專利名稱：熱處理焊接接頭的系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及焊接以及更具體地涉及用于焊接接頭的熱處理的系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
焊接是普遍被用于將金屬部件附連在一起的過程。焊接過程施加熱給被結(jié)合的部件的鄰接表面(使用或者不使用填充材料)，以局部熔融鄰接表面和填充材料以產(chǎn)生焊接接頭。在焊接過程中施加的熱通常改變了金屬部件的冶金學(xué)特性。例如，焊接過程可改變部件的材料強度、硬度、延展性、使用壽命、以及其他冶金學(xué)特性。受影響的區(qū)域不僅包括焊接接頭，而且包括圍繞局部經(jīng)歷高溫的焊接接頭的熱影響區(qū)。各種焊接前以及焊接后熱處理在本領(lǐng)域內(nèi)已知以減少或者最小化由焊接引起的冶金學(xué)變化。例如，美國專利6191379 (受讓給與本申請同樣的受讓人)，描述以及請求保護用于熱處理焊接接頭以提高在焊接接頭以及熱影響區(qū)內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)以及強度的系統(tǒng)以及方法。如本文所示，該系統(tǒng)包括熱處理裝置，比如傳統(tǒng)激光器，以在焊接接頭之前或者之后提供熱。盡管對其設(shè)計目的是有效的，由美國專利6191379所教導(dǎo)的系統(tǒng)并未包括用于調(diào)制施加在焊接接頭的熱處理以適應(yīng)在不同類型的材料之間的焊接或不同焊接類型的結(jié)構(gòu)或者部件。相應(yīng)地，提供根據(jù)具體焊接類型或者材料而調(diào)制焊接接頭的焊接前以及焊接后熱處理的量的改進的熱處理系統(tǒng)以及方法將是所希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面以及優(yōu)點在以下說明中被闡明，或者從該說明來看可以是明顯的， 或者可通過本發(fā)明的實踐被習(xí)得。本發(fā)明的一個實施例是用于熱處理焊接接頭的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括射束發(fā)生器(其產(chǎn)生對準焊接接頭的射束)、以及在射束發(fā)生器與焊接接頭之間沿著第一路徑使該射束的第一部分轉(zhuǎn)向的第一射束分裂器。第一反射器接收射束的第一轉(zhuǎn)向部分并且使射束的第一轉(zhuǎn)向部分對準緊挨焊接接頭的第一點。在射束的第一轉(zhuǎn)向部分的第一路徑中的第一調(diào)制器控制射束的第一轉(zhuǎn)向部分的通過。本發(fā)明的另一實施例是用于熱處理焊接接頭的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括射束發(fā)生器，其在一個方向上產(chǎn)生射束。在射束發(fā)生器與焊接接頭之間的第一射束分裂器沿著第一路徑使射束的第一部分轉(zhuǎn)向。第一反射器接收射束的第一轉(zhuǎn)向部分并且使射束的第一轉(zhuǎn)向部分對準緊挨焊接接頭的第一點。在射束的第一轉(zhuǎn)向部分的第一路徑中的第一調(diào)制器控制射束的第一轉(zhuǎn)向部分的通過?？刂破骺刂频谝环瓷淦骰蛘叩谝徽{(diào)制器的至少一個。本發(fā)明還包括用于熱處理焊接接頭的方法。該方法包括使射束對準焊接接頭，使射束的第一部分轉(zhuǎn)向，以及在焊接接頭的方向上反射射束的第一轉(zhuǎn)向部分。該方法進一步包括調(diào)制射束的第一轉(zhuǎn)向部分以控制射束的第一轉(zhuǎn)向部分的通過。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本說明書的審閱將會更好地理解這樣的實施例的特征以及方面以及其他。


對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員的本發(fā)明的完整以及實現(xiàn)性公開(包括其最好的模式)在本說明書的其余部分(包括參考附圖)更具體地被闡明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的簡化透視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的系統(tǒng)的簡化透視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的系統(tǒng)的簡化透視圖。
