焊接夾具的制作方法

焊接夾具的制作方法
【專利摘要】一種用于可釋放地接合可焊接物體的焊接夾具，包括：具有流體通道的支撐體；以及耦接至支撐體的、具有接納該物體的內腔的接納件。沿接納件布置至少一個流體輸送管，并且該至少一個流體輸送管與支撐體的流體通道流體連通。夾具允許可焊接物體被精確地定位以進行焊接，并且夾具提供了用于將惰性氣體輸送至焊接位置的流體輸送系統。
【專利說明】焊接夾具
【技術領域】
[0001]本公開總體上涉及焊接方法和在焊接中使用的設備。更特別地，本公開涉及流量計的制造，這些流量計用于對與液體或氣體的流量有關的參數進行測量。更特別地，本公開涉及用于安裝和密封超聲波流量計中的換能器(transducer)的方法和設備。
【背景技術】
[0002]處于液相和氣相的碳氫化合物通過管道、船舶和其它容器從一處運輸至另一處。當流體易主時，該事件被稱作“密閉輸送”(custody transfer)。密閉輸送例如出現在碳氫化合物在一個或更多個管道系統之間通過時以及在裝載到船舶或從船舶卸載時。在密閉輸送期間，特別期望的是，準確地知道連續流動的流體的量。甚至在不發生密閉輸送的情況下，針對記錄保存和工程評價也期望測量準確性，并且在這些情況下，通常使用超聲波流量計。
[0003]超聲波流量計通常包括使流體流經的計量器主體以及兩個或更多個換能器組件，這些換能器組件各自緊固在流量計主體中的專用端口內部。流量計主體也可以稱為管段(spool piece)。為了將流體密封在流量計內，傳統的換能器殼體以螺紋方式被緊固在管段中的每個端口內，并且換能器被密封在殼體內。因此，管段以及換能器和換能器殼體形成了密封容器以及包含正流經計量器的流體的壓力邊界。
[0004]端口和換能器成對地布置和定位在計量器中，并且使得一對換能器從管段的流體承載孔的相對側面對彼此。當被耦接在換能器殼體內時，換能器的壓電元件鄰近流體承載孔的內表面。換能器發送和接收來回地穿過流體流的聲信號。每個換能器均被耦接至外部電子設備，這些外部電子設備交替地生成和解釋發送到換能器的壓電元件的電信號以及從換能器的壓電元件接收的電信號。
[0005]通常將機械密封件用于將換能器殼體密封到管段中的螺紋端口中。用于該應用的常見機械密封件是面密封件，該面密封件包括在兩個相對的金屬表面之間壓縮的密封材料。在將這樣的密封件使用在運送液化天然氣(LNG)的系統中的情況下，密封件必須在接近零下170攝氏度的溫度下操作并且通常由鐵氟龍?( Teflon? )制成。在這樣的極端溫度下，密封材料會缺乏所需的彈性。此外，與密封材料接觸的兩個金屬表面必須具有非常精細的表面光潔度，從而要求手工拋光處理以實現必要的光滑度。因此，用于將換能器殼體安裝在通過其運送LNG的計量器中的機械密封件的使用涉及制造的復雜性和潛在的失效模式。因此，將會有益的是，實施一種將換能器殼體耦接和密封至計量器主體的方法，該方法將會在不使用螺紋和可移除的密封材料的情況下防止碳氫化合物泄漏。

【發明內容】

[0006]通過在本文中公開的設備和方法來解決現有技術中的這些和其它需求。在一個實施例中，公開了用于可釋放地接合可焊接物體的焊接夾具。夾具包括具有第一端部和至少一個流體通道的支撐體以及被耦接至支撐體的接納件，其中接納件包括被構造成接納可焊接物體的內腔。夾具還包括沿接納件的至少一部分布置的、并且與流體通道流體連通的至少一個流體輸送管。夾具允許可焊接物體被精確地定位并緊固在用于焊接的位置，并且夾具還提供了流體輸送系統，以用于將惰性氣體輸送至與可焊接物體相鄰的焊接位置。
[0007]在另一實施例中，一種用于插入到計量器主體中的組件包括支撐體，該支撐體具有多個流體腔以及與流體腔流體連通的歧管。接納件被耦接至支撐體并具有接納換能器殼體的腔，其中換能器殼體至少部分地被布置在腔內。組件包括流體輸送管，這些流體輸送管是沿接納件布置的，并與支撐體的流體腔和歧管流體連通。組件被構造成將換能器殼體大約定位在形成于計量器主體中的通孔中，并且允許該殼體被焊接和密封至計量器主體。
[0008]因此，本文中所描述的實施例包括下述特征的組合:其意在解決與某些現有的裝置、系統和方法相關聯的各種缺陷。在閱讀以下詳細描述時以及通過參照附圖，上述的各種特性和特征以及其它特性和特征對于本領域技術人員而言將會容易地變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據本文中所描述的原理的、具有換能器的流量計的實施例的透視圖；
[0010]圖2是圖1的計量器的一部分的橫截面圖，示出了換能器端口中的換能器殼體；
[0011]圖3是圖2中示出的換能器殼體的透視圖；
[0012]圖4是根據本文中描述的原理的、被構造成對圖3的換能器殼體進行固定的焊接夾具的透視圖；
[0013]圖5是圖4的焊接夾具的橫截面側視圖；
[0014]圖6是與圖5中示出的焊接夾具結合使用的隔離構件的側視圖；
[0015]圖7是根據本文中描述的原理的、被構造成耦接圖3的換能器殼體的插入塊的透視圖；
[0016]圖8是圖7的插入塊的透視的仰視圖；
[0017]圖9是根據本文中描述的原理的、包括圖3的換能器殼體、圖4的焊接夾具以及圖7的插入塊的裝配組件的透視圖；
[0018]圖10是圖9的裝配組件的橫截面圖；
