混合激光弧焊接工藝和設(shè)備的制作方法

專利名稱：混合激光弧焊接工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及焊接方法。更特別地，本發(fā)明針對焊接工藝，其利用其中激光束焊接和弧焊接在相同的焊接池中同時發(fā)生的混合激光弧焊接技術(shù)，并且進(jìn)一步利用在該混合激光弧焊接技術(shù)之前的第二激光束焊接技術(shù)以增加焊接深度和/或促進(jìn)所得的焊接接頭中的孔隙和氣囊的消除。
背景技術(shù)：
低熱輸入焊接工藝和特別地在狹窄焊接條件范圍上操作的例如激光束和電子束焊接(分別LBW和EBW)等高能束焊接工藝已經(jīng)成功用于在包括但不限于渦輪機(jī)中使用的合金的很多種材料中生產(chǎn)無裂縫焊接接頭。高能束焊接工藝的優(yōu)勢是聚焦激光或電子束的高能量密度能夠生產(chǎn)最小焊接金屬體積的深且窄的焊接，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對接焊接的形成，其增加極少另外重量并且與例如弧焊接工藝等其他焊接技術(shù)相比引起較少部件畸變。特別與激光束焊接關(guān)聯(lián)的另外優(yōu)勢包括能夠在沒有真空腔或輻射屏蔽的情況下進(jìn)行，該真空腔或輻射屏蔽是電子束焊接通常需要的。因此，激光束焊接可以是與電子束焊接比較的更低成本和更多產(chǎn)的焊接工藝。盡管填充物材料已經(jīng)用于某些應(yīng)用和焊接條件，激光束和電子束焊接工藝典型地自熔接地進(jìn)行(沒有添加另外的填充物金屬)。高能束聚焦在要焊接的表面上，例如要焊接的兩個部件之間的界面(焊縫)上。在焊接期間，表面被充分加熱以將金屬的一部分汽化， 形成隨后由環(huán)繞空腔的熔化材料填充的空腔(“鎖孔”)。在激光束焊接中相對新近的突破性進(jìn)展是高功率固態(tài)激光器的發(fā)展，其如本文限定的那樣包括大于四千瓦并且尤其十千瓦或更大的功率水平。特別的示例是使用采用圓盤形式(Yb:YAG圓盤激光器)的或作為纖維中的內(nèi)部涂層(Yb纖維激光器)的氧化鐿(Yb2O3)的固態(tài)激光器。這些激光器已知能夠大大增加效率和功率水平，例如從近似四千瓦到高于二十千瓦?；旌霞す饣『附?HLAW)(也稱為激光混合焊接)是結(jié)合激光束和弧焊接技術(shù)的工藝，使得兩個焊接工藝在相同的焊接池中同時發(fā)生。激光束典型地取向?yàn)榇怪庇谝附拥谋砻?，而弧焊接工?例如，氣體金屬弧焊接(GMAW，也稱為金屬惰性氣體(MIG)焊接)或氣體鎢弧焊接(GTAW，也稱為鎢惰性氣體(TIG)焊接))的電弧和填充物金屬典型地安置在激光束在焊接接頭表面上的焦點(diǎn)后面并且朝該焦點(diǎn)向前傾斜放置?；『附庸に嚨脑撐恢梅Q為“正手”技術(shù)。HLAW工藝的益處是能夠增加焊接穿透的深度和/或通過增加焊接工藝移動速度而增加生產(chǎn)率，例如比常規(guī)弧焊接工藝的四倍那么快。

即使激光束焊接已知具有上文提到的各種益處，深穿透性激光束焊接技術(shù)已知傾向?yàn)榉@的孔隙。該傾向可以歸因于與典型的熔化弧工藝相比與激光束焊接關(guān)聯(lián)的低熱輸入。結(jié)果，由激光束焊接產(chǎn)生的焊接池趨于非?？斓啬?，俘獲在焊接工藝期間產(chǎn)生的氣體-金屬反應(yīng)產(chǎn)物。盡管HLAW工藝中包括弧工藝幫助減少淺焊接(例如小于一半英寸(大約一厘米)的焊接深度)中的孔隙，當(dāng)嘗試達(dá)到更大的焊接深度時，產(chǎn)生于俘獲的氣泡的孔隙是個問題。