具體實施例方式現(xiàn)將詳細地給出參考以呈現(xiàn)本發(fā)明的實施例，其中一個或者多個示例在附圖中所圖示。該詳細的說明使用數(shù)字以及字母標號以指代在附圖中的特征。在附圖以及說明中的類似的或者相似的標號已被用于指代本發(fā)明的類似的或者相似的部分。每個示例通過本發(fā)明的解說的方式而被提供，不是對本發(fā)明的限制。事實上，對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言，在本發(fā)明中可以進行修改以及變更而未脫離其范圍或者精神是清楚的。例如，作為一個實施例的部分所圖示或者所描述的特征可被用于另一實施例以得到又另一實施例。因而，目的在于本發(fā)明覆蓋這樣的修改以及變更，它們落入附上的權(quán)利要求以及其等同的范圍內(nèi)。本發(fā)明的實施例提供了便利的以及可控的系統(tǒng)以及方法用于焊接接頭的焊接前和/或焊接后熱處理，其根據(jù)所使用的材料以及具體的焊接接頭設(shè)計可增加焊接的結(jié)構(gòu)的整體性。特定的實施例調(diào)制焊接前和/或焊接后熱處理以準確地控制施加在焊接接頭的區(qū)域的熱量。另外，進一步的實施例還可包括預(yù)編程或可編程的計算機控制，其指示焊接前和 /或焊接后熱處理的位置和/或調(diào)制，從而在未要求焊接之間的硬件和/或軟件變化的情況下提高有效地焊接不同部件的能力。圖1提供根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于焊接接頭12的焊接前或焊接后熱處理的系統(tǒng)10的簡化透視圖。焊接接頭12 —般包括在希望被連接的兩個金屬工件13之間的共同或者鄰接表面并且可包括在兩個金屬工件之間的填充材料(如果希望的話)。在該實施例中，系統(tǒng)10 —般包括射束發(fā)生器14、射束分裂器16、反射器18、以及調(diào)制器20。清楚起見，圖1、2、以及3—般省略相對彼此保持各個實施例的部件在適當(dāng)位置的任何結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將理解這些部件的任何一個可以或者可以不與另一個相連，并且本發(fā)明的各個實施例不限于在個體部件之間任何具體的連接(除非在權(quán)利要求中特別說明)。射束發(fā)生器14可以是本領(lǐng)域內(nèi)任何已知的用于產(chǎn)生適合焊接的高密度射束22的任何裝置。例如，射束發(fā)生器14可以是如本領(lǐng)域內(nèi)已知的激光射束發(fā)生器。射束發(fā)生器14 可以是固定的、或者可與用于將電子射束22關(guān)于在工件13之間的焊接接頭12對準的裝置相連(如圖1中所示)。用于關(guān)于焊接接頭12對準射束22的結(jié)構(gòu)可包括任何本領(lǐng)域內(nèi)已知的機械的、氣動的、電機械的、電氣動的、手動的、或者自動的系統(tǒng)以用于關(guān)于另一個而改變一個部件的位置。例如，如圖1中所示，用于關(guān)于焊接接頭12對準射束22的裝置可包括滑架(carriage)^，其由電纜、滑輪、或者其他適合裝置附連到例如軌沈的結(jié)構(gòu)，其提供射束發(fā)生器14可在其上行駛的軌道。以該方式，射束發(fā)生器14可沿著軌沈移動以關(guān)于焊接接頭12改變射束22的方向。在其他實施例中，用于關(guān)于焊接接頭12對準射束22的結(jié)構(gòu)可包括，例如，附連至射束發(fā)生器14的球窩設(shè)置，其允許射束發(fā)生器14如希望地樞轉(zhuǎn)以關(guān)于焊接接頭12改變射束22的方向。相反地，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解用于關(guān)于焊接接頭 12對準射束22的相同或者等同結(jié)構(gòu)可類似地與工件13或者其上放置工件13的表面相連， 使得工件13的移動導(dǎo)致關(guān)于焊接接頭12對準射束22的相同功能。射束分裂器16可以是適合于分裂由射束發(fā)生器14產(chǎn)生的射束22以沿著路徑使射束的一部分觀轉(zhuǎn)向的任何裝置。例如，射束分裂器16可以是光學(xué)裝置，比如由在其底部膠合在一起的兩個三角棱柱制成的玻璃立方。連接兩個三角玻璃棱柱的膠的厚度以及含量可被調(diào)整以沿著該路徑反射該射束的所希望的波長或部分或者使該射束的所希望的波長或部分轉(zhuǎn)向。所產(chǎn)生的射束22的剩余部分穿過棱柱到焊接接頭12。在本發(fā)明范圍內(nèi)的適合的射束分裂器16的另一示例可以是半鍍銀的鏡子。半鍍銀的鏡子可包括玻璃板，其具有施加在該玻璃板一面的薄的鋁涂層或者非傳導(dǎo)光學(xué)材料(dielectric optical material) 0 在玻璃上的涂層的厚度以及位置可被調(diào)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轉(zhuǎn)向并且以使所產(chǎn)生的射束22的剩余部分穿過至焊接接頭12。