[0019]圖11是布置在圖1中的計量器的換能器端口中的、圖9的裝配組件的橫截面圖；
[0020]圖12是裝配組件的橫截面圖，其與圖11類似但將圖7的插入塊移除以準備焊接；
[0021]圖13是插入塊的另一實施例的等距正視圖，根據本文中描述的原理，該塊具有槽口，并且被構造成耦接圖3的換能器殼體；以及
[0022]圖14是在圖13中示出的插入塊的等距后視圖。
[0023]圖15是根據本文中描述的原理的、用于形成焊接密封的方法的簡化流程圖。【具體實施方式】
[0024]以下描述對于本發明的實施例是示例性的。這些實施例不應被理解為或以其它方式用作對包括權利要求的公開的范圍的限制。本領域技術人員將會理解，以下描述具有寬廣的應用，并且對任何實施例的討論僅僅意味著對該實施例是示例性的，并且不是意圖以任何方式暗示將包括權利要求的公開的范圍限于該實施例。
[0025]不一定按照比例來繪制附圖。可以以放大的比例或者以某種程度上的示意形式示出本文中所公開的某些特征和部件，并且為了清楚和簡明起見，可以不示出常規元件的一些細節。
[0026]在本文中(包括在權利要求中)以開放方式使用術語“包含”和“包括”，并且術語“包含”和“包括”應當被理解為是指“包括但不限于”。此外，術語“耦接”意圖是指間接連接或直接連接。因此，如果第一部件耦接第二部件或被耦接至第二部件，則部件之間的連接可以是通過這兩個部件的直接接合或者是通過經由其它中間部件、裝置和/或連接而完成的間接連接。
[0027]在一些附圖中，一個或更多個部件或者部件的方面可以不被顯示，或者可以不具有用于標識在別處被標識的特征或部件的附圖標記，以便改進附圖的清楚和簡明。
[0028]此外，當在本文中使用時，術語“軸向的”和“軸向地” 一般是指沿著或平行于給定軸線(例如主體或端口的中心軸線)，而術語“徑向的”和“徑向地”一般是指垂直于軸線。例如，軸向距離是指沿著或平行于軸線而測量的距離，并且徑向距離是指垂直于軸線而測量的距離。此外，在以下公開中以及在權利要求中，“流體”是指液體、氣體或液體和氣體的混合物。
[0029]具有焊接的換能器殼體的計暈器的實施例
[0030]參照圖1，超聲波流量計5的部分組裝的示例性實施例包括適于放置在管道的對準部分之間的計量器主體或管段10、一個或更多個換能器50、一對凸緣22、以及至少一個電子設備殼體40。電子設備殼體40優選是密封的外殼。殼體40通過導管44而被間接地耦接至計量器主體10。然而，在其它實施例中，殼體40被直接地耦接至計量器主體10。此夕卜，盡管在圖1中示出的計量器5是用于液化天然氣的超聲波流量計，然而本公開和本文中描述的原理同樣適用于各種不同的計量器，例如包括氣體超聲波流量計、激光多普勒測速系統、以及用于測量靜止或流動流體的熱力學特性的探針，并且本公開也適用于需要與本文中說明的焊接相似的焊接的其它系統。
[0031]計量器主體10是管狀構件，該管狀構件包括具有外表面20的大致圓柱形的中空部分、縱向軸線11、以及內部流動通道12，其中通過內部流動通道12可以測量流體的流量。通常，主體10被鑄造或鍛造并且然后被加工至其最終形式；然而，可以通過任何適當的制造技術來形成主體10。計量器主體10的每個端部均被耦接至凸緣22。凸緣22適于連接至管道部分上的相應凸緣(未示出)。
[0032]在圖1的實施例中，計量器主體10的外表面20包括多個凹部或換能器袋狀部24。最終，換能器組件50被布置在每個換能器袋狀部24中。在本文獻的其余部分中，換能器組件50將被簡單地稱作換能器50。每個袋狀部24連接至換能器端口 30，換能器端口 30是主體10中的通孔，延伸至內部流動通道12。如圖2所示，每個換能器端口 30被構造成通過換能器端口 30的焊接斜面34與殼體60的焊接斜面84之間的環形焊道(weld beld)38來接納并耦接換能器殼體60。在圖1中可以看到焊接部38，而在圖2中僅示出了焊道38的一部分。換能器殼體60被構造成滑動地接納換能器50并且防止流體從端口 30流失。一個或更多個換能器殼體60的一部分可以延伸至內部流動通道12中。
[0033]參照圖1，換能器50通過穿過導管的一個或更多個電纜52而被電耦接至電子設備殼體40內的電路。電子設備殼體40內的電路可以被構造成執行以下任務中的任一或全部任務:接收、放大、調節、約束、存儲和發送來自一個或更多個換能器50的數據。換能器50可以包括各種換能器類型，例如包括熱電偶、壓力換能器、激光或超聲波流量傳感器元件或者這些類型的組合。在圖1的示例性實施例中，換能器50包括超聲波流量傳感器元件，并且優選是能發送和接收聲能(sonic energy)的收發器。聲能能夠與計量器5中的流體的流動進行可預測的交互。計量器主體10被構造成用于保持多對相對的換能器50。給定的一對換能器50的構件被布置在計量器主體10的相對側的袋狀部24和端口 30中，以便于在成對的換能器之間進行聲能的交換。
[0034]圖2示出了計量器主體10的一部分的橫截面圖，計量器主體10的該部分具有換能器袋狀部24、以及被插入的并與換能器端口 30的中心軸線31對準的大致圓柱形的換能器殼體60。換能器袋狀部24包括垂直于中心軸線31布置的配合面25。端口 30包括主孔35、同心擴孔33、以及鄰近袋狀部24布置的同心焊接斜面34。孔壁32延伸穿過端口 30，其包括主孔35、擴孔33和焊接斜面34的表面。
