焊接方法和系統的制作方法
【專利摘要】一種焊接方法包括以下步驟：(a)至少部分地基于至少兩個工件的化學組成和微觀結構來確定所述至少兩個工件的馬氏體回火溫度；(b)將足夠的能量施加到工件以在目標位置熔化工件，從而形成熔池；(c)至少部分地基于馬氏體回火溫度和熱影響區(HAZ)寬度經由控制模塊來確定冷卻劑的目標溫度和冷卻范圍；和(d)使用冷卻劑冷卻第一工件和第二工件，使得工件在熱影響區處的溫度經控制低于馬氏體回火溫度，以便最小化熱影響區的軟化。本發明還涉及一種用于最小化HAZ軟化的焊接系統。
【專利說明】
焊接方法和系統
技術領域
[0001] 本公開涉及一種焊接方法和系統。
【背景技術】
[0002] 焊接是通過引起聚結來接合材料(通常是金屬）的過程。這通常通過熔化工件以形 成熔料池(熔池)進行，該熔料池經冷卻成為牢固的接頭，壓力有時與熱量配合使用或獨立 使用來產生焊接。作為非限制性示例，激光束可以應用在兩個金屬工件之間，在工件內產生 熱量。工件完全或部分地由基材(諸如鋼）制成。熔池形成，其中的溫度高于受熱基材的熔 點。有時，添加填充材料以改變焊接點的組成。接著，熔池冷卻并成為焊縫。

【發明內容】

[0003] 許多不同能量源可用于焊接，包括激光、電弧、電子束等。在焊接期間，通過使用合 適的能量源將能量施加到至少兩個工件之間以在兩個工件之間的過盈處產生熱量。作為非 限制性示例，在激光焊接期間，激光焊接頭將能量引導至兩個工件之間的過盈處的目標位 置。結果，在目標位置處的工件的基材(有時與填充材料一起)熔化從而形成熔池。未熔化的 熔池周圍的基材區域也受到利用焊接頭施加的能量所產生的熱量的影響并因此稱為熱影 響區（HAZ) AAZ中的熱量可以改變基材的微觀結構，從而改變HAZ處的基材的機械性能。因 而HAZ指的是未熔化的基材區域，而且其微觀結構和性能通過焊接發生了改變。在大多數情 況下，HAZ上的焊接影響可能是不利的，這取決于基材和焊接過程的熱量輸入。例如，高強度 鋼的HAZ通常在焊接后軟化。結果，基材的HAZ處的硬度相對于基材的硬度降低。軟化的程度 和幅度主要取決于基材以及通過焊接熱過程輸入的熱量的量和濃度。因此，為了使得HAZ軟 化最小化，控制HAZ的熱過程是有用的。
[0004] 已經開發出一種利用外部冷卻單元以與正常的焊接條件相比較的加快的HAZ中的 冷卻速度來使得HAZ軟化最小化的焊接方法。正常的焊接條件指的是焊接點自然冷卻到室 溫。在一個實施例中，焊接方法包括以下步驟：（a)至少部分基于第一工件和第二工件的基 材(例如金屬）的化學組成和微觀結構經由控制模塊確定馬氏體回火溫度、馬氏體回火的溫 度（即馬氏體回火溫度），其為HAZ的一個主要原因；（b)將足夠的能量施加到工件以在目標 位置熔化工件，從而形成熔池；（c)至少部分地基于馬氏體回火溫度和HAZ寬度經由控制模 塊確定冷卻劑的目標溫度與冷卻范圍；和(d)冷卻工件，使得在多個HAZ處的工件的溫度不 會達到馬氏體回火溫度以便最小化多個HAZ處的軟化。每個HAZ是受熱的熔池周圍的工件區 域，該熱量源于在目標位置處施加到工件的能量。術語"馬氏體回火溫度"指的是這樣一種 溫度，即在該溫度下回火馬氏體形成在基材中。
[0005] 本公開還涉及一種用于最小化HAZ軟化的焊接系統。在一個實施例中，焊接系統包 括配置成供應能量的能量源和聯接到能量源的焊接頭。焊接頭配置成將足夠的能量引導到 至少兩個工件以熔化目標位置處的工件從而形成熔池。焊接系統進一步包括經編程以執行 以下指令的控制模塊：（a)至少部分地基于基材的化學組成和微觀結構來確定工件的馬氏 體回火溫度;和(b)至少部分地基于馬氏體回火溫度和HAZ寬度來確定冷卻劑的目標溫度與 冷卻范圍。焊接系統進一步包括冷卻系統，冷卻系統配置成承載具有合適的冷卻程度和幅 度的冷卻劑以冷卻工件，使得在多個HAZ處的工件的溫度達不到馬氏體回火溫度，以便最小 化在多個HAZ處的軟化，使得在工件的多個HAZ處的馬氏體回火溫度和其保持時間通過外部 加強冷卻以增強的冷卻速度得到降低和縮短。
