专利名称：用于防止成形焊缝中的孔隙的焊接工艺和工件的制作方法
技术领域：
本公开大体涉及可焊接工件和焊接工艺。具体地，本公开涉及防止焊缝中的孔的 形成的焊接工艺和工件。
背景技术：
结构和物件持续地设计成并且制造成更大、更复杂以及具有增加的强度。经常，焊 点是这种结构和物件的薄弱部分中的一个。通常，焊缝将两个工件固定在一起。例如，第一工件可固定到第二工件，因此形成 希望的结构、物件或结构或物件的一部分。焊接的工件可受到许多物理力。例如，当结构摇 摆时，焊接的工件可经受压力和拉力。此外，物理力可由其它因素引起，包括但不限制于环 境效应、操作效应和/或暴露于变化的状态。如果焊缝是不成功的，则该部分可能更加易于 失效。例如，物理力可在具有焊接部分的结构上产生疲劳负载。这种疲劳可造成焊缝的失 效和结构的失效。通常，焊缝可通过部分地熔化工件以及可选地增加填充材料而形成，填充材料冷 却以成为接点。工件和/或填充材料的部分熔化需要能量。能量可由气体火焰、电弧、激光、 电子束、摩擦、超声波或其它适合的能量源提供。电子束焊接和激光束焊接可具有比其它焊接方法更小的热影响区，从而允许聚焦 的能量、减少的畸变和快速的冷却。然而，电子束焊接和激光束焊接可能发出气体。为了减 少或消除气体，可使用脱氧剂(其减少或移除金属中的氧含量)。脱氧剂可减少或消除可能 降低焊缝强度的焊缝孔隙。排它地使用脱氧剂用于减少或消除焊缝孔隙可能对工件提供成 分限制。
发明内容
在示例性实施例中，用于焊接工艺的物件包括工件，工件包括第一焊接表面，第一 焊接表面包括至少一个孔隙减少槽道，至少一个孔隙减少槽道构造成防止成形焊缝中的孔 的形成。在另一个示例性实施例中，用于焊接的物件包括工件，工件包括第一焊接表面，第 一焊接表面包括至少一个孔隙减少槽道，至少一个孔隙减少槽道构造成当焊缝形成时从焊 接表面引导气体。在另一个示例性实施例中，焊接工艺包括定位第一工件，第一工件包括第一焊接 表面，第一焊接表面包括至少一个孔隙减少槽道，定位第二工件，第二工件包括第二焊接表 面，第二焊接表面定位成焊接到第一焊接表面，并且施加能量到第一焊接表面和第二焊接 表面，因此形成焊缝，能量的施加产生气体，气体由至少一个孔隙减少槽道引导。在实施例 中，焊接工艺包括电子束焊接工艺或激光焊接工艺中的至少一种。
图1示出根据示例性实施例的定位以被焊接的工件的透视图。图2示出焊接在一起的现有工件的横向视图。图3示出根据示例性实施例的焊接在一起的工件的横向视图。图4示出根据示例性实施例的工件的透视图。图5示出根据另一个示例性实施例的工件的透视图。图6示出根据又一个示例性实施例的工件的透视图。图7示出根据示例性实施例的正在焊接的物件的示例性实施例的透视图。图8示出根据另一个示例性实施例的正在焊接的物件的另一个示例性实施例的 透视图。在任何可能的地方，相同的附图标记将在整个附图中用于代表相同的部分。
具体实施例方式提供可焊接工件和防止焊缝中的孔的形成的用于焊接工件的方法的示例性实施 例。防止焊缝中的孔的形成对于通过在工件的成分中包括脱氧剂而实现的防止是附加的或 替代的。实施例可改善焊缝质量，可在焊缝中防止孔隙，可引导从激光焊接和/或电子束焊 接发出的气体，和/或可替代在工件成分中包括脱氧剂。如图1所示，用于高能焊接(例如，电子束或激光焊接)的物件100可包括第一工 件102和第二工件104。可选地，衬块可定位在第一工件102和第二工件104下方，因此防 止从第一工件102和第二工件104的底部放气，因此减少孔隙。第一工件102和第二工件 104可焊接以形成物件100。参考图2，焊接现有工件106可形成多孔焊缝108。多孔焊缝 108包括可能降低焊缝的强度和/或耐久性的孔110。在焊缝中的孔110是不希望的并且 可能降低焊缝强度。参考图3，根据本公开的示例性实施例将第一工件102焊接到第二工件104可形成 根据本公开的示例性实施例的具有很少孔或没有孔的焊缝112。因此，第一工件102和第二 工件104可防止孔的形成。工件102、104可由适合于焊接的任何材料制成，可以是适合于 焊接的任何设计或形状，并且可包括附加工件或作为附加工件的一部分。工件102、104可 由相同材料或不同材料构成。工件102、104可具有成分杂质和/或污染物的变化水平，成 分杂质和/或污染物包括但不限于空气或在焊接期间生成的其它气态产物。在一个示例性实施例中，工件102、104可包括脱氧剂或其它适合的添加剂。脱氧 剂可以是焊剂或活性保护气体，或其它适合的添加剂。参考图4-6，第一工件102和/或第二工件104可包括焊接表面114。工件102、 104的焊接表面114可定位以被焊接以产生成形焊缝。可选地，由焊丝供给或其它适合供给 提供的填充材料可在形成焊缝中使用。焊接表面114可包括至少一个孔隙减少槽道116。 孔隙减少槽道116可减少成形焊缝中的孔隙。在一个实施例中，第一工件102的(多个) 孔隙减少槽道116可与第二工件104的(多个)孔隙减少槽道116相对应。例如，在第一 工件102上的(多个)孔隙减少槽道116可与第二工件104的(多个)孔隙减少槽道116 排齐以形成更大的槽道。