通過焊接工藝連接兩個零部件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過焊接連接兩個零部件的方法，其中至少有一個零部件包括黃銅合金。在本發(fā)明的方法中設(shè)有一個中間部件，所述中間部件位于兩個零部件之間，與零部件在邊緣部位接觸。所述中間部件中所含的金屬材料區(qū)別于黃銅合金。在焊接的過程中，所述中間部件的溫度升高，以使所述中間部件在邊緣部位與零部件進行物質(zhì)連續(xù)性的連接。
【專利說明】通過焊接工藝連接兩個零部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過焊接工藝連接兩個零部件的方法，其中至少有一個零部件包括黃銅合金。
【背景技術(shù)】
[0002]通過焊接連接零部件是一種很常見的方法。然而，目前對黃銅的焊接是有問題的，因為黃銅中含有鋅，其在焊接過程中會蒸發(fā)。通過傳統(tǒng)的電弧焊接方法高質(zhì)量地完成黃銅零部件的焊接是非常困難的，因為易爆炸的鋅會持續(xù)蒸發(fā)。同樣地，通過激光焊接黃銅也是如此:通過聚焦的激光光束照射，大部分的鋅會在熔化時蒸發(fā)，這樣，在焊接時就會產(chǎn)生一條很深的裂縫。相反的，如果用散焦的激光光束，焊縫的擴大以及易爆炸的鋅的蒸發(fā)就會減少；然而與此同時，焊接的深度也會減少到只有零點幾毫米。存在的另外一個問題是:在確定的環(huán)境下，例如，鋼的焊接，激光輻射能量只能少量的被黃銅吸收，從而就要求更高的激光性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種改進的黃銅焊接方法。
[0004]一種通過激光焊接工藝連接兩個零部件(10，12)的方法，所述兩個零部件(10，12)中至少一個包括黃銅合金，在所述方法中，所述兩個零部件(10，12)之間設(shè)置中間部件
(16),所述中間部件可由以下合金材料CuSn4、CuSn6、CuSn8、CuSnlO及CuSnl2中的至少一種組成，所述中間部件(16)在邊緣部位(18，20)處與所述零部件(10，12)相接觸，在采用激光器產(chǎn)生的激光光束(24)進行焊接時，所述中間部件(16)被加熱，以使所述中間部件(16)在邊緣部位(18，20)與所述零部件(10，12)進行物質(zhì)連續(xù)性的連接。
[0005]此發(fā)明特別包含了一個中間部件，其含有一種金屬材料，所述金屬材料區(qū)別于黃銅合金。所述中間部件設(shè)置于需要焊接的所述零部件之間。因此，所述中間部件與所述零部件的邊緣部位相接觸。在焊接的過程中，所述中間部件溫度升高，故使得所述中間部件在所述邊緣部位與所述零部件進行物質(zhì)連續(xù)性的連接。
[0006]所述中間部件并不是黃銅材質(zhì)。換言之，它僅僅是一種連接媒介，也可以說是一種用于零部件連接的助粘劑。通過使用所述中間部件可實現(xiàn)對含有黃銅合金的零部件進行焊接，特別是通過不漏氣的方式焊接含有黃銅的零部件，例如使用激光焊接方法。本發(fā)明中所涉及的方法能夠有效的在激光焊接時使用。由于該方法熱量輸入較少，內(nèi)部零部件就不會損壞，故該方法與傳統(tǒng)的電焊接相比具有很大的優(yōu)勢。例如，焊接閥門零部件。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)勢可以從從屬權(quán)利要求、說明書以及附圖中體現(xiàn)。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，所述中間部件含有青銅合金。該中間部件的特征在于，其在焊接過程中具有特別有效的能量耦合。因此，在焊接時只需要較少的能量就能工作。特別是在激光焊接過程中，只有很少一部分鋅蒸發(fā)。盡管如此，在焊縫只有幾毫米深的情況下，焊接也可完成。就這一點來說，青銅與黃銅在邊緣部位混合形成一種均勻的金屬化合物。因此，所述零部件之間便可實現(xiàn)物理性能特別穩(wěn)定且不漏氣的連接。
[0009]此外，該中間部件可由至少含有以下一種合金的材料組成:CuSn4、CuSn6、CuSn8、CuSnlO及CuSnl2。進一步的，在用激光焊接黃銅零部件時，優(yōu)選為CuSnl2。
[0010]如果需要連接的零部件在連接點的區(qū)域是旋轉(zhuǎn)對稱的，則所述中間部件優(yōu)選為環(huán)形或者是穿孔的磁盤狀(punched disk)。相對的,如果所需焊接的零部件為板狀或金屬薄片，例如，對焊(butt welding),則所述中間部件可為條狀(strip-shaped)。在上述兩種情況下，所述中間部件的厚度介于0.之間。通常情況下，使用青銅薄膜也是可行的。
