CN102186623A - 带有基座和具有开口的壁的用于激光焊接的惰性气体覆盖系统 - Google Patents

Abstract

一种用于激光焊接的装置包括基座(402)、壁(406)和壁中的开口(414)。基座(402)具有第一端(410)、第二端(412)和通道系统(404)。通道系统(404)距离基座的第一端(410)比距离基座的第二端(412)更近。壁(406)从基座(402)的侧面延伸以部分包围通道系统(404)。壁(402)中的开口(414)位于比第一端(410)更靠近第二端(412)的位置。壁(406)的形状能够将通过通道系统(404)引入的气体保持在焊接位置中，并且致使气体移出通道系统(404)并穿过壁(406)中的开口(414)。

Description

带有基座和具有开口的壁的用于激光焊接的惰性气体覆盖系统

技术领域

本公开一般涉及制造业并且具体涉及激光焊接的方法和装置。

背景技术

激光焊接是可以用于通过使用激光来连接多块金属的技术。激光束可提供集中的热源以将不同的金属零件彼此焊接在一起。激光焊接可使用各种类型的激光器来实施，例如固态激光器和气体激光器。使用激光可以进行窄焊接(narrow weld)和/或深度焊接(deep weld)。此外，使用激光还可提供高焊接速度。激光焊接一般应用在大批量(high-volume)的用途中，例如飞行器和/或机动车辆产业。

激光焊接可用于焊接例如那些包括碳钢、不锈钢、铝和钛的金属部件。激光焊接的一个优点是将金属部件例如金属的碎片连接在一起的能力，其目的是为了“减少碎片”和使部件成型而不是由更大块的原始材料机加工这些零件。

使用激光焊接来制造飞行器零件和飞行器有助于降低飞行器重量。当较大金属机身零件彼此连接时，激光焊接可用于替代铆接。这些零件包括例如在金属机身中使用的机翼纵梁(stringer)。使用激光焊接优于铆接，因为当制造飞行器时激光焊接致使更小的重量。

例如，除了消除铆钉的使用，也可以消除在铆接件之间使用填充金属。因此，使用激光焊接替代铆接可以将飞行器的结构减少大约百分之五。此外，使用激光焊接形成的焊接连接虽然更轻，但仍可提供更大的耐压强度和剪切强度。此外，激光焊接还可具有比使用铆钉更低的成本。使用激光焊接来相互连接零件的其他优点是激光焊接零件更不易于被腐蚀。

一般地，焊接的速度与供给至激光器的能量以及被焊接零件的类型和厚度成比例。此外，可以发生激光焊接时的速度还被多种不同的因素限制。例如，当焊接钛时，期望禁止空气与熔钛相接触。

空气中不希望的气体可能腐蚀金属并且在焊接过程中导致熔钛的污染。这类污染可在热金属未与空气隔离到钛被足够冷却时的条件下发生。这类污点在美学方面是不期望的。

此外，可通过污点来辨认污染，该污点可指示在钛中存在对金属特性的不利影响。在焊接过程中钛与空气的污染可导致延展性和断裂韧性的显著降低。这种情况可导致永久的裂缝和早期的疲劳损坏。

防止空气与熔钛接触的一种方式是实施真空激光焊接。虽然这类工艺可适当地防止污点产生，但是真空的环境基于这种部件的尺寸是不切实际的。另一种技术包括引入惰性气体以防止空气与钛接触，直到钛被足够冷却。然而，这类工艺可能降低焊接钛发生时的速度。

因此，有利的是具有能够克服上述问题的方法和装置。

发明内容

在一个有利的实施例中，一种装置包括基座、壁和壁中的开口。该基座具有第一端、第二端和通道系统。该通道系统距离基座的第一端比距离基座的第二端更近。该壁从基座的一侧延伸以部分包围通道系统。壁中的开口距离第二端比距离第一端更近。该壁的形状能够将通过通道系统引入的气体保持在焊接位置并且致使气体从通道系统移出并穿过壁中的开口。

