CN101992350B - 第一和第二填充金属的双激光束焊接的系统及方法 - Google Patents

第一和第二填充金属的双激光束焊接的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及第一和第二填充金属的双激光束焊接的系统及方法。具体而言，用于激光束焊接至少两个相邻的超级合金构件的系统和方法涉及大致同时地由安置在构件之间的第一填充金属形成基体焊缝，以及由形成在基体焊缝上的第二填充金属形成盖面焊缝。垫片插入构件之间，该构件可选为形成有沿连结表面的凹槽。填充焊丝供送至给定表面上或在可选凹槽内的位置。两个激光器或一个激光器和相联的射束分离器提供第一激光束和第二激光束，该第一激光束和第二激光束施加到间隔开预定距离(例如，0.05-1.5cm)的焦点处。第一激光束用于由第一填充金属在构件之间形成基体焊缝，而第二激光束用于由第二填充金属在基体焊缝之上形成盖面焊缝。

Description

第一和第二填充金属的双激光束焊接的系统及方法
技术领域
本文所公开的主题涉及激光束焊接，并且更具体地涉及用于连结诸如存在于燃气轮机应用中的超级合金材料或包覆金属(包层金属)的改进式激光束焊接系统及方法。
背景技术
包括燃气涡轮发动机、喷气发动机、风力涡轮机以及相关平台或塔架的发电技术和相关系统通常经受动态操作状态。这些操作状态(尤其是高温和高压状态)的潜在应力需要具有强度和耐久性得到提高的发电构件。已研发出的用于此类环境中的一种示例性材料种类对应于超级合金。
超级合金为包含大约50％或更高重量的基体金属(包括但不限于镍、钴和铁)的合金，合金元素添加到该基体金属以改善这些合金的机械和物理性能。用于飞行器和工业燃气轮机构件以及其它应用的一个特定实例的适合超级合金为RenéN5，其为一种镍基铼单晶超级合金。已发现的是，这些超级合金材料不但表现出良好的强度，而且在升高的温度下表现出抗蠕变性、断口(断裂)粗糙度和其它机械性能，以便延长寿命周期。
将超级合金材料焊接在一起已成为一种需要很特别的焊接条件的相对较难的工艺。例如，使用诸如激光束或电子束的低热输入焊接工艺在很窄的焊接条件范围内产生焊缝(焊接)接头。对于这些射束工艺的一个缺点在于熔合区的定向晶粒生长，这在焊缝区的中心形成明显的枝晶边界。此类晶粒结构使得接头易有中心线裂纹，且导致很弱的疲劳强度，这在燃气轮机操作期间可导致焊缝接头的灾难性故障。
为了克服中心线裂纹的问题，已研发出多种备选工艺用于焊接超级合金。其中，焊丝(wire)进给电子束工艺、自焊激光焊接、气体保护钨极电弧工艺(TIG)和预置垫片(shim)电子束或激光工艺已经就改善接头的疲劳寿命进行了考虑。简单的焊丝进给焊接工艺在两个金属件的电子束焊接期间通过自动的焊丝进给装置添加可延展的超级合金填充金属。然而，该工艺受到接头厚度的限制。而且，当接头厚度增大超过0.25cm时，通常会出现未焊透(LOP)的缺陷。基于激光的焊接在不利用填充金属的情况下(即，自熔接或气焊)可表现出很低的延展性，且在凝固期间或凝固后不久会破裂。与电弧焊接相关联的高热输入可导致相对较大的翼型件变形，且增大了焊缝中有未熔合缺陷的风险，因此禁止使用TIG技术作为复杂翼型件结构的主要焊接工艺。在两个焊接构件之间增加预置垫片增大了接头的厚度和焊接沉积物的延展性，从而减少了焊缝金属的裂纹。然而，如果延展性并非足够高，则仍然会出现裂纹。
本领域不断寻求改进的系统和方法用于焊接超级合金和其它材料，以便改善焊接构件的性能和扩展关于使用这些构件的修理选项。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而变得清楚，或可通过实施本发明而获悉。
总体而言，本发明的示例性实施例涉及通过大致同时地由安置在构件之间的第一填充金属形成基体焊缝和由形成在基体焊缝上的第二填充金属形成盖面焊缝(cap weld)来用激光束焊接至少两个相邻构件的方法。
本发明的一个示例性方法涉及激光束焊接至少两个相邻金属构件的方法。第一填充金属提供在形成于至少第一构件与第二构件之间的接头内。第二填充金属供送到形成在至少第一构件与第二构件之间的接头上。第一激光束和第二激光束施加在彼此间隔开预定距离的相应的第一焦点和第二焦点处。第一激光束用于由第一填充金属在至少第一构件与第二构件之间形成基体焊缝。第二激光束用于由第二填充金属在基体焊缝之上形成盖面焊缝。基体焊缝和盖面焊缝由单一道次(pass)的第一激光束和第二激光束越过形成在至少第一构件与第二构件之间的接头而形成。
