借助在工件的内部区域中施加保护气体来控制焊透轮廓的方法和设备技术

描述一种用于控制在具有外部区域和内部区域的工件(306)上的焊透轮廓的方法。方法包括借助焊机(302)施加能量到工件的外部区域以产生焊池(304)的步骤。方法还包括如下步骤：焊透工件(306)，使得焊池(304)跨越外部区域和内部区域之间，以及还以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到内部区域。还限定了相应的设备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
借助在工件的内部区域中施加保护气体来控制焊透轮廓的方法和设备
[0001]本申请是申请号为201480081057.7、申请日为2017年2月7日、题为“借助在工件的内部区域中施加保护气体来控制焊透轮廓的方法和设备”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]在下文中描述的实施例涉及焊接领域，且更具体地，涉及用于改进内部焊缝轮廓的方法和相关设备。

技术介绍

[0003]焊接是在本领域中众所周知的制造工艺，其中，金属通过接合(通常通过将工件熔融在一起，且有时添加填充材料以形成熔融金属的焊池)联结在一起。熔融焊池最终冷却以形成连续的联结。
[0004]存在许多不同的焊接手段，例如，诸如熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding)(GMAW或MIG)、手工电弧焊(Shielded Metal Arc Welding)(SMAW)和钨极惰性气体保护焊(Gas Tungsten Arc Welding)(GTAW或TIG)。使用不同的能源(诸如电弧、激光、气火焰等)来熔融工件和形成焊池。在大部分焊接手段中，将金属填充焊丝或焊条进给到焊池中。惰性或半惰性保护气体通常在焊池上方释放，以保护焊池不被氧化。
[0005]GTAW焊接例如包括钨电极，钨电极从手持或安装在机器上的焊枪的陶瓷夹套突出。电极靠近基体金属的期望焊缝区放置，同时陶瓷夹套内的孔口发射诸如氩气或氦气的保护气体以在焊缝区上方形成惰性保护气氛。在电极和基体金属之间产生电弧以形成焊池。焊池焊透基体金属，同时金属填充焊丝被进给到焊池中，但是这不是严格必需的。基体金属和填充焊丝两者都被电弧熔融，且最终冷却以形成焊缝联结。
[0006]在构造流量计期间，必须将若干部分焊接在一起。对于流量计应用来说，凸缘、导管、和流动管必须精密焊接，这意味着要求全焊透，然而不能接受过分的焊透。如果认为焊缝联结具有不足的或过分的焊透，则焊缝联结必须磨掉并重新焊接。在一些流量计部分中，在第一焊道之后不可能进入内部部分(诸如导管的内径)。因此，对于在第一焊道上的全部焊缝联结来说，焊透一定是正确的。这引发了一个问题，因为多达90％的焊缝要求至少某种形式的再加工以满足要求。
[0007]图1提供为现有技术流量计的一个示例。导管传感器(诸如科里奥利(Coriolis)质量流量计和振动比重计)通常通过检测包含流动材料的振动导管的运动而运行。与在导管中的材料关联的性质(诸如质量流、密度等)能够通过处理从与导管关联的运动换能器接收的测量信号来确定。填充振动材料的系统的振动模式通常受到导管以及包含在其中的材料的组合质量、刚度和阻尼特性的影响。
[0008]众所周知，使用振动流量计来测量流动通过管道的材料的质量流和其他性质。例如，在授予J.E.史密斯等的美国专利No.4,491，025以及授予J.E.史密斯的Re.31,450中公开了振动科里奥利流量计。这些流量计具有一个或多个流体管(或“流动管”)。在科里奥利
质量流量计中的每个流动管配置具有一组自然振动模式，其可以是简单的弯曲、扭转、径向、侧向或联接类型。驱动每个流动管以在这些自然模式中的一个中以共振振荡。振动模式通常受到流动管和包含在其中的材料的组合质量、刚度和阻尼特性的影响，因此，通常在流量计的初始校准期间使用公知技术确定质量、刚度和阻尼。
[0009]材料从在流量计的入口侧上的连接管道流入流量计中。材料然后被引导通过流动管或多个流动管，并离开流量计到连接在出口侧上的管道。
[0010]诸如音圈型驱动器的驱动器施加力到一个或多个流动管。该力导致一个或多个流动管振荡。当没有材料流动通过流量计时，沿着流动管的所有点以相同相位振荡。当材料开始流动通过流动管时，科里奥利加速度导致沿着流动管的每个点相对于沿着流动管的其他点具有不同相位。在流动管的入口侧上的相位滞后于驱动器，而在出口侧上的相位领先于驱动器。传感器通常置放在流动管上的两个不同点处以产生正弦信号，该正弦信号表示流动管在两个点处的运动。以时间单位计算从传感器接收的两个信号的相位差。
[0011]两个传感器信号之间的相位差与流动通过流动管或多个流动管的材料的质量流动速率成比例。通过使相位差乘以流动校准因子来确定材料的质量流动速率。流动校准因子取决于流动管的材料性质和横截面性质。影响流动校准因子的流动管的一个主要特性是流动管的刚度。在将流量计安装到管道中之前，通过校准过程确定流动校准因子。在校准过程中，流体以给定流动速率传递通过流动管，并计算在相位差和流动速率之间的比例。如在本领域中通常已知的，还在校准过程期间确定流动管的刚度和阻尼特性。
[0012]科里奥利流量计的一个优势在于，所测量的质量流动速率的精确度基本上不受流量计中的运动部件的磨损的影响，因为在振动流动管中不存在运动部件。通过使在流动管上的两个点之间的相位差和流动校准因子相乘来确定流动速率。唯一的输入是来自传感器的指示流动管上的两个点的振荡的正弦信号。根据正弦信号计算相位差。由于流动校准因子与流动管的材料和横截面性质成比例，所以相位差测量和流动校准因子不受在流量计中的运动部件的磨损的影响。
[0013]典型的科里奥利质量流量计包括一个或多个换能器(或者敏感元件传感器(pickoff sensor)，或简单地“敏感元件”)，其通常被采用以便测量流动导管或多个流动导管的振动响应，且通常定位在驱动器的上游和下游的位置处。敏感元件连接到电子仪器。仪器从两个敏感元件接收信号，且处理该信号以便导出质量流动速率测量结果等。
[0014]典型的科里奥利流量计通过使用线圈和磁体作为敏感元件以测量计量器的(多个)振动流动管的运动来测量流动和/或密度。根据在定位在计量器的流动管的入口和出口附近的多个敏感元件信号之间的相位差确定通过计量器的质量流动速率。然而，能够使用应变计代替线圈/磁体敏感元件来测量流动。在两种传感器类型之间的根本差异在于，线圈/磁体敏感元件测量流动管的速度，而应变计测量与管的位移成比例的流动管的应变。因此，每种类型的传感器的定位将不必然在相同位置中。
[0015]在下文中描述的实施例提供焊接凸缘、导管、流动管、流量计和其他非流量计相关的工件的手段。一个目的是提供一种用于焊接工件的实施例，该工件对其内部区域呈现有限的接近(access)。一个目的是提供一种用于向工件的内部区域提供保护气体的实施例。一个目的是提供一种用于提供控制在工件的内部区域内的保护气体压力的手段的实施例。一个目的是提供一种实施例，其以缓冲焊池的压力将保护气体引入到工件的内部区域，以
便控制内部焊缝轮廓。

