专利名称：热处理焊接接头的系统以及方法
技术领域：
本发明一般涉及焊接以及更具体地涉及用于焊接接头的热处理的系统以及方法。
背景技术：
焊接是普遍被用于将金属部件附连在一起的过程。焊接过程施加热给被结合的部件的邻接表面(使用或者不使用填充材料)，以局部熔融邻接表面和填充材料以产生焊接接头。在焊接过程中施加的热通常改变了金属部件的冶金学特性。例如，焊接过程可改变部件的材料强度、硬度、延展性、使用寿命、以及其他冶金学特性。受影响的区域不仅包括焊接接头，而且包括围绕局部经历高温的焊接接头的热影响区。各种焊接前以及焊接后热处理在本领域内已知以减少或者最小化由焊接引起的冶金学变化。例如，美国专利6191379 (受让给与本申请同样的受让人)，描述以及请求保护用于热处理焊接接头以提高在焊接接头以及热影响区内的微观结构以及强度的系统以及方法。如本文所示，该系统包括热处理装置，比如传统激光器，以在焊接接头之前或者之后提供热。尽管对其设计目的是有效的，由美国专利6191379所教导的系统并未包括用于调制施加在焊接接头的热处理以适应在不同类型的材料之间的焊接或不同焊接类型的结构或者部件。相应地，提供根据具体焊接类型或者材料而调制焊接接头的焊接前以及焊接后热处理的量的改进的热处理系统以及方法将是所希望的。
发明内容
本发明的方面以及优点在以下说明中被阐明，或者从该说明来看可以是明显的， 或者可通过本发明的实践被习得。本发明的一个实施例是用于热处理焊接接头的系统。该系统包括射束发生器(其产生对准焊接接头的射束)、以及在射束发生器与焊接接头之间沿着第一路径使该射束的第一部分转向的第一射束分裂器。第一反射器接收射束的第一转向部分并且使射束的第一转向部分对准紧挨焊接接头的第一点。在射束的第一转向部分的第一路径中的第一调制器控制射束的第一转向部分的通过。本发明的另一实施例是用于热处理焊接接头的系统。该系统包括射束发生器，其在一个方向上产生射束。在射束发生器与焊接接头之间的第一射束分裂器沿着第一路径使射束的第一部分转向。第一反射器接收射束的第一转向部分并且使射束的第一转向部分对准紧挨焊接接头的第一点。在射束的第一转向部分的第一路径中的第一调制器控制射束的第一转向部分的通过。控制器控制第一反射器或者第一调制器的至少一个。本发明还包括用于热处理焊接接头的方法。该方法包括使射束对准焊接接头，使射束的第一部分转向，以及在焊接接头的方向上反射射束的第一转向部分。该方法进一步包括调制射束的第一转向部分以控制射束的第一转向部分的通过。本领域的技术人员根据本说明书的审阅将会更好地理解这样的实施例的特征以及方面以及其他。
对本领域内技术人员的本发明的完整以及实现性公开(包括其最好的模式)在本说明书的其余部分(包括参考附图)更具体地被阐明，其中图1是根据本发明的一个实施例的系统的简化透视图。图2是根据本发明的第二实施例的系统的简化透视图；以及图3是根据本发明的第三实施例的系统的简化透视图。
具体实施例方式现将详细地给出参考以呈现本发明的实施例，其中一个或者多个示例在附图中所图示。该详细的说明使用数字以及字母标号以指代在附图中的特征。在附图以及说明中的类似的或者相似的标号已被用于指代本发明的类似的或者相似的部分。每个示例通过本发明的解说的方式而被提供，不是对本发明的限制。事实上，对本领域内技术人员而言，在本发明中可以进行修改以及变更而未脱离其范围或者精神是清楚的。例如，作为一个实施例的部分所图示或者所描述的特征可被用于另一实施例以得到又另一实施例。因而，目的在于本发明覆盖这样的修改以及变更，它们落入附上的权利要求以及其等同的范围内。本发明的实施例提供了便利的以及可控的系统以及方法用于焊接接头的焊接前和/或焊接后热处理，其根据所使用的材料以及具体的焊接接头设计可增加焊接的结构的整体性。特定的实施例调制焊接前和/或焊接后热处理以准确地控制施加在焊接接头的区域的热量。另外，进一步的实施例还可包括预编程或可编程的计算机控制，其指示焊接前和 /或焊接后热处理的位置和/或调制，从而在未要求焊接之间的硬件和/或软件变化的情况下提高有效地焊接不同部件的能力。图1提供根据本发明的一个实施例的用于焊接接头12的焊接前或焊接后热处理的系统10的简化透视图。焊接接头12 —般包括在希望被连接的两个金属工件13之间的共同或者邻接表面并且可包括在两个金属工件之间的填充材料(如果希望的话)。