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1、(10)申请公布号 CN 104209651 A (43)申请公布日 2014.12.17 C N 1 0 4 2 0 9 6 5 1 A (21)申请号 201410236954.2 (22)申请日 2014.05.30 13/907031 2013.05.31 US B23K 26/346(2014.01) B23K 26/348(2014.01) (71)申请人通用电气公司 地址美国纽约州 (72)发明人林德超 S.C.科蒂林加姆 崔岩 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人肖日松 严志军 (54) 发明名称 焊接工艺、焊接系统及焊接制品 (57) 摘要 。
2、本发明涉及并公开了焊接工艺、焊接系统及 焊接制品。焊接工艺包括生成来自固定熔接设备 的第一射束，以及生成来自可旋转熔接设备的第 二射束。第一射束和第二射束形成制品中的焊缝。 焊接系统包括针对待焊接的制品的固定熔接设备 和可旋转熔接设备，固定熔接设备和可旋转熔接 设备布置和设置成形成制品中的单个焊缝。焊接 制品包括焊接到第二元件上的第一元件，焊接制 品在不可接近的区域中具有从混合固定熔接设备 的加强部减小的根部加强部。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页。
3、 (10)申请公布号 CN 104209651 A CN 104209651 A 1/1页 2 1. 一种焊接工艺，包括： 生成来自固定熔接设备的第一定向焊接能量；以及 生成来自可旋转熔接设备的第二定向焊接能量； 其中所述第一定向焊接能量和所述第二定向焊接能量在制品中形成焊缝。 2. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述可旋转熔接设备包括激光。 3. 根据权利要求2所述的焊接工艺，其特征在于，所述激光的功率在约1千瓦至约20 千瓦之间。 4. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述固定熔接设备包括弧焊机。 5. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺包括：包括。
4、所述制品上 的可消耗材料以形成所述焊缝。 6. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述可旋转熔接设备通过从包括旋 转楔形物、旋转透镜和扫描镜的集合选择的方法来旋转。 7. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述可旋转熔接设备的转速在整个 所述焊接工艺中大致恒定。 8. 根据权利要求7所述的焊接工艺，其特征在于，所述转速在每分钟约10圈至每分钟 约60,000圈之间。 9. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述可旋转熔接设备的旋转直径在 整个所述焊接工艺中大致恒定。 10. 根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述可旋转熔接设备的旋转直径在 整个所述焊接工艺中调整。
5、用于改变接合部间隙。 权 利 要 求 书CN 104209651 A 1/5页 3 焊接工艺、 焊接系统及焊接制品 技术领域 0001 本发明针对焊接工艺、焊接系统及焊接制品。更具体而言，本发明针对混合焊接。 背景技术 0002 焊接是为了多种预期用途来用于将元件连结在一起的连续发展技术。通常，焊接 制品用于流体输送中，其中焊缝可对流体动力和焊接制品内的疲劳寿命具有重要影响。延 伸至制品的内表面的焊缝的尺寸和形状可确定焊缝对流体动力的效果。 0003 一种已知的焊接工艺使用激光焊接。激光焊接由于其高能密度而可产生比弧焊接 更深的穿透焊缝。然而，激光束的小点尺寸限制了接合部装配，且可由于接合部间。
6、隙中的变 化而非期望地缺少熔接。此外，激光焊接可形成焊接制品的接合部间隙中的根部凹陷。尽 管根部凹陷可通过填料材料在附加的热输入下填充，但在各种制品如小管中可能难以接近 根部凹陷。此外，填料材料形成焊缝面加强部，其可干扰制品内的流体流。 0004 使用弧焊接和激光焊接两者的焊接工艺可形成从制品的内表面突出的凸焊缝或 根部加强部。单独来自激光焊接的凹面焊缝根部加强部和来自焊接的凸面焊缝根部加强部 两者都干扰流体流，引起湍流且影响制品内的流体动力。凹面和凸面根部加强部也引入了 应力，这缩短了制品中的接合部的疲劳寿命。 0005 本领域中期望一种不存在以上缺陷的焊接工艺、焊接系统及焊接制品。 发明内。
