(57)【要約】      （修正有）【課題】明確な金属識別及び情報化された消耗品識別のためのシステム及び方法を提供する【解決手段】少なくとも１つの電極を使用する所与の溶接作業についての溶接特性を予測するシステム及び方法に関する。予測される溶着部特性を決定し、予測される特性を所望の特性と比較して、所与の溶接作業のために選択された電極が所望の溶着を達成できるかどうかを決定する。【選択図】図７
2018153868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電極選択システムであって、
溶接作業において、溶接されるべき材料の表面を走査し、溶接されるべき前記材料の組成を表す材料走査データを生成する、分光計と、
制御装置並びにユーザ入力及び表示装置を備える溶接電極選択装置と、を備え、
前記溶接電極選択装置は、前記材料走査データ、前記溶接作業についての所望の溶接特性、及び前記溶接作業についての少なくとも１つの溶接パラメータを受け取り、前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、及び前記少なくとも１つのパラメータのそれぞれは前記制御装置に提供され、
前記制御装置は、前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、前記少なくとも１つのパラメータ、及び第１の溶接電極のそれぞれを利用して、前記溶接作業についての第１の予測される溶接特性を決定し、また、前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、前記少なくとも１つのパラメータ、及び第２の溶接電極のそれぞれを利用して、前記溶接作業についての第２の予測される溶接特性を決定し、
前記溶接電極選択装置は、前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のそれぞれを、前記所望の溶接特性と比較する、溶接電極選択システム。
【請求項２】
前記溶接電極選択装置は溶接電源内にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接電極選択装置は移動通信装置である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記分光計は前記溶接電極選択装置に結合されており、その結果、前記材料走査データは、ユーザが介入しなくても前記溶接電極選択装置に直接的に提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記所望の溶接特性は、溶接部靱性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記所望の溶接特性は、溶接部靱性、降伏強度、及び引張強度のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記溶接作業についての予測される混合比率を決定し、前記予測される第１の溶接特性及び前記予測される第２の溶接特性のそれぞれを決定するのに前記予測される混合比率を使用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記予測される混合比率は、溶接処理タイプ、溶接パスの数、溶着速度、電極の直径、ワイヤ送給速度、熱入力、電極の数、フラックスタイプ、シールドガス、被溶接物の厚さ、溶接継手の形状、溶接継手のタイプ、溶接継手のデザイン、溶接電流、溶接電圧、及び移動速度、のうちの少なくとも１つ、又は組み合わせを用いて決定される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記溶接電極選択装置は、前記第１の予測される溶接特性及び前記第２の予測される溶接特性のうちの少なくとも１つと前記所望の溶接特性との前記比較の視覚的表現を前記表示装置上に表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のうちの少なくとも１つを、上限及び下限を有する許容範囲ウィンドウと比較し、前記許容範囲ウィンドウは前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のうちの前記少なくとも１つの信頼度を表す、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
溶接特性を予測する方法であって、
溶接作業において溶接されるべき材料の組成を表す材料走査データを生成する工程であって、前記材料走査データは、前記材料の表面の走査から生成される工程と、
溶接電極選択装置において前記材料走査データを受け取る工程と、
前記溶接電極選択装置において、前記溶接作業についての所望の溶接特性及び前記溶接作業についての少なくとも１つの溶接パラメータのそれぞれを受け取る工程と、
前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、前記少なくとも１つのパラメータ、及び第１の溶接電極のそれぞれを利用して、前記溶接作業についての第１の予測される溶接特性を決定する工程と、
前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、前記少なくとも１つのパラメータ、及び第２の溶接電極のそれぞれを利用して、前記溶接作業についての第２の予測される溶接特性を決定する工程と、
