CN105728940A - 一种激光焊接同轴保护装置 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接同轴保护装置。本发明涉及一种焊接设备，具体涉及一种激光焊接同轴保护装置。本发明为解决现有激光焊接保护技术中侧吹辅助气体装置保护效果和灵活度差，真空激光焊接成本高的问题。一种激光焊接同轴保护装置包括激光发射器、连接组件、保护气喷嘴组件和气瓶，保护气喷嘴组件设置在激光发射器的正下方，保护气喷嘴组件通过连接组件与激光发射器连接，气瓶与保护气喷嘴组件连接。本发明用于激光焊接。

Description

一种激光焊接同轴保护装置

技术领域

本发明涉及一种焊接设备，具体涉及一种激光焊接同轴保护装置。

背景技术

激光焊接技术与传统的焊接技术相比，具有焊接速度快，焊缝深宽比大，焊接热变形小以及易于实现自动化等优点。但是在激光焊接过程中，一方面工件上方的高温等离子体通过吸收、散射和折射作用对激光产生屏蔽效应，不仅会降低激光的利用率，而且会影响焊缝成型。另一方面，激光焊接化学活性较强的金属材料时，焊接熔池区和焊缝高温区的保护非常重要。以钛合金为例，钛从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，且随着温度的上升，钛吸收气体的能力进一步增强。氧和氮都是α相稳定元素，当其含量较少时，气体原子将以置换或间隙的形式固溶在晶格中，改变材料原始的晶格排列，使钛的强度、硬度提高，但随着气体含量继续增加，气体以过饱和的形式存在，则易形成晶间化合物。对与钛合金的激光焊接不仅要对熔池进行惰性气体保护，还要对热影响区金属冷却段进行保护。钛合金激光焊接过程中气体对焊缝高温区的保护情况直接影响到钛合金焊接后材料性能，成为保护效果好坏的关键。基于以上两点，激光焊接焊接过程需要良好的保护，特别是对于化学活性较强的金属。

激光焊接过程通常采用侧吹辅助气体的方法对焊接区进行保护。但是侧吹辅助气体的方法存在以下不足：(1)侧吹喷嘴的定位精度和气流量控制要求比较严格；(2)侧吹喷嘴在焊接过程中对热影响区的保护效果较差，极易引起氧化，焊缝表面质量差，焊缝内部产生气孔；(3)侧吹喷嘴只能在一个方向上起作用，在焊接复杂形状焊缝时方便性和灵活性受到限制；激光焊接过程也有采用真空激光焊接方法提高激光焊接保护效果的，但是真空激光焊接成本较高，且对工件尺寸要求较高。综上所述：现有的激光焊接的保护方法均存在一定的不足，激光焊接技术需要一种保护效果良好。使用方便灵活、成本较低的保护装置。

发明内容

本发明为解决现有激光焊接保护技术中侧吹辅助气体装置保护效果和灵活度差，真空激光焊接成本高的问题，进而提出一种激光焊接同轴保护装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明包括激光发射器、连接组件、保护气喷嘴组件和气瓶，保护气喷嘴组件设置在激光发射器的正下方，保护气喷嘴组件通过连接组件与激光发射器连接，气瓶与保护气喷嘴组件连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种激光焊接同轴保护喷嘴，可以防止气流在主轴保护结构内过早发散，使主轴和旁轴喷射出的气体层流长度变长；

2、旁轴喷出的保护气垂直吹向工件表面，不影响主轴保护气对等离子体的抑制作用；

3、旁轴入射气流直接射向筛板，减少气体流速和气流量的损失；

4、本发明适合于激光焊接钛合金，其他化学活性较强的金属材料，如铝、锆等材料；

5、适用于激光焊接、激光热处理、激光熔覆等激光材料加工领域；

6、本发明有效避免了对于二维路径焊缝焊接在焊接过程中保护效果分段现象；

7、焊接过程稳定性和一致性提高，工作效率得到提升。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中保护气喷嘴组件3的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3中的A-A向剖视图；

图5是本发明中筛板3-2-3的主视图；

图6是本发明中连接组件2的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明，本实施方式所述一种激光焊接同轴保护装置包括激光发射器1、连接组件2、保护气喷嘴组件3和气瓶4，保护气喷嘴组件3设置在激光发射器1的正下方，保护气喷嘴组件3通过连接组件2与激光发射器1连接，气瓶4与保护气喷嘴组件3连接。

如此设计保护气喷嘴组件3用于保护激光焊接过程，气体喷射口位置和大小利用流体力学原理设计，用于对焊接区形成良好保护，气瓶4用于提供焊接过程中的保护气。

具体实施方式二：结合图1至图5说明，本实施方式所述保护气喷嘴组件3包括主轴保护机构3-1和旁轴保护机构3-2，主轴保护机构3-1和旁轴保护机构3-2均为壳体，主轴保护机构3-1嵌装在旁轴保护机构3-2的上端面的内部，主轴保护机构3-1的上端面的中部设有激光通过孔3-1-1，主轴保护机构3-1的上端面上对称设有两个主轴进气孔接口3-1-2，两个主轴进气孔接口3-1-2分别与气瓶4连接，主轴保护机构3-1的下端面为倒圆锥形，主轴保护机构3-1下端面中部的尖端设有出气通孔3-1-3，旁轴保护机构3-2的上端面的中部设有安装通孔3-2-1，主轴保护机构3-1嵌装在安装通孔3-2-1内，旁轴保护机构3-2的上端面上对称设有两个旁轴进气孔接口3-2-2，两个旁轴进气孔接口3-2-2分别与气瓶4连接，旁轴保护机构3-2的外圆周侧壁为倒圆锥形，旁轴保护机构3-2的下端面上设有筛板3-2-3，筛板3-2-3的中部设有中心通孔3-2-3-1，主轴保护机构3-1下端面的出气通孔3-1-3插装在中心通孔3-2-3-1内，筛板3-2-3上均布设有多个筛孔3-2-3-2。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中的气体由主轴进气孔接口3-1-2进入到主轴保护机构3-1中，为焊接过程中气体保护输送气体，进而实现焊接区的保护；气体由旁轴进气孔接口3-2-2进入到旁轴保护机构3-2中，为焊接过程中气体保护输送气体进而实现热影响区高温区的保护；主轴进气孔接口3-1-2和旁轴进气孔接口3-2-2的气体可根据需要连接同一个气瓶4或者分别连接一个气瓶4，气体的流量大小实现可单独控制；筛板3-2-3起到控制控制旁轴气体喷出速度和方向的作用，旁轴保护气的出气更加均匀，旁轴喷出的保护气垂直吹向工件表面，气体流速有所增加；主轴保护机构3-1和旁轴保护机构3-2固接，筛板3-2-3与旁轴保护机构3-2通过玻璃胶固接。

如此设计的