本发明的另一示例性实施例涉及一种用于激光束焊接至少两个超级合金构件的系统，该系统包括第一填充金属、第二填充金属、能量源以及控制器。第一填充金属提供在形成于至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的接头内。第二填充金属供送到形成于至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的接头上。能量源分别在第一焦点和第二焦点处提供第一激光束和第二激光束。控制器联接到能量源上，且在结构上构造成用以控制第一激光束和第二激光束的功率和位置，使得在单一道次的所述第一激光束和第二激光束越过形成于至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的接头的期间，第一激光束由第一填充金属在至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间形成基体焊缝，而第二激光束由第二填充金属在基体焊缝之上形成盖面焊缝。
参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好的理解。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同说明一起用于阐述本发明的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中，针对本发明普通技术人员阐明了本发明(包括其最佳模式)的完整和能够实现的公开内容，在附图中：
图1为两个构件和第一填充金属垫片的焊接前组件的透视图；
图2为两个构件与第一填充金属垫片的焊接后组件和沿顶表面形成的第二填充金属的盖面焊缝的透视图；
图3为具有表面凹槽的两个构件和第一填充金属垫片的焊接前组件的透视图；
图4为两个构件与第一填充金属垫片的焊接后组件和设置在表面凹槽中的第二填充金属的盖面焊缝的透视图；
图5为用于形成根据本发明的方面的焊缝的示例性硬件构件的示意性透视图；
图6为结合本发明的示例性焊接工艺使用的能量源的第一示例性实施例的示意性视图；
图7为结合本发明的示例性焊接工艺使用的能量源的第二示例性实施例的示意性视图；以及
图8为根据本发明的一个方面的焊接工艺中的示例性步骤的框图。
零件清单
102第一构件
104第二构件
105凹槽
106垫片
107垫片高度
108构件高度
109凹槽高度
110基体焊缝
112盖面焊缝
114上表面
500能量源
502平台
504填充焊丝
506填充源
508第一激光束
509射束间隔距离
510第二激光束
512第一焦点
514第二焦点
600激光
602初始激光束
604射束分离器
606控制器
700第一激光器
702第二激光器
704控制器
800方法步骤1
802方法步骤2
804方法步骤3
806方法步骤4
808方法步骤5
810方法步骤6
812方法步骤7
814方法步骤8
具体实施方式
现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是以对本发明进行说明的方式提供的，但并不限制本发明。实际上，本领域技术人员将会清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中产生各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用，用以产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明涵盖归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
图1至图4示出了在应用当前公开的焊接技术之前和之后的两个示例性构件组件的透视图。这些图和相关说明论述了将第一构件和第二构件焊接在一起，但应当认识到的是，更大数目的构件和/或第一构件、第二构件以及其它构件之间的多个接头可根据所公开的技术进行焊接。
如图1中所示，提供了大体上为金属的第一构件102和第二构件104。在一个特定实施例中，构件102和104为由一种或多种相应超级合金材料制成的构件。本文所公开的方法特别适于焊接超级合金材料，例如，单晶镍基超级合金如RenéN5以及René族材料中的其它合金，例如在燃气轮机等中采用的。作为备选，构件102、104可对应于包括镍基、钴基和铁基超级合金的其它超级合金实例。镍基超级合金的特定实例包括以锻造或铸造形式(例如，使用等轴晶铸件、定向凝固铸件或单晶铸件)的γ′增强镍基超级合金，例如但不限于GTD-222、GTD-111和RenéN5材料。铁基超级合金的特定实例对应于A286合金。钴基超级合金的特定实例对应于FSX-414。
