用于形成焊接密封的方法

用于形成焊接密封的方法
【专利摘要】公开了一种用于形成焊接密封的方法。该焊接方法包括：将可焊接物体至少部分地插入到形成于大致管状主体中的通孔中，管状主体具有内部流动通道和外表面，并且通孔具有孔壁；在可焊接物体与孔壁之间传输惰性气体，气体通过通孔而被传输；以及在惰性气体正被传输时将可焊接物体焊接至管状构件。
【专利说明】用于形成焊接密封的方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及焊接方法和在焊接中使用的设备。更特别地，本公开涉及流量计的制造，这些流量计用于对与液体或气体的流量有关的参数进行测量。更特别地，本公开涉及用于安装和密封超声波流量计中的换能器(transducer)的方法和设备。
【背景技术】
[0002]处于液相和气相的碳氢化合物通过管道、船舶和其它容器从一处运输至另一处。当流体易主时，该事件被称作“密闭输送”(custody transfer)。密闭输送例如出现在碳氢化合物在一个或更多个管道系统之间通过时以及在装载到船舶或从船舶卸载时。在密闭输送期间，特别期望的是，准确地知道连续流动的流体的量。甚至在不发生密闭输送的情况下，针对记录保存和工程评价也期望测量准确性，并且在这些情况下，通常使用超声波流量计。
[0003]超声波流量计通常包括使流体流经的计量器主体以及两个或更多个换能器组件，这些换能器组件各自紧固在流量计主体中的专用端口内部。流量计主体也可以称为管段(spool piece)。为了将流体密封在流量计内，传统的换能器壳体以螺纹方式被紧固在管段中的每个端口内，并且换能器被密封在壳体内。因此，管段以及换能器和换能器壳体形成了密封容器以及包含正流经计量器的流体的压力边界。
[0004]端口和换能器成对地布置和定位在计量器中，并且使得一对换能器从管段的流体承载孔的相对侧面对彼此。当被耦接在换能器壳体内时，换能器的压电元件邻近流体承载孔的内表面。换能器发送和接收来回地穿过流体流的声信号。每个换能器均被耦接至外部电子设备，这些外部电子设备交替地生成和解释发送到换能器的压电元件的电信号以及从换能器的压电元件接收的电信号。
[0005]通常将机械密封件用于将换能器壳体密封到管段中的螺纹端口中。用于该应用的常见机械密封件是面密封件，该面密封件包括在两个相对的金属表面之间压缩的密封材料。在将这样的密封件使用在运送液化天然气(LNG)的系统中的情况下，密封件必须在接近
零下170摄氏度的温度下操作并且通常由铁氟龙? ( Teflon? )制成。在这样的极端温度
下，密封材料会缺乏所需的弹性。此外，与密封材料接触的两个金属表面必须具有非常精细的表面光洁度，从而要求手工抛光处理以实现必要的光滑度。因此，用于将换能器壳体安装在通过其运送LNG的计量器中的机械密封件的使用涉及制造的复杂性和潜在的失效模式。因此，将会有益的是，实施一种将换能器壳体耦接和密封至计量器主体的方法，该方法将会在不使用螺纹和可移除的密封材料的情况下防止碳氢化合物泄漏。

【发明内容】

[0006]通过在本文中公开的设备和方法来解决现有技术中的这些和其它需求。在一个实施例中，公开了一种方法，包括:将可焊接物体至少部分地插入到形成于管状主体中的通孔中，其中管状主体具有内部流动通道和外表面；在可焊接物体与通孔的孔壁之间传输惰性气体；以及在惰性气体正被传输时将可焊接物体焊接至管状构件。焊接可以包括首先围绕通孔的周界施加一系列点焊，然后完整地围绕通孔施加环形焊道并将可焊接物体密封至管状主体。
[0007]在另一实施例中，该方法包括:将焊接夹具耦接至换能器壳体以形成组件；将组件至少部分地插入到形成于计量器主体中的通孔中，计量器主体包括内部流动通道；经由通过焊接夹具支撑的一个或更多个流体输送管而在换能器壳体与通孔的孔壁之间供应惰性气体；将换能器壳体焊接至计量器主体；以及将夹具从与换能器壳体的接合中移除。
[0008]在所描述的两种焊接方法中，可以执行焊接以使得焊接位置处的材料的温度保持在预定的最大温度(诸如不超过152摄氏度的温度)以下。焊接方法可以是分阶段的，以使得在执行第一焊接后跟随有不执行焊接的时段，以允许冷却并将温度保持在非损坏水平以下。
[0009]因此，本文中所描述的实施例包括下述特征的组合:其意在解决与某些现有的装置、系统和方法相关联的各种缺陷。在阅读以下详细描述时以及通过参照附图，上述的各种特性和特征以及其它特性和特征对于本领域技术人员而言将会容易地变得明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是根据本文中所描述的原理的、具有换能器的流量计的实施例的透视图；
[0011]图2是图1的计量器的一部分的横截面图，示出了换能器端口中的换能器壳体；
[0012]图3是图2中示出的换能器壳体的透视图；
[0013]图4是根据本文中描述的原理的、被构造成对图3的换能器壳体进行固定的焊接夹具的透视图；
[0014]图5是图4的焊接夹具的横截面侧视图；
[0015]图6是与图5中示出的焊接夹具结合使用的隔离构件的侧视图；
[0016]图7是根据本文中描述的原理的、被构造成耦接图3的换能器壳体的插入块的透视图；
[0017]图8是图7的插入块的透视的仰视图；
[0018]图9是根据本文中描述的原理的、包括图3的换能器壳体、图4的焊接夹具以及图7的插入块的装配组件的透视图；
[0019]图10是图9的装配组件的横截面图；
[0020]图11是布置在图1中的计量器的换能器端口中的、图9的装配组件的横截面图；