[0011]考慮到在特定環(huán)境下焊接過程中材料的蒸發(fā)，所述中間部件的尺寸和/或位置優(yōu)選為介于所述零部件之間，以便在焊接前，其伸出零部件以外。通過該方法，在已連接的零部件的焊接點之間基本可以實現(xiàn)無縫焊接。
[0012]如上所述，此發(fā)明所涉及的焊接方法非常適合連接兩者均為黃銅材質(zhì)的零部件，例如閥門零部件。然而，此發(fā)明所涉及的焊接方法通常也適用于只有一個零部件含有黃銅合金，而另一個零部件含有另一種金屬材料，例如鋼或銅的兩個零部件的焊接。
[0013]在一個實施例中，所述零部件可為旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，例如管狀?；蛘撸隽悴考辽僭谶B接點的部位為旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。然而，作為另一種選擇，也可通過對焊的方式焊接兩個金屬板。一般地，此發(fā)明所涉及的焊接方法可用于任何三維形狀零部件的焊接。
[0014]通過激光產(chǎn)生的激光光束實現(xiàn)上述焊接方法是非常有利的。在焊接過程中，產(chǎn)生的能量輸入可被局部地限制在所述中間部件中，從而可避免黃銅零部件中不必要的鋅的蒸發(fā)，或者至少可將鋅的蒸發(fā)降低到最低程度。激光光束直接作用于所述中間部件暴露出來的部分，即激光光束直接射入所述中間部件，其特殊之處在于，在這之前，激光光束不會穿過需要連接的零部件之一。
[0015]為了進一步優(yōu)化，使能量輸入到所述中間部件中，從而熔化所述中間部件，可以通過雙焦光學器件將激光光束分裂成兩束。另一方面，上述焊接過程也可以通過散焦的激光光束來完成。進一步地，上述焊接過程還可以通過振蕩的激光光束來完成。
[0016]此外，本發(fā)明進還提供一種通過焊接過程連接兩個零部件的裝置，其中，至少一個零部件含有黃銅合金。所述焊接過程包括在所述零部件設(shè)置一中間部件的方法，以使該中間部件可與所述零部件在邊緣部位接觸。所述中間部件含有與所述零部件中黃銅合金相區(qū)別的金屬材料。因此，通過加熱該中間部件，可使該中間部件在所述邊緣部位與所述零部件進行物質(zhì)連續(xù)性的連接。
[0017]在所述裝置的輔助下，可以達到上述優(yōu)點效果。此外，所述裝置也適用于通過機械自動化來執(zhí)行本發(fā)明中的焊接方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1a為通過激光焊接連接兩個零部件的焊接過程之初，兩個零部件的剖視圖；
[0019]圖1b為通過激光焊接連接兩個零部件的焊接過程之后，兩個零部件剖視視圖；
[0020]圖2為將要通過激光焊接連接的兩個零部件，以及作為連接中介的中間部件的立體分解圖。
【具體實施方式】[0021]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0022]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0024]圖1顯示了需要通過激光焊接連接的由黃銅合金構(gòu)成的兩個零部件10，12。零部件10，12可以是閥門組件、旋塞組件、測量儀器或者是管道的一部分。零部件10，12為旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，或者至少在連接點14處是旋轉(zhuǎn)對稱的。
[0025]在連接點14處，呈現(xiàn)青銅環(huán)形狀的中間部件16設(shè)置于零部件10，12之間以使青銅環(huán)的第一邊緣部位18與零部件10接觸，青銅環(huán)中另一個相對設(shè)置的第二邊緣部位20與零部件12接觸。
[0026]青銅環(huán)可通過自動化方式化的嵌入零部件10與12之間。例如，使用合適設(shè)備的抓具器件(gripping tool),零部件10,12被預先夾持固定于抓具器件中。
[0027]本實施例中，青銅環(huán)的厚度約為0.5mm，但可增加或減少。從徑向方向觀察，青銅環(huán)的深度約為2mm。與青銅環(huán)的厚度類似，青銅環(huán)16的深度也可以根據(jù)需要進行調(diào)整。
[0028]青銅環(huán)外徑的理想長度比需要在連接點14連接的零部件10，12的外直徑稍長，因此，青銅環(huán)在連接點14處會稍微伸出到零部件10，12以外。然而，這并不是必須的。反言之，青銅環(huán)的外徑也可與需要在連接點14連接的零部件10，12的外徑相同或者稍短。