仍参看图1，金属垫片106插入在两个构件102，104之间形成的接头处。在图1的实例中，垫片106，以及垫片106附近的第一构件102和第二构件104的部分以及第一构件102与第二构件104之间的对应接头，其所有特征均在于高度尺寸108大致相同。尽管未示出，但应当认识到的是，在一些实施例中，垫片106可延伸至高于或低于第一构件和第二构件的高度。更进一步而言，应当认识到的是，一个或多个小间隙可存在于垫片106与相邻构件102，104之间(例如，垫片与相邻构件表面之间相应的间隙为大约0-0.025cm)。
垫片106由第一填充金属制成，该第一填充金属可对应于多种适合的材料。在一个实例中，第一填充金属可包括高强度超级合金材料，例如但不限于从10％γ′强化到60％γ′的γ′强化超级合金。特定的实例可包括但不限于加入钼来进行固溶体(solid-solution)强化的可沉积硬化的镍铬钴合金(例如，NIMONIC 263)，以及镍基γ′强化超级合金(例如，GTD-222、GTD-111和René族材料)。用作第一填充材料的高强度超级合金的其它实例包括γ″强化合金，例如但不限于合金718(镍铬钼合金)、合金706(镍铁铬合金)和合金725(镍铬钼铌合金)。在另一实例中，第一填充金属可包括延展性更高的超级合金材料，例如但不限于固溶体强化的镍铬钴钼超级合金如INCONEL合金617(IN617)、镍铬钼超级合金如INCONEL合金625(IN625)，或镍铬钨超级合金如HAYNES230(HA230)。
图2示出了在应用所公开的焊接技术之后的图1中的构件组件。如图2中所示，基体焊缝110通过在第一构件与第二构件之间将垫片106加热到足够水平以穿透该垫片的整个深度而形成。在基体焊缝110之上，盖面焊缝112在同一焊接道次期间通过加热第二填充金属(例如，提供在第一构件102与第二构件104之间的接头顶上的填充焊丝)而形成。在图2的实施例中，盖面焊缝112大体上沿由第一构件102和第二构件104所形成的上表面114形成。应当认识到的是，用于盖面焊缝112的第二填充金属的一些部分还可向下游朝基体焊缝流动，如流入垫片106与构件102，104的相邻部分之间的任何间隙的部分中。还应当认识到的是，盖面焊缝112可形成为如图2中所示的连续焊缝，或作为备选可形成为仅间断地施加到所需位置上的焊缝。例如，盖面焊缝112可对应于形成间隔开的一系列分离或厚度改变的盖面焊缝部分的缝合焊缝(缝焊)。
用于盖面焊缝112的第二填充金属可包括针对基体焊缝110中的第一填充金属等所公开的上述实例中的任一种。在特定实例中，可能有用的是包括用于第一填充金属的高强度超级合金和用于第二填充金属的延展性更高的一种超级合金，例如但不限于，IN617、IN625或HA230材料。在其它特定实例中，第二填充金属材料的延展性可高于第一填充金属的延展性。例如，第一填充金属可具有大约10％至30％的伸长率(根据用于金属材料抗拉试验的ASTM E8标准试验方法限定)，而第二填充金属可具有大约50％至75％的伸长率。
在图1和图2中所示的实施例的变型中，构件102、104之间的第一填充金属并非为单独的垫片，而作为替代的是对应于已用作一个或两个构件102，104的一个或多个表面上的涂层的包覆金属。在此情况下，本焊接技术就可用于将包覆金属连结到它们自身上。即是说，已经包覆的基体金属通过包覆而连结到类似的基体材料上。穿透较深的第一激光束在两种材料之间形成基体焊缝，而第二激光束将包覆化学品施加到顶上。因而，两个包覆金属件可在单次操作中进行连结。
图3和图4中示出了根据所公开的焊接技术而实现的构件组件的备选实施例。相似的参照标号用于表示相似的元件。例如，图3和图4中的第一构件102和第二构件104类似于图1和图2中的第一构件102和第二构件104，只是图3和图4中所示的实施例涉及沿构件顶表面形成凹槽，以及与沿顶表面相反在该凹槽内形成盖面焊缝。
更具体地参看图3，第一构件102和第二构件104沿给定表面(例如，上表面114)形成有凹槽105。凹槽105大体上对应于在纵向上沿第一构件102与第二构件104之间的接头的大致整个尺寸延伸的沟道。如图所示，凹槽105可形成为限定具有大致U形截面的沟道，但也可使用包括但不限于V形或矩形截面的其它布置。通过在第一构件102与第二构件104之间的接头处提供凹槽105，提供了用于接触垫片106以形成基体焊缝110的定向位置。此外，形成盖面焊缝112的区域提供成使得盖面焊缝112至少部分地形成在第一构件102与第二构件104之间，而非只沿构件的顶表面。容纳比图2中所示的更大体积的盖面焊缝112的这种构造还可提高焊缝耐久性和减少裂纹。
