接合过程中熔池形状的优化的制作方法

本申请要求美国专利申请号14/336,215的2014年7月21日的提交日的权益，该美国专利申请通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及接合过程，并且更具体而言，涉及用于在接合过程期间使熔池成形的过程。

背景技术：

已知用于接合材料的各种过程，所述接合材料可以共同地表示两个或更多个基底的接合，以及一个或多个基底的修复或增强。例如，传导焊接和键孔焊接是用于材料接合的已知过程。如图1中所示，在键孔焊接中，基底10的一部分的整个厚度可通过能量源12熔化成熔池14。以这种方式，通过基底10的熔池14的整个厚度形成键孔16。当过程沿焊缝的行进方向横过时，熔池14及相关联的键孔16也沿焊接方向18横过基底10。随着键孔前进，熔池14的熔融材料在键孔16之后凝固成焊道（weld bead）20。在所示实施例中，在熔池周围提供惰性气体21，以防止基底或其他工艺材料的氧化，并且（可能利用补充气体）抑制在表面处形成任何等离子体。在传导焊接中，能量源12提供不足以形成如图1中所示的键孔16的能量的量。代替形成键孔，热从基底10的表面传导到基底10中。

在熔池形成期间可能出现许多问题。第一个问题涉及对有问题的元素和成分的分离。第二个问题涉及集中的拉伸应力。第三个问题涉及特别是对于键孔焊接而言的空隙的滞留。对于偏析，要理解的是，在凝固的过程期间，焊池形状极大地影响对焊缝裂纹的易受性（susceptibility）。凝固晶粒法向于固-液界面（沿最大温度梯度的方向）生长，并且以相对于邻接的固体最优选的晶粒取向外延生长。这样的形状和晶粒取向可以显著地影响开裂。

对于线性固液界面的泪滴形焊池，在焊池的每一侧上形成平行排列的晶粒（如在2D中观察到的）。在3D中观察，晶粒也大致垂直于锥体的侧面形成。晶粒在焊缝中心线（凝固的最后位置）处终止其凝固。这样的晶粒也趋于相对较大，这是因为沿凝固方向（从每个线性侧）没有变化，并且优选取向的晶粒可以简单地使它们自身朝向焊缝中心线延伸。

低熔点元素（例如，硫和磷）和类似成分（例如低共熔体之类的化合物）在凝固的最后点处自然地集中。已知这些成分会加重凝固裂纹，因为它们可能无法承受最终凝固的应力。参照图2，在泪滴形的焊池22的情况下，这样的成分32在焊缝中心线30处偏析并且散布在相对较少和粗糙的晶界上。这种偏析预期会导致焊缝凝固裂纹。

此外，由于拉伸应力并且由于易于开裂的微结构，可能发生开裂。假定除了影响促进后面的易于开裂的微结构的偏析之外，焊池形状还影响对于无裂纹凝固而言重要的应力分布。焊缝中的应力集中是复杂的，并且取决于许多因素，但可能最重要的因素包含热管理。邻接凝固熔体的固体金属的拘束对于这种应力管理而言是非常重要的。例如，完全拘束的基底需要凝固熔体来承受所有的收缩应力。替代性的，非约束的基底适应收缩应变，并且远不容易开裂。因此，需要能够分散这种应力的过程。

此外，要理解的是，键孔模式激光焊接的开始和终止需要（相应地）从焊接的传导模式转变成键孔模式再转变成传导模式。也就是说，当激光束首先被引导到基底时，它首先产生浅熔池。平移和进一步的能量输送形成贯通截面的键孔。这种形成涉及熔体的湍流运动并且易于产生缺陷，例如孔隙。在焊接终止时，贯通截面穿的透过渡到部分穿透，并且熔融金属所围绕的孔过渡到浅熔池。在这样的过渡中涉及的熔融几何变化易于捕获焊缝缺陷。

更进一步地，在键孔焊接中，熔池14的特征可以在于由于能量的集中和焊接过程的速度而导致的基底10中的高的深度与宽度（高宽）比。由于键孔16的高的高宽比和焊接的速度，在远离熔池表面的熔池14的深度的中点附近可能形成空隙（孔隙）。在孔能够行进到熔池表面之前，空隙可被捕获在凝固的熔池中。这种效应由于泪滴形状（图2）的存在而放大，这为缺陷逸出提供了较少的区域。与键孔焊接相比，传导焊接提供了一般更浅且更宽的熔池，但仍然可具有如本文所述的泪滴形熔池。