在该实施例中，系统10 —般包括射束发生器14、射束分裂器16、反射器18、以及调制器20。清楚起见，图1、2、以及3—般省略相对彼此保持各个实施例的部件在适当位置的任何结构。本领域内的技术人员将理解这些部件的任何一个可以或者可以不与另一个相连，并且本发明的各个实施例不限于在个体部件之间任何具体的连接(除非在权利要求中特别说明)。射束发生器14可以是本领域内任何已知的用于产生适合焊接的高密度射束22的任何装置。例如，射束发生器14可以是如本领域内已知的激光射束发生器。射束发生器14 可以是固定的、或者可与用于将电子射束22关于在工件13之间的焊接接头12对准的装置相连(如图1中所示)。用于关于焊接接头12对准射束22的结构可包括任何本领域内已知的机械的、气动的、电机械的、电气动的、手动的、或者自动的系统以用于关于另一个而改变一个部件的位置。例如，如图1中所示，用于关于焊接接头12对准射束22的装置可包括滑架(carriage)^，其由电缆、滑轮、或者其他适合装置附连到例如轨沈的结构，其提供射束发生器14可在其上行驶的轨道。以该方式，射束发生器14可沿着轨沈移动以关于焊接接头12改变射束22的方向。在其他实施例中，用于关于焊接接头12对准射束22的结构可包括，例如，附连至射束发生器14的球窝设置，其允许射束发生器14如希望地枢转以关于焊接接头12改变射束22的方向。相反地，本领域内技术人员将理解用于关于焊接接头 12对准射束22的相同或者等同结构可类似地与工件13或者其上放置工件13的表面相连， 使得工件13的移动导致关于焊接接头12对准射束22的相同功能。射束分裂器16可以是适合于分裂由射束发生器14产生的射束22以沿着路径使射束的一部分观转向的任何装置。例如，射束分裂器16可以是光学装置，比如由在其底部胶合在一起的两个三角棱柱制成的玻璃立方。连接两个三角玻璃棱柱的胶的厚度以及含量可被调整以沿着该路径反射该射束的所希望的波长或部分或者使该射束的所希望的波长或部分转向。所产生的射束22的剩余部分穿过棱柱到焊接接头12。在本发明范围内的适合的射束分裂器16的另一示例可以是半镀银的镜子。半镀银的镜子可包括玻璃板，其具有施加在该玻璃板一面的薄的铝涂层或者非传导光学材料(dielectric optical material) 0 在玻璃上的涂层的厚度以及位置可被调整以反射入射射束的所希望部分或者使入射射束的所希望部分转向并且以使所产生的射束22的剩余部分穿过至焊接接头12。反射器18接收射束的转向部分观并且使射束的转向部分观对准紧挨焊接接头 12的点30。反射器18可包括在本领域内已知的任何适合的结构用于反射或者对准光或者能量射束。例如，反射器18可以是平表面，比如镜子、金属板、棱柱、光纤维电缆、或者用于反射或者对准光或者能量射束的任何其他适合的材料。如图1中所示，反射器18可关于焊接接头12是倾斜的，并且在射束分裂器16、反射器18、以及焊接接头12之间的几何可如所希望地被调整以使射束的转向部分观瞄准所希望的点30。例如，点30可在预期的焊接接头20之前以提供焊接前热处理。相反地，点30可在正好完成的焊接接头12之后以提供焊接后热处理。作为第三示例，点30可在焊接接头12的任一边以为围绕经历局部高温的焊接接头12的热影响区提供焊接前或者焊接后热处理。另外，在点30与焊接接头12之间的距离可被调整以改变在焊接过程之前或者之后的热处理的定时。调制器20位于射束的转向部分28的路径中以控制射束的转向部分28的通过。 由于射束的转向部分观一般以直线行进，调制器20因此一般位于在射束分裂器16与反射器18之间或者在反射器18与焊接接头12之间的视线上。调制器20可以是能够交替地中断射束的转向部分观以及传递射束的转向部分观以控制射束的转向部分观的任何装置。 例如，调制器20可包括简单的机械装置，其可被移出或者移入射束的转向部分观的路径以物理上相应允许或者阻止射束的转向部分观的通过。在备选的实施例中，电光调制器可被使用以调制射束的转向部分观的频率、振幅、以及/或者方向。在本发明范围内的电光调制器的适合的示例可包括晶体，比如铌酸锂，其折射率响应于局部电场而改变。本领域内技术人员应理解，本发明的实施例可在包括多个焊接源的混合焊接系统中被采用。例如，如图1中所示，弧焊设备32还可存在以提供在焊接接头12处的另一焊接源。