前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のそれぞれを、前記所望の溶接特性と比較する工程と、を含む方法。
【請求項１２】
前記溶接電極選択装置は溶接電源内にある、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶接電極選択装置は移動通信装置である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料走査データは、ユーザの介入なしに前記溶接電極選択装置に直接的に提供される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記所望の溶接特性は、溶接部靱性である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記所望の溶接特性は、溶接部靱性、降伏強度、及び引張強度のうちの１つである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶接作業についての予測される混合比率を決定する工程と、前記予測される第１の溶接特性及び前記予測される第２の溶接特性のそれぞれを決定するのに前記予測される混合比率を使用する工程と、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記決定する工程は、溶接処理タイプ、溶接パスの数、溶着速度、電極の直径、ワイヤ送給速度、熱入力、電極の数、フラックスタイプ、シールドガス、被溶接物の厚さ、溶接継手の形状、溶接継手のタイプ、溶接継手のデザイン、溶接電流、溶接電圧、及び移動速度、のうちの少なくとも１つ、又は組み合わせを利用する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の予測される溶接特性及び前記第２の予測される溶接特性のうちの少なくとも１つと前記所望の溶接特性との前記比較の視覚的表現を表示装置上に表示する工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のうちの少なくとも１つを、上限及び下限を有する許容範囲ウィンドウと比較する工程を更に含み、前記許容範囲ウィンドウは前記第１の予測される溶接特性と前記第２の予測される溶接特性のうちの前記少なくとも１つの信頼度を表す、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
溶接電極選択システムであって、
溶接作業において、溶接されるべき材料の表面を走査し、溶接されるべき前記材料の組成を表す材料走査データを生成する、分光計と、
制御装置並びにユーザ入力及び表示装置を備える溶接電極選択装置と、を備え、
前記溶接電極選択装置は、前記材料走査データ、前記溶接作業についての所望の溶接特性、及び前記溶接作業についての少なくとも１つの溶接パラメータを受け取り、前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、及び前記少なくとも１つのパラメータのそれぞれは前記制御装置に提供され、
前記制御装置は、前記材料走査データ、前記所望の溶接特性、前記少なくとも１つのパラメータ、及び選択された溶接電極のそれぞれを利用して、前記溶接作業についての予測される溶接特性を決定し、
前記溶接電極選択装置は、前記予測される溶接特性を前記所望の溶接特性と比較し、前記比較の視覚的表示が前記表示装置上に表示される、溶接電極選択システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に合致する装置、システム、及び方法は溶接に関し、より具体的には、明確な溶接金属識別及び情報化された消耗品識別に関係した装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの溶接用途では、溶接継手金属の特性及び組成は、母材又は被溶接物金属と溶接消耗品との組み合わせであり得る。例えば、用途によっては、溶接継手金属は、母材と消耗品との５０−５０程度の混合物であり得る。これは、結果として得られる溶接部の強度、耐久性、及び物理的特性に著しく影響を与え得る。従って、適切な消耗品を選択することは、結果として得られる溶接部にとって重要であり得る。そのような例では、適切な消耗品の選択は重要であるが、母材の組成に基づくべきである。多くの用途では、母材の組成を決定して適切な消耗品を特定することは溶接工にとって困難である。更に、たとえ母材の組成が既知であっても、溶接工は利用可能な消耗品の正確な組成を知らないことがあり、従って、所望の溶接金属組成を達成するために適切な消耗品を特定するのが難しいことがある。従って、所与の溶接作業及び所与の母材に対して適切な消耗品を選択することは重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の伝統的でかつ提案された方式の更なる限界及び欠点が、そのような方式と、図面を参照して本出願の残りの部分に記載される本発明の実施形態との比較を通じて、当業者には明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な実施形態は、母材の組成を適切に識別し、その情報を電源制御装置又は他のコンピュータプロセッサに伝達するために、明確な金属識別器具を使用する方法及びシステムである。更に、消耗品の明確な識別が、データの入力又は走査を介して行われる。コンピュータ／制御装置は、母材及び消耗品のデータに基づいて、溶接から結果として得られる溶接特性を決定し、結果として得られる可能性がある溶接特性の表示をユーザに提供する。