在另一有利的实施例中，一种用于激光焊接的盖包括基座、壁、壁中的开口和附接至壁的密封件。该基座具有第一侧、第二侧和从第一侧延伸至第二侧的通道。该通道能够接收激光束和惰性气体。该壁从基座的第一侧延伸，使得该壁包围具有细长形状的区域。该细长形状具有围绕通道的最大面积并且远离通道逐渐变细。该壁部分围绕通道并且具有较细端。壁中的开口位于该壁的较细端附近。该细长形状能够致使惰性气体从通道移动至开口。附接至壁的密封件能够适应结构的表面。

在另一有利的实施例中，展示一种激光焊接的方法。将盖定位在结构之上。该盖具有基座，该基座具有第一端、第二端和通道，其中通道距离基座的第一端比距离基座的第二端更近。该盖还具有壁，该壁从基座的一侧延伸以部分包围通道。该盖还具有在壁中的开口，该开口距离第二端比距离第一端更近。穿过通道供给惰性气体。壁的形状将通过通道引入的一部分惰性气体保持在焊接位置中并且致使惰性气体流移出通道并穿过壁中的开口。发送穿过通道的激光束到结构的表面上的焊接位置处。在盖在结构上的情况下移动激光束以焊接结构。

可在本公开的各种实施例中独立地实现多种特征、功能和优点或者在其他实施例中组合多种特征、功能和优点，其中可参考如下描述和附图得到进一步的细节。

附图说明

图1是根据有利实施例说明飞行器制造和维护的图解；

图2是有利实施例可以在其中实现的飞行器的图解；

图3是根据有利实施例的焊接环境的图解；

图4是根据有利实施例的盖的图解；

图5是根据有利实施例的盖的图解；

图6是根据有利实施例的盖的另一视图；

图7是根据有利实施例的盖的顶视图；

图8是根据有利实施例的盖的一部分的图解；

图9是根据有利实施例的盖的一部分的侧视图；

图10是根据有利实施例的盖的一部分的仰视图；

图11是根据有利实施例的密封件的侧视图；

图12是根据有利实施例的密封件的顶视图；

图13是根据有利实施例的在结构上的盖的图解；

图14是根据有利实施例用于实施激光焊接操作的工艺流程图。

具体实施方式

更具体地参考附图，可在图1中示出的飞行器制造和维护方法100和图2中示出的飞行器200的背景下描述本公开的实施例。首先转向图1，其根据优选实施例描绘了说明飞行器制造和维护方法的图解。在预生产期间，示例性的飞行器制造和维护方法100可包括图2中的飞行器200的规范与设计102和材料采购104。

在生产期间，进行部件和子组件制造106和进行图2中的飞行器200的系统整合108。之后，图2中的飞行器200可经历鉴定和交付110以便处于使用中112。当服务于消费者时，图2中的飞行器被定期进行例行维修和维护114，这可包括修改、重新配置、翻新以及其他维修和维护。

飞行器的制造和维护方法100的每一个步骤可以由系统整合商、第三方和/或使用者执行或实施。在这些示例中，使用者可以是消费者。为本说明书的目的，系统整合商可以包括但不限于任意数量的飞行器制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、转包商和供应商；并且使用者可包括航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等等。

现参考图2，其描绘了有利实施例可以在其中实现的飞行器的图解。在该示例中，飞行器200通过图1中的飞行器制造和维护方法100生产，并且可以包括具有多个系统204和内部206的机身202。系统204的示例包括推进系统208、电气系统210、液压系统212和环境系统214中的一个或多于一个。可以包括任意数量的其他系统。虽然示出了航空的示例，但是不同的有利实施例可以应用到其他产业，例如机动车辆产业。

在此具体表达的装置和方法可应用在图1中的飞行器制造和维护方法100的任意一个或多于一个阶段中。例如，图1中在部件和子组件制造106中生产的部件或子组件可以与在图1中当飞行器200在使用中112时生产的部件或子组件相似的方式被加工或者制造。

同样地，可以在生产阶段使用一个或者多于一个装置实施例、方法实施例或者它们的组合，如图1中的部件和子组件制造106和系统整合108，例如在非限制性的情况下通过基本加速飞行器200的组装或者降低飞行器200的成本来实现。类似地，可以在图1中的飞行器200处于使用中112时或者在维修和维护114期间使用一个或多于一个装置实施例、方法实施例或它们的组合。作为一个示例，不同的有利实施例可用于在部件和子组件制造106以及维修和维护114中的至少一个期间实施激光焊接。

