專利名稱：用在焊接過程中的測試塊的制作方法
技術領域：
本申請涉及焊接工件，具體涉及用在焊接過程中的測試塊。
背景技術：
在許多情形下，期望精確控制對精密組件的加工和制造。一種這樣的器件是用于在工業過程中測量過程流體的壓力的壓力變送器。這種變送器中使用的壓力傳感器通常包括焊接在一起以容納壓力的金屬外部結構。壓力傳感器中的焊接受到由于超過壓力傳感器的額定值的所感測到的壓力而引起的力，換言之，由于故障條件下的過壓而引起的力。已知用于使焊接過程有資格用于生產壓力傳感器的各種方法。典型地，準備并焊接生產壓力傳感器,并根據質量抽樣規劃來測試部件。基于測試結果,可以使焊接過程有資格用在特定的壓力傳感器生產過程中，或者，如果測試結果揭示出缺陷，則可以對焊接過程進行改變。許多焊接測試是涉及危險步驟的破壞性測試。這些破壞性測試可以包括施加較大的力從而使焊縫彎曲或破裂、切開通過焊縫的橫截面、以及利用酸來拋光和蝕刻橫截面，以揭示缺陷。其他焊接測試是非破壞性測試。這些非破壞性測試包括X射線成像和超聲測試。典型地，非破壞性測試在執行上昂貴且耗時，并需要熟練的操作者操作非破壞性成像設備。
實用新型內容本實用新型要解決的問題是實現便宜并易于操作的非破壞性測試。在以下所述的實施例中，公開了一種用于控制工件中的焊接穿透深度的測試塊。所述測試塊關于工件的焊接過程來模擬工件。所述測試塊包括測試焊接路徑。所述測試焊接路徑復制工件的焊接表面上的生產焊接路徑。所述測試塊包括位于所述測試焊接路徑之下的熔透表面。所述熔透表面以沿所述測試焊接路徑的長度而減小的間距與所述測試焊接路徑間隔開。所述間距從大于標準焊接穿透深度變化至小于所述標準焊接穿透深度。測試塊可以模擬包括陶瓷材料的工件。測試焊接路徑可以包括旋轉路徑。測試塊中可以形成激光焊接。測試塊可以包括測試安裝表面，測試安裝表面可以彼此平行。測試安裝表面可以包括被夾持的表面。熔透表面可以包括圓柱體的內表面，該圓柱體的內表面相對于該測試塊的外圓柱表面偏心。熔透表面可以是蝕刻表面。熔透表面可以包括溫度敏感涂層。由此，基于上述解決方案，本實用新型實現了便宜并易于操作的非破壞性測試。
[0015]圖1A、1B示意了包括利用通過使用測試塊控制的焊接穿透深度焊接的焊接壓力傳感器在內的過程變量變送器。圖2示意了包括以通過使用測試塊控制的焊接穿透深度焊接的焊接壓力傳感器在內的過程變量變送器的框圖。圖3A、3B、4示意了以通過使用測試塊控制的焊接穿透深度焊接的壓力傳感器。圖5示意了用于焊接測試塊和生產壓力傳感器的生產夾緊裝置(holdingfixture)。 圖6A、6B、7、8和9示意了測試塊的實施例。圖10A、10B示意了在不使用測試塊的情況下(圖10A)和在使用測試塊的情況下(圖10B)焊接穿透深度的可比較統計頻率分布。
具體實施方式
在以下所述的實施例中，描述了一種質量控制過程和設備，可用于制造過程變送器，特別是包括焊接的壓力傳感器在內的壓力變送器。然而，本實用新型可以用于任何工件，而不限于這里描述的具體示例。在質量控制過程中，提供了在焊接過程中模擬壓力傳感器的測試塊。該測試塊具有復制工件上的生產焊接路徑的測試焊接路徑。向該測試塊提供了熔透表面，該熔透表面以沿測試焊接路徑的長度減小的間距與測試焊接路徑間隔開。間距從大于標準焊接穿透深度變化至小于標準焊接穿透深度。對熔透位置的測量指示了焊接穿透深度的數值，并允許在不對生產工件進行破壞性測試的情況下對焊接過程進行統計過程控制。圖1A、1B示意了過程變量變送器160的前視圖和側視圖。在圖1A、1B中，變送器160的一部分被分開以示意壓力傳感器162的位置。過程變量變送器160包括過程傳感器162。過程傳感器162包括焊接的壓力傳感器，如以下結合圖3A、3B、4、5、6A、6B、7-9、10A和IOB所示的示例更詳細描述的，焊接的壓力傳感器是以通過使用測試塊控制的焊接穿透深度來焊接的。壓力傳感器162在去往電子裝置166的線164上提供壓力傳感器信號。以下結合圖2所示的示例更詳細地描述電子裝置166。壓力變送器160可連接至用于感測工業過程流體中的差壓的壓力凸緣168。圖2示意了包括焊接的壓力傳感器502的過程變量變送器500的框圖。焊接的壓力傳感器502是利用具有通過使用測試塊控制的焊接穿透深度的焊縫504來焊接的。以下結合圖6至9所示的示例更詳細地描述測試塊。