[0006] 從以下結合附圖對實施本發明的最佳方式進行的詳細描述中能夠很容易了解到 本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點。
【附圖說明】
[0007] 圖1是根據本公開的實施例的焊接系統的示意圖；
[0008] 圖2A是由對接接頭接合的兩個工件的示意性頂視圖；
[0009] 圖2B是由對接接頭接合的兩個工件的示意性側視圖；
[0010] 圖2C是由搭接接頭接合的兩個工件的示意性頂視圖；
[0011] 圖2D是由搭接接頭接合的兩個工件的示意性側視圖；
[0012] 圖2E是由搭接接頭接合的三個工件的示意性側視圖；
[0013] 圖3是示出根據本公開的實施例的焊接方法的流程圖；和
[0014] 圖4是示出使用圖3的焊接方法的焊縫的硬度測試結果的曲線圖；
[0015] 圖5是類似于圖4曲線圖的曲線圖，但其示出的是6061鋁合金的硬度測試結果；
[0016] 圖6是根據本公開的另一實施例的焊接系統的示意圖，其中，所述焊接系統包括導 管；
[0017] 圖7是圖6中所示的焊接系統的導管的示意圖；
[0018] 圖8是根據本公開的另一實施例的焊接系統的示意圖；和
[0019] 圖9是根據本公開的另一實施例的焊接系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 現在參照附圖，其中在所有附圖中類似標記指示對應的零件，圖1示意性地示出了 根據本公開的實施例的焊接系統1〇〇。焊接系統1〇〇可以用于焊接相同或不同的材料制成的 至少兩個工件10、12。工件10、12可以是，例如金屬片。在本公開中，工件10可稱為第一工件， 且工件12可稱為第二工件12。第一工件10和第二工件12的基材可以包括至少一種合金。作 為非限制性示例，基材可以是鐵基合金(例如，鋼）、鋁合金或鎂。例如，基材可以是先進高強 度鋼(AHSShAHSS是具有除了足以產生獨特的機械性能(諸如高應變硬化能力和超高屈服 和拉伸強度）的數量的鐵素體-珠光體(例如，馬氏體、貝氏體、奧氏體和/或殘余奧氏體)之 外的微觀結構的鋼。AHSS包括，但不限于雙相(DP)、相變誘發塑性(TRIP)、復相(CP)和馬氏 體鋼(MS)以及壓硬化鋼(PHShDP鋼包括含有島狀物形式的硬馬氏體第二相的鐵素體基體。 CP鋼包括鐵素體/貝氏體基體內的相對少量的馬氏體、殘余奧氏體和珠光體。MS鋼具有含有 少量的鐵素體和/或貝氏體的馬氏體基體。TRIP鋼的微觀結構是嵌在鐵素體主基體中的殘 余奧氏體。AHSS是根據其冶金類型（例如，DP、TRIP、CP等）以及它們兆帕強度(MPa)而命名和 銷售的。例如，DP980指的是一種具有980兆帕最小屈服強度的雙相鋼類型。AHSS可在車輛中 使用，諸如汽車和卡車。
[0021 ]繼續參考圖1，焊接系統100包括控制模塊102。術語"控制模塊"、"模塊"、"控制"、 "控制器"、"控制單元"、"處理器"和類似的術語指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執 行一個或多個軟件或固件程序或例程的中央處理單元(優選地為微處理器）以及相關聯的 存儲器和儲存器（只讀存儲器、可編程只讀存儲器、隨機存取存儲器、硬盤驅動器等等）、組 合邏輯電路、時序邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、適當的信號調節和緩沖電路和其它提 供所述功能的部件中的一個或多個的任一個或各種組合。"軟件"、"固件"、"程序"、"指令"、 "例程"、"代碼"、"算法"和類似術語指的是任何控制器可執行指令集。作為非限制性示例， 控制模塊102可包括至少一個處理器和相關聯的存儲器。無論其具體的結構如何，控制模塊 102可基于存儲在內部或外部存儲器中的指令來控制焊接系統100的整體操作。
