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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

阅读：195发布：2020-08-02

专利汇可以提供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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是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专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种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的方法，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；以及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。
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2所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，所述保护气体的压力在大约0.01 psi和1.0 psi之间。
4.根据权利要求2所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，所述保护气体的压力在大约0.03 psi和0.30 psi之间。
5.根据权利要求2所述的用于控制焊透轮廓的方法，其特征在于，所述保护气体的压力在大约0.04 psi和0.245 psi之间。
6.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：
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；以及
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，则将在所述内部区域内的保护气体的压力调节到所述可接受的压力的范围内。
7.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。
8.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。
9.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，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。
10.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，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。
11.一种用于控制在具有外部区域(336)和内部区域(338)的工件(306)上的焊透轮廓的设备(300)，包括：
配置成从所述工件(306)的所述外部区域(336)产生焊缝联结(334)的焊机(302)，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)；
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。
12.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，包括：
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。
13.根据权利要求12所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，包括：
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)配置成从所述压力计(332)接收压力信号，并相应地调节所述阀(328)，以便将在所述内部区域(338)内的压力维持在预定压力范围内。
14.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述预定压力范围在大约0.01 psi和1.0 psi之间。
15.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述预定压力范围在大约0.03 psi和0.30 psi之间。
16.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述预定压力范围在大约0.04 psi和0.245 psi之间。
17.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述焊机(302)包括钨极惰性气体保护焊(GTAW)设备。
18.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述焊机(302)包括手工电弧焊(SMAW)设备。
19.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述焊机(302)包括熔化极气体保护焊(GMAW)设备。
20.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述焊机(302)包括激光束焊机、电渣焊机、磁脉冲焊机和摩擦搅拌焊机中的至少一种。
21.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述保护气体包括氩气。
22.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述保护气体包括氮气、氦气、二氧化碳、氧气、氢气、氧化氮、六氟化硫和二氯二氟甲烷中的至少一种。
23.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述工件(306)包括合金钢。
24.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述工件(306)包括钢、不锈钢、铝、镁、铜、铂、镍、碳、铬、钴、铌、钨、钒、锆和钼中的至少一种。
25.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述工件(306)包括导管。
26.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述工件(306)包括凸缘。
27.根据权利要求11所述的用于控制焊透的设备(300)，其特征在于，所述工件(306)包括流量计(5)的至少一部分。
28.一种用于控制在流量计的具有外部区域和内部区域的一部分上的焊透轮廓的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
借助焊机施加能量到所述流量计的所述部分的所述外部区域以产生焊池；
焊透所述流量计的所述部分，使得所述焊池跨越所述外部区域和所述内部区域之间；
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；
维持在所述内部区域内的保护气体的大致恒定压力，其中，所述保护气体的压力在大约0.01 psi和2.0 psi之间；
测量在所述内部区域内的所述保护气体的压力，以生成所测量的压力；
将所述所测量的压力与可接受的压力的预定范围进行比较；以及
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，则将在所述内部区域内的保护气体的压力调节到所述可接受的压力的范围内。
29.根据权利要求28所述的用于控制在流量计的一部分上的焊透轮廓的方法，其特征在于，所述保护气体的压力在大约0.03 psi和0.30 psi之间。
30.根据权利要求28所述的用于控制在流量计的一部分上的焊透轮廓的方法，其特征在于，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。
31.根据权利要求28所述的用于控制在流量计的一部分上的焊透轮廓的方法，其特征在于，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。

说明书全文

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

技术领域

[0001] 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。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。
发明内容

[0015] 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。

[0016] 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，焊机配置成从工件的外部区域产生焊缝联结，其中，焊缝联结从工件的外部区域焊透到工件的内部区域；与内部区域流体连通的气体供应配置成提供保护气体到工件的内部区域，其中，保护气体的压力提供限制焊透的力；并且压力计与内部区域连通，其中，压力计配置成测量在内部区域中存在的保护气体的压力。

