用于焊接具有不同组分的工件的过渡件的制作方法

本公开内容总体上涉及焊接，并且具体而言，涉及用于焊接具有不同组分的工件的过渡件。

背景技术：

焊接是用于将两种或更多种材料接合在一起的制造工艺。几乎所有工业中(包括制造过程及过程控制工厂)都使用焊接。通常，焊接涉及将两个工件熔化在一起并添加填充材料以形成熔融材料池，该熔融材料冷却或干燥以形成接头。工件通常是金属或金属合金的组分，而填充材料通常为金属或金属合金。例如，存在许多不同类型的焊接，诸如，例如气体保护钨极电弧焊、气体金属电弧焊、药芯电弧焊、屏蔽金属电弧焊等。

在将两种不同金属和/或金属合金熔化在一起时，可出现冶金学问题。例如，在焊接两个钢合金工件(例如，22级钢(例如，ASTM A387)及91级钢)时，针对不同钢中的铬含量或浓度，存在陡峭梯度。22级钢具有约2.25重量百分比(％)的铬含量，而91级钢具有约9.00重量％的铬含量。在焊后热处理期间和/或在相对高温区域中使用工件期间，在22级钢与91级钢之间会由于不同铬含量而发生碳扩散。碳扩散会在较低铬金属(即，22级钢)中导致强度和/或蠕变抗力降低。即使在使用具有介于22级钢及91级钢的铬含量之间的铬含量的填充材料，铬含量梯度仍会导致22级钢与91级钢之间的碳扩散。

技术实现要素：

鉴于现有技术中将两种不同金属和/或金属合金熔化在一起时，可出现诸如发生碳扩散从而导致强度和/或蠕变抗力降低之类的冶金学问题，提供了用于焊接具有不同组分的工件的过渡件。根据本实用新型的一个方面,提供了一种示例性的过渡件，其包括在第一工件的第一端上沉积第一焊接层。 所述第一工件具有第一含量的金属元素，且所述第一焊接层具有第二含量的所述金属元素，所述第二含量高于所述第一含量。所述示例性的过渡件包括在所述第一焊接层与第二工件的第二端之间沉积第二焊接层以将所述第一工件耦合到所述第二工件。所述第二焊接层具有第三含量的所述金属元素，所述第三含量高于所述第二含量，且所述第二工件具有第四含量的所述金属元素，所述第四含量高于所述第一含量。

在一个示例中,所述第一焊接层包括被焊接到所述第一工件的所述第一端的第一填充材料，所述第一填充材料具有所述第二含量的所述金属元素。

在一个示例中,所述第二焊接层包括被焊接在所述第一焊接层与所述第二焊接层的第二端之间的第二填充材料，所述第二填充材料具有所述第三含量的所述金属元素。

在一个示例中,所述第一填充材料包括编织在一起的第一焊丝及第二焊丝，所述第一焊丝具有第五含量的所述金属元素且所述第二焊丝具有第六含量的所述金属元素，以在所述第一焊接层中实现所述第二含量的所述金属元素，所述第六含量不同于所述第五含量。

在一个示例中,所述第二填充材料包括编织在一起的第三焊丝及第四焊丝，所述第三焊丝具有第七含量的所述金属元素且所述第四焊丝具有第八含量的所述金属元素，以在所述第二焊接层中实现所述第三含量的所述金属元素，所述第八含量不同于所述第七含量。

在一个示例中，所述第二焊丝的所述第六含量与所述第三焊丝的所述第七含量是实质上相同的。

在一个示例中，所述第一焊接层包括被送丝焊接到所述第一工件的所述第一端的第一丝状焊条及第二丝状焊条。

在一个示例中，所述第一丝状焊条被以第一速率馈送且所述第二丝状焊条被以第二速率馈送，以形成所述第一焊接层，所述第一丝状焊条具有第五含量的所述金属元素，所述第五含量高于所述第一含量，且所述第二丝状焊条具有第六含量的所述金属元素，所述第六含量高于所述第五含量。

在一个示例中，所述第二焊接层包括被送丝焊接以形成所述第二焊接层的所述第一丝状焊条及所述第二丝状焊条。

在一个示例中，所述第二焊接层包括以低于第一速率的第三速率馈送 的所述第一丝状焊条和/或以高于所述第二速率的第四速率馈送的所述第二丝状焊条。

在一个示例中，第三层被沉积在所述第一焊接层上，所述第二焊接层将被沉积在所述第三焊接层与所述第二工件的所述第二端之间以将所述第一工件耦合到所述第二工件，所述第三焊接层具有第五含量的所述金属元素，所述第五含量高于所述第二含量且低于所述第三含量。

在一个示例中，所述第四含量高于所述第三含量。

在一个示例中，所述金属元素为铬。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种焊接具有不同组分的工件的另一示例性的过渡件，其包括基底，所述基底将被焊接在具有第一含量的金属元素的第一工件与具有第二含量的金属元素的第二工件之间，以将所述第一工件耦合到所述第二工件。所述第二含量高于所述第一含量。所述基底具有与所述第一工件实质上相同的组分。所述基底包括第一端及与所述第一端相对的第二端。所述设备还包括设置或沉积在所述基底的所述第二端上的第一焊接层。所述第一焊接层具有第三含量的所述金属元素，所述第三含量高于所述第一含量且低于所述第二含量。所述基底的所述第一端将被焊接到所述第一工件，且所述基底的所述第二端将通过在所述第一焊接层与所述第二工件之间沉积具有第四含量的所述金属元素的第二焊接层而焊接到所述第二工件。所述第四含量高于所述第三含量。

