一种使用激光制造凸缘式线性衬套的方法以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套

摘要

公开了一种通过连接外部套管和凸缘而形成的凸缘式线性衬套及其制造方法。所述制造方法包括以下步骤：以预定的角度加工外部套管的边缘，以在凸缘和该外部套管之间平滑连接；在所述凸缘和外部套管彼此连接后，考虑到所述外部套管的厚度，以均匀的深度和宽度在所述外部套管的外表面上形成凹口，用于简单的激光焊接；以与形成在所述外部套管上的凹口对应的形式，沿凸缘的内圆周加工凸缘的内边缘，以允许简单的激光焊接；连接通过上述步骤制造的所述凸缘和外部套管；以及利用高能束，焊接形成在外部套管上的凹口和形成在凸缘上的结构彼此连接的连接部分，或者用具有较好线性的高能束焊接连接部分，同时以预定速度向连接处供给预定直径的填充金属。本发明能够通过自动化加工而提高生产率，获得尺寸稳定性和较高精度，并通过减少制造工序而降低制造成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，所述方法包括：以预定的角度加工外部套管的边缘，以在凸缘和该外部套管之间平滑连接；连接所述凸缘和外部套管；通过高能束焊接所述连接部分，或通过具有较好线性的高能束焊接所述连接部分，同时向焊接处供给填充金属。

背景技术

制造凸缘式线性衬套通常采用冷锻方法、铜焊接方法、粘接方法、冷缩配合方法、螺纹连接外部套管和凸缘的方法、楔和螺母装配方法以及止动环固定方法。由于制造工艺较为复杂，因而冷锻方法的问题较多。如果不能通过释放在冷锻过程和纤维结构退火过程中产生的应力，获得均匀而稳定的结构，则由于用于硬度的渗碳所产生的应力，冷锻工艺难以使材料具有较好的车削性能、表面平整度以及机械性能。铜焊是金属连接中最常用的方法之一，但铜焊的问题在于，因为材料变形，以及在铜焊过程中由于铜熔体流动所需的高温而产生的脱碳，铜焊会降低基材金属的强度，降低表面硬度，并提高脆性。此外，由于粘接方法难以控制适当的表面粗糙度、尺寸公差、清洁表面的保持以及由于粘结材料而产生的环境污染，粘接方法具有较多的问题。螺纹连接外部套管和凸缘的方法的问题在于，由于该工艺必须有较高精度，所以加工成本较为昂贵，而且在使用过程中螺管接头可能会松动。

楔和螺母装配方法以及止动环固定方法的问题在于，由于机加工部分较为复杂，所以难以使产品具有较好的质量，而且因为部件的尺寸偏差常导致难以装配，所以制造的产品不能保持相同的标准质量。

而且，传统制造方法中的冷锻方法和铜焊接方法的又一问题在于，由于凸缘式线性衬套的表面应该以凸缘式线性衬套的整体形式，经过车削、热处理、表面处理和磨削的全部步骤进行机械加工，因而，机械加工工艺较为复杂而且难以应用于大规模生产的自动化加工中。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，从而通过自动化带来的生产率的提高而降低生产成本，并减少制造工序的数量。所述制造方法包括以下步骤：以预定的角度加工外部套管的边缘，以在凸缘和所述外部套管之间平滑连接；在所述凸缘和外部套管彼此连接后，为了简单的激光焊接，考虑到所述外部套管的厚度，以均匀的深度和宽度在所述外部套管的外表面上形成凹口；以与形成在所述外部套管上的凹口对应的形式，沿凸缘的内圆周加工凸缘的内边缘，以允许简单的激光焊接；连接通过上述步骤制造的所述凸缘和外部套管；以及利用高能束，焊接彼此连接的外部套管和所述凸缘，所述外部套管具有凹口，所述凸缘具有内边缘切削，或者利用具有较好线性的高能束焊接连接部分，同时向连接处供给预定直径的填充金属。

本发明的另一目的在于提供一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，与通过铜焊接方法或冷锻方法制造的整体式线性衬套相比，由于外部套管和凸缘分别制造，而且当需要连接并利用具有较好线性的高能束焊接所述外部套管和凸缘时，可以供应外部套管和凸缘，因而能通过减少部件的库存数量而节省管理费用。

本发明的另一目的在于提供一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，由于利用高能束仅在较短的时间内向焊接处的微小区域供应高能，因而能将焊接部分的变形降到最小，而且能获得较好的焊接性能。在使用具有较好线性的高能束焊接凸缘和外部套管之前，需要将凸缘和外部套管设计并制造成对使用的外观和操作没有影响的结构。