[0021]图12是装配组件的横截面图，其与图11类似但将图7的插入块移除以准备焊接；
[0022]图13是插入块的另一实施例的等距正视图，根据本文中描述的原理，该块具有槽口，并且被构造成耦接图3的换能器壳体；以及
[0023]图14是在图13中示出的插入块的等距后视图。
[0024]图15是根据本文中描述的原理的、用于形成焊接密封的方法的简化流程图。【具体实施方式】
[0025]以下描述对于本发明的实施例是示例性的。这些实施例不应被理解为或以其它方式用作对包括权利要求的公开的范围的限制。本领域技术人员将会理解，以下描述具有宽广的应用，并且对任何实施例的讨论仅仅意味着对该实施例是示例性的，并且不是意图以任何方式暗示将包括权利要求的公开的范围限于该实施例。
[0026]不一定按照比例来绘制附图。可以以放大的比例或者以某种程度上的示意形式示出本文中所公开的某些特征和部件，并且为了清楚和简明起见，可以不示出常规元件的一些细节。
[0027]在本文中(包括在权利要求中)以开放方式使用术语“包含”和“包括”，并且术语“包含”和“包括”应当被理解为是指“包括但不限于”。此外，术语“耦接”意图是指间接连接或直接连接。因此，如果第一部件耦接第二部件或被耦接至第二部件，则部件之间的连接可以是通过这两个部件的直接接合或者是通过经由其它中间部件、装置和/或连接而完成的间接连接。
[0028]在一些附图中，一个或更多个部件或者部件的方面可以不被显示，或者可以不具有用于标识在别处被标识的特征或部件的附图标记，以便改进附图的清楚和简明。
[0029]此外，当在本文中使用时，术语“轴向的”和“轴向地” 一般是指沿着或平行于给定轴线(例如主体或端口的中心轴线)，而术语“径向的”和“径向地”一般是指垂直于轴线。例如，轴向距离是指沿着或平行于轴线而测量的距离，并且径向距离是指垂直于轴线而测量的距离。此外，在以下公开中以及在权利要求中，“流体”是指液体、气体或液体和气体的混合物。
[0030]具有焊接的换能器壳体的计暈器的实施例
[0031]参照图1，超声波流量计5的部分组装的示例性实施例包括适于放置在管道的对准部分之间的计量器主体或管段10、一个或更多个换能器50、一对凸缘22、以及至少一个电子设备壳体40。电子设备壳体40优选是密封的外壳。壳体40通过导管44而被间接地耦接至计量器主体10。然而，在其它实施例中，壳体40被直接地耦接至计量器主体10。此夕卜，尽管在图1中示出的计量器5是用于液化天然气的超声波流量计，然而本公开和本文中描述的原理同样适用于各种不同的计量器，例如包括气体超声波流量计、激光多普勒测速系统、以及用于测量静止或流动流体的热力学特性的探针，并且本公开也适用于需要与本文中说明的焊接相似的焊接的其它系统。
[0032]计量器主体10是管状构件，该管状构件包括具有外表面20的大致圆柱形的中空部分、纵向轴线11、以及内部流动通道12，其中通过内部流动通道12可以测量流体的流量。通常，主体10被铸造或锻造并且然后被加工至其最终形式；然而，可以通过任何适当的制造技术来形成主体10。计量器主体10的每个端部均被耦接至凸缘22。凸缘22适于连接至管道部分上的相应凸缘(未示出)。
[0033]在图1的实施例中，计量器主体10的外表面20包括多个凹部或换能器袋状部24。最终，换能器组件50被布置在每个换能器袋状部24中。在本文献的其余部分中，换能器组件50将被简单地称作换能器50。每个袋状部24连接至换能器端口 30，换能器端口 30是主体10中的通孔，延伸至内部流动通道12。如图2所示，每个换能器端口 30被构造成通过换能器端口 30的焊接斜面34与壳体60的焊接斜面84之间的环形焊道(weldbeld) 38来接纳并耦接换能器壳体60。在图1中可以看到焊接部38，而在图2中仅示出了焊道38的一部分。换能器壳体60被构造成滑动地接纳换能器50并且防止流体从端口 30流失。一个或更多个换能器壳体60的一部分可以延伸至内部流动通道12中。[0034]参照图1，换能器50通过穿过导管的一个或更多个电缆52而被电耦接至电子设备壳体40内的电路。电子设备壳体40内的电路可以被构造成执行以下任务中的任一或全部任务:接收、放大、调节、约束、存储和发送来自一个或更多个换能器50的数据。换能器50可以包括各种换能器类型，例如包括热电偶、压力换能器、激光或超声波流量传感器元件或者这些类型的组合。在图1的示例性实施例中，换能器50包括超声波流量传感器元件，并且优选是能发送和接收声能(sonic energy)的收发器。声能能够与计量器5中的流体的流动进行可预测的交互。计量器主体10被构造成用于保持多对相对的换能器50。给定的一对换能器50的构件被布置在计量器主体10的相对侧的袋状部24和端口 30中，以便于在成对的换能器之间进行声能的交换。
[0035]图2示出了计量器主体10的一部分的横截面图，计量器主体10的该部分具有换能器袋状部24、以及被插入的并与换能器端口 30的中心轴线31对准的大致圆柱形的换能器壳体60。换能器袋状部24包括垂直于中心轴线31布置的配合面25。端口 30包括主孔35、同心扩孔33、以及邻近袋状部24布置的同心焊接斜面34。孔壁32延伸穿过端口 30，其包括主孔35、扩孔33和焊接斜面34的表面。
