[发明专利]基于喷嘴的尺寸控制焊接装置中的保护气体流动的系统和方法

说明书

本公开涉及用于在焊接装置中基于气体喷嘴的尺寸获得期望的保护气体流动的系统和方法。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期望流量，该流量调节器被配置成控制保护气体的流动以便获得期望的流量。

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期望流动是重要的。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动控制。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期望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，对保护气体的流动的控制几乎没有。

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动控制系统，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期望的保护气体流动的系统。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期望流量。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动以便获得期望的流量。

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期望流量，该系统可以被配置成利用以下方程式(1)计算保护气体的期望流量：

其中Q是保护气体的体积流量；Re是已被确定为提供期望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D_H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。D_H值由处理器响应于用户输入的喷嘴尺寸进行确定。