利用混合激光和埋弧焊工藝進行厚板接合的方法和設備的制作方法
【專利摘要】一種焊接系統(tǒng)（400）和方法被提供用于焊接厚板（W），其中所述方法和系統(tǒng)（400）包括使用激光器（201），該激光器（201）將光束（203）引導至第一焊接熔池（209A），來焊接工件（W）的至少一部分。具有第一焊接焊條（207）的焊炬（205）在激光束（203）被引導至第一焊接熔池（209A）時可以被引導至同一焊接熔池（209A）。因此，焊炬（205）可以熔敷第一焊接焊條（207）來創(chuàng)建第一焊道（209）。焊劑噴嘴（211）被用來將焊劑（F）熔敷到焊道（209）上，并且至少一個埋弧焊炬（213；215）被用來將埋弧填充金屬（214；216）引導至焊道（209），來通過埋弧焊工藝創(chuàng)建第二焊道（217），其中所述埋弧焊工藝熔化第一焊道（209）的部分，來使熔化的部分消耗到第二焊道（217）中。
【專利說明】利用混合激光和埋弧焊工藝進行厚板接合的方法和設備
[0001]發(fā)明的背景
[0002]發(fā)明的領域
[0003]符合本發(fā)明的方法、裝置和系統(tǒng)涉及根據(jù)權利要求1、7、11和16的利用混合激光和埋弧焊工藝的厚板接合。
_4] 相關技術的描述
[0005]存在許多行業(yè)要求焊接具有0.5英寸或更大的厚度的工件。該焊接通常被稱為厚板焊接。這樣的行業(yè)包括例如船舶建造和管路建設。然而，當焊接厚板工件時，需要使用大量的填充金屬來獲得適合的接頭(joint)。由于這一點，所以通常需要在接頭之上進行多個行程來確保充分的焊縫熔敷。這增加涉及創(chuàng)建接頭的總勞動時間。此外，根據(jù)所使用的工藝，接頭可以被焊接的速度會受限制。例如，如果焊接工藝的行進速度過高，則特定焊接工藝會導致焊接接頭(weld joint)的裂縫或其他缺陷。至少由于這些缺點,合乎期望的是，實現(xiàn)這樣的焊接系統(tǒng)和工藝，所述焊接系統(tǒng)和工藝在焊接具有0.5英寸或更大的厚度的工件時能夠提供高熔敷率并且提供適合的焊縫(weld)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提高厚板焊接操作中的焊接的行進速度。該問題分別通過權利要求1、7、11和16中的特征的組合來解決。本發(fā)明的示例性實施方案是用于焊接厚板工件的方法和裝置，其中所述方法和裝置包括使用激光焊接裝置和焊炬，該激光焊接裝置將激光束引導至工件的第一焊接熔池，以焊接工件的至少一部分，該焊炬鄰近該激光焊接裝置設置從而在激光束被弓I導至焊接熔池時將第一焊接焊條弓I導至該第一焊接熔池。焊炬熔敷該第一焊接焊條，來將第一焊道(weld bead)創(chuàng)建到由激光焊接裝置焊接的部分上。焊劑噴嘴被用來將焊劑熔敷到第一焊道上，并且至少一個埋弧焊炬被用來通過埋弧焊工藝將埋弧填充金屬引導至該第一焊道，以創(chuàng)建第二焊道，其中埋弧焊工藝熔化該第一焊道的至少一部分，來使熔化的部分消耗到第二焊道中。
[0007]埋弧焊工藝由于其通常在高速下的高熔敷率以及其相對于GMAW類工藝的改善的側壁熔深特征，可以被用在第一填充行程之后。此外，埋弧焊工藝的使用導致平坦化并且通常在工件上提供改善的焊道。來自埋弧焊工藝的改善的側壁熔深輔助提供期望的焊縫輪廓和機械性質(zhì)，這是僅利用GMAW類工藝所無法實現(xiàn)的。在第二填充行程期間，埋弧焊工藝熔透入GMAW焊道，以致GMAW焊道的至少一部分被消耗到埋弧焊道中。換句話說，埋弧焊道熔透到GMAW焊道中，以致GMAW焊道的至少一部分不再是從埋弧焊道可辨別的。換言之，來自第一行程的填充金屬的至少一些在埋弧焊行程中被重新熔化，以致來自第一行程的填充金屬被吸收到埋弧行程的填充金屬中。第一行程焊道的這樣的重新熔化(或再利用)對創(chuàng)建具有改善的焊縫輪廓和機械性質(zhì)的優(yōu)化最終焊道來說是有益的。在另一示例性實施方案中，超過GMAW焊道的橫截面面積的50%通過埋弧焊工藝和焊道被消耗。在進一步的示例性實施方案中，埋弧焊工藝和焊道的熔深深度是這樣的，以致消耗GMAW焊道的橫截面面積的100%ο在這樣的實施方案中，埋弧焊道熔深的深度是這樣的，以致該焊道直接接觸激光焊接焊道。由此，來自第一行程的全部填充金屬被重新熔化并且被吸收到埋弧焊工藝的焊道中。在這樣的實施方案中，在第二行程之后將不會留下可辨別的或不同的GMAW焊道。上面所論述的第一填充行程和第二填充行程的組合在厚的工件中提供這樣的焊接的接頭，該焊接的接頭具有精確且充分的熔深深度而同時提供充分的側壁熔深。由此，第一填充行程和第二填充行程的組合在具有0.5英寸或更大的厚度的工件中提供更加精細且優(yōu)化的焊道。此外，除了具有改善的焊縫質(zhì)量，還可以實現(xiàn)顯著的焊接效率。例如，本發(fā)明的示例性實施方案可以以每分鐘至少60英寸的速度焊接。其他示例性實施方案可以以每分鐘至少80英寸的速度焊接。此外，焊接操作的總熔敷率可以被顯著地提高。某些用于厚板焊接的現(xiàn)有系統(tǒng)可以熔敷達約301b/時(填充金屬熔敷的速率)。然而，該熔敷率對于許多厚板焊接操作來說是不夠的，由此需要熔敷填充金屬的許多附加的行程——大大增加了成本并且減少在形成這樣的焊縫時可能的吞吐量。本發(fā)明的示例性實施方案可以實現(xiàn)至少401b/時的熔敷率，并且進一步的示例性實施方案可以實現(xiàn)至少501b/時的熔敷率。這樣的熔敷率可以容易地在單行程中充分填充厚板焊接接頭、顯著減少焊接時間和輸入到焊接接頭的總能量。采用本發(fā)明的示例性實施方案的附加優(yōu)點包括僅需從單側焊接厚板、降低工件變形、降低針對相對行進速度和熔敷率輸入的熱以及使工件上的熱影響區(qū)變窄。此外，本發(fā)明的實施方案大大降低厚板焊接的成本，因為使用埋弧焊工藝(具有這樣的高熔敷率)意味著焊接接頭的相靠高度(land height)可以被降低，由此減少所需的激光功率，降低激光裝置的成本。在本發(fā)明的示例性實施方案中，GMAW第一行程的填充金屬(S卩，焊條)與用于埋弧焊第二行程的填充金屬相同。然而，在本發(fā)明的其他示例性實施方案中，各行程的填充金屬具有不同的成分。例如，考慮的是，GMAW填充金屬是低碳鋼合金，例如ER70S型的焊條，而埋弧填充金屬是高強度焊條，例如可以與MIL800H焊劑一起使用的LA100焊絲。