在图3和图4的一个示例性实施例中，垫片106的高度107大于凹槽105的高度109，且因此基体焊缝110的高度大于盖面焊缝112的高度。在一个特定实施例中，第一构件102和第二构件104的高度对应于如图3中所示的高度尺寸108。对应于第一构件与第二构件之间的接头附近的第一构件102和第二构件104的高度107的垫片106高度对应于高度尺寸108的大约60％至80％。高度尺寸109对应于凹槽105的最深部分，因此对应于高度108与高度107之间的差异，该差异通常可为高度尺寸108的大约20％至40％。
图5中以示意性形式示出了用于实现图2和图4中所示的焊接构件的示例性系统。如图5中所示，能量源500提供在待焊接的构件组件的上方。构件组件可提供在平台502之上，且更具体而言包括第一构件102和第二构件104，在该第一构件102与第二构件104之间已经插入第一填充金属的垫片106。第二填充金属的填充焊丝504从诸如焊丝卷轴的填充源506供送到垫片106上方的位置。当如图5中所示在第一构件102与第二构件104之间形成凹槽105时，填充焊丝504的端部可定位在凹槽105内。
第一激光束508和第二激光束510提供为来自于能量源500的输出，且沿图5中所示的构件组件施加到各自的第一焦点512和第二焦点514处。第一焦点512通常对应于沿垫片106的位置，以形成在第一构件102与第二构件104之间穿透的基体焊缝110。第二焦点514大致对应于沿填充焊丝504或在填充焊丝504端部的位置，以便在基体焊缝110之上形成盖面焊缝112。应当认识到的是，激光的实际焦点可聚焦在高于或低于垫片和填充焊丝的相应表面的位置处。
第一焦点512与第二焦点514之间(或第一激光束508和第二激光束510内的平行点之间)的射束间隔距离509可对应于足够小的距离以便激光束可单独地形成基体焊缝110和盖面焊缝112，除非在基体焊缝110有机会冷却和凝固之前盖面焊缝112即刻(即时)形成在基体焊缝110上。在一个实例中，射束间隔距离509选自大约0.5cm至大约1.5cm之间的范围内。该距离可直接在第一焦点与第二焦点之间测量到。在另一实施例中，对应于大约0.5cm至2.0cm之间的示例性范围的间隔距离509可分解为水平间隔距离和垂直间隔距离两者。将第一焦点和第二焦点施加到不同水平位置处能使基体焊缝在形成盖面焊缝之前形成。将第一焦点和第二焦点施加到不同垂直位置上还能使第一激光束更深地穿透到基体焊缝中，同时第二激光束工作以在略微较高的垂直位置处形成盖面焊缝。在一个实例中，第一焦点与第二焦点之间的水平间隔距离处在大约0.5cm至2.0cm之间，而第一焦点与第二焦点之间的垂直间隔距离处在大约0.1cm至1.0cm之间。
图5中示意性地示出的双射束激光焊接方法容许利用第一激光束508使第一构件102和第二构件104连结以及允许在基体焊缝110冷却之前使延展性盖面焊缝112熔合。因此，通过在单个焊接步骤中应用第一激光束和第二激光束(例如，通过将第一激光束和第二激光束大致同时地施加到各自的第一填充金属和第二填充金属上)，可产生基体焊缝110和盖面焊缝112的形成。基体焊缝110和盖面焊缝112两者在单一焊接道次中形成防止了在施加延展性顶盖面焊缝112之前基体焊缝110有时间凝固和破裂。结果，整个焊缝(由基体焊缝110和盖面焊缝112两者形成)均匀地凝固，从而显著减小了凝固破裂的倾向。
在单一焊接道次中形成基体焊缝110和盖面焊缝112是通过精确地控制第一激光束508和第二激光束510两者的施加而实现的。通过固定构件组件并使输出第一激光束508和第二激光束510的能量源500移动，或通过固定能量源500并沿平台502移动构件组件，焊缝110、112沿第一构件102与第二构件104之间的接头形成。可能出现的这种相对运动的速度具体地选择成用以促进最佳焊接条件，且在一个实例中可对应于选自大约十(10)cm/分钟至大约四百(400)cm/分钟的范围内的速度。