從達(dá)到受到循環(huán)操作的部件的更長壽命的觀點(diǎn)來看，減少或消除深激光焊接中的孔隙將是特別有利的。一個商業(yè)示例是風(fēng)力渦輪機(jī)塔的制造。因?yàn)樵谟杉す馐附赢a(chǎn)生的深焊件中發(fā)現(xiàn)的大量細(xì)小尺寸的內(nèi)部孔隙的傾向，當(dāng)前利用激光束焊接技術(shù)的焊接工藝的使用遇到挫折?？紫兜拇嬖诳梢燥@著減小焊接接頭的疲勞壽命，并且因此降低包含該焊接接頭的結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。因此，例如埋弧焊接(SAW)工藝等其他焊接技術(shù)更典型地在受到循環(huán)操作的結(jié)構(gòu)、例如風(fēng)力渦輪機(jī)塔等的制造中采用。然而，當(dāng)用于焊接在風(fēng)力渦輪機(jī)塔的建造中需要的大且厚的部分時，SAW工藝的顯著缺陷是低生產(chǎn)率，例如由于必須以例如大約二十至四十英寸(大約50至100cm)每分鐘的相對低的速度進(jìn)行多道所造成的。盡管剛好在焊接之前將部件預(yù)加熱可能獲得較低的冷卻速度以允許氣泡逸出焊接池，實(shí)際上部件可需要加 熱到差不多它的熔化溫度的四分之三，其是昂貴的并且可以對部件的基材性質(zhì)具有有害影響。在激光束焊接后接著有第二激光束焊接處理以釋放氣泡也已經(jīng)證明是無效的， 因?yàn)橛稍摰诙幚懋a(chǎn)生的焊接池也趨于過快凝固而不允許氣泡浮出焊接池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供利用與激光束焊接工藝結(jié)合的混合激光弧焊接工藝的焊接方法和設(shè)備，該激光束焊接工藝在該混合激光弧焊接工藝之前以增加焊接深度和/或促進(jìn)最終的焊接接頭中的孔隙和氣囊的消除。該方法特別好地適合于焊接相對厚的部分，例如大于一厘米，其否則使用常規(guī)混合激光弧焊接技術(shù)在不導(dǎo)致過度焊件孔隙水平的情況下難以焊接。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，焊接方法牽涉將工件放在一起使得其的搭接面面對彼此并且限定接頭區(qū)域，該接頭區(qū)域包括由該搭接面限定并且在其之間的表面間部分。該工件然后通過沿該接頭區(qū)域進(jìn)行多級焊接工藝焊接在一起。該多級焊接工藝包括在該接頭區(qū)域上執(zhí)行激光束焊接工藝并且然后在該接頭區(qū)域上執(zhí)行混合激光弧焊接工藝。該激光束焊接工藝包括將第一激光束投射到該接頭區(qū)域上并且使該第一激光束在該接頭區(qū)域上的投影沿該接頭區(qū)域移動，穿透該接頭區(qū)域的該表面間部分，并且在該接頭區(qū)域中形成初步焊件。 該混合激光弧焊接工藝沿接頭區(qū)域執(zhí)行并且使該初步焊件再熔化。該混合激光弧焊接工藝包括當(dāng)用該電弧使填充物材料熔化時，同時使電弧和第二激光束沿該接頭區(qū)域移動，其中該電弧和該第二激光束在該接頭區(qū)域上的投影重疊以在該初步焊件中同時形成焊接池。工件然后冷卻以產(chǎn)生焊接組件，其包括在該接頭區(qū)域內(nèi)并且通過其表面間部分的焊接接頭。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，焊接設(shè)備包括用于通過沿接頭區(qū)域進(jìn)行多級焊接工藝將工件焊接在一起的工具。該焊接工具包括用于在該接頭區(qū)域上執(zhí)行激光束焊接工藝的工具和用于在該接頭區(qū)域上執(zhí)行混合激光弧焊接工藝的工具。該激光束焊接工藝工具適合于將第一激光束投射到該接頭區(qū)域上并且使該第一激光束在該接頭區(qū)域上的投影沿該接頭區(qū)域移動，穿透由搭接面限定并且在其之間的該接頭區(qū)域的表面間部分，并且在該接頭區(qū)域中形成初步焊件。該混合激光弧焊接工藝工具適合于沿接頭區(qū)域執(zhí)行該混合激光弧焊接工藝并且通過當(dāng)用電弧使填充物材料熔化時以及當(dāng)使該電弧和該第二激光束在該接頭區(qū)域上的投影重疊以在該初步焊件中同時形成焊接池時，同時使該電弧和第二激光束沿該接頭區(qū)域移動從而使該初步焊件再熔化以形成焊接接頭。