[0017] 根据实施例提供一种方法，其用于控制在流量计的具有外部区域和内部区域的一部分上的焊透轮廓。根据实施例，步骤包括：借助焊机施加能量到流量计的该部分的外部区域以产生焊池；焊透流量计的该部分，使得焊池跨越外部区域和内部区域之间；以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到内部区域；维持在内部区域内的保护气体的大致恒定压力，其中，保护气体的压力在大约0.01 psi和2.0 psi之间；测量在内部区域内的保护气体的压力以生成所测量的压力；将所测量的压力与可接受的压力的预定范围进行比较；以及如果所测量的压力在可接受的压力的范围之外，则将在内部区域内的保护气体的压力调节到在可接受的压力的范围内。

[0018] 方面根据一个方面，一种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的方法包括如下步骤：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；和以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到内部区域。

[0019] 优选地，方法包括维持在内部区域内的保护气体的大致恒定压力的步骤。

[0020] 优选地，保护气体的压力在大约0.01 psi和1.0 psi之间。

[0021] 优选地，保护气体的压力在大约0.03 psi和0.30 psi之间。

[0022] 优选地，保护气体的压力在大约0.04 psi和0.245 psi之间。

[0023] 优选地，方法包括如下步骤：测量在内部区域内的保护气体的压力；将所测量的压力与可接受的压力的预定范围进行比较；以及如果所测量的压力落在可接受的压力的范围之外，则将在内部区域内的保护气体的压力调节到可接受的压力的范围内。

[0024] 优选地，方法包括提供填充金属到金属的熔融池的步骤。

[0025] 优选地，焊缝是自体的。

[0026] 优选地，防止焊透超过限定内部区域的表面大约0.0625英寸。

[0027] 优选地，防止焊透超过限定内部区域的表面工件厚度的大约10%的距离。

[0028] 根据一个方面，一种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的设备，包括：配置成从工件的外部区域产生焊缝联结的焊机，其中，焊缝联结从工件的外部区域焊透到工件的内部区域；与内部区域流体连通的气体供应，其配置成提供保护气体到工件的内部区域，其中，保护气体的压力提供限制焊透的力；以及与内部区域连通的压力计，其中，压力计配置成测量在内部区域中存在的保护气体的压力。

[0029] 优选地，与内部区域流体连通的阀配置成调节在内部区域内的保护气体压力。

[0030] 优选地，系统电子器件与压力计和阀两者连通，其中，系统电子器件配置成接收来自压力计的压力信号，并相应地调节阀以便将在内部区域内的压力维持在预定压力范围内。

[0031] 优选地，预定压力范围在大约0.01 psi和1.0 psi之间。

[0032] 优选地，预定压力范围在大约0.03 psi和0.30 psi之间。

[0033] 优选地，预定压力范围在大约0.04 psi和0.245 psi之间。

[0034] 优选地，焊机包括钨极惰性气体保护焊(GTAW)设备。

[0035] 优选地，焊机包括手工电弧焊(SMAW)设备。

[0036] 优选地，焊机包括熔化极气体保护焊(GMAW)设备。

[0037] 优选地，焊机包括激光束焊机、电渣焊机、磁脉冲焊机和摩擦搅拌焊机中的至少一种。

[0038] 优选地，保护气体包括氩气。

[0039] 优选地，保护气体包括氮气、氦气、二氧化碳、氧气、氢气、氧化氮、六氟化硫和二氯二氟甲烷中的至少一种。

[0040] 优选地，工件包括合金钢。

[0041] 优选地，工件包括钢、不锈钢、铝、镁、铜、铂、镍、碳、铬、钴、铌、钨、钒、锆和钼中的至少一种。

[0042] 优选地，工件包括导管。

[0043] 优选地，工件包括凸缘。

[0044] 优选地，工件包括流量计的至少一部分。

[0045] 根据一个方面，一种用于控制在流量计的具有外部区域和内部区域的一部分上的焊透轮廓的方法，包括如下步骤：借助焊机施加能量到流量计的该部分的外部区域以产生焊池；焊透流量计的该部分，使得焊池跨越外部区域和内部区域之间；以提供限制焊透的力的压力将保护气体施加到内部区域；维持在内部区域内的保护气体的大致恒定压力，其中，保护气体的压力在大约0.01 psi和2.0 psi之间；测量在内部区域内的保护气体的压力以生成所测量的压力；将所测量的压力与可接受的压力的预定范围进行比较；以及如果所测量的压力在可接受的压力的范围之外，则将在内部区域内的保护气体的压力调节到可接受的压力的范围内。