本发明的另一目的在于提供一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，在所述凸缘上邻近焊接处，形成有应力缓冲结构，该结构能吸收由焊接产生的应力，从而防止或最小化当外部套管和凸缘彼此连接并用具有较好线性的高能束彼此焊接时由热应力产生的缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种凸缘式线性衬套的制造方法，以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套，如果需要，将由合金(镍、铬及其它)制成并具有预定直径的填充金属置于并供应给所述凸缘和外部套管之间的连接处，因而，所述填充金属通过高能束与连接部分的材料一同熔融，并渗入所述连接部分，从而加强焊接部分，并通过吸收直接焊接外部套管和凸缘过程中产生的应力而提供较好的焊接性能，所述外部套管和凸缘分别由具有不同成分的材料制成。

上述技术问题可以通过一种凸缘式线性衬套的制造方法以及通过该方法制造的凸缘式线性衬套而解决，所述制造方法包括以下步骤：以预定的角度加工外部套管的边缘，以在凸缘和所述外部套管之间平滑连接；在所述凸缘和外部套管彼此连接后，为了允许简单的激光焊接，考虑到所述外部套管的厚度，以均匀的深度和宽度在所述外部套管的外表面上形成凹口；以与形成在所述外部套管上的凹口对应的形式，沿凸缘的内圆周加工凸缘的内边缘，以允许简单的激光焊接；连接通过上述步骤制造的所述凸缘和外部套管；以及利用高能束，焊接所述连接部分，在连接部分，形成在外部套管上的凹口与形成在凸缘上的结构彼此连接，或者利用具有较好线性的高能束焊接连接部分，同时向连接处供给预定直径的填充金属。

由于外部套管和凸缘分别设计和制造，并整体地彼此连接，而且连接部分容易通过具有较好线性的高能束，如激光，进行焊接，因而，本发明能够通过自动化提供生产率，并降低生产成本。

此外，与通过铜焊接方法和冷锻方法制造的整体式线性衬套相比，由于外部套管和凸缘分别制造，并且当需要连接并用较好线性的高能束焊接外部套管和凸缘时，可以供应外部套管和凸缘，因而，本发明可以通过减少部件的库存数量而节省管理费用。

而且，由于利用高能束仅在较短的时间内向焊接处的微小区域供应高能，因而本发明能将焊接部分的变形降到最小，而且能获得好的焊接性能。在使用具有较好线性的高能束焊接凸缘和外部套管之前，需要将凸缘和外部套管设计并制造成对使用的外观和操作没有影响的结构。

另外，由于在所述凸缘上邻近焊接位置处，形成有能吸收由焊接所产生的应力的应力缓冲结构，因而，本发明还能防止或最小化当外部套管和凸缘彼此连接并用具有较好线性的高能束彼此焊接时由焊接的热应力产生的缺陷。

此外，通过吸收在直接焊接外部套管和凸缘过程中产生的应力，本发明能加强焊接部分并提供好的焊接性能，所述外部套管和凸缘分别由具有不同成分的材料制成。如果需要，将由合金(镍、铬及其它)制成并具有预定直径的填充金属置于并供应给所述凸缘和外部套管之间的连接处，因而，所述填充金属与连接部分的材料通过高能束一同熔融，并渗入所述连接部分中。

附图说明

图1是表示根据本发明的凸缘和外部套管彼此连接(凸缘焊接并固定在外部套管的中部)的状态的视图；

图2是表示根据本发明的凸缘和外部套管彼此连接(凸缘焊接并固定在外部套管的端部)的状态的视图；

图3是表示为了使在直接焊接外部套管和凸缘过程中产生的应力最小化，将填充金属供给在焊接处的位置的视图，所述外部套管和凸缘分别由具有不同成分的材料制成；和

图4表示根据本发明当所述凸缘和外部套管彼此焊接时位于连接处的所述填充金属以及高能束的尺寸和形状的视图。

附图中主要参考数字的说明

11：外部套管    12：凸缘

13：凸缘的固定螺栓孔

14：用于连接所述凸缘和外部套管的焊接处

15：所述凸缘和外部套管之间焊接部分的多种沟槽形式的实施例，用于提供简单且好的焊接

21：能吸收当高能束引入连接部分时产生的应力的缓冲结构

22：用于吸收应力并允许好的焊接而供给的填充金属

23：用于焊接的连接处(由根据15的结构连接)