不同的有利实施例提供能够控制气体流动和/或保持邻近熔融金属的气体环境的装置，以降低和/或防止焊接处理期间的污染。不同的有利实施例提供惰性气体的围堵系统，以通过密封热金属使之免受污染的方式保持熔融金属周围的惰性气体。此外，气体可被引导并排出远离熔融金属。围堵系统的形状使得被引导到空气中的气体移动远离熔融金属存在的区域。气体的这种移动可降低在焊接处理期间可能产生的烟尘或其他污染物质。

在一个有利实施例中，一种装置具有基座，该基座具有第一端、第二端和通道系统。通道系统位于距离基座的第一端比距离基座的第二端更近。壁从基座延伸以部分包围通道系统。一个开口存在于壁中，其距离第二端比距离第一端更近。壁的形状能够致使通过通道系统引入的气体移出通道系统并穿过壁中的开口。在这些示例中，烟尘可以是任何类型的颗粒、气体或者当将激光束应用于结构时产生的其他物质。

气体的这种类型的移动能够将烟尘从结构上发生焊接的位置处移出。更具体地，气体可朝向壁中的开口移出通道系统并且带着可能在焊接期间产生的烟尘远离焊接位置和/或被加热的金属的位置。通过将烟尘从这些位置移出，污染物质可从熔融金属处移出。

此外，壁的形状能够包含或密封气体，以通过减少和/或防止由与空气接触而造成的污染的方式防止空气与已经被加热和/或焊接的金属接触，直到金属已经充分冷却。使烟尘远离熔融金属和激光束源的移动还防止烟尘阻塞激光器的光到达金属位置。

现参考图3，其根据有利实施例描绘了焊接环境的图解。该示例中的焊接环境300是激光焊接环境。焊接环境300包括激光器302、气体供给器304、冷却单元306、机器人单元308、计算机310和可视系统312。

激光器302可采用各种形式。例如，在非限定的情况下，激光器302可以是固态激光器和/或气体激光器。固态激光器可包括例如钕激光器或一些其他适当类型的固态激光器。气体激光器可以是例如二氧化碳激光器、氮激光器、氦激光器或一些其他适当类型的气体激光器。激光能量可通过光纤电缆314被供给至机器人单元308。激光束可从光纤光缆314被发射穿过机器人单元308上的焊接头316。

机器人单元308可采用各种形式。例如，在非限定的情况下，机器人单元308可以是伺服控制的多路机械臂，其中焊接头316被附接至机械臂。当然，在其他有利的实施例中，其他类型的机械结构可被用于机器人单元308。

在这些示例中的气体供给器304可供给惰性气体穿过气体管路318至机器人单元308。气体管路318可输送惰性气体至焊接头316。气体供给器304可采用各种形式。例如，气体供给器304可供给氮气、氦气、氩气或一些其他适当惰性气体等形式的惰性气体。

当然，选择的具体气体可以依赖于被焊接的材料。例如，对于钛金属，氮气可能导致污染。因此，如果钛金属被焊接，则不使用氮气。当然，可根据具体的实施例通过气体供给器304供给组合气体。

冷却单元306提供冷却剂穿过冷却剂管路320至机器人单元308。在这些示例中，不同的有利实施例包括盖322，其可以被附接至焊接头316。

可视系统312提供关于机器人单元308在其中实施焊接的区域的信息。该信息由计算机310使用以控制焊接环境300内的焊接操作。例如，可视系统312可用于引导机器人单元308实施焊接操作。

在这些说明性的示例中，计算机310可控制激光器302、气体供给器304、冷却单元306、机器人单元308和可视系统312。机器人单元308可被控制将激光能量从激光器302导向到结构326的焊接位置324上。焊接位置324是激光束被施加或者导向到结构326上的位置。在这些示例中，结构326可以是一个或多于一个物体。具体地，结构326在所描绘的示例中是金属结构。

随着焊接操作被实施，焊接位置324改变并且结构326上的先前焊接位置是被加热金属位置328。被加热金属位置328是已经发生焊接的任何位置和/或已经发生结构326中金属的加热从而可能发生与空气接触的污染的其他位置。