在一个示例中，所述基底包括管。

在一个示例中，所述第一焊接层形成所述基底的所述第二端上的第一斜面。

在一个示例中，所述第二焊接层将被沉积在所述第一焊接层的所述第一斜面与所述第二工件上的第二斜面之间。

在一个示例中，还包括设置在所述基底的所述第二端与所述第一焊接层之间的焊接层，所述焊接层中的每一个焊接层的所述金属元素的含量都高于相邻焊接层的所述金属元素的含量。

在一个示例中，所述金属元素为铬。

根据本实用新型的又一个方面，提供了另一示例性的过渡件，其包括经由焊机熔化第一工件的第一端上的第一填充材料来形成的第一焊接层。 所述第一工件具有第一含量的金属元素。所述示例性的过渡件还包括经由所述焊机熔化所述第一焊接层与第二工件的第二端之间的第二填充材料来形成的第二焊接层，以将所述第一工件耦合到所述第二工件。所述第二工件具有第二含量的所述金属元素，所述第二含量不同于所述第一含量。所述第一填充材料及所述第二填充材料的含量在所述第一含量与所述第二含量之间。

在一个示例中，所述第一含量高于所述第二含量。

在一个示例中，所述第一填充材料包括编织在一起的第一组焊丝，且所述第二填充材料包括编织在一起的第二组焊丝，所述第一组焊丝及所述第二组焊丝中的所述焊丝中的每一个包括三种类型焊丝中的一种。

在一个示例中，所述第一焊接层还被配置为通过执行所述第一填充材料的多次过程来形成在所述第一工件的所述第一端上。

在一个示例中，所述金属元素为铬。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于，使得不同组分的工件之间的金属元素含量的梯度或改变更具渐进性，从而降低和/或消除不利焊接影响的可能性。

附图说明

图1是根据本公开内容的示例性方法的使用两个示例性焊接层焊接在一起的两个工件的透视横截面视图。

图2是用于耦合第一工件和第二工件的示例性过渡件的透视横截面视图。

图3是耦合在第一工件与第二工件之间的图2的示例性过渡件的透视横截面视图。

图4是将被焊接在一起的被实施为第一管(pipe)的第一工件及实施为第二管的第二工件的壁的横截面视图。以第一斜面形式的多个示例性焊接层设置在第一工件的一端上。

图5是焊接在一起的图4的第一工件及第二工件的横截面视图。

图6示出可用于形成图1-5的示例性焊接层中的任一个示例性焊接层的示例性填充材料。

图7示出可用于形成图1-5的示例性焊接层中的任一个示例性焊接层的另一种示例性填充材料。

图8是可用于形成图1-5的示例性焊接层中的任一个示例性焊接层的具有示例性送丝焊机的示例性焊接系统的示意图。

图9是示出将两个工件焊接在一起的示例性方法的流程图，该示例性方法可使用图6及图7的示例性填充材料和/或图8的示例性焊接系统来实施以形成图1-5的示例性焊接层中的任一个示例性焊接层。

图10是供与本文中公开的示例一起使用的处理器平台的图示。

这些图未必按比例绘制。相反，为使多个层及区域清晰，可在附图中放大层的厚度。只要有可能，就将在附图和伴随的所撰写的说明书中使用相同附图标记来指代相同或类似部件。

具体实施方式

在将不同金属和/或金属合金焊接在一起时，通常会出现冶金学问题。钢(通常，由铁与碳组分)通常与其它元素(例如，金属元素)或成分(例如，合金剂(alloyant))(诸如，锰、镍、铬、钼、钒、硅及硼)形成合金。这些元素的的含量或重量(或质量)百分比可变化以产生不同类型的钢合金。然而，在焊接具有不同组分(例如，不同含量的特定元素)的钢合金时，通常会出现冶金学问题。例如，当焊接诸如22级钢和91级钢的钢合金的两个工件(例如，将被耦合的两个端件或部件)时，关于钢中的铬含量存在陡峭梯度(例如，相对大的改变)。22级钢具有约2.25重量％的铬含量，其低于91级钢(其具有约9.00重量％的铬含量)中的铬含量。陡峭铬含量梯度是碳扩散的驱动力，且在焊接后热处理期间和/或在相对高温/应力环境中使用期间，由于铬含量梯度而在不同钢之间发生碳扩散。换句话说，来自较低铬金属(例如，22级钢)的碳扩散到较高铬金属(例如，91级钢)中。碳扩散在较低铬金属(即，22级钢)中导致强度和/或蠕变抗力降低。

通常，焊接涉及将填充材料与两个工件的多种金属/一种金属(metals/metal)合金熔化以形成熔融材料池，该材料冷却以形成将所述工件键合在一起的焊接点(例如，焊珠、焊接层等)。填充材料可以是例如包覆焊条(covered electrode)、裸焊丝(bare electrode wire)和/或管状焊丝。 填充材料可具有与被焊接工件不同的组分。例如，填充材料可以是具有在第一工件与第二工件的铬含量之间的铬含量(例如，约5重量％的铬)的金属合金。然而，即使在使用这种填充材料时，仍会在较低铬金属与较高铬金属之间存在铬梯度，并且因此，发生碳扩散。

本文中公开的示例性方法及设备降低和/或实质上消除焊接具有不同组分或元素含量(例如，金属元素、合金剂)的两个工件(例如，将被耦合在一起的两个组件)的不利影响。例如，示例性方法及设备可用于降低和/或实质上消除具有不同铬含量的两个工件之间的碳扩散。通常，本文中公开的示例性方法包括在两个工件之间沉积焊接层，其中焊接层具有多种组分(例如，化学成分)，其中一种或多种元素(例如，金属元素)的含量(例如，质量或重量百分比)落在两个工件中组分或元素含量的范围之间。所得到的焊接层产生较不突然地从工件中的一个过渡到另一个工件的组分。例如，对于具有不同铬含量(例如，铬的重量百分比是不同的)的工件，焊接层可具有跨焊接层更渐进过渡的铬含量。换句话说，在一端处焊接层的组分实质上更类似于将被焊接的工件中的一个的组分，而在另一端处焊接层的组分实质上类似于另一个将被焊接的工件的组分。因此，两个工件之间的焊接层的铬含量的梯度(例如，铬含量的改变)更具渐进性。此渐进过渡形成可低于通常导致碳扩散的阈值的铬含量梯度。因此，会降低和/或实质上消除工件与相邻焊接层之间和/或跨焊接层的碳扩散的可能性。