反射器18接收射束的轉(zhuǎn)向部分觀并且使射束的轉(zhuǎn)向部分觀對準緊挨焊接接頭 12的點30。反射器18可包括在本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何適合的結(jié)構(gòu)用于反射或者對準光或者能量射束。例如，反射器18可以是平表面，比如鏡子、金屬板、棱柱、光纖維電纜、或者用于反射或者對準光或者能量射束的任何其他適合的材料。如圖1中所示，反射器18可關(guān)于焊接接頭12是傾斜的，并且在射束分裂器16、反射器18、以及焊接接頭12之間的幾何可如所希望地被調(diào)整以使射束的轉(zhuǎn)向部分觀瞄準所希望的點30。例如，點30可在預(yù)期的焊接接頭20之前以提供焊接前熱處理。相反地，點30可在正好完成的焊接接頭12之后以提供焊接后熱處理。作為第三示例，點30可在焊接接頭12的任一邊以為圍繞經(jīng)歷局部高溫的焊接接頭12的熱影響區(qū)提供焊接前或者焊接后熱處理。另外，在點30與焊接接頭12之間的距離可被調(diào)整以改變在焊接過程之前或者之后的熱處理的定時。調(diào)制器20位于射束的轉(zhuǎn)向部分28的路徑中以控制射束的轉(zhuǎn)向部分28的通過。 由于射束的轉(zhuǎn)向部分觀一般以直線行進，調(diào)制器20因此一般位于在射束分裂器16與反射器18之間或者在反射器18與焊接接頭12之間的視線上。調(diào)制器20可以是能夠交替地中斷射束的轉(zhuǎn)向部分觀以及傳遞射束的轉(zhuǎn)向部分觀以控制射束的轉(zhuǎn)向部分觀的任何裝置。 例如，調(diào)制器20可包括簡單的機械裝置，其可被移出或者移入射束的轉(zhuǎn)向部分觀的路徑以物理上相應(yīng)允許或者阻止射束的轉(zhuǎn)向部分觀的通過。在備選的實施例中，電光調(diào)制器可被使用以調(diào)制射束的轉(zhuǎn)向部分觀的頻率、振幅、以及/或者方向。在本發(fā)明范圍內(nèi)的電光調(diào)制器的適合的示例可包括晶體，比如鈮酸鋰，其折射率響應(yīng)于局部電場而改變。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的實施例可在包括多個焊接源的混合焊接系統(tǒng)中被采用。例如，如圖1中所示，弧焊設(shè)備32還可存在以提供在焊接接頭12處的另一焊接源。例如其他焊接源，比如，火焰、電弧、激光、電子射束、摩擦、以及超聲波，可被包括以形成在本發(fā)明的各個實施例中的混合焊接系統(tǒng)。圖2提供根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于焊接接頭42的焊接前或者焊接后熱處理的系統(tǒng)40的簡化透視圖。該實施例又包括射束發(fā)生器44、第一射束分裂器46、第一反射器48、以及第一調(diào)制器50 (如先前已關(guān)于圖1中所示的實施例描述的那些部件)。具體地地，射束發(fā)生器44產(chǎn)生射束52并且使所產(chǎn)生的射束52對準焊接接頭42。第一射束分裂器 46沿著第一路徑使射束的第一部分58轉(zhuǎn)向，以及第一反射器48接收射束的第一轉(zhuǎn)向部分58并且使射束的第一轉(zhuǎn)向部分58對準最近接焊接接頭42的第一點60。第一調(diào)制器50控制射束的第一轉(zhuǎn)向部分58的通過。另外，系統(tǒng)40可又包括弧焊設(shè)備32，或者其它焊接源， 以組成混合焊接系統(tǒng)。圖2中所示的系統(tǒng)40進一步包括第二射束分裂器62、第二反射器64、以及第二調(diào)制器66。第二射束分裂器62位于射束發(fā)生器44與焊接接頭42之間并且沿著第二路徑使射束的第二部分68轉(zhuǎn)向。第二反射器64接收射束的第二轉(zhuǎn)向部分68并且使射束的第二轉(zhuǎn)向部分68對準緊挨焊接接頭42的點70。第二調(diào)制器66控制射束的第二轉(zhuǎn)向部分68的通過。以該方式，圖2中所示的系統(tǒng)40能同步地或者單獨地提供熱處理給緊挨焊接接頭42 的多個點，比如，例如提供焊接接頭42的焊接前以及焊接后熱處理二者。圖3提供根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的用于焊接接頭42的焊接前或焊接后熱處理的系統(tǒng)80的簡化透視圖。出于圖示的目的，該實施例又包括射束發(fā)生器44，第一與第二射束分裂器46、62，第一與第二反射器48、64，以及第一與第二調(diào)制器50、66 (如先前關(guān)于圖2 中所示實施例所述)。