附图说明

根据附图在下面的描述中解释本发明，这些附图示出了：

图1图示了典型的现有技术的键孔焊接过程的键孔的形成；

图2图示了通过图1的现有技术过程形成的泪滴形熔池的顶视图；

图3A-3B图示了根据本发明的一个方面的具有固/液界面的轮廓形状的熔池；

图4图示了根据本发明的一个方面的用于形成成形的熔池（contoured melt pool）的焊接过程；

图5图示了根据本发明的一个方面的过程中的第一能量源和第二能量源的行进路径；

图6图示了用于本发明的一个方面中的二合一光纤（two-in-one fiber）；

图7图示了根据本发明的一个方面的通过对熔池的边缘施加附加的能量而形成的熔池；

图8图示了根据本发明的一个方面的形成成形的熔池的能量施加；

图9A-9D图示了根据本发明的一个方面的曲线和曲面（curviplanar）熔池（图9C和图9D）以及现有技术的熔池（图9A-9B）的形成。

具体实施方式

本发明的各方面涉及相对于已知的过程在例如键孔焊接或传导焊接过程之类的接合过程中强烈影响熔池的形状的过程和系统。根据本发明的一个方面，提供了一种用于焊接的过程，其包括对基底施加第一量的能量和第二量的能量，以有效地提供包括曲线和曲面的固/液界面的熔池。如本文将描述的，例如，相对于更加泪滴形的熔池，所述成形的熔池减少了在熔池的深度内和沿熔池的宽度的中心线的工件偏析和应力集中，以及降低了熔池中空隙滞留的可能性。

更具体而言，利用曲线和曲面的固/液界面，在熔池的每一侧上形成高度变化的排列的晶粒（grain）。晶粒趋于朝向向前行进方向弯曲。这样的晶粒也趋于相对较小，这是因为在凝固方向上存在连续变化，并且优选取向的晶粒引发（initiate）次优选取向的晶粒并相对于次优选取向的晶粒具有优势。此外，不期望的工件可能遍布整个凝固焊缝和/或许多细晶粒边界。由此降低了焊接凝固裂纹的倾向。

此外，要理解的是，虽然熔池形状可能不直接影响与凝固熔体邻接的固体金属的拘束（restraint），但熔池形状可能会影响所产生的拉伸应力的方向和集中（concentration），该拉伸应力通常与拘束结合导致开裂。重要的是这种应力不集中而是分散的。本文所述过程的另一个关键益处在于熔池形状控制和过程热管理可导致分散这种应力。

此外，本文所述的焊缝形状控制过程可以改善对深透焊缝缺陷的规避。例如，紧随深透焊缝施加过程能量可以使熔池成形为以使得湍流最小化的方式从键孔模式转变为传导模式焊接。这种转变可以有效地避免夹杂物和空隙的产生，和/或增强空隙排出到熔池的表面并在该表面上消散的机会。

在特定实施例中，在熔池外部加热基底，以有意地降低熔池的冷却速率或凝固速率，并且至少在熔池的后缘区域处有效地扩宽熔池（相对于没有在熔池外加热的步骤的过程）。在其他实施例中，形成熔池的内部区域被加热以便影响熔池的形状。在任一种情况下，熔池在后缘区域处的加宽例如在待移除的熔池内为污染物或空隙产生更多的区域，以及减少如图2中所示的沿熔池的中心线的工件（artifact）偏析（segregation）。所产生的工件偏析减少的凝固焊道在凝固时将显著更强。

作为示例，参照图3A-3B，示出了处于基底105上的熔池100，该熔池100相对于上述现有技术的泪滴形熔池22（在图3中以虚线示出）加宽。图3A由2D的顶视图示出了熔池100，而图3B示出了熔池100的深度（D）中的轮廓形状102。在熔池100和基底105与熔池100相邻的固体部分之间示出了曲面的固/液界面103。图3A中的实线表示具有轮廓形状102的熔池100的周缘104。在某些实施例中，熔池100至少在熔池100的后缘区域106处设置有轮廓形状102。如本文所使用的，术语“后缘区域”是指熔池100的后半部，例如熔池100的设置在延伸穿过中点108（横向于行进方向）的竖直平面与熔池100的最后部点110之间的任何区域。然而，要理解的是，熔池的在后缘区域106之前的区域（前缘区域127）也可以通过本文所述的过程来扩宽。在任何情况下，通过相对于现有技术过程的增加的扩宽形状和/或轮廓形状，在凝固发生时，工件114将不会朝向中心线112偏析，而是替代地将绕熔池100的周缘更均匀地分布，如图3A中所示。因此，在凝固时，基底避免了通常由工件的中心线偏析造成的弱化。