[0035]參照圖2并且也參照圖3，換能器殼體60包括中心軸線61、密封端部62、外表面63、開口端部64、密封端部62處的密封板65、多特征中心孔66、圓柱形頭部70、凸緣80、以及管狀延伸部90。中心孔66從密封端部62延伸至開口端部64。中心孔66被端部62處的板65密封,并且被構造成接納通過開口端部64插入的換能器50 (圖1)。在至少一個構造中，在換能器50的第一部分被接納和耦接在孔66內之后，換能器50的第二部分突出超出開口端部64。在一個或更多個其它構造中，整個換能器50被布置在孔66之內。圓柱形頭部70被布置在殼體60的開口端部64處，并且包括徑向延伸的大致矩形的凸臺72。凸臺72包括平坦的上表面74和徑向延伸到中心孔66的通孔76。在圖3中示出的實施例中，通孔76被制有螺紋。管狀延伸部90從密封端部62朝圓柱形頭部70延伸并且包括外表面92，外表面92的直徑小于作為換能器端口 30的通孔的直徑。軸向延伸的溝槽94被布置在外表面92中并且到達密封端部62。優選地，溝槽94圍繞外表面92周向地且均勻地彼此間隔開。盡管僅可以看到兩個溝槽94，但是圖3的實施例包括四個溝槽94。然而，可以采用更多個或更少個溝槽94。徑向延伸的凸緣80被布置在圓柱形頭部70與管狀延伸部90之間，其中平坦的環形面82鄰近頭部70。焊接斜面84被布置成與面82鄰近。
[0036]如圖2中所示，使密封板65凹進殼體60的端部62內。在各種實施例中，密封板65的外面被布置在相對于殼體60的端部62的這些位置中的一個位置處:凹進(像圖2那樣)、齊平或突出。密封板65被構造成在換能器50與內部流動通道12內的流體之間傳遞能量。在完全組裝時，換能器50的有源元件可能通過中間潤滑劑或另一流體與板65的內面接觸或耦接。對于圖1和圖2的實施例而言，密封板65被構造成耦接壓電的(即超聲波的)換能器元件。因此，密封板65被構造成在通道12中流動的流體與換能器50之間傳輸超聲波振動。在至少一個實施例中，密封板65優選由這樣的玻璃形成:該玻璃可以在不發生破損的情況下耐受在將換能器殼體60焊接至計量器主體10期間所達到的溫度。在本文中描述的一些焊接方法中，殼體60和主體10的溫度被保持在不超過152°C (305° F)的溫度下。
[0037]用于具有焊接的換能器殼體的計暈器的組裝工具的實施例
[0038]圖4和圖5示出了焊接夾具100。例如，焊接夾具100是被構造成接合和釋放可焊接物體(例如諸如換能器殼體60或計量器主體10)并且在裝配期間提供惰性氣體的流動的組裝工具。焊接夾具100包括支撐體105、管狀形狀的保持環145、深度調節器165、以及諸如流體輸送管160的至少一個流體輸送管。支撐體105包括中心軸線106、第一端部107、第二端部108、外表面109、軸向地對準的中心通孔110、以及流體通道115。支撐體105還包括通孔110的鄰近第二端部108的部分中的內螺紋112以及第二端部108處的鄰近外表面109的周向凹部114。支撐體105的流體通道115包括鄰近第一端部107的歧管溝槽116以及從第一端部107延伸至靠近第二端部108的位置的軸向延伸腔118。盡管可以采用更多個或更少個流體通道115和腔118 ;但是圖5的實施例包括四個流體通道115和四個軸向延伸的腔118。
[0039]流體通道115還包括遮蓋歧管溝槽116的環形端部板130以及以螺紋方式耦接至端部板130的中空軟管倒鉤132。軟管倒鉤132是被構造成在連接至氣體供應(未示出)的軟管或導管與歧管溝槽116之間提供流體連通的管狀耦接器。端部板130中的中心通孔136與中心通孔110軸向地對準。就某些方面而言，環形端部板130具有平墊圈(machinewasher)的外觀。一個或更多個附接螺釘134將端部板130耦接并密封到支撐體105。例如諸如橡膠或柔性硅樹脂的附加密封材料可選地被布置在板130與主體105之間。在第二端部108處，斜孔120從外表面109進入到每個軸向延伸的腔118中。彎曲的傳送管125的入口端部126延伸到每個斜孔120中，并且由焊料或其它適當的固定裝置通過過盈配合(interference fit)來固定。每個傳送管125的出口端部127軸向地延伸成遠離支撐體105的第二端部108。這樣，流體通道115的腔118耦接至傳送管125并與傳送管125連通。
[0040]參照圖4，管狀形狀的保持環145包括中心軸線146、第一端部147、第二端部148、內表面152、外表面154、被構造成對管進行固定的至少一個軸向延伸的管槽156、以及多個軸向延伸的銷槽158。保持環145是被構造成接納物體的管狀接納件的示例。每個管槽156具有靠近第一端部147的第一端部157a以及靠近第二端部148的第二端部157b。現在參照圖5，每個管槽156與斜孔120對準并且容納傳送管125。在安裝期間，管125的出口端部127滑動地接合管槽156并保持在管槽156內，而入口端部126進入對準的斜孔120并與該對準的斜孔120耦接，如前所述。每個銷槽158滑動地接合被耦接至隔板180的對準銷188，下面參照深度調節器165對其進行更充分的說明。盡管可以采用更多個或更少個管槽156和銷槽158 ;然而圖4和圖5中示出的保持環145包括四個周向地間隔開的管槽156以及四個周向地間隔開的銷槽158。軸向延伸的槽156、158還從外表面154徑向地延伸至內表面152。多個緊固件159將保持環145耦接至支撐體105，其中使第一端部147與外部周向凹部114接合。