[0046] 优选地，保护气体的压力在大约0.03 psi和0.30 psi之间。

[0047] 优选地，防止焊透超过限定内部区域的表面大约0.0625英寸。

[0048] 优选地，防止焊透超过限定内部区域的表面工件厚度的大约10%的距离。附图说明

[0049] 在所有附图上，相同附图标记表示相同元件。附图不必然按照比例。

[0050] 图1图示了现有技术流量计；图2图示了具有外部壳体的传感器组件的其他现有技术实施例；
图3是在没有适配器或凸缘的情况下、图2的传感器组件的现有技术实施例的视图；
图4图示了用于流量计的凸缘和适配器，其指示焊缝位置；
图5图示了用于流量计的凸缘、延伸导管和适配器，其指示焊缝位置；
图6图示了根据实施例的设备；
图7图示了图6的设备的横截面视图；
图8图示了根据实施例的另一设备；
图9图示了描述实施例的方法的流程图；和
图10示出描述实施例的另一方法的流程图。

具体实施方式

[0051] 图1-图10和以下描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制作和使用用于焊缝轮廓（weld profile）控制的方法和相关设备的实施例的最佳模式。出于教导发明原理的目的，一些常规方面已经被简化或省略。本领域技术人员将理解源自这些示例的变型落入本发明的范围内。本领域技术人员将理解在下文中描述的特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明不受限于在下文中描述的具体示例，而仅受限于权利要求及其等价物。

[0052] 图1图示了现有技术流量计5，其能够是任何振动计量器，诸如科里奥利流量计。流量计5包括传感器组件10和计量器电子器件20。传感器组件10响应于工艺材料的质量流动速率和密度。计量器电子器件20经由引线100连接到传感器组件10以提供在路径26上的密度、质量流动速率和温度信息以及其他信息。传感器组件10包括凸缘101和101'、一对歧管102和102'、一对平行的流动管103(第一流动管)和103’(第二流动管)、驱动器104、温度传感器106（诸如电阻温度检测器（RTD））、以及一对敏感元件105和105’（诸如磁体/线圈敏感元件、应变计、光学传感器或在本领域中已知的任何其他敏感元件）。流动管103和103’分别具有入口支管107和107'与出口支管108和108'。流动管103和103’沿着其长度在至少一个对称位置处弯曲，且贯穿其长度基本上平行。每个流动管103、103’分别关于轴线W和W'振荡。

[0053] 流动管103、103’的支管107、107'、108、108'固定地附接到流动管安装块109和109'，且这些块继而固定地附接到歧管102和102'。这提供通过传感器组件10的连续闭合材料路径。

[0054] 当凸缘101和101'连接到承载所测量的工艺材料的工艺管线(未示出)时，材料通过凸缘101中的第一孔口（在图1的视图中不可见）进入流量计5的第一端部110，且被导引通过歧管102到流动管安装块109。在歧管102内，材料被分开且传送通过流动管103和103’。在离开流动管103和103’后，工艺材料在歧管102'内重新组合成单个流，且其后被传送离开第二端部112，该第二端部112通过凸缘101'连接到工艺管线(未示出)。

[0055] 流动管103和103’被选择并适当地安装到流动管安装块109和109'，以便分别具有大致相同的质量分布、惯性矩以及关于弯曲轴线W--W和W'--W'的杨氏模量。由于流动管103、103’的杨氏模量随温度改变，且该改变影响流动和密度的计算，所以将温度传感器106安装到流动管103、103’，以连续测量流动管的温度。流动管的温度以及因此针对传递通过温度传感器106的给定电流跨温度传感器106出现的电压主要由传递通过流动管的材料的温度支配。跨温度传感器106出现的温度依赖的电压被计量器电子器件20以公知方法使用，以补偿由于在流动管温度中的任何改变导致的在流动管103、103’的弹性模量中的改变。温度传感器连接到计量器电子器件20。