[0022] 焊接系統100進一步包括焊接頭104以及用于控制焊接頭104相對于第一工件10和 第二工件12的移動和操作的機器人控制單元106。機器人控制單元106可以是能夠控制焊接 頭104的移動和位置的計算機數字控制(CNC)單元。為此，機器人控制單元106機械地聯接到 焊接頭104并與控制模塊102進行電子通信。因此，機器人控制單元106可以接收來自控制模 塊102的輸入(即，指令），然后可以相對于第一工件10和第二工件12停止或移動焊接頭104。
[0023] 除了機器人控制單元106,焊接系統100還包括配置成供應能量E(例如，諸如氣火 焰、電弧、激光、電子束、摩擦或超聲）的能量源108。能量源108聯接到焊接頭104,并且焊接 頭104可以將來自能量源108的能量E(例如，氣火焰、電弧、激光、電子束、摩擦或超聲）引向 第一工件10和第二工件12。機器人控制單元106與能量源108進行電子通信，并因此可以激 活或停用能量源108。一旦激活，焊接頭104將來自能量源108的能量E引向第一工件10和第 二工件12。一旦停用，焊接頭104停止將來自能量源108的能量E引向第一工件10和第二工件 12。
[0024] 焊接系統100進一步包括數據采集單元112和至少一個溫度傳感器110,該至少一 個溫度傳感器110能夠檢測第一工件10和第二工件12的溫度并產生指示在目標位置T處和 靠近目標位置T的第一工件10和第二工件12的溫度的溫度信號S。溫度傳感器110與數據采 集單元112電子通信，并且可以是高溫計、熱敏相機或它們的組合。溫度傳感器110也可以是 諸如熱電偶的接觸式溫度傳感器。數據采集單元112接收來自溫度傳感器110的輸入(例如， 溫度信號S)并存儲指示第一工件10和第二工件12的溫度的數據。因此，數據采集單元112包 括能夠存儲從溫度傳感器110接收的數據的存儲器。控制模塊102與數據采集單元112進行 電子通信，并可以接收來自數據采集單元112的與工件溫度相關的數據。
[0025]焊接系統100可以用于將第一工件10和第二工件12焊接在一起。為此，一旦焊接頭 104到達第一工件10和第二工件12之間的過盈處的目標位置T，機器人控制單元106激活能 量源108。一旦激活，能量源108提供能量E至焊接頭104，并且焊接頭104將能量E引到目標位 置T，該目標位置T在第一工件10和第二工件12之間的過盈處。焊接頭104應該提供足夠的能 量E到第一工件10和第二工件12以熔化在目標位置T處的第一工件10和第二工件12的基材。 換句話說，由焊接頭104施加的能量E應足以產生足夠的熱量來熔化在目標位置T處的第一 工件10和第二工件12的基材。填充材料可以添加到熔池中（例如，在第一工件10和第二工件 12之間的過盈處的位置）。術語"恪池"指的是熔化的基材的池，并且可以包括熔化的填充材 料。熔池 W然后冷卻以形成焊接點14 (圖2A和圖2B )，焊接點14使第一工件10和第二工件12接 合以形成焊縫16,該焊縫16諸如為裁焊板或搭接接頭或角焊縫接頭以及T形接頭。圖2A示出 了裁焊板的一個示例。如圖2A中所示，焊縫16包括以對接接頭類型和搭接接頭類型焊接在 一起的至少兩個工件1〇、12。圖2C和圖2D示出了由搭接接頭14A接合的工件10、12。圖2￡示出 了由搭接接頭14A接合在一起的三個工件10、12、13。
