使用激光束在GMAW焊接中建立气体的焊后激光释放的设备及方法技术

一种系统(700)和方法被提供，其中工件(W)以具有最小孔隙度和飞溅的高速度被焊接。在实施方案中，工件(W)利用电弧焊工艺被焊接来创建焊接熔池(WP)并且焊接熔池(WP)在电弧焊操作的下游由能量束(111)照射，以致获得高焊接速度。高能量热源(108，109)被安置在焊接操作的下游来将能量输入到焊接熔池(WP)中，以改变焊接熔池(WP)的形状或特征来优化焊道形状和/或焊道质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用激光束在GMAW焊接中建立气体的焊后激光释放的设备及方法优先权本专利技术是2011年10月6日递交的美国专利申请N0.13/267,641的部分继续申请，该美国专利申请N0.13/267,641公开的全部内容通过引用被并入本文。专利技术背景专利
本专利技术的系统和方法涉及焊接和接合，并且更具体地涉及覆盖材料(coatedmaterial)的焊接和接合。相关技术描述许多焊接结构被用在需要表面覆层来防止腐蚀的环境中。例如，当钢材被暴露到环境中时，钢材上锌的熔敷(通过镀锌或镀锌退火)通常被用来保护钢材免遭腐蚀。在材料被焊接到适当位置之后给材料镀锌是非常困难的，并且如此一来，大部分钢部件在焊接之前被镀锌。然而，焊接覆盖材料可能是困难的工艺，因为覆层可能干扰焊接工艺并且降低焊接的质量。例如，在镀锌中锌由于焊接电弧的热量被蒸发并且这个蒸发可能导致显著的飞溅或者可能在焊接中被陷在焊接熔池中导致孔隙度。由于这个原因，覆盖材料的焊接与焊接未覆盖材料相比相当地慢。
技术实现思路
本专利技术的实施方案包括利用电弧焊工艺焊接至少一个工件的装备及方法，以使液态焊接熔池从所述至少一个工件被创建并且所述焊接在行进方向被执行。同样，相对于所述行进方向，能量束被引导到所述电弧焊工艺下游的所述焊接熔池的表面，以使所述能量束将热能施加到所述焊接熔池来更改所述焊接熔池的形状。由所述工艺创建的焊接接头具有不多于30%的截面孔隙度和不多于30%的长度孔隙度。进一步的实施方案从下面的描述、附图和/或权利要求书中是可推理的。附图的简要说明通过参照附图详细描述本专利技术的示例性实施方案，本专利技术的上述和/或其他方面将会更加明显，在所述附图中:图1是由电弧焊工艺制成的焊接接头的图示表征；图2A至图2C是依据本专利技术的示例性实施方案的清洗操作的图示表征；图3A至图3B是依据本专利技术的示例性实施方案制成的焊接接头的图示表征；图4是根据本专利技术的实施方案制成的焊接接头的进一步的示例性实施方案的图示表征；图5是根据本专利技术的焊接系统的示例性实施方案的图示表征；图6是焊接系统的一部分的示例性实施方案的图示表征；图7是本专利技术的焊接系统的另一示例性实施方案的图示表征；图8是本专利技术的焊接系统的进一步的示例性实施方案的图示表征；图9是依据本专利技术的示例性实施方案的一体焊头单元的图示表征；图10是本专利技术的附加示例性实施方案的图示表征；图11是使用图10的示例性实施方案的焊接操作的图示表征；图12是由图10的示例性实施方案形成的焊接熔池的图示表征；图13是本专利技术的另一示例性焊接系统的图示表征；以及图14是依据本专利技术的又另一示例性实施方案的焊接系统的图示表征。示例性实施方案的详细描述现在将在下面通过参照附图描述本专利技术的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案意图帮助理解本专利技术，而不意图以任何方式限制本专利技术的范围。相似的参考编号在通篇中涉及相似的要素。图1描述典型的焊接搭接接头，其中第一工件Wl被部分地放置在第二工件W2的顶部并且所述两个工件以焊道WB被焊接。在焊接工业中，这种类型的连接通常被称为搭接接头。搭接接头在汽车工业中是常见的。