【０００５】
本発明の上記の及び／又は他の態様が、添付の図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することによって、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の例示的な溶接システムの概略図である。
【図２】本発明の例示的な溶接電源の概略図である。
【図３】本発明の例示的な溶接金属走査システムの概略図である。
【図４】本発明の実施形態で使用することができる例示的な分光計の概略図である。
【図５】本発明の消耗品走査システムの例示的な実施形態の概略図である。
【図６】本発明の例示的なディスプレイの概略図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態の流れ図の概略図である。
【図８Ａ−８Ｂ】本発明の例示的な実施形態によるユーザ装置の概略図である。
【図９】本発明の実施形態による例示的なルックアップテーブル構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここで、様々な代替的で例示的な実施形態及び添付の図面を詳細に参照する。同様の番号は実質的に同一の構造的要素を表す。各例は説明のために提供されるものであり、限定するものではない。実際、本開示及び請求項の範囲又は趣旨から逸脱することなく、修正及び変形を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示される又は説明される特徴を別の実施形態で使用して、更に別の実施形態を生み出すことができる。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に該当する修正例及び変形例を含むことが意図されている。
【０００８】
本開示は一般的に、溶接システム及び溶接処理に関する。具体的には、本発明の実施形態は、ＧＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＳＭＡＷ、ＳＡＷ、ＦＣＡＷ等の溶接システムに関する。任意の特定の溶接動作タイプが本明細書の以下の実施形態で考察される限りでは、その考察は例示的であり、本発明の他の例示的な実施形態を限定するものではないことが意図されていることに留意されたい。
【０００９】
ここで図１を参照すると、本発明の例示的な溶接システムが示されている。溶接システム１００は、プロセッサベースの制御装置１１５及びユーザインターフェース／ディスプレイ１１１を有する溶接電源１１０を含む。電源は、任意のタイプの既知の溶接電源とすることができ、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、電源１００は、オハイオ州クリーブランドのＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されているＰｏｗｅｒＷａｖｅとすることができるが、実施形態はこれに限定はされない。そのような電源の製造、構築、及び動作のおかげで、強力で洗練された制御装置が知られているので、それらについては本明細書で詳細に説明する必要はない。制御装置１１５は、溶接システムの動作を制御する制御装置ケーブルをベースにした任意の既知のプロセッサとすることができ、ＣＰＵ、メモリ等を有することができる。ディスプレイ１１１は、溶接動作、ユーザ入力データ等に関係した動作データを表示する任意の既知のタイプのディスプレイとすることができる。ディスプレイは、ユーザ入力データを画面１１１を介して入力可能にするタッチスクリーンタイプとすることもできる。
【００１０】
システム１００は、消耗品１２７をワイヤ送給装置１２０を介して溶接作業に供給する消耗品供給源１２５も含むことができ、その動作は既知である。ワイヤ１２７は、被溶接物又は溶接金属Ｗの溶接のために任意の既知のタイプの溶接トーチ１３０に送達される。溶接作業については広く知られているので、本明細書では詳細に説明はしない。
【００１１】
図２は、ユーザディスプレイ１１１を有する例示的な電源１１０の別の図である。電源１１０は、様々なユーザ入力制御部１３０、補助出力電力１３５等を有することもできる。
【００１２】