另外，系統(tǒng)80進一步包括控制器82，其被配置成接收反映焊接接頭 42、緊挨焊接接頭42處特性和/或系統(tǒng)80的特性的信號84。控制器82使用該信號84以指示在系統(tǒng)80中的各個部件以控制熱處理的定時、數(shù)量、和/或位置。控制器82可包括各個部件，比如存儲數(shù)據(jù)、存儲軟件指令、以及或者執(zhí)行軟件指令的存儲器/媒介元件、微處理器和/或協(xié)處理器。各個存儲器/媒介元件可以是一個或者多個種類的計算機可讀媒介，比如，但不限于，易失存儲器(如，RAM、DRAM、SRAM、等等)、 非易失性存儲器(如，閃存驅(qū)動器，硬驅(qū)動器、磁帶、CD-R0M、DVD_R0M、等等)、和/或其他存儲器裝置(如，磁盤、磁基存儲媒介、光存儲媒介、等等)的任何組合。數(shù)據(jù)存儲以及處理器配置的任何可能的變更將被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所理解。反映焊接接頭42、緊挨焊接接頭42處特性和/或系統(tǒng)80的特性的信號84可由任何工具或者傳感器產(chǎn)生。例如，紅外線、音速、激光、或者其它形式的能量可被用于估計焊接接頭42、緊挨焊接接頭42、和/或系統(tǒng)80的厚度、連續(xù)性、夾雜、溫度、和/或其它物理特性。置于焊接接頭42的下游的換能器與傳感器86可因而被用于檢查焊接接頭42并且產(chǎn)生反映焊接接頭42的一個或者多個特性的信號84?？刂破?2然后可處理該信號84以調(diào)整在系統(tǒng)80中的各個部件。例如，控制器82可產(chǎn)生第一控制信號88給調(diào)制器50、66的一個或者兩個以改變調(diào)制的時段或者頻率。通過這樣做，控制器82可改變在焊接前或焊接后熱處理期間所施加的能量的量。備選地，或者另外，控制器82可產(chǎn)生第二控制信號90給用于關(guān)于工件13對準射束52的裝置以改變焊接的速率、方向、持續(xù)時間和/或焊接接頭12 的位置。作為進一步的示例，控制器82可產(chǎn)生第三控制信號92給反射器48、64的一個或者兩個以改變射束的第一和/或第二轉(zhuǎn)向部分58、68的反射角，因而改變接收熱處理的具體區(qū)域。關(guān)于圖1、2以及3先前所述的實施例每個提供用于熱處理焊接接頭的方法。在每個實施例中，射束被對準焊接接頭，并且射束的一部分被轉(zhuǎn)向并且被反射至緊挨焊接接頭的點。如果希望的話，射束的多個部分可被轉(zhuǎn)向并且被反射至緊挨焊接接頭的點以提供在多個熱影響區(qū)域處的熱處理。在每個實施例中，射束的轉(zhuǎn)向部分可被調(diào)制以改變在熱處理期間所施加的能量的量。另外，射束的轉(zhuǎn)向部分的反射方向可被調(diào)整以改變熱處理的具體位置。如圖3中所示，控制器82可被用于基于經(jīng)驗測量或者感測的焊接接頭的特性來動態(tài)地改變焊接過程和/或熱處理。另外，或者備選地，控制器82可允許系統(tǒng)80被用于許多不同種類的焊接接頭或者被用在不同類型的材料上而未要求在焊接操作之間系統(tǒng)的任何去除、替換、或者其它變更。該書面描述使用示例公開本發(fā)明的實施例(其中包括最佳模式)，并且還能使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員實踐本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或者系統(tǒng)，以及實施任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求書所限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。這些其他的示例如果具有與該權(quán)利要求書的字面語言無不同的結(jié)構(gòu)單元，或者它們包括了與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)單元則被規(guī)定為在該權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于熱處理焊接接頭02)的系統(tǒng)(80)，包括a.射束發(fā)生器(44)，其中所述射束發(fā)生器04)產(chǎn)生對準焊接接頭0 的射束(52)；b.在所述射束發(fā)生器G4)與所述焊接接頭0 之間的第一射束分裂器(46)，其中所述第一射束分裂器G6)沿著第一路徑使所述射束的第一部分(58)轉(zhuǎn)向；c.第一反射器(48)，其接收所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)并且使所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)對準緊挨所述焊接接頭0 的第一點(60)；以及d.