visuelle Drahtzuführgeschwindigkeitsveränderungen, Abbildungen von prognostiziertem (z. B. simulierten) Strom und Spannung, Pfützenbewegung (puddle agitation), Spritzerpegel (spatter levels), andere Effekte, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Wenn der Benutzer dem empfohlenen Schweißvorgang und den Schweißnahtvariablen zustimmt, kann die Schweißschnittstelle 11 die Komponenten (z. B. Leistungsquelle 12, Drahtzuführer 14, Brenner 18) des Schweißsystems 10 steuern (Block 164), um es dem Benutzer/oder dem Automatisierungssystem 34 zu ermöglichen, die gewünschte Schweißanwendung durchzuführen. Beispielsweise kann die Schweißschnittstelle 11 den Drahtzuführer 14 mit der empfohlenen Drahtzuführgeschwindigkeit für einen empfohlenen MIG-Schweißvorgang steuern, und die Schweißschnittstelle 11 kann die Spannung, Strom und Impulsparameter der Leistungsquelle 12 für den empfohlenen MIG-Schweißvorgang vorgeben. Nach Fertigstellung der Schweißnaht können der Benutzer und/oder die Schweißer-Schnittstelle 11 die Schweißnaht überprüfen und Ergebnisse (z. B. Bewertungen) in Bezug auf beobachtbare Qualitäten der Schweißnaht erzeugen. Zum Beispiel kann der Benutzer Aspekte des Erscheinungsbilds der Schweißnaht wie Wulstbreite, Wulstabstand, Eindringung, Durchbrennen, Porosität, Risse usw. überprüfen. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Benutzer oder die Schweißschnittstelle 11 Aspekte des Schweißverlaufs überprüfen, wie z. B. die Spannungswellenform, die Stromwellenform oder das verwendete Zusatzmetall (z. B. Schweißdraht). Die Schweißschnittstelle 11 kann von dem Benutzer Ergebnisse empfangen (Block 166), um das Vergleichen (Block 168) der Ergebnisse der tatsächlichen Schweißnaht mit vorherigen Ergebnissen und/oder mit simulierten Ergebnissen zu erleichtern. Zumindest teilweise basierend auf dem Vergleich kann die Schweißschnittstelle 11 Modelle in dem Speicher 37 und/oder in dem Netzwerk 46 anpassen (Block 170), welche verwendet wurden, um den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen zu empfehlen.
Bei manchen Ausführungsformen kann das oben beschriebene Verfahren 150 iterativ verwendet werden, um Daten (z. B. Modelle) für eine Nachschlagetabelle, Datenbank oder neuronales Netzwerk zu füllen. Zum Beispiel kann der Benutzer anfänglich nur die physikalischen Eigenschaften als Eingabeparameter eingeben, und der Benutzer kann anschließend die Eingabeparameter überarbeiten, um einen bestimmten Schweißvorgang (z. B. WIG, MIG, SMAW) oder einen Satz von einem oder mehreren elektrischen Parametern (z.B. Spannung, Strom, Frequenz, Polarität, Drahtzuführgeschwindigkeit) zu spezifizieren, um die Eigenschaften der resultierenden Schweißnaht zu ändern. Der Benutzer kann das Verfahren 150 verwenden, um die Auswirkung des Anpassens einer oder mehrerer Schweißnahtvariablen (z. B. elektrischer Parameter) zu bestimmen, während ein gewisses Maß an Änderung des Schweißvorganges und der physikalischen Eigenschaften beibehalten oder gemanagt wird. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die Daten zu modifizieren, um ungefähre Abweichungen zu approximieren, welche während der tatsächlichen Schweißnahtausbildung auftreten können, welche möglicherweise bei einer Simulation der Schweißnaht nicht anderweitig berücksichtigt werden können. Bei einem weiteren Beispiel kann der Benutzer die Schweißnahtvariablen für die Dreh- und/oder Pendelmuster alleine oder in Kombination mit der Spannung, Strom, Drahtzuführgeschwindigkeit und der Bewegungsgeschwindigkeit modifizieren, um den Ablagerungsort des Elektrodenmaterials an der Schweißnaht zu steuern. Zusätzlich, oder alternativ, kann der Schweißstrom modifiziert werden, um Sprühen und/oder Spritzen von Elektrodenmaterial zu steuern, die Schweißspannung kann modifiziert werden, um das Eindringen zu steuern, oder die Bewegungsgeschwindigkeit kann modifiziert werden, um die Fließfähigkeit des Schweißbades zu steuern. Bei manchen Ausführungsformen ermöglicht eine iterative Modifikation der Schweißnahtvariablen unter Verwendung der Schweißschnittstelle 11 es dem Benutzer, robuste Modelle zu erzeugen, welche verwendet werden können, um einen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen mit relativ komplexem Timing, Geschwindigkeit und Energieniveaus zu empfehlen, um eine gewünschte Schweißnaht zu erzeugen, selbst wenn der Benutzer relativ einfache Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften) angibt.
