CN113543928B - 用于通过应力保护槽焊与另一结构部件连接的结构部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于通过槽焊(106)与第二结构部件(104)连接的第一结构部件(102')的制造方法(300)。第一结构部件(102')具有第一表面(208)、第二表面(210)和端部分(218)。在端部分(218)处弯曲部件(102')以形成限定凸面(224)和凹面(226)的弯曲部分(220)。在凸面(224)处去除弯曲部分(220)的第一部分(228)以形成外焊接表面(112)，所述外焊接表面具有从第一表面(208)延伸的第一面(230)和连接到第一面(230)的第二面(232)。在凹面(226)处去除弯曲部分(220)的第二部分(234)以形成具有弓形轮廓(238)的内边缘表面(236)。内边缘表面(236)从第二表面(210)延伸并经由过渡部分(240)连接到第二面(232)。第一面(230)的一部分、第二面(232)、过渡部分(240)和内边缘表面(236)限定第一结构部件(102')的具有根部突起高度(RP_H)的根部突起(114)。根部突起(114)限定超出和远离根部应力流动路径隔离的应力保护焊根区域(126)。

Description

用于通过应力保护槽焊与另一结构部件连接的结构部件的制 造方法

技术领域

本公开总体上涉及应力保护槽焊，更具体地，涉及一种将通过应力保护槽焊与另一结构部件连接的结构部件的制造方法。

背景技术

已知槽焊用于连接结构部件以形成多种不同类型结构的一个或多个焊件。特别地，槽焊可以是一种手段，通过该手段，两个结构部件或其他金属部件通过相邻和/或配合边缘或表面之间的相互热结合转换引起的固定而连接在一起，其可以至少部分通过加热的填充材料提供。槽焊内部的至少一部分可以由填充材料构成，所述填充材料可以与结构部件或其他金属部件的预先存在的母材的相邻表面和边缘接合并热结合，包括在槽焊和结构部件的底部，或“根部”部分处。

尽管槽焊可以广泛用作连接结构部件以形成多种不同类型结构的有效手段，但典型的常规槽焊随后可能容易疲劳或失效。例如，焊接结构可能经受循环载荷、力和/或应力，其可以部分地包括在焊接和结构部件上产生应力的拉力或弯曲力。当向结构和槽焊施加载荷、力和/或应力时，槽焊的部分可能无法吸收和承受施加于其上的载荷、力和/或应力，因此可能特别容易疲劳或失效。

美国专利第7,374,823号(以下称为'823专利)提供了一种焊接组件，所述焊接组件包括具有通过焊道连接的倾斜部分的第一和第二构件。然而，槽焊接头的失效在本领域中仍然是问题，原因是焊根和/或焊趾仍然受到高应力。

发明内容

在本公开的方面，提供了一种用于通过槽焊与第二结构部件连接的第一结构部件的制造方法。所述第一结构部件包括具有第一表面、第二表面和端部分的主体。所述方法包括在所述端部分处弯曲所述第一结构部件以形成限定凸面和凹面的弯曲部分。在所述凸面处去除所述弯曲部分的第一部分以形成外焊接表面，所述外焊接表面具有从所述第一表面延伸的第一面和连接到所述第一面的第二面。此外，在所述凹面处去除所述弯曲部分的第二部分以形成具有弓形轮廓的内边缘表面。所述内边缘表面从所述第二表面延伸并且经由过渡部分连接到所述第二面。所述第一面的一部分、所述第二面、所述过渡部分和所述内边缘表面限定所述第一结构部件的具有根部突起高度的根部突起。所述根部突起限定超出和远离传播通过所述第一结构部件的根部应力流动路径隔离的应力保护焊根区域。

附图说明

图1示出了根据本公开的实施例的包括通过槽焊连接在一起的第一结构部件和第二结构部件的示例性结构；

图2至7示出了根据本公开的实施例的用于通过槽焊与第二结构部件连接的第一结构部件的示例性制造方法；以及

图8示出了根据本公开的实施例的通过图2至7中所示的方法制造的第一结构部件的透视图。

具体实施方式

现在将详细参考具体实施例或特征，其实例在附图中示出。通常，在整个附图中将使用相应的附图标记指代相同或相应的部分。

本公开涉及根据本公开的实施例的具有通过槽焊连接的两个或更多个结构部件的结构。图1示出了示例性结构100，其包括通过槽焊106连接以形成焊件和所得结构100的第一结构部件102和第二结构部件104。尽管所示实施例示出了两个结构部件，但是可以预期结构100可以包括可以通过多种槽焊连接的任何数量的结构部件，而不偏离要求保护的主题的范围。