24：高能束的尺寸

25：高能束的传输装置(头部)

具体实施方式

实施本发明的最佳方式

根据本发明，通过机械连接外部套管和凸缘，而没有形成用于简单焊接的特殊结构，以简化制造过程，以及利用高能束焊接所述连接部分，制造一种凸缘式线性衬套。更详细地说，用于制造凸缘式线性衬套的方法包括以下步骤：a)为了凸缘12和外部套管11之间的平滑的机械连接，以预定的角度加工外部套管的边缘，凸缘12和外部套管11分别制造；b)通过机械连接所述凸缘和外部套管，使凸缘的平面与外部套管的轴线之间形成直角；以及c)使用具有较好线性的高能束(激光或电子束)焊接位于所述外部套管和凸缘之间的连接处。所述步骤a)用于所述凸缘和外部套管的简便连接，如果不必要，考虑到经济效率，可以将步骤a)省略。

本发明的方式

现在详细参考本发明的优选实施方式，优选实施方式的实施例图示在附图中。图1是表示根据本发明的凸缘和外部套管彼此连接(在该实施例中，凸缘焊接并固定在外部套管的中部)的状态的视图，图2是表示根据本发明的凸缘和外部套管彼此连接(在该实施例中，凸缘焊接并固定在外部套管的端部)的状态的视图，图3是表示为了使在直接焊接外部套管和凸缘过程中产生的应力最小化，在焊接所述凸缘和外部套管之间的连接部分之前，将填充金属供给在焊接部分的位置的视图，所述外部套管和凸缘分别由具有不同成分的材料制成，图4表示根据本发明当所述凸缘和外部套管彼此焊接时位于连接处的所述填充金属以及高能束的尺寸和形状的视图。

根据本发明，外部套管和凸缘按照可以彼此连接的方式分别进行设计和制造。在连接后，利用具有较好线性的高能束，通过焊接所述凸缘和外部套管，制造凸缘式线性衬套。一种用于制造外部套管的方法包括以下步骤：将原料切削为所需的尺寸；车削加工，以获得所需尺寸的内径和外径；热处理，以具有所需的硬度；滚磨，以将热处理后的车削加工过程中产生的毛刺清除；使用研磨机研磨，以获得精确的尺寸和表面粗糙度；以及清洁，以除去来自研磨过程的油或粉尘。一种用于制造凸缘的方法包括以下步骤：热处理原料，以消除原料中的细微裂缝并提高加工能力，将原料切削为所需的尺寸；车削并铣削，以获得所需的尺寸和形状；以及清洁。传统的铜焊接通常使用铜作为铜焊接填充金属，但缺点在于，因为用于铜熔体流动的温度相当高(1000℃至1200℃)，因而由于铜焊后的材料的变形和脱碳，而使基材的强度降低，表面硬度降低，以及脆性增大。因此，为了解决上述问题，在所述外部套管与凸缘结合后，在研磨和清洁材料之前，必须进行另外的热处理(800℃至900℃)。

在本发明中，所述外部套管和凸缘的形状在加工过程中预先设计并制造，以在连接凸缘和外部套管后形成特定的具有沟槽的结构，从而容易并方便焊接。更具体地说，在凸缘和外部套管的制造过程中，根据本发明的凸缘和外部套管可以具有各种形状或凹进的结构，以在连接后形成连接部分的沟槽结构15，这样，可以利用具有较好线性的高能束24容易地焊接分别制造的凸缘和外部套管，不会具有焊接和凸缘式线性衬套应用的任何问题。在实施高能束焊接之前，对于形成在凸缘和外部套管上的结构的彼此精确连接来说，插入和压配合过程是重要步骤。

作为选择，当进行焊接时，可以将具有预定直径的填充金属22(细金属丝型)供给到凸缘和外部套管之间的连接处，从而防止或最少化焊接部分的缺陷以及提供好的焊接。填充金属22由能吸收应力的合金(镍、铬等)制成，在对机械连接的分别具有不同成分的材料的外部套管和凸缘进行直接焊接的过程中，可能会产生应力。因而，在使用高能束进行焊接的过程中，填充金属与连接部分的材料通过高能束一同熔融，渗入所述连接部分中，并将应力释放。

作为另一种用于制造根据本发明的凸缘式线性衬套的方法，为了降低制造成本和工序数量，替代在外部套管和凸缘之间形成允许简单连接和焊接的结构，可以通过简单调整高能束的入射角度来制造凸缘式线性衬套。

