用于空间偏移部件的复合焊接设备、系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本说明书中公开的主题涉及焊接，并且更为具体地涉及用于空间偏移部件的复合焊接。
[0002]焊接可用于多种不同的工业装置中的多种制造或维修过程。例如，焊接可用于将多种部件连结在一起、对用过的部件中的裂缝、间隙或缺陷进行维修、在用过的或新的部件中积累材料、或将具体应用所需的一个或多个部件以其它方式焊接或连结在一起。然而，焊接可发生的效率(ability)或速度可受限于多个因素，这多个因素包括正被焊接的部件的厚度和对齐方式以及焊接设备的功率。
[0003]复合焊接可将激光焊接与弧焊的利用相结合以便在仍旧实现全透(fullpenetrat1n)的同时可能地以较快的速率进行焊接。然而，由于部件变厚，全透会仍旧需要增大激光功率。因此可对激光焊机和弧焊机的构造进行调整以影响焊接结果。例如，复合焊接可包括使用前导激光焊机，继之以使用前倾弧焊机以便提供相对平滑的焊缝。然而，这种构造可还在基材部件的相对取向方面受到限制。例如，竖向偏移超过约0.04英寸的部件会需要附加调节以确保两个部件的全透焊接(full penetrat1n weld)。然而，这些附加调节还会取决于在运转期间改变焊接参数以提供一致的结果的适应性焊接控制。
[0004]因此，替代的复合焊接设备、系统和方法在本领域中会是受欢迎的。
【发明内容】
[0005]在一个实施方式中，公开了一种复合焊接方法。该复合焊接方法包括将来自激光器的激光束引导到相对于第二部件竖向偏移的第一部件上，以及将来自弧焊机的焊弧引导到位于第一部件与第二部件之间的焊缝上以便将第一部件与第二部件焊接在一起。
[0006]在另一实施方式中，公开了一种复合焊接设备。该复合焊接设备包括:激光器，该激光器产生被引导到相对于第二部件竖向偏移的第一部件上的激光束；和弧焊机，该弧焊机产生被引导到位于第一部件与第二部件之间的焊缝上的焊弧。
[0007]在再一实施方式中，公开了一种复合焊接系统。该复合焊接系统包括:复合焊接设备，该复合焊接设备包括产生激光束的激光器；和产生焊弧的弧焊机。该复合焊接系统还包括相对于第二部件竖向偏移的第一部件，其中，激光束被引导到第一部件上并且焊弧被引导到位于第一部件与第二部件之间的焊缝上。
[0008]鉴于结合附图进行的下列详细说明，由本说明书中所讨论的实施方式提供的这些和附加特征将得到更为充分的理解。
【附图说明】
[0009]附图中所阐述的实施方式在本质上是说明性的且是示例性的且并不意欲限制由权利要求所限定的本发明。对说明性实施方式进行的下列详细描述可在结合附图进行阅读时得到理解，其中，相似的结构以相似的附图标记指代，并且附图中:
[0010]图1是根据本说明书中所示和所述的一个或多个实施方式的复合焊接系统的示意性表示的透视图；
[0011]图2是根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的复合焊接方法；和
[0012]图3是由根据本说明书中所示或所述的一个或多个实施方式的复合焊接系统形成的全透焊接的截面图。
【具体实施方式】
[0013]下面将描述本发明的一个或多个【具体实施方式】。在试图提供对于这些实施方式作出的简明描述的过程中，不可能在说明书中对实际实施方案的所有特征进行描述。应该了解的是，在任一这种实际实施方案的研发过程中，如在任一工程或设计方案中，必须作出多种为实施方案所特有的决定以实现研发者的具体目的，例如服从与系统相关并与商业相关的约束条件，这在实施方案之间可能是不同的。此外，应该了解的是，这种研发努力可能是复杂而耗时的，尽管如此，它对于受益于本公开的本领域技术人员而言会是一种设计、加工、和制造的常规任务。
[0014]当介绍本发明的多种实施方式的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意欲意指存在元件中的一种或多种。术语“包括”、“包含”和“具有”意图在于是包括性的并且意指可能存在除所列元件之外的附加元件。