[0041]如圖5所示，深度調節器165包括螺紋桿或螺栓170以及圓形隔板180。螺紋桿170包括具有六邊形頭部或另一適當的工具接合特征的第一端部172以及平坦的或圓形的第二端部173。如在圖6中最佳地示出的，隔板180包括中心軸線181、第一端部182、第二端部183、以及大致圓柱形的外表面185，其中該外表面185具有被構造成固定對準銷188(圖4)的、周向地間隔開的銷孔186。盡管可以采用更少個或更多個管銷孔186和銷188 ；然而，圖4的實施例包括四個銷孔186和四個對準銷188。再次參照圖6，第二端部183包括軸向對準的圓柱形凹部190，其留下了環形唇緣192。各溝槽194沿外表面185軸向地延伸得穿過端部182、183，一個溝槽194用于被耦接至支撐體105的每個傳送管125。圖6的實施例包括四個溝槽194，以如以下所述那樣在隔板180在保持環145內移動時提供空隙。
[0042]如圖4和圖5所示，深度調節器165安裝在支撐體105和保持環145的組件內。螺紋桿170與中心軸線106對準，并且與中心通孔110的螺紋112接合。隔板180也與中心軸線106對準，并且被可滑動地布置在管狀保持環145的內表面152內。對準銷188滑動地接合銷槽158。螺紋桿165的第二端部173旋轉地接合隔板180的第一端部182，并且由此被構造成在保持環內表面152內軸向地推動板180。在一些實施例中，螺紋桿165耦接至隔板180并且由此被構造成推動和拉動隔板180。在第二端部148與隔板180的第二端部183之間在保持環145內形成圓柱形接納腔200。當螺紋桿165旋轉并朝保持環145的第二端部148推動隔板180時，接納腔200的長度被減小。當螺紋桿165和隔板180遠離第二端部148在相反方向移動時，接納腔200的長度被增大。因此，接納腔200是可調節的，從而具有可變的長度以及由此可變的體積。
[0043]在至少一個實施例中，隔板180由具有相對高的導熱性的銅材料形成。這種導熱材料的隔板180可以在正形成焊接時從換能器殼體60吸收熱量，從而有助于使殼體60保持在比在焊接處理期間否則將會導致的溫度更低的溫度下。更具體地，為了避免對殼體60的可能損壞，由板180進行的熱量吸收可以有助于將殼體60保持在預定的溫度上限以下，這將會在稍后再次描述。
[0044]仍然參照圖4和圖5，流體輸送管160滑動地接合每個傳送管125。更具體地，輸送管160的入口端部162環繞傳送管125的出口端部127。輸送管160的外表面滑動地且可釋放地接合保持環145上的軸向延伸的管槽156。因此，傳送管125和輸送管160兩者均在管槽156中延伸。輸送管160的外徑大于保持環145的環形厚度。因此，輸送管160從內表面152徑向地延伸到外表面154，并且延伸超出表面152、154中的一個或兩個表面。輸送管160的出口端部163被布置成鄰近保持環145的第二端部148。輸送管160是可移除的和可更換的。在圖4的實施例中，輸送管160由無縫管形成，該無縫管具有充分小于該管的直徑的壁厚。用于輸送管160的適當管包括被分類為皮下注射管的管。與槽156的情況一樣，圖4和圖5的示例實施例具有圍繞保持環145均勻地且周向地間隔開的四個輸送管160。
[0045]圖7和圖8呈現了插入塊205，當在計量器主體10中安裝殼體60時，該插入塊205用作對換能器殼體60的深度和旋轉對準進行設置的工具。插入塊205包括大致矩形的剛性體210，該剛性體210具有垂直于前端部212而延伸的旋轉軸線211。六角頭螺母228耦接前端部212，其中使螺母中心軸線229與軸線211對準。雖然在圖7的實施例中使用螺母228，但是可以使用任何適當的工具接合特征。例如，可以更改螺母228，或者可以由下述凹部來代替螺母228:該凹部接納諸如通用扳手或內六角內部驅動特征(即梅花扳手)的多面工具。
[0046]剛性體210還包括延伸穿過后端部213和底端部215的主凹部218。凹部218包括前表面220和平坦的上接合表面222。表面222被布置成垂直于前端部212并且平行于剛性體210的頂端部214。孔226在頂端部214與上接合表面222之間通過。孔226的中心軸線227垂直于表面222。盡管在圖7的示例中被示出為圓形孔，但在至少一個其它實施例中，孔226在軸線211的方向上是拉長的。在圖8的實施例中，第二凹部224被布置成與主凹部218、上接合表面222和后端部213鄰近。只有在凸臺72或換能器殼體60的另一特征需要額外的空隙時，插入塊205的各種實施例才需要第二凹部224。
[0047]圖13和圖14呈現了第二插入塊305，該第二插入塊305被構造成與插入塊205(圖7)依次作用，但在一些方法中可以代替塊205使用。插入塊305包括大致矩形的剛性體310，該剛性體310具有垂直于前端部312而延伸的旋轉軸線311。六角頭螺母328耦接前端部312，其中使螺母中心軸線329與軸線311對準。雖然在圖13的實施例中示出螺母328，但可以使用任何的工具接合特征。例如，可以更改螺母328，或者可以由下述凹部代替螺母228:該凹部接納如六面通用扳手或內六角內部驅動特征(即梅花扳手)的多面工具。