另外地或替代地，与第二工件104的(多个)孔隙减少槽道116 相比，在第一工件102上的(多个)孔隙减少槽道116可被错开。可另外地或替代地包括在第一工件102上的(多个)孔隙减少槽道116和第二工件104的(多个)孔隙减少槽道 116之间的其它适合的对应关系。在第一工件102、第二工件104中的孔隙减少槽道116和/或它们的结合可取决于 制造工件的材料、工件的厚度、预定的真空水平、预定的填充材料的性质(例如，熔化温度、 熔化时的粘度、在焊接期间发出的气体量，等等)、在材料中的空气量、预定的能量水平和/ 或预定的焊接移动速度。由当进行激光焊接或电子束焊接时产生更大量气体的材料制成的 工件102、104可包括更多的和/或更大的孔隙减少槽道116。与此相反，由当进行激光焊 接或电子束焊接时产生更少量气体的材料制成的工件102、104可包括更少的和/或更小的 孔隙减少槽道116。具有更大厚度的工件102、104可包括更多的和/或更大的孔隙减少槽 道116。与此相反，具有更小厚度的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔隙减少槽道 116。将在更高真空中焊接的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔隙减少槽道116。 与此相反，将在更低真空中(或在非真空中)焊接的工件102、104可包括更多的和/或更大 的孔隙减少槽道116。将以更高粘度和/或产生更多气体的填充材料焊接的工件102、104 可包括更多的和/或更大的孔隙减少槽道116。与此相反，将以更低粘度和/或产生更少气 体的填料焊接的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔隙减少槽道116。在金属中具 有更高的空气浓度的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔隙减少槽道116。与此相 反，在金属中具有更低的空气浓度的工件102、104可包括更多的和/或更大的孔隙减少槽 道116。将以更大量的能量焊接的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔隙减少槽道 116。与此相反，将以更少量的能量焊接的工件102、104可包括更多的和/或更大的孔隙减 少槽道116。将以更低的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括更少的和/或更小的孔 隙减少槽道116。与此相反，将以更高的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括更多的和 /或更大的孔隙减少槽道116。然而，根据特定工件102、104，孔隙减少槽道116的数量、尺 寸和/或方位可以以变化的程度或甚至相反地由以上性质影响。参考图5和图6，(多个)孔隙减少槽道116可包括滚花表面120。另外地或替代 地，滚花表面120可形成更少限定的孔隙减少槽道116(参看图6)。在滚花表面120中滚花 的深度可包括预定的深度、尺寸和/或数目。取决于制造工件的材料、工件的厚度、预定的 真空水平、预定的填充材料的性质(例如，熔化温度、熔化时的粘度、在焊接期间发出的气 体量，等等)、预定的能量水平和/或预定的焊接移动速度，滚花表面120可变化以实现希望 的性质。例如，基于工件102、104的特定性质，工件102、104可在(多个)滚花表面120的 尺寸、数目和/或深度方面变化。在第一工件102、第二工件104和/或它们的结合中的滚花表面120可取决于制 造工件的材料、工件的厚度、预定的真空水平、预定的填充材料的性质、在材料中的空气量、 预定的能量水平和/或预定的焊接移动速度。由当进行激光焊接或电子束焊接时产生更大 量气体的材料制成的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深的滚花表面120。与 此相反，由当进行激光焊接或电子束焊接时产生更少量气体的材料制成的工件102、104可 包括更少的、更小的和/或更浅的滚花表面120。具有更大厚度的工件102、104可包括更 大的、更多的和/或更深的滚花表面120。与此相反，具有更小厚度的工件102、104可包括 更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。将在更高真空中焊接的工件102、104可包括 更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。与此相反，将在更低真空中(或在非真空中)焊接的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深的滚花表面120。