专利名称：用在焊接过程中的测试块的制作方法
技术领域：
本申请涉及焊接エ件，具体涉及用在焊接过程中的测试块。
背景技术：
在许多情形下，期望精确控制对精密组件的加工和制造。一种这样的器件是用于在エ业过程中测量过程流体的压カ的压カ变送器。这种变送器中使用的压カ传感器通常包括焊接在一起以容纳压カ的金属外部结构。压カ传感器中的焊接受到由于超过压カ传感器的额定值的所感测到的压カ而引起的力，換言之，由于故障条件下的过压而引起的力。
已知用于使焊接过程有资格用于生产压カ传感器的各种方法。典型地，准备并焊接生产压カ传感器,并根据质量抽样规划来测试部件。基于测试结果,可以使焊接过程有资格用在特定的压カ传感器生产过程中，或者，如果测试结果掲示出缺陷，则可以对焊接过程进行改变。许多焊接测试是涉及危险步骤的破坏性测试。这些破坏性测试可以包括施加较大的カ从而使焊缝弯曲或破裂、切开通过焊缝的横截面、以及利用酸来抛光和蚀刻横截面，以掲示缺陷。其他焊接测试是非破坏性测试。这些非破坏性测试包括X射线成像和超声测试。典型地，非破坏性测试在执行上昂贵且耗时，并需要熟练的操作者操作非破坏性成像设备。
发明内容
在以下所述的实施例中，公开了ー种用于控制エ件中的焊接穿透深度的方法和测试块。所述测试块关于エ件的焊接过程来模拟エ件。所述测试块包括测试焊接路径。所述测试焊接路径复制エ件的焊接表面上的生产焊接路径。所述测试块包括位于所述测试焊接路径之下的熔透表面。所述熔透表面以沿所述测试焊接路径的长度而减小的间距与所述测试焊接路径间隔开。所述间距从大于标准焊接穿透深度变化至小于所述标准焊接穿透深度。
图1A、1B示意了包括利用通过使用测试块控制的焊接穿透深度焊接的焊接压力传感器在内的过程变量变送器。图2示意了包括以通过使用测试块控制的焊接穿透深度焊接的焊接压力传感器在内的过程变量变送器的框图。图3A、3B、4示意了以通过使用测试块控制的焊接穿透深度焊接的压カ传感器。图5示意了用于焊接测试块和生产压カ传感器的生产夹紧装置(holdingfixture)。图6A、6B、7、8和9示意了测试块的实施例。图10A、10B示意了在不使用测试块的情况下(图10A)和在使用测试块的情况下(图10B)焊接穿透深度的可比较统计频率分布。
具体实施例方式在以下所述的实施例中，描述了ー种质量控制过程和设备，可用于制造过程变送器，特别是包括焊接的压カ传感器在内的压カ变送器。然而，本发明可以用于任何エ件，而不限于这里描述的具体示例。在质量控制过程中，提供了在焊接过程中模拟压力传感器的测试块。该测试块具有复制エ件上的生产焊接路径的测试焊接路径。向该测试块提供了熔透表面，该熔透表面以沿测试焊接路径的长度减小的间距与测试焊接路径间隔开。间距从大于标准焊接穿透深度变化至小于标准焊接穿透深度。对熔透位置的測量指示了焊接穿透深度的数值，并允许在不对生产エ件进行破坏性测试的情况下对焊接过程进行统计过程控制。图1A、1B示意了过程变量变送器160的前视图和侧视图。在图1A、1B中，变送器160的一部分被分开以示意压カ传感器162的位置。过程变量变送器160包括过程传感器162。过程传感器162包括焊接的压カ传感器，如以下结合图3至11所示的示例更详细描述的，焊接的压カ传感器是以通过使用测试块控制的焊接穿透深度来焊接的。压カ传感器162在去往电子装置166的线164上提供压カ传感器信号。以下结合图2所示的示例更详细地描述电子装置166。压カ变送器160可连接至用于感测エ业过程流体中的差压的压力凸缘168。图2示意了包括焊接的压カ传感器502的过程变量变送器500的框图。焊接的压力传感器502是利用具有通过使用测试块控制的焊接穿透深度的焊缝504来焊接的。以下结合图6至9所示的示例更详细地描述测试块。以下结合图3A、3B、4所示的示例更详细地描述压カ传感器502。压カ传感器502通过毛细管506、508耦合至作为变送器500的一部分的高侧和低侧隔离组件510、512。将来自压カ凸缘168的过程差压施加至隔离组件510、512。隔离组件510、512和毛细管506、508被填充有将压カ耦合至压カ传感器502的油。传感器电路516耦合至传感器504并将补偿后的传感器信号提供给测量电路524。提供了与所感测到的压カ有关的过程变量输出。例如，该输出在双线过程控制环上可以是无线输出或基于另一通信技木。图3A示意了压カ传感器100的前横截面视图，图3B示意了压カ传感器100的侧视图。