本文中公开的示例性设备是将焊接在两个工件之间的过渡件。过渡件包括基底，该基底可以是与工件中的第一个工件相同的材料(例如，具有相同铬含量)。一个或多个焊接层设置在基底的将被耦合到工件中具有不同组分的第二个工件(例如，该工件具有不同铬含量)的端。一个或多个焊接层可具有多种组分，其中一种或多种元素(例如，金属元素)的含量在含量上增加或降低(例如，元素的重量百分比)，以提供到第二工件的过渡。例如，焊接层可具有增加或降低的铬含量，此导致跨焊接层的相对较不陡峭(例如，更渐进或适度)的铬含量梯度。示例性过渡件可通过将基底的第一端焊接到第一工件且将一个或多个焊接层(例如，在基底的第二处)焊接到第二工件而焊接在两个工件之间。一个或多个焊接层产生跨焊接层 更渐进过渡的铬含量。所得到的铬梯度是相对渐进的，并且因此降低和/或实质上消除碳扩散的可能性。

本文中公开的示例性方法及设备可使用利用填充材料的任一类型的焊接工艺(例如，气体保护钨极电弧焊(GTAW)、气体金属电弧焊(GMAW)、电渣焊(ESW)、埋弧焊(SAW)、屏蔽金属电弧焊(SMAW)(即，粘附焊)、药芯电弧焊(FCAW)等)来实施。也可实施使用填充材料的其它类型焊接(例如，利用填充材料的气焊或氧乙炔焊接)。

在使用本文中公开的示例性方法沉积焊接层和/或产生本文中公开的示例性过渡件时，可采用具有不同含量的元素(例如，金属元素)的不同填充材料。在本文中公开的一些示例中，该填充材料实施为两个或更多个焊棒或焊丝(例如，丝状焊条(wire electrode)或焊丝(electrode wire))，其绞合或编织在一起以形成其组分具有金属元素的所期望含量的填充材料。使用具有不同含量的两个或更多个焊丝或焊棒的组合使得焊机能够形成具有多个不同可能含量的多个不同焊接层，同时采用较少类型的市售焊丝牌号(grade)。在一些示例中，使用具有两个丝状焊条的送丝焊机来产生示例性焊接层。例如，丝状焊条可具有不同含量的元素，且焊丝的速度或馈送速率可调节以产生所得到的焊接层的不同元素含量。虽然本文中公开的示例中的许多示例是关于降低两种金属合金之间的金属元素(诸如，铬)的含量的梯度来描述的，但本文中公开的示例性方法及设备可实施以提供当焊接在一起时可具有不利影响的任何不同材料之间的过渡。换句话说，本文中公开的示例可用来接合具有不同含量(例如，质量或重量百分比)的任何元素(例如，金属、非金属、类金属)的材料，此原本可在焊接在一起的情况下产生负面影响或非期望影响(例如，强度降低)。

现转到附图，图1示出根据本文中公开的示例性焊接方法实施的示例性焊接点100，以降低和/或消除在焊接具有不同组分或含量的合金剂或金属元素(例如，过渡金属，诸如钒、钨、钛、铌等)的两个工件时产生的不利影响或负面影响。例如，焊接点100可用于降低和/或实质上消除具有不同铬含量的两个工件之间的碳扩散。在所示出的示例中，第一工件102经由示例性焊接点100耦合(例如，接合)到第二工件104。第一工件102可以是具有第一铬含量的金属合金，且第二工件104可以是具有第二铬含 量的另一金属合金，第二铬含量高于第一工件102的第一铬含量。例如，第一工件102可以是具有约2.25重量％的铬含量(例如，标称铬含量)的22级钢合金，且第二工件104可以是具有约9.00重量％的铬含量的91级钢合金。因此，如果使用已知技术将第一工件102与第二工件104焊接在一起，那么跨在第一工件102与第二工件104之间的焊接点将存在铬含量梯度。因此，第一工件102(例如，较低铬工件)中的碳将朝向第二工件104(例如，较高铬工件)扩散或迁移，并且因此，将降低第一工件102的强度和/或蠕变抗力。

为降低第一工件102与第二工件104之间的碳扩散，示例性焊接点100包括第一焊接层106及第二焊接层108。第一焊接层106沉积(例如，“涂抹(butter)”、图案化、铺设)在第一工件102的第一端110上且具有高于第一工件102的第一铬含量并且低于第二工件104的第二铬含量的铬含量。第二焊接层108(其沉积在第一焊接层106与第二工件104的第二端112之间)具有高于第一焊接层106(和/或第一工件102)的铬含量且低于第二工件104的第二铬含量的铬含量。例如，第一焊接层106可具有约4.00重量％的铬含量，且第二焊接层108可具有约6.00重量％的铬含量。换句话说，铬含量在第一工件102的第一端110与第二工件104的第二端112之间渐进增加。因此，形成在第一工件102的第一端110与第二工件104的第二端112之间的铬含量的梯度与利用已知技术所产生的铬含量的梯度相比较为不陡峭或更具渐进性，并且因此，降低或实质上消除碳扩散的可能性。

在图1的所示出的示例中，两个焊接层形成示例性焊接点100。然而，在其它示例中，可使用多于两个焊接层来形成示例性焊接点100。在这种示例中，焊接层(以最接近第一工件102的焊接层开始)中的每一个焊接层具有逐渐增加的铬含量。因此，第一工件102与第二工件104之间的铬含量梯度会降低或减少。另外，虽然将此方法描述为以最低铬含量焊接层开始，但可相反地执行此过程。换句话说，可将第二焊接层108沉积在第二工件104的第二端112上，且然后可将第一焊接层106沉积在第二焊接层112与第一工件102的第一端110之间，以将第一工件102与第二工件104耦合在一起。