[0036]参照图2并且也参照图3，换能器壳体60包括中心轴线61、密封端部62、外表面63、开口端部64、密封端部62处的密封板65、多特征中心孔66、圆柱形头部70、凸缘80、以及管状延伸部90。中心孔66从密封端部62延伸至开口端部64。中心孔66被端部62处的板65密封,并且被构造成接纳通过开口端部64插入的换能器50 (图1)。在至少一个构造中，在换能器50的第一部分被接纳和耦接在孔66内之后，换能器50的第二部分突出超出开口端部64。在一个或更多个其它构造中，整个换能器50被布置在孔66之内。圆柱形头部70被布置在壳体60的开口端部64处，并且包括径向延伸的大致矩形的凸台72。凸台72包括平坦的上表面74和径向延伸到中心孔66的通孔76。在图3中示出的实施例中，通孔76被制有螺纹。管状延伸部90从密封端部62朝圆柱形头部70延伸并且包括外表面92，外表面92的直径小于作为换能器端口 30的通孔的直径。轴向延伸的沟槽94被布置在外表面92中并且到达密封端部62。优选地，沟槽94围绕外表面92周向地且均匀地彼此间隔开。尽管仅可以看到两个沟槽94，但是图3的实施例包括四个沟槽94。然而，可以采用更多个或更少个沟槽94。径向延伸的凸缘80被布置在圆柱形头部70与管状延伸部90之间，其中平坦的环形面82邻近头部70。焊接斜面84被布置成与面82邻近。
[0037]如图2中所示，使密封板65凹进壳体60的端部62内。在各种实施例中，密封板65的外面被布置在相对于壳体60的端部62的这些位置中的一个位置处:凹进(像图2那样)、齐平或突出。密封板65被构造成在换能器50与内部流动通道12内的流体之间传递能量。在完全组装时，换能器50的有源元件可能通过中间润滑剂或另一流体与板65的内面接触或耦接。对于图1和图2的实施例而言，密封板65被构造成耦接压电的(即超声波的)换能器元件。因此，密封板65被构造成在通道12中流动的流体与换能器50之间传输超声波振动。在至少一个实施例中，密封板65优选由这样的玻璃形成:该玻璃可以在不发生破损的情况下耐受在将换能器壳体60焊接至计量器主体10期间所达到的温度。在本文中描述的一些焊接方法中，壳体60和主体10的温度被保持在不超过152°C (305° F)的温度下。
[0038]用于具有焊接的换能器壳体的计暈器的组装工具的实施例[0039]图4和图5示出了焊接夹具100。例如，焊接夹具100是被构造成接合和释放可焊接物体(例如诸如换能器壳体60或计量器主体10)并且在装配期间提供惰性气体的流动的组装工具。焊接夹具100包括支撑体105、管状形状的保持环145、深度调节器165、以及诸如流体输送管160的至少一个流体输送管。支撑体105包括中心轴线106、第一端部107、第二端部108、外表面109、轴向地对准的中心通孔110、以及流体通道115。支撑体105还包括通孔110的邻近第二端部108的部分中的内螺纹112以及第二端部108处的邻近外表面109的周向凹部114。支撑体105的流体通道115包括邻近第一端部107的歧管沟槽116以及从第一端部107延伸至靠近第二端部108的位置的轴向延伸腔118。尽管可以采用更多个或更少个流体通道115和腔118 ;但是图5的实施例包括四个流体通道115和四个轴向延伸的腔118。
[0040]流体通道115还包括遮盖歧管沟槽116的环形端部板130以及以螺纹方式耦接至端部板130的中空软管倒钩132。软管倒钩132是被构造成在连接至气体供应(未示出)的软管或导管与歧管沟槽116之间提供流体连通的管状耦接器。端部板130中的中心通孔136与中心通孔110轴向地对准。就某些方面而言，环形端部板130具有平垫圈(machinewasher)的外观。一个或更多个附接螺钉134将端部板130耦接并密封到支撑体105。例如诸如橡胶或柔性硅树脂的附加密封材料可选地被布置在板130与主体105之间。在第二端部108处，斜孔120从外表面109进入到每个轴向延伸的腔118中。弯曲的传送管125的入口端部126延伸到每个斜孔120中，并且由焊料或其它适当的固定装置通过过盈配合(interference fit)来固定。每个传送管125的出口端部127轴向地延伸成远离支撑体105的第二端部108。这样，流体通道115的腔118耦接至传送管125并与传送管125连通。
[0041]参照图4，管状形状的保持环145包括中心轴线146、第一端部147、第二端部148、内表面152、外表面154、被构造成对管进行固定的至少一个轴向延伸的管槽156、以及多个轴向延伸的销槽158。保持环145是被构造成接纳物体的管状接纳件的示例。每个管槽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。现在参照图5，每个管槽156与斜孔120对准并且容纳传送管125。在安装期间，管125的出口端部127滑动地接合管槽156并保持在管槽156内，而入口端部126进入对准的斜孔120并与该对准的斜孔120耦接，如前所述。每个销槽158滑动地接合被耦接至隔板180的对准销188，下面参照深度调节器165对其进行更充分的说明。尽管可以采用更多个或更少个管槽156和销槽158 ;然而图4和图5中示出的保持环145包括四个周向地间隔开的管槽156以及四个周向地间隔开的销槽158。轴向延伸的槽156、158还从外表面154径向地延伸至内表面152。多个紧固件159将保持环145耦接至支撑体105，其中使第一端部147与外部周向凹部114接合。