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，在進(jìn)行混合激光弧焊接工藝之前用第一激光束對焊接接頭區(qū)域預(yù)處理實(shí)現(xiàn)相對深的焊接接頭的形成，例如一厘米以及更多，該相對深的焊接接頭包含很少或沒有孔隙，孔隙可歸因于焊接工藝期間氣泡的俘獲。采用這樣做，激光束焊接的優(yōu)勢對多種產(chǎn)品變得可用，包括但不限于發(fā)電、航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用，其的示例是風(fēng)力渦輪機(jī)塔的建造。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)勢將從下列詳細(xì)說明更好地意識到。


圖1是毗連在一起并且經(jīng)受根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多級焊接工藝的兩個工件的
不意表不。
具體實(shí)施例方式圖1表示用于執(zhí)行多級焊接工藝的焊接設(shè)備10，該工藝?yán)每梢允且话愠Ｒ?guī)的混合激光弧焊接工藝的工藝但通過在混合激光弧焊接工藝之前包括投射到計劃的焊接接頭上的第二激光束而修改的工藝。該多級焊接工藝優(yōu)選地產(chǎn)生相對深穿透的焊件，其能夠沒有孔隙產(chǎn)生于氣泡(其在激光束焊接期間發(fā)展而來)。該焊接工藝特別好地適合于制造要求在相對厚的部分焊接的部件，例如一厘米或更大，如用于制造在包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔的建造的發(fā)電應(yīng)用中使用的各種部件的情況，以及計劃用于包括航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用等很多種其他應(yīng)用的部件的情況。圖1表示經(jīng)歷本發(fā)明的多級焊接工藝的一對工件12和14。該工件12和14可是鑄件、鍛造的或粉末冶金形式，并且可用多種材料形成，該材料非限制性示例包括鎳基、鐵基合金、鈷基、銅基、鋁基和鈦基合金。工件12和14具有要由焊接接頭30冶金連接的搭接面16。該搭接面16與工件12和14的相對設(shè)置的第一和第二表面18和20 (在其之間限定每個工件12和14的全厚度)鄰接。在圖1中，工件12和14示出放置在一起使得它們的搭接面16面對彼此。接頭區(qū)域22識別為由搭接面16以及由每個工件表面18的緊密鄰近表面部分24限定。這些表面部分24由于工件12和14已經(jīng)配合的方式而并置。圖1示出該表面部分24限定在采用大小可以容納在混合激光弧焊接工藝期間沉積的填充物金屬的凹槽26的形式的焊接坡口 (prep)內(nèi)，如下文論述的。該焊接坡口凹槽26表示為具有U形橫截面，但其他橫截面形狀也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可預(yù)見到可以消除該焊接坡口凹槽26。圖1進(jìn)一步示出放置在工件12和14的搭接面16之間的填片28。該填片28可以用來提供焊接接頭30的填充金屬，和/或提供如在美國專利申請序列號12/415，305中描述的另外的益處，即穩(wěn)定焊接鎖孔以減小在高功率激光束焊接期間的飛濺和不連續(xù)性。為了該目的，該填片28示為比搭接面16大，使得該填片28的上邊緣從工件12和14之間伸出。填片28的適合和優(yōu)選的組成將取決于工件12和14的組成。根據(jù)本發(fā)明的特別方面，接頭區(qū)域22( —般垂直于表面部分24)的全厚度可以是一厘米(大約0.5英寸)或更大。盡管這樣的厚度之前已經(jīng)證明是阻礙了對于使用高功率激光束和常規(guī)的混合激光弧焊接工藝的使用(由于前者的氣體俘獲傾向和后者無力避免在深焊接接頭中的氣體俘獲造成的)，本發(fā)明通過混合激光弧焊接和激光束焊接的結(jié)合克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，其使由激光束焊接工藝俘獲的氣體能夠在緊跟激光束焊接工藝之后的混合激光弧焊接工藝期間釋放。