第一结构部件102和第二结构部件104中的每一个可以由能够经由槽焊(例如本公开的槽焊106)连接的金属构成，包括但不限于铁、钢、铝或任何其他金属或其任何合金。出于本公开的目的，术语“焊接”(或“焊”)包括其中两个结构部件或金属部件通过相邻和/或配合边缘或表面之间的相互热、摩擦或任何其他类型的结合转换引起的固定而连接在一起的任何过程或其结果。

槽焊106可以包括但不限于保护金属电弧焊、钨极气体保护焊或钨极惰性气体保护焊、气体保护金属电弧焊或金属惰性气体焊、焊剂芯电弧焊、埋弧焊、电渣焊等。槽焊106还可以包括包覆、铜焊、钎焊、搅拌摩擦焊、激光焊和混合激光电弧焊。

此外，第一结构部件102和第二结构部件104中的每一个可以形成为根据需要体现各种形状、轮廓、构型、主体、结构中的任一种或其任何一种或多种组合，以形成合适的或期望的结构(例如本公开的结构100)。在图示的实施例中，第一结构部件102和第二结构部件104可以是平面的以限定板。替代地，第一结构部件102和第二结构部件104可以包括平面、弓形、圆柱形、凹形、凸形和/或弯曲形状中的一种或多种，以形成结构部件102、104的带轮廓的结构。在又一个非限制性示例中，结构部件102、104可以为管状或圆柱形或弯曲以形成圆柱形管或非圆柱形管。

在本公开的实施例中，第一结构部件102包括第一端108，以及具有第一外焊接表面112和第一根部突起114的焊接端110。类似地，第二结构部件104包括相应的第一端116以及具有第二外焊接表面120和第二根部突起122的焊接端118。焊接端110、118，外焊接表面112、120和根部突起114、122包括在第一结构部件102和第二结构部件104的任何一个或多个外边缘、侧部、延伸部或边界中的每一个处，其配置成经由槽焊106连接到相对的第二结构部件104和第一结构部件102(或任何其他结构部件，部分地包括根据本发明的任何根部突起)的相邻的对应的相对的焊接端110、118，外焊接表面112、120和根部突起114、122以形成结构100。

在本公开的实施例中，根部突起114、122配置成将槽焊106的焊根124定位在应力保护焊根区域126内。应力保护焊根区域126对应于超出和远离传播通过结构100的结构部件102、104的根部应力流动路径128隔离的可忽略应力集中区，使得在焊根124和应力保护焊根区域126中不会发生疲劳失效。

在本公开的实施例中，第一结构部件102和第二结构部件104中的每一个彼此相同。然而，可以预期在各种替代实施例中，结构部件102、104可以具有彼此不同的轮廓、形状和尺寸，而不偏离要求保护的主题的范围。

参考图2至7，提供了示例性的第一结构部件102'以及具有如图1中所示的轮廓的第一结构部件102的制造方法300。

图2和3示出了呈板202的形式的示例性的第一结构部件102'，在下文中可互换地称为部件102'。部件102'包括限定第一端108'和第二端206的主体204。主体204还包括第一表面208、第二表面210、第一侧表面212和第二侧表面214。部件102'还包括限定在第一端108'附近的第一端部分216和限定在第二端206附近的第二端部分218(如图3中所示)。第一表面208和第二表面210限定部件102'的厚度T，而第一侧表面212和第二侧表面214限定部件102'的宽度W。第一表面208可以限定部件102'的外表面或上表面，而第二表面210可以限定部件102'的内表面或下表面。替代地，根据伴随结构100的类型、用途、应用、约束或其他考虑(包括但不限于其形成)，第一表面208可以限定部件102'的内表面或下表面，并且第二表面210可以限定部件102'的外表面或上表面。因而，尽管可以使用相对术语“上方”、“外部”、“上部”、“升高”、“下方”、“下部”、“降低”或“内部”，但这样的术语仅用于识别和公开本公开中关于和相对于示出图的取向的各种特征，但不应解释为将本公开的范围限制为排除可能与示出图不同的取向，但在所有其他方面都是等效的。