设想了各种过程，以在基底105上产生具有本文所述和图3A-3B中所示的轮廓形状102的熔池100。下面将描述若干过程；然而，应当理解的是，本发明并不因此限于任何特定实施例。仅作为示例，本文所述的过程可以被用于边缘对边缘地接合两个基底，修复一个或多个基底，增强一个或多个基底（通过例如在熔池之前或其中添加附加的超合金粉末），或者作为将较小基底构建成较大组件的方式。

参照图4，示出了形成至少具有如下后缘区域106的熔池100的示例性焊接过程，即：该后缘区域106具有轮廓形状102（图3）。要理解的是，熔池通常连续地前进通过基底105，从而产生焊缝。因此，图4表示在一定时间点处的熔池的形成，其中，该熔池之后的区域可能已被熔化并再凝固，并且该熔池之前的区域尚未被能量源接触。

在所示实施例中，第一能量源116向基底105提供第一量的能量118。在某些实施例中，第一量的能量118可足以形成穿过基底105的键孔120和键孔120周围的熔池100。在其他实施例中，第一量的能量118仅形成熔池100，但不形成键孔120，如在传导焊接中的情况下。在任何情况下，如果没有采取其他动作，则通过第一量的能量118提供的熔池100可能不具有最佳的形状，例如具有诸如图2中所示的泪滴形状22。

为了提供具有轮廓形状102的熔池100，可以利用第二能量源122，以便在熔池100的宽度（W）之外输送第二量的能量124，以给后缘区域106提供如图3A-3B中所示的轮廓形状102。替代性地，第一量的能量118和第二量的能量124可以由相同的能量源提供。例如，第一能量源116可以与瞬时引导向远程位置的不同量的能量快速地时间共享，例如通过编程的振镜（galvanometer）驱动的扫描激光束光学器件的振荡。在一个实施例中，第二量的能量124被施加在熔池100的宽度（W）之外的区域中。例如，第二量的能量124可以被施加于在基底105中形成的熔池100的相对侧中的一个或多个上的区域132，如下面将进一步详细说明并且如图5中所示的。在某些实施例中，第二量的能量124也被施加在熔池100的宽度（W）内，这也可以使熔池100变宽和成形。

在该实施例中，第二量的能量124加热宽度（W）之外的区域，但是其本身不足以熔化区域132中的基底。然而，要理解的是，来自熔池100的热可足以熔化基底105的一部分，特别是在熔池100的周缘处。对熔池100的宽度（W）之外的区域的加热增加了熔池100周围的基底105的温度，并且因此，例如沿焊缝的行进方向，有效地降低了熔池的再凝固速率。此外，绕熔池100的冷却速率降低因为通过降低冷却速率而有效地影响、例如扩宽（相对于没有这种侧加热的过程）熔池100的后缘区域106的形状。通过控制第二量的能量124的施加模式，可以形成熔池100的轮廓形状102。在一个实施例中，第二量的能量124被选择成将基底105和附近的凝固沉积物加热到低于其熔化温度的从1℃至300℃的温度。

在一个实施例中，第一能量源116和第二能量源122（无论是不同的还是时间共享的单一源）可以沿基底105的长度共同沿焊接方向128移动。替代性地，基底105可以相对于可呈静止的能量源116、122沿焊接方向128移动。

此外，第一能量源116和第二能量源122可以沿彼此相同的方向移动。在另一实施例中，如图5中所示，一个能量源116可沿第一方向移动，并且第二能量源122可沿不同的第二方向移动。例如，如图5中所示，第一能量源116可沿焊接方向128移动，而第二能量源122可沿横向于焊接方向128的方向130移动。以这种方式，可以维持第一能量源116的正常行进速度，而第二能量源122可以跟随第一能量源116，以在例如区域132的熔池100的宽度（W）之外的区域处加热基底105，以控制熔池的冷却速率，如本文所述。如图所示，预期第二能量源122还可以加热熔池100的内部区域。

在一个实施例中，区域132是设置在熔池100的两个侧部123上的区域，所述侧部在熔池100的前缘和后缘之间限定和延伸。与熔池100相邻的待加热的区域132中的任一个的尺寸可以是实现期望的结果所需的任何尺寸，并且本领域技术人员将可容易地确定。