7、容 0006 在示例性实施例中，一种焊接工艺包括生成来自固定熔接设备的第一定向焊接能 量，以及生成来自可旋转熔接设备的第二定向焊接能量。第一定向焊接能量和第二定向焊 接能量形成制品中的焊缝。 0007 在另一个示例性实施例中，一种焊接系统包括固定熔接设备和可旋转熔接设备。 固定熔接设备和可旋转熔接设备布置和设置成形成待焊接的制品中的单个焊缝。 0008 在另一个示例性实施例中，一种焊接制品包括焊接到第二元件上的第一元件。可 旋转熔接设备的旋转从单独固定熔接设备的加强部减小了不可接近的根部加强部。 0009 一种焊接工艺，包括： 生成来自固定熔接设备的第一定向焊接能量；以及 生成来自可旋转熔接设。
8、备的第二定向焊接能量； 其中第一定向焊接能量和第二定向焊接能量在制品中形成焊缝。 0010 优选地，可旋转熔接设备包括激光。 0011 优选地，激光的功率在约1千瓦至约20千瓦之间。 0012 优选地，固定熔接设备包括弧焊机。 0013 优选地，焊接工艺包括：包括制品上的可消耗材料以形成焊缝。 0014 优选地，可旋转熔接设备通过从包括旋转楔形物、旋转透镜和扫描镜的集合选择 的方法来旋转。 说 明 书CN 104209651 A 2/5页 4 0015 优选地，可旋转熔接设备的转速在整个焊接工艺中大致恒定。 0016 优选地，转速在每分钟约10圈至每分钟约60,000圈之间。 0017 优选地。
9、，可旋转熔接设备的旋转直径在整个焊接工艺中大致恒定。 0018 优选地，可旋转熔接设备的旋转直径在整个焊接工艺中调整用于改变接合部间 隙。 0019 优选地，旋转直径在约0.05mm至约5mm之间。 0020 优选地，可旋转熔接设备的旋转形成焊池。 0021 优选地，可旋转熔接设备的旋转允许气体从焊池逸出。 0022 优选地，旋转生成施加到焊池的离心力。 0023 优选地，可旋转熔接设备的旋转减少或消除了焊缝根部加强部的形成。 0024 一种制品，由权利要求1的工艺形成。 0025 优选地，制品大致没有中断流的湍流特征。 0026 一种焊接系统，包括： 固定熔接设备；以及 可旋转熔接设备； 其。
10、中，固定熔接设备和可旋转熔接设备布置和设置成形成待焊接的制品中的单个焊 缝。 0027 一种焊接制品，包括： 焊接到第二元件上的第一元件； 其中，可旋转熔接设备的旋转从单独固定熔接设备的加强部减小了不可接近的根部加 强部。 0028 优选地，第一元件的材料和第二元件的材料从包括钢、不锈钢和镍基合合金的集 合选择。 0029 本发明的其它特征和优点将从结合附图的优选实施例的以下更详细的描述中清 楚，附图通过举例的方式示出了本发明的原理。 附图说明 0030 图1为根据本公开内容的焊接系统的透视图。 0031 图2为根据本公开内容的旋转熔接设备的分解视图。 0032 图3为通过根据本公开内容的工艺。
11、焊接的制品的立面视图。 0033 图4为根据本公开内容的焊接系统的顶视图。 0034 图5为来自根据本公开内容的焊接工艺的焊缝的放大视图。 0035 图6为根据本公开内容的焊接制品的横截视图。 0036 只要可能，相同的参考标号将在所有附图中表示相同的部分。 具体实施方式 0037 提供了一种示例性焊接工艺、焊接系统及焊接制品。与未使用本文公开的一个或 多个特征的方法及产品相比，本公开内容的实施例提高了一致性、减少了根部加强部要求、 减少所需的返工，或它们的组合。 说 明 书CN 104209651 A 3/5页 5 0038 参看图1，在一个实施例中，焊接系统10和焊接工艺101包括固定熔接。
12、设备40如 固定弧焊接设备和可旋转熔接设备30如可旋转激光束设备。固定熔接设备40发出第一定 向焊接能量44，且可旋转熔接设备30发出第二定向焊接能量32，以形成焊缝401。可旋转 熔接设备30的激光头和固定熔接设备40的焊炬一起形成焊接系统10的焊接头。焊接系 统10的焊接头沿焊缝方向66行进来连结任何可焊接的材料。可焊接的材料包括但不限于 碳钢、低合金钢、不锈钢、铝、镁、铜、铜合金、钛和不相似的金属、镍基合金或它们的组合。 0039 焊接系统10为固定熔接设备40和可旋转熔接设备30的任何适合的组合。在一 个实施例中，可旋转熔接设备30为激光焊接装置。在另一个实施例中，固定熔接设备40为 。