[0026]繼續參考圖1，雖然不能直接經受到能量E，熔池 W周圍的第一工件10和第二工件12 的區域也受到熱量影響，因此稱為熱影響區（HAZ)。具體地，HAZ指的是在熔池 W周圍的第一 工件10和第二工件12中基材的微觀結構由于在目標位置T處施加到第一工件10和第二工件 12的能量E產生的熱量而變化的區域。由于在其微觀結構中的變化，基材可以在HAZ處軟化。 HAZ軟化導致基材的強度、硬度、延展性和可成形性發生變化。例如，HAZ的硬度可能低于基 材BM的硬度(在焊接完成之后）。
[0027]為了最小化HAZ軟化，多個HAZ在焊接過程中或焊接過程之后冷卻。此外，工件10、 12在焊接之前冷卻減少了 HAZ軟化。為此，冷卻系統114可以用于在焊接過程期間、焊接過程 之后或焊接過程之前來冷卻多個HAZ。冷卻系統114可以是焊接系統100的外部或一部分。無 論如何，冷卻系統114與控制模塊102進行電子通信，并且包括冷卻控制器116和用于輸送冷 卻劑C，諸如水的通路120。通路120可以是管，諸如銅管或適合于輸送冷卻劑C的任何其它設 備。通路120 (例如，銅管)可鄰近第一工件10和第二工件12設置，使得流經通路120的冷卻劑 C可冷卻第一工件10和第二工件12。冷卻控制器116流體地聯接到冷卻劑源118,并且因此可 以接收來自冷卻劑源118的冷卻劑C。例如，冷卻劑C可以是任何類型的流體(例如，液體或氣 體），并且，因此冷卻控制器116可接收冷液體(例如，冷水)或冷氣體(例如，冷卻器氣體）。換 句話說，冷卻劑源118與冷卻系統114流體連通(例如，液體或氣體連通）。冷卻劑源118包含 冷卻劑(例如，水）。冷卻控制器116可以控制冷卻劑C的溫度（即，冷卻劑或目標溫度）。為此， 冷卻控制器116可以包括冷卻裝置122,諸如冷卻器。冷卻裝置122將熱量從冷卻劑C除去，且 冷卻控制器116可將冷卻劑C在控制的溫度下供應至通路120。冷卻控制器116還可以控制輸 送到通路120的冷卻劑C的流速（即，冷卻劑流速）。為此，冷卻控制器116可以包括至少一個 配置成控制冷卻劑C的流速的控制閥124。除了流速，冷卻控制器116還可以通過例如允許冷 卻劑C流經一些(但不是全部)通路120來控制冷卻的位置。為此，冷卻控制器116可以包括能 夠控制通過通路120的冷卻劑C的流量的另外的閥（未示出）。
[0028]圖3示出了用于接合至少兩個工件10、12(圖2A)的焊接方法200。特別是，焊接方法 200能夠通過冷卻第一工件10和第二工件12以便最小化HAZ的軟化來增強焊縫14(圖2A)的 機械性能。如上所討論，為了增強焊縫14(圖2A)的機械性能（例如，強度、硬度、延展性和可 成形性），在焊接過程中將HAZ軟化最小化是有用的。對受到激光焊接的DP980鋼進行的實驗 已經證明通過使用本發明公開的焊接方法200來冷卻工件10、12的HAZ得到與其中HAZ未根 據焊接方法200所述進行冷卻的焊縫相比具有增加的強度和延展性的焊縫14。參見下表A。 此外，使用焊接方法200產生的裁焊板的可成形性與使用不包括冷卻多個HAZ的焊接過程所 產生的裁焊板的可成形性相比有所提高。參見下表B。進一步地，使用焊接方法200產生的裁 焊板的硬度與使用不包括冷卻多個HAZ的焊接過程所產生的裁焊板的硬度相比有所提高。 參見圖4和圖5中的曲線圖。在圖4中，HV表示維氏硬度標度中的硬度，D表示以毫米為單位距 焊接中心線的距離，X表示使用常規焊接的數據點，Y表示使用焊接方法200的數據點，WJ表 示焊縫，HAZ表示熱影響區，且BM表示HAZ周圍的基材。圖5是類似于圖4曲線圖的曲線圖，但 其示出的是6061鋁合金的硬度測試結果。
[0032]表 B