与空气接触而造成的焊接位置324和/或被加热金属位置328的污染可能发生直到被加热金属位置328充分冷却。在不同的有利实施例中，盖322具有能够将惰性气体330保持在焊接位置324和被加热金属位置328周围的形状。盖322能够在焊接位置324和被加热金属位置328的周围保持惰性气体环境，以减少和/或防止这些位置的污染。

此外，盖322具有传送或致使惰性气体330从焊接位置324和被加热金属位置328移出的形状。这类移动将焊接期间产生的烟尘332或其他污染物质移出这些区域。此外，冷却单元306可提供焊接头316和盖322的冷却。

图3中的焊接环境300的说明并不意味着暗示对可实施不同的焊接环境的方式进行物理上或结构上的限制。其他焊接环境可包括附加于/补充或替代所说明的那些部件的其他部件。在其他焊接环境中，在焊接环境300中说明的一些部件是不必要的。例如，在一些焊接环境中，可存在除激光器302外的激光器。

在其他有利的实施例中，焊接环境300可以是激光混合焊接环境，其中使用了除激光焊接之外的其他类型的焊接工艺。例如，除激光器302外，弧焊单元也与激光器302联合使用以实施结构326上的焊接。在其他有利的实施例中，可视系统312可能是不必要的。在其他有利的实施例中，替代使用机器人单元308，可通过人类操作者手动实施焊接头316和盖322的移动。

现参考图4，其根据优选实施例描绘了盖的图解。在该示例中，盖400是图3中盖322的示例。在该说明性实施例中，盖400包括基座402、通道系统404、壁406和密封件408。基座402具有端部410和端部412。端部410可以是基座402的第一端部并且端部412可以是基座402的第二端部。

在这些示例中，通道系统404是多个通道。在此使用的“多个”指的是一个或多于一个项目。例如，多个通道是一个或多于一个通道。

在该示例中，通道系统404能够接收激光束和惰性气体。根据具体实施方式，可通过单个通道接收激光束和惰性气体。在其他有利的实施例中，可通过通道系统404中的一个通道接收激光束，并且可使用通道系统404内的另一通道引入惰性气体。

壁406从基座402的边缘416延伸并且具有开口414。基座402和壁406具有形状418。开口414存在于壁406中的端部412周围。壁406部分包围通道系统404。在这些示例中，通道系统404距离端部410比距离端部412更近。

基座402也可对形状418有贡献。在这些示例中，基座402的表面420具有有角度的部分422。在这些示例中，与端部410相比，表面420更靠近在端部412附近的基座402上的相对表面。

形状418能够将通过通道系统404导入的惰性气体保持在焊接位置和/或被加热金属位置，从而减小和/或消除这些位置的污染。此外，形状418使得通过通道系统404引入的惰性气体能够从通道系统404被传送或者移动穿过端部412附近的开口414。当基座402和壁406被置于结构之上时，一个包含形状418的容积或其他三维区域被限定。

在该示例中，形状418是细长的形状，其在通道系统404附近比在开口414处具有更大的面积。壁406是波形壁(contoured wall)，使得形状418从端部410到端部412在尺寸上减小。在这些不同的说明性实施例中，形状418可以是水滴形。当然，也可使用其他形状，只要这些形状能够以减小和/或防止污染的方式将惰性气体保持在焊接位置和/或被加热金属位置周围。

此外，形状418还可具有这样的形状，即该形状能够在惰性气体膨胀或被引入时移动惰性气体穿过通道系统404并穿过开口414。将惰性气体从通道系统404移动至开口414可协助烟尘移动远离焊接位置和/或被加热金属位置以减少和/或防止污染。此外，从这些位置移出烟尘还防止或减小了可能由烟尘导致的激光束提供的能量的降低。

开口414具有斜面419并且是允许气体的排出远离焊接位置和/或被加热金属位置的喷嘴和/或透气孔。

密封件408被附接至壁406。在一些有利的实施例中，密封件408可以是壁406的一部分或者可被包含在壁406中。密封件408提供将惰性气体保持在被壁406部分包围的基座402的区域内的能力。密封件408不需保持气密密封，在该气密密封中惰性气体不能穿过密封件408的一些部分逸出。