[0015]如本说明书中所公开的用于空间偏移部件的复合焊接系统主要包括复合焊接设备和其间具有焊缝的两个空间偏移部件。该复合焊接设备主要包括激光器和弧焊机。激光器将激光束引导到相对于第二部件至少竖向偏移的第一部件上。弧焊机将焊弧朝向位于第一部件与第二部件之间的焊缝引导。与将激光引导至焊缝自身成对比，将激光引导到第一部件上可在较少初始焊缝准备和/或无需适应性控制的情况下在两个空间偏移的部件之间提供全透焊接。现在，将在本说明书中更为详细地描述用于空间偏移部件的复合焊接设备、系统和方法。
[0016]现在参照图1进行说明，示意性地示出了复合焊接系统10，该复合焊接系统10包括复合焊接设备20和两个空间偏移部件62和64。
[0017]第一部件62和第二部件64可包括待被焊接在一起的空间偏移的任意两种材料。如在本说明书中所使用的那样，“空间偏移”指的是沿竖向方向y和/或水平方向X分离开(其中，焊接方向z垂直于包括竖向方向I和水平方向X的平面)。第一部件62和第二部件64可包括两个分离开的且性质不同的零件(例如，集合在一起的管道)或者可包括单个零件上的由将要被焊接的空间分离开的两个不同的区域(例如，管道中的裂缝)。
[0018]在一些实施方式中，第一部件62可相对于第二部件64竖向偏移61。例如，第一部件62可相对于第二部件64竖向偏移61至少约0.02英寸。在一些实施方式中，第一部件62可相对于第二部件64竖向偏移61至少约0.05英寸。甚至在一些实施方式中，第一部件62可相对于第二部件64竖向偏移61高达且包括0.125英寸。
[0019]第一部件62和第二部件64可出于多种原因竖向偏移61。例如，第一部件62和第二部件64可包括彼此抵靠在一起的直径不同的管道，可包括厚度不同的工件使得较厚的部件竖向高于其它部件，可包括随着焊缝54沿焊接方向z前进而在竖向方向I上升降的不一致的边缘，或者可在提供竖向偏移61的构造中以其它方式对齐，如本说明书中所讨论的。
[0020]在一些实施方式中，第一部件62可另外相对于第二部件64水平偏移63。例如，第一部件62可相对于第二部件64水平偏移63至少约0.01英寸。在一些实施方式中，第一部件62可相对于第二部件64水平偏移63至少约0.02英寸。甚至在一些实施方式中，第一部件62可相对于第二部件64水平偏移63高达且包括0.045英寸。
[0021]与竖向偏移61相似，水平偏移63可以是多种原因的结果。例如，部件62和64中的一个或两者可具有随着焊接沿焊接方向z前进而沿水平方向X偏离的不一致的边缘，或者可在提供水平偏移63的构造中以其它方式对齐，如本说明书中所讨论的。
[0022]第一部件62与第二部件64之间的空间偏移(S卩，竖向偏移61和可能的水平偏移63)可针对焊缝54的整个长度或针对焊缝54的一个或多个部分呈现出来。例如，当第一部件62与第二部件64包括相对一致的边缘(例如被放在一起的直径不同的齐断管(cleanlycut pipes))，至少竖向偏移61可被呈现出来并且对于焊缝54的大致整个长度都是可能地相对一致的。作为选择，在第一部件62和/或第二部件64包括不一致的边缘或者成微小的角度对齐的情况下，竖向偏移61和可能的水平偏移63可沿焊缝54的长度沿焊接方向z变化。例如，竖向偏移61可相对于沿焊接方向z的位置增大以及减小，并且可甚至仅针对其若干部分存在。
[0023]待焊接的部件62和64可从诸如含铁材料和非铁材料之类的材料中选择。含铁材料和非铁材料的示例包括但不限于超级合金、低碳钢、高强度钢、不锈钢、钛、铝、及其组合。
[0024]仍旧参照图1，除了第一部件62和第二部件64之外，复合焊接系统10还包括复合焊接设备20。复合焊接设备20自身包括激光器30和弧焊机40。
[0025]激光器30可包括可产生激光束32并将激光束32朝向部件62和64中的一个引导的任何激光系统。例如，在一些实施方式中，激光器30从Nd = YAG激光器、CO2激光器、纤维激光器、或盘形激光器中选择。在一些实施方式中，激光器30是高功率密度激光器。
[0026]激光器30产生激光束32。激光束32被朝向第一部件62或第二部件64引导。具体来说，激光束32可被朝向较高的偏移部件62(如所示)或较低的偏移部件64引导。此夕卜，激光束32可被相对于焊缝54以多种角度引导，例如O度的角度(S卩，垂直于焊缝54，如所示)或者相对O度基准成约正30度至约负30度。通过将激光束32只提供到竖向偏移部件62和64中的的一个(与焊缝54自身对比)上，激光束