図３は、本発明の例示的な被溶接物組成走査システムを示す。図示されるように、分光計２００を使用して、溶接されることになる被溶接物／溶接金属を走査する。分光計２００は、溶接金属を走査することができる任意の既知のタイプの分光計とすることができる。分光計は、手持ち式のタイプ、又は他の既知のタイプのものとすることができる。例えば、分光計２００は、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ａｎａｌｙｓｅｒｓ／ｈａｎｄｈｅｌｄ−ａｎａｌｙｓｅｒｓ／ｌｉｂｓ−ａｎａｌｙｚｅｒ−ｍｐｕｌｓｅ−ｓｅｒｉｅｓで見つけられる分光計とすることができる。分光計２００は、被溶接物についての組成データを表示するための画面２１０を有することができる。例示的な実施形態によっては、分光計２００は、通信接続部２２０を介して電源１１０の制御装置１１５に結合されて、分光計／組成データを制御装置１１５に直接的に伝送する。他の例示的な実施形態では、分光計２００は、制御装置１１５に組成データを無線で送信することができる少なくとも１つの送信機２１５を含み、制御装置１１５は、分光計２００の送信機２１５と通信するためにリンクすることができる受信機／送信機１１７を有する。例えば、通信リンクは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はセルラー方式若しくはＷｉ−Ｆｉリンクなどの他の既知の通信技術を介することができる。他の実施形態では、分光計は組成データを保存して表示のために呼び出すことができ、その結果、ユーザはデータをインターフェースを介して手動で電源１１０に入力することができる。他の実施形態では、分光計２００は、ＵＳＢなどの通信接続ポートを有することができ、その結果、分光計２００を電源１１０の対応するポートに接続してデータを送信することができる。
【００１３】
従って、作業中に、溶接に先立って、ユーザは分光計２００を使用して溶接されるべき被溶接物Ｗを走査する。通常、組成データが溶接されるべき材料を適切に反映するように、ユーザは、被溶接物Ｗの表面がきれいにされ、適切なコーティングやさび等が除去されていることを確認すべきである。例示的な実施形態によっては、分光計２００は、溶接されるべき各被溶接物を走査するために使用される。通常、少なくとも２つの被溶接物が接合され、分光計は、それらが類似の組成を有する同一の材料のものであることを保証するために使用することができる。即ち、ユーザは分光計２００を使用して、ディスプレイを介して、被溶接物同士が類似しており接合可能であることを確実にすることができる。更に、このデータを電源制御装置１１５に送信／アップロードすることができ、制御装置１１５はこのデータを分析して被溶接物同士が類似しているかつ／又は接合可能であることを確実にすることができる。他の実施形態では、１つの被溶接物の組成データのみが記録される。上述したように、この組成データは制御装置１１５に送信／提供され、制御装置１１５は、以下で更に説明するように、このデータを使用するために受信し保存する。
【００１４】
図４は、ディスプレイ２１０を有する分光計２００の例示的な実施形態を示す。分光計２００は、被溶接物の組成を決定するために様々な方法を使用することができる。例えば、分光計は走査型、接触型等であることがある。ディスプレイ２１０は、例えば、ニッケル含有量、鉄含有量等を含むことがある組成情報２３０を視覚的に表示するために使用することができる。この組成情報は、通信リンクを介して、又はインターフェース１１１を介したユーザによる手動入力により、電源の制御装置１１５に供給される。
【００１５】
図５は、本発明の別の例示的な態様を示す。図示するように、消耗品１２７は、消耗品パッケージなどの消耗品供給源１２５から供給される。消耗品パッケージ１２５は、リール、スプール、ボックス、大量パッケージ等の任意の既知のタイプのパッケージとすることができる。パッケージ１２５は識別子５１０を有し、この識別子５１０は、パッケージ内の消耗品１２７を識別するために使用することができる任意の既知のタイプの識別子であり得る。例えば、この識別子はＵＰＣシンボル、ＱＲコード（登録商標）、バーコード、シリアル番号等とすることができ、ＲＦＩＤタグ等の識別子とすることもできる。識別子５１０は、消耗品の種類、及び消耗品の組成の少なくとも幾つかの側面を識別するために使用することができる。システムによっては、スキャナ５００を使用して識別子５１０を走査することができる。スキャナ５００は、有線又は無線の接続を介して制御装置１１５に結合することができ、例えば、スキャナ５００は、走査データを制御装置１１５に送信するために制御装置１１５に無線で結合する送信機５０１を有することができる。識別子５１０の走査データは、制御装置１１５によって認識される特定の消耗品の種類を識別する。制御装置１１５は、消耗品１２７の組成／構造及び／又は種類を識別子５１０の走査データと対応付けるデータベース又はルックアップテーブルを含むことができる。従って、識別子からの識別データは、一旦制御装置によって受信されると、制御装置１１５に保存された消耗品データを調べるために使用される。なお、他の実施形態では、ユーザは、シリアル番号等を用いて、消耗品の識別情報を単に手動で入力できる。
【００１６】
次いで、制御装置１１５は、走査された材料組成、ルックアップテーブルからの消耗品情報、及び少なくとも幾つかのユーザ情報のそれぞれを使用して、走査された溶接金属組成を有する消耗品を用いて完成される溶接部の少なくとも１つの特性を決定する。例えば、制御装置１１５は、入力データ、例えば、分光計データ、消耗品データ、及び何らかの溶接処理データを用いて、完成されるべき溶接部の溶接部靱性、降伏強度等の特性を決定する。
【００１７】