基体焊缝110和盖面焊缝112的尺寸部分地取决于第一构件102和第二构件104的尺寸，以及提供的第一填充金属(例如，垫片106)和第二填充金属(例如，填充焊丝504)的对应适当选择的尺寸。在一个实例中，垫片106其特征在于厚度选自大约0.02cm至大约0.08cm的范围内。在一个实例中，填充焊丝504设有的直径选自大约0.02cm至大约0.15cm之间的范围内。应当认识到的是，在焊丝直径较大(例如，直径大于或等于0.075cm)的情况下，可能期望的是在进入形成盖面焊缝112的激光束或焊接熔池之前预热焊丝。
在一个示例性实施例中，能量源500对应于将第一激光束508和第二激光束510提供为输出的激光器能量源。用于提供此类输出的激光器可对应于多种类型，包括但不限于固态激光器(例如，纤维基质激光器)、直接二极管激光器、光子晶体激光器(例如，Nd:YAG激光器)、半导体激光器、气体激光器(例如二氧化碳(CO2)、氦氖、氩离子)、化学激光器、准分子激光器、染料激光器和自由电子激光器。激光器可构造成作为连续激光器或脉冲激光器操作。在一个实例中，第一激光束508和第二激光束510的功率水平大致相同。在另一实例中，第一激光束508的功率水平可大于第二激光束510的功率水平。例如，第一激光束508可提供为处于能量源输出功率的大约70％的功率水平，而第二激光束510可提供为处于能量源输出功率的大约30％的功率水平。因此，第一激光束508的功率水平实际上可等于或大于第二激光束510功率水平的大约两倍。
如图6中更具体示出的那样，能量源500的一个示例性构造包括提供初始激光束602的激光器600。激光束602提供给射束分离器604，该射束分离器604然后将初始射束602分成两条激光束508和510，激光束508和510用于分别形成基体焊缝110和盖面焊缝112。射束分离器可对应于用来将激光束602分成两条射束508和510的任何光学元件或光学元件组合，例如棱镜或反射镜，该两条射束508和510可提供在大致平行的方向上。控制器606可联接到射束分离器604上，且用于设置激光束508和510之间的距离、焦点的垂直和/或水平位置，以及/或者各条激光束的功率水平。
如图7中更具体示出的那样，能量源500的另一示例性构造包括提供第一激光束508作为输出的第一激光器700，以及提供第二激光束作为输出的第二激光器702。图7的实施例还可包括联接到各自的激光器700和702上的控制器704，用以设置激光束508和510之间的距离、激光束508，510的水平焦点和/或垂直焦点，以及各条激光束的功率水平。当使用第一激光器700和第二激光器702时，第一激光束508和第二激光束510可不必提供在大致平行的方向上。例如，第一激光束508可提供在大致关于平台502垂直(大约90度)的方向上。然而，第二激光束510可成一定角度地施加(以便更好地适应第二激光器702的单独硬件)。例如，第二激光束510可相对于平台502以0度至90度之间的任何适合角度(例如，40度至70度)施加。
当使用控制器606和704时，这些装置可分别包括用于接收和存储用户输入以及计算机可读指令的至少一个或多个存储装置(例如，计算机可读介质)，以及用于执行指令和采用控制器用作执行能量源500的特定操作参数的专用设备和界面的处理器。
包括功率水平、频率水平、行进速度等的激光束的示例性操作参数特别选择成高到足以在焊接构件之间完全穿透而形成基体焊缝，且低到足以避免对构件不期望的热损坏，例如无意地切开金属。焊接构件沿平台的行进速度还特别选择成用以避免由较慢行进速度引起的过热，以及由较高行进速度引起的浅焊缝造成的熔合缺陷。在一个特定实施例中，第一激光束508和第二激光束510分别设有的操作状态包括大约500瓦至20,000瓦之间的功率水平、10-400cm/分钟的行进速度，以及大约10-25cm的焦距。
参照图8将进一步认识到根据本发明的实施例的上述焊接技术，图8提出了示例性焊接工艺步骤的流程图。第一示例性步骤800涉及在第一超级合金构件与第二超级合金构件之间提供第一填充金属(例如，通过插入由第一填充金属形成的垫片)。在可选的步骤802，沿第一构件与第二构件之间的接头的给定表面形成凹槽。图3和图5示出了此类凹槽的实例。在步骤804，如图5中所示，由第二填充金属形成的填充焊丝供送到可选凹槽中，或沿第一构件与第二构件之间的给定表面供送。在步骤806，第二填充金属可在其进行焊接之前预热。例如，填充焊丝可经受诸如电阻加热、感应线圈加热或其它加热过程的热焊丝过程，以便制备填充金属和促进更为有效的盖面焊缝。