[0042]如图5所示，深度调节器165包括螺纹杆或螺栓170以及圆形隔板180。螺纹杆170包括具有六边形头部或另一适当的工具接合特征的第一端部172以及平坦的或圆形的第二端部173。如在图6中最佳地示出的，隔板180包括中心轴线181、第一端部182、第二端部183、以及大致圆柱形的外表面185，其中该外表面185具有被构造成固定对准销188(图4)的、周向地间隔开的销孔186。尽管可以采用更少个或更多个管销孔186和销188 ；然而，图4的实施例包括四个销孔186和四个对准销188。再次参照图6，第二端部183包括轴向对准的圆柱形凹部190，其留下了环形唇缘192。各沟槽194沿外表面185轴向地延伸得穿过端部182、183，一个沟槽194用于被耦接至支撑体105的每个传送管125。图6的实施例包括四个沟槽194，以如以下所述那样在隔板180在保持环145内移动时提供空隙。
[0043]如图4和图5所示，深度调节器165安装在支撑体105和保持环145的组件内。螺纹杆170与中心轴线106对准，并且与中心通孔110的螺纹112接合。隔板180也与中心轴线106对准，并且被可滑动地布置在管状保持环145的内表面152内。对准销188滑动地接合销槽158。螺纹杆165的第二端部173旋转地接合隔板180的第一端部182，并且由此被构造成在保持环内表面152内轴向地推动板180。在一些实施例中，螺纹杆165耦接至隔板180并且由此被构造成推动和拉动隔板180。在第二端部148与隔板180的第二端部183之间在保持环145内形成圆柱形接纳腔200。当螺纹杆165旋转并朝保持环145的第二端部148推动隔板180时，接纳腔200的长度被减小。当螺纹杆165和隔板180远离第二端部148在相反方向移动时，接纳腔200的长度被增大。因此，接纳腔200是可调节的，从而具有可变的长度以及由此可变的体积。
[0044]在至少一个实施例中，隔板180由具有相对高的导热性的铜材料形成。这种导热材料的隔板180可以在正形成焊接时从换能器壳体60吸收热量，从而有助于使壳体60保持在比在焊接处理期间否则将会导致的温度更低的温度下。更具体地，为了避免对壳体60的可能损坏，由板180进行的热量吸收可以有助于将壳体60保持在预定的温度上限以下，这将会在稍后再次描述。
[0045]仍然参照图4和图5，流体输送管160滑动地接合每个传送管125。更具体地，输送管160的入口端部162环绕传送管125的出口端部127。输送管160的外表面滑动地且可释放地接合保持环145上的轴向延伸的管槽156。因此，传送管125和输送管160两者均在管槽156中延伸。输送管160的外径大于保持环145的环形厚度。因此，输送管160从内表面152径向地延伸到外表面154，并且延伸超出表面152、154中的一个或两个表面。输送管160的出口端部163被布置成邻近保持环145的第二端部148。输送管160是可移除的和可更换的。在图4的实施例中，输送管160由无缝管形成，该无缝管具有充分小于该管的直径的壁厚。用于输送管160的适当管包括被分类为皮下注射管的管。与槽156的情况一样，图4和图5的示例实施例具有围绕保持环145均匀地且周向地间隔开的四个输送管160。
[0046]图7和图8呈现了插入块205，当在计量器主体10中安装壳体60时，该插入块205用作对换能器壳体60的深度和旋转对准进行设置的工具。插入块205包括大致矩形的刚性体210，该刚性体210具有垂直于前端部212而延伸的旋转轴线211。六角头螺母228耦接前端部212，其中使螺母中心轴线229与轴线211对准。虽然在图7的实施例中使用螺母228，但是可以使用任何适当的工具接合特征。例如，可以更改螺母228，或者可以由下述凹部来代替螺母228:该凹部接纳诸如通用扳手或内六角内部驱动特征(即梅花扳手)的多面工具。
[0047]刚性体210还包括延伸穿过后端部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并且平行于刚性体210的顶端部214。孔226在顶端部214与上接合表面222之间通过。孔226的中心轴线227垂直于表面222。尽管在图7的示例中被示出为圆形孔，但在至少一个其它实施例中，孔226在轴线211的方向上是拉长的。在图8的实施例中，第二凹部224被布置成与主凹部218、上接合表面222和后端部213邻近。只有在凸台72或换能器壳体60的另一特征需要额外的空隙时，插入块205的各种实施例才需要第二凹部224。
[0048]图13和图14呈现了第二插入块305，该第二插入块305被构造成与插入块205(图7)依次作用，但在一些方法中可以代替块205使用。插入块305包括大致矩形的刚性体310，该刚性体310具有垂直于前端部312而延伸的旋转轴线311。六角头螺母328耦接前端部312，其中使螺母中心轴线329与轴线311对准。虽然在图13的实施例中示出螺母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:该凹部接纳如六面通用扳手或内六角内部驱动特征(即梅花扳手)的多面工具。
[0049]刚性体310还包括延伸穿过后端部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并且平行于刚性体310的顶端部314。孔326在顶端部314与上接合表面322之间通过。孔326的中心轴线327垂直于表面322。第二凹部324被布置成与主凹部318、上接合表面322和后端部313邻近。只有在凸台72或换能器壳体60的另一特征需要额外的空隙时，插入块305的各种实施例才需要第二凹部324。在一些实施例中，孔326被制有螺纹。尽管在图13的示例中被示出为圆形孔，但在至少一个其它实施例中，孔326沿轴线311的方向是拉长的。