密封件408提供了足够的障碍以防止将空气引入到由壁406包围的区域中的扰动。在这些示例中，当在波形表面上移动时，密封件408能够保持此类环境。在一些示例中，密封件408可围绕壁406枢转。

此外，成形的透气孔422可被置于开口414之上，以改变开口414的形状和/或尺寸。在这些示例中，成形的透气孔422可被用于减小开口414的尺寸。可以根据焊接速度和/或被焊接材料的类型适当减小开口414的尺寸。可实施开口414的形状改变以保证惰性气体被保持在焊接位置和/或被加热的金属位置(在此可能发生污染)周围。

密封件408可采用各种形式。例如，密封件408可由如下材料组成，例如钢、陶瓷织物、铝、铜或者一些其他适当的材料。在这些示例中，基座402和壁406可包括能够在激光焊接中使用而不引入污染的金属或其他材料。例如，基座402和壁406可由例如铝、钢、钛或一些其他适当的材料等材料制成。

图4中的盖400的说明并不意味着暗示对在不同的有利实施例中可实施不同的盖的方式进行物理上或结构上的限制。例如，在一些有利的实施例中，壁406和基座402可被一体地制成。在其他有利的实施例中，壁406可以是附接至基座402上的分离部分/单独部分。

在其他有利的实施例中，壁406还可以作为密封件本身替代密封件408。在这些示例中，形状418可根据具体的实施方式而改变。也可使用其他的形状，只要这些形状提供将惰性气体保持在焊接位置和熔融材料周围的位置(这些位置仍可能被污染)的能力，以减小和/或防止污染的方式防止或最小化与空气的接触。

此外，形状418可以以允许惰性气体从通道朝向开口414移动以将烟尘移出焊接位置和被加热金属位置的方式改变。

现参考图5，其根据有利的实施例描绘了盖的图解。盖500是图4中盖400的一个实施示例。在该说明性的示例中，盖500具有基座502，其中壁504从基座502的边缘506延伸。基座502具有通道508，该通道提供了用于使气体和激光束进入的开口。在该示例中，密封件512被可移动地附接至壁504上。

在这些示例中，密封件512可围绕箭头514枢转。可通过螺钉或其他用于将密封件512附接至壁504上的紧固件来提供密封件512的移动。如在这个示图中观察到的，螺钉可被放入密封件512的孔518中以将密封件512附接至壁504。另一螺钉和开口可位于侧面520上，但在此示图中观察不到。在这个具体的示例中，壁504是壁的轮廓并且部分包围带有开口510的通道508。

如在该说明性示例中观察到的，盖500的基座502和壁504部分包围区域522。区域522具有在尺寸上从端部524到端部526逐渐变细和/或减小的形状。端部524可以是第一端，而端部526可以是第二端。在该示例中，区域522是围绕水滴形状的细长形状。当盖500被置于进行激光焊接的结构之上时，气体可通过通道508被导入。

气体通过通道508的导入可形成存在惰性气体并且阻止空气接触正发生激光焊接的区域和在不接触空气的情况下仍需要被冷却的被加热金属区域的环境，以最小化和/或避免污染。

当密封件512被置于结构上时，区域522的形状与壁504形成部分包围容积528。部分包围容积528的形状使得通过通道508进入的惰性气体可朝向端部526移动并且通过开口510排出，从而在激光焊接期间产生的任何烟尘可以与惰性气体一起被移动穿过开口510。因此，烟尘的移动可防止烟尘导致通过通道508发射出以实施激光焊接的激光束的能量的降低。

区域522的形状使得气体朝向端部526移动。在这些示例中，在靠近存在通道508的端部524处而不是在存在开口510的端部526处出现高压气体。在这些示例中，盖500的长度和宽度可根据具体的实施方式而改变。焊接的目标速度可能受盖500的长度和宽度影响。

例如，随着焊接速度的升高，可能需要更长的长度和/或更宽的宽度。盖500的宽度可保证惰性气体存在于具有将导致与空气产生污染的温度的任何位置处。例如，随着热输入的增加，热金属的宽度将增加，需要一个更宽的覆盖范围。降低速度同时保持恒定的能量将增加热输入。随着速度的升高同时保持恒定能量，热输入降低。