将以更高粘度和/ 或产生更多气体的填充材料焊接的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深的滚花 表面120。与此相反，将以更低粘度和/或产生更少气体的填料焊接的工件102、104可包括 更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。在金属中具有更高的空气浓度的工件102、104 可包括更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。与此相反，在金属中具有更低的空气浓 度的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深的滚花表面120。将以更大量的能量焊 接的工件102、104可包括更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。与此相反，将以更少 量的能量焊接的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深的滚花表面120。将以更 低的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括更小的、更少的和/或更浅的滚花表面120。 与此相反，将以更高的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括更大的、更多的和/或更深 的滚花表面120。然而，根据特定工件102、104，(多个)滚花表面120的数量、尺寸和/或 方位可以以变化的程度或甚至相反地由以上性质影响。参看图7，(多个)孔隙减少槽道116和/或滚花表面120可包括延伸到预定的边 缘122的排出路径118。根据制造工件的材料、工件的厚度、预定的真空水平、预定的填充材 料的性质(例如，熔化温度、熔化时的粘度、在焊接期间发出的气体量，等等)、预定的能量 水平和/或预定的焊接移动速度，排出路径118可包括角度119、长度和弯曲度(如本文中 所使用的，术语“弯曲”指的是高程度非常曲折并且低程度完全笔直的曲折特性)。在第一工件102、第二工件104和/或它们的结合中的排出路径118可取决于制造 工件的材料、工件的厚度、预定的真空水平、预定的填充材料的性质、在材料中的空气量、预 定的能量水平和/或预定的焊接移动速度。由当进行激光焊接或电子束焊接时产生更大量 气体的材料制成的工件102、104可包括具有更小角度119、更短长度和更低弯曲度的排出 路径118。与此相反，由当进行激光焊接或电子束焊接时产生更少量气体的材料制成的工 件102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更高弯曲度的排出路径118。具有更大厚 度的工件102、104可包括具有更小角度119、更短长度和更低弯曲度的排出路径118。与此 相反，具有更小厚度的工件102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更高弯曲度的排 出路径118。将在更高真空中焊接的工件102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更 高弯曲度的排出路径118。与此相反，将在更低真空中(或在非真空中)焊接的工件102、 104可包括具有更小角度119、更短长度和更低弯曲度的排出路径118。将以更高粘度和/ 或产生更多气体的填充材料焊接的工件102、104可包括具有更小角度119、更短长度和更 低弯曲度的排出路径118。与此相反，将以更低粘度和/或产生更少气体的填料焊接的工件 102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更高弯曲度的排出路径118。在金属中具有 更高的空气浓度的工件102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更高弯曲度的排出 路径118。与此相反，在金属中具有更低的空气浓度的工件102、104可包括具有更小角度 119、更短长度和更低弯曲度的排出路径118。将以更大量的能量焊接的工件102、104可包 括具有更大角度119、更长长度和更高弯曲度的排出路径118。与此相反，将以更少量的能 量焊接的工件102、104可包括具有更小角度119、更短长度和更低弯曲度的排出路径118。 将以更低的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括具有更大角度119、更长长度和更高 弯曲度的排出路径118。与此相反，将以更高的焊接移动速度焊接的工件102、104可包括具 有更小角度119、更短长度和更低弯曲度的排出路径118。然而，根据特定工件102、104，角6度119、长度和弯曲度可以以变化的程度或甚至相反地由以上性质影响。参考图7，(多个)孔隙减少槽道116可包括排出轮廓，其包括沿角度119延伸到 多个边缘122的多个排出路径118，和/或多个排出路径118。