図６は、予測された溶接特性６００を表示する電源１１０上の例示的なディスプレイ１１１を示す。図示するように、予測された溶接部靱性が表示されて、少なくとも１つの溶接処理特性、被溶接物の組成、及び使用されることになる消耗品を考慮に入れて、溶接を完了したときの予測される溶接部靱性に関するガイダンスを溶接工に提供する。例えば、ディスプレイは色付きのインジケーターを提供することができ、赤色のインジケーターは貧弱な溶接部靱性を示し、黄色のインジケーターは中位の溶接部靱性を示し、緑色のインジケーターは最適な又は所望の溶接部靱性を示す。この情報は、幾つかの異なる態様で表示することができる。例えば、最大可能靱性の表示と、最大可能レベルに関連して予測される靱性を示す第２のインジケーターとを提供するインジケーター・バーを表示することができる。これにより、ユーザは、所望の溶着パラメータを達成するために、溶接処理で使用される消耗品に関して、情報を得た上での決断をすることが可能になる。
【００１８】
例示的な実施形態では、制御装置１１５は、母材、消耗品、及び溶接処理特性の様々な組み合わせに基づく予測される溶着部特性を用いて事前プログラムされたルックアップテーブルを有することができる。情報が制御装置１１５によって受け取られると、ルックアップテーブルが参照されて予期される溶着部特性が決定され、この情報が表示される。他の例示的な実施形態では、制御装置１１５は、所与の溶接処理タイプ及び／又は溶接パラメータに対して決定済みの混合割合を有する。決定された混合のレベルに基づいて、制御装置１１５は、被溶接物及び消耗品のそれぞれからの材料組成を使用することができ、また、溶接ビードの最終的な組成を決定することができ、また、その溶接ビード情報を使用して溶接ビードの特性を決定することができる。これについては、以下で更に説明する。
【００１９】
図７は、本明細書で説明する例示的な工程についての例示的な流れ図を示す。７１０で、被溶接物又は溶接金属を分光計で走査して、７２０で、溶接金属の組成をプロセッサに入力する。被溶接物の組成は、分光計と制御装置との間の通信リンクを介して自動的に又は手動で入力することができる。次いで、７３０で、消耗品の組成を含むことができる消耗品データを制御装置に入力する。再度、これは、消耗品組成情報を実際に入力することにより、又は認識されるシリアル番号若しくは部品番号の使用を介して、手動で行うことができる。或いは、消耗品の組成を、前述のように走査された識別子タグを使用して制御装置に入力することができる。特定の識別子が特定の消耗品に対応するので、制御装置はルックアップテーブル等を使用して組成データ又は特定の消耗品を抽出することができ、その結果、制御装置によって情報を使用することができる。次いで、７４０で、溶接処理情報を入力することができる。溶接処理情報は、ユーザインターフェース又は電源上の任意の入力制御部を介してユーザが入力することができる。溶接処理情報は、溶接処理タイプ（ＧＭＡＷ、ＳＭＡＷ、タンデム等）、溶接パスの数、溶着速度、ワイヤ直径、ワイヤ送給速度、熱入力、消耗品の数、フラックスタイプ（消耗品の一部ではない場合）、シールドガス、被溶接物の厚さ、溶接継手の寸法、溶接継手のタイプ、溶接継手のデザイン、溶接処理パラメータ（アンペア数、電圧、移動速度等）、又は溶接の態様を規定する他のユーザ入力、のうちのいずれか１つ、全て、又は組み合わせを含むことができる。なお、制御装置は、所与の処理に対して事前に記憶された溶接情報を有することができる。即ち、ユーザは、「溶接処理１」を選択することのみが必要であり、これは、関連する予め設定された特定の溶接処理パラメータを有する。勿論、これらのパラメータは、所与の処理又はユーザのニーズに対する必要性に応じてカスタマイズすることができる。次いで、７５０で、所望の溶接ビード特性を制御装置に入力することができる。例えば、所望の溶接部靱性、降伏強度、引張強度等をユーザが入力することができる。或いは、所望の溶接特性は、事前にプログラムされた又はさもなければ制御装置に保存されている特定の溶接処理と関連づけることができる。他の例示的な実施形態では、ユーザは、所望の溶接ビード特性レベル（靱性レベル、強度レベル等）を規定することができるだけでなく、許容可能なレベル又は最小限のレベルを規定することもできる。従って、例えば、これらの追加のレベルを用いて、ディスプレイは、決定された溶接ビードパラメータが所望のレベル以上である場合には緑色を表示し、決定された溶接ビードパラメータが許容可能／最小限レベル以上である場合には黄色を表示し、パラメータが許容可能レベル未満である場合には赤色を表示することができる。
【００２０】
勿論、上記で考察し図７に図示した工程７１０〜７５０は特定の順番で表示されているが、実施形態はこの態様に限定されないことに留意されたい。具体的には、制御装置へのデータ入力の順番は、任意の順番で行うことができる。即ち、図７に示した７１０〜７５０の順番は任意の順番で行うことができ、実施形態はこれに限定されない。
【００２１】