以下結合圖3A、3B、4所示的示例更詳細地描述壓力傳感器502。壓力傳感器502通過毛細管506、508耦合至作為變送器500的一部分的高側和低側隔離組件510、512。將來自壓力凸緣168的過程差壓施加至隔離組件510、512。隔離組件510、512和毛細管506、508被填充有將壓力耦合至壓力傳感器502的油。傳感器電路516耦合至傳感器504并將補償后的傳感器信號提供給測量電路524。提供了與所感測到的壓力有關的過程變量輸出。例如，該輸出在雙線過程控制環上可以是無線輸出或基于另一通信技術。圖3A示意了壓力傳感器100的前橫截面視圖，圖3B示意了壓力傳感器100的側視圖。壓力傳感器100是使用自動化生產方法、以較大量生產的生產部件(或“工件”)。壓力傳感器100包括金屬壓力傳感器隔膜102。壓力傳感器100包括左單元杯組件104和右單元杯組件106。左單元杯組件104包括圍繞電絕緣同心陶瓷芯110的大體為圓形的金屬杯108。金屬線112嵌入電絕緣陶瓷芯110中。金屬線112通過填充有電絕緣陶瓷的孔114從金屬杯108露出。根據一個方面，陶瓷包括玻璃。金屬線112用作壓力傳感器100的電導線。左單元杯組件104包括陶瓷芯110上的鍍金屬116。鍍金屬116電連接至金屬線112并用作電容器板。在圓形焊縫118處將隔膜102焊接至金屬杯108。左單元杯組件104包括毛細管120。毛細管120用作第一加壓流體的入口。右單元杯組件106包括圍繞電絕緣同心陶瓷芯140的大體為圓形的金屬杯138。金屬線142嵌入電絕緣陶瓷芯140中。金屬線142通過填充有電絕緣陶瓷的孔144從金屬杯138露出。金屬線142用作壓力傳感器100的電導線。右單元杯組件106包括陶瓷芯140上的鍍金屬146。鍍金屬146電連接至金屬線142并用作電容器板。右單兀杯組件106包括毛細管150。毛細管150用作第二加壓流體的入口。通過焊接過程將左單元杯組件104 (包括隔膜102)和右單元杯組件106在焊縫152處焊接在一起。沿著密封壓力傳感器100的圓形路徑連續焊接焊縫152。如以下結合圖4更詳細描述的，在用于感測壓力期間，當對壓力傳感器100加壓時，焊縫152受到相當大的力。焊縫152具有通過使用測試塊控制的焊接穿透深度101。根據一個實施例，作為制造過程變送器中的統計過程控制(SPC)過程的一部分，實現該控制。圖4示意了在用于感測壓力期間的壓力傳感器100。通過毛細管120將靜態壓力Ps (也稱作線壓)施加至壓力傳感器100。通過毛細管150將第二壓力Ps+A P施加至壓力傳感器100。隔膜102響應于壓差(Ps+AP)-(Ps) = AP而偏離。電容性地感測隔膜的偏離，并且，壓力傳感器100在導線112、142處提供表示壓差A P的電輸出。隨著所施加的壓力增大，左和右單元杯組件104、106的形狀由于所施加的壓力而輕微變形。在圖4中非常夸大地示出了該變形。焊縫152受到由于靜態壓力Ps對壓力傳感器100的加壓而引起的沿所示的線154的張力。焊縫152還受到由于來自加壓的變形而引起的扭力。測試并仔細控制焊縫152的焊接穿透深度101，使得焊接穿透得足夠深以使焊縫152較強，但不足以深到使焊接損壞陶瓷110、140或鍍金屬116、146。對焊接穿透深度101的控制確保了壓力傳感器100的焊縫152具有足夠的焊接穿透深度以使其可以承受工廠測試和現場使用時施加的過壓。對焊接穿透深度101的控制確保了焊接不會穿透太深從而損壞壓力傳感器100的內部工作部件。圖5示意了壓力傳感器100，其為安裝和夾持在一起包括生產夾緊裝置的兩個旋轉夾具302、304之間的生產部件。激光焊接機306發射對壓力傳感器100中的金屬加熱的激光束308，以在生產焊接過程中形成焊縫152。穿透深度(圖4的101處)是可通過調整激光焊接機306上的功率輸出和其他控制來控制的。旋轉夾具302、304旋轉以使得焊縫152沿著生產焊接路徑310。旋轉夾具302、304對壓力傳感器100施加軸向壓縮力，以在焊接過程期間將壓力傳感器100夾緊至適當位置。壓力傳感器100包括接觸第一旋轉夾具302的第一生產安裝表面312。壓力傳感器100包括接觸第二旋轉夾具304的第二生產安裝表面314。如圖所示，優選地，安裝表面312、314包括壓力傳感器100上與旋轉夾具302、304相接觸的相對環形表面。