例如其他焊接源，比如，火焰、电弧、激光、电子射束、摩擦、以及超声波，可被包括以形成在本发明的各个实施例中的混合焊接系统。图2提供根据本发明的第二实施例的用于焊接接头42的焊接前或者焊接后热处理的系统40的简化透视图。该实施例又包括射束发生器44、第一射束分裂器46、第一反射器48、以及第一调制器50 (如先前已关于图1中所示的实施例描述的那些部件)。具体地地，射束发生器44产生射束52并且使所产生的射束52对准焊接接头42。第一射束分裂器 46沿着第一路径使射束的第一部分58转向，以及第一反射器48接收射束的第一转向部分58并且使射束的第一转向部分58对准最近接焊接接头42的第一点60。第一调制器50控制射束的第一转向部分58的通过。另外，系统40可又包括弧焊设备32，或者其它焊接源， 以组成混合焊接系统。图2中所示的系统40进一步包括第二射束分裂器62、第二反射器64、以及第二调制器66。第二射束分裂器62位于射束发生器44与焊接接头42之间并且沿着第二路径使射束的第二部分68转向。第二反射器64接收射束的第二转向部分68并且使射束的第二转向部分68对准紧挨焊接接头42的点70。第二调制器66控制射束的第二转向部分68的通过。以该方式，图2中所示的系统40能同步地或者单独地提供热处理给紧挨焊接接头42 的多个点，比如，例如提供焊接接头42的焊接前以及焊接后热处理二者。图3提供根据本发明的第三实施例的用于焊接接头42的焊接前或焊接后热处理的系统80的简化透视图。出于图示的目的，该实施例又包括射束发生器44，第一与第二射束分裂器46、62，第一与第二反射器48、64，以及第一与第二调制器50、66 (如先前关于图2 中所示实施例所述)。另外，系统80进一步包括控制器82，其被配置成接收反映焊接接头 42、紧挨焊接接头42处特性和/或系统80的特性的信号84。控制器82使用该信号84以指示在系统80中的各个部件以控制热处理的定时、数量、和/或位置。控制器82可包括各个部件，比如存储数据、存储软件指令、以及或者执行软件指令的存储器/媒介元件、微处理器和/或协处理器。各个存储器/媒介元件可以是一个或者多个种类的计算机可读媒介，比如，但不限于，易失存储器(如，RAM、DRAM、SRAM、等等)、 非易失性存储器(如，闪存驱动器，硬驱动器、磁带、CD-R0M、DVD_R0M、等等)、和/或其他存储器装置(如，磁盘、磁基存储媒介、光存储媒介、等等)的任何组合。数据存储以及处理器配置的任何可能的变更将被本领域内技术人员所理解。反映焊接接头42、紧挨焊接接头42处特性和/或系统80的特性的信号84可由任何工具或者传感器产生。例如，红外线、音速、激光、或者其它形式的能量可被用于估计焊接接头42、紧挨焊接接头42、和/或系统80的厚度、连续性、夹杂、温度、和/或其它物理特性。置于焊接接头42的下游的换能器与传感器86可因而被用于检查焊接接头42并且产生反映焊接接头42的一个或者多个特性的信号84。控制器82然后可处理该信号84以调整在系统80中的各个部件。例如，控制器82可产生第一控制信号88给调制器50、66的一个或者两个以改变调制的时段或者频率。通过这样做，控制器82可改变在焊接前或焊接后热处理期间所施加的能量的量。备选地，或者另外，控制器82可产生第二控制信号90给用于关于工件13对准射束52的装置以改变焊接的速率、方向、持续时间和/或焊接接头12 的位置。作为进一步的示例，控制器82可产生第三控制信号92给反射器48、64的一个或者两个以改变射束的第一和/或第二转向部分58、68的反射角，因而改变接收热处理的具体区域。关于图1、2以及3先前所述的实施例每个提供用于热处理焊接接头的方法。在每个实施例中，射束被对准焊接接头，并且射束的一部分被转向并且被反射至紧挨焊接接头的点。如果希望的话，射束的多个部分可被转向并且被反射至紧挨焊接接头的点以提供在多个热影响区域处的热处理。在每个实施例中，射束的转向部分可被调制以改变在热处理期间所施加的能量的量。另外，射束的转向部分的反射方向可被调整以改变热处理的具体位置。如图3中所示，控制器82可被用于基于经验测量或者感测的焊接接头的特性来动态地改变焊接过程和/或热处理。另外，或者备选地，控制器82可允许系统80被用于许多不同种类的焊接接头或者被用在不同类型的材料上而未要求在焊接操作之间系统的任何去除、替换、或者其它变更。该书面描述使用示例公开本发明的实施例(其中包括最佳模式)，并且还能使本领域的任何技术人员实践本发明，包括制作和使用任何装置或者系统，以及实施任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其他的示例如果具有与该权利要求书的字面语言无不同的结构单元，或者它们包括了与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构单元则被规定为在该权利要求书的范围内。部件列表