压カ传感器100是使用自动化生产方法、以较大量生产的生产部件(或“エ件”)。压カ传感器100包括金属压カ传感器隔膜102。压カ传感器100包括左単元杯组件104和右单元杯组件106。左单元杯组件104包括围绕电绝缘同心陶瓷芯110的大体为圆形的金属杯108。金属线112嵌入电绝缘陶瓷芯110中。金属线112通过填充有电绝缘陶瓷的孔114从金属杯108露出。根据ー个方面，陶瓷包括玻璃。金属线112用作压カ传感器100的电导线。左单元杯组件104包括陶瓷芯110上的镀金属116。镀金属116电连接至金属线112并用作电容器板。在圆形焊缝118处将隔膜102焊接至金属杯108。左单元杯组件104包括毛细管120。毛细管120用作第一加压流体的入口。右单元杯组件106包括围绕电绝缘同心陶瓷芯140的大体为圆形的金属杯138。金属线142嵌入电绝缘陶瓷芯140中。金属线142通过填充有电绝缘陶瓷的孔144从金属杯 138露出。金属线142用作压カ传感器100的电导线。右单元杯组件106包括陶瓷芯140上的镀金属146。镀金属146电连接至金属线142并用作电容器板。右单兀杯组件106包括毛细管150。毛细管150用作第二加压流体的入口。通过焊接过程将左単元杯组件104(包括隔膜102)和右単元杯组件106在焊缝152处焊接在一起。沿着密封压カ传感器100的圆形路径连续焊接焊缝152。如以下结合图4更详细描述的，在用于感测压カ期间，当对压カ传感器100加压时，焊缝152受到相当大的力。焊缝152具有通过使用测试块控制的焊接穿透深度101。根据ー个实施例，作为制造过程变送器中的统计过程控制(SPC)过程的一部分，实现该控制。图4示意了在用于感测压カ期间的压力传感器100。通过毛细管120将静态压カPs (也称作线压)施加至压カ传感器100。通过毛细管150将第二压カPs+A P施加至压カ传感器100。隔膜102响应于压差(Ps+AP)-(Ps) = AP而偏离。电容性地感测隔膜的偏离，并且，压カ传感器100在导线112、142处提供表示压差AP的电输出。随着所施加的压カ増大，左和右单元杯组件104、106的形状由于所施加的压カ而轻微变形。在图4中非常夸大地示出了该变形。焊缝152受到由于静态压カPs对压カ传感器100的加压而引起的沿所示的线154的张力。焊缝152还受到由于来自加压的变形而引起的扭力。测试并仔细控制焊缝152的焊接穿透深度101，使得焊接穿透得足够深以使焊缝152较强，但不足以深到使焊接损坏陶瓷110、140或镀金属116、146。对焊接穿透深度101的控制确保了压カ传感器100的焊缝152具有足够的焊接穿透深度以使其可以承受エ厂测试和现场使用时施加的过压。对焊接穿透深度101的控制确保了焊接不会穿透太深从而损坏压カ传感器100的内部工作部件。图5示意了压カ传感器100，其为安装和夹持在一起包括生产夹紧装置的两个旋转夹具302、304之间的生产部件。激光焊接机306发射对压カ传感器100中的金属加热的激光束308，以在生产焊接过程中形成焊缝152。穿透深度(图4的101处)是可通过调整激光焊接机306上的功率输出和其他控制来控制的。旋转夹具302、304旋转以使得焊缝152沿着生产焊接路径310。旋转夹具302、304对压カ传感器100施加轴向压缩力，以在焊接过程期间将压力传感器100夹紧至适当位置。压カ传感器100包括接触第一旋转夹具302的第一生产安装表面312。压カ传感器100包括接触第二旋转夹具304的第二生产安装表面314。如图所示，优选地，安装表面312、314包括压カ传感器100上与旋转夹具302、304相接触的相对环形表面。向压カ传感器100按压旋转夹具302、304，以在旋转焊接期间将压力传感器100夹持到适当位置。为了使焊接过程合格，过去要在生产期间对焊缝152的穿透深度101进行破坏性抽样。将压カ传感器100的样本切成两半(切成片段)，以便露出焊缝的横截面以用于目视检查。该检查过程是破坏性测试过程，这是由于压カ传感器100的样本不可用并被丢弃。然而，利用本方法，作为例程质量控制过程的一部分，不对压力传感器100的样本进行破坏性测试。在本方法中，在固定装置中焊接测试块，并检查测试块上的熔透，以控制压カ传感器100中的焊接的质量。使焊接过程合格的破坏性方法是危险、昂贵且耗时的。