在某些实施例中，如图5中所示，沿焊接方向128施加第一量的能量，并且以Z字形模式134施加第二量的能量124，但第一能量源116和/或第二能量源122的移动可以遵循任何其他合适的模式。

在某些实施例中，为了获得能量的差异施加，第一量的能量118具有比第二量的能量124大的功率密度和/或频率，使得第一量的能量118有效地形成熔池100，而第二量的能量124加热至少熔池的宽度（W）之外的区域，如图5中所示。

在其他实施例中，与第二量的能量124相比，以更长的持续时间或以更频繁的间隔来施加第一量的能量118以实现期望的效果。要理解的是，第一量的能量118和第二量的能量124的施加顺序没有限制。例如，如在第二能量源122在形成熔池100的前缘之后施加第二量的能量124的情况下，可以在开始施加第一量的能量118之后施加第二量的能量124。替代性地，例如，第一量的能量118可以与第二量的能量124同时施加或在施加第一量的能量118之后施加。此外，能量的施加在输送上可以是连续的或脉冲式的。

上述实施例描述了使用两个能量源116、122来形成具有轮廓形状102的熔池100。然而，要理解的是，可以利用更少或更多数量的能量源。在一个实施例中，利用单能量源。在特定实施例中，单能量源与激光光纤一起被用于在基底上提供一个或多个能量束。参照图6，例如，二合一光纤135可以与例如第一能量源116之类的单能量源组合使用，以提供具有轮廓形状102的熔池100。如图6中所示，例如，二合一光纤135包括内芯136和围绕内芯136的外环138。二合一光纤可从Trumpf, Inc.（Plymouth Township，Ml）商购获得。在一个实施例中，二合一光纤135提供通过内芯136的第一量的能量118和通过光纤135的外环138的第二量的能量124。以这种方式，第一量的能量118可以有效地在基底105中形成熔池100，如本文所述。此外，利用单能量源，第二量的能量124可以接触熔池100的宽度（W）之外的区域，例如区域132，以便至少在该熔池100的后缘区域106处减少熔池100的凝固，如本文所述。

不同的第一和第二量的能量的产生可以如上所述来实现，例如通过以比通过环138的第二量的能量更大的强度或更长的持续时间来施加通过芯136的第一量的能量118。在特定实施例中，例如，键孔120（图4）和相邻的熔池100可通过行进通过内芯136的第一量的能量118来形成，并且键孔120和熔池100之外的宽度可通过行进通过外环138的第二量的能量124来加热。

现在参照图7，其示出了可通过施加第一量的能量118来形成在基底105中的熔池100，并且第二量的能量124在熔池100的宽度（W）之外将能量施加于基底105，以便如本文所述（图5）至少在熔池100的后缘区域106处减少熔池100的凝固。此外，在这方面，附加量的能量144可以在例如位置146的熔池100内远离宽度（W）的中心线112的任何位置处施加于熔池100，如图7中所示。附加的能量144还有效地在熔池100的侧部123的边缘148处加热熔池，并且至少在边缘148处降低熔池100的凝固速率。在一个实施例中，边缘148至少包括熔池100的后缘区域106的边缘。通过将附加的热施加于后缘区域106的至少边缘148，使后缘区域106保持相对较热，这导致后缘区域106以与熔池100的前缘区域基本上相同的速率冷却（或者比不施加附加能量的情况下接近）。这可以导致有利地影响凝固材料的形状，这例如是通过提供基本上对称和椭圆形的凝固熔池（2D）以及球形、椭圆体或类似表面形状的固/液界面（3D）。

在一个实施例中，第三能量源150施加附加量的能量144，如图7中所示，而第一能量源116施加第一量的能量118，并且第二能量源122施加第二量的能量124，如先前所解释的（图5）。替代性地，可以由来自第一能量源116和/或第二能量源122的时间共享的能量来施加附加能量144。附加量的能量144可以按照任何合适的模式来施加，例如，按照横向于中心线112的Z字形模式。替代性地，可以沿焊接方向128（图4）施加附加量的能量144。

在某些实施例中，第二量的能量124和附加能量144（如果施加）可以侧向运动振荡，或者甚至沿期望的方向（例如，128和/或130）进入和离开它们相应的源所处理的平面振荡，以进一步细化凝固晶粒，并使潜在的偏析物（segregant）或工件114从中心线112散开。在任何情况下，对第一量的能量118施加附加的能量被认为导致焊接应力的重定向和均匀化，否则该焊接应力会在单一源、单向过程能量施加的情况下集中。此外，如本文所解释的附加能量施加可促进一定程度的焊接后应力消除热处理。