在本公开的图示实施例中，第一表面208平行于第二表面210，并且第一侧表面212平行于第二侧表面214，由此限定部件102'的立方体结构。可以进一步预期，部件102'的形状和尺寸仅仅是示例性的并且可以改变以实现类似的结果，而不偏离要求保护的主题的范围。

参考图4至7，公开了从第一结构部件102'制造第一结构部件102以与第二结构部件104连接以形成所得结构100的示例性方法300。在实施例中，如图4中所示，最初在步骤302，第一结构部件102'在第二端部分218处相对于第一端部分216弯曲，以在其间形成弯曲部分220。例如，部件102'在部件的滚动方向上弯曲，如箭头222所示。部件102'可以使用模具、夹具或任何其他常规已知的弯曲工艺弯曲。还可以预期部件102'的弯曲可以手动或通过使用自动化机器来完成。

弯曲部分220可以限定与部件102'的厚度T成正比的弯曲半径R_B。在本公开的实施例中，弯曲半径R_B在部件102'的厚度T的1.5倍至3.5倍的范围内。在一个非限制性示例中，当厚度T在10毫米至30毫米内时，弯曲部分220包括部件102'的厚度T的1.5倍的弯曲半径R_B。在另一非限制性示例中，当厚度T在30毫米至50毫米内时，弯曲部分220包括部件102'的厚度T的3倍的弯曲半径R_B。在又一非限制性示例中，当厚度T大于50毫米时，弯曲部分220包括部件102'的厚度T的3.5倍的弯曲半径R_B。此外，如图4中所示，部件102'以形成在第一端部分216和第二端部分218之间的弯曲角A_B弯曲。弯曲角A_B可以与部件102'的厚度T成正比。在本公开的实施例中，弯曲角A_B在110度至135度的范围内。在一个示例中，弯曲角A_B为135度。

弯曲部分220限定凸面224和凹面226。如图所示，凸面224在第一表面208的与第一端部分216关联的部分208'和第一表面208的与第二端部分218关联的部分208”之间延伸。类似地，凹面226在第二表面210的与第一端部分216关联的部分210'和第二表面210的与第二端部分218关联的部分210”之间延伸。

在步骤302弯曲部件102'之后，方法300进行到图5和6中所示的步骤304。在本公开的实施例中，在步骤304，弯曲部分220的第一部分228连同部件102'的第二端部分218从部件102'去除，以形成第一外焊接表面112(如图6中所示)。在各种示例中，第一部分228和第二端部分218的去除可以使用常规已知的加工方法(例如铣削、激光切割等)完成。为此，部件102'的材料可以在宽度W上去除，使得第一外焊接表面112在部件102'的宽度W上延伸。然而，可以预期在某些应用中可以在侧表面212、214之间部分地去除材料以便形成部分外焊接表面。尽管第一部分228和第二端部分218可以同时被去除，但是可以注意，在一些实施例中，第二端部分218可以在第一部分228的去除之前被去除。

在实施例中，如图6中所示，部件102'的第一外焊接表面112包括第一面230和连接到第一面230以在它们之间限定排除角D的第二面232。排除角D的大小可以在190度至215度的范围内。在一个示例中，排除角D的大小为210度。此外，第一面230与第一表面208的与部件102'的第一端部分216关联的部分208'限定角B。在示例中，角B的大小可以在110度至120度的范围内。此外，第一面230与第二表面210的与部件102'的第一端部分216关联的部分210'限定角C(例如，锐角C)。在一个示例中，角C的大小在60度至70度的范围内。

第二面232与第二表面210的与部件102'的第一端部分216关联的部分210'限定角E。例如，角E的大小在85度至95度的范围内。在一个示例中，角E的大小为90度，即，第二面232垂直于第二表面210的与部件102的第一端部分216关联的部分210'。

在步骤304去除第一部分228和第二端部分218之后，方法300进行到步骤306，如图7中所示。在步骤306，去除凹面226处的弯曲部分220的第二部分234(如图5中所示)以形成内边缘表面236，从而获得图1的第一结构部件102的轮廓。在各种示例中，类似于在步骤304去除第一部分228，第二部分234的去除也可以使用常规已知的加工方法(例如铣削、激光切割等)完成。此外，可以在部件102'的宽度W上去除材料，使得内边缘表面236在宽度W上延伸。然而，可以预期在某些应用中可以在侧表面212、214之间部分去除材料以便形成部分内边缘表面。在一些应用中，步骤304和步骤306可以同时进行。