[0056] 流动管103,103’两者都由驱动器104沿相反方向关于其相应弯曲轴线W和W'以流量计的所谓的第一异相弯曲模式驱动。该驱动器104可包括许多公知布置中的任一项，诸如安装到流动管103’的磁体和安装到流动管103的相对的线圈，交流电通过其传递以用于使两个流动管振动。合适的驱动信号由计量器电子器件20经由引线113施加到驱动器104。

[0057] 计量器电子器件20接收在引线114上的温度信号和分别在引线115和115’上出现的左和右速度信号。计量器电子器件20产生在通向驱动器104的引线113上出现的驱动信号并使流动管103、103’振动。计量器电子器件20处理左和右速度信号及温度信号以计算通过传感器组件10的材料的质量流动速率和密度。该信息连同其他信息一起由计量器电子器件20施加到通向实用装置的路径26上。

[0058] 描述了一种科里奥利流量计结构，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，本发明可在没有由科里奥利质量流量计提供的额外测量能力的情况下在振动管比重计上实践。事实上，本发明可在有或者没有用于测量质量流、密度等的手段的情况下在所有大小的管道、导管、凸缘中利用。本发明也可在缺乏任何流量计5的情况下实践。

[0059] 图2图示了被壳体200包围的现有技术传感器组件10的另一实施例。传感器组件10的许多部分借助壳体200从视野隐藏，但是歧管102、102’和凸缘101、101’是可见的。在该实施例中，焊接适配器202、202’以将凸缘101、101’连接到其相应的歧管102、102’。图3图示了图2的现有技术传感器组件10的实施例，但是为了清楚起见，缺少适配器202、202’和凸缘101、101’。

[0060] 图4和图5图示了要求焊接的传感器组件10的一部分的示例，并且其中，对内部表面的接近受限。图4图示了如也在图2中图示的适配器202和凸缘101。图5图示了适配器202、凸缘101以及安置在适配器202和凸缘101之间的延伸导管204。延伸导管204提供在凸缘101和传感器组件10之间的额外间隙。在图4和图5中，图示了位置A、B、C和D。这些是凸缘101焊接到适配器202的点（位置A）、适配器202焊接到歧管102的点(位置B)、延伸导管204焊接到凸缘101的点（位置C）以及延伸导管204焊接到适配器202的点(位置D)。这些位置仅仅是传感器组件10的可焊接的部分的示例，并且将不限制权利要求或说明书的范围。

[0061] 首先参考图6，根据实施例提供用于控制焊透的设备300。焊接设备(焊机)302被提供为用于提供必要的能量以在工件306上形成金属的熔融池(焊池)304的手段。

[0062] 焊机302可为在本领域中已知的能够进行全焊透焊接的任何类型的焊机。例如（但不限于），焊机302可包括电焊接电源，其配置成在电极308和基体材料之间生成电弧以熔融工件306，以便在焊点处产生焊池304。电焊接电源将利用直流电（DC）或交流电（AC）。在其他实施例中，电源可利用在本领域中已知的气体、激光、电子束、超声波能量、电阻、磁性、摩擦和任何其他手段来焊接。在图6中，电极308从焊机302经由连接324接收电力。电极308由电极保持器309保持。

[0063] 在由图6图示的示例中，电极308是不可消耗的，但是还考虑可消耗电极。由于钨的相对高的熔点（3,422℃），在GTAW焊接中使用的不可消耗电极例如包括大部分的钨。考虑被清洁处理或磨光处理的电极。本发明所考虑的用于GTAW实施例的电极的直径可在大约0.5和7.0毫米之间变化。在实施例中，直径是大约3.1毫米。除纯的钨之外，还考虑包括氧化铈、氧化镧、氧化钍和/或氧化锆的钨合金。