图2示出示例性过渡件200，示例性过渡件200可用于耦合具有不同组分或含量的合金剂或金属元素(例如，过渡金属)的两个工件且降低将这种工件焊接在一起的负面影响或不利影响。例如，过渡件200可用于降低具有不同铬含量的工件之间的碳扩散。在所示出的示例中，第一工件202将被耦合到第二工件204。类似于图1中描述的工件，第一工件202可以是具有第一铬含量的金属合金(例如，22级钢)，且第二工件204可以是具有第二铬含量的另一金属合金(例如，91级钢)，第二铬含量高于第一工件202的第一铬含量。

为耦合或接合第一工件202与第二工件204，可将过渡件200焊接在第一工件202与第二工件204之间。在所示出的示例中，过渡件200包括具有第一端208及第二端210的基底206。在所示出的示例中，基底206实施为与第一工件202实质上相同的材料和/或具有实质上与第一工件202的第一铬含量类似的铬含量的材料。可使用具有与第一工件202和/或基底206实质上相同的铬含量的填充材料(例如，焊丝)将基底206的第一端208焊接到第一工件202的端212。因此，不产生实质性的铬梯度，并且因此，在第一工件202与过渡件200的基底206之间将不发生碳扩散。为降低基底206与第二工件204(例如，其具有相对较高的铬含量)之间的碳扩散的可能性，过渡件200包括第一焊接层216。在所示出的示例中，第一焊接层216的铬含量高于基底206的铬含量且低于第二工件204的第二铬含量。为将过渡件200耦合到第二工件204，可在第一焊接层216与第二工件204的端214之间沉积具有高于第一焊接层204的铬含量且低于第二工件204的铬含量的铬含量的焊接层。因此，铬含量梯度相对较不陡峭或更具渐进性，并且因此，降低和/或实质上消除碳扩散的可能性。

图3示出焊接在第一工件202与第二工件204之间的示例性过渡件200。在所示出的示例中，第二焊接层300沉积在第一焊接层216与第二工件204的端214之间。如上所述，第二焊接层300的铬含量可高于第一焊接层216且低于第二工件204的第二铬含量。因此，基底206的第二端210与第二工件204之间的铬含量梯度相对较不陡峭，并且因此，降低和/或实质上消除碳扩散的可能性。另外，为将第一工件202耦合到过渡件200，在过渡件200的基底206的第一端208与第一工件202的端212之间沉积第三焊接层 302。如上所述，第三焊接层302为实质上类似于第一工件202和/或基底206的材料和/或具有实质上与第一工件202和/或基底206类似的铬含量的材料。因此，在第一工件202与基底206之间将不发生碳扩散(例如，因为第一工件202、第三焊接层302及基底206的材料和/或铬含量实质上均为相同的)。

在一些示例中，可制造许多不同类型的示例性过渡件，使得替代在两个不同工件之间沉积焊接层中的每一个焊接层，可经由过渡件的每一端处的一个焊接点而将过渡件耦合在两个工件之间。例如，可针对工件的不同组合来制造具有带有不同金属元素含量(例如，不同铬含量)的不同基本材料和/或焊接层的过渡件。可选择适合的过渡件并将其焊接在两个工件之间以将两个工件耦合在一起。

在图2及图3的所示出的示例中，过渡件200的基底206实施为实质上类似于第一工件202的材料和/或具有实质上与第一工件202类似的铬含量的材料。然而，在其它示例中，过渡件200的基底206可替代地实施为实质上类似于第二工件204的材料和/或具有实质上与第二工件204类似的铬含量的材料。在这种示例中，一个或多个焊接层可替代地沉积在基底206的第一端208上以降低和/或实质上消除基底206与第一工件202之间的碳扩散。在一些示例中，基底206可以是具有不同于第一工件202的铬含量的材料。例如，基底206可具有高于第一工件202的第一铬含量的铬含量。在这种示例中，第三焊接层302的铬含量可在第一工件202的第一铬含量与基底206的铬含量之间。因此，第一工件202与第二工件204之间的铬含量梯度相对较不陡峭，并且因此，降低和/或实质上消除碳扩散的可能性。

另外，虽然图3中在过渡件200的基底206与第二工件204之间仅采用了两个焊接层(例如，第一焊接层216及第二焊接层300)，但在其它示例中，可在基底206与第二工件204之间沉积多于两个的焊接层。虽然图1-3中示出的示例性工件102、104、202、204是实质上平面的(例如，金属片)，但公开的方法和/或过渡件可与具有任何所期望形状或几何结构的任何类型的工件一起使用。

例如，图4示出将被接合的两个管的壁的横截面。示例性的多个焊接层400实施为将第一工件或管402耦合到第二工件或管404。第一工件402 具有第一铬含量且第二工件404具有第二铬含量，第二铬含量高于第一工件402的第一铬含量。对接焊通常用于将两个管接合在一起且涉及使两个管端的外部形成斜面以在其中可沉积焊接层的邻接管端处形成凹槽。在所示出的示例中，第一工件402的端406将被耦合到第二工件404的端408。焊接层400沉积到第一工件402的端406上。在所示出的示例中，焊接层400包括第一焊接层410、第二焊接层412、第三焊接层414、第四焊接层416、第五焊接层418、第六焊接层420及第七焊接层422。为产生相对低的铬含量梯度，连续层410-422中的每一层(图4中从左到右)相对于先前或相邻焊接层具有增加的铬含量。例如，第一焊接层410的铬含量高于第一工件402的第一铬含量，第二焊接层412的铬含量具有高于第一焊接层410的铬含量，第三焊接层414的铬含量高于第二焊接层412的铬含量，第四焊接层416的铬含量高于第三焊接层414的铬含量，第五焊接层418的铬含量高于第四焊接层416的铬含量，第六焊接层420的铬含量高于第五焊接层418的铬含量，以及第七焊接层422的铬含量高于第六焊接层420的铬含量。在所示出的示例中，第七焊接层422是通过多次过程(pass)形成的。在其它示例中，可执行更多或更少次过程。