Die Schweißschnittstelle 11 kann die Schweißnahtvariablen basierend auf in den Modellen eingebundenen Benutzerpräferenzen empfehlen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 es dem Schweißsystem 10 ermöglichen, die Eindringtiefe zu steuern, um das Durchbrennen des Werkstücks 22 zu verringern oder zu beseitigen. Es versteht sich, dass Wechselstromvorgänge verwendet werden können, um die Ablagerung und/oder das Durchbrennen zu managen. Die Schweißschnittstelle 11 kann eine bestimmte, an bestimmten Punkten innerhalb der Verbindung zu verwendende Polarität empfehlen. Beispielsweise kann eine positive Polarität beim Pendeln des Brenners 18 über eine Naht die Eindringung erhöhen, und eine negative Polarität beim Pendeln des Brenners 18 über die Seitenwände der Verbindung kann es den Werkstückmaterialien ermöglichen, mehr abzukühlen als bei einer positiven Polarität. Zusätzlich, oder alternativ, kann die Schweißschnittstelle 11 eine oder mehrere Pausen empfehlen, um die Eindringung in Verbindung mit der Drahtzuführgeschwindigkeit zu ändern, um die Eindringtiefe der Schweißnaht anzupassen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle 11 eine Kombination aus einem oder mehreren Schweißgängen (z. B. einem gesteuerten Kurzschlussvorgang in einem ersten Abschnitt, einem Wechselstromvorgang in einem zweiten Abschnitt und einem Impulsvorgang in einem dritten Abschnitt) empfehlen, um die Eindringung einer Schweißnaht in die Fuge zu managen. Die Schweißschnittstelle 11 kann Rückmeldung (z. B. eine Sensorrückmeldung) von dem Schweißsystem 10 verwenden, um den Schweißvorgang und/oder die Schweißnahtvariablen im Wesentlichen in Echtzeit zu modifizieren. Beispielsweise kann die Schweißschnittstelle 11 eine Positions- und/oder Bewegungsrückmeldung des Brenners 18 und der Elektrode 120 relativ zu dem Werkstück 22 verwenden, um das Timing von Anpassungen an Schweißnahtvariablen zu steuern.
Bei manchen Ausführungsformen können die im Speicher 37 und/oder im Netzwerk 46 gespeicherten Modelle zumindest teilweise auf einer volumetrischen Berechnung des abgelagerten Zusatzwerkstoffs, Wärmedynamiken der Schweißanwendung und/oder Fluiddynamiken des geschmolzenen Zusatzwerkstoffs basieren. Zum Beispiel kann die Schweißschnittstelle 11 einen Schweißvorgang mit einer Abscheidungsrate, einer Bewegungsgeschwindigkeit und einer Drahtzuführgeschwindigkeit empfehlen, welche ein Volumen an Zusatzwerkstoff (z. B. Schweißdraht) ablagern würden, welches die Verbindung mit einer gewünschten Dichte/Porosität füllen würde. Die Schweißschnittstelle 11 kann dazu ausgebildet sein, den Schweißvorgang zumindest teilweise basierend auf Kräften zu empfehlen, welche auf den Zusatzwerkstoff vor dem Erstarren mit dem Werkstück wirken. Beispielsweise kann die Schweißschnittstelle 11 den Schweißvorgang zumindest teilweise basierend auf der Schweißposition, Schwerkraft, Zentrifugalkräften auf den geschmolzenen Zusatzwerkstoff aufgrund der herkömmlichen Drahtanordnung, des Pendelns des Brenners und/oder des Drehs der Elektrode oder einer beliebigen Kombination davon empfehlen.
Die von der Schweißschnittstelle 11 verwendeten Modelle können Schwellwerte aufweisen, um den empfohlenen Schweißvorgang und die empfohlenen Schweißnahtvariablen innerhalb von gewünschten wirtschaftlichen Grenzen zu halten. Beispielsweise kann die Schweißschnittstelle 11 dazu ausgebildet sein, einen Schweißvorgang mit den niedrigsten Kosten zu empfehlen, welcher die Spezifikationen für die gewünschte Schweißnaht erfüllt. Zusätzlich, oder alternativ, kann die Schweißschnittstelle 11 dazu ausgebildet sein, Schweißvorgänge zu empfehlen, welche innerhalb eines Bereichs von Qualifikationsniveaus liegen, um die Reproduzierbarkeit und die Qualität der von Benutzern unter Verwendung der Schweißschnittstelle 11 ausgeführten Schweißnähte zu erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen kann, wenn mehrere Schweißgänge in der Lage sein können, eine gewünschte Schweißnaht basierend auf den Eingabeparametern zu erzeugen, die Schweißschnittstelle 11 einen Schweißvorgang empfehlen, der geringere Kosten und/oder eine geringere Komplexität im Vergleich zu anderen geeigneten Schweißvorgänge aufweist.