[0064] 金属填充物310可引入到焊池304，但是这并不是在所有情形中都严格必要的。金属填充物310可手动添加到焊池304，或者替代性地可从填充物线轴312或配置成供应金属填充物310的稳定进给的类似的自动装置自动地进给。在图6中，焊机302连接到填充物线轴312，且经由连接322控制填充物沉积的速率。

[0065] 还考虑将保护气体引入到焊池304周围的区域。保护气体保护焊接区不受例如大气中的氧气的影响，氧气是一种氧化剂，其促进熔接缺陷、多孔和焊缝脆裂。保护气体另外有助于热量从电极转移到基体金属，并且在电焊机的情况下还促进更稳定的电弧。在图6中，气体供应314经由第一气体管线318通过套管316供应保护气体，套管316环绕电极308。焊机302计量气体供应，且经由连接320控制保护气体释放。在优选实施例中，保护气体包括氩气。在另一实施例中，保护气体包括氩气和二氧化碳混合物（例如，C-50、C-25、C-15等）。
在另一实施例中，保护气体包括氩气和氧气混合物（例如，O-5、O-2、O-1等）。在另一实施例中，保护气体包括氩气和氦气混合物(例如A-75、A-50、A-25等)。在另一实施例中，保护气体包括氩气和氢气混合物(例如H-35、H-10、H-2等)。在另一实施例中，保护气体包括氩气、二氧化碳和氦气；或氩气、二氧化碳和氢气；或氩气、二氧化碳和氮气；或氩气、二氧化碳和氧气；或氩气、氦气和氢气；或氩气、氦气、二氧化碳和氢气。在另一实施例中，保护气体包括氧化氮、六氟化硫和二氯二氟甲烷中的至少一种。

[0066] 在实施例中，气体供应314经由第二气体管线326以可维持内部区域的内部压力的任何方式为工件306的内部区域338(参见图7)提供保护气体。应当注意，通过第一气体管线318供应到焊池304的保护气体和通过第二气体管线326供应到工件306的内部区域338的保护气体可以是相同的保护气体或可以是不同的保护气体。阀328可提供打开或关闭通向工件306的内部区域338的保护气体的供应的手段。在开口导管工件306的情况下，密封件可定向成靠近导管端部，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（尽管气体将可能通过工件的预焊接的接界逸出）。密封件330可具有接受例如第二气体管线
326的能力。在实施例（未示出）中，密封件可具有附接到其的压力计332。在图6中图示的实施例中，压力计332直接附接到工件306。压力计332配置成测量引入到工件306的内部区域
338中的保护气体的压力。

[0067] 在焊接时，焊池304可部分地或完全地焊透焊缝联结334。如果发生仅部分焊透，则对于对接联结，这意味着焊池304不能达到工件306的与电极308相对的侧。这通常是不能接受的，且将有必要磨掉焊缝联结334并重新焊接其至少一部分。然而，如果焊透太大，则材料将“下垂”超过对接联结到被视为不能接受的程度，该程度基于人们所遵守的焊接标准而不同。在导管中，过多焊透将导致在焊缝联结334的内径上的大的熔珠，其可导致紊流、薄弱处或以其他方式影响在其中利用这种导管的系统的完整性。

[0068] 转向图7，图示了焊缝联结334的横截面。根据实施例，设备300控制在具有外部区域336和内部区域338的工件306上的焊透轮廓（weld penetration profile），以防止超过内部表面340的过分的焊透。在实施例中，工件306安装在车床中，该车床旋转工件，以便可借助固定电极308实现周向焊接。在该情况下，如在图7中图示的，在电极308维持焊池304的同时使工件306旋转。这导致焊缝联结334沉积在工件306的周向上，从而借助熔融金属密封任何间隙。焊缝联结334完全地焊透工件306，所以，焊缝联结334因此从外部区域336跨越到内部表面340。完全焊透的焊缝延伸到内部区域338的内部表面340，且可能略微超过内部区域338的内部表面340。熔融金属相对流动，且可下滴或下垂，因此导致焊透大于被认为是可接受的焊透。在一些情况下，焊透超过内部表面的程度限于工件厚度的10%。因此如果工件厚度是3.0毫米，则焊透超过内部表面的可接受的深度不可大于例如但不限于0.3毫米。在其他情况下，焊透的可接受的深度可以是预定距离，其不必然限定为工件厚度的百分率。因此，例如但不限于，焊透限制可以是1/16英寸或1/8英寸，而与工件厚度无关。