這樣的組合可以根據(jù)工件的成分/材料類型提供優(yōu)化焊縫輪廓。注意的是，本發(fā)明不限于使用上面指出的焊條和焊劑，所述焊條和焊劑作為示例被指出。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，在用于焊接厚板工件的焊接裝置中，所述焊接系統(tǒng)包括:激光焊接裝置，所述激光焊接裝置將激光束引導至所述工件的第一焊接熔池，以焊接所述工件的至少一部分；第一焊炬，所述第一焊炬鄰近所述激光焊接裝置設置，從而在所述激光束被引導至所述焊接熔池時將第一焊接焊條引導至所述第一焊接熔池，其中所述焊炬熔敷所述第一焊接焊條來將第一焊道創(chuàng)建到由所述激光焊接裝置焊接的所述部分上；焊劑噴嘴，所述焊劑噴嘴將焊劑熔敷到所述第一焊道上；第一和第二埋弧焊炬，所述第一和第二埋弧焊炬每個分別將第一和第二埋弧填充金屬引導至所述第一焊道，來通過埋弧焊工藝創(chuàng)建第二焊道，其中所述至少兩個埋弧焊炬中的每個被這樣定向，以致在焊接期間所述第一和第二埋弧焊接焊條中的每個被引導至公共焊接熔池，并且其中所述第一焊炬和所述第一埋弧焊炬之間的落后距離(trailing distance)為至少6英寸。根據(jù)本發(fā)明的又另一實施方案，用于焊接厚板工件的焊接系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng)包括:激光焊接裝置，所述激光焊接裝置將激光束引導至所述工件的第一焊接熔池，來焊接所述工件的至少一部分；焊炬，所述焊炬鄰近所述激光焊接裝置設置，從而在所述激光束被引導至所述焊接熔池時將第一焊接焊條引導至所述第一焊接熔池，其中所述焊炬熔敷所述第一焊接焊條來將第一焊道創(chuàng)建到由所述激光焊接裝置焊接的所述部分上；第一焊接電源供應器，所述第一焊接電源供應器耦合到所述焊炬，來提供第一焊接信號到所述焊炬，其中所述第一焊接電源供應器采用氣體金屬弧焊工藝、金屬惰性氣體焊接工藝、藥芯弧焊工藝或者金屬活性氣體焊接工藝中的任一種來創(chuàng)建所述第一焊道；焊劑噴嘴，所述焊劑噴嘴將焊劑熔敷到所述第一焊道上；第一和第二埋弧焊炬，所述第一和第二埋弧焊炬每個分別將第一和第二埋弧填充金屬引導至所述第一焊道，來通過埋弧焊工藝創(chuàng)建第二焊道，第一和第二埋弧焊接電源供應器，所述第一和第二埋弧焊接電源供應器分別耦合到所述第一和第二埋弧焊炬中的每個，來提供第一和第二埋弧焊接信號到所述第一和第二埋弧焊炬中的每個，其中所述至少兩個埋弧焊炬中的每個被這樣定向，以致在焊接期間第一和第二埋弧焊接焊條中的每個被引導至公共焊接熔池，并且以致所述第一和第二埋弧焊接焊條之間的理論交點在所述第二焊道之下，其中所述第一焊接焊條和所述第一埋弧填充金屬之間的落后距離為至少6英寸。
[0008]附圖的簡要i兌明
[0009]通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會更加明顯，在所述附圖中:
[0010]圖1A至圖1C圖示說明與本發(fā)明的示例性實施方案一起使用的示例性焊接接頭的橫截面的圖示表征；
[0011]圖2圖示說明本發(fā)明的焊接設備的示例性實施方案的圖示表征；
[0012]圖3圖示說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的焊接系統(tǒng)的示例性實施方案的圖示表征；以及
[0013]圖4圖示說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的焊接小車組件的示例性實施方案的圖示表征。
[0014]示例性實施方案的具體描述
[0015]現(xiàn)在將在下面通過參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施方案。所描述的示例性實施方案意圖幫助理解本發(fā)明，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相似的參考編號在通篇中涉及相似的要素。
[0016]圖1A到圖1C描繪利用本發(fā)明的示例性實施方案形成的示例性焊接接頭的橫截面。在圖1A至圖1C中所示的示例性接頭中，對接型接頭被示出，但是本發(fā)明不被具體地限定到僅在這些類型的接頭上使用并且可以被用于其他類型的焊接接頭。本發(fā)明的各種示例性實施方案被使用在這樣的焊縫上，其中要被焊接的工件W在焊接接頭處具有0.5英寸或更大的厚度。在圖1A到圖1C中，相靠高度L被示出為是工件W的基本上彼此平行的相對表面S的高度。在本發(fā)明的示例性實施方案中，相靠高度L可以表征工件W的全部厚度。可替換地，在其他示例性實施方案中，相靠高度L小于工件W的厚度。例如，如圖1A至圖1B中所示的，如果工件的厚度為0.75英寸，則相靠高度可以為0.5英寸，并且剩余的0.25英寸具有V形缺口槽的形式。
[0017]在本發(fā)明的示例性實施方案中，在工件W的相對表面S之間可以存在空隙G。然而，在其他示例性實施方案中，工件W可以彼此以齊平方式接觸。在某些示例性實施方案中，空隙G可以在I至IOmm的范圍內(nèi)。
[0018]此外，盡管圖1A到圖1C示出工件W具有相同的厚度，本公開在此方面不受限，因為本發(fā)明的示例性實施方案可以被用來接合不同厚度的工件。
[0019]當接合厚板時，示例性實施方案采用焊接工藝/系統(tǒng)的組合來優(yōu)化焊接性能。這一點將結合圖1B和圖1C簡要地論述并且將結合圖2到圖4更加詳細地論述。[0020]如在上面簡要論述的，圖1A描繪可以利用本發(fā)明的實施方案被焊接的示例性焊接接頭，其中相靠高度L小于工件W的厚度并且表面S之間存在空隙G。表面S沿著相靠高度L基本上彼此平行。注意的是，本發(fā)明的各方面不受工件W的材料成分的限制，工件W的材料成分可以例如為低強度鋼或高強度鋼。