向壓力傳感器100按壓旋轉夾具302、304，以在旋轉焊接期間將壓力傳感器100夾持到適當位置。為了使焊接過程合格，過去要在生產期間對焊縫152的穿透深度101進行破壞性抽樣。將壓力傳感器100的樣本切成兩半(切成片段)，以便露出焊縫的橫截面以用于目視檢查。該檢查過程是破壞性測試過程，這是由于壓力傳感器100的樣本不可用并被丟棄。然而，利用本方法，作為例程質量控制過程的一部分，不對壓力傳感器100的樣本進行破壞性測試。在本方法中，在固定裝置中焊接測試塊，并檢查測試塊上的熔透，以控制壓力傳感器100中的焊接的質量。使焊接過程合格的破壞性方法是危險、昂貴且耗時的。這些問題被以下結合圖6至10描述的非破壞性測試方法顯著減少，在該非破壞性測試方法中，以與生產部件100實質上相同的方式安裝、夾持和焊接測試塊400。然后檢查測試塊400，而無需切割和拋光，并且不會破壞壓力傳感器。圖6A、6B示意了測試塊400的實施例。測試塊400按照生產壓力傳感器(如壓力傳感器100)的焊接過程來模擬該生產壓力傳感器。測試塊400包括測試塊400上復制生產壓力傳感器上的生產焊接路徑(例如，圖5中的路徑310)的測試焊接路徑402。測試塊400包括測試塊400上復制生產壓力傳感器上的生產安裝表面(例如，圖5中的表面312、314)的測試安裝表面404、406。測試塊包括測試塊400上位于測試焊接路徑402之下的熔透表面408。熔透表面408以沿測試焊接路徑的長度而減小的間距410與測試焊接路徑402間隔開。間距410從大于標準焊接穿透深度412變化至小于標準焊接穿透深度412。內熔透表面408相對于測試塊400的外表面上的測試焊接路徑402偏心(eccentric)。根據一個方面，測試塊400由與圖3的壓力傳感器中的金屬杯108、138相同類型的金屬形成。根據一個方面，測試塊400由復制壓力傳感器中使用的金屬合金的金屬合金形成。圖7示意了圖6所示的測試塊400的斜視圖。測試焊接路徑402是圍繞測試塊400周圍的連續閉合圓形路徑。根據一個方面，測試塊400包括以下結合圖10更詳細描述的參考標記816。圖8示意了焊接過程之前測試塊400的斜橫截面視圖。根據一個方面，測試塊400的內表面420具有在焊接之前無外觀變化的實質上均勻的平滑外觀。圖9示意了焊接過程已經施加焊縫422之后測試塊400的斜橫截面視圖。測試塊400的內表面420在熔透區域408中顯示褪色區域424，其中，由于焊縫422而存在熔透褪色。僅在焊接穿透深度412超過間距410處存在褪色區域424。焊縫422在更薄的區域中穿透至內表面420，并在厚度超過焊接穿透深度412處停止穿透。測試塊400中對偏心孔的使用允許數值穿透測量，該數值穿透測量標識在焊縫停止穿透處測試塊400的壁的厚度。現在參照圖5至9，提供了用于使焊接過程(圖5)在壓力傳感器100(圖3A、3B)上合格的方法。該方法包括提供按照焊接過程模擬壓力傳感器100的測試塊400。該方法包括對測試塊上復制壓力傳感器100上的生產焊接路徑310的測試焊接路徑402進行成形。該方法包括對測試塊400上復制壓力傳感器100上的壓力傳感器安裝表面312、314的測試安裝表面404、406進行成形。該方法包括對測試塊400上位于測試焊接路徑402之下的熔透表面408進行成形。該方法包括以沿測試焊接路徑402的長度減小的間距410將熔透表面408與測試焊接路徑402間隔開。間距410從大于標準焊接穿透深度412變化至小于標準焊接穿透深度412。[0042]該方法包括將測試安裝表面404、406安裝至生產夾緊裝置302、304。該方法包括使用焊接過程、沿測試焊接路徑402焊接測試塊400。該方法包括將測試塊400從生產夾緊裝置302、304移除；以及檢查熔透表面408以測量在焊接穿透熔透表面408處的間距412的數值。根據一個方面，對熔透表面408涂覆溫度敏感涂層，以提高來自焊接過程的熔透的可見性。根據另一方面，(在焊接之前或之后)蝕刻熔透表面408，以提高來自焊接過程的熔透的可見性。根據另一方面，拋光熔透表面408，以在焊接之前提供鏡面精加工。使用本公開的非破壞性方法對焊接穿透深度412的測量與來自以上結合圖5討論的先前破壞性方法的結果很好地相關。