[0069] 继续参考图6和图7，在实施例中，来自气体供应314的保护气体引入到工件306的内部区域338中。压力计332测量内部区域338的压力。由于期望维持在内部区域338中的保护气体的预定压力，所以在焊接过程期间可调节阀328。作为示例，工件306可具有要求焊接的相对大的接缝，因此内部区域338用保护气体填充，使得达到预定压力。由于保护气体可从接缝逸出，所以调节引入到内部区域338中的气体流，以维持压力，而不管逸出的气体。然而，在焊接工件306和产生焊缝联结334时，保护气体可借其从内部区域338逸出的区域减少，因此气体压力倾向于增大。因此，随着焊缝联结发展，可调节阀328以减少进入内部区域338中的保护气体流，以便维持期望的内部气体压力。这可手动或自动实现。通过仔细地调节在内部区域338中的保护气体压力，焊缝轮廓维持期望的焊透，且防止突出超过任何预定的焊透限制，因为保护气体的压力有效地充当缓冲，从而在熔融焊池304上施加力并减少下垂。

[0070] 工件306可由任何可焊接的金属构造。例如但不限于，工件可包括：钢、合金钢、不锈钢、铝、镁、铜、铂、镍、碳、铬、钴、铌、钨、钒、锆、钼，或者其任何组合。在实施例中，工件306由不锈钢制成。在另一实施例中，工件由Hastelloy®制成。在又一实施例中，工件由双金属制成。

[0071] 在内部区域338中的保护气体的压力主要根据焊接工艺、工件材料和工件厚度变化。例如，在内部区域338中的保护气体的压力可维持在大约0.05 psi和2 psi之间。在另一非限制性示例中，经历GTAW焊接工艺的不锈钢工件306可具有在内部区域338中维持在大约0.1 psi和0.3 psi之间的内部保护气体压力。在又一非限制性示例中，经历GTAW焊接工艺的Hastelloy®工件306可具有在内部区域338中维持在大约0.03 psi和0.1 psi之间的内部保护气体压力。应当注意，这些值假定焊接位置是平坦的，这意味着电极308定位在工件
306上方。本公开考虑其他焊接位置，且保护气体的压力可改变以适应不同焊接位置。

[0072] 在图8中图示的实施例中，系统电子器件400与压力计332连通，且还与阀328连通。在实施例中，阀328是自动的，诸如气动阀、液压阀、电阀或光学阀。阀328与气体供应314流体连通，且还与工件306的内部区域338流体连通。阀328控制引入到内部区域338中的保护气体的体积。

[0073] 系统电子器件400可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路、或一些其他通用或定制的处理装置。系统电子器件400能够分布在多个处理装置之中。系统电子器件400能够包括任何方式的一体或独立的电子存储媒介，诸如计算机可读存储系统。在一个实施例中，系统电子器件400包括数字转换器，其中，压力计信号包括模拟传感器信号。数字转换器抽样和数字化模拟传感器信号，并产生数字传感器信号。接口/数字转换器还能执行任何所需的抽取，其中，对数字传感器信号进行抽取，以便减少所需要的信号处理量以及减少处理时间。系统电子器件400能够执行任何必要的或期望的信号调节，诸如任何方式的格式化、放大、缓存等。

[0074] 系统电子器件400接收来自压力计或其他压力传感器的管线401上的传感器信号。系统电子器件400处理传感器信号，以便获得在内部区域338内的保护气体的压力值。系统电子器件400能够在管线403上发送信号以致动阀328。信号可以是电子的、光学的、液压的和/或气动的。在实施例中，阀328包括能够计量气体流的螺线管阀。在实施例中，阀328包括能够计量气体流的针阀。在实施例中，阀328包括能够计量气体流的滑阀。系统电子器件400可读取来自压力计332的压力信号，并将在工件306内的该压力与预定压力范围进行比较。
如果在工件306内的压力落在预定压力范围之外，则系统电子器件400在管线403上发送信号到阀328，其增大或减少在工件内的气体压力，以便压力改变到预定压力或落在预定压力范围内。