[0021]圖1B描繪圖1A的焊接接頭，其中焊接工藝的第一填充行程已經(jīng)完成。具體地，在本發(fā)明的示例性實施方案中，該第一填充行程經(jīng)由混合激光-GMAW焊接工藝完成。GMAW是氣體金屬弧焊并且通常被稱為MIG或金屬惰性氣體焊接。為完成該第一填充行程，激光束由于其高熔深深度而被使用。激光被用來提供針對焊接接頭中的相靠高度L的大部分的激光焊縫101。激光由于其能量密度以及由激光提供的精確和聚焦水平可以沿著相靠高度(Iand)L精確地焊接工件。這樣，激光焊接提供到焊縫底部或接近焊縫底部的聚焦熔深。與激光焊接同時的，GMAW焊接工藝被用來在激光焊縫101上提供GMAW焊道103。使用GMAW工藝和激光焊接提供填充金屬到焊縫中的增加并且來自GMAW工藝的填充金屬出于激光焊接的目的幫助聚焦激光。進一步地，在要被焊接的接頭中存在空隙G的情況下，GMAff工藝提供必要的填充金屬來允許在混合激光焊接工藝期間該空隙被充分填充并且被恰當?shù)睾附?。此外，使用GMAW/MIG焊接工藝允許為了合乎期望的焊縫輪廓和機械性質(zhì)增加特定合金到焊道。
[0022]上面描述的工藝一般被稱為混合激光-GMAW焊接，并且一般被本領域的普通技術人員所知。這樣，在此無需論述這樣的焊接操作的細節(jié)。
[0023]注意的是，本申請通篇參照混合激光-GMAW焊接。然而，本發(fā)明不被具體限定為與激光系統(tǒng)一起使用GMAW或MIG，可以使用其他焊接系統(tǒng)。例如，可以使用其他類型的焊接，包括(但不限于)金屬活性氣體(MAG)焊接和金屬芯弧焊(MCAW)。這些可替換的焊接工藝具有不同的性質(zhì)以及根據(jù)期望的焊接參數(shù)可以是有利的優(yōu)點并且可以與混合激光系統(tǒng)結合使用。因此，盡管本申請中的論述的其他內(nèi)容涉及GMAW或MIG，這是為了簡便和提高效率，而不意圖排除其他類型的焊接工藝，例如MAG或MCAW。
[0024]當焊接厚板工件(例如本發(fā)明的各部分所考慮的那些厚板工件)時，混合激光GMAW焊接工藝的使用本身具有局限性，包括但不限于性能速度(例如，熔敷率和行進速度)以及焊縫質(zhì)量問題。例如，由于混合激光-GMAW焊接工藝的本質(zhì)，進入工件W的焊縫的側壁熔深受限。因此，在本發(fā)明的示例性實施方案中，該第一填充行程之后跟隨著埋弧焊(SAW)的第二填充行程。
[0025]圖1C示出埋弧焊(SAW或埋弧焊(sub-arc welding))的第二填充行程之后的焊接接頭。埋弧焊是已知的焊接工藝，其中一般地較大直徑焊接焊條(例如5/32’ ’)被使用并且焊弧通過顆粒狀焊劑而免受外界大氣影響。由于本領域的普通技術人員熟悉埋弧焊及其工藝，所以在此無需包括詳細的描述。
[0026]埋弧焊工藝由于其通常在高速下的高熔敷率以及由于其優(yōu)于GMAW類工藝的改善的側壁熔深性質(zhì)而可以被用在第一填充行程之后。此外，埋弧焊工藝的使用使得平坦化并且通常在工件W上提供改善的焊道105。來自埋弧焊工藝的改善的側壁熔深輔助提供期望的焊縫輪廓和機械性質(zhì)，這是僅利用GMAW類工藝所無法實現(xiàn)的。在第二填充行程期間，埋弧焊工藝熔透入GMAW焊道103，以致GMAW焊道的至少一部分被消耗到埋弧焊道105中。換句話說，埋弧焊道105熔透到GMAW焊道103中，以致GMAW焊道103的至少一部分不再是從埋弧焊道105可辨別的。換言之，來自第一行程的填充金屬的至少一些在埋弧焊行程中被重新熔化，以致來自第一行程的填充金屬被吸收到埋弧行程的填充金屬中。第一行程焊道的這樣的重新熔化(或再利用)對創(chuàng)建具有改善的焊縫輪廓和機械性質(zhì)的優(yōu)化最終焊道來說是有益的。
[0027]在另一示例性實施方案中，超過GMAW焊道103的橫截面面積的50%通過埋弧焊工藝和焊道105被消耗。在進一步的示例性實施方案中，埋弧焊工藝和焊道105的熔深深度是這樣的，以致消耗GMAW焊道103的橫截面面積的100%。在這樣的實施方案中，埋弧焊道105熔深的深度是這樣的，以致該焊道105直接接觸激光焊接焊道101。由此，來自第一行程的全部填充金屬被重新熔化并且被吸收到埋弧焊工藝的焊道中。在這樣的實施方案中，在第二行程之后將不會留下可辨別的或不同的GMAW焊道103。
[0028]上面所論述的第一填充行程和第二填充行程的組合，在厚的工件中，提供這樣的焊接的接頭，該焊接的接頭具有精確且充分的熔深深度而同時提供充分的側壁熔深。由此，第一填充行程和第二填充行程的組合在具有0.5英寸或更大的厚度的工件中提供更加精細且優(yōu)化的焊道。此外，除了具有改善的焊縫質(zhì)量，還可以實現(xiàn)顯著的焊接效率。例如，本發(fā)明的示例性實施方案可以以每分鐘至少60英寸的速度焊接。其他示例性實施方案可以以每分鐘至少80英寸的速度焊接。此外，焊接操作的總熔敷率可以被顯著地提高。某些用于厚板焊接的現(xiàn)有系統(tǒng)可以熔敷達約301b/時(填充金屬熔敷的速率)。然而，該熔敷率對于許多厚板焊接操作來說是不夠的，由此需要熔敷填充金屬的許多附加的行程——大大增加了成本并且降低在形成這樣的焊縫時可能的吞吐量。本發(fā)明的示例性實施方案可以實現(xiàn)至少401b/時的熔敷率，并且進一步的示例性實施方案可以實現(xiàn)至少501b/時的熔敷率。這樣的熔敷率可以容易地在單行程中充分填充厚板焊接接頭、顯著減少焊接時間和輸入到焊接接頭的總能量。
[0029]采用本發(fā)明的示例性實施方案的附加優(yōu)點包括僅需從單側焊接厚板、降低工件變形、降低針對相對行進速度和熔敷率輸入的熱以及使工件上的熱影響區(qū)變窄。此外，本發(fā)明的實施方案大大降低厚板焊接的成本，因為使用埋弧焊工藝(具有這樣的高熔敷率)意味著焊接接頭的相靠高度L可以被降低，由此減少所需的激光功率，降低激光裝置的成本。
[0030]在本發(fā)明的示例性實施方案中，用于GMAW第一行程的填充金屬(S卩，焊條)與用于埋弧焊第二行程的填充金屬相同。然而，在本發(fā)明的其他示例性實施方案中，各行程的填充金屬具有不同的成分。例如，考慮的是，GMAW填充金屬是低碳鋼合金，例如ER70S類型的焊條，而埋弧填充金屬是高強度焊條，例如可以與MIL800H焊劑一起使用的LA100焊絲。這樣的組合可以根據(jù)工件W的成分/材料類型提供優(yōu)化焊縫輪廓。注意的是，本發(fā)明不限于使用上面指出的焊條和焊劑，所述焊條和焊劑作為示例被指出。