此外，盖500的形状和尺寸还可能根据是否以直线或非直线方式实施焊接操作而受影响。如果在焊接中使用直线，则从侧面520到侧面530的宽度可以更窄。弯曲的焊接路径可能要求盖的宽度增加为各种弯曲半径。

在这些说明性示例中，壁504上的孔532和孔534提供安装板或透气孔的位置以改变开口510的尺寸。根据气流速度、气体类型和/或激光焊接发生的速度，可能期望更小尺寸的开口510。这些和其他因素可能影响在焊接操作期间产生的烟尘量。

在这些示例中，在非限定的情况下，密封件512可由例如铝、钢、或一些其他适当的金属等材料制成。在其他有利的实施例中，根据具体的实施方式，陶瓷织物可被用于密封件512。在这些示例中，盖500被附接至安装板536。安装板536可被进一步附接至另一结构，例如焊接头或装配件。根据具体的实施方式，安装板536可被冷却。通过冷却安装板536，热量可被传导远离盖500。

现参考图6，器根据有利的实施例描绘了盖的另一示图。在该示例中，可从另一透视角度观察盖500。在这个具体的示图中，可在盖500的侧面520上的密封件512中观察到孔600。螺钉可穿过孔600被定位，以将密封件512可移动地安装到壁504上。

现参考图7，其根据有利的实施例描绘了盖的顶视图。在该示例中，图示说明了盖500的一部分。在该示例中，描绘了没有密封件512的基座502和壁504。在该示例中，图示说明了盖500的顶视图。在该具体的示图中，可观察到通道508在表面702上具有直径700，并且在与表面702相对的表面上具有直径704。换言之，通道508具有锥形形状。

在该说明性的示例中，基座502具有长度706，该长度可以是大约4.4英寸。基座502可具有宽度708，其逐渐变细至宽度710。在这些说明性的示例中，宽度708可以是大约2.25英寸，而宽度710可以是大约1.123英寸。

现参考图8，其描绘了盖500的一部分的图解。在该示例中，图示说明了基座502和壁504的后视图。此外，通道508以虚线形式被显示，以在该具体的示图中更好地说明通道508的锥形形状。

现参考图9，其根据有利的实施例描绘了盖的一部分的侧视图。在该说明性的示例中，根据有利的实施例描绘了带有壁504的基座502的侧视图。如在该侧视图中可观察到的，基座502具有成角度的表面900，随着成角度的表面900从端部524延伸到端部526，其变得更靠近顶部702。在该示例中，成角度的表面900可具有角度902。此外，壁506还可成角度为角度904。

现参考图10，其根据有利的实施例描绘了盖的一部分的仰视图。在该示例中，图示说明了带有壁504的的基座502的仰视图。成角度的表面900在基座502的表面702的相对侧。

现参考图11，其根据有利的实施例描绘了图示说明密封件的图解。在该示例中，描绘了密封件512的侧视图。在该示例中，边缘1100基本为平面，而边缘1102具有成角度部分1104，该成角度部分具有角度1106。在该有利的实施例中，密封件512可具有长度1108。在该示例中，长度1108可以是大约4.68英寸。密封件512可在端部1112具有高度1110，其逐渐变细至在端部1116的高度1114。在这些示例中，通过成角度部分1104来实现这种逐渐变细。

现参考图12，其根据有利的实施例描绘了密封件的顶视图。在该密封件512的图解中，密封件512可具有宽度1200，其可逐渐变细至宽度1202。宽度1200可以是大约2.71英寸，而宽度1202可以是大约1.4英寸。在这些示例中，密封件512可具有大约0.2英寸的厚度1204。

现参考图13，其根据有利的实施例描绘了在结构上的盖的图解。在该示例中，盖1300是图5中的盖500在结构1302上的示例。在该示例中，结构1302可以是通过激光焊接工艺被彼此焊接的钛部件。同样在该示例中，盖1300可包括基座1303和密封件1304。

