混合焊接设备和焊接的系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及混合焊接设备和焊接的系统与方法。提供了一种用于焊接具有大约3.0毫米的大间隙(50)的至少两个邻近的构件的、会产生全熔透焊缝(54)的混合焊接设备以及系统(10)和方法。焊接系统(10)包括具有散焦激光束(30)、电弧焊接机(40)的混合焊接机(20)，以及在至少两个邻近的构件(62，64)中的一个或多个附近的至少一个桥接件(60)。散焦激光束(30)和电弧焊接机(40)布置成和设置成将能量引导到该至少两个邻近的构件(62，64)上，以产生能够促使提供全熔透焊缝(54)的公共熔池(52)，以按高的恒定焊接速度桥接间隙(50)，从而用焊缝(54)连结两个邻近的构件(62，64)。

【技术实现步骤摘要】
混合焊接设备和焊接的系统与方法
本专利技术大体涉及燃气轮机技术，并且具体而言，涉及用于连结具有大间隙的构件的混合焊接设备以及混合焊接系统和方法，大间隙包括在大小上高达大约三毫米的间隙。
技术介绍
接头中存在的间隙是影响人工和自动化焊接工艺的问题。在人工焊接的情况下，焊接员可直观地改变焊接参数，从而导致有良好的焊缝。自动化焊接不具有人工焊接的柔性。为了在自动化焊接中实现良好的焊缝，使用自适应控制，自适应控制实施起来常常是困难和麻烦的。目前在自动化焊接中采用的方法包括麻烦的程序和摄像机，以允许自适应控制努力解决接头间隙问题。使用自动化的高功率密度激光(或电子)束焊接，难以桥接大于1.5毫米的较大的间隙。使用自适应控制来减慢焊接速度和增大填料金属输送速率不会提供足够的间隙桥接。设法使用传统的焊接技术来填充较大的间隙会导致有不稳定的焊池，这可导致在被连结的构件之间有吹透孔，缺乏焊透，或缺乏熔接。用来桥接间隙的有限的解决方案是使用填隙片，以在焊接之前在物理上填充间隙，以及使用聚焦激光束或电子束来熔化填隙片。一般而言，这个对填隙片聚焦激光束/电子束(EB)的方法仅桥接小于1毫米的小间隙。一般而言，对于具有可变的间隙的接头，使用传统的焊接工艺难以保证产生的焊缝的焊接质量。虽然认识到具有自耗电极的电弧焊接机(例如气体金属电弧焊接机(GMAW))可实现需要的材料淀积，但是GMAW不能深入到材料中，因为其功率密度较低。所以，虽然GMAW可桥接较大的间隙，但是问题在于缺乏焊透和在接头中可能不会发生熔接。因此，不会遭受以上缺点的混合焊接设备、混合焊接系统和焊接的方法在本领域中是合乎需要的。
技术实现思路
根据本公开的一个示例性实施例，提供了一种混合焊接系统。该混合焊接系统包括具有散焦激光器和电弧焊接机的混合焊接机。混合焊接系统还包括待焊接的至少两个邻近的构件，该至少两个邻近的构件在它们之间具有间隙。混合焊接系统进一步包括至少一个桥接件，其中，该至少一个桥接件在该至少两个邻近的构件中的一个或多个的附近。混合焊接系统的散焦激光器和电弧焊接机布置成和设置成将能量引导向该至少两个邻近的构件，以产生公共熔池。该公共熔池能够促使提供全熔透焊缝，以按高的恒定焊接速度桥接间隙。根据本公开的另一个示例性实施例，提供了一种用于焊接至少两个邻近的构件的方法。该方法包括提供具有散焦激光器和电弧焊接机的混合焊接机。该方法包括提供在其之间具有间隙的两个邻近的构件。该方法包括将桥接件置于邻近的构件中的一个或两者的附近。该方法进一步包括用混合焊接机将能量引导向邻近的构件中的一个或两者，其中，散焦激光器和电弧焊接机产生公共熔池。该公共熔池能够促使提供全熔透焊缝，该全熔透焊缝以高的恒定焊接速度桥接间隙。根据本公开的另一个示例性实施例，提供了一种包括散焦激光器和电弧焊接机的混合焊接设备。散焦激光器和电弧焊接机布置成和设置成将能量引导向在其之间具有间隙的至少两个邻近的构件。被引导的能量会产生能够促使提供全熔透焊缝的公共熔池，以按高的恒定焊接速度桥接间隙。根据结合附图得到的优选实施例的以下较详细的描述，本公开的其它特征和优点将是显而易见的，附图以实例的方式示出了本公开的原理。附图说明图1是本公开的混合焊接系统的示意图的透视图。图2是本公开的混合焊接系统的散焦激光器的示意图。图3是混合焊接装备被移除的、本公开的混合焊接系统的俯视图。图4是本公开的混合焊接系统的散焦激光器和公共熔池的示意图。图5是由本公开的混合焊接系统产生的全熔透焊缝的沿着图1的线5-5的横截面图。图6是由本公开的混合焊接系统产生的全熔透焊缝的横截面。在任何可行的情况下，将在所有图中使用相同的参考标号来表示相同部件。部件列表10混合焊接系统20混合焊接机22从激光头至工件的距离(“A”)24从聚焦点至工件的距离(“B”)26来自散焦激光器的能量(“C”)30散焦激光器32散焦激光束34激光器的聚焦点38焊丝至激光束的距离40电弧焊接机42焊接电弧44自耗焊丝电极50间隙(将具有不同类型的间隙)52公共熔池53熔融材料54全熔透焊缝60桥接件62第一构件63第一构件的熔化(在熔池中)第一构件的表面的部分64第二构件65第二构件的熔化(在熔池中)第二构件的表面的部分66焊接方向70焊丝72填隙片74顶部焊道76底部焊道78激光头80接头83第一构件的顶部85第二构件的顶部90安装件具体实施方式提供了一种不会遭受现有技术中的缺点的混合焊接设备、混合焊接系统和焊接的方法，并且提供了一种用以按高的恒定焊接速度桥接高达大约3.0毫米的间隙的全熔透焊缝。