[0033] 焊接方法200開始于步驟202。步驟202需要確定第一工件10和第二工件12的化學 組成。特別是，步驟202需要確定形成第一工件10和第二工件12的基材的化學組成。第一工 件10和第二工件12可以具有相同或不同的化學組成。第一工件10和第二工件12的化學組成 可以通過第一工件10和第二工件12的供應商提供，并且可能存儲在例如查找表中的控制模 塊102的存儲器中。此外，第一工件10和第二工件12的化學組成也可以通過其它方法，諸如X 射線熒光(XRF)和DES的非限制性方法來確定。因此，控制模塊102可通過從它的存儲器中檢 索信息來確定第一工件10和第二工件12的化學組成。
[0034] 焊接方法200接著進行到步驟204。步驟204需要至少部分地基于第一工件10和第 二工件12的化學組成和微觀結構經由控制模塊102來確定第一工件10和第二工件12的馬氏 體回火溫度。特別是，步驟204需要經由控制模塊102計算形成第一工件10和第二工件12的 基材的馬氏體回火溫度。
[0035] 焊接方法200接著進行到步驟206。步驟206需要施加足夠的能量E到第一工件10和 第二工件12以在目標位置T熔化第一工件10和第二工件12,從而形成熔池 W。如上所討論的， 目標位置T是在第一工件10和第二工件12之間的過盈處。能量E(例如，激光)可以通過使用 如以上所討論的焊接頭104、機器人控制單元106和能量源108施加到第一工件10和第二工 件12。因此，步驟206還可以包括將焊接頭104定位在目標位置T上方的第一工件10和第二工 件12之間的過盈處，然后使用機器人控制單元106激活能量源108以將能量E施加到目標位 置T處的第一工件10和第二工件12。步驟206可以進一步包括一旦基材達到其熔點，將填充 材料添加到目標位置T處的基材。換句話說，步驟206可以包括將填充材料添加至熔池。步驟 206可以是熔焊過程的一部分。作為非限制性示例，熔焊過程可以是弧焊接(例如，鎢極惰性 氣體(TIG)焊接、等離子焊接、氣體保護鎢極弧焊接(GTAW))、激光焊接、電阻點焊、固態焊接 (例如，摩擦攪拌焊接）、超聲波焊接或它們的組合，諸如激光電弧復合焊接。
[0036] 焊接方法200接著繼續進行到步驟208。步驟208需要經由控制模塊102確定第一工 件10和第二工件12的溫度（即，測得的溫度），以便確認熱影響區(HAZ)在第一工件10和第二 工件12的基材中的位置。為此，溫度傳感器110可以檢測第一工件10和第二工件12在目標位 置T(圖1)和目標位置T周圍的溫度。溫度傳感器110然后產生溫度信號S，其指示沿著第一工 件10和第二工件12的不同位置處的溫度。控制模塊102經由數據采集單元112接收溫度信號 S。為了確認HAZ，控制模塊102可確認第一工件10和第二工件12的區域，其中，基材的溫度等 于或大于溫度閾值。作為非限制性示例，溫度閾值可具有亞共析鋼的下限臨界溫度(Acl)或 亞共析鋼的上限臨界溫度(Ac3)。在本公開中，術語"亞共析鋼的下限臨界溫度(Acl)"指的 是在加熱過程中，奧氏體開始形成的溫度。術語"亞共析鋼的上限臨界溫度(Ac3)"指的是在 加熱時完成鐵素體向奧氏體轉變的溫度。控制模塊102可確定基材的HAZ位于其中測量溫度 范圍介于下限溫度閾值和上限溫度閾值之間的區域內。下限溫度閾值可以是基材的下限臨 界溫度(Acl)或馬氏體起始溫度(Ms)。上限溫度閾值可以是基材的上限臨界溫度(Ac3)或熔 點。HAZ不包括基材在焊接過程中熔化的基材區域。
[0037] 然后，焊接方法200繼續進行到步驟210。步驟210需要經由控制模塊102來確定冷 卻參數，所述冷卻參數適于冷卻第一工件10和第二工件12直到在HAZ處的第一和第二工件 的溫度經控制低于步驟204中確定的馬氏體回火溫度。因此，步驟210需要至少部分地基于 馬氏體回火溫度經由控制模塊102來確定用于HAZ的冷卻參數。冷卻參數可包括，但不限于 流經通路120以及第一工件10和第二工件12中的冷卻位置的冷卻劑C的目標溫度和目標流 速。冷卻劑C的目標溫度也稱為冷卻劑溫度，并且流經通路120的冷卻劑C的流速稱為冷卻劑 流速。