[0031]現(xiàn)在轉到圖2，焊接設備200的示例性實施方案被描繪為對工件W進行焊接。設備200包括激光焊接操作中通常所使用的類型的激光裝置201。激光裝置201位于設備200的行進方向的前緣并且提供束203到工件W。盡管本發(fā)明的各方面不受激光器201的類型或構造的限制，但是激光裝置201應當具有能夠精確地焊接工件W的相靠高度L區(qū)域的類型并且提供充分熔深能力，從而提供充分激光焊縫至焊接接頭的全部長度、在焊接接頭處的全部長度或接近焊接接頭的全部長度提供充分激光焊縫。例如，參見圖1B中的相靠高度L。在示例性實施方案中，激光裝置201具有在6-20kW的范圍內(nèi)的功率，而在其他示例性實施方案中，激光裝置201具有在10-20kW的范圍內(nèi)的功率。當然，高功率激光可以被使用，但是功率水平提高時，激光的成本也增加。本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠以比通常使用的更低功率的激光在高速下實現(xiàn)非常厚的板焊接。在本發(fā)明的示例性實施方案中，激光裝置201應當具有在工件W中創(chuàng)建“鍵孔(keyhole)”的功率和能力。換言之，激光裝置201應當具有充分的能量密度來通過要被激光器201焊接的工件W的厚度(例如，相靠高度L)形成孔，并且在焊接接頭的創(chuàng)建期間保持該熔深水平。在本發(fā)明的示例性實施方案中，能夠在工件W中提供充分的“鍵孔”的激光裝置201具有在于106-107瓦/cm2的范圍內(nèi)的能量密度。
[0032]在進一步的示例性實施方案中，激光裝置201具有允許束203大小和/或密度的手動和/或自動調(diào)節(jié)的可聚焦/可調(diào)節(jié)束透鏡，從而針對變化的焊接操作是可調(diào)節(jié)的。在描繪的示例性實施方案中，激光裝置201被這樣定位，以致束203垂直于焊縫的上表面被發(fā)射。然而，本發(fā)明的實施方案考慮改變裝置201的角度，以致束203以一角度入射到工件W。在本發(fā)明的示例性實施方案中，激光裝置201被這樣定位，以致束203在接近焊接熔池的中心處入射到焊接熔池。
[0033]圖2中示出的設備200還包括GMAW (或MIG)焊炬205，焊炬205定位在鄰近激光裝置201的落后位置。(如前面所陳述的，在某些示例性實施方案中，可以使用其他類型的焊接和焊炬而不是GMAW或MIG，包括但不限于MAG或MCAW)。炬205經(jīng)由GMAW/MIG焊接工藝將第一填充焊條207遞送至焊接接頭，來創(chuàng)建焊道209 (同樣參見圖1B中的項103)。在描繪的示例性實施方案中，炬205被這樣定位，以致第一填充金屬207 (焊接焊條)相對于焊縫的表面以一角度被遞送至焊縫。換言之，激光束203和填充金屬207不是彼此平行的。束203和填充金屬207之間所成角度被優(yōu)化，但是在束203的中心線和填充金屬207的中心線之間可以在30-60度的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的示例性實施方案中，炬205被這樣定位，以致GMAW/MIG焊接工藝將填充金屬207熔敷到束203被引導至的同一熔融焊接熔池中。換言之，激光裝置201和炬205共用一焊接熔池。在另一示例性實施方案中，炬205被這樣定位，以致束203的至少一部分在焊接工藝期間入射在填充金屬207上。這樣的定位輔助聚焦束203來實現(xiàn)相靠高度L的優(yōu)化熔深和焊縫質(zhì)量?；诤缚p的期望性能標準，優(yōu)化填充金屬207的突伸以及要應用的保護氣體(如果有的話)。
[0034]此外，通過炬205便利的GMAW/MIG焊接工藝可以具有任何已知類型的焊接操作。例如，某些示例性實施方案可以使用脈沖焊接工藝，而其他示例性實施方案可以采用表面張力過渡型焊接工藝。
[0035]圖2中描繪的示例性實施方案中，炬205和激光裝置201在焊接操作的行進方向上被定位在公共中心線上——換言之，部件彼此直接排成一列。
[0036]盡管圖2描繪炬205處于落后位置，注意的是，在本發(fā)明的其他示例性實施方案中，焊炬205在焊接期間可以是領先激光裝置201的。換言之，圖2中炬205和激光裝置201的定向可以反過來。在又另一示例性實施方案中，雙炬配置或串聯(lián)炬配置可以被使用，其中兩個焊炬205被用來創(chuàng)建更大的第一行程焊道。例如，領先和落后的炬205 二者可以包圍激光裝置201 (激光裝置201定位在炬205之間)。當接頭空隙G大時，這樣的配置可以被使用。因為大的空隙G將在第一行程中需要更多填充材料，可能會需要針對第一行程使用雙炬配置。
[0037]炬205之后是焊劑噴嘴211，焊劑噴嘴211將焊劑F遞送至焊縫。焊劑噴嘴211和焊劑F可以具有用于進行埋弧焊工藝的任何已知的類型。噴嘴211被定位為與炬205排成一列并且在炬205之后，以致焊劑F不會干擾炬205或激光器201的操作，而是提供用于埋弧焊工藝的焊劑。注意的是，與完全在前不同的，在焊接期間使焊劑熔敷在埋弧填充金屬周圍同樣是常見的。任一實施方案可以被用在本發(fā)明的實施方案中。
[0038]噴嘴211之后是至少一個埋弧焊炬213，至少一個埋弧焊炬213將埋弧填充金屬214遞送至工件以進行埋弧焊工藝。至少一個埋弧炬214被定位為與噴嘴211排成一列(在行進方向上)、在噴嘴211之后，以致焊劑F為埋弧焊工藝提供充分保護。在圖2中所示的實施方案中，第一(213)和第二(215)埋弧炬被提供一創(chuàng)建串聯(lián)埋弧焊配置。然而，本發(fā)明在此方面不受限，因為單個埋弧炬213可以被使用一取決于焊接操作的需求。此外，在附加的示例性實施方案中，可以使用多于兩個的埋弧炬，例如，考慮的是，三個埋弧炬可以被定位為彼此排成一列。還考慮的是，可以使用附加埋弧炬。邏輯上，通過增加所使用的埋弧炬的數(shù)目，總熔敷率被增加。
[0039]如在圖2中所示的，如在一般埋弧焊工藝中那樣，炬213/215在焊劑F之下創(chuàng)建埋弧焊道217。(這同樣在圖1C中被示出——項105)。
[0040]在圖2中，炬213和215相對于焊縫成角度并且被這樣成角度，以致各自的填充物214和216被朝向彼此引導。在該配置中，填充金屬214和216被這樣引導，以致在焊接操作期間它們共用公共焊接熔池。在其他示例性實施方案中，可以使用其他定向。例如，在單炬實施方案中，炬213可以垂直于焊縫的表面被定向。此外，在具有多于一個埋弧炬的串聯(lián)配置中，在仍共用同一焊接熔池的情況下，炬中的至少一個可以垂直于焊縫被定向，而其他的(一個或多個)是成角度的。例如，領先炬213被這樣定位，以致領先填充金屬214垂直于焊道，而落后炬215被這樣成角度，以致落后填充金屬216相對領先填充金屬214成介于10和80度之間的角。