在所示出的示例中，示例性焊接层400是斜面的(例如，成角度的、锥形的)，以在焊接层400与第二工件404的端408之间形成凹槽，该凹槽也是斜面的。在一些示例中，焊接层400沉积在第一工件402的端406上且然后经研磨或切削以形成斜面。另外或替代地，焊接层400可以以降低的宽度沉积在第一工件402的端406上，以形成斜面。例如，当以多次过程沉积第七焊接层422时，所述过程中的每一次过程(图4中从左到右)可沉积比先前过程更窄的焊接层，以形成斜面。

在图5的所示出的示例中，最终焊接层500沉积在多个焊接点400与第二工件404的端408之间，以将第一工件402耦合到第二工件404。最终焊接层500的铬含量可实质上类似于第七焊接层422的铬含量和/或第二工件404的第二铬含量。在一些示例中，最终焊接层500的铬含量高于第七焊接层422的铬含量且低于第二工件404的第二铬含量。因此，第一工件402的端406与第二工件404的端408之间的铬含量梯度较不陡峭，并且因此，降低和/或实质上消除碳扩散的可能性。

在一些示例中，第一工件402及多个焊接层400形成可焊接在两个管之间以将两个管耦合在一起的过渡件。例如，第一工件402的相对端可焊接到另一管(例如，上游管)，并且具有多个焊接层400的端406可焊接到第二工件404(例如，下游管)，以将所述管耦合在一起。

在图1-5的所示出的示例中，示例性焊接层106、108、216、300、302、410-422、500是通过将填充材料熔化在相邻材料上或熔化在相邻材料之间而形成。在一些示例中，填充材料可具有不同含量的合金剂或金属元素(例如，铬)。在一些示例中，多个填充材料可经组合以针对相对应的焊接层产生包含具有所期望金属元素含量的组分的所得到的填充材料。例如，图6示出可用于形成图1-5的示例性焊接层106、108、216、300、302、410-422、500中的一个或多个的第一示例性填充材料600及第二示例性填充材料602。在所示出的示例中，第一填充材料600包括绞合或编织在一起的第一焊丝或焊棒604及第二焊丝或焊棒606。第一填充材料600可使用例如GTAW来沉积。在所示出的示例中，第一焊丝604及第二焊丝606具有不同铬含量。然而，当经由GTAW工艺熔化在一起时，所得到的铬含量基于第一焊丝604及第二焊丝606的铬含量。在所示出的示例中，第二填充材料602也由具有不同铬含量且绞合或编织在一起的第一焊丝或焊棒608及第二焊丝或焊棒610形成。第一填充材料600及第二填充材料602可用于形成图1的示例性焊接点100的相应的第一焊接层106及第二焊接层108。

例如，图1的第一工件102可以是22级钢，其具有约2.25重量％的铬含量，且第二工件404可以是91级钢，其具有约9.00重量％的铬含量。第一填充材料600的第一焊丝604和/或第二焊丝606可的铬含量高于第一工件102的第一铬含量。因此，第一焊接层106的铬含量将高于第一工件102的第一铬含量。例如，第一焊丝604可具有约4.00重量％的铬含量，且第二焊丝606可具有约6.00重量％的铬含量。当第一填充材料600经熔化以产生第一焊接层106时，所得到的第一焊接层106具有例如约5.00重量％的铬含量。因此，第一焊接层106的铬含量将高于第一工件102的第一铬含量(例如，约2.25重量％)。此外，第二填充材料602的第一焊丝608和/或第二焊丝610的铬含量可高于第一填充材料600的第一焊丝604及第二焊丝606中的任一个或两者的铬含量和/或低于第二工件104的第二铬含量。 因此，第二焊接层108的铬含量将高于第一焊接层106的铬含量且低于工件104的第二铬含量。例如，第一焊丝608可具有约6.00％的铬含量，且第二焊丝610可具有约8.00重量％的铬含量。当第二填充材料602经熔化以产生第二焊接层108时，所得到的第二焊接层108将具有例如约7.00重量％的铬含量。因此，第二焊接层108的铬含量将高于第一焊接层106的铬含量且低于第二工件104的第二铬含量(例如，约9.00重量％)。取决于将被使用的焊接层的数目，可将这种示例性方法重复多次。因此，通过以不同组合来组合焊丝以针对相对应的焊接层而形成具有所期望合金剂或金属元素含量的填充材料，可利用几个焊丝或焊棒形成多个焊接层，每一个焊丝或焊棒具有不同含量的合金剂或金属元素(例如，铬)。

图7示出可用于产生图1-5的示例性焊接层106、108、216、300、302、410-422、500中的一个或多个示例性焊接层的另一种示例性填充材料700。示例性填充材料700包括绞合或编织在一起的第一焊丝或焊棒702、第二焊丝或焊棒704及第三焊丝或焊棒706。类似于图6的示例性第一填充材料600及第二填充材料602，可使用不同焊丝组合来形成填充材料700。

例如，图4及图5的第一工件402可以是22级钢，其具有约2.25重量％的铬含量(例如，标称铬含量)，且第二工件404可以是91级钢，其具有具有约9.00重量％的铬含量。以下的表1示出可用于形成图4及图5的示例性焊接层410-422中的每一个示例性焊接层的填充材料700的三种类型焊丝(例如，丝状焊条、填充材料)的示例性组合。

表1

“-B3”可以是例如ER90S-B3，其具有在约2.30-2.70重量％范围中的铬含量，“-B6”可以是例如ER80S-B6，其具有在约4.50–6.00重量％范围中的铬含量，且“-B8”可以是例如ER80S-B8，其具有在约8.00–10.50重量％范围内的铬含量。如表1中所示出，为形成第一焊接层410的填充材料700，将所有三个焊丝702-706实施为-B3。所得到的第一焊接层410具有约2.36重量％的铬含量。因此，第一焊接层410可具有比第一工件402的铬含量更高的铬含量，其可具有例如约1.90-2.60％的范围。为形成第二焊接层412的填充材料700，如表1中所示出，焊丝702-706中的两个焊丝实施为-B，且焊丝702-706中的一个焊丝实施为-B6。所得到的第二焊接层412具有约3.48重量％的铬含量。因此，第二焊接层412的铬含量(例如，约3.48重量％)高于第一焊接层410的铬含量(例如，约2.36重量％)。如示例性的表1中所示出的，此过程可针对焊接层410-422中的每一个焊接层而继续。所述层中的每一层随着远离第一工件402而具有增加的铬含量(例如，2.36％、3.48％、4.51％等)。为形成第七焊接层422的填充材料700，如表1中所示出，所有三个焊丝702-706均实施为-B8，此导致具有约8.81重量％的铬含量的焊接层。因此，第七焊接层422的铬含量低于第二工件402的铬含量，其可具有例如约8.00-9.50％的范围。通过产生其中连续焊接层具有渐进增加的铬含量的多个焊接层，跨焊接层410-422的铬含量梯度小于导致碳扩散的阈值。因此，降低和/或实质上消除碳扩散。

