用于由冷金属过渡焊接淀积制造旋转物品的方法及制造的旋转物品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体涉及用于制造旋转物品的方法，并且更特别地，涉及用于由冷金属过 渡焊接淀积制造旋转物品（诸如推进器）的方法，以及制造的旋转物品。
【背景技术】
[0002] 由诸如铸造或锻造的传统制造技术制造具有内部通道的旋转物品（诸如具有多 个内部流道的推进器）是不容易的。推进器在诸如泵、压缩机和燃气涡轮发动机的装备的 管子或导管内部广泛地用来提高或降低压力和流体流。例如，推进器可在离心泵中用来传 输来自马达的能量，该能量通过使流体从旋转中心向外加速来将泵驱动成泵送流体。当流 体的向外移动被泵外壳限制时，由推进器实现的速度转变成压力。典型的推进器包括用以 接收由马达或其它驱动机构旋转的驱动轴的膛孔以及导叶，该导叶具有在其内部中形成的 中空空间，以沿径向推动流体，并且由于推进器的复杂结构，故难以由传统制造技术制造推 进器。
[0003] 用于制造推进器的常规方法是分开推进器，并且将其模制成若干部件，并且接着 由焊接或其它此类连结方法将单独模制的部件连结在一起。然而，与一体成形的推进器相 比，通过连结推进器的单独模制的部分来制造的推进器具有相对弱的机械属性。
[0004] 目前，存在一种由包括预磨、电火花加工（EDM)粗磨和EDM抛光的过程制造推进器 的方法。但该过程的循环时间通常超过5周。此外，研磨中心和EDM机器所需的装置和装 备（P&E)投资高。这即不高效也不经济，因为循环时间长且P&E投资要求高。
[0005] 因此，期望提供一种用于在高效且经济的基础上制造旋转物品（诸如推进器）的 新颖方法。
【发明内容】
[0006] 本公开涉及一种用于制造旋转物品的方法。该方法包括：提供包括焊炬的冷金属 过渡焊接设备；提供旋转衬底；提供具有至少一个内部流道的旋转物品的数字表示；基于 数字表示在旋转衬底上限定焊接路径；在使填充金属一层一层地淀积在旋转衬底的焊接路 径上的同时使旋转衬底旋转，以形成旋转物品；以及使旋转衬底与旋转物品分开。
[0007] 本公开还涉及一种用于制造旋转物品的方法，其包括：提供包括焊炬的冷金属过 渡焊接设备；提供旋转衬底；在旋转或移动旋转衬底和/或移动焊炬的同时，通过使用冷金 属过渡焊接设备来使填充金属淀积在旋转衬底上，来产生旋转物品；以及使旋转衬底与旋 转物品分开。
[0008] 本公开进一步涉及一种具有至少一个内部流道的旋转物品，通过经由冷金属过渡 焊接一层一层地淀积填充金属来制造该旋转物品。
【附图说明】
[0009] 按照结合附图得到的随后的详细描述，本公开的实施例的以上和其它方面与特征 将变得更加显而易见，其中： 图1是显示典型的冷金属过渡焊接（CMT)过程中的线材运动的示意图。
[0010] 图2显示适于制造旋转物品的示例性CMT系统。
[0011] 图3是显示CMT设备的焊炬的示意图。
[0012] 图4显示用于制造单件推进器的示例性CMT淀积方案。
[0013] 图5A是待制造的示例性推进器的透视图。
[0014] 图5B是显示基于图5A中显示的推进器的数字表示的、由CMT附加淀积制造物品 的照片。
[0015] 图5C是显示基于图5A中显示的推进器的数字表示的CMT附加淀积的产品的照 片。
【具体实施方式】
[0016] 将参照附图来描述本公开的实施例。在随后的描述中，不详细描述众所周知的功 能或结构，以避免多余的细节使本公开模糊不清。
[0017] 遍及说明书和权利要求在本文使用的近似用语可用来修饰任何数量表示，其可以 可允许地变化，而不导致改变与其有关的基本功能。因此，由诸如"大约"的用语或多个用 语修饰的值不限于所规定的确切值。在某些实施例中，用语"大约"表示+或一百分之十 (10%)的值。例如，"大约100"将表示90和110之间的任何数字。另外，当使用"大约第一 值-第二值"的表达时，大约意于修饰这两个值。在一些情况下，近似用语可对应于用于测 量值或多个值的仪器的精度。
[0018] 本文叙述的任何数值以一个单位增量的形式包括从上限值到下限值的所有值，只 要在任何下限值和任何上限值之间存在至少2个单位的分开。作为示例，如果声明一定量 的组分或过程变量的值（诸如例如，温度、压力、时间等）例如为1至90,优选20至80,更 优选30至70,则意于的是在该说明书中明确地列举了诸如15至85、22至68、43至51、30 至32等的值。对于小于一的值，认为一个单位为0. 0001、0. 001、0. 01或0. 1是合适的。这 些仅是特别意指的示例，认为在本申请中以类似的方式明确地陈述了在所列举的最低值和 最高值之间的数字值的所有可能组合。
