[发明专利]混合焊接设备和焊接的系统与方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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