一般来说，使用用于旋转焊接件，或移动产生高能束的焊接机器头部的装置或用于同时移动焊接件和焊接机器头部的装置，可以均匀地对根据本发明的连接部分进行焊接。在下文中，对根据本发明的各种优选实施方式进行详细地描述。

第一实施方式

本发明的第一优选实施方式涉及一种通过加工凸缘的内侧边缘，使用具有较好线性的高能束，制造凸缘式线性衬套的方法。所述用于制造凸缘式线性衬套的方法包括以下步骤：a)沿所述凸缘的内圆周加工将与外部套管连接的凸缘的内侧边缘，以便于容易连接和较好焊接，还便于在安装有应用底座时，消除凸缘式线性衬套的突出的熔融和焊接表面与应用底座的基准面之间的干涉；b)以凸缘平面与外部套管轴线之间的直角，机械连接外部套管与加工的凸缘；以及c)利用具有较好线性的高能束，对加工的凸缘的内侧边缘和外部套管的连接部分进行焊接。

第二实施方式

本发明的第二优选实施方式涉及一种用于制造凸缘式线性衬套的方法，该方法包括形成不同结构，以使外部套管和凸缘彼此容易机械连接和焊接；并在精确连接后使用高能束焊接所述连接部分的步骤。具体地说，该制造凸缘式线性衬套的方法包括以下步骤：a)以预定角度加工外部套管的边缘，以使外部套管与凸缘平滑地机械连接；b)考虑到外部套管的厚度，在外部套管的外表面上形成预定深度和宽度的凹口，以允许具有较好线性的高能束(激光或电子束)容易进入，并且允许凸缘与外部套管连接后的好的焊接；c)沿凸缘的内圆周加工凸缘的内侧边缘，以形成容易机械连接和激光焊接的所需结构；以及d)机械连接外部套管和凸缘，所述外部套管和凸缘通过上述工艺分别制备为所需的形状和尺寸，以使外部套管的凹口与凸缘的结构彼此对应，并将外部套管11的轴线与凸缘12的平面彼此垂直定位，并利用具有较好线性的高能束焊接所述连接部分。在步骤c)中，根据凸缘的使用目的以及与外部套管连接的位置，所述外部套管的凹口与凸缘的加工结构可以具有多种形式。也就是说，外部套管的凹口与凸缘的结构并不限于一种形式，考虑到焊接的便利和较高质量，焊接后的外观，应力的释放等，外部套管的凹口与凸缘的结构可以形成多种结构15和尺寸(圆型、倾斜型、分层型、凹型等)。而且，根据应用和使用的位置，凸缘本身可以制造为多种形状，如圆形、椭圆形、正方形或长方形。此外，根据长度和使用目的，可以将凸缘设置在外部套管的端部或中部，并与其它结构连接。

而且，如果必要，在凸缘上靠近焊接处，可以形成用于吸收由于焊接而产生的应力的应力缓冲结构，以进一步防止或最小化缺陷，所述缺陷可能在连接所述外部套管和凸缘，并用具有较好线性的高能束焊接所述外部套管和凸缘时，由高能量引起的热应力产生。考虑到经济效率，可以省略用于在凸缘和外部套管之间形成容易连接的结构的步骤a)。

第三实施方式

本发明的第三优选实施方式涉及一种利用填充金属制造凸缘式线性衬套的方法，用以防止焊接部分的缺陷，并提供连接部分高质量的焊接，这是因为通过填充金属与连接部分材料共同熔融，并渗入凸缘和外部套管之间的焊接部分，所述填充金属能够吸收由于焊接的高能量而产生的应力，所述凸缘和外部套管分别由具有不同成分的材料制成。

将对使用填充金属制造凸缘式线性衬套的方法进行更加详细地描述。在第一实施方式的步骤b)后，在第一优选实施方式中使用填充金属制造凸缘式线性衬套的方法还包括以下步骤：c)将由合金制成且具有预定直径的填充金属置于凸缘和外部套管之间紧靠连接处23的位置；以及d)使用具有较好线性的高能束(激光或电子束)，通过填充金属与连接部分的材料的一同熔融，并渗入焊接部分，而进行焊接，同时持续向连接处供给填充金属。