圖10A、10B示意了在不使用測試塊的情況下(圖10A)和在使用測試塊的情況下 (圖10B)焊接穿透深度的可比較統計頻率分布。圖IOA示意了不使用測試塊的壓力傳感器生產過程中焊接穿透深度的示例統計頻率分布600。水平軸602表示與額定期望焊接穿透深度的偏離。例如，具有與期望焊接穿透深度相等的穿透深度的焊接出現在頻率分布600中水平軸602上的“0”處。水平區間604表示在沒有可損壞壓力傳感器內部部件的過大深度的情況下、與可接受以確保過壓條件下的焊接的足夠強度的期望焊接穿透深度的偏離范圍。如圖所示，頻率分布600近似于正態分布。圖IOB示意了使用測試塊的壓力傳感器生產過程中焊接穿透深度的示例統計頻率分布610。水平軸612表示與額定期望焊接穿透深度的偏離。例如，具有與期望焊接穿透深度相等的穿透深度的焊接出現在頻率分布610中水平軸612上的“0”處。水平區間604表示在沒有可損壞壓力傳感器內部部件的過大深度的情況下、與可接受以確保過壓條件下的焊接的足夠強度的期望焊接穿透深度的偏離范圍。水平區間604在圖IOA和IOB中是相同的區間。如圖所示，頻率分布610近似于正態分布。對測試塊的使用允許以低得多的成本、更加快速地執行對壓力傳感器中的焊接穿透深度的測試。當使用測試塊時可以更頻繁地進行抽樣，并且，可更快速且頻繁地得到生產過程的控制的反饋，從而極大地減小了與額定期望穿透深度的偏離。應當理解，盡管在以上描述中闡述了本實用新型的各個實施例的許多方面，但是本公開僅是示意性的，并且，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，可以在形式和細節上進行改變。本實用新型不限于這里所示的具體的壓力傳感器配置，并且適用于在諸如過程變量變送器之類的過程設備中使用的其他傳感器配置以及其他焊接。此外，本實用新型適用于包括焊縫的任何工件，而不限于壓力傳感器。
權利要求1.一種用在焊接過程中的測試塊，其特征是，所述測試塊包括 所述測試塊上的測試焊接路徑，所述測試焊接路徑復制工件的外表面上的生產焊接路徑; 所述測試塊上位于所述測試焊接路徑之下的熔透表面，所述熔透表面以沿所述測試焊接路徑的長度而減小的間距與所述測試焊接路徑間隔開，所述間距從大于標準焊接穿透深度變化至小于所述標準焊接穿透深度。
2.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，所述測試塊對包括陶瓷材料的工件進行模擬。
3.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，所述測試焊接路徑包括旋轉路徑。
4.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，在所述測試塊中形成激光焊接。
5.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，包括測試安裝表面，所述測試安裝表面彼此平行。
6.根據權利要求5所述的測試塊，其特征是，所述測試安裝表面包括被夾持的表面。
7.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，所述熔透表面包括圓柱體的內表面，所述圓柱體的內表面相對于所述測試塊的外圓柱表面偏心。
8.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，所述熔透表面是蝕刻表面。
9.根據權利要求I所述的測試塊，其特征是，所述熔透表面包括溫度敏感涂層。
專利摘要本申請涉及用在焊接過程中的測試塊。公開了一種用于控制工件中的焊接穿透深度的測試塊。所述測試塊按照工件的焊接過程來模擬工件。所述測試塊包括測試焊接路徑。所述測試焊接路徑復制工件的焊接表面上的生產焊接路徑。所述測試塊包括位于所述測試焊接路徑之下的熔透表面。所述熔透表面以沿所述測試焊接路徑的長度而減小的間距與所述測試焊接路徑間隔開。所述間距從大于標準焊接穿透深度變化至小于所述標準焊接穿透深度。
文檔編號B23K31/12GK202498313SQ20112037195
公開日2012年10月24日 申請日期2011年9月27日 優先權日2010年10月1日
發明者丹尼爾·S·辛普森, 埃里克·P·彼德森 申請人:羅斯蒙德公司