[0050]不同于插入块205，如图14所示，插入块305包括一个或更多个侧凹部330，侧凹部330导致形成两个腿形特征，或者简单地，就是腿部332。插入块305还包括沿轴线311的方向在前端部312与凹部318、330之间延伸的、一个或更多个半圆形的凹部或沟槽325。沟槽325被布置成邻近前端部312的外周。图13示出了包括斜面的三个沟槽325。插入块305还包括从后端部313延伸的多个隔离件。在图14中示出的实施例中，四个隔离销334从后端部313垂直地延伸。销334的相对位置被构造成:允许销334邻近换能器壳体60的凸缘80而滑动并且由此使销334在轴线61、311对准时围绕凸缘80而周向地布置。更一般地，隔离销334被构造成围绕诸如凸缘80的凸缘的周界而定位。
[0051]参照图9，现在将描述用于将换能器壳体60焊接在计量器主体10中的方法。除了将换能器壳体焊接在计量器主体内之外，该方法还可以用来焊接其它设备。如图9所示，换能器壳体60通过滑动地接合接纳腔200而与焊接夹具100耦接。为了形成图9的装配组件250，插入块205也被耦接至换能器壳体60，滑动地接合圆柱形头部70。这三个部件即壳体60、焊接夹具100和插入块205被轴向地对准。分别借助于对准的通孔76和孔226，可移除的销或螺纹紧固件252与壳体60和插入块205耦接。紧固件252限制了块205关于壳体60的相对旋转移动和相对轴向移动。在该实施例中，插入块205借助于紧固件252而被固定至换能器壳体60，以防止块205与壳体60之间的相对移动。作为块205上的接合表面的后端部213的一部分抵接壳体60的凸缘80上的面82，使得块205被构造成推动壳体60。
[0052]参照图10，将描述装配组件250的另外的方面。在换能器壳体60上，管状延伸部90的外表面92滑动地且可释放地接合流体输送管160，并且被接纳在焊接夹具100的保持环145的内表面152内，其中具有足够的空隙以允许拆卸。概括地讲，保持环145可释放地接合可焊接物体。流体输送管160接合壳体60的每个沟槽94 (图3)并且径向地突出超出保持环145的外表面154。通过螺纹杆170的旋转，隔板180 (图5)抵接壳体60的密封端部62，并且由于凹部190 (图6)而不接触到密封板65。因此，凹部190使隔板180与密封板65之间留有间隙254。间隙254允许隔板180与换能器壳体60的端部62接触，而不与密封板65接触。在一些实施例中，密封板65可以从换能器壳体60的端部62部分地突出，而仍不与隔板180接触。在换能器壳体60的开口端部64处，插入块205环绕圆柱形头部70，其中，平坦的上表面74、222彼此相互接合，并且旋转轴线211与中心轴线61对准。在该示例中，在壳体60的开口端部64与插入块205的前表面220之间保留有空隙。
[0053]图11示出了布置在计量器主体10中的换能器端口 30内的装配组件250。为了实现图11的布置，组件250从计量器主体10的外部被布置到端口 30中，首先进入到袋状部24中。螺纹杆170首先进入端口 30，随后焊接夹具100的其它构件和换能器壳体60的一部分进入端口 30。取决于其长度，螺纹杆170或多或少地突出到计量器主体10的内部流动通道12中。在一些情况下，安装处理将要求由人手(未示出)、弹性带(未示出)、或另一装置来固定一个或更多个流体输送管160,以不被弯矩(围绕旋转的便利轴线(convenientaxis)作用的力)或由与孔壁32的滑动接触所导致的轴向指向的摩擦力从管槽156移位。一旦输送管160被部分地插入到换能器端口 30内，输送管160就将保留在管槽156内，靠出口端部163与第二端部157b之间的接触所导致的轴向摩擦力而被固定。
[0054]流体输送管160径向地突出超出保持环145的外表面154到比计量器主体10的换能器端口 30的直径更大的直径。因此，在安装期间，管160在端口 30的壁32与换能器壳体60之间被部分地压缩。在具有多于一个的流体输送管160的实施例(诸如图11的示例)中，各流体输送管160的均匀、周向的间隔以及各流体输送管160的压缩使装配组件250保持轴向地对准并在端口 30内居于中央。除了定位有流体输送管160的位置以外，大致环形的间隙268存在于焊接夹具100的外表面154、109与换能器端口 30的孔壁32之间。因此，在换能器壳体60的外表面63与孔壁32之间的区域内布置了间隙268。间隙268关于端口 30的中心轴线31和保持环145的轴线146而轴向地延伸。间隙268与中央流动通道12连通。由图4和图11示出的示例性实施例中的多个流体输送管160将间隙268划分为多个周向间隔开的部分。
[0055]在组装期间，装配组件250滑动到换能器端口 30中，直到插入块205的后端部213接触换能器袋状部24中的配合面25为止，从而使后端部213和配合面25共面，意味着后端部213和配合面25相互对准。因此，可以通过后端部213推动的凸缘80的面82也变得与配合面25共面。在凸缘80与换能器端口 30中的扩孔33之间形成环形腔265。因此，腔265包括换能器壳体60的外表面63与孔壁32的部分32A之间的区域。腔265与焊接斜面34,84邻近。腔265与间隙268和中央流动通道12流体连通，以允许其间的气体流动。在焊接的初始阶段之前以及在焊接的初始阶段期间，腔265与焊接斜面34、84和袋状部24连通以允许气体流动通过其间。