这些问题被以下结合图6 至10描述的非破坏性测试方法显著減少，在该非破坏性测试方法中，以与生产部件100实质上相同的方式安装、夹持和焊接测试块400。然后检查测试块400，而无需切割和抛光，并且不会破坏压カ传感器。图6A、6B示意了测试块400的实施例。测试块400按照生产压カ传感器(如压カ传感器100)的焊接过程来模拟该生产压カ传感器。测试块400包括测试块400上复制生产压カ传感器上的生产焊接路径(例如，图5中的路径310)的测试焊接路径402。测试块400包括测试块400上复制生产压カ传感器上的生产安装表面(例如，图5中的表面312、314)的测试安装表面404、406。测试块包括测试块400上位于测试焊接路径402之下的熔透表面408。熔透表面408以沿测试焊接路径的长度而减小的间距410与测试焊接路径402间隔开。间距410从大于标准焊接穿透深度412变化至小于标准焊接穿透深度412。内熔透表面408相对于测试块400的外表面上的测试焊接路径402偏心(eccentric)。根据ー个方面，测试块400由与图3的压カ传感器中的金属杯108、138相同类型的金属形成。根据ー个方面，测试块400由复制压力传感器中使用的金属合金的金属合金形成。 图7示意了图6所示的测试块400的斜视图。测试焊接路径402是围绕测试块400周围的连续闭合圆形路径。根据ー个方面，测试块400包括以下结合图10更详细描述的參考标记816。图8示意了焊接过程之前测试块400的斜横截面视图。根据ー个方面，测试块400的内表面420具有在焊接之前无外观变化的实质上均匀的平滑外观。图9示意了焊接过程已经施加焊缝422之后测试块400的斜横截面视图。测试块400的内表面420在熔透区域408中显示褪色区域424，其中，由于焊缝422而存在熔透褪色。仅在焊接穿透深度412超过间距410处存在褪色区域424。焊缝422在更薄的区域中穿透至内表面420，并在厚度超过焊接穿透深度412处停止穿透。测试块400中对偏心孔的使用允许数值穿透測量，该数值穿透測量标识在焊缝停止穿透处测试块400的壁的厚度。现在參照图5至9，提供了用于使焊接过程(图5)在压カ传感器100(图3A、3B)上合格的方法。该方法包括提供按照焊接过程模拟压カ传感器100的测试块400。该方法包括对测试块上复制压カ传感器100上的生产焊接路径310的测试焊接路径402进行成形。该方法包括对测试块400上复制压力传感器100上的压カ传感器安装表面312、314的测试安装表面404、406进行成形。该方法包括对测试块400上位于测试焊接路径402之下的熔透表面408进行成形。该方法包括以沿测试焊接路径402的长度减小的间距410将熔透表面408与测试焊接路径402间隔开。间距410从大于标准焊接穿透深度412变化至小于标准焊接穿透深度412。该方法包括将测试安装表面404、406安装至生产夹紧装置302、304。该方法包括使用焊接过程、沿测试焊接路径402焊接测试块400。该方法包括将测试块400从生产夹紧装置302、304移除；以及检查熔透表面408以测量在焊接穿透熔透表面408处的间距412的数值。根据ー个方面，对熔透表面408涂覆温度敏感涂层，以提高来自焊接过程的熔透的可见性。根据另一方面，(在焊接之前或之后)蚀刻熔透表面408，以提高来自焊接过程的熔透的可见性。根据另一方面，抛光熔透表面408，以在焊接之前提供镜面精加工。使用本公开的非破坏性方法对焊接穿透深度412的测量与来自以上结合图5讨论的先前破坏性方法的结果很好地相关。图10A、10B示意了在不使用测试块的情况下(图10A)和在使用测试块的情况下(图10B)焊接穿透深度的可比较统计频率分布。图IOA示意了不使用测试块的压カ传感器生产过程中焊接穿透深度的示例统计频率分布600。水平轴602表示与额定期望焊接穿透深度的偏离。例如，具有与期望焊接穿透深度相等的穿透深度的焊接出现在频率分布600中水平轴602上的“0”处。水平区间604表示在没有可损坏压力传感器内部部件的过大深度的情况下、与可接受以确保过压条件下的焊接的足够强度的期望焊接穿透深度的偏离范围。如图所示，频率分布600近似于正态分布。图IOB示意了使用测试块的压カ传感器生产过程中焊接穿透深度的示例统计频率分布610。水平轴612表示与额定期望焊接穿透深度的偏离。例如，具有与期望焊接穿透深度相等的穿透深度的焊接出现在频率分布610中水平轴612上的“0”处。