[0041]在本發(fā)明的示例性實施方案中，埋弧炬213和215的成角情況是這樣的，以致各自的埋弧填充金屬214和216之間的理論交匯點在埋弧焊道217的最大深度之下。在某些實施方案中，交匯點正好在焊道217的深度的之下。通過使具有這樣的理論交匯點的填充金屬214/216成角度，實現(xiàn)領先埋弧填充金屬214和落后埋弧填充金屬216之間的優(yōu)化距離。
[0042]在本發(fā)明的使用多于一個埋弧填充物214/216的示例性實施方案中，填充物214/216的成分相同。然而，在其他示例性實施方案中，各自的填充物214/216的成分可以不同。換言之，可能的是，如果合乎期望的話，使用具有不同而兼容成分的焊條來獲得混合焊道。例如，在實施方案中，領先填充金屬214可以為金屬芯焊絲，而落后填充物216為實心焊絲。金屬芯填充金屬的使用可以在使用更少電流的情況下提供更高填充速率。可替換地，在其他實施方案中，落后焊絲或者領先和落后填充金屬二者可以為金屬芯的。使用金屬芯填充金屬可以根據(jù)焊接操作導致利用比實心焊絲更少的電流熔敷更多的填充金屬。此夕卜，在某些示例性實施方案中，領先和落后焊條的大小(直徑)不同。例如，領先焊條214可以具有比落后焊條更大的直徑。
[0043]在本發(fā)明的另一示例性實施方案中(未示出)，可以采用雙弧埋弧焊工藝。雙弧焊以單埋弧炬213使用兩種填充金屬。在這樣的焊接中，二種填充金屬(焊條)都通過同一炬(例如213)，并且單個電源供應器(例如307)供應單個焊接波形至該炬。這樣的工藝為本領域的技術人員所知。[0044]附加地，在可替換的示例性實施方案中，如果期望的話，埋弧炬213/215可以相對焊道的中心線的兩側被成角度來增加焊道217的寬度。在這樣的配置中，炬213/215中的至少一個(或全部)被這樣成角度，以致其各自的填充金屬214/216被熔敷到偏離焊道的中心線(而仍在公共焊接熔池中)的焊道217中。
[0045]如先前所解釋的，埋弧焊工藝將消耗GMAW焊道209 (圖1B中的103)的至少一部分。這樣的消耗可以多達GMAW焊道209的100%。因此，如在圖2中所示的，埋弧焊道217的創(chuàng)建將消耗焊道209的至少一部分(或全部)。
[0046]現(xiàn)在轉向圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的焊接系統(tǒng)300的示例性實施方案被示出。所示出的系統(tǒng)描繪各種電源供應器，所述各種電源供應器用來便利根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的焊接操作。注意的是，沒有在圖3中示出的是用于GMAW/MIG或埋弧焊接操作的任何焊絲送進裝置。這樣的裝置的結構和操作是已知的，并且無需在此描述其操作。然而，本領域的普通技術人員所熟知的是GMAW/MIG和埋弧焊操作采用焊絲送進裝置來遞送填充金屬至各自的焊炬。
[0047]如在圖3中所示的，激光電源供應器301被電氣耦合到激光裝置201來操作并且提供電力至激光裝置201。這樣的電源供應器是已知的。注意的是，在某些示例性實施方案中，激光裝置201及其電源供應器301可以被一體地加工在單個殼體或單元中。然而，還考慮的是，由于各種設計約束(例如空間)，可能需要將激光電源供應器301遠離激光裝置201設置。
[0048]GMAff電源供應器303被電氣耦合到GMAW炬205，來提供GMAW/MIG焊接信號到炬205，以便利GMAW/MIG焊接操作。電源供應器303可以具有任何已知的類型或結構并且可以能夠執(zhí)行各種類型的焊接操作，包括但不限于，脈沖焊接和/或表面張力過渡焊接。例如，俄亥俄州克利夫蘭的林肯電子公司生產(chǎn)的Power Wave? 455M電源供應器可以被用作GMAff電源供應器303。當然，該電源供應器`在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且本發(fā)明不限于使用該具體電源供應器。
[0049]當然，本領域的普通技術人員已知的，在執(zhí)行GMAW/MIG焊接操作(如本發(fā)明的示例性實施方案所考慮的GMAW/MIG焊接操作)時通常使用保護氣體。這樣的保護氣體可以包括二氧化碳、氬、氦及其混合。為清楚起見，到炬205的保護氣體供應裝置在圖3中沒有示出。然而，本發(fā)明的實施方案將具有保護氣體源和供應系統(tǒng)來遞送保護氣體至GMAW焊接工藝，以確保GMAW弧被恰當?shù)乇Ｗo。注意的是，不應當使用干擾激光器201操作的保護氣體。例如，利用C02型激光需要使用特定保護氣體(例如氦)，來抑制激光創(chuàng)建的等離子，由此限制使用。然而，這樣的保護氣體問題可以在使用光纖激光技術的情況下被緩解。此外，在其他示例性實施方案中，焊接煙塵排除系統(tǒng)(未示出)可以被用來排除來自焊接操作的任何焊接煙塵。這樣的系統(tǒng)是已知的并且將不會在此進一步論述。
[0050]耦合到焊劑噴嘴211的是焊劑源305。源305包含在焊接操作期間所使用的焊劑
F0
[0051]領先埋弧炬213被耦合到第一埋弧電源供應器307，并且落后埋弧炬215被耦合到第二埋弧電源供應器309。埋弧電源供應器307/309可以具有任何已知的埋弧電源供應系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)在焊接行業(yè)內(nèi)是已知的。例如俄亥俄州克利夫蘭的林肯電子公司生產(chǎn)的Power Wavc^ AC/DC I OOOlf SD系統(tǒng)可以被使用。當然，該電源供應器在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且本發(fā)明不限于使用該具體電源供應器。