因此，步驟210包括至少部分地基于在步驟204中確定的馬氏體回火溫度和HAZ寬度經 由控制模塊102來確定冷卻劑溫度。"HAZ寬度"指的是HAZ的寬度。此外，步驟210包括至少部 分地基于在步驟204中確定的馬氏體回火溫度經由控制模塊102來確定冷卻劑流速。此外， 步驟210包括至少部分地基于在步驟208中確定的HAZ的位置經由控制模塊102來確定第一 工件10和第二工件12中的冷卻位置。在本公開中，"冷卻位置"指的是應該冷卻以最小化HAZ 軟化的第一工件10和第二工件12中的區域。冷卻參數還可以包括冷卻范圍。術語"冷卻范 圍"指的是進入通路120的冷卻劑C和離開通路120的冷卻劑C之間的溫度差。步驟210還包括 確定該冷卻范圍。
[0038]焊接方法200接著進行到步驟212。步驟212需要冷卻第一工件10和第二工件12(使 用冷卻系統114)，使得在HAZ處的第一工件10和第二工件12的溫度經控制低于馬氏體回火 溫度以最小化HAZ處的軟化。如上所討論的，每個HAZ是受熱的熔池 W周圍的第一工件10和第 二工件12的區域，該熱量源于在目標位置T處施加到第一工件10和第二工件12的能量E。為 了冷卻第一工件10和第二工件12,冷卻系統114通過通路120輸送冷卻劑C(例如，冷水）以冷 卻第一工件10和第二工件12的HAZ。特別是，冷卻系統114以在步驟210中確定的冷卻劑溫度 和冷卻劑流速將冷卻劑C供應至通路120。另外，冷卻系統114配置成承載冷卻劑C并輸送冷 卻劑C至與在步驟210中確定的冷卻位置相鄰的通路120。因此，冷卻系統114可以主要冷卻 第一工件10和第二工件12的HAZ周圍。還可以設想到冷卻系統可僅冷卻第一工件10和第二 工件12的HAZ。步驟212(即，冷卻）和步驟206(即，施加能量E)可以同時進行。另外，步驟212 (即，冷卻)可以在步驟206(即，施加能量E)之前或之后進行。
[0039] 圖6示出了焊接系統100的另一實施例。在本實施例中，可以是管或夾緊輪的通路 120用于將工件10、12冷卻并夾緊在一起。焊接系統100進一步包括至少一個導管121以將冷 卻劑C輸送至通路120。本實施例的焊接方向WD與其它實施例不同。如圖7所示，導管121包括 輸送冷卻劑A的第一區域123和提取使用過的冷卻劑H(例如，溫水)的第二區域125。
[0040] 圖8示出了焊接系統100的另一實施例。在本實施例中，焊接系統100沿相同的焊接 方向WD。能量E施加到通路120之間，通路120可以用于冷卻和夾緊。在本實施例中，元件120 是車輪并且冷卻劑沿著導管在車輪內通過。能量設置在兩個車輪之間。車輪移動的方向與 焊接方向WD相同。
[0041] 圖9示出了焊接系統100的另一實施例。在本實施例中，焊接系統100包括用于夾緊 工件10、12的相夾緊機構130。相夾緊機構也可以承載冷卻劑以冷卻HAZ。焊接系統100可以 包括夾緊的相變材料。相變材料也可以將熱量帶走以冷卻HAZ。另外，相變材料可以圍繞HAZ 嵌入任何夾緊來冷卻HAZ。
[0042] 雖然詳細描述了用于實施本發明的最佳方式，但本發明所涉及的技術領域內的業 內人士知道，在所附權利要求書的范圍內，可存在用于實踐本發明的各種可選的設計和實 施例。
【主權項】