在这种示例中，使用三个焊丝或焊棒来形成填充材料700。然而，在其它示例中，可采用更多或更少类型的焊丝或焊棒来形成不同焊接层410-422的填充材料。另外，焊丝702-706可以是具有不同组分的其它类型的焊丝或焊棒。

图8示出用于降低和/或实质上消除经由焊接耦合具有不同组分或含量的合金剂或金属元素(例如，过渡金属)的两个工件的负面影响或不利影响的示例性系统800。示例性系统800可用于产生图1-5的示例性焊接层中 的任一个示例性焊接层。示例性系统800可用于例如降低通过焊接接合的两个工件之间的碳扩散。

在所示出的示例中，使用送丝焊机802在工件806上沉积多个示例性焊接层804。第一工件806可具有第一含量的诸如铬之类的金属元素。送丝焊机802可以是例如GMAW焊机、药芯焊机等。送丝焊机802包括手柄或焊枪808。在所示出的示例中，送丝焊机802包括馈送通过焊枪808的尖端814的填充材料(例如，丝状焊条)的两个卷轴(spool)810、812。第一卷轴810馈送第一焊丝816且第二卷轴812馈送第二焊丝818。第一焊丝816及第二焊丝818可具有不同含量的金属元素(例如，不同含量的铬)。

所示出的示例的送丝焊机802用于沉积由第一焊丝816和/或第二焊丝818形成的焊接层。为提供具有不同含量的金属元素的焊接层，示例性系统800的第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率是可独立调节的。例如，在形成第一焊接层820的第一次过程期间，第一焊丝816的第一馈送速率可相对高，且第二焊丝818的第二馈送速率可相对低。因此，更多的第一焊丝816经熔化而形成第一焊接层820。例如，如果第一焊丝816比第二焊丝818具有更低含量的金属元素，那么第一焊接层820也具有相对较低含量的金属元素。例如，如果金属元素为铬，那么所得到的第一焊接层820具有相对较低铬含量。取决于第一焊丝816及第二焊丝818中的铬的含量，第一焊接层820的所得到的铬含量可高于或低于工件806的铬含量。在形成第二焊接层822的第二次过程期间，可改变第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率。例如，第一焊丝816的第一馈送速率可低于在第一焊接层820的第一次过程期间的第一焊丝816的馈送速率。另外或替代地，第二焊丝818的第二馈送速率可高于在第一焊接层820的第一次过程期间的第二焊丝818的馈送速率。例如，如果第二焊丝818比第一焊丝816具有相对更高含量的金属元素，那么第二焊接层822也具有相对较高含量的金属元素(例如，高于第一焊接层820)。例如，如果金属元素为铬，所得到的第二焊接层822具有相对较高铬含量。此方法可用于沉积具有金属元素的所期望含量的多个焊接层。

示例性系统800可采用控制系统824来操作第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率。所示出的示例的控制系统824包括微处理器826、输入/ 输出模块828、比较器830及焊丝速度控制器832。例如，焊接技术员可输入第一焊丝816及第二焊丝818的所期望铬含量或速率以产生具有特定铬含量的焊接层。铬含量可基于多种因素，包括例如第一焊丝816及第二焊丝818的材料的类型、第一焊丝816及第二焊丝818的速度、所使用的屏蔽气体的类型、向第一焊丝816及第二焊丝818施加的电压、将被焊接的材料的类型等。当馈送第一焊丝816及第二焊丝818时，经由输入/输出模块828将与目标速度或所期望速度相对应的信号提供到微处理器826。控制系统824可确定第一焊丝816及第二焊丝818的速率是否在某个范围或阈值内以产生所期望的焊接层。例如，比较器830可将第一焊丝816及第二焊丝818的速率与通过例如参考数据提供的阈值进行比较。参考数据可包括例如基于若干因素的针对不同类型焊丝的阈值速率的表，该若干因素包括进行焊接的材料的类型、屏蔽气体的类型等。如果第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率过快和/或过慢，那么焊丝速度控制器832可调节卷轴810、812的速度，其改变第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率。可针对焊接技术员期望沉积的每一个焊接层来执行此操作。在一些示例中，可通过焊接机器人来执行焊接。在这种示例中，可将第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率存储在经执行以自动地控制机器人来产生所期望的焊接层的软件或程序代码中。

图9中示出了表示用于耦合具有不同组分或含量的合金剂或金属元素的两个工件并且用于降低和/或实质上消除通过焊接点耦合工件的负面影响或不利影响的示例性方法的流程图。图9中示出的示例性方法可用于产生图1-5及图8的示例性焊接点中的任一个示例性焊接点和/或实施图8的示例性系统800。在这种示例中，方法的至少一部分可使用机器可读指令来实施，所述机器可读指令包括用于由处理器(诸如以下结合图10论述的示例性处理器平台1000中示出的处理器1012)执行的程序。该程序可实施为存储于有形计算机可读存储介质上的软件，该有形计算机可读存储介质诸如是CD-ROM、软磁盘、硬驱动器、数字通用光盘(DVD)、蓝光光盘或与处理器1012相关联的存储器，但可选地，整个程序和/或其部分可由除处理器1012之外的装置来执行和/或实施为固件或专用硬件。此外，虽然参考图9中示出的流程图描述了示例性程序，但替代地可使用产生图1-5及图8的 示例性焊接点和/或实施图8的示例性系统800的许多其它方法。例如，可改变框的执行次序，和/或可改变，消除或组合所描述的框中的一些框。