除了搭接接头之外，本专利技术的实施方案也可以焊接多种不同类型的接头，包括:角接接头、榫接接头、对接接头等等。如图1所示，工件中的至少一个在要被焊接的表面上具有覆层C1/C2，其中覆层相比于工件具有不同的材料组成。作为实施例，这个覆层可以是防腐蚀覆层，例如镀锌。因为工件被覆盖，彼此接触的工件表面SI和S2在其上也具有覆层。在焊接期间，焊接电弧等离子的热量使得覆层C1/C2蒸发。典型地，没有被工件的重叠覆盖的被蒸发覆层C1/C2通过烟雾排出或简单地散逸从焊接区被移除，以使蒸气不干扰焊接。然而，在接触表面S1/S2上的覆层C1/C2由于焊道WB导致的熔深的典型深度也被蒸发。然而，来自接触表面S1/S2的被蒸发覆层在焊接期间远离焊接熔池的表面，并且如此一来必须行进通过熔池来试图在焊道凝固之前逃离焊接熔池。然而，如果焊接速度太快，在被蒸发覆层可以逃离之前熔池凝固。这在焊道中导致孔隙度。当气泡在焊接熔池中留下拖尾，所述拖尾未在气泡之后关闭时，这种孔隙度可能特别地糟糕。由逃离的被蒸发覆层产生的腔可以显著地降低焊缝的质量。由于关于孔隙度的这些问题，覆盖工件(coated work piece)的焊接相比于未覆盖工件的焊接必须显著地减慢。慢的步速可以为蒸发覆层提供足够的时间来逃离焊接熔池。然而，这些慢的速度趋向于增加输入到焊缝中的热量并且减小焊接操作的整体速度和效率。例如，当焊接镀锌的钢材时，对于具有大约l/16in(16量规)厚度的工件，典型的行进速度是15至25in/min。可替换地，焊工已经经常不得不研磨或用砂纸打磨来使覆层脱离工件，这也是消耗时间且劳动密集型的操作。如较早所讨论的，常用覆层是用于抗腐蚀的镀锌。然而，可以导致类似问题的其他覆层包括但不限于:涂料、冲压润滑剂(stamping lubricant)、玻璃衬里(glass lining)、镀铝覆层、表面热处理、氮化或碳化处理、包层处理，或者其他蒸发覆层或材料。图2A至图2C描述清洗系统100的示例性实施方案，所述清洗系统100使用电源供应器108和高能量热源109来在工件W的表面处引导束111，以烧蚀覆层C使其脱离烧蚀区102。烧蚀区102是随后的焊缝将被置于其上的区域，并且一般地由在工件W表面上环绕束111的行进长度和宽度的矩形区域限定。在本专利技术的示例性实施方案中，热源是激光器109(如附图中所示)。然而，其他实施方案不限于使用激光器，并且可以使用其他类型的热源。另外，可以使用许多不同类型的激光器，并且由于对烧蚀或移除覆层相对低的温度要求，使用非常高能量的激光器或热源不是必需的。这样的激光器/热源系统(包括热源109和电源供应器108)是已知的并且不需要在本文被详细描述。在示例性实施方案中，束111的能量密度和焦点不应该太强烈以致基本上熔化位于下面的工件W，因为这样的熔化可能干扰电弧焊工艺。在本专利技术的示例性实施方案中，可以使用具有IOW至IOkW功率水平的激光器109。在其他示例性实施方案中，激光束111将具有至少105W/cm2的功率密度以及不多于5ms的互作用时间。在一些实施方案中，互作用时间应该是在I至5ms范围内。激光器(或热源)的强度和互作用时间应该是这样的，以使基础材料的可观熔化应该被避免。因为所需要来烧蚀或移除覆层的热量典型地不高，这个清洗工艺相比于焊接工艺本身将不再影响焊接接头的热量影响区。激光器可以是任何已知类型的激光器，包括但不限于二氧化碳激光器、Nd:YAG激光器、Yb-盘(Yb-disk)激光器、YB-纤维激光器、纤维递送的或直接二极管的激光器系统。进一步地，如果具有足够的能量，甚至可以使用白光或石英激光器类型的系统。系统的其他实施方案可以使用其他类型的高能量源，所述高能量源能够蒸发工件表面上的覆层，并且可以包括作为高强度能量源的电子束、等离子电弧焊子系统、气体保护钨极弧焊子系统、气体保护金属极弧焊子系统、药芯焊丝弧焊子系统以及埋弧焊子系统中的至少一个。