仍参看图8，步骤808涉及将第一激光束和第二激光束施加到第一焦点和第二焦点处，该第一焦点和第二焦点彼此间隔开一定的射束间隔距离，如先前描述的处在大约0.5cm至2.0cm之间的范围内。在步骤810，第一激光束用于由垫片在第一构件与第二构件之间形成基体焊缝，而第二激光束用于由填充焊丝在可选凹槽中或沿给定表面在基体焊缝之上形成盖面焊缝。基体焊缝和盖面焊缝在第一激光束和第二激光束的单一道次中形成在第一构件与第二构件之间的接头上。可选的步骤812涉及在基体焊缝和盖面焊缝形成之后对两者进行冷却。可选的步骤814然后涉及通过在第一填充材料和/或第二填充材料中沉积强化元素来施加焊缝焊后热处理(PWHT)，以便进一步强化形成在第一构件与第二构件之间的焊缝。在一个实例中，PWHT步骤814包括两个步骤的热施加过程，包括首先对填充材料施加溶液处理，而然后施加老化处理或时效硬化处理。例如，溶液处理可涉及使焊接组件经受1-3小时期间的高温(例如，1000-1200℃)，而老化可涉及使焊接组件经受4-24小时期间的温度(例如，用于γ′沉积的600-750℃，以及/或者用于γ″沉积的750-900℃)。另外的可选步骤可包括磨削基体焊缝和/或盖面焊缝上的延伸超过第一构件和第二构件的上表面或下表面的部分。
尽管已根据焊接构件描述了本焊接技术，但应当认识到的是，所公开的方法可用于焊接多个涡轮零件中的任何一个，例如，蒸汽排出筒(chimney)与喷嘴接头的焊接、轮叶与轮叶末梢盖帽的焊接、轮叶末梢盖帽与喷嘴盖的焊接、后构架与过渡件的连结、端盖歧管封闭、离岸风力包覆塔架部段的焊接、包覆压力容器内径上的连结或补焊、盖面焊缝结合基体焊缝表现出较高延展性的情况的转子的连结或补焊，等。
本设计所提供的优点在于，所实现的焊接工艺在单一制造道次中同时完成了多个焊缝，从而改善了处理速度。该技术还有助于防止可潜在地形成在焊接构件中和在构件之间形成焊缝的填充金属中的裂纹(举例来说，例如可作为裂纹位于焊接构件之间的接头中，或作为横向裂纹沿焊接构件的上表面定位)。消除焊缝裂纹减少了经受动态操作状态的焊接构件中可能需要完成的潜在重新工作量。
尽管已参照具体示例性实施例及其方法详细描述了本主题，但本领域的技术人员将会在对前文取得理解时，可容易地制作出对这些实施例的改进、变型和同等布置。因此，本公开内容的范围是通过举例的方式，而非通过限制，且正如本领域的普通技术人员很容易明白的那样，本公开内容并不排除包括对本主题的这些修改、变型和/或补充。

Claims (18)

1.一种激光束焊接至少两个相邻金属构件的方法，包括：
在形成于至少第一构件与第二构件之间的接头内提供第一填充金属；
将第二填充金属供送到形成于所述至少第一构件与第二构件之间的所述接头上；
在彼此间隔开预定距离的各自的第一焦点和第二焦点处施加第一激光束和第二激光束；
使用所述第一激光束，由所述第一填充金属在所述至少第一构件与第二构件之间形成基体焊缝；以及
使用所述第二激光束，由所述第二填充金属在所述基体焊缝之上形成盖面焊缝；
在所述基体焊缝冷却之前即刻在所述基体焊缝上形成盖面焊缝；
其中，所述基体焊缝和所述盖面焊缝通过单一道次的所述第一激光束和所述第二激光束越过形成在所述至少第一构件与第二构件之间的所述接头而形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括施加激光输出至射束分离器以形成所述第一激光束和第二激光束。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括沿各个第一构件和第二构件的上表面在形成于所述至少第一构件与第二构件之间的所述接头处形成凹槽的步骤；以及其中，形成在所述基体焊缝之上的所述盖面焊缝形成在所述凹槽内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，沿各个第一构件和第二构件的上表面在所述至少第一构件与第二构件之间的所述接头处形成的所述凹槽的深度选为处在刚好位于所述凹槽外侧的所述第一构件和所述第二构件的高度尺寸的大约20%至大约40%之间的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束的功率水平大于所述第二激光束的功率水平。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
冷却形成在所述至少第一构件和第二构件之间的所述基体焊缝和盖面焊缝；以及