在第二优选实施方式的步骤d)之后，在第二优选实施方式中使用填充金属制造凸缘式线性衬套的方法还包括以下步骤：e)将由合金制成且具有预定直径的填充金属置于凸缘和外部套管之间紧靠连接处23的位置；以及f)使用具有较好线性的高能束(激光或电子束)，通过填充金属与连接部分的材料的一同熔融，并渗入焊接部分，而进行焊接，同时持续向连接处供给填充金属。

第四实施方式

本发明的第四优选实施方式涉及一种用于制造凸缘式线性衬套的方法，当安装有应用底座时，不会在凸缘式线性衬套的突出的焊接表面与应用底座的基准面之间产生任何干涉。在第一实施方式和第三实施方式中，通过利用凹进的外部套管和机械加工的凸缘之间的连接形成的沟槽结构，如图1和图2所示。在该实施例中，外部套管和凸缘通过以下步骤彼此连接：将填充金属置于紧靠外部套管和凸缘之间的连接处的位置，所述凸缘上设置有螺栓头；并在使用具有较高线性的高能束焊接所述连接部分的同时，向所述连接处供给填充金属。

在下文中，将详细描述第四优选实施方式。所述用于制造凸缘式线性衬套的方法包括以下步骤：a)分别在外部套管上形成凹口结构和在凸缘上形成机械加工结构后，通过装配，使外部套管与凸缘连接，如图1和图2所示；b)以直角机械连接所述外部套管和凸缘；c)将填充金属置于凸缘和外部套管之间紧靠连接处的位置，所述凸缘上置有螺栓头；以及d)使用具有较好线性的高能束焊接外部套管和凸缘之间的连接部分，所述填充金属位于该连接部分，同时向所述连接处供给填充金属。根据第四优选实施方式，由于焊接区域的突出位于凸缘式线性衬套内凸缘平面以下，因而可以容易地获得凸缘式线性衬套，当安装有应用底座时，不会在凸缘式线性衬套的突出的焊接表面与应用底座的基准面之间产生任何干涉。填充金属用于通过相当大地吸收由于外部套管和凸缘之间焊接区域的高能量产生的应力而将缺陷最小化，所述外部套管和凸缘分别由具有不同成分的材料制成；并通过利用具有较好线性的高能束(激光或电子束)与连接部分的材料一同熔融，并渗入焊接部分中，而提供坚固且质量较高的焊接性能。

在实施本发明的最佳方式以及第一优选实施方式中，凸缘和外部套管分别制造。此后，当消费者选择凸缘和外部套管时，选择的凸缘和外部套管彼此简单地机械连接，然后，对凸缘和外部套管之间的连接部分进行焊接。作为选择，如在实施本发明的最佳方式中以及在第一和第二优选实施方式中，由合金制成且具有预定直径的填充金属在凸缘和外部套管彼此机械连接的状态中置于紧靠连接处的位置，然后用具有较好线性的高能束进行焊接，因而，填充金属与连接部分的材料一同熔融，并渗入所述连接部分中，从而本发明可以最大程度地减少焊接部分的缺陷，并提供较高的焊接质量，因为填充金属能够吸收由凸缘和外部套管之间的焊接部分因高能量而产生的应力。在实施本发明的最佳方式中以及在第一和第二优选实施方式中，用于使外部套管和凸缘彼此连接的高能焊接，可以通过TIG焊接、电子束焊接以及多种高输出激光来实现。优选地，考虑到外部套管和凸缘的材料，填充金属由合金材料制成，且填充金属的直径(厚度)小于线性高能束的直径，当焊接外部套管和凸缘时，线性高能束到达连接处，因而，填充金属与连接部分的材料一同完全熔融，并在焊接过程中渗入连接部分中。当高输出激光或电子束辐射到焊接处时，具有较好线性的高能束必须将焊接部分的变形降低到最小，并提供较好的焊接性能。根据本发明，如果激光能产生足以提供较高焊接性能的能量，则任何类型的高输出激光都可以用于实现本发明的目的，如Nd-YAG激光(CW或脉冲型，起始高输出脉冲激光等)。

工业实用性

如上所述，由于外部套管和凸缘分别设计、制造并彼此整体连接，而且连接部分可以通过具有较好线性的高能束，如激光，容易地进行焊接，因而，本发明可以通过自动化提高生产率，并降低制造成本。

此外，与通过铜焊接方法和冷锻方法制造的整体式线性衬套相比，由于外部套管和凸缘分别制造，并且如果需要，可以在外部套管和凸缘处于连接和通过具有较好线性的高能束焊接的状态时供给外部套管和凸缘，因而，本发明能降低部件的库存数量以及管理成本。