上記の溶接処理データ（７４０）を用いて、制御装置は次に、最終的な溶着部の予想される混合を決定する。即ち、制御装置は次に、被溶接物材料と消耗品材料との比率を決定する。例えば、所与の処理について、制御装置は、溶接処理が５０−５０の混合物を提供する、即ち、最終ビードの５０％は被溶接物材料であり、５０％は消耗品からなると決定することができる。勿論、例えば、８０−２０、７０−３０など、他の比率を決定することもできる。これらの予想される溶着部混合比率は、混合比率を決定するように決められた様々な入力パラメータを考慮した事例データに基づいて事前にプログラムされたルックアップテーブル又は同様の構造物を使用することによって、決定することができる。これらは、例えば、継手のデザイン、継手の寸法、又は上記で参照した若しくは混合を決定するために使用される任意の他のパラメータであることがある。勿論、本発明の実施形態は、上述の溶接処理情報のうちの全て、１つ、又は任意の組み合わせを使用して、混合比率を決定することができる。即ち、ルックアップテーブルは、溶接処理パラメータの任意の組み合わせに対して事前にプログラムされた混合比率を有することができ、入力内容に基づいて、制御装置は保存された情報を使用して混合比率を決定する。更に、他の例示的な実施形態では、本明細書で説明するように、ユーザが予想される混合を入力することができる。
【００２２】
混合比率が決定されると、次いで７７０で、制御装置は、被溶接物材料及び消耗品のそれぞれからの組成情報を利用して、完了した溶着部の予想される最終的な組成を決定する。即ち、制御装置は、被溶接物及び消耗品のそれぞれからの各元素のそれぞれの量を使用し、また決定された比率を使用して、最終的な溶着部の予想される又は期待される組成を決定することができる。例えば、制御装置は、被溶接物及び消耗品のそれぞれからの鉄の量を引き出し、それらを組み合わせることができ、また、決定された比率と共に、消耗品及び被溶接物のそれぞれにおける鉄の相対量を使用して、最終的な溶着部の鉄の量を決定することができる。勿論、これは、被溶接物及び消耗品のそれぞれにおける構成元素の全てに対して行うことができる。勿論、場合によっては、消耗品中の幾つかの元素は、アーク溶接処理において、例えばスラグの生成において、失われることが知られている。制御装置は、この損失を考慮に入れるように、保存データを用いて事前プログラムされることができる。
【００２３】
溶着部の組成の決定（７７０）に続いて、７８０で、制御装置は、溶着部の推定される特性を決定することができる。例えば、決定された組成を用いて、制御装置は、推定される又は予想される溶接靱性、溶接引張強度、又は溶接降伏強度などの溶着部特性を決定することができる。例示的な実施形態によっては、制御装置は、可能な溶接組成に対応した様々な溶接特性を有するルックアップテーブル等を再度使用することができる。ルックアップテーブルは、推定された溶着部特性が、対応する組成を有する実際の溶接ビードの溶着部特性を表すように、事例試験データ又は他のデータを用いて事前にプログラムされることができる。勿論、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の方法又はアルゴリズムを用いることもできる。
【００２４】
溶着部特性の決定（７８０）に続いて、制御装置は、決定された特性を所望の又はユーザが入力した溶着部特性と比較し、比較結果を表示する（７９０）。データの視覚的な表示は、決定された溶着部特性を単に表示する、即ち、決定された靱性、強度等を表示することができるが、上述したように情報を表示することもできる。即ち、決定された特性が所望の又は入力された特性を満足するか又は超過する場合、ディスプレイは、緑色の光又は他の視覚的な指標を使用するなどの表示を提供することができる。最小閾値も制御装置によって入力／使用される場合には、ディスプレイは、決定された特性が最小レベルと所望のレベルの間にあるときは黄色の指標を表示することができ、最小の所望の閾値が満足されない場合には赤色の指標を表示することができる。他の例示的な実施形態では、制御装置は、決定された溶着部特性が設定された又は所望のレベルよりも低い場合には、溶接動作をロックアウトするようにプログラムされることができる。
【００２５】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施形態と共に使用することができる装置８００の更なる例示的な実施形態を示す。最初の事項として、装置８００は、任意の既知のタイプのコンピュータ、プロセッサ、又はＣＰＵベースの装置とすることができ、これには溶接電源自体、ラップトップコンピュータ、スマートフォン若しくはタブレットなどのサードパーティーの手持ち式装置、又は本明細書に記載する情報を処理し、ユーザ入力データを受け取りかつ／又はディスプレイ８１０を介してユーザに情報を表示する能力を提供することができる任意の他の装置を含む。これらの図に示す実施形態は、本質的に例示であることが意図されており、図示する実施形態に限定するものではない。
【００２６】
図８Ａは、本発明の一実施形態のための例示的なユーザ入力画面を示す。上述したように、ユーザは、入力フィールド８２０に所望の溶接特性を入力することができる。図示した実施形態では、ユーザは、温度及び平均靱性を使用して、所望のＣＶＮ靱性を入力する。図示するように、この入力情報は、「２ラン（Ｔｗｏ−Ｒｕｎ）」即ち２パス溶接動作用である。勿論、異なるタイプの溶接動作に対して、様々な異なる画面及び入力構造を用いることができる。例えば、「ルートパス」等のために異なる画面を使用することができる。図示するように、ユーザはフィールド８２０に所望の特性を入力する。勿論、これは、予めプログラムされた溶接動作を選択することによって、自動入力することができる。次いで、母材組成フィールド８３０に入力することができる。図示する実施形態では、元素Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｏ、及びＮが示されている。