水平区间604表示在没有可损坏压力传感器内部部件的过大深度的情况下、与可接受以确保过压条件下的焊接的足够强度的期望焊接穿透深度的偏离范围。水平区间604在图IOA和IOB中是相同的区间。如图所示，频率分布610近似于正态分布。对测试块的使用允许以低得多的成本、更加快速地执行对压カ传感器中的焊接穿·透深度的测试。当使用测试块时可以更频繁地进行抽样，并且，可更快速且频繁地得到生产过程的控制的反馈，从而极大地减小了与额定期望穿透深度的偏离。应当理解，尽管在以上描述中阐述了本发明的各个实施例的许多方面，但是本公开仅是示意性的，并且，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上进行改变。本发明不限于这里所示的具体的压カ传感器配置，并且适用于在诸如过程变量变送器之类的过程设备中使用的其他传感器配置以及其他焊接。此外，本发明适用于包括焊缝的任何エ件，而不限于压カ传感器。
权利要求
1.一种按照エ件的焊接过程来模拟エ件的测试块，所述测试块包括 所述测试块上的测试焊接路径，所述测试焊接路径复制エ件的外表面上的生产焊接路径; 所述测试块上位于所述测试焊接路径之下的熔透表面，所述熔透表面以沿所述测试焊接路径的长度而减小的间距与所述测试焊接路径间隔开，所述间距从大于标准焊接穿透深度变化至小于所述标准焊接穿透深度。
2.根据权利要求I所述的测试块,其中,所述测试块模拟包括陶瓷材料的エ件。
3.根据权利要求I所述的测试块，其中，所述测试焊接路径包括旋转路径。
4.根据权利要求I所述的测试块，其中，在所述测试块中形成激光焊接。
5.根据权利要求I所述的测试块，包括测试安装表面，所述测试安装表面是平行的表面。
6.根据权利要求5所述的测试块，其中，所述测试安装表面包括被夹持的表面。
7.根据权利要求I所述的测试块，其中，所述熔透表面包括圆柱体的内表面，所述圆柱体的内表面相对于所述测试块的外圆柱表面偏心。
8.根据权利要求I所述的测试块，其中，所述熔透表面是蚀刻表面。
9.根据权利要求I所述的测试块，其中，所述熔透表面包括温度敏感涂层。
10.一种使焊接过程在生产エ件上合格的方法，所述方法包括 提供按照焊接过程模拟所述生产エ件的测试块； 对所述测试块上复制所述生产エ件上的生产安装表面的测试安装表面进行成形； 对所述测试块上位于所述测试焊接路径之下的熔透表面进行成形； 以沿所述测试焊接路径的长度减小的间距将所述熔透表面与所述测试焊接路径间隔开，所述间距从大于标准焊接穿透深度变化至小于所述标准焊接穿透深度； 将所述测试安装表面安装至生产夹紧装置； 使用所述焊接过程、沿所述测试焊接路径来焊接所述测试块； 将所述测试块从所述生产夹紧装置移除；以及 检查所述熔透表面以测量在焊接穿透所述熔透表面处的间距的数值。
11.根据权利要求10所述的方法，包括对所述测试块进行成形以模拟差压传感器。
12.根据权利要求10所述的方法，包括在所述焊接过程期间旋转所述测试块。
13.根据权利要求10所述的方法，包括利用激光焊接来焊接所述测试块。
14.根据权利要求10所述的方法，包括将测试安装表面布置为彼此平行。
15.根据权利要求14所述的方法，包括将所述测试安装表面夹持在所述生产夹紧装置中。
16.根据权利要求10所述的方法，包括将所述熔透表面成形为圆柱体的内表面。
17.根据权利要求10所述的方法，包括将所述熔透表面蚀刻为蚀刻表面。
18.根据权利要求10所述的方法，包括向所述熔透表面涂覆温度敏感涂层。
全文摘要
本申请涉及用在焊接过程中的测试块。公开了一种用于控制工件中的焊接穿透深度的方法和测试块。所述测试块按照工件的焊接过程来模拟工件。所述测试块包括测试焊接路径。所述测试焊接路径复制工件的焊接表面上的生产焊接路径。所述测试块包括位于所述测试焊接路径之下的熔透表面。所述熔透表面以沿所述测试焊接路径的长度而减小的间距与所述测试焊接路径间隔开。所述间距从大于标准焊接穿透深度变化至小于所述标准焊接穿透深度。
文档编号B23K26/42GK102658422SQ201110297838
公开日2012年9月12日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年10月1日
发明者丹尼尔·S·辛普森, 埃里克·P·彼德森 申请人:罗斯蒙德公司