[0056]仍参照图11，在被部分压缩的流体输送管160、换能器端口 30和换能器壳体60之间的径向压缩力能够提供用于抵抗轴向移动的、轴向指向的摩擦力。为了实现图11的布置，在将装配组件250滑动到端口 30中时，通过由人员或机器施加的插入力来克服轴向阻力。当插入力终止时，轴向摩擦力足以在随后的焊接处理期间将组件250固定在端口 30内。在处理中的该点处，从壳体60移除插入块205，从而导致图12中示出的布置。然而，在一些示例中，如稍后将会说明的那样，插入块205保持被附接至壳体60直到施加点焊(spotweld)为止。[0057]图12呈现了安装在计量器主体10的换能器端口 30中的焊接夹具100和换能器壳体60的组件的横截面图。凸缘80的面82与袋状部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邻，准备好接纳借助于焊机或焊炬形成的焊道。钨极惰性气体(TIG)焊接优选用于将换能器壳体60焊接至计量器5中。在装配期间，焊接发生在包括焊接斜面34、84的焊接区中。对于TIG焊接，在焊接之前以及在焊接期间将诸如氩气的惰性气体运送到焊接区，以通过移除空气和热量来获得更好的焊道。在一些情况下，在完成焊接之后使得到焊接区的惰性气体流动持续一定时间段，以提供附加的冷却。
[0058]在图12中，焊道260被布置在焊接斜面34、84的部分之间。为了使其它特征清楚，仅示出了焊道260的一部分。在焊接期间，TIG工具(未示出)被布置在图12的左侧，从外部到达换能器袋状部24中。TIG工具提供了惰性气体的到焊接区的前侧并且最终到形成于焊接区中的焊道260的前侧262的流动。如下所述，焊接夹具100提供了惰性气体256的到焊接区的后侧并且最终到焊道260的后侧263的单独流动。惰性气体256借助于连接至压缩气体源(未示出)上的压力调节器的软管而进入软管倒钩132。惰性气体256从软管倒钩132通过流体通道115进入支撑体105，流经用于将流256分配至四个腔118的歧管沟槽116。惰性气体256从每个腔118进入四个输送和传送管125中的一个并且进入到四个输送管160中，从端部163出来并且进入凸缘80与换能器端口 30的扩孔33之间的环形腔265。
[0059]在焊接方法的一些实施例中，焊道260作为一个或更多个定位点焊(tack weld)(或者等同地，点焊)而开始，这一个或更多个定位点焊或点焊是在围绕凸缘80的周界和端口 30的圆周而周向地间隔开的离散点处的小焊接点。当使用该技术时，在形成完全的周向焊接部之前，点焊使换能器壳体60的位置稳定。
[0060]在所公开的焊接方法的一些实施例中，在定位点焊的制造期间没有将插入块附接至壳体60。在其它实施例中，插入块205保持被焊接至壳体60 (图11)直到形成一个或更多个点焊为止。在方法的另外的实施例中，诸如插入块305 (图13)的第二插入块代替块205，在施加点焊之前滑动地接合壳体60的圆柱形头部70。插入块305的安装类似于在图11中示出的插入块205的安装。然而，隔离销334适于保持凸缘80与端口 30的扩孔33之间的同心间隔以为点焊做准备。当块305被耦接至计量器主体10中的壳体60时，隔离销334延伸过焊接斜面34并滑动地接合扩孔33。块305的附加的沟槽325、侧凹部330和主凹部318适于单独地或一起地允许焊接工具(未示出)接近焊接斜面34、84。由此，沟槽325和凹部330、318适于便利在换能器壳体60与流量计主体10之间制造一个或更多个点焊。在定位点焊或焊接形成之后，插入块205、305 (如果安装)被移除。
[0061]再次参照图12，焊道260被形成为围绕凸缘80和端口 30的周界的一系列连续的周向的焊接层。焊道260向外形成，朝向配合面25并且可能超出配合面25。第一周向焊接层(未单独示出)被称作根部焊道。在制造焊道260的根部焊道之前以及制造该根部焊道时，来自焊接夹具100的惰性气体256的流动的一部分从计量器主体10通过焊接斜面34、84之间的腔265并且朝外表面20向外出去。惰性气体256的另一部分向内通过间隙268并进入计量器主体10的内部流动通道12中。当完成根部焊道并且焊道260是跨越焊接斜面34、84的圆周的环形时，于是腔265优选地通过焊道260而在一个端部处被密封。当腔265在一个端部处被密封时，惰性气体流动256不再在斜面34、84之间向外通过，但保持与腔265连通并通过间隙268，从而出去到内部流动通道12中。随着焊接进行，焊道260达到图12中示出的中间厚度。焊接层的施加持续到焊道260达到目标厚度、可能如图2中的完全深度的焊道38那样延伸超出配合面25为止。完成了焊道260的加固以及壳体60到端口 30的密封。
[0062]在各种焊接方法期间，将(a)惰性气体流动256和(b)不进行焊接的停歇时间段中的至少一个用于将壳体60和主体10保持在预定的温度上限以下，以避免对壳体30、主体10或焊接部38、260的可能损坏。在一些焊接方法中，壳体60和主体10的温度被保持在不超过152°C (305 T)的温度下。这可以通过间歇的焊接以及在适当的时间段内不焊接来完成。不执行焊接的时段允许热量经由传导和对流从壳体60和主体10被运送离开。可以通过在不执行焊接的时段(该时段可以包括完成焊接之后的时间)期间使惰性气体的流动持续来增强冷却。
[0063]随着焊道冷却，焊道收缩。焊道260的收缩朝内部流动通道12沿轴线31向内拉动换能器壳体60。结果，凸缘80的面82移动并且不再与配合面25对准。在一些实施例中，包括凸缘80的换能器壳体60由于焊道260的收缩而沿轴线31朝通道12移动0.040英寸的距离。因此，在安装和焊接之前，适当地指定换能器壳体60的长度以在焊道冷却之后实现密封端部62在端口 30内的准确放置。在焊道260的冷却期间，焊接夹具100与壳体60一起移动。因此，通过在装配的早期阶段期间为诸如换能器壳体的可焊接物体规定适当的长度，可以补偿焊接部的移动。
