[发明专利]用于深坡口焊接的集成化保护气体和磁场装置以及焊接系统

说明书

优先权：本专利申请要求2009年12月9日提交的美国临时专利申请No.61/267,960的优先权，其全部内容以引用方式全文并入文本。

背景技术

技术领域

与本发明相符合的装置、系统和方法涉及当在深坡口(deep groove)应用中进行焊接时用于焊接和操纵焊接电弧的设备和方法。

相关技术的描述

当在大型工业应用中进行焊接(如，管路或板焊接)时，常常必需将非常厚的工件焊接在一起。这些厚度可以高达4英寸或更大。厚工件焊接的要求是，对于要被焊接在一起的工件的整个厚度进行填充焊接。此外，要焊接的工件常常具有斜角面-也就是说，两个斜角面被相互焊接-并且填充焊接是用于填充整个由工件的斜角面形成的工件间的间隙。因为工件间的间隙越大，在焊接过程中进行填充需要的时间越长，所以间隙大是不太理想的并且理想的是使工件间的间隙尽可能地窄。然而，当设法焊接窄间隙-厚壁工件时，难以保持电弧稳定、确保足够的侧壁熔深以及向焊接过程递送保护气体，使得可以得到高质量的高效率焊缝。用现有系统来高效率且有效地递送在窄-深坡口间隙中得到充分保护的稳定焊接电弧是非常困难的。

发明内容

为了实现合格焊接并且具体地讲为了允许对工件进行便利且一致的厚壁和/或窄间隙焊接，提出了一种根据权利要求1所述的焊接电弧操纵单元或根据权利要求10所述的焊接系统。就焊接电弧操纵单元而言，可以从权利要求2至9中得到优选的特征，并且就焊接电弧操纵单元而言，可以从权利要求2至9中得到优选的特征。对于后者，如果磁探头被磁性耦合到所述保护气体管道105，和/或所述磁探头包括相互固定的多个层合板，和/或所述层合板中的至少一些具有与所述层合板中的其他层合板不同的长度，和/或焊接系统还包括包围所述线圈的外壳，和/或如果所述外壳和所述支承结构中的至少一者包括冷却剂歧管结构以允许冷却剂流过所述冷却剂歧管结构，和/或如果所述磁探头和所述保护气体管道中的至少一者由高硅钢制成，和/或所述磁线圈至少部分包围在吸热的灌封材料中，和/或如果所述层合板中的至少一些由高硅钢制成，和/或所述磁探头在接近所述支承结构附件处的厚度大于在远离所述支承结构处的点的厚度，和/或所述支承结构包括冷却剂歧管结构以允许冷却剂流过所述冷却剂歧管结构，则可以是优选的。本发明的示例性实施方案是焊接电弧操纵单元以及包括所述焊接电弧操纵单元的系统，其中所述单元具有支承磁线圈的支承结构，所述磁线圈响应于电流和磁探头产生磁场，所述磁探头磁性耦合到磁线圈并且在所述支承结构之方延伸，使得磁探头可以延伸到焊接间隙中，以向焊接电弧递送磁场。所述单元还具有保护气体管道，所述保护气体管道耦合到所述支承结构并且在所述支承结构之下延伸，使得所述保护气体管道可以延伸到焊接间隙中，以向焊接电弧递送保护气体。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的以上和/或其他方面将更清楚，在附图中：

图1示出窄间隙厚壁焊接接头和工件的图示；

图2示出根据本发明的示例性实施方案的磁场产生单元的图示；

图3示出图2中的单元的侧视图的图示；

图3A是本发明的示例性实施方案的保护气体和管道的形状的图示；

图4示出图2中的单元的分解图的图示；

图5示出焊接操作中的本发明的示例性实施方案的图示；

图6示出图5中的焊接操作的另一个视图的图示；以及

图7示出根据本发明的示例性实施方案的焊接系统的图示。

示例性实施方案的详细描述

现在，通过参考附图，以下将描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案意图帮助理解本发明，并非意图以任何方式限制本发明的范围。相同的参考标号始终指示相同的要素。

图1是如本专利申请中讨论的窄间隙厚壁焊接的代表性图示。如可以看到的，两个相邻的工件具有面对的侧壁，每个侧壁都具有斜角面。侧壁形成斜角，以允许在间隙最深的部分进行焊接。通常，当间隙的深度为1英寸或更大时，认为焊接是厚壁的。另外，当面对的侧壁之间的角度是20度或更小时，通常认为焊接是窄间隙焊接。应该注意，本发明的实施方案不限于这些各个尺寸的焊接应用，而是可以用在任何合适的焊接应用中，只要实现了所需的焊接结果即可。