[0048]剛性體310還包括延伸穿過后端部313和底端部315的主凹部318。凹部318包括前表面320和平坦的上接合表面322。表面322被布置成垂直于前端部312并且平行于剛性體310的頂端部314。孔326在頂端部314與上接合表面322之間通過。孔326的中心軸線327垂直于表面322。第二凹部324被布置成與主凹部318、上接合表面322和后端部313鄰近。只有在凸臺72或換能器殼體60的另一特征需要額外的空隙時，插入塊305的各種實施例才需要第二凹部324。在一些實施例中，孔326被制有螺紋。盡管在圖13的示例中被示出為圓形孔，但在至少一個其它實施例中，孔326沿軸線311的方向是拉長的。
[0049]不同于插入塊205，如圖14所示，插入塊305包括一個或更多個側凹部330，側凹部330導致形成兩個腿形特征，或者簡單地，就是腿部332。插入塊305還包括沿軸線311的方向在前端部312與凹部318、330之間延伸的、一個或更多個半圓形的凹部或溝槽325。溝槽325被布置成鄰近前端部312的外周。圖13示出了包括斜面的三個溝槽325。插入塊305還包括從后端部313延伸的多個隔離件。在圖14中示出的實施例中，四個隔離銷334從后端部313垂直地延伸。銷334的相對位置被構造成:允許銷334鄰近換能器殼體60的凸緣80而滑動并且由此使銷334在軸線61、311對準時圍繞凸緣80而周向地布置。更一般地，隔離銷334被構造成圍繞諸如凸緣80的凸緣的周界而定位。
[0050]參照圖9，現在將描述用于將換能器殼體60焊接在計量器主體10中的方法。除了將換能器殼體焊接在計量器主體內之外，該方法還可以用來焊接其它設備。如圖9所示，換能器殼體60通過滑動地接合接納腔200而與焊接夾具100耦接。為了形成圖9的裝配組件250，插入塊205也被耦接至換能器殼體60，滑動地接合圓柱形頭部70。這三個部件即殼體60、焊接夾具100和插入塊205被軸向地對準。分別借助于對準的通孔76和孔226，可移除的銷或螺紋緊固件252與殼體60和插入塊205耦接。緊固件252限制了塊205關于殼體60的相對旋轉移動和相對軸向移動。在該實施例中，插入塊205借助于緊固件252而被固定至換能器殼體60，以防止塊205與殼體60之間的相對移動。作為塊205上的接合表面的后端部213的一部分抵接殼體60的凸緣80上的面82，使得塊205被構造成推動殼體60。
[0051]參照圖10，將描述裝配組件250的另外的方面。在換能器殼體60上，管狀延伸部90的外表面92滑動地且可釋放地接合流體輸送管160，并且被接納在焊接夾具100的保持環145的內表面152內，其中具有足夠的空隙以允許拆卸。概括地講，保持環145可釋放地接合可焊接物體。流體輸送管160接合殼體60的每個溝槽94 (圖3)并且徑向地突出超出保持環145的外表面154。通過螺紋桿170的旋轉，隔板180 (圖5)抵接殼體60的密封端部62，并且由于凹部190 (圖6)而不接觸到密封板65。因此，凹部190使隔板180與密封板65之間留有間隙254。間隙254允許隔板180與換能器殼體60的端部62接觸，而不與密封板65接觸。在一些實施例中，密封板65可以從換能器殼體60的端部62部分地突出，而仍不與隔板180接觸。在換能器殼體60的開口端部64處，插入塊205環繞圓柱形頭部70，其中，平坦的上表面74、222彼此相互接合，并且旋轉軸線211與中心軸線61對準。在該示例中，在殼體60的開口端部64與插入塊205的前表面220之間保留有空隙。
[0052]圖11示出了布置在計量器主體10中的換能器端口 30內的裝配組件250。為了實現圖11的布置，組件250從計量器主體10的外部被布置到端口 30中，首先進入到袋狀部24中。螺紋桿170首先進入端口 30，隨后焊接夾具100的其它構件和換能器殼體60的一部分進入端口 30。取決于其長度，螺紋桿170或多或少地突出到計量器主體10的內部流動通道12中。在一些情況下，安裝處理將要求由人手(未示出)、彈性帶(未示出)、或另一裝置來固定一個或更多個流體輸送管160,以不被彎矩(圍繞旋轉的便利軸線(convenientaxis)作用的力)或由與孔壁32的滑動接觸所導致的軸向指向的摩擦力從管槽156移位。一旦輸送管160被部分地插入到換能器端口 30內，輸送管160就將保留在管槽156內，靠出口端部163與第二端部157b之間的接觸所導致的軸向摩擦力而被固定。
[0053]流體輸送管160徑向地突出超出保持環145的外表面154到比計量器主體10的換能器端口 30的直徑更大的直徑。因此，在安裝期間，管160在端口 30的壁32與換能器殼體60之間被部分地壓縮。在具有多于一個的流體輸送管160的實施例(諸如圖11的示例)中，各流體輸送管160的均勻、周向的間隔以及各流體輸送管160的壓縮使裝配組件250保持軸向地對準并在端口 30內居于中央。除了定位有流體輸送管160的位置以外，大致環形的間隙268存在于焊接夾具100的外表面154、109與換能器端口 30的孔壁32之間。因此，在換能器殼體60的外表面63與孔壁32之間的區域內布置了間隙268。間隙268關于端口 30的中心軸線31和保持環145的軸線146而軸向地延伸。間隙268與中央流動通道12連通。由圖4和圖11示出的示例性實施例中的多個流體輸送管160將間隙268劃分為多個周向間隔開的部分。