実施形態によっては、これらは、本明細書に記載する実施形態の適切な動作のために必要な元素のみであることがある。即ち、母材がここで示していない他の元素を有する場合、それらの存在は分析のために必要ではない。他の実施形態では、ディスプレイは母材の検出された元素を単に示し、図８Ａに図示するような所定のフィールドの集合を有していない。次いで、データフィールド８３０に、上述した走査を行う分光計を介して入力することができ、分光計から「自動入力」することができ、又はユーザが単に入力することができる。なお、例示的な実施形態によっては、システムのコンピュータ／制御装置及び／又は装置８００上で動作するプログラムは、溶接することができる既知の材料又はシステム若しくは装置内部の消耗品データと適合性のある既知の材料に対応する元素のそれぞれに対して、複数の現在の範囲を有することができる。そのような実施形態では、１つ又は複数のフィールドに入力されたデータが所定の範囲内に入っていない場合、母材がシステムによって認識されないか又はサポートされないことをユーザに示すエラーメッセージを表示することができる。例えば、実施形態によっては、炭素（Ｃ）の特定の範囲％を有する母材がサポートされており、母材が認識される炭素よりも多くの又は少ない炭素を有して走査／入力された場合、ユーザに対してエラーメッセージが表示される。一旦データが入力されると、ユーザは図８Ｂに示すデータをもたらす「計算」８４０（又は他の類似の処理／機能）を選択することができる。
【００２７】
図８Ｂでは、同じ装置８００が示されており、この装置は、本明細書に記載する実施形態を使用して予測パラメータを視覚的に示す。例えば、予測パラメータ画像／グラフ８５０を表示することができる。図示する実施形態では、フィールド８２０に入力されたデータに対応する、所望の要求閾値８５１を有する予測靱性が表示されている。従って、所望の特性レベル又は閾値８５１のしるしが表示される。更に、システム／制御装置は、上限８５２及び下限８５３を有する許容範囲ウィンドウを使用することができる。許容範囲ウィンドウは、入力レベル８５１に対する＋／−の閾値を表し、この閾値は、溶接動作の結果として得られる予測結果における信頼度を表す。許容範囲ウィンドウ、即ち入力レベル８５１の上下の％は、全ての用途に対して予め決定しておくことができ、又は、代替の実施形態では、推定結果の信頼水準を反映することができる許容範囲ウィンドウは、ユーザ入力データに基づいている。例えば、入力パラメータの様々な組み合わせに応じて、事例データ又は実験データが、ユーザ入力データ、溶接処理データ等に応じて、結果の信頼水準の変化を示すことがある。例えば、入力データの第１の組み合わせを有する第１の用途では、システムは推定溶接特性結果において＋／−１０％の信頼水準を有することができ、一方、入力データの第２の組み合わせを有する第２の用途では、＋／−１５％の信頼水準を使用することができる。これらの異なる信頼水準を使用して、許容範囲ウィンドウの上限及び下限が決定される。様々な信頼水準が、実験データに基づいて決定され、ルックアップテーブル又は類似の記憶／検索構造を介して、制御装置／システムに保存される。
【００２８】
図８Ｂに示すように、複数の棒グラフ表示８６０、又は他の類似のインジケーターを図示して、溶接に使用することができる異なる可能な消耗品に基づく予測溶接品質を示すことができる。これは、他のインジケータータイプ８６５を用いて図示することもできる。図示し上記で考察したように、様々な表示技術を用いて、母材と消耗品の組み合わせに基づいて予測される溶接品質又は属性を視覚的に示すことができる。例えば、図示するように、Ｌ−５６タイプの消耗品は許容範囲ウィンドウの上側閾値８５２を超えると予想され、従って緑色で表示される。勿論、他の視覚的な描写又は表示を提供することもできる。Ｌ−６１タイプの消耗品はオレンジ色又は黄色で示され、予想される溶接特性が所望の入力レベルは超えるが許容範囲ウィンドウの上限８５２未満であることを示す。ＬＡ−７１及びＬ−８３タイプの消耗品のそれぞれについては、表示は赤色であり、これらの消耗品を使用すると所望の溶接特性が得られない可能性が高いことを示す。なお、実施形態によっては、所望のレベル８５１未満である全ての予想溶接特性は、たとえ許容範囲ウィンドウの下側閾値８５３を上回っても、赤色で示される。しかしながら、他の実施形態では、許容範囲ウィンドウ内にある全ての予想結果を、黄色／オレンジ色で示すことがある。任意の消耗品／母材の組み合わせについて利用される視覚的描写は、予想される結果の信頼度に基づくこともできる。例えば、予想結果が第１の信頼水準（例えば、＋／−１０％の水準）を有する場合、所望のレベル８５１を下回るが下限８５３は超える任意の予想結果は、黄色又は「ボーダーライン」として示すことができ、一方、信頼水準がより幅広い（例えば＋／−１５％である）場合、同じシナリオは赤色又は「低信頼度」として示される。図示するように、ユーザに適切なガイダンスを提供するためにカラー・キー８７０を示すこともできる。図示する実施形態では、ユーザは自身にとって利用可能な様々な消耗品を入力することができ、それらは表示された消耗品である。或いは、システムは、用途に最も適した消耗品を表示することができる。勿論、他の例示的な実施形態では、ユーザが単一の消耗品を入力する（又は上述したようにその消耗品を走査する）場合、その消耗品のみが適切な視覚的表示を用いて示される。