排出轮廓、排出路径118、角 度119、(多个)滚花表面120和/或(多个)孔隙减少槽道116可具有对应于预定的焊接 移动速度和预定的焊接路径的尺寸。例如，在一个实施例中，图7的排出轮廓可构造成用于 通过电子束700焊接。参考图8，(多个)孔隙减少槽道116可包括不同的排出轮廓，其包括在多个方向 上延伸到多个边缘122的多个排出路径118，和/或多个排出路径118。排出轮廓、排出路 径118、(多个)滚花表面120和/或(多个)孔隙减少槽道116可具有对应于预定的焊接 移动速度和预定的焊接路径的尺寸。例如，在一个实施例中，图8的排出轮廓可构造成用于 通过激光800焊接。在一个实施例中，排出轮廓、排出路径118、(多个)滚花表面120和/ 或(多个)孔隙减少槽道116允许在焊接工艺期间气体的大致连续的引导。根据示例性实施例，焊接可通过定位第一工件102和第二工件104或缺乏孔隙减 少槽道116或滚花表面120的工件106而执行，施加能量到第一工件102的第一焊接表面 116和第二工件104的第二焊接表面或现有工件106可通过利用孔隙减少槽道和/或滚花 表面120引导气体远离焊缝112而形成具有减少孔隙的焊缝。尽管本公开参考优选实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解的是，可形成 各种变化并且等同物可代替其中的元件，而不偏离本公开的范围。此外，可形成许多改变以 使特殊情况或材料适合于本公开的教导，而不偏离本公开的本质范围。因此，意图是本公开 不限制于作为设想用于实施本公开的最佳实施方式公开的特殊实施例，而是本公开将包括 属于所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于焊接工艺的物件(100)，所述物件(100)包括工件(102)，所述工件(102)包括第一焊接表面(114)，所述第一焊接表面(114)包 括至少一个孔隙减少槽道(116)，所述至少一个孔隙减少槽道(116)构造成防止成形焊缝 (112)中的孔的形成。
2.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述物件(100)包括第二工件 (104)，所述第二工件(104)包括第二焊接表面(114)，所述第二焊接表面(114)定位成焊接 到所述第一焊接表面(114)以产生所述成形焊缝(112)。
3.根据权利要求2所述的物件(100)，其特征在于，所述第二工件(104)包括至少一个 对应的孔隙减少槽道(116)，所述至少一个对应的孔隙减少槽道(116)对应于所述第一工 件(102)的至少一个孔隙减少槽道(116)。
4.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述焊接工艺包括激光束(800)焊 接工艺或电子束(700)焊接工艺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述至少一个孔隙减少槽道(116) 包括延伸到预定的边缘(122)的排出路径(118)。
6.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述第一焊接表面(114)包括滚花 (120)。
7.根据权利要求6所述的物件(100)，其特征在于，所述第一焊接表面(114)的滚花 (120)包括与制造所述工件(102)的材料和所述工件(102)的厚度相对应的预定的深度。
8.根据权利要求6所述的物件(100)，其特征在于，所述第一焊接表面(114)的滚花 (120)包括与用于产生所述成形焊缝(112)的预定的真空水平相对应的预定的深度。
9.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述至少一个孔隙减少槽道(116) 包括与预定的焊接移动速度和预定的焊接路径相对应的尺寸。
10.根据权利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述至少一个孔隙减少槽道(116) 包括排出路径(118)并且在第二部分(116)中滚花，所述排出路径(118)延伸到在所述第 一焊接表面(114)的部分中的预定的边缘(122)。
全文摘要
本发明涉及用于防止成形焊缝中的孔隙的焊接工艺和工件。图3示出用于电子束(700)或激光(800)焊接的物件(100)，其包括工件(102)，工件(102)包括焊接表面(114)，焊接表面(114)包括构造成减少成形焊缝(112)中的孔隙的至少一个孔隙减少槽道(116)。
文档编号B23K26/20GK102049616SQ20101053850
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者B·D·约翰斯顿, D·A·诺瓦克, J·T·布朗, M·J·迈尔斯 申请人:通用电气公司