[0054]在組裝期間，裝配組件250滑動到換能器端口 30中，直到插入塊205的后端部213接觸換能器袋狀部24中的配合面25為止，從而使后端部213和配合面25共面，意味著后端部213和配合面25相互對準。因此，可以通過后端部213推動的凸緣80的面82也變得與配合面25共面。在凸緣80與換能器端口 30中的擴孔33之間形成環形腔265。因此，腔265包括換能器殼體60的外表面63與孔壁32的部分32A之間的區域。腔265與焊接斜面34,84鄰近。腔265與間隙268和中央流動通道12流體連通，以允許其間的氣體流動。在焊接的初始階段之前以及在焊接的初始階段期間，腔265與焊接斜面34、84和袋狀部24連通以允許氣體流動通過其間。
[0055]仍參照圖11，在被部分壓縮的流體輸送管160、換能器端口 30和換能器殼體60之間的徑向壓縮力能夠提供用于抵抗軸向移動的、軸向指向的摩擦力。為了實現圖11的布置，在將裝配組件250滑動到端口 30中時，通過由人員或機器施加的插入力來克服軸向阻力。當插入力終止時，軸向摩擦力足以在隨后的焊接處理期間將組件250固定在端口 30內。在處理中的該點處，從殼體60移除插入塊205，從而導致圖12中示出的布置。然而，在一些示例中，如稍后將會說明的那樣，插入塊205保持被附接至殼體60直到施加點焊(spotweld)為止。
[0056]圖12呈現了安裝在計量器主體10的換能器端口 30中的焊接夾具100和換能器殼體60的組件的橫截面圖。凸緣80的面82與袋狀部24的配合面25基本共面。焊接斜面34、84基本同心并且彼此相鄰，準備好接納借助于焊機或焊炬形成的焊道。鎢極惰性氣體(TIG)焊接優選用于將換能器殼體60焊接至計量器5中。在裝配期間，焊接發生在包括焊接斜面34、84的焊接區中。對于TIG焊接，在焊接之前以及在焊接期間將諸如氬氣的惰性氣體運送到焊接區，以通過移除空氣和熱量來獲得更好的焊道。在一些情況下，在完成焊接之后使得到焊接區的惰性氣體流動持續一定時間段，以提供附加的冷卻。
[0057]在圖12中，焊道260被布置在焊接斜面34、84的部分之間。為了使其它特征清楚，僅示出了焊道260的一部分。在焊接期間，TIG工具(未示出)被布置在圖12的左側，從外部到達換能器袋狀部24中。TIG工具提供了惰性氣體的到焊接區的前側并且最終到形成于焊接區中的焊道260的前側262的流動。如下所述，焊接夾具100提供了惰性氣體256的到焊接區的后側并且最終到焊道260的后側263的單獨流動。惰性氣體256借助于連接至壓縮氣體源(未示出)上的壓力調節器的軟管而進入軟管倒鉤132。惰性氣體256從軟管倒鉤132通過流體通道115進入支撐體105，流經用于將流256分配至四個腔118的歧管溝槽116。惰性氣體256從每個腔118進入四個輸送和傳送管125中的一個并且進入到四個輸送管160中，從端部163出來并且進入凸緣80與換能器端口 30的擴孔33之間的環形腔265。
[0058]在焊接方法的一些實施例中，焊道260作為一個或更多個定位點焊(tack weld)(或者等同地，點焊)而開始，這一個或更多個定位點焊或點焊是在圍繞凸緣80的周界和端口 30的圓周而周向地間隔開的離散點處的小焊接點。當使用該技術時，在形成完全的周向焊接部之前，點焊使換能器殼體60的位置穩定。
[0059]在所公開的焊接方法的一些實施例中，在定位點焊的制造期間沒有將插入塊附接至殼體60。在其它實施例中，插入塊205保持被焊接至殼體60 (圖11)直到形成一個或更多個點焊為止。在方法的另外的實施例中，諸如插入塊305 (圖13)的第二插入塊代替塊205，在施加點焊之前滑動地接合殼體60的圓柱形頭部70。插入塊305的安裝類似于在圖11中示出的插入塊205的安裝。然而，隔離銷334適于保持凸緣80與端口 30的擴孔33之間的同心間隔以為點焊做準備。當塊305被耦接至計量器主體10中的殼體60時，隔離銷334延伸過焊接斜面34并滑動地接合擴孔33。塊305的附加的溝槽325、側凹部330和主凹部318適于單獨地或一起地允許焊接工具(未示出)接近焊接斜面34、84。由此，溝槽325和凹部330、318適于便利在換能器殼體60與流量計主體10之間制造一個或更多個點焊。在定位點焊或焊接形成之后，插入塊205、305 (如果安裝)被移除。