在又一实施例中，预期可以在不在熔池100的宽度（W）之外施加热的情况下形成具有如下轮廓形状102的熔池100，即：该轮廓形状102具有曲线和/或曲面的固/液界面。例如，第一能量源118施加能量以形成熔池100的至少前缘区域，而第二能量源122施加能量以形成熔池的后缘区域106，如关于图5所示和所解释的。然而，在这种情况下，第一和第二能量都不施加在熔池的宽度（W）之外的基底上，但仍然有效地提供图3A-3B中所示的轮廓形状102。

例如，第一量的能量118和第二量的能量124可以各自按照同心的模式来施加，如图8中所示。该模式中的任何一条路径都可能与另一条路径重叠。此外，尽管每条路径被示出为在某一时间点处在一定方向上是基本上线性的，但是应当理解，能量的施加不限于此。还可以设想在相关联的能量源或基底沿特定方向移动时沿任何方向的侧向移动。在一个实施例中，将第二量的能量124施加到比第一量的能量118要大的程度。例如，第二量的能量124可以相对于第一量的能量118以更长的持续时间，以更频繁的间隔来施加，和/或施加至更大的表面区域。

如之前提到的，在本文所述的任何过程中，期望提供具有曲线和/或曲面的固/液界面的熔池100。术语“曲线（curvilinear）”是指弯曲的线，并且术语“曲面（curviplanar）”是指弯曲的面。“曲面”还意味着不存在与熔池的平面相关联的直线（在下文中例如在锥形或圆柱形的情况下可能具有的直线）。因此，如图9A和图9C中所示，在工艺平面（2D）上从上往下观察的熔池能够示出直的（线性）150或弯曲的（圆形、椭圆形或类似形状（曲线152））固/液界面线。在一个方面，本文所述的过程提供了曲线的固/液界面。

此外，如果能够以3D方式（例如，通过多位置X射线等）来观察熔池100，则固/液界面的表面可以表示面154。如果面154是锥形156（如由泪滴形的焊池可预期的）（参见图9B），则它将具有如在横截面中观察相对直的侧面，并且晶粒158将朝向共同的焊缝中心线生长。如果该面是例如由椭圆形的焊池将预期到的曲面160，则其侧面将是弯曲的，并且晶粒158将必须具有多个定向以从固/液界面生长，如图9D中所示。因此，本发明的各方面提供了具有一定固体/界面的熔池，该熔池还具有曲面的固/液界面。

要理解的是，可以控制通过任何施加的能量产生的熔体的深度，以便在熔池的深度内提供期望的形状。例如，如本领域技术人员将理解的，这可以通过控制能量施加的参数来实现，例如控制脉冲持续时间、脉冲持续时间、频率和/或其他任何合适的参数。在一个实施例中，熔池100仅包括最小（如果存在）的平面液体/固体界面。在特定实施例中，不存在熔池100的平面液体/固体界面。

对于本文所述的过程而言，基底105可包括将受益于本文所述的过程的任何材料。在某些实施例中，基底105包括超合金材料。术语“超合金”在本文中如它在本领域中通常使用的方式来使用，即是指即使在高温下也表现出优异的机械强度和耐蠕变的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。超合金通常包括高的镍或钴含量。示例性超合金包括但不限于以如下商标和品牌名称来销售的合金，即：Hastelloy，Inconel合金（例如，IN 738、IN 792、IN 939）、Rene合金（例如，Rene N5、Rene 41、Rene 80、Rene 108、Rene 142、Rene 220）、Haynes合金、Mar M、CM 247、CM 247 LC、C263、718、X-750、ECY 768、262、X45、PWA 1483和CMSX（例如，CMSX-4）单晶合金、GTD 111、GTD 222、MGA 1400、MGA 2400、PSM 116、CMSX-8、CMSX-10、PWA 1484、IN 713C、Mar-M-200、PWA 1480、IN 100、IN 700、Udimet 600、Udimet 500以及铝化钛等。替代性地，基底105可包括陶瓷材料。