[0019] 除非另有限定，本文使用的技术和科学用语具有与本发明所属领域的技术人员通 常理解的相同的含义。本文使用的用语"第一"、"第二"等不表示任何顺序、数量或重要性， 而是用来区分一个元件与另一个元件。此外，用语"一"和"一个"不表示数量限制，而是表 示存在所引用的项目中的至少一个。
[0020] 本公开的实施例涉及用于由冷金属过渡焊接淀积制造具有至少一个内部流道的 旋转物品的方法，以及制造的旋转物品。由于本公开的方法特别适合制造推进器，故描述涉 及推进器，但可用来制造其它旋转物品。
[0021] 通常被称为CMT的冷金属过渡焊接是经改良的短路气体金属电弧焊接（GMW)过 程，其特征在于电弧相和短路相循环交替。在CMT过程中，线材馈送系统与数字控制系统同 步，并且能够响应于循环交替来改变线材的移动方向。在电弧相期间，焊接线材向加工件/ 衬底移动，直到接触工件/衬底为止，并且以如下方式控制焊接电流和/或焊接电压，使得 焊接线材以高传输电弧电流快速熔化，以形成液滴。一旦发生短路，则数字控制系统感测电 压降，并且使电流降低到相当低的水平，同时线材传送倒转，并且焊接线材远离工件/衬底 移动，直到短路接通为止。
[0022] 因此CMT结合了焊接电流控制与线材运动，并且以某个速率和型式在物理上从熔 池收回焊接线材。参照图1，典型的CMT过程可包括以下步骤：（1)将焊接线材移向工件/ 衬底上的焊池；（2)在将焊接线材馈送到焊池中的同时降低电流；（3)收回焊接线材；以及 (4)重复步骤⑴至（3)。
[0023] 此类基于电弧的系统不连续性的循环交替能够极大地减少传递到工件/衬底的 热输入，因为电弧仅在电弧产生时段期间将热输入到工件/衬底中达非常短的时间。与常 规的GMW过程相比，工件/衬底和焊接区在CMT过程期间仍然"冷得多"。减少的热输入提 供了使用CMT制造大规模构件的附加层的可能性。此外，减少的热输入提供了诸如失真少 和精度较高的优点，这对附加层制造过程也有好处。
[0024] 在用于由CMT附加淀积制造旋转物品的方法中，提供旋转衬底，并且使用包括焊 炬的CMT设备来使填充金属（焊接线材）一层一层地淀积在旋转衬底的预定焊接路径上， 以形成旋转物品。
[0025] 如本文所用，填充金属可为具有熔点且可在CMT附加淀积期间熔化的各种金属或 合金。可适用的金属或合金的一些非限制性示例包括碳钢、合金钢、镍合金、钛合金和它们 的组合。旋转衬底可具有供熔化填充金属淀积在其上形成旋转物品的外周表面，并且其可 驱动成在淀积过程期间围绕中心轴线旋转。在某些实施例中，旋转衬底可具有其中的孔，用 于允许冷却流体在CMT附加淀积期间穿过，使得衬底和其上的淀积可控制成处于相对低的 温度。在特定实施例中，旋转衬底是中空圆筒，其沿着其轴向方向具有中心孔，并且中心孔 可用作用于传送冷却流体（诸如水）的冷却孔。
[0026] 在某些实施例中，如图2中显示的，适用于由CMT附加淀积制造旋转物品的示例性 系统200包括焊炬202、用于驱动焊炬202沿着预定焊接路径移动的焊接机器人204、用于 对焊炬202供应功率的焊接功率供应208、用于将填充线材馈送到焊矩202的线材驱动器 209、适于固持和移动待淀积的衬底和衬底上的淀积物的转动-倾斜台210,以及用于控制 焊接机器人204和转动-倾斜台210的机器人控制器206。在某些实施例中，如图3中显示 的，示例性焊炬300包括接触末端302、喷嘴护罩306,接触末端302用于以如下方式容纳焊 接线材304,使得焊接线材304从接触末端302的末端端部伸出，喷嘴护罩306包围接触末 端302,并且限定环形通道308,其包围接触末端302,用于保护气体穿过。
[0027] 在执行附加淀积之前，可提供待制造的旋转物品的数字表示，并且因而可基于该 数字表示来预先确定焊接路径。在某些实施例中，焊接路径可由以下过程确定，该过程包 括：（1)使CMT淀积过程参数与淀积属性相互关联；（2)部署和识别CMT淀积的最佳过程窗 口（范围）；(3)使CMT淀积数据库模块化；以及（4)开发焊接路径产生和部分失真的补偿 的算法。
[0028] 在不断或断断续续地旋转旋转衬底的同时，通过使填充金属沿着预定焊接路径一 层一层地淀积在旋转衬底上，能够建造近净形状的