在该说明性的示例中，密封件1304与结构1302的表面1306接触。激光束1308和气体1310沿箭头1314的方向被引入穿过通道1312和激光焊接头1313并进入盖1300的内部。焊接可在结构1302的表面1306上的位置1316附近发生。在结构1302的焊接期间，穿过通道1312引入的气体在盖1300内形成可以防止空气接触位置1316并产生污染的环境。此外，气体1310可与气体和烟尘排出物1318一起沿箭头1320的方向在开口1322处排出盖1300。在该焊接过程中，盖1300可沿箭头1324的方向移动。

气体和烟尘排出物1318沿箭头1320的方向的移动可将气体和烟尘排出物1318中的烟尘移动远离位置1316并且通过开口1322移出盖1300。这种烟尘远离位置1316的移动不仅防止空气污染位置1316，还最小化和/或防止施加到位置1316的激光能量的降低，这种降低可能是由气体和烟尘排出物1318中的烟尘造成的。

现参考图14，其根据有利的实施例描绘了实施激光焊接操作的工艺流程图。在图14中说明的工艺可使用焊接环境(例如图3中的焊接环境300)来实施。

该工艺开始于将盖定位在结构之上(操作1400)。在该示例中，所述盖具有基座，所述基座具有第一端、第二端和通道系统，其中通道系统距离基座的第一端比距离基座的第二端更近。壁从基座的侧面延伸以部分包围通道系统。壁中的开口距离第二端比距离第一端更近。壁的形状能够将通过通道系统引入的惰性气体保持在焊接位置并且能够致使惰性气体通过通道系统被移出穿过壁中的开口。

该工艺供给惰性气体穿过通道系统(操作1402)。该工艺还穿过通道系统发射激光束到结构表面上的焊接位置处(操作1404)。然后，该工艺在盖在结构之上的情况下移动激光束以焊接结构(操作1406)，然后该工艺在之后终止。

在该示例中，在实施操作1404和1406的同时继续实施操作1402。在其他有利的实施例中，可以实施其他操作，例如可暂停施加穿过通道系统的激光束并且将盖移动到另一结构上。在这些示例中，在非限制的情况下，结构可以是被焊接在一起的两个飞行器零件。

在所描绘的不同实施例中的流程图和方块图说明了一些装置、方法和计算机程序产品的可能的实施方式的结构、功能和操作。在此方面，流程图或方块图中的每个方块可代表计算机可用或可读程序代码的模块、片段或部分，其包括用于实施一个或多于一个专用功能的一个或多于一个可执行指令。

在一些可替代实施方式中，在方块中记录的功能或多个功能可不以附图中记录的顺序发生。例如，在一些情况下，接连示出的两个方块可被基本同时地执行，或者一些方块有时可以相反的顺序被执行，这依赖所涉及的功能。

因此，不同的有利实施例提供了用于焊接结构的方法和装置。在不同的有利实施例中，存在具有基座的盖，所述基座具有第一端、第二端以及通道系统。从基座延伸的壁部分包围通道系统。在壁中存在开口，其距离基座的第二端比距离基座的第一端更近。

壁的形状能够将通过通道系统引入的气体保持在焊接位置并且致使气体移动远离通道系统并穿过壁中的开口。一个或多于一个不同的有利实施例提供了密封焊接位置和热金属以使其免受污染直到热金属能够充分冷却的能力，以最小化或防止污染。

此外，不同的有利实施例还提供了将气体从通道系统传送穿过开口的能力。这种气体的传送可通过协助烟尘移动远离激光束的方式发生，以防止烟尘在焊接操作期间阻挡激光束。再有，可移动的密封件可提供在波形表面上移动的能力，同时仍提供足够气体压力以防止与空气的污染。

为说明和描述的目的已经展示了不同的有利实施例的描述，并且这并不意味着是排外的或被局限于所公开形式的实施例。很多修改和变体对于本领域技术人员来说是明显的。此外，不同的有利实施例可提供与其他有利实施例不同的优点。

所选择的实施例或多个实施例被选择并且说明，其目的是最好地解释实施例和实际应用的原理，并且使得本领域其他技术人员能够理解本公开，因为带有多种修改的多种实施例对于预期的具体应用是合适的。

Claims (20)