[0052]在本發(fā)明的使用多炬的示例性實施方案(如圖3中所示)中，各自的電源供應器307/309的埋弧焊工藝是相同的。例如，在串聯(lián)配置中，利用兩個埋弧焊炬，二者操作可以為DC或AC焊接。然而，在其他示例性實施方案中，可以是有益的是，使用不同的焊接參數(shù)或波形。例如，在某些示例性實施方案中，有益的是，使領先的埋弧焊接焊條(填充金屬)具有DC+極性，而落后焊條以AC或可變極性模式操作。這樣的配置將會增加埋弧焊工藝進入工件W中的總體熔深?？商鎿Q地，在使用兩個埋弧焊接波形都是AC的工藝時，示例性實施方案可以針對領先炬213使用這樣的AC波形來增加熔深，該AC波形具有比落后炬215更高(在幅值或時間方面，或者這兩個方面)的正向分量。當然，還考慮的是，如果期望的話，落后的埋弧焊使用具有更高正向分量的AC波形。使用AC波形中增加的正向分量將不僅僅導致更高熔透率，而還會導致更高的熱輸入到焊縫中并由此可以改善焊道性能。此外，在其他示例性實施方案中，各自的埋弧工藝的電流幅值可以不同。例如，示例性實施方案使用這樣的領先的埋弧焊接電流，該領先的埋弧焊接電流高于落后的埋弧焊接電流。這樣的配置允許領先的埋弧工藝提供更深的熔深并且然后落后的埋弧被用來提供附加的填充材料。在本發(fā)明的示例性實施方案中，領先的埋弧焊工藝具有在750和1000安培的范圍內(nèi)的平均電流水平，并且落后的埋弧焊工藝具有在600-800安培的范圍內(nèi)的平均電流水平。在另一示例性實施方案中，領先的埋弧焊工藝具有在高于落后的埋弧焊工藝的平均電流水平50-150安培的范圍內(nèi)的平均電流水平。
[0053]在本發(fā)明的另一示例性實施方案中，落后的埋弧焊接波形可以具有比領先的埋弧焊接波形更大的負向分量。在這樣的配置中，由于落后的埋弧工藝主要被用作填充工藝，所以可以利用更少的焊接電流實現(xiàn)高熔敷率。
[0054]當然，在單埋弧炬213被使用的情況下，則僅需要單個電源供應器307。在使用多于兩個埋弧炬的其他示例性實施方案中，埋弧焊接電源供應器要被提供給每個埋弧炬。
[0055]在本發(fā)明的示例性實施方案中，各自的填充金屬213/214的焊絲送進速度在串聯(lián)或多炬配置中是相同的。然而，在其他示例性實施方案中，各自的填充金屬214/216的焊絲送進速度是不同的。例如，在某些示例性實施方案中，領先填充金屬214具有比落后填充金屬216更高的焊絲送進速度。相對焊絲送進速度可以被調(diào)節(jié)來實現(xiàn)優(yōu)化焊道輪廓。
[0056]如在圖3中的示例性實施方案中所示的，第一控制器302被耦合到激光電源供應器301和GMAW電源供應器303中的每個?？刂破?02被用來同步化電源供應器301/303的操作。例如，控制器302被用來同步化各自的電源供應器301/303的打開和關閉，從而操作是被恰當同步的。盡管圖3將控制器302描繪為分離部件，考慮的是，控制器302可以與激光電源供應器301或GMAW電源供應器303中的一個的控制部件形成一體，以致物理上分離的控制器303是非必要的。類似地，在示例性實施方案中，埋弧電源供應器307/309被耦合到公共控制器308，該公共控制器308同步化電源供應器307/309的操作。這樣的控制器是已知的并且其結構和操作無需被詳細描述。同樣，與控制器302 —樣，控制器308可以與埋弧電源供應器307或309中的任一個的控制電子裝置一體形成。
[0057]此外，在另一示例性實施方案中，主控制器(未示出)可以被使用，該主控制器同步化全部電源供應器301、303、307以及309的操作。這樣的同步化可以確保每個電源供應器被同時或者以特定間隔打開和關閉。例如，由于激光/GMAW和埋弧焊工藝之間的距離，所以可以是合乎期望的是，在激光和GMAW電源供應器301/303被打開和關閉之后的某一間隔打開和關閉埋弧電源供應器307/309。這確保各自的焊接操作的每個覆蓋焊接接頭同一部分。
[0058]現(xiàn)在轉到圖4，小車組件400的示例性實施方案被描繪。小車組件400包括支撐構件401，激光裝置201、GMAW炬205、噴嘴211、第一埋弧炬213以及第二埋弧炬215中的每個被固定到支撐構件401以進行操作。部件可以經(jīng)由緊固件403或者根據(jù)期望固定部件的任何可行的連接裝置被固定到該構件。在某些示例性實施方案中，在焊接期間小車組件400在行進方向上被移動，而在其他示例性實施方案中，在焊接期間小車組件400被固定并且工件W被移動。在組件400是可移動的示例性實施方案中，考慮的是，其他部件被固定到構件401來便利操作。例如，焊絲送進器、焊絲送進線軸以及焊劑源305可以被固定到構件401，從而與小車400 —起移動。小車組件400還可以被提供以輥或輪(未示出)，來輔助穩(wěn)定沿著工件W的運動。組件400和構件401的各種結構和配置可以針對具體操作根據(jù)需要被定制。
[0059]如在圖4中所示的，在位置A和B之間存在距離D，其中位置A是工件W上GMAW填充材料207被熔敷到焊縫中的位置，并且位置B是工件W上領先的埋弧填充材料214被熔敷到焊縫中的位置。該距離可以被稱為落后距離。在示例性實施方案中，距離D為至少6英寸。在進一步的實施方案中，距離D在6-12英寸的范圍內(nèi)。在其他示例性實施方案中，距離D可以長于或短于上述少于12英寸的范圍。然而，如果距離D短于D，則將會是必要的是，確保焊劑F可以被充分遞送至焊縫以保護埋弧焊工藝而同時不干擾混合激光-GMAW焊接操作。
[0060]在某些示例性實施方案中，分隔件405可以被耦合到構件401和/或噴嘴211，分隔件405提供介于噴嘴211和混合激光-GMAW焊接工藝之間的屏障，來防止焊劑F干擾上游焊接操作。分隔件405被這樣就位，以致其充分防止焊劑F流入激光-GMAW焊接工藝并且可以允許距離D被減小。這可以允許小于6英寸的落后距離。
[0061]在圖4中所示的示例性實施方案中，每個部件被緊固地固定到構件401。然而，在其他示例性實施方案中，部件201、205、211、213以及215中的任一或全部可以是可定位的，以允許針對不同焊接工藝的方便改變。例如，炬205、213和215可以利用允許轉動和/或線性運動的連接件被固定。轉動可以允許炬根據(jù)期望被重新定位并且線性運動可以允許容易的突伸距離調(diào)節(jié)。這樣的可定位性增加小車組件400的靈活性。在進一步的示例性實施方案中，埋弧炬213/215可以利用可定位的附接件被固定到構件401，以致炬213/215可以被成角度來從焊縫的中心線進行偏心焊接。例如，橫向(side-to-side)樞轉型附接件(例如，萬向節(jié))可以被用來允許炬213/215被定位，以通過使炬213/215成角度來偏離焊縫的中心進行焊接而增加焊道的寬度。