[0060]再次參照圖12，焊道260被形成為圍繞凸緣80和端口 30的周界的一系列連續的周向的焊接層。焊道260向外形成，朝向配合面25并且可能超出配合面25。第一周向焊接層(未單獨示出)被稱作根部焊道。在制造焊道260的根部焊道之前以及制造該根部焊道時，來自焊接夾具100的惰性氣體256的流動的一部分從計量器主體10通過焊接斜面34、84之間的腔265并且朝外表面20向外出去。惰性氣體256的另一部分向內通過間隙268并進入計量器主體10的內部流動通道12中。當完成根部焊道并且焊道260是跨越焊接斜面34、84的圓周的環形時，于是腔265優選地通過焊道260而在一個端部處被密封。當腔265在一個端部處被密封時，惰性氣體流動256不再在斜面34、84之間向外通過，但保持與腔265連通并通過間隙268，從而出去到內部流動通道12中。隨著焊接進行，焊道260達到圖12中示出的中間厚度。焊接層的施加持續到焊道260達到目標厚度、可能如圖2中的完全深度的焊道38那樣延伸超出配合面25為止。完成了焊道260的加固以及殼體60到端口 30的密封。
[0061]在各種焊接方法期間，將(a)惰性氣體流動256和(b)不進行焊接的停歇時間段中的至少一個用于將殼體60和主體10保持在預定的溫度上限以下，以避免對殼體30、主體10或焊接部38、260的可能損壞。在一些焊接方法中，殼體60和主體10的溫度被保持在不超過152°C (305 T)的溫度下。這可以通過間歇的焊接以及在適當的時間段內不焊接來完成。不執行焊接的時段允許熱量經由傳導和對流從殼體60和主體10被運送離開。可以通過在不執行焊接的時段(該時段可以包括完成焊接之后的時間)期間使惰性氣體的流動持續來增強冷卻。
[0062]隨著焊道冷卻，焊道收縮。焊道260的收縮朝內部流動通道12沿軸線31向內拉動換能器殼體60。結果，凸緣80的面82移動并且不再與配合面25對準。在一些實施例中，包括凸緣80的換能器殼體60由于焊道260的收縮而沿軸線31朝通道12移動0.040英寸的距離。因此，在安裝和焊接之前，適當地指定換能器殼體60的長度以在焊道冷卻之后實現密封端部62在端口 30內的準確放置。在焊道260的冷卻期間，焊接夾具100與殼體60一起移動。因此，通過在裝配的早期階段期間為諸如換能器殼體的可焊接物體規定適當的長度，可以補償焊接部的移動。
[0063]在焊道260冷卻后，焊接夾具100被移除，從而導致諸如圖2所示的構造。在一些情況下，焊接夾具100將會沿軸線31被容易地拉動并且進入內部流動通道12中以便移除。在其它情況下，螺紋桿170將會被轉動以推動隔板180抵靠換能器殼體60，導致焊接夾具100的其余部分相對于殼體60移動，從而最終將夾具100全部從殼體60和端口 30釋放以便移除。
[0064]在焊接方法的一些實施例中，不是如圖11中那樣將塊205用于將換能器殼體60安裝在計量器主體10中。替代地，采用插入塊305以形成如組件250 (圖9)的裝配組件，以協助安裝以及可選地在形成點焊時進行協助。在另外的實施例中，不與焊接夾具100 —起使用插入塊來耦接殼體60。
[0065]現在參照圖15，示出了用于在換能器殼體60與計量器主體10之間形成焊接密封(或者更概括地，在可焊接物體與大致管狀主體之間形成焊接密封)的方法500。方法500并入和概括了在整個的本文獻中描述的許多操作或所有操作。總體上，方法500使用焊接夾具來定位可焊接物體，并且使用焊接夾具來在焊接期間以及在優選情況下在焊接之后增加惰性氣體的輸送。為了這一目的，方法500在步驟510處形成包括換能器殼體、焊接夾具和插入塊的裝配組件。方法500在步驟520處調節焊接夾具內的接納腔的尺寸以對應于換能器殼體的尺寸，并且在步驟530處在計量器主體中的通孔中插入和對準換能器殼體。在步驟540處將插入塊移除。在步驟550中，將換能器殼體保持在相對于計量器主體的通孔的預定的位置處。為了準備焊接，步驟560開始到焊接區的前側和到焊接區的后側的惰性氣體流動。焊接區的前側例如是與換能器袋狀部24的配合面25相鄰的區域。焊接區的后側例如是與腔265相鄰的區域。與將氣體提供至后側的定時和來源相比，將氣體提供至前側的定時和來源可以發生變化。例如，惰性氣體256可以在包括交替的焊接時段和冷卻時段的整個焊接過程中從焊接夾具100穩定地流出。在另一示例中，在焊接工具處于工作中時，惰性氣體僅被運送至前側。在另一示例中，在整個焊接過程中，氣體的穩定流動被提供至焊接區的前側和后側兩者。[0066]在步驟570處，在換能器殼體與計量器主體之間形成點焊。步驟580在換能器殼體與計量器主體之間形成焊接部。例如，圖1的焊接部38周向地環繞殼體60，從而將殼體60耦接至計量器主體10。在一些實施例中，分層地形成焊接部。在完成焊接之后或在實現充分的冷卻之后，在步驟590處停止惰性氣體的流動。基于方法500的其它實施例包括更多個或更少個操作。例如，一些實施例不使用插入塊。
[0067]除非另有明確說明，否則可以任何適當的順序來執行本公開中的或權利要求中的方法的步驟。與本公開中的方法或權利要求中的方法的步驟相關的對諸如(a)、(b)、(c)或(510)、(520)、(530)的標識的使用不是意在為這些步驟指定特定的順序并且也不為這些步驟指定特定的順序，而是被用于簡化對這些步驟的后續引用。
[0068]盡管已示出并描述了示例性實施例，然而本領域技術人員可以在不脫離本文中的范圍或教示的情況下對這些實施例作出修改。本文中所描述的實施例僅是示例性的并且不是限制性的。可以對本文中描述的系統、設備和方法做出許多變型和修改。因此，保護范圍不限于本文中描述的實施例，而是僅被隨附的權利要求所限制，其中權利要求的范圍應當包括權利要求的主題的所有等同。
【權利要求】