然而，如果使用更高能量源，它们的能量密度和热量必须被控制，以致仅蒸发覆层的至少一部分但是基本上不熔化或损伤位于下面的工件。在本专利技术实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接方法，所述焊接方法包括：利用电弧焊工艺焊接至少一个工件，以使液态焊接熔池从所述至少一个工件被创建，其中所述焊接在行进方向被执行；以及相对于所述行进方向，将能量束引导到所述电弧焊工艺下游的所述焊接熔池的表面，以使所述能量束将热能施加到所述焊接熔池来更改所述焊接熔池的形状；其中由所述焊接和引导步骤创建的焊接接头具有不多于30％的截面孔隙度和不多于30％的长度孔隙度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.06 US 13/267,641;2012.03.02 US 13/411,4281.一种焊接方法，所述焊接方法包括: 利用电弧焊工艺焊接至少一个工件，以使液态焊接熔池从所述至少一个工件被创建，其中所述焊接在行进方向被执行；以及 相对于所述行进方向，将能量束引导到所述电弧焊工艺下游的所述焊接熔池的表面，以使所述能量束将热能施加到所述焊接熔池来更改所述焊接熔池的形状； 其中由所述焊接和引导步骤创建的焊接接头具有不多于30%的截面孔隙度和不多于30%的长度孔隙度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述能量束是具有不多于105W/cm2功率密度的激光束。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述能量束在所述焊接期间相对于所述电弧焊工艺被移动。4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其中所述能量束在所述焊接熔池处具有宽度，所述宽度是在所述焊接熔池最大宽度的5%至35%范围内。5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其中所述焊接熔池具有总长度，所述总长度比单独由所述电弧焊工艺创建的焊接熔池长不多于50%。6.如权利要求1至5中的一项所述的方法，其中在所述焊接熔池的边缘和所述焊接熔池上由所述能量束创建的斑的边缘之间的最小距离是在焊接期间所述焊接熔池最大宽度的不少于10%。7.如权利要求1至6中的一项所述的方法，其中在所述焊接熔池上由所述能量束创建的斑的边缘和由所述电弧焊工艺创建的在所述焊接熔池上的电弧斑之间的最小距离是所述焊接熔池最大长度的不少于10%。8.如权利要求1至7中的一项所述的方法，还包括感知所述焊接熔池的表面和所述工件的表面中的至少一个的温度，并且响应所述感知的温度改变所述能量束的操作。9.如权利要求1至8中的一项所述的方法，还包括检测由所述焊接和引导步骤创建的焊道的形状，以及响应所述检测的形状改变所述能量束的操作。10.如权利要求1至9中的一项所述的方法，还包括在所述焊接熔池和由所述焊接熔池形成的焊道中的至少一个的表面检测孔隙度，以及响应所述检测的孔隙度改变所述能量束的操作。11.如权利要求1至10中的一项所述的方法，其中所述能量束具有不多于5ms的互作用时间。12.如权利要求1至11中的一项所述的方法，其中在所述焊接期间所述工件在要被焊接的所述工件的表面上具有覆层。13.如权利要求1至12中的一项所述的方法，其中所述截面孔隙度和所述长度孔隙度中的至少一个不多于10%。14.一种焊接系统，所述焊接系统包括: 电弧焊电源供应器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·E·丹尼，S·R·彼得斯，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US