如上所述，可使用存储在有形计算机可读存储介质上的编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实施图9的示例性方法的至少一部分，有形计算机可读存储介质诸如是硬盘驱动器、快闪存储器、只读存储器(ROM)、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、高速缓存、随机存取存储器(RAM)和/或其中将信息存储任何持续时间(例如，扩展的时间周期，永久地、短暂时刻、临时缓冲和/或信息的高速缓存)的任何其它存储装置或存储盘。如本文中所使用，术语有形计算机可读存储介质明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且排除传播信号并排除传输介质。如本文中所使用，“有形计算机可读存储介质”与“有形机器可读存储介质”可互换使用。另外或替代地，图9的示例性方法可使用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质上的编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实施，该非暂时性计算机和/或机器可读介质诸如是硬盘驱动器、快闪存储器、只读存储器、光盘、数字通用光盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中将信息存储任何持续时间(例如，扩展的时间周期，永久地、短暂时刻、临时缓冲和/或信息的高速缓存)的任何其它存储装置或存储盘。如本文中所使用，术语非暂时性计算机可读介质明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且排除传播信号并排除传输介质。如本文中所使用，当短语“至少”在权利要求书的导言(preamble)中用作过渡词时，其为开放式的，其方式与为开放式的术语“包括”相同。

图9示出表示用于耦合具有不同组分或含量的合金剂或金属元素(例如，过渡金属)的两个工件并且用于降低和/或实质上消除通过焊接点耦合工件的负面影响或不利影响的示例性方法900的示例性流程图。示例性方法900可用于产生图1-5中的示例性焊接点中的一个或多个示例性焊接点和/或实施图8的示例性系统800。示例性方法900可实施为在具有不同组分的两个工件之间沉积一个或多个焊接层，诸如例如，第一工件的铬含量低于第二工件的铬含量。示例性方法900包括在第一工件的第一端上沉积第一焊接层(框902)。在所示出的示例中，第一焊接层的金属元素的含量高于第一工件中金属元素的含量。例如，在图1的所示出的示例中，第一焊 接层106的铬含量高于第一工件102的第一铬含量。在示例性方法900中，可使用任何类型的焊接工艺(例如，包括GTAW、GMAW药芯等)来沉积第一焊接层。可使用具有金属元素(例如，铬)的所期望含量的填充材料来沉积示例性的第一焊接层。在一些示例中，例如，可通过绞合或编织在一起的两个或更多个焊丝或焊棒来形成填充材料，诸如例如，图6及图7的填充材料600、602、700。焊丝或焊棒可具有不同含量的金属元素，并且在一起熔化时，形成所得到的含量的金属元素。例如，如图6及图7中所示出，填充材料600、602、700可用于产生具有不同含量的铬的焊接层。另外或替代地，可利用送丝焊机来产生第一焊接层。例如，在示例性系统800中，送丝焊机802以不同速率馈送第一焊丝816及第二焊丝818，以产生具有不同含量的金属元素的焊接层。在这种示例中，方法900可包括将第一焊丝及第二焊丝送丝焊接(wire feed weld)到第一工件的第一端。

示例性方法900包括确定是否在第一焊接层上沉积另一个焊接层(框904)。如果不沉积另一个焊接层，示例性方法900包括在第一焊接层与第二工件的第二端之间沉积第二焊接层(框906)。第二工件比第一工件具有更高含量的金属元素，并且第二焊接层可比第一焊接层具有更高含量的金属元素。因此，第一工件的第一端与第二工件的第二端之间的金属元素含量的梯度为相对渐进的，并且因此，降低和/或实质上消除不利影响的可能性。例如，在图1中，第一焊接层106及第二焊接层108提供第一工件102与第二工件104之间的铬含量的渐进过渡。因此，第一工件102与第二工件104之间的铬含量的梯度相对更具渐进性，并且因此，降低和/或实质上消除碳的可能性。可与第一焊接层类似地沉积第二焊接层。例如，可使用任何类型的焊接工艺(例如，包括GTAW、GMA、药芯等)来沉积第二焊接层。可使用具有所期望含量的金属元素的填充材料来沉积示例性的第二焊接层。在一些示例中，例如，通过绞合或编织在一起的两个或更多个焊丝或焊棒来形成第二焊接层的填充材料，例如，图6及图7的填充材料600、602、700。第二焊接层的填充材料的焊丝中的一个或多个焊丝可类似于第一焊接层的填充材料的焊丝中的一个或多个焊丝(框902)。在其中使用送丝焊机的示例中，可调节第一焊丝及第二焊丝的速度或馈送速率以针对第二焊接层产生所期望含量的金属元素。例如，在示例性系统800中，送丝 焊机802可以以第一速率馈送第一焊丝816(例如，其具有相对较低铬含量)且以第二速率馈送第二焊丝818(例如，其具有相对较高铬含量)，以产生第一焊接层820。在产生第二焊接层822时，送丝焊机802可以以低于第一速率的第三速率馈送第一焊丝816和/或可以以高于第二速率的第四速率馈送第二焊丝818。所得到的第二焊接层822比第一焊接层820具有更高含量的金属元素(例如，铬)。

在一些示例中，可沉积多个焊接层以渐进地改变第一工件与第二工件的端之间的金属元素含量。在示例性方法900中，如果将在第一焊接层上沉积另一焊接层(框904)，那么方法900包括在先前焊接层(例如，第一焊接层)上沉积另一焊接层(例如，第二焊接层)(框908)。以类似于第一焊接层的方式沉积附加焊接层(框902)。附加焊接层比先前焊接层(例如，第一焊接层)具有更高含量的金属元素。例如，在图4及图5中，第二焊接层412(例如，附加焊接层)沉积在第一焊接层410上并且比第一焊接层410具有更高的铬含量。在一些示例中，附加焊接层是使用具有与第一焊接层的不同的组分的填充材料而形成。例如，填充材料可通过编织或绞合焊丝或焊棒的组合(例如，如表1中所示出的)来形成，以产生所期望的金属元素含量。在一些示例中，例如，在图8的示例性系统中，通过调节第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率来形成焊接层。示例性方法900可包括调节第一焊丝816及第二焊丝818的馈送速率以产生相对应的焊接层的所期望的金属元素含量。