【００２９】
実施形態では、複数の消耗品が示される場合、ユーザは使用する消耗品を選択することができ、選択された組み合わせは保存されるか、かつ／又は既知の通信方法及びシステムを介して他の装置と共有されることがある。
【００３０】
図９は、本発明の実施形態で使用することができるルックアップテーブル又はデータ構造の典型的な視覚的描写を示す。図示するように、ユーザ入力パラメータの特定の集合／組み合わせについてのテーブルは、複数の母材組成を含んでおり、これは、経験することになると予測された母材に基づいて事前にプログラムすることができる。更に、このテーブルは、やはりデータベースに保存され利用可能である、複数の利用可能な電極を含んでおり、事例データ又は実験データを使用して、−４０°Ｆでの相対的なＣＶＮ靱性を示す。このテーブルは、勿論、例示的なものであり、異なる温度での靱性に対しては異なってデータが蓄積され、また、降伏強度などの異なる溶接特性に対しても、異なってデータが蓄積される。図９に示すように、母材と消耗品の各組み合わせに対して、様々なデータフィールドが、異なる予想靱性レベルを示している。次いで、このデータを使用して、図８Ｂに示す表示を構築する。例えば、（ユーザが入力する）所望の靱性が−４０°Ｆで７０フィートポンド（ｆｔ−ｌｂ）であり、母材が５番目である場合、消耗品Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのそれぞれは緑色で示されて、所望の靱性が達成されるであろうという高いレベルの信頼度を提供する。電極Ｅは赤色で示されて、靱性が達成され得るという信頼度が低いことを示す。消耗品Ｆは、５番目の母材とは適合性がないものとして示されており、従って、エラーメッセージ等がユーザに提供されて、この消耗品を使用するべきではないことを示す。
【００３１】
上記の工程及び説明した表示の場合、溶着部特性が望ましくないという表示である場合、ユーザは、結果として得られるより良好な溶接をもたらすことができる異なる消耗品を選択して走査することができ、又は、所望の特性をもたらす信頼のレベルが高いとして示された消耗品のうちの１つを単に選択することができる。従って、本発明の実施形態は、所与の溶接作業及び所与の被溶接物に対して適切な消耗品を確実に選択するのを助けることができる。
【００３２】
他の例示的な実施形態では、制御装置は、溶接処理データ、被溶接物の組成、及び（ユーザが入力した）所望の溶着部特性を使用して、所望のパラメータを達成するために使用することができる１種類の消耗品又は幾つかの異なる消耗品を決定することができる。従って、ユーザは毎回適切な消耗品を選択できることが保証され得る。
【００３３】
上述した実施形態では、提供された情報を受け取り分析する制御装置／プロセッサは、電源内部にある。しかしながら、他の例示的な実施形態では、これは、ラップトップ、タブレット等のような手持ち式装置を含む、別個のコンピュータ装置を介して行うことができる。制御装置は電源内にある必要はないが、あってもよい。
【００３４】
本出願の主題について特定の実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、特許対象の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、均等物で置き換えることができることを理解するであろう。更に、特許対象の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本主題の教示に適合させるために、多くの改変を加えることができる。従って、特許対象は開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、特許対象は本明細書に記載する範囲内に該当する全ての実施形態を含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００３５】
１００  溶接システム
１１０  溶接電源
１１１  ユーザインターフェース／ディスプレイ
１１５  制御装置
１１７  受信機／送信機
１２０  ワイヤ送給装置
１２５  消耗品供給源
１２７  消耗品／ワイヤ
１３０  ユーザ入力制御部
１３５  補助出力電力
２００  分光計
２１０  ディスプレイ
２１５  送信機
２２０  通信接続部
２３０  組成情報
５００  スキャナ
５０１  送信機
５１０  識別子
６００  予測された溶接特性
８００  装置
８１０  ディスプレイ
８２０  入力フィールド
８３０  母材組成フィールド
８４０  「計算」
８５０  予測パラメータ画像／グラフ
８５１  所望の要求閾値
８５２  上限
８５３  下限
８６０  棒グラフ表示
８６５  他のインジケータータイプ
８７０  カラー・キー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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【図９】
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【外国語明細書】
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