[0064]在焊道260冷却后，焊接夹具100被移除，从而导致诸如图2所示的构造。在一些情况下，焊接夹具100将会沿轴线31被容易地拉动并且进入内部流动通道12中以便移除。在其它情况下，螺纹杆170将会被转动以推动隔板180抵靠换能器壳体60，导致焊接夹具100的其余部分相对于壳体60移动，从而最终将夹具100全部从壳体60和端口 30释放以便移除。
[0065]在焊接方法的一些实施例中，不是如图11中那样将块205用于将换能器壳体60安装在计量器主体10中。替代地，采用插入块305以形成如组件250 (图9)的装配组件，以协助安装以及可选地在形成点焊时进行协助。在另外的实施例中，不与焊接夹具100 —起使用插入块来耦接壳体60。
[0066]现在参照图15，示出了用于在换能器壳体60与计量器主体10之间形成焊接密封(或者更概括地，在可焊接物体与大致管状主体之间形成焊接密封)的方法500。方法500并入和概括了在整个的本文献中描述的许多操作或所有操作。总体上，方法500使用焊接夹具来定位可焊接物体，并且使用焊接夹具来在焊接期间以及在优选情况下在焊接之后增加惰性气体的输送。为了这一目的，方法500在步骤510处形成包括换能器壳体、焊接夹具和插入块的装配组件。方法500在步骤520处调节焊接夹具内的接纳腔的尺寸以对应于换能器壳体的尺寸，并且在步骤530处在计量器主体中的通孔中插入和对准换能器壳体。在步骤540处将插入块移除。在步骤550中，将换能器壳体保持在相对于计量器主体的通孔的预定的位置处。为了准备焊接，步骤560开始到焊接区的前侧和到焊接区的后侧的惰性气体流动。焊接区的前侧例如是与换能器袋状部24的配合面25相邻的区域。焊接区的后侧例如是与腔265相邻的区域。与将气体提供至后侧的定时和来源相比，将气体提供至前侧的定时和来源可以发生变化。例如，惰性气体256可以在包括交替的焊接时段和冷却时段的整个焊接过程中从焊接夹具100稳定地流出。在另一示例中，在焊接工具处于工作中时，惰性气体仅被运送至前侧。在另一示例中，在整个焊接过程中，气体的稳定流动被提供至焊接区的前侧和后侧两者。
[0067]在步骤570处，在换能器壳体与计量器主体之间形成点焊。步骤580在换能器壳体与计量器主体之间形成焊接部。例如，图1的焊接部38周向地环绕壳体60，从而将壳体60耦接至计量器主体10。在一些实施例中，分层地形成焊接部。在完成焊接之后或在实现充分的冷却之后，在步骤590处停止惰性气体的流动。基于方法500的其它实施例包括更多个或更少个操作。例如，一些实施例不使用插入块。
[0068]除非另有明确说明，否则可以任何适当的顺序来执行本公开中的或权利要求中的方法的步骤。与本公开中的方法或权利要求中的方法的步骤相关的对诸如(a)、(b)、(c)或(510)、(520)、(530)的标识的使用不是意在为这些步骤指定特定的顺序并且也不为这些步骤指定特定的顺序，而是被用于简化对这些步骤的后续引用。
[0069]尽管已示出并描述了示例性实施例，然而本领域技术人员可以在不脱离本文中的范围或教示的情况下对这些实施例作出修改。本文中所描述的实施例仅是示例性的并且不是限制性的。可以对本文中描述的系统、设备和方法做出许多变型和修改。因此，保护范围不限于本文中描述的实施例，而是仅被随附的权利要求所限制，其中权利要求的范围应当包括权利要求的主题的所有等同。
【权利要求】
1.一种焊接方法，包括: 将可焊接物体至少部分地插入到形成于大致管状主体中的通孔中，所述管状主体具有内部流动通道以及外表面，并且所述通孔具有孔壁； 在所述可焊接物体与所述孔壁之间传输惰性气体，所述气体通过所述通孔而被传输；以及 在所述惰性气体正被传输时将所述可焊接物体焊接至所述管状构件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在从所述内部流动通道内的位置到所述外表面的方向上传输所述惰性气体。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在焊接期间将所述可焊接物体保持在不高于152摄氏度的温度下。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在从所述管状构件的外部朝所述内部流动通道的方向上插入所述可焊接物体。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在插入所述可焊接物体之前将 所述可焊接物体耦接至焊接夹具；以及 经由沿所述夹具而被支撑的导管将惰性气体传输至所述通孔。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 将所述可焊接物体插入到所述通孔中到达下述程度:使得所述可焊接物体的一部分延伸超出所述管状主体的所述外表面。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，所述焊接包括: 在围绕所述通孔的周界而周向地间隔开的位置施加第一组点焊。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括: 通过使用插入块而在形成点焊时在所述可焊接物体的至少一部分与所述通孔之间保持间隔。