形成熔池100并加热熔池100的宽度（W）或周缘126之外的区域132的一个或多个能量源可以是足以实现相应目标的任何合适的能量源。在一个实施例中，例如源116、122中的任一者或两者的所述一个或多个能量源可以是激光能量源。要理解的是，本领域技术人员将能够识别参数并且理解以什么方式来改变参数，以便提供如本文所述的具有期望的形状的熔池100。这样的参数可以包括但不限于功率密度、脉冲持续时间、脉冲间隔、频率、二合一光纤的使用、能量源的数量、混合（例如，等离子体和激光）源的使用、源和基底之间的间距等。

在本文所述的任何实施例中，要理解的是，可以根据需要来控制熔池100的深度，并且因此，控制基底105的熔化。如上文提到的，预期熔池100的一部分（例如，如图3A中所示的区域140）相对于熔池100的其余部分从基底105的顶表面起可具有较短的深度。以这种方式，熔池100可具有曲线和曲面的固/液界面，以便改善工件的间隙和来自熔池100的孔隙。

在某些实施例中，通过所述一个或多个能量源施加于基底105的能量的量以某种方式非均匀地施加或者包括功率梯度。例如，形成熔池100的能量源可以特定的预定功率密度开始熔化，该功率密度在预定的时间间隔期间逐渐增加以形成键孔和/或熔池。这具有减少湍流的可能性，所述湍流通常造成缺陷，例如孔或其他不期望的夹杂物。

此外，尽管熔池100的轮廓形状102从顶视图被示出为是相对椭圆形的形状，但是应当理解，本发明并不限于此。预期的是，可以形成其他形状，并且熔池100不具有泪滴形状22，使得工件114不会如图2中所示沿熔池100的中心线30偏析。此外，本文所提供的熔池形状可以是相对于泪滴形熔池沿中心线提供减小的应力以及提供孔隙在再凝固之前从熔池逸出的更大可能性的任何一种。

为了执行本文所描述的方法，可以设置与至少所述一个或多个能量源直接或无线通信的一个或多个控制器。例如，在图4中，控制器142被示出为与第一能量源116和第二能量源122通信。所述一个或多个控制器可以利用用于控制能量源的软件/硬件来编程或可以具有用于控制能量源的软件/硬件。因此，所述一个或多个控制器被配置为执行用于调整参数的计算机可读指令，所述参数例如如上所述的功率密度、脉冲持续时间、频率以及能量源或基底的行进方向等。在某些实施例中，设置例如温度传感器的一个或多个传感器来监测熔化过程。所述一个或多个传感器也与控制器142通信。因此，所述一个或多个控制器142可以包括用于从所描述的一个或多个传感器接收信息的一个或多个输入，所述信息例如基底上的温度或过程位置周围的应力分布等。

控制器142可以包括：例如，包括微处理器的专用计算机、微型计算机、工业控制器、可编程逻辑控制器、离散逻辑电路或其他合适的控制装置。在一个实施例中，控制器142包括输入通道、存储器、输出通道和计算机。如本文所使用的，术语“计算机”可以包括处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路以及其他可编程电路。存储器可以包括计算机可读介质或存储设备，例如软盘、光盘只读存储器（CD-ROM）等。在一个实施例中，控制器142包括用于执行本文所述的方法的任何方面或用于控制本文所述的系统的任何方面的计算机可读指令。

本文所述的过程可在适当的助焊剂条件下进行，以为熔池100屏蔽大气氧。在某些实施例中，本文所述的过程可在氩气或其他惰性气体（通过附图标记21示出）的流动流存在于熔池100之上的情况下进行，所述氩气或其他惰性气体为熔池100屏蔽大气氧，如图1中所示。

在其他实施例中，可以将如美国公开的专利申请号2013/0136868（其全部内容在此通过引用结合于本文中）中所述的尺寸和组成的助焊剂粉末引入到基底和/或熔池上，以类似地为熔池屏蔽大气氧。使用助焊剂粉末具有多种与之相关联的优点，包括在熔池的顶表面处形成熔渣层，这有助于从熔池带走污染物并且使本身隔离以及控制散热，从而影响焊池的形状和应力。此外，如果本文所述的任何过程将被用作增材制造过程，则添加材料可以是超合金粉末的形式，所述超合金粉末被施加于熔池或在熔池形成之前施加，如U.S. 2013/0136868中所述。

虽然本文已示出和描述了本发明的各种实施例，但将显而易见的是，这样的实施例仅作为示例提供。可以作出许多变型、改变和替换，而不脱离本文中的发明。因此，本发明意在仅通过所附权利要求的精神和范围来限制。