使所焊接的构件经受焊缝焊后热处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加所述第二激光束至所述第二填充金属以形成所述盖面焊缝之前预热填充焊丝的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束与所述第二激光束之间的预定距离选自处在大约0.5cm至大约1.5cm之间的范围。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供第一填充金属包括将第一填充金属的垫片插入形成在所述至少第一构件和第二构件之间的所述接头内，以及其中，所述第二填充金属包括填充焊丝。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，由所述第一填充金属形成的所述垫片其特征在于垫片厚度选自大约0.02cm至大约0.08cm之间的范围，以及其中，所述第二填充金属包括特征在于直径选自大约0.02cm至大约0.15cm之间的范围的填充焊丝。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成于至少第一构件与第二构件之间的接头内提供第一填充金属包括提供涂覆有包覆金属的第一构件和第二构件，使得所述涂覆金属提供在形成于所述至少第一金属和第二金属之间的所述接头中。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个相邻金属构件分别包括超级合金构件。
13.一种用于激光束焊接至少两个超级合金构件的系统，包括：
提供在形成于至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的接头内的第一填充金属；
供送到形成于所述至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的所述接头上的第二填充金属；
构造成用以在各自的第一焦点和第二焦点处提供第一激光束和第二激光束的能量源；
控制器，其联接到所述能量源上，且在结构上构造成用以控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率和位置，使得在单一道次的所述第一激光束和所述第二激光束越过形成于所述至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的所述接头的期间，所述第一激光束由所述第一填充金属在所述至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间形成基体焊缝，而所述第二激光束由所述第二填充金属在所述基体焊缝之上形成盖面焊缝，其中，所述第一填充金属包括插入形成在所述至少第一超级合金构件和第二超级合金构件之间的所述接头内的垫片，所述第二填充金属包括供送到形成于所述至少第一超级合金构件与第二超级合金构件之间的所述接头上的填充焊丝，由所述第一填充金属形成的所述垫片其特征在于垫片厚度选自大约0.02cm至大约0.08cm之间的范围，以及由所述第二填充金属形成的所述填充焊丝其特征在于直径选自大约0.02cm至大约0.15cm之间的范围。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器在结构上还构造成用以将所述第一焦点与所述第二焦点之间的距离控制在大约0.05cm至大约1.5cm之间的范围。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器在结构上还构造成用以控制所述第一焦点和所述第二焦点的深度，使得所述第一焦点的深度大于所述第二焦点的深度。
16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器在结构上还构造成用以控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率水平，使得所述第一激光束的功率水平大于所述第二激光束的功率水平。
17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述能量源包括在大致垂直于所述至少第一构件和第二构件的方向上提供所述第一激光束的第一激光器；以及在与所述至少第一构件和第二构件成角的方向上提供所述第二激光束的第二激光器。
18.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述能量源包括激光器和射束分离器，所述激光器提供给所述射束分离器，使得所述射束分离器提供所述第一激光束和所述第二激光束作为输出。
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