Die oben beschriebene Schweißschnittstelle kann die Synergie mit dem Schweißsystem für den Benutzer erhöhen. Die Schweißschnittstelle empfängt von einem Benutzer Eingabeparameter (z. B. physikalische Eigenschaften) einer gewünschten Schweißnaht und empfiehlt einen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen (z. B. elektrische Parameter) zum Erzeugen der gewünschten Schweißnaht. Die Schweißschnittstelle kann integral mit einer Komponente (z. B. Leistungsquelle, Drahtzuführgerät, Brenner) des Schweißsystems oder einer separaten Komponente sein, welche (z. B. per Draht oder drahtloser Verbindung) mit dem Schweißsystem verbunden sein kann. Die Schweißschnittstelle kann Daten aus einer Nachschlagetabelle, einem neuronalen Netz, einem Schweißverfahrenssystem, einer Datenbank oder irgendeiner Kombination davon verwenden, um den Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen zu empfehlen. Wie oben beschrieben, kann der Benutzer die Schweißschnittstelle verwenden, um den Schweißvorgang und die Auswirkung der Schweißnahtvariablen auf eine simulierte Schweißnaht zu simulieren. Der Benutzer kann die Eingabeparameter und/oder die Schweißnahtvariablen vor dem Erzeugen einer Schweißnaht modifizieren, und der Benutzer kann die Schweißnahtvariablen nach dem Überprüfen der Ergebnisse der erzeugten Schweißnaht modifizieren, um den empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen für nachfolgende Schweißanwendungen zu verfeinern. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle den Schweißvorgang und die Schweißnahtvariablen in Echtzeit steuern, um die Ergebnisse zu einem modellierten Ergebnis zu steuern. Wenn zum Beispiel eine Rohrwurzelpassage (pipe root pass) geschweißt wird, kann die Schweißschnittstelle via einen Encoder, einen Drehzahlmesser oder einen anderen Sensor eine Rückmeldung von einem Drehbrenner (spin torch) über die Position des in der Verbindung angeordneten Drahts erhalten. Die Rückmeldung an die Schweißschnittstelle ermöglicht es der Schweißschnittstelle, das Schweißsystem zu steuern, um die Drahtvorschubgeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit (spin speed), die elektrischen Parameter oder irgendeine Kombination davon zu modulieren, um das Durchbrennen zu verringern oder zu beseitigen. Die Schweißschnittstelle kann ein Durchbrennen oder ein bevorstehendes Durchbrennen durch Erfassen der Spannung, des Stroms, des visuellen Erscheinungsbilds der Schweißnaht oder eines hörbaren Geräusches der Schweißnaht oder irgendeiner Kombination davon erfassen. Die Schweißschnittstelle kann die Bewegung des Drahts innerhalb der Verbindung via Beobachtung der Spannung und Drehung verfolgen, wenn sich der Draht innerhalb der Verbindung dreht. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schweißschnittstelle den empfohlenen Schweißvorgang und Schweißnahtvariablen in Echtzeit an ein oder mehrere Schweißsysteme an einen Arbeitsort liefern, wodurch ermöglicht wird, dass das ein oder die mehrere Schweißsysteme für den empfohlenen Schweißvorgang verwendet werden. Darüber hinaus kann die Schweißschnittstelle die Spannung, Strom, Drahtzuführgeschwindigkeit und andere Schweißnahtvariablen in Graphiken, Diagrammen oder Oszilloskopformaten oder irgendeiner Kombination davon anzeigen.
Während hierin nur bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, werden Fachleuten viele Modifikationen und Änderungen einfallen. Es versteht sich daher, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen und Änderungen abdecken sollen, welche in den wahren Geist der Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 61899695 [0001]
US 61900198 [0001]
US 61878404 [0024]

Claims

Schweißsystem, welches Folgendes aufweist: eine Schweißschnittstelle, welche dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere Schweißvorgänge und eine oder mehrere Schweißnahtvariablen zum Erzeugen einer gewünschten Schweißnaht mindestens teilweise basierend auf Eingabeparametern für die gewünschte Schweißnaht und mindestens teilweise basierend auf einer Wirtschaftlichkeit, welche dem einen oder mehreren Schweißvorgängen und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen entspricht, zu bestimmen, wobei die Eingabeparameter eine oder mehrere physikalische Eigenschaften der gewünschten Schweißnaht aufweisen, und wobei die eine oder mehrere Schweißnahtvariablen elektrische Parameter aufweisen.