[0075] 系统电子器件400能够包括通信路径404。通信路径404能够实现在系统电子器件400、焊机302和外部装置之间的通信。通信路径能够实现任何方式的电子通信、光学通信或无线通信。

[0076] 现在转向图9，实施例包括用于控制在具有外部区域336和内部区域338的工件306上的焊透轮廓的方法，其中，工件306由基体金属制成。在步骤500中，借助焊机302提供能量到工件306的外部区域336，以通过使至少基体金属熔融而产生金属的熔融池(焊池)304。能量是电、激光、超声波、来自气火焰、摩擦，或者在本领域中已知的任何其他焊接能量源。在一个实施例中，焊机302包括钨极惰性气体保护焊(GTAW)设备。在另一实施例中，焊机302包括手工电弧焊(SMAW)设备。在又一实施例中，焊机302包括熔化极气体保护焊(GMAW)设备。如本领域技术人员将容易显而易见地，还考虑在本领域中已知的任何其他焊机302类型。在步骤502中，将工件306完全焊透，使得焊池304跨越外部区域336和内部区域338之间。这被认为是全焊透焊缝。在步骤504中，以提供限制焊透的缓冲力的压力将保护气体提供到内部区域338。

[0077] 在图10中示出相关实施例，其包括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的方法，其中，工件由基体金属制成。在步骤600中，借助焊机302提供能量到工件306的外部区域336，以通过使至少基体金属熔融而产生金属的熔融池(焊池)304。在步骤602中，将工件306完全焊透，使得焊池304跨越外部区域336和内部区域338之间。在步骤604中，以提供限制焊透的力的压力将保护气体提供到内部区域338。一旦在步骤604中达到期望的压力，则如在步骤606中所示，在内部区域内维持保护气体的大致恒定压力。在实施例中，保护气体的压力在大约0.01 psi和1.0 psi之间。在另一实施例中，保护气体的压力在大约0.03 psi和0.30 psi之间。在又一实施例中，保护气体的压力在大约0.04 psi和0.245 psi之间。在步骤608中，测量在内部区域内的保护气体的压力。在步骤610中，将该测量的压力值然后与可接受的压力的预定范围进行比较。这有助于确认气体压力处于可接受的范围中。在步骤612中，如果所测量的压力在可接受的压力的范围之外，则将在内部区域内的保护气体的压力调节到可接受的压力的范围内。通过提供用于特定金属类型、焊机类型和基体金属尺寸的适当压力，可防止焊透超过内部区域的限定内部区域的表面大约0.0625英寸。在另一实施例中，防止焊透超过限定内部区域的表面工件厚度的大约10%的距离。

[0078] 用于控制焊透轮廓的方法可包括提供填充金属到金属的熔融池。然而，焊缝可替代性地是自体的。在实施例中，在单个联结上制成多个焊道，且每个焊道可以是自体的，或者使用填充金属。

[0079] 上述实施例的详细描述不是本发明人考虑的在本发明的范围内的所有实施例的详尽无遗的描述。事实上，本领域技术人员将认识到，上述实施例的特定元件可不同地组合或消除以产生更多实施例，且这些更多的实施例落入本发明的范围和教导内。对本领域技术人员还将显而易见，上述实施例可全部或部分组合，以产生在本发明的范围和教导内的额外实施例。

[0080] 因此，尽管在本文中出于例示目的描述了本发明的具体实施例和用于本发明的示例，但是如在相关领域中的那些技术人员将认识到的，在本发明的范围内不同的等价修改是可能的。在本文中提供的教导能够应用于其他装置和方法，而不是仅用于在上文中描述以及在附图中示出的实施例。相应地，本发明的范围应当根据所附权利要求确定。

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