[0062]由于在許多應用中，來自GMAW焊接工藝的附加填充材料對于第一焊接行程來說可能是必要的，所以上面論述的實施方案針對的是使用混合激光-GMAW系統(tǒng)與埋弧焊。然而，這可能不會總是必需的。具體地，本發(fā)明的示例性實施方案可以不需要GMAW焊接工藝，以致實施方案僅采用上面描述的激光焊接和埋弧焊工藝。在這樣的實施方案中，激光和埋弧工藝以及部件如上面所描述的那樣操作。這一方案具有獨立的創(chuàng)新意義。在這樣的實施方案中，空隙G是小的，以致各自的工件W的相靠高度L部分是幾乎接觸(或接觸)的。在這樣的情形下，對來自GMAW/MIG工藝的附加填充材料的需要可以不再是必需的，以致激光焊縫對于接合工件W來說將是充分的而無需填充材料。然而，在這樣的系統(tǒng)中，相靠高度L應當基本上被填充以激光焊縫101，以致隨后的埋弧焊工藝將完全地填充焊接接頭，并且在埋弧焊道217和激光焊縫101之間不存在空隙。為確保獲得這樣的結果，如果所述埋弧焊道105/217消耗所述激光焊縫101的至少一部分(類似于上面針對GMAW焊道103所描述的內(nèi)容)，那么會是合乎期望的。在示例性實施方案中，埋弧焊工藝是這樣的，以致激光焊縫101的橫截面的至少5%被埋弧焊道217/105消耗。該實施方案的優(yōu)點在于，比起結合激光器201使用GMAW焊接工藝時可以實現(xiàn)的落后距離，該落后距離(介于激光接觸位置和位置B之間)可以被進一步減小。這一描述的實施方案的其余方面類似于上面結合其余實施方案描述的內(nèi)容。[0063]如上面所描述的，利用本發(fā)明的示例性實施方案的焊接獲得進行厚板焊接操作的改善的焊接工藝。換言之，實現(xiàn)提高的行進速度和熔敷率的組合，而避免焊縫缺陷和不充分的側壁焊縫熔深。因而，本發(fā)明的示例性實施方案獲得優(yōu)于已知厚板焊接工藝的改進。
[0064]注意的是，由于埋弧焊工藝相對GMAW/MIG (或其他)的接近度，特定的弧穩(wěn)定性問題可能出現(xiàn)在各種示例性實施方案中。例如，由于各種焊接工藝的接近度，可能會經(jīng)歷弧干擾、弧偏吹以及弧傳感問題。換言之，可能發(fā)現(xiàn)的是，在焊接期間利用GMAW電源供應器303，埋弧焊工藝可能導致弧傳感問題。然而，這樣的問題可以以多種方式來解決和緩解。例如，每個焊接工藝的電流路徑的控制可以通過焊接接地引線位置的優(yōu)化布置來獲得。通過，選擇適合的接地引線位置(特別地針對埋弧焊工藝)，電流路徑干擾可以被最小化。在本發(fā)明的示例性實施方案中，埋弧焊工藝接地引線位置與焊接工藝一起行進，而保持與工件W的電氣接觸。在這樣的實施方案中，這確保埋弧工藝與接地引線的距離保持恒定，來維持穩(wěn)定的接地電流路徑。類似地，GMAW/MIG焊接工藝的接地引線位置可以被定為與焊接工藝一起“行進”，以致該工藝的電流路徑也保持恒定和穩(wěn)定，來使干擾最小化。在進一步的示例性實施方案中，類似于上面論述的接地引線位置，電源供應器電壓引線位置的布置可以被優(yōu)化。
[0065]在進一步的示例性實施方案中，磁場操縱單元可以被用來以磁方式操縱或者以其他方式控制/穩(wěn)定焊弧。一般已知的是，磁操縱單元可以被用于穩(wěn)定化的焊弧并且尤其解決弧偏吹問題。這樣的技術一般是已知的并且無需在此進行詳細論述。例如，在示例性實施方案中，磁弧操縱單元被定位在第一行程和埋弧焊工藝之間，來以磁方式保護各自的焊接工藝。
[0066]附加地，本發(fā)明進一步的實施方案可以在各種焊接工藝之間使用焊接同步化來最小化弧干擾。例如，如果GMAW/MIG工藝是DC脈沖模式焊接工藝并且埋弧焊工藝中的至少一個是AC的，則這些工藝可以被同步化，以致GMAW/MIG脈沖的脈沖峰值與埋弧工藝的AC波形(一個或多個)同步，來優(yōu)化焊接性能。
[0067]盡管本發(fā)明已經(jīng)參照其示例性實施方案被具體地示出和描述，但本發(fā)明不限于這些實施方案。本領域的普通技術人員將理解的是，其中可以進行形式和細節(jié)上的各種改變而不脫離如由隨后的權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
[0068]參考編號
[0069]101 激光焊縫302 第一控制器
[0070]103 GMAW焊道303 電源供應器
[0071]105 埋弧焊道305 焊劑源[0072]200設備307 電源供應器
[0073]201激光焊接裝置308 控制器
[0074]203激光束309 電源供應器
[0075]205焊炬400 小車組件
[0076]207填充材料或第一焊接焊條401 支撐構件
[0077]209焊道403 緊固件
[0078]211焊劑噴嘴405 分隔件
[0079]213第一埋弧焊炬
[0080]214埋弧填充金屬D 落后距離
[0081]215第二埋弧焊炬F 焊劑
[0082]216埋弧填充金屬G 空隙
[0083]217埋弧焊道L 相靠高度
[0084]217A公共焊接熔池S 表面
[0085]301電源供應器W 工件
【權利要求】
1.一種焊接的方法，所述方法包括: 提供用于焊接的至少一個焊接工件，所述至少一個焊接工件在焊接接頭處具有至少0.5英寸的厚度； 進行所述焊接接頭的第一焊接行程，其中所述第一焊接行程包括: 在所述焊接接頭處引導激光束來焊接所述焊接接頭的至少一部分；以及以第一填充金屬焊接所述焊接接頭來創(chuàng)建第一焊道，其中所述激光束和所述第一填充金屬在所述焊接接頭的焊接期間被引導至單個焊接熔池并且所述第一填充金屬被熔敷在由所述激光束焊接的所述焊接接頭的所述部分上； 在所述第一焊接行程之后，將焊劑熔敷到所述焊接接頭上；以及以至少一第二填充金屬使用埋弧焊工藝焊接所述焊接接頭來完成所述焊接接頭并且創(chuàng)建第二焊道，其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道的至少一部分并且使所述第一焊道的所述部分消耗到所述第二焊道中。
2.如權利要求1的方法，其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道的至少50%并且使所述熔化的第一焊道消耗到所述第二焊道中。