Schweißsystem nach Anspruch 1, wobei die Eingabeparameter einen Schweißnahttyp, eine Schweißnahtposition, ein Werkstückmaterial, eine Werkstückdicke, eine Eindringtiefe, ein Eindringprofil, eine gewünschte Kehlnahtgröße, eine Wulstbreite, eine Fasenbreite, eine Spaltbreite, eine Verbindungslänge oder einen Fasenwinkel, oder irgendeine Kombination davon aufweisen.
Schweißsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wirtschaftlichkeit, welche dem einen oder mehreren Schweißvorgängen und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen entspricht, Verbrauchsmaterialkosten, Arbeitskosten, Energiekosten, Anlagenkosten, Ausrüstungskosten oder irgendeine Kombination davon aufweist.
Das Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektrischen Parameter eine Spannungsvorgabe, eine Stromvorgabe, eine Frequenz, eine Polarität oder einen Betriebsmodus, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, und wobei die eine oder mehrere Schweißnahtvariablen Drahtparameter, Brennerparameter oder irgendeine Kombination davon aufweisen.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schweißschnittstelle dazu ausgebildet ist, Simulationen der einen oder mehreren bestimmten Schweißvorgänge und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen anzuzeigen, und wobei die angezeigten Simulationen Bewertung des einen oder mehreren bestimmte Schweißvorgänge und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen erleichtern.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schweißschnittstelle integral mit einer Komponente des Schweißsystems ist, und wobei die Komponente eine Leistungsquelle, einen Drahtzuführer oder einen Brenner, oder irgendeine Kombination davon aufweist.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schweißschnittstelle mit einem Netzwerk verbunden ist, und wobei die Schweißschnittstelle dazu ausgebildet ist, die Eingabeparameter für die gewünschte Schweißnaht via das Netzwerk zu empfangen.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches Folgendes aufweist: - einen zum Empfangen von Schweißleistung ausgebildeten Brenner; und - ein mit der Schweißschnittstelle und dem Brenner verbundenes Automatisierungssystem, wobei die Schweißschnittstelle mit einem Automatisierungssystem verbunden ist, und das Automatisierungssystem dazu ausgebildet ist, den Brenner zu steuern, um mindestens teilweise basierend auf dem einen oder mehreren bestimmten Schweißvorgängen und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen die gewünschte Schweißnaht zu erzeugen.
Schweißsystem, welches Folgendes aufweist: eine Schweißschnittstelle, welche dazu ausgebildet ist, das Schweißsystem zu steuern, um einen Schweißvorgang und eine oder mehrere Schweißnahtvariablen zum Erzeugen einer gewünschten Schweißnaht mindestens teilweise basierend auf Eingabeparametern für die gewünschte Schweißnaht zu bestimmen, und eine Simulation oder eine Wirtschaftlichkeit, welche dem bestimmten Schweißvorgang und der einen oder mehreren bestimmten Schweißnahtvariablen entspricht, anzuzeigen, wobei die Eingabeparameter einen Schweißnahttyp, eine Schweißnahtposition, ein Werkstückmaterial, eine Werkstückdicke, eine Eindringtiefe oder ein Eindringprofil, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, und wobei die eine oder mehrere Schweißnahtvariablen eine Spannungsvorgabe, eine Stromvorgabe, eine Frequenz, eine Polarität oder einen Betriebsmodus, oder irgendeine Kombination davon aufweisen, und wobei die Wirtschaftlichkeit Verbrauchsmaterialkosten, Arbeitskosten, Energiekosten, Anlagenkosten, Ausrüstungskosten oder irgendeine Kombination davon aufweist.
Schweißsystem nach Anspruch 9, welches ferner eine Vielzahl von Sensoren aufweist, welche dazu ausgebildet sind, der Schweißschnittstelle Rückmeldung anzugeben, wobei die Schweißschnittstelle dazu ausgebildet ist, das Schweißsystem während Schweißnahtausbildung der gewünschten Schweißnaht mindestens teilweise basierend auf der Rückmeldung, dem bestimmten Schweißvorgang und der einen oder mehreren bestimmten Schweißnahtvariablen zu steuern.
Schweißsystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schweißschnittstelle dazu ausgebildet ist, den Schweißvorgang und die eine oder mehrere Schweißnahtvariablen ohne Empfangen von elektrischen Parametern zu bestimmen.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Simulation des bestimmten Schweißvorganges und der einen oder mehreren Schweißnahtvariablen simulierte Ansichten des Schweißvorganges, Elektrodenanordnung relativ zu einem Werkstück, Graphen der simulierten Schweißnahtvariablen oder irgendeine Kombination davon aufweist.