[0029]例如，激光光束24可為由Nd:YAG激光器發(fā)出的激光光束，其波長為1.06um，直接射向青銅環(huán)暴露的外側(cè)26以焊接零部件10，12。輸入到青銅環(huán)中的能量由射向青銅環(huán)的激光光束24的循環(huán)運動來控制，以使青銅環(huán)在其邊緣部位18，20熔化的深度大于或者至少與青銅環(huán)的徑向方向的深度相同，從而使得青銅環(huán)與零部件10，12的材料相結(jié)合，以形成一種均勻的金屬化合物。激光光束24并未直接射向黃銅零部件10，12，但聚焦的能量會被輸入到青銅環(huán)上，從而使得黃銅零部件10，12中鋅的蒸發(fā)大大減少。
[0030]本發(fā)明中的焊接方法是高質(zhì)量的，且零部件10，12的連接不漏氣。此外，上述焊接方法中，所伴隨的物質(zhì)材料的蒸發(fā)也相對較少(如圖1b所示)。
[0031]上面已對為旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的零部件10，12的焊接進行了描述。然而，需要指出的是，任何所需的三維形狀的零部件均可被焊接。
[0032]如圖2所示，例如，兩個非旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的空心截面的零部件10’，12’，均包括黃銅合金。零部件10’，12’可通過相應形狀的青銅環(huán)16’來進行焊接。特別地，在本實施例中，青銅環(huán)16’并非一定要擴展在一個平面上，焊接也可進行三維擴展。
[0033]進一步地，板狀的零部件或金屬薄片也可以相互焊接，例如，通過對焊連接?；谶@些情況，中間部件16則需要相應地被設(shè)計為青銅條形狀。[0034]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1.一種通過激光焊接工藝連接兩個零部件(10，12)的方法，所述兩個零部件(10，12)中至少一個包括黃銅合金，在所述方法中，所述兩個零部件(10，12)之間設(shè)置中間部件(16),所述中間部件可由以下合金材料CuSn4、CuSn6、CuSn8、CuSnlO及CuSnl2中的至少一種組成，所述中間部件(16)在邊緣部位(18，20)處與所述零部件(10，12)相接觸，在采用激光器產(chǎn)生的激光光束(24)進行焊接時，所述中間部件(16)被加熱，以使所述中間部件(16)在邊緣部位(18，20)與所述零部件(10，12)進行物質(zhì)連續(xù)性的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間部件(16)呈環(huán)形或穿孔的磁盤形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間部件(16)的厚度介于0.1mm至2mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述連接點(14)位置，所述中間部件(16)的最大外部尺寸大于所述零部件(10，12)的最大外部尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間部件(16)的尺寸和/或位置介于所述零部件(10，12)之間，以使所述中間部件(16)在焊接前伸出零部件(10，12)以外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個零部件(10，12)均包含黃銅合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述零部件(10，12)至少在連接點(14)處旋轉(zhuǎn)對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光光束(24)直射于所述中間部件(16)的一個暴露區(qū)域(26)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光光束(24)通過雙焦光學器件分裂成兩束。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過采用散焦的激光光束(24)實現(xiàn)焊接過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過采用振蕩的激光光束(24)實現(xiàn)焊接過程。
【文檔編號】B23K26/32GK103567637SQ201310301433
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】克里斯蒂安·福爾曼 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)公司