1.一种装置，其包括：

基座，所述基座具有第一端、第二端和通道系统，其中所述通道系统距离所述基座的所述第一端比距离所述基座的所述第二端更近；

壁，所述壁从所述基座的一侧延伸以部分包围所述通道系统；以及

所述壁中的开口，所述开口距离所述第二端比距离所述第一端更近，其中所述壁的形状能够将通过所述通道系统引入的气体保持在焊接位置，并且致使气体移出所述通道系统并穿过所述壁中的所述开口。

2.如权利要求1所述的装置，其进一步包括附接至所述壁的表面上的密封件，其中所述密封件能够适应所述表面。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述密封件被可移动地附接至所述壁的所述表面，其中所述密封件能够在所述表面上移动以适应所述表面。

4.如权利要求3所述的装置，其进一步包括一对螺钉，所述螺钉将所述密封件可移动地附接至所述壁的所述表面。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述通道系统包括在所述基座中的多个孔，其中所述多个孔能够接收激光束和惰性气体。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述壁的形状在尺寸上从所述第一端到所述第二端减小。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述壁的形状是水滴形。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述基座的所述一侧是第一侧，所述基座具有与所述第一侧相对的第二侧，并且所述基座的所述第一侧具有朝向所述第二侧和所述开口倾斜的斜面。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述一侧是第一侧，所述基座具有与所述第一侧相对的第二侧，并且所述通道系统包括在所述第一侧具有第一直径并且在所述第二侧具有第二直径的通道。

10.如权利要求1所述的装置，其进一步包括附接至所述开口的成形透气孔，其中所述成形透气孔减小所述开口的尺寸。

11.如权利要求2所述的装置，其中所述密封件由选自钢、陶瓷织物、铝和铜的材料组成。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述基座和从所述基座延伸的所述壁由选自钢、铝和铜之一的材料组成。

13.如权利要求1所述的装置，其进一步包括焊接头，其中所述基座能够被固定至所述焊接头。

14.如权利要求13所述的装置，其进一步包括联接至所述焊接头的激光器，以及连接至所述焊接头的气体供给器。

15.如权利要求14所述的装置，其进一步包括冷却单元，所述冷却单元被连接至所述焊接头并且能够冷却所述基座和所述壁。

16.如权利要求15所述的装置，其进一步包括：

机器人单元，其中所述焊接头被附接至所述机器人单元，并且其中所述机器人单元能够在激光焊接操作期间移动所述焊接头；以及

被连接至所述机器人单元的计算机，其中所述计算机能够控制所述机器人单元来移动所述焊接头以实施所述激光焊接操作。

17.一种用于激光焊接的盖，所述盖包括：

基座，所述基座具有第一侧、第二侧以及从所述第一侧延伸到所述第二侧的通道，其中所述通道能够接收激光束和惰性气体；

壁，所述壁从所述基座的所述第一侧延伸，其中所述壁包围具有细长形状的区域，所述细长形状具有围绕所述通道的最大面积，其中所述细长形状远离所述通道逐渐变细，其中所述壁部分围绕所述通道，并且其中所述壁具有逐渐变细的端部；

所述壁中的开口，所述开口位于所述壁的较细端附近，其中所述细长形状能够促使惰性气体从所述通道移至所述开口；以及

附接至所述壁的密封件，其中所述密封件能够适应结构的表面。

18.如权利要求17所述的盖，其中所述密封件由选自铝、钢和陶瓷织物之一的材料组成。

19.一种激光焊接的方法，所述方法包括：

将盖定位在结构上，其中所述盖具有基座、壁和所述壁中的开口，所述基座具有第一端、第二端和通道，其中所述通道距离所述基座的所述第一端比距离所述基座的所述第二端更近，所述壁从所述基座的一侧延伸以部分包围所述通道，并且所述开口距离所述第二端比距离所述第一端更近；

供给惰性气体穿过所述通道，其中所述壁的形状保持一部分惰性气体通过所述通道被引入焊接位置中并且致使惰性气体流移出所述通道并且穿过所述壁中的所述开口；

发送穿过所述通道的激光束到所述结构的表面上的所述焊接位置处；以及

在所述盖在所述结构上的情况下移动所述激光束以焊接所述结构。

20.如权利要求10所述的方法，其中使用机器人单元实施所述定位步骤和移动步骤。

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