13、激光焊接装置、等离子束焊接装置、电弧焊接装置、气体钨极弧焊接(TIG)装置、气体金属 弧焊接(MIG)装置，或它们的组合。 0040 在一个实施例中，固定熔接设备40和可旋转熔接设备30布置且设置成朝制品41 生成第一定向焊接能量44和第二定向焊接能量32。在一个实施例中，制品41包括至少两 个相邻的工件，如，第一工件62和第二工件64。第一工件62和第二工件64为构件、子构 件、单个构件的部分、单独构件的部分和/或其它可焊接元件。第一工件62和第二工件64 定位成具有其间的间隙50。作为备选，在一个实施例中，间隙50在制品41内，例如，作为裂 缝、孔口和/或其它有限特征。在一个实施例中，间隙。
14、50为零件组装、加工、紧固和/或其 它物理过程的结果。 0041 固定熔接设备40沿焊缝方向66尾随或领导可旋转熔接设备30。可旋转熔接设备 30的旋转路径202沿焊缝方向66延伸。在固定熔接设备40尾随可旋转熔接设备30的实 施例中，第一定向焊接能量44沿一个方向穿透第一工件62和/或第二工件64，导致力沿焊 缝方向66施加。在固定熔接设备40领导可旋转熔接设备30的实施例中，第一定向焊接能 量44沿一个方向穿透第一工件62和/或第二工件64，导致力与焊缝方向66相反地施加。 0042 可旋转熔接设备30、固定熔接设备40和丝状电极72以任何适合的布置定位以获 得第一定向焊接能量44和第二定。
15、向焊接能量32的相互作用，以产生稳定的公共熔池303， 减少或消除飞溅，且/或生成稳定的焊弧42。在一个实施例中，可消耗的丝状电极72定位 成邻近间隙面80，且通过第一定向焊接能量44和第二定向焊接能量32的相互作用来形成 到填料材料中，从而例如填充第一工件62和/或第二工件64中的凹陷，且导致凸面几何形 状或大致平面的几何形状。在另一个实施例中，可消耗的丝状电极72在焊接工艺101期间 给送到焊池303中。 0043 可旋转熔接设备30包括允许第二定向焊接能量32旋转的可旋转特征。例如，参 看图2，在一个实施例中，可旋转熔接设备30构造成生成第二定向焊接能量32来穿过至少 两个部件201和透。
16、镜204。透镜204定位在两个部件201与焦距203处的制品41之间。至 少两个部件201的旋转使第二定向焊接能量32在制品41上沿旋转路径202旋转。如本文 使用的用语“旋转“、“使旋转“和其语法上的变体表示路径的单个横穿。 0044 在一个实施例中，可旋转熔接设备30包括激光扫描镜。激光扫描镜的移动使第二 定向焊接能量32旋转。激光扫描镜使第二定向焊接能量32以相比于两个部件201和透镜 204增大的速度旋转。第二定向焊接能量32的旋转增大了由第二定向焊接能量32覆盖的 焊缝面积。焊缝面积包括制品41的一部分，其由第一定向焊接能量44和第二定向焊接能 量32接触。 说 明 书CN 1042。
17、09651 A 4/5页 6 0045 旋转路径202为在公共熔池303中生成离心力的任何适合的图案或构造。旋转 路径202的适合图案或构造包括但不限于为或类似圆形、三角形、椭圆形、正方形、矩形、梯 形、复合几何形状或它们的任何组合。在一个实施例中，旋转路径202以全自动或至少部分 自动的方式受控，例如，在整个焊接工艺101中能够保持大致恒定或恒定的转速、大致恒定 或恒定的旋转宽度，和/或大致恒定或恒定的旋转路径202。在一个实施例中，包括转速和 /或旋转宽度的旋转路径202在整个焊接工艺101中改变。在另一个实施例中，旋转路径 202在整个焊接工艺中调整用于改变接合部间隙。旋转路径202通过。
18、任何适合的手段来调 整，例如但不限于在焊接工艺101之前编程、在整个焊接工艺101中编程、自适应调整或它 们的组合。 0046 在一个实施例中，第二定向焊接能量32以预定速率旋转，例如，每分钟约10圈至 每分钟约60,000圈之间、每分钟约10圈至每分钟约10,000圈之间、每分钟约10圈至每分 钟约200圈之间，每分钟约10圈至每分钟约150圈之间、每分钟约15圈至每分钟约200圈 之间、每分钟约50圈至每分钟约150圈之间、每分钟约100圈至每分钟约200圈之间、每分 钟约50圈、每分钟约100圈、每分钟约200圈，或其中的任何适合的组合、子组合、范围或子 范围。 0047 在一个实施例中。