如图所示，内边缘表面236包括弓形轮廓238，并且从与第一端部分216关联的第二表面210(或第二表面210的一部分210')延伸并连接到第一外焊接表面112的第二面232。在本公开的实施例中，弓形轮廓238是具有大半径R_MJ和小半径R_MN的椭圆轮廓，使得大半径R_MJ大于小半径R_MN。在一个示例中，大半径R_MJ是小半径R_MN的2.5倍。例如，小半径R_MN为8毫米，并且大半径R_MJ为小半径R_MN的2.5倍，即20毫米。可以预期，大半径R_MJ和小半径R_MN相对于彼此的大小和比例仅是示例性的并且可以改变以实现类似的结果，而不偏离要求保护的主题的范围。在本公开的替代实施例中，弓形轮廓238可以是圆形轮廓，其中大半径R_MJ和小半径R_MN相等。

此外，内边缘表面236经由包括第一过渡面242和第二过渡面244的过渡部分240连接到第二面232。在实施例中，但不限于，第一过渡面242可以在步骤304从部件102'的主体204去除第一部分228期间被加工和去除(即，第一过渡面242可以与第一面230和第二面232的形成一起形成)。第一过渡面242可以是可以在很大程度上垂直于第二面232的平面，但是可以预期第二面232和第一过渡面242之间的角变化。根据实施例，第一过渡面242可以相对于第二面232成85度至95度范围内的角设置。此外，如果从第二表面210的部分210'延伸的内边缘表面236的弓形轮廓238限定未达到第二面232和第一过渡面242的曲率，则可以形成第二过渡面244。换言之，第二过渡面244可以是第二表面210本身(与弯曲部分220关联)的一部分210”'，其由于未达到第二面232和第一过渡面242的内边缘表面236的弓形轮廓238所限定的曲率而未遇到任何加工和/或去除。

在本公开的实施例中，第一面230的一部分230'、第二面232、过渡部分240和内边缘表面236(具有弓形轮廓238)限定第一结构部件102的第一根部突起114，如图1中所示。第一根部突起114从第二表面210的与第一结构部件102的第一端部分216关联的部分210'径向向外延伸到第一根部突起114的外端246，由此限定从部件102的第二表面210延伸到第一根部突起114的外端246的根部突起高度RP_H。如图所示，在各种实施例中，第一根部突起114的外端246可以对应于第一过渡面242。此外，根据所公开的实施例，可以预期小半径R_MN可以限定为对准并等于第一根部突起114的高度RP_H，但在某些其他实施例中，半径R_MN可以不等于(例如，高于)高度RP_H——例如，当弓形轮廓238限定至少部分或完全延伸超过第二面232的曲率时。

在本公开的实施例中，第一根部突起114、弓形轮廓238、内边缘表面236、根部突起高度RP_H和第一外焊接表面112的第一面230的部分230'限定超出和远离传播通过第一结构部件102的主体204的根部应力流动路径128隔离的应力保护焊根区域126(如图1中所示)。

参考图8，示出了通过方法300从第一结构部件102'制造的具有第一根部突起114的所得第一结构部件102。类似于第一结构部件102，第二结构部件104也通过相同的方法300制造并且包括相应的第二根部突起122(见图1)。第一结构部件102和第二结构部件104通过槽焊106(其是应力保护槽焊106)连接以形成结构100，如图1中所示。例如，第一结构部件102的第一外焊接表面112和第一根部突起114与第二结构部件104的第二外焊接表面120和第二根部突起122对准，因此在其间限定V形接收部分，焊接材料可以接收在所述接收部分中以形成槽焊106，如图1中所示，继而将第一结构部件102与第二结构部件104连接。

工业适用性

本公开可以适用于由至少两个结构部件，即通过至少一个槽焊106连接的第一结构部件102和第二结构部件104组成的任何结构100。本公开可以适用于任何类型的结构构件、部件、部分、结构和/或主体，其能够经由槽焊连接到任何其他结构构件、部件、部分、结构和/或主体，以形成包括连接的结构部件的焊件和所得结构。