在圖1中，用于執(zhí)行激光束焊接工藝的工具表示為第一激光束32，其示為投射到接頭區(qū)域22和填片28上以限定在接頭區(qū)域22的表面部分24上的投影38。使該投影38 在方向“D”上沿接頭區(qū)域22移動。圖1表示第一激光束32為基本穿透整個焊縫，其一般由搭接面16之間的接頭區(qū)域22的表面間區(qū)域限定。如此，第一激光束32優(yōu)選地基本穿透工件12和14與它們的接頭區(qū)域22的整個全厚度。圖1表示用于執(zhí)行混合激光弧焊接工藝的工具為包括第二激光束34和電弧36。 該第二激光束34示為投射到由第一激光束32形成的焊件40上并且限定在該焊件40的表面上的投影42，但不穿透接頭區(qū)域22的全厚度。該電弧36也移動到該焊件40，限定在該焊件40的表面上的焊接區(qū)46。如在圖1中示意表示的，弧36的投射焊接區(qū)46和第二激光束34的投影42互相重疊。更特別地，弧36的焊接區(qū)46優(yōu)選地大于并且完全環(huán)繞束34的投影42。圖1進(jìn)一步表示弧36為從電極發(fā)出，電極表示為從例如卷盤等送絲裝置44饋送進(jìn)入弧36的填充物金屬絲48。使弧36的焊接區(qū)46和第二激光束34的投影42兩者在方向“D”上沿接頭區(qū)域22優(yōu)選一致地同時移動。鑒于上文，可以意識到用電弧36進(jìn)行的弧焊接工藝一般與氣體屏蔽熔化弧工藝一致，該氣體屏蔽熔化弧工藝包括但不限于氣體金屬弧焊接(GMAW，也稱為金屬惰性氣體 (MIG)焊接)、氣體鎢弧焊接(GTAW，也稱為鎢惰性氣體(TIG)焊接)、藥芯焊絲弧焊(FCAW) 和氣體鎢弧焊接-熱絲(GTAW-HW)。各種材料可以用于填充物金屬絲48，其中優(yōu)選材料取決于工件12和14的組成和計劃的應(yīng)用。例如，韌性填充物可是優(yōu)選的以減小在焊接接頭30 中開裂的趨勢，或可使用其化學(xué)性緊密匹配工件12和14的基體金屬以更接近地維持基體金屬的期望性質(zhì)的填充物。絲48可以具有任何適合的直徑，其的典型示例在從大約0. 030 至大約0.062英寸(大約0. 76至大約1. 6mm)的范圍中。絲48可是固體、用金屬粉末裝芯或用金屬和適當(dāng)?shù)暮竸﹥烧哐b芯以提供用于清潔所得的焊接池的焊劑/熔渣反應(yīng)。 焊件40和最終的焊接接頭30的穿透深度可以通過使用至少一個高功率激光器50 作為一個或兩個激光束32和34的源來提升。認(rèn)為優(yōu)選的高功率激光器包括固態(tài)激光器，其使用采用圓盤形式(Yb:YAG圓盤激光器)的或作為纖維中的內(nèi)部涂層(Yb纖維激光器)的氧化鐿(Yb203)。該高功率激光焊接工藝的典型參數(shù)包括大于四千瓦，例如十千瓦或更大的功率水平，和大約0. 5至大約1毫米的激光束直徑(例如，在投影38和42處)。例如脈沖或連續(xù)操作模式和移動速度等其他適合的操作參數(shù)可以在沒有過度的試驗(yàn)的情況下確定。 激光器50的控制可以用任何適合的機(jī)器人機(jī)械實(shí)現(xiàn)。激光束焊接工藝可以在例如惰性屏蔽氣體、活性屏蔽氣體或其的組合以形成混合屏蔽氣體的任何適合的氣氛中進(jìn)行。與本領(lǐng)域內(nèi)已知的激光束焊接工藝和設(shè)備一致，該激光束焊接工藝不需要在真空或惰性氣氛中進(jìn)行。 在優(yōu)選實(shí)施例中，單個高功率激光器50用于產(chǎn)生初級激光束52，其然后由棱鏡54 分裂以形成第一和第二激光束32和34，沿接頭區(qū)域22對準(zhǔn)和分隔開束32和34，并且使束 32和34取向?yàn)楸舜似叫胁⑶掖怪庇诠ぜ?2和14的表面18并且局部垂直于緊密鄰近接頭區(qū)域22的表面部分24。