1. 一種焊接方法，其包括： 至少部分地基于至少兩個工件的化學組成和微觀結構經由控制模塊確定所述至少兩 個工件的馬氏體回火溫度； 將足夠的能量施加至所述至少兩個工件以在目標位置熔化所述至少兩個工件，從而形 成熔池，所述目標位置位于所述至少兩件工件之間的過盈處； 至少部分地基于所述馬氏體回火溫度經由控制模塊來確定冷卻劑的目標溫度;和 用所述冷卻劑冷卻所述至少兩個工件，使得所述至少兩個工件在熱影響區的溫度經控 制低于所述馬氏體回火溫度，以便最小化所述熱影響區的軟化，其中每個熱影響區是受熱 的所述熔池周圍的所述至少兩個工件的區域，所述熱量源于在所述目標位置處施加到所述 至少兩個工件的所述能量。2. 如權利要求1所述的焊接方法，其中冷卻所述至少兩個工件并將足夠的能量施加至 所述至少兩個工件是同時進行的。3. 如權利要求1所述的焊接方法，其中冷卻所述至少兩個工件是在將足夠的能量施加 至所述至少兩個工件之后進行。4. 如權利要求1所述的焊接方法，其中冷卻所述至少兩個工件是在將足夠的能量施加 至所述至少兩個工件之前進行。5. 如權利要求1所述的焊接方法，其中使用包括配置成輸送所述冷卻劑的通路的冷卻 系統來進行所述冷卻。6. 如權利要求1所述的焊接方法，其進一步包括至少部分地基于所述馬氏體回火溫度 確定流經所述通路的所述冷卻劑的流速。7. 如權利要求6所述的焊接方法，其進一步包括至少部分地基于所述至少兩個工件中 的所述熱影響區的位置來確定冷卻位置，其中，所述冷卻位置是在需要冷卻以最小化所述 熱影響區中的軟化的所述至少兩個工件中的區域。8. 如權利要求7所述的焊接方法，其中冷卻所述至少兩個工件包括主要冷卻所述至少 兩個工件的所述熱影響區。9. 如權利要求8所述的焊接方法，其進一步包括確定所述至少兩個工件的溫度以確認 所述至少兩個工件中的所述熱影響區的位置。10. 如權利要求1所述的焊接方法，其中所述至少兩個工件中的至少一個由鋁合金制 成。11. 如權利要求1所述的焊接方法，其中施加足夠的能量是從由弧焊接、激光焊接、電阻 點焊、固態焊接、超聲波焊接及其組合組成的組中選擇的熔焊過程的一部分。12. 如權利要求1所述的焊接方法，其中施加足夠的能量是摩擦攪拌焊接過程的一部 分。13. 如權利要求1所述的焊接方法，其中施加足夠的能量是激光電弧復合焊接過程的一 部分。14. 如權利要求1所述的焊接方法，其進一步包括將填充材料添加到所述熔池。15. -種焊接系統，其包括： 能量源，其配置成供應能量； 焊接頭，其聯接到所述能量源并配置成將足夠的能量引導到至少兩個工件以在目標位 置熔化所述至少兩個工件從而形成熔池，所述目標位置位于所述至少兩件工件之間的過盈 處； 控制模塊，其經編程以： 至少部分地基于所述至少兩個工件的化學組成來確定所述至少兩個工件的馬氏體回 火溫度； 至少部分地基于所述馬氏體回火溫度來確定冷卻劑的溫度;和 冷卻系統，其配置成承載所述冷卻劑以冷卻所述至少兩個工件，使得所述至少兩個工 件在熱影響區的溫度經控制低于所述馬氏體回火溫度，以便最小化所述熱影響區的軟化， 其中每個熱影響區是受熱的所述熔池周圍的所述至少兩個工件的區域，所述熱量源于在所 述目標位置處施加到所述至少兩個工件的所述能量。16. 如權利要求15所述的焊接系統，其中所述冷卻系統配置成當所述焊接頭將所述能 量從所述能量源引向所述至少兩個工件時冷卻所述至少兩個工件。17. 如權利要求15所述的焊接系統，其中所述冷卻系統具有配置成輸送冷卻劑的通路。18. 如權利要求17所述的焊接系統，其中所述控制模塊配置成至少部分地基于所述馬 氏體回火溫度來確定流經所述通路的所述冷卻劑的流速。19. 如權利要求18所述的焊接系統，其中所述冷卻系統包括配置成控制所述冷卻劑的 所述流速的控制閥。20. 如權利要求18所述的焊接系統，其中，所述控制模塊配置成至少部分地基于所述至 少兩個工件中的所述熱影響區的位置來確定冷卻位置，其中，所述冷卻位置是需要冷卻以 最小化所述熱影響區中的軟化的所述至少兩個工件中的區域。
【文檔編號】B23K20/12GK105899320SQ201480072340
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年1月20日
【發明人】D·楊, J·張, L·孫, B·E·卡爾森
【申請人】通用汽車環球科技運作有限責任公司