权利要求
1.一种用于热处理焊接接头02)的系统(80)，包括a.射束发生器(44)，其中所述射束发生器04)产生对准焊接接头0 的射束(52)；b.在所述射束发生器G4)与所述焊接接头0 之间的第一射束分裂器(46)，其中所述第一射束分裂器G6)沿着第一路径使所述射束的第一部分(58)转向；c.第一反射器(48)，其接收所述射束的第一转向部分(58)并且使所述射束的第一转向部分(58)对准紧挨所述焊接接头0 的第一点(60)；以及d.在所述射束的第一转向部分(58)的第一路径中的第一调制器(50)，其中所述第一调制器(50)控制所述射束的第一转向部分(58)的通过。
2.如权利要求1所述的系统(80)，其中所述射束发生器04)是激光射束发生器。
3.如权利要求1所述的系统(80)，进一步包括安置成在所述焊接接头02)处实施弧焊的弧焊设备(32)。
4.如权利要求1所述的系统(80)，进一步包括用于关于所述焊接接头02)对准所述射束(52)的装置。
5.如权利要求1所述的系统(80)，进一步包括在所述射束发生器04)与所述焊接接头0 之间的第二射束分裂器(62)，其中所述第二射束分裂器(6 沿着第二路径使所述射束的第二部分(68)转向。
6.如权利要求5所述的系统(80)，进一步包括第二反射器(64)，其接收所述射束的第二转向部分(68)并且使所述射束的第二转向部分(68)对准紧挨所述焊接接头0 的第二点(70)。
7.如权利要求5所述的系统(80)，进一步包括在所述射束的第二转向部分(68)的第二路径中的第二调制器(66)，其中所述第二调制器(66)控制所述射束的第二转向部分 (68)的通过。
8.如权利要求1所述的系统(80)，进一步包括控制器(82)，其中所述控制器(82)接收反映所述焊接接头G2)或者所述系统(80)的至少一个的特性的信号(84)。
9.如权利要求8所述的系统(80)，其中所述控制器(82)控制所述第一反射器G8)或者所述第一调制器(50)的至少一个。
10.一种用于热处理焊接接头0 的方法，包括a.使射束(5 对准所述焊接接头G2)；b.使所述射束的第一部分(58)转向；c.在所述焊接接头0 的方向上反射所述射束的第一转向部分(58)；以及d.调制所述射束的第一转向部分(58)以控制所述射束的第一转向部分(58)的通过。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括测量所述焊接接头0 或者紧挨所述焊接接头(42)处的特性。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括基于所述焊接接头0 的所测量的特性来改变所述射束(5 的方向、持续时间、或者能量水平的至少一个。
全文摘要
本发明名称为热处理焊接接头的系统以及方法。一种用于热处理焊接接头(42)的系统(80)包括射束发生器(44)，其产生对准焊接接头(42)的射束(52)。在射束发生器(44)与焊接接头(42)之间的射束分裂器(46)沿着路径使该射束的一部分(58)转向。反射器(48)接收射束的转向部分(58)并且使其对准在焊接接头(42)处的点(60)。在路径中的调制器(50)控制射束的转向部分(58)的通过。一种用于热处理焊接接头(42)的方法包括使射束(52)对准焊接接头(42)，使射束的一部分(58)转向，以及在焊接接头(42)的方向上反射该射束的转向部分(58)。该方法进一步包括调制射束的转向部分(58)以控制射束的转向部分(58)的通过。
文档编号B23K37/00GK102248312SQ20111014741
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月21日
发明者K·兰加劳, S·F·辛普森 申请人:通用电气公司