1.一種用于可釋放地接合可焊接物體的焊接夾具，所述夾具包括: 支撐體； 耦接至所述支撐體的接納件，所述接納件包括被構造成接納所述可焊接物體的內腔；以及 沿所述接納件的至少一部分而布置的至少一個流體輸送管。
2.根據權利要求1所述的焊接夾具，還包括耦接至所述流體輸送管的氣體供應，以用于通過所述管輸送流體。
3.根據權利要求2所述的焊接夾具，還包括沿所述接納件的圓周間隔開的、并且與所述氣體供應流體連通的多個流體輸送管。
4.根據權利要求1所述的焊接夾具，其中，所述接納件包括用于接納所述至少一個流體輸送管的、至少一個軸向延伸的槽。
5.根據權利要求4所述的焊接夾具，其中，所述接納件的所述腔包括內表面和外表面； 其中，所述至少一個軸向延伸的槽從所述外表面徑向地延伸至所述內表面；以及 其中，布置在所述槽中的流體輸送管徑向地延伸超出所述外表面。
6.根據權利要求1所述的焊接夾具，其中，所述支撐體還包括至少一個流體通道，以及 其中，所述至少一個流體通道與所述至少一個流體輸送管流體連通。
7.根據權利要求6所述的焊接夾具，其中，所述支撐體的所述至少一個流體通道包括耦接至至少一個傳送管的至少一個腔；以及 其中，所述至少一個流體輸送管與所述至少一個傳送管流體連通。
8.根據權利要求7所述的焊接夾具，還包括: 圍繞所述接納件周向地間隔開的多個流體輸送管，以及 多個傳送管，其中每個流體輸送管與傳送管流體連通。
9.根據權利要求1所述的焊接夾具，還包括: 所述支撐體中的通孔； 以螺紋方式接合所述通孔的螺紋桿；以及 隔板，所述隔板可滑動地布置在所述接納件的所述腔內，并且能夠與所述螺紋桿的一個端部接合。
10.根據權利要求9所述的焊接夾具，其中，所述隔板被構造用于在所述接納腔內進行非旋轉式移動。
11.根據權利要求9所述的焊接夾具，其中，所述隔板包括下述凹部:該凹部在所述隔板與所述可焊接物體之間形成間隙。
12.根據權利要求1所述的焊接夾具，還包括被構造成耦接至可焊接物體的插入塊，所述插入塊包括: 主體； 所述主體中的用于接納所述可焊接物體的凹部；以及 至少第一接合表面，所述至少第一接合表面接合所述可焊接物體，并且被構造成操縱所述可焊接物體的位置。
13.一種用于插入計量器主體中的組件，包括: 支撐體，所述支撐體包括多個流體腔以及與所述流體腔流體連通的歧管；接納件，所述接納件被耦接至所述支撐體，并且具有接納腔； 至少部分地布置在所述接納腔內的換能器殼體；以及 沿所述接納件布置的多個流體輸送管，所述流體輸送管與所述支撐體的所述流體腔及所述歧管流體連通。
14.根據權利要求13所述的組件，其中所述接納件包括多個長形槽，并且其中所述流體輸送管被布置在所述槽中。
15.根據權利要求13所述的組件，其中所述接納件包括大致圓柱形的外表面，并且其中，所述流體輸送管接合所述接納件并且徑向地延伸超出所述接納件的所述外表面。
16.根據權利要求13所述的組件，還包括多個傳送管，每個傳送管將流體輸送管耦接至流體腔，使得所耦接的流體輸送管與流體腔流體連通。
17.根據權利要求13所述的組件，還包括隔板，所述隔板可滑動地布置在所述接納件的所述接納腔內，并且被構造用于在所述接納腔中進行軸向移動。
18.根據權利要求17所述的組件，還包括穿過所述接納件中的槽而布置的并且耦接至所述隔板的一個或更多個銷，所述銷被構造成接合所述槽的側部以防止所述隔板在所述接納腔內旋轉。
19.根據權利要求17所述的組件，還包括: 所述支撐體中的通孔；以及 桿，所述桿被布置在所述通孔中并且被構造成抵靠所述隔板而支承，以使得所述桿在所述通孔中的軸向移動使所述隔板在所述接納件中軸向地移位。
20.根據權利要求17所述的組`件，其中，所述換能器殼體包括大致面對所述隔板的端部，所述端部具有中央部，其中所述組件還包括所述隔板與所述中央部之間的間隙。
21.根據權利要求20所述的組件，其中，所述隔板包括大致面對所述殼體端部的面對表面，并且其中所述隔板的所述面對表面包括凹進區域。
22.根據權利要求13所述的組件，其中，所述換能器殼體包括所述接納腔內的第一端部以及與所述第一端部相對的第二端部，所述組件還包括插入塊，所述插入塊被耦接至所述換能器殼體的所述第二端部并具有接納所述第二端部的凹部。
23.根據權利要求22所述的組件，其中，所述插入塊還包括至少第一接合表面，所述至少第一接合表面接合所述可焊接物體并且被構造成操縱所述可焊接物體的位置。
24.根據權利要求22所述的組件，其中，所述插入塊還包括用于將所述可焊接物體耦接至所述插入塊并防止所述可焊接物體與所述插入塊之間的旋轉移動的緊固件。
25.根據權利要求22所述的組件，其中，所述插入塊還包括主體和至少一個凹部，所述至少一個凹部延伸穿過所述主體的側部并且被構造成允許焊接工具進入。
26.根據權利要求22所述的組件，其中，所述換能器殼體包括與所述第二端部相鄰的凸緣；以及 其中，所述插入塊還包括多個延伸的隔離件，所述多個延伸的隔離件被構造成圍繞所述凸緣的周界而布置。
【文檔編號】B23K37/04GK103567686SQ201310303223
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月18日 優先權日:2012年7月18日
【發明者】查爾斯·羅伯特·阿蘭, 沙伊·H·哈 申請人:丹尼爾測量和控制公司