如上文描述的，第二激光束34與弧焊接工藝配成對以產(chǎn)生可以是標(biāo)準(zhǔn)混合激光弧焊接工藝的工藝，而第一激光束32在第二激光束34之前并且直接在接頭區(qū)域22上投射以生產(chǎn)焊件40。第一激光束32優(yōu)選地深穿透并且緊挨在混合激光弧焊接工藝前面將材料預(yù)熱。因?yàn)樵撛?，激光?2和34的投影38和42應(yīng)該相對緊密地分隔開，例如相隔小于一英寸(大約2. 5cm)，例如沿接頭區(qū)域22分開大約四分之一至大約四分之三英寸(大約0.5至大約2厘米)的距離(在圖1中的“d”)。在一些情況下，對于第一激光束32處于比第二激光束34更高的功率水平，和/或更強(qiáng)地被聚焦以具有比第二激光束34更小的直徑可是優(yōu)選的。第一激光束32在接頭區(qū)域22的表面部分24上并且在搭接面16之間的焊縫內(nèi)形成熔化焊接池，其與激光焊接技術(shù)一致地相對快速地冷卻并且因此具有俘獲由在焊接期間演變的氣體-金屬反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的趨勢。該俘獲的氣泡導(dǎo)致焊件40內(nèi)孔隙的存在。盡管現(xiàn)有技術(shù)激光束焊接方法的嚴(yán)重限制，孔隙和它的俘獲的氣體可以在很大程度上(如果不是完全地)由混合激光弧焊接工藝消除，混合激光弧焊接工藝將在焊接坡口凹槽26內(nèi)的焊件40的至少部分再熔化。有利地，由混合激光弧焊接工藝的第二激光束34和電弧36形成的熔化焊接池比由第一激光 束32形成的熔化焊接池更緩慢地固化，其允許氣泡浮出混合激光弧焊接工藝的熔化焊接池以減少并且可能消除最終的焊接接頭30中的孔隙。鑒于上文，本發(fā)明的多級焊接工藝的優(yōu)選實(shí)施例能夠至少部分消除會另外地產(chǎn)生于由第一激光束32進(jìn)行的激光束焊接工藝的孔隙，同時使第一激光束32能夠提供若干顯著的益處。首先，激光束32優(yōu)選地用于深深地穿透進(jìn)入接頭區(qū)域22的焊縫，其在沒有堆焊存在的情況下使激光束32能夠最大化焊件40的深度使得它可完全延伸通過焊縫。激光束 32還能夠向接著的混合激光弧焊接工藝提供非常高的預(yù)熱溫度，提升后面的工藝的穿透。 另外，混合激光弧焊接工藝的較大穿透導(dǎo)致較慢的冷卻速率，其具有減小焊接接頭30中的殘余應(yīng)力的能力。因?yàn)楫a(chǎn)生于第一激光束32并且由混合激光弧焊接工藝遇到的殘余熱取決于激光束32和34之間的間隔(距離“d”)以及束32和34沿接頭區(qū)域22的移動速率，鑒于用兩個單獨(dú)的激光束發(fā)生器緊密放置兩個平行束32和34的難度，優(yōu)選將初級激光束52分裂以形成兩個單獨(dú)的激光束32和34。盡管第一激光束32可以朝第二激光束34向后傾斜以減小它們的分開距離，這樣做可干擾混合激光弧焊接工藝從由激光束焊接工藝和它的第一激光束32產(chǎn)生的焊件40消除孔隙的期望能力。在使用中，操作在圖1中表示的焊接設(shè)備10以通過將第一激光束32投射到接頭區(qū)域22上將填片28熔化，穿透在工件12和14的搭接面16之間的焊縫，并且形成熔池(其固化以形成其中可存在孔隙的焊件40)而將工件12和14焊接。隨后，焊件40由混合激光弧焊接工藝的第二激光束34和電弧36再熔化，形成包含來自焊件40的熔化基體金屬以及來自填充物金屬絲48的熔化填充物金屬的第二熔化焊接池。在該焊接池固化以形成焊接接頭30之前，起初俘獲在焊件40內(nèi)的氣泡優(yōu)選地通過焊接池向上浮動并且釋放。在冷卻時，工件12和14由焊接接頭30冶金連接，焊接接頭30優(yōu)選地完全延伸通過所得的焊接組件的全厚度。盡管在圖1中描繪的焊接接頭30是方形凹槽對接接頭，應(yīng)該理解其他接頭類型是可預(yù)見的，包括角接接頭、搭接接頭、端接接頭和T型接頭。