3.如權利要求1或2的方法，其中所述第一焊道通過氣體金屬弧焊工藝、金屬惰性氣體焊接工藝、金屬活性氣體焊接工藝或金屬/藥芯弧焊工藝中的一種被創(chuàng)建。
4.如權利要求1-3中的任一項的方法，其中所述第二填充金屬落后于所述第一填充金屬一落后距離，所述落后距離在6-12英寸的范圍內(nèi)。
5.如權利要求1的方法，其中所述埋弧焊工藝具有至少501bs/hr的熔敷率以及每分鐘至少60英寸的行進速度。
6.如權利要求1-5中的任一項的方法，其中進一步包括以埋弧焊工藝使用第二和第三填充金屬焊接所述焊接接頭，以完成所述焊接接頭并且創(chuàng)建第二焊道，其中所述第二和第三填充金屬中的每個被引導至公共第二焊接熔池。
7.一種用于焊接厚板工件(W)的焊接裝置，所述焊接系統(tǒng)包括: 激光焊接裝置(201)，所述激光焊接裝置(201)將激光束(203 )引導至所述工件(W)的第一焊接熔池(209A)，以焊接所述工件(W)的至少一部分； 焊炬(205)，所述焊炬(205)鄰近所述激光焊接裝置(201)設置，從而在所述激光束(203)被引導至所述焊接熔池(209A)時將第一焊接焊條(207)引導至所述第一焊接熔池(209A)，其中所述焊炬(205)熔敷所述第一焊接焊條(207)來將第一焊道(209)創(chuàng)建到由所述激光焊接裝置(201)焊接的所述部分上； 焊劑噴嘴(211)，所述焊劑噴嘴(211)將焊劑(F)熔敷到所述第一焊道(209)上； 至少一個埋弧焊炬(213 ;215)，所述至少一個埋弧焊炬(213 ;215)將埋弧填充金屬(214 ；216)引導至所述第一焊道(209)，來通過埋弧焊工藝創(chuàng)建第二焊道(217)， 其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道(209)的至少一部分，來使所述熔化的部分消耗到所述第二焊道(217)中。
8.如權利要求7的裝置，其中所述第一焊接焊條(207)和所述埋弧填充金屬(214；216)之間的落后距離在6-12英寸的范圍內(nèi)。
9.如權利要求7或8的裝置，其中所述激光焊接裝置(201)、所述焊炬(205)以及所述至少一個埋弧焊炬(213 ；215)中的每個被固定到公共支撐構件(401)。
10.如權利要求7-9中任一項的裝置，其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道的至少50%來使所述熔化的第一焊道(209)消耗到所述第二焊道(207)中。
11.一種用于焊接厚板工件(W)的焊接系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng)包括: 激光焊接裝置(201)，所述激光焊接裝置(201)將激光束(203 )引導至所述工件(W)的第一焊接熔池(209A)，來焊接所述工件(W)的至少一部分； 焊炬(205)，所述焊炬(205)鄰近所述激光焊接裝置(201)設置，從而在所述激光束(203)被引導至所述焊接熔池(209A)時將第一焊接焊條(207)引導至所述第一焊接熔池(209A)，其中所述焊炬(205)熔敷所述第一焊接焊條(207)來將第一焊道(209)創(chuàng)建到由所述激光焊接裝置(201)焊接的所述部分上； 第一焊接電源供應器(303)，所述第一焊接電源供應器(303)耦合到所述焊炬(205)，來提供第一焊接信號到所述焊炬(205)； 焊劑噴嘴(211)，所述焊劑噴嘴(211)將焊劑(F)熔敷到所述第一焊道(209)上； 至少一個埋弧焊炬(213 ;215)，所述至少一個埋弧焊炬(213 ；215)將埋弧填充金屬(214 ；216)引導至所述第一焊道(209)，來通過埋弧焊工藝創(chuàng)建第二焊道(217)， 至少一個埋弧焊接電源供應器(307 ;309)，所述至少一個埋弧焊接電源供應器(307 ；309)耦合到所述至少一個埋弧焊炬(213 ;215)，來提供埋弧焊接信號到所述埋弧焊炬(213 ；215)以進行所述埋弧焊工藝； 其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道(209)的至少一部分來使所述熔化的部分消耗到所述第二焊道(217)中。
12.如權利要求11的系統(tǒng)，其中所述第一焊接焊條(207)和所述埋弧填充金屬(214)之間的落后距離(D)在6-12英寸的范圍內(nèi)。
13.如權利要求11或12的裝置，其中所述激光焊接裝置(201)、所述焊炬(205)以及所述至少一個埋弧焊炬(213 ；215)中的每個被固定到公共支撐構件(401)。
14.如權利要求11-13中任一項的裝置，其中所述埋弧焊工藝熔化所述第一焊道的至少50%來使所述熔化的第一焊道(209)消耗到所述第二焊道(217)中。
15.一種權利要求11-14中任一項的焊接系統(tǒng)，其中所述第一焊接電源供應器(303)采用氣體金屬弧焊工藝、金屬惰性氣體焊接工藝、藥芯弧焊工藝或者金屬活性氣體焊接工藝中的任一種來創(chuàng)建所述第一焊道(209);以及 其中所述至少兩個埋弧焊炬(213 ；215)中的每個被這樣定向，以致所述第一和第二埋弧焊接焊條(214 ；216)中的每個在焊接期間被引導至公共焊接熔池(217A)，并且以致所述第一和第二埋弧焊接焊條(214 ；216)之間的理論交點在所述第二焊道(217)之下。
16.—種焊接的方法，所述方法包括: 提供用于焊接的至少一個焊接工件，所述至少一個焊接工件在焊接接頭處具有至少0.5英寸的厚度； 進行所述焊接接頭的第一焊接行程，其中所述第一焊接行程包括在所述焊接接頭引導激光束來以激光焊接焊接所述焊接接頭的至少一部分； 以埋弧焊工藝焊接所述焊接接頭來完成所述焊接接頭并且在所述激光焊道之上創(chuàng)建埋弧焊道， 其中所述埋弧焊工藝熔化所述激光焊道(201)的橫截面的至少5%并且使所述至少5%消耗到所述 埋弧焊道(217)中。
【文檔編號】B23K26/14GK103501952SQ201280021070
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月27日 優(yōu)先權日:2011年4月29日
【發(fā)明者】S·R·彼得斯, P·瓦倫 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司