图1示意性地示出了包括本公开的混合焊接机20的混合焊接系统10。混合焊接机20包括散焦激光器30和电弧焊接机40。在一个实施例中，散焦激光器30和电弧焊接机40布置成和设置成将能量引导向至少两个邻近的工件或构件62和64。两个邻近的构件62和64在它们之间具有间隙50。间隙50由于关于部件组装、加工、夹持和/或其它原因的问题而产生。在另一个实施例中，构件62和64对准而产生间隙50。在一个实施例中，将桥接件60置于构件62和64之间的间隙50中，以在构件62和64之间产生接头80(参见图4)。桥接件60为例如(但不限于)任何焊丝70(参见图4)、填隙片72(参见图3)或充分配合到间隙50中且大体在待焊接的构件62和64附近或碰到它们的其它填料材料。在另一个实施例中，桥接件60是例如(但不限于)堆迭焊丝、堆迭填隙片或它们的组合。在一个实施例中，填隙片72的高度小于构件62和64的高度。在另一个实施例中，填隙片高度等于或大于构件62和64的高度。参照图3和4，来自散焦激光器30和电弧焊接机40的组合能量被引导向构件62和64和间隙50，以产生公共熔池52。公共熔池52促使提供全熔透焊缝54，以按高的恒定焊接速度桥接构件62和64之间的间隙50。如所使用的那样，“公共熔池”52指的是由电弧焊接机40的焊接电弧42产生的熔融材料53，熔融材料53包括构件边缘63和65的一部分和自耗焊丝电极44(如果存在的话)，这个熔融材料53进一步被散焦混合激光器30施加能量，从而导致熔融材料53熔透得较深，以包括桥接件60来形成公共熔池52。来自桥接件60的金属变得熔化，并且与其它熔融材料53相互混合而形成公共熔池52。来自公共熔池52的相互混合的熔融材料在冷却之后连结，以形成一个连续的零件或连结构件62和64的焊缝54(参见图5)。在一个实施例中，散焦激光器30和电弧焊接机是自动化的。在一个实施例中，散焦激光器30和电弧焊接机40安装在单独的位置上，或者安装在单个安装件90上，参见图1。安装件90以适于焊接的速率移动，诸如，例如介于大约762毫米每分钟(30英寸每分钟)至大约3048毫米每分钟(120英寸每分钟)之间，或者备选地介于大约1016毫米每分钟(40英寸每分钟)至大约2286毫米每分钟(90英寸每分钟)之间，或者备选地介于大约1270毫米每分钟(50英寸每分钟)至大约2032毫米每分钟(80英寸每分钟)之间，以在构件62和64之间实现全熔透焊缝54。在一个实施例中，散焦激光器30沿焊接方向66在电弧焊接机40前面。如图1和3中所显示的那样，在散焦激光束32和电弧焊接机40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接至少两个邻近的构件(62，64)的方法，包括：提供具有散焦激光器(30)和电弧焊接机(40)的混合焊接机(20)；提供在其之间具有间隙(50)的所述两个邻近的构件(62，64)；将桥接件(60)置于所述邻近的构件(62，64)中的一个或两者的附近；以及用所述混合焊接机(20)将能量引导向所述邻近的构件(62，64)中的一个或两者，其中，所述散焦激光器(30)和所述电弧焊接机(40)产生能够促使提供全熔透焊缝(54)的公共熔池(52)，所述全熔透焊缝(54)以高的恒定焊接速度桥接所述间隙(50)。

【技术特征摘要】
2011.04.13 US 13/086,1141.一种焊接至少两个邻近的构件(62，64)的方法，包括：提供具有散焦激光器(30)和电弧焊接机(40)的混合焊接机(20)；提供在其之间具有间隙(50)的所述两个邻近的构件(62，64)，所述间隙高达3.0毫米；将桥接件(60)置于所述邻近的构件(62，64)中的一个或两者的附近；以及用所述混合焊接机(20)将能量引导向所述邻近的构件(62，64)中的一个或两者，其中，所述散焦激光器(30)和所述电弧焊接机(40)产生公共熔池(52)，所述散焦激光器(30)提供额外的能量以允许熔融材料(53)熔化至少一桥接件(60)提供全熔透焊缝(54)，而无通过桥接件(60)的焊缝的滴落，所述全熔透焊缝(54)以高的恒定焊接速度桥接所述间隙(50)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散焦激光器(30)选自：Nd：YAG激光器、CO2激光器、纤维激光器和盘形激光器。3.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：林德超，崔岩，B·L·托利森，D·施克，B·D·小约翰斯顿，S·C·科蒂林加姆，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：