減少或消除深焊接接頭30中的孔隙提升焊接金屬性質(zhì)，其能夠?qū)崿F(xiàn)對于受到由于循環(huán)操作條件而造成的疲勞的部件的更長壽命。如之前提到的，商業(yè)示例是在發(fā)電中使用的風(fēng)力渦輪機(jī)塔的制造。當(dāng)前，某些風(fēng)力渦輪機(jī)塔用通過埋弧焊接(SAW)形成的焊接接頭制造，需要以大約二十至四十英寸每分鐘(大約50至IOOcm/分鐘)的速度的六至十二個焊接道。利用本發(fā)明，認(rèn)為可以在以大約100至200英寸每分鐘(大約2500至5000cm/分鐘)的速度的單道中生產(chǎn)等同和潛在較優(yōu)的焊接接頭。在本發(fā)明之前，因?yàn)楫?dāng)對具有大于大約半英寸(大約一厘米)的厚度的激光束焊接段嘗試激光束焊接時形成的大量細(xì)小內(nèi)部孔隙，這樣的結(jié)構(gòu)的激光束焊接遇到挫折。盡管 本發(fā)明已經(jīng)從優(yōu)選實(shí)施例方面描述，其他形式可以由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員采用是明顯的。因此，本發(fā)明的范圍將僅由下列權(quán)利要求限制。部件列表
權(quán)利要求
1.一種通過冶金連接工件(12、14)的搭接面(16)將至少兩個工件(12、14)焊接在一起的方法，所述方法特征在于將所述工件(12、14)放在一起使得其搭接面(16)面對彼此并且限定接頭區(qū)域(22)， 所述接頭區(qū)域(22)包括由所述搭接面(16)限定并且在所述搭接面(16)之間的表面間部分；通過沿所述接頭區(qū)域(22)進(jìn)行多級焊接工藝將所述工件(12、14)焊接在一起，所述多級焊接工藝包括在所述接頭區(qū)域(22)上執(zhí)行激光束焊接工藝，并且然后在所述接頭區(qū)域 (22)上執(zhí)行混合激光弧焊接工藝，所述激光束焊接工藝包括將第一激光束(32)投射到所述接頭區(qū)域(22)上并且使所述第一激光束(32)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影沿所述接頭區(qū)域(22)移動、穿透所述接頭區(qū)域(22)的所述表面間部分并且在所述接頭區(qū)域(22)中形成初步焊件(40)，所述混合激光弧焊接工藝沿所述接頭區(qū)域(22)執(zhí)行并且使所述初步焊件(40)再熔化，所述混合激光弧焊接工藝包括當(dāng)用電弧(36)使填充物材料(48)熔化時同時使所述電弧(36)和第二激光束(34)沿所述接頭區(qū)域(22)移動，其中所述第二激光束(34)和所述電弧(36)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影(42、46)重疊以在所述初步焊件(40)中同時形成焊接池；并且然后冷卻所述工件(12、14)以產(chǎn)生包括處于所述接頭區(qū)域(22)內(nèi)并且通過其表面間部分的焊接接頭(30)的焊接組件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，所述第一和第二激光束(32、34)通過分裂初級激光束(52)形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，特征在于，所述第一激光束(32)處于比所述第二激光束(34)更大的功率水平。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，所述第一和第二激光束(32、34) 沿所述接頭區(qū)域(22)分開小于2. 5厘米的距離。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，所述第一和第二激光束(32、34) 彼此平行。