在所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)的第一路徑中的第一調(diào)制器(50)，其中所述第一調(diào)制器(50)控制所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)的通過。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(80)，其中所述射束發(fā)生器04)是激光射束發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括安置成在所述焊接接頭02)處實施弧焊的弧焊設(shè)備(32)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括用于關(guān)于所述焊接接頭02)對準所述射束(52)的裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括在所述射束發(fā)生器04)與所述焊接接頭0 之間的第二射束分裂器(62)，其中所述第二射束分裂器(6 沿著第二路徑使所述射束的第二部分(68)轉(zhuǎn)向。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括第二反射器(64)，其接收所述射束的第二轉(zhuǎn)向部分(68)并且使所述射束的第二轉(zhuǎn)向部分(68)對準緊挨所述焊接接頭0 的第二點(70)。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括在所述射束的第二轉(zhuǎn)向部分(68)的第二路徑中的第二調(diào)制器(66)，其中所述第二調(diào)制器(66)控制所述射束的第二轉(zhuǎn)向部分 (68)的通過。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(80)，進一步包括控制器(82)，其中所述控制器(82)接收反映所述焊接接頭G2)或者所述系統(tǒng)(80)的至少一個的特性的信號(84)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(80)，其中所述控制器(82)控制所述第一反射器G8)或者所述第一調(diào)制器(50)的至少一個。
10.一種用于熱處理焊接接頭0 的方法，包括a.使射束(5 對準所述焊接接頭G2)；b.使所述射束的第一部分(58)轉(zhuǎn)向；c.在所述焊接接頭0 的方向上反射所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)；以及d.調(diào)制所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)以控制所述射束的第一轉(zhuǎn)向部分(58)的通過。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括測量所述焊接接頭0 或者緊挨所述焊接接頭(42)處的特性。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括基于所述焊接接頭0 的所測量的特性來改變所述射束(5 的方向、持續(xù)時間、或者能量水平的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明名稱為熱處理焊接接頭的系統(tǒng)以及方法。一種用于熱處理焊接接頭(42)的系統(tǒng)(80)包括射束發(fā)生器(44)，其產(chǎn)生對準焊接接頭(42)的射束(52)。在射束發(fā)生器(44)與焊接接頭(42)之間的射束分裂器(46)沿著路徑使該射束的一部分(58)轉(zhuǎn)向。反射器(48)接收射束的轉(zhuǎn)向部分(58)并且使其對準在焊接接頭(42)處的點(60)。在路徑中的調(diào)制器(50)控制射束的轉(zhuǎn)向部分(58)的通過。一種用于熱處理焊接接頭(42)的方法包括使射束(52)對準焊接接頭(42)，使射束的一部分(58)轉(zhuǎn)向，以及在焊接接頭(42)的方向上反射該射束的轉(zhuǎn)向部分(58)。該方法進一步包括調(diào)制射束的轉(zhuǎn)向部分(58)以控制射束的轉(zhuǎn)向部分(58)的通過。
文檔編號B23K37/00GK102248312SQ20111014741
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者K·蘭加勞, S·F·辛普森 申請人:通用電氣公司