通过应力保护槽焊106连接的结构部件102、104的公开制造方法300的方面可以降低制造成本，同时显著减少或消除槽焊106内的损坏、疲劳或失效(部分地包括结构部件102、104的相邻和/或配合边缘或表面，其与槽焊106接合和热接近，以及它们的填充材料，其经由槽焊106的能量相互热结合和转换)，其可能由循环载荷、力和/或应力引起，这可以部分地包括在焊缝上产生应力的拉力或弯曲力。

在不偏离本公开的范围的情况下，可以对所公开的系统进行各种修改和更改，这对本领域技术人员将是显而易见的。考虑到本文公开的系统的说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。说明书和实例旨在仅被视为是示例性的，本公开的真实范围由下文的权利要求及其等同物指示。

Claims (10)

1.一种用于通过槽焊(106)与至少一个第二结构部件(104)连接的第一结构部件(102')的制造方法(300)，所述第一结构部件(102')包括具有第一表面(208)、第二表面(210)和端部分(218)的主体(204)，所述方法(300)包括：

在所述端部分(218)处弯曲所述第一结构部件(102')以形成弯曲部分(220)，所述弯曲部分(220)限定凸面(224)和凹面(226)；

在所述凸面(224)处去除所述弯曲部分的第一部分(228)以形成外焊接表面(112)，所述外焊接表面(112)包括从所述第一表面(208)延伸的第一面(230)，以及连接到所述第一面(230)的第二面(232)；以及

在所述凹面(226)处去除所述弯曲部分(220)的第二部分(234)以形成具有弓形轮廓(238)的内边缘表面(236)，所述内边缘表面(236)从所述第二表面(210)延伸并且经由过渡部分(240)连接到所述第二面(232)，其中所述第一面(230)的一部分、所述第二面(232)、所述过渡部分(240)和所述内边缘表面(236)限定所述第一结构部件(102')的根部突起(114)，

其中所述根部突起(114)从所述第二表面(210)径向向外延伸到外端(246)以限定从所述第一结构部件(102')的第二表面(210)延伸到所述外端(246)的根部突起高度(RP_H)；并且

其中所述根部突起(114)、所述根部突起高度(RP_H)和所述根部突起(114)的内边缘表面(236)限定超出和远离传播通过所述第一结构部件(102')的主体(204)的根部应力流动路径隔离的应力保护焊根区域(126)。

2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述第一结构部件(102')包括在10毫米至30毫米的范围内的预定厚度(T)，并且其中所述弯曲部分(220)包括预定厚度(T)的2.5倍的弯曲半径。

3.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述第一结构部件(102')包括在30毫米至50毫米的范围内的预定厚度(T)，并且其中所述弯曲部分(220)包括预定厚度(T)的3倍的弯曲半径。

4.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述第一结构部件(102')包括大于50毫米的预定厚度(T)，并且其中所述弯曲部分(220)包括预定厚度(T)的3.5倍的弯曲半径。

5.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述第一结构部件(102')包括第一端部分(216)和第二端部分(218)，并且其中所述第一结构部件(102')在所述第二端部分(218)处相对于所述第一端部分(216)弯曲以形成弯曲角(A_B)，所述弯曲角(A_B)在110度至135度的范围内。

6.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述内边缘表面(236)的弓形轮廓(238)是圆形轮廓。

7.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述内边缘表面(236)的弓形轮廓(238)是具有大半径(R_MJ)和小半径(R_MN)的椭圆轮廓，所述大半径(R_MJ)大于所述小半径(R_MN)。

8.根据权利要求7所述的方法(300)，其中所述大半径(R_MJ)是所述小半径(R_MN)的2.5倍。

9.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述外焊接表面(112)的第二面(232)与所述第一面(230)限定在190度至215度之间的排除角。

10.一种制造结构(100)的方法，所述结构包括通过槽焊(106)连接的第一结构部件(102、102')和第二结构部件(104)，所述方法(300)包括：

根据权利要求1所述的方法(300)制造所述第一结构部件(102、102')和所述第二结构部件(104)中的每一个；以及

将所述第一结构部件(102、102')的外焊接表面(112)和根部突起(114)与所述第二结构部件(104)的外焊接表面(120)和根部突起(122)对准以在其间接收焊接材料。

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