技术实现思路

[0016]根据实施例提供一种方法，其用于控制在具有外部区域和内部区域的工件上的焊透轮廓。根据实施例，步骤包括：借助焊机施加能量到工件的外部区域以产生焊池；焊透工件，使得焊池跨越外部区域和内部区域之间；以及以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到内部区域。
[0017]根据实施例提供一种设备，其用于控制在具有外部区域和内部区域的工件上的焊透轮廓。根据实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制在工件上的焊透轮廓的方法，所述工件具有外部区域、内部区域以及一个或两个开口的导管端部，其中所述内部区域是可密封的，所述方法包括如下步骤：借助焊机施加能量到所述工件的所述外部区域以产生焊池；焊透所述工件，使得所述焊池跨越所述外部区域和所述内部区域之间；将所述焊机维持在静止位置；利用车床使所述工件相对于所述焊机旋转；放置定向成靠近开口的导管端部的密封件，以形成显著地密封的内部区域，其防止保护气体通过导管端部逸出，以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到所述内部区域，其中所述保护气体将仅通过所述工件的预焊接的接界逸出，其中，所述工件包括流量计的至少一部分；以及测量在所述内部区域内的所述保护气体的压力；将所测量的压力与可接受的压力的预定范围进行比较；如果所述所测量的压力落在所述可接受的压力的范围之外，则仅由于气体随着焊接进展而通过所述预焊接的接界以可变速率逸出而将在所述内部区域内的保护气体的压力通过电子器件调节到所述可接受的压力的范围内，以维持所述内部区域内的保护气体的大致恒定压力；并且其中，由于由所述保护气体的压力所提供的力而防止所述焊透超过限定所述内部区域的表面所述工件厚度的大约10％的距离，其中，所述预定压力范围是基于如下中的至少一者来选择的：导管厚度、焊接位置、焊机类型和所选择的导管材料；其中，所述保护气体的压力在大约0.04psi和0.245psi之间；并且其中，防止所述焊透超过限定所述内部区域的表面大约0.0625英寸。2.根据权利要求1所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，包括如下步骤：维持在所述内部区域内的保护气体的大致恒定压力。3.根据权利要求1所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供填充金属到金属的熔融池。4.根据权利要求1所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，所述焊缝是自体的。5.一种用于控制在可旋转的工件(306)上的焊透轮廓的设备(300)，所述工件具有外部区域(336)、内部区域(338)以及一个或两个开口的导管端部，其中所述内部区域是可密封的，所述设备包括：焊机(302)，所述焊机被维持在静止位置中且配置成从所述工件(306)的所述外部区域(336)产生焊缝联结(334)，其中，所述焊缝联结(334)从所述工件(306)的所述外部区域(336)焊透到所述工件(306)的所述内部区域(338)；密封件，所述密封件放置成靠近开口的导管端部，以形成显著地密封的内部区域，其防止保护气体通过导管端部逸出，与所述内部区域(338)流体连通的气体供应(314)，其配置成提供保护气体到所述工件(306)的所述内部区域(338)，其中，所述工件包括流量计的至少一部分，并且其中，所述保护气体的压力提供限制焊透的力；以及与所述内部区域(338)连通的压力计(332)，其中，所述压力计(332)配置成测量在所述内部区域(338)中存在的所述保护气体的压力；
车床，所述工件(306)安装在所述车床中，其中，所述车床配置成使所述工件(306)旋转；接合以流体密封所述内部区域(338)的密封件(330)，其中，当所述密封件(330)被接合时，如果由所述气体供应(314)供应的所述保护气体以大于所述内部区域(338)的压力被供应到所述内部区域(338)，所述保护气体将仅通过所述工件(306)的预焊接的接界逸出；与所述内部区域(338)流体连通的阀(328)，其配置成调节在所述内部区域(338)内的所述保护气体压力；以及与所述压力计(332)和所述阀(328)两者连通的系统电子器件(400)，其中，所述系统电子器件(400)配置成...

【专利技术属性】
技术研发人员：G克雷塞利泽，
申请(专利权)人：高准公司，
类型：发明
国别省市：