示例性方法900包括确定是否将沉积另一焊接层(框910)。如果要沉积另一焊接层，那么方法900包括在先前焊接层(例如，第二焊接层)上沉积另一焊接层(例如，第三焊接层)(框908)。附加焊接层比先前焊接层(例如，第二焊接层)具有更高含量的金属元素。可将沉积附加焊接层(框908、910)的过程执行任何次数以产生多个焊接层。每当沉积另一焊接层时，附加焊接层比先前层具有更高含量的金属元素。因此，当焊接层堆叠在彼此的顶部时，跨焊接层的金属元素含量的梯度变得更具渐进性。

如果不将另一焊接层沉积到先前焊接层上(框910)，那么示例性方法900包括在先前焊接层与第二工件的第二端之间沉积最终焊接层(框912)。第二工件比第一工件具有更高含量的金属元素。最终焊接层比第一工件和/ 或先前焊接层具有更高的铬含量。在一些示例中，最终焊接层与先前焊接层具有相同的金属元素含量。例如，最终焊接层500沉积在第七焊接层422与第二工件404的端408之间。最终焊接层500的铬含量比第一工件402的第一铬含量和/或第七焊接层422的铬含量更高。在一些示例中，最终焊接层500可与第七焊接层422具有相同的铬含量。以此方式，将焊接层沉积在第一工件与第二工件之间以将第一工件与第二工件耦合在一起。焊接层中的每一个焊接层的金属元素含量在第一工件的金属元素与第二工件的金属元素含量之间。因此，第一工件与第二工件之间的金属元素含量的梯度或改变更具渐进性，并且因此，降低和/或消除不利焊接影响的可能性。在一些示例中，可对焊接点执行焊后处理(例如，热处理)。

也可相反地执行示例性方法900。换句话说，可以以比第二工件具有更低含量的金属元素的焊接层开始，将焊接层沉积到第二工件的第二端上。在一些示例中，可在第一工件及第二工件中的每一个工件上沉积一个或多个焊接层，并且可以在焊接层之间沉积最终焊接层以将第一工件与第二工件耦合在一起。

图10是示例性处理器平台1000的框图，示例性处理器平台1000能够执行指令，以实施图9的方法的至少一部分并且产生图1-5及图8的示例性焊接点中的一个或多个焊接点和/或实施图8的控制系统824。例如，处理器平台1000可以是服务器、个人计算机、移动装置(例如，蜂窝式电话，智能电话，诸如iPad^TM之类的平板电脑)、个人数字助理(PDA)、英特网器具或任何其它类型的计算装置。

所示出的示例的处理器平台1000包括处理器1012。所示出的示例的处理器1012为硬件。例如，处理器1012可由来自任何所期望系列或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实施。

所示出的示例的处理器1012包括本地存储器1013(例如，高速缓存)。所示出的示例的处理器1012经由总线1018与包括易失性存储器1014及非易失性存储器1016的主存储器进行通信。易失性存储器1014可由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其它类型的随机存取存储器装置来实施。非易失性存储器1016可由快闪存储器和/或任何其它所期望类型 的存储器装置来实施。对主存储器1014、1016的访问由存储器控制器来控制。

所示出的示例的处理器平台1000还包括接口电路1020。接口电路1020可通过任何类型的接口标准(诸如，以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCIexpress接口)来实施。

在所示出的示例中，一个或多个输入装置1022连接到接口电路1020。输入装置1022允许用户将数据及命令输入到处理器1012中。输入装置可由例如音频传感器、麦克风、相机(静态或视频)、键盘、按键、鼠标、触摸屏、轨迹球、isopoint和/或语音识别系统来实施。

一个或多个输出装置1024也连接到所示出的示例的接口电路1020。输出装置1024可例如由显示装置(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出装置，打印机和/或扬声器)来实施。因此，所示出的示例的接口电路1020通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片或图形驱动器处理器。

所示出的示例的接口电路1020还包括通信装置，诸如发射器、接收器、收发器、调制解调器和/或网络接口卡以促进经由网络1026(例如，以太网连接、数字用户线(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝式电话系统等等)与外部机器(例如，任何种类的计算装置)的数据交换。

所示出的示例的处理器平台1000还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储装置1028。此类大容量存储装置1028的示例包括软磁盘驱动器、硬驱动器磁盘、光盘驱动器、蓝光光盘驱动器、RAID系统及数字通用光盘(DVD)驱动器。

用以实施图9中的方法中的至少一部分的编码指令1032可存储在大容量存储装置1028、易失性存储器1014、非易失性存储器816中和/或可移动有形计算机可读存储介质(诸如，CD或DVD)上。

根据上文，将意识到的是，上述公开的方法及设备降低和/或实质上消除将两个不同工件(例如，由不同金属合金形成的部件)焊接在一起的不利影响。示例性方法及设备利用具有从工件中的一个工件向另一个工件渐进过渡的组分或含量(例如，铬)的一个或多个焊接层。例如，本文中公开的方法及设备可被实施为在具有不同铬含量的两个工件之间沉积多个焊 接层。焊接层具有在两个工件的铬含量之间的铬含量(例如，在一范围内)。因此，降低和/或实质上消除了通常会在较低铬工件与较高铬工件之间发生的碳扩散的量。碳扩散导致强度和/或蠕变抗力的降低。因此，降低和/或实质上消除碳扩散会保持工件和/或工件之间的焊接点的强度。

虽然本文中已经公开了示例性方法、设备及制品，但本专利的涵盖范围并不限于此。相反，本专利涵盖在相当程度上落在本专利的权利要求书范围内的所有方法、设备及制品。