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，所述第一激光束(32)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影(38)具有小于所述第二激光束(34)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影 (42)的直徑的直徑。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，由所述激光束焊接工藝形成的所述初步焊件(40)比由所述混合激光弧焊接工藝形成的焊接接頭(30)更快地固化。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，所述初步焊件(40)固化并且在其中俘獲氣泡，并且所述泡內(nèi)的氣體由于所述混合激光弧焊接工藝使所述初步焊件(40) 再熔化而從所述初步焊件(40)釋放。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于，所述焊接組件是風(fēng)力渦輪機(jī)塔的部件。
10.一種用于通過冶金連接工件(12、14)的面對彼此以限定接頭區(qū)域(22)的搭接面 (16)將至少兩個工件(12、14)焊接在一起的設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)特征在于用于通過沿所述接頭區(qū)域(22)進(jìn)行多級焊接工藝將所述工件(12、14)焊接在一起的工具(32、34、36)，所述焊接工具(32、34、36)包括用于在所述接頭區(qū)域(22)上執(zhí)行激光束焊接工藝的工具(32)和用于在所述接頭區(qū)域(22)上執(zhí)行混合激 光弧焊接工藝的工具(34、 36)；所述激光束焊接工藝工具(32)適合于將第一激光束(32)投射到所述接頭區(qū)域(22) 上并且使所述第一激光束(32)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影(38)沿所述接頭區(qū)域(22) 移動、穿透由所述搭接面(16)限定并且在所述搭接面(16)之間的所述接頭區(qū)域(22)的表面間部分，并且在所述接頭區(qū)域(22)中形成初步焊件(40)；以及所述混合激光弧焊接工藝工具(34、36)適合于沿所述接頭區(qū)域(22)執(zhí)行所述混合激光弧焊接工藝并且通過當(dāng)用電弧(36)使填充物材料(48)熔化時以及當(dāng)使所述第二激光束 (34)和所述電弧(36)在所述接頭區(qū)域(22)上的投影(42、46)重疊以在所述初步焊件(40) 中同時形成焊接池時，同時使所述電弧(36)和第二激光束(34)沿所述接頭區(qū)域(22)移動來使所述初步焊件(40)再熔化以形成焊接接頭(30)。
全文摘要
本發(fā)明提供混合激光弧焊接工藝和設(shè)備。用于通過在接頭區(qū)域(22)上執(zhí)行激光束焊接工藝并且然后在該接頭區(qū)域(22)上執(zhí)行混合激光弧焊接工藝將工件(12、14)焊接在一起的焊接方法和設(shè)備(10)，該接頭區(qū)域(22)包括由該工件(12、14)的搭接面(16)限定并且在其之間的焊縫。該激光束焊接工藝需要使第一激光束(32)沿該接頭區(qū)域(22)移動、穿透該焊縫并且形成焊件(40)。該混合激光弧焊接工藝通過同時使電弧(36)和第二激光束(34)重疊并且沿該接頭區(qū)域(22)移動并且在該焊件(40)中形成焊接池來使該焊件(40)再熔化。在冷卻時，焊接接頭(30)在該接頭區(qū)域(22)和它的焊縫內(nèi)形成。
文檔編號B23K26/067GK102310289SQ20111018992
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者D·A·諾沃克, P·S·迪馬斯焦 申請人:通用電氣公司