19、，旋转路径202具有预定宽度(如，直径)，例如，约0.4mm至约 3mm之间、约0.4mm至约2mm之间、约0.4mm至约0.6mm之间、约0.4mm至约0.5mm之间、约 0.5mm至约0.6mm之间、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约2mm、约3mm，或其中的任何适合的 组合、子组合、范围或子范围。 0048 参看图3，在一个实施例中，第二定向焊接能量32完全穿透制品41，在其中形成键 孔301。键孔301为由公共熔池303包绕且延伸穿过制品41至远侧表面305的开口。第二 定向焊接能量32生成热，熔化材料且从熔池液体507形成公共熔池303。键孔301保持在 预定区域处，以防止。
20、公共熔池303流出键孔301。第二定向焊接能量32使用任何适合量的 功率来形成键孔301。适合量的功率包括但不限于约1千瓦至20千瓦之间、约1千瓦至约 15千瓦之间、约5千瓦至约15千瓦之间，或任何组合、子组合、范围或子范围。 0049 参看图4，在一个实施例，第一定向焊接能量44、焊弧42和第二定向焊接能量32 的旋转在焊接工艺101沿焊缝方向66进行时在制品41中形成焊缝401。焊缝401在焊接 工艺101沿焊缝方向66进行时填充间隙50。在一个实施例中，第一工件62和/或第二工 件64的间隙面80熔化以提供熔池液体507(图3)，其形成公共熔池303。在另一个实施例 中，可消耗的丝状电极。
21、72熔化以在熔池液体507中提供增量的材料。公共熔池303中的熔 池液体507中的材料增加有助于与焊接系统10有关的远侧表面305(图3)上的熔池液体 507的增大的凸出505(图5)。 0050 又参看图3，在一个实施例中，第二定向焊接能量32沿旋转路径202的旋转引起 键孔301旋转。当键孔301旋转时，其引起公共熔池303的搅动，这在熔池液体507上生成 了离心力。参看图5，离心力增大了制品41与熔池液体507之间的接触角503。由可旋转 熔接设备30生成的离心力产生的接触角503的增大与来自远侧表面305的熔池液体507 的减小的凸出505相关。熔池液体507的冷却形成了根部加强部50。
22、1的几何形状。在一个 实施例中，远侧表面305上的熔池液体507的冷却形成根部加强部501的预定几何形状，例 如，为大致平面、平面、难识别的凹面或凸面，或它们的组合。此外，第二定向焊接能量32的 说 明 书CN 104209651 A 5/5页 7 旋转增大了焊缝的凹角，且允许气体从公共熔池303逸出。 0051 在一个实施例中，如图5中所示的远侧表面305难以接近，例如，在管的内部部分 上。接近的缺少阻止了在形成于管的内部部分上的根部加强部501上执行返工。 0052 参看图6，在一个实施例中，焊接系统10能够由第一工件62和第二工件64产生焊 接制品601，其大致没有或没有中断流体的流如层。
23、流的湍流特征。在另一个实施例中，焊接 制品601形成而没有焊接制品601上的根部加强部501的返工、加工、锤击或修改。例如， 在一个实施例中，根部加强部501在延伸超过与远侧表面305共面的距离505中没有特征， 例如，达到约0.075英寸、达到约0.070英寸、达到约0.065英寸、约0.0005英寸至约0.075 英寸之间、约0.005英寸至约0.075英寸之间、约0.01英寸至约0.075英寸之间，或其中的 任何适合的组合、子组合、范围或子范围。此外，根部加强部502的宽度在约0.050英寸至 约0.250英寸之间、约0.060英寸至约0.200英寸之间、约0.065英寸至约0.180英。
24、寸之间， 或其任何组合、子组合、范围或子范围。 0053 尽管已经参照各种优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是， 可制作出各种变化，且等同方案可替代其元件，而并未脱离本发明的范围。此外，可制作出 许多修改，以使特定情形或材料适应本发明的教导内容而不脱离其基本范围。因此，期望本 发明不限于公开为用于执行本发明而构想出的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括 落入所附权利要求的范围内的所有实施例。 说 明 书CN 104209651 A 1/6页 8 图 1 说 明 书 附 图CN 104209651 A 2/6页 9 图 2 说 明 书 附 图CN 104209651 A 3/6页 10 图 3 说 明 书 附 图CN 104209651 A 10 4/6页 11 图 4 说 明 书 附 图CN 104209651 A 11 5/6页 12 图 5 说 明 书 附 图CN 104209651 A 12 6/6页 13 图 6 说 明 书 附 图CN 104209651 A 13 。