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，保持间隔还包括:在所述插入块上设置多个延伸的隔离件，并围绕所述可焊接物体的周界布置所述隔离件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接包括: 施加至少一个点焊，然后围绕所述通孔的周界施加周向的焊接层。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括: 围绕所述通孔的周界施加周向的焊接层。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括: Ca)在第一时间段内进行焊接； (b)在不焊接的情况下等待第二时间段；以及 (c)重复(a)然后(b)，至少直到所述壳体与通孔之间的区域被密封为止。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在焊接期间使用夹具将所述可焊接物体保持在所述通孔中预定的位置处。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括: 将至少一个流体输送管支撑在所述夹具上，并通过所述至少一个流体输送管传输所述惰性气体。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括:在所述夹具中设置至少一个流体通道； 耦接所述至少一个流体通道以与所述至少一个流体输送管流体连通；以及其中，传输所述惰性气体包括通过所述夹具中的所述至少一个流体通道以及通过所述至少一个流体输送管来传送气体。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括: 使用第一插入块将所述可焊接物体引导至相对于所述通孔的预定位置。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括: 在至少一部分焊接期间使用第二插入块将所述可焊接物体保持在所述通孔中预定的位置处。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括: 在焊接之前确定所述可焊接物体的适当长度，以便补偿在焊接冷却时所述可焊接物体相对于所述管状主体的移动。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括: 使用布置在所述夹具中的隔离件来接合所述可焊接物体的一个端部；以及 在所述夹具内轴向地移动所述隔离件，使得所述夹具相对于所述可焊接物体轴向地移动。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括: 在所述隔离件与所述可焊接物体的被所述隔离件接合的端部的中央区域之间保持间隙。
21.—种方法,包括: 将焊接夹具耦接至换能器壳体以形成组件； 将所述组件至少部分地插入到形成于计量器主体中的通孔中，所述计量器主体具有内部流动通道，所述通孔具有从所述计量器主体的外表面延伸至所述内部流动通道的孔壁；经由通过所述焊接夹具支撑的一个或更多个流体输送管而在所述换能器壳体与所述孔壁之间供应惰性气体； 将所述换能器壳体焊接至所述计量器主体；以及 将所述夹具从与所述换能器壳体的接合中移除。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括: 在从所述流动通道朝计量器主体外表面的方向上传输惰性气体。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括: 在所述焊接期间将所述换能器壳体保持在不高于152摄氏度的温度下。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括: 在从所述计量器主体的外部朝所述流动通道的方向上将所述组件插入所述孔。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述焊接包括: 在围绕所述通孔的周界而周向地间隔开的位置施加第一组点焊。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括:围绕所述换能器壳体施加环形焊道，并将所述壳体密封到所述计量器主体。
27.根据权利要求21所述的方法，还包括: 使用第一插入块将所述壳体引导至相对于所述通孔的预定位置。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括: Ca)在围绕所述通孔的周界的一个或更多个位置处进行焊接； (b)在不焊接的情况下等待一个时间段以允许冷却；以及 (c)继续(a)然后(b)，直到所述壳体被密封至所述计量器主体为止。
29.根据权利要求21所述的方法，其中，供应惰性气体包括通过所述夹具中的至少一个流体通道以及通过与所述流体通道流体连通的至少一个流体输送管来传输气体。
30.根据权利要求27所述的方法，还包括: 在至少一部分焊接期间使用第二插入块将所述可焊接物体保持在所述通孔中预定的位置处。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括: 在形成点焊时使用插入块来在所述可焊接物体的至少一部分与所述通孔之间保持间隔。
【文档编号】B23K9/16GK103567609SQ201310303231
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2012年7月18日
【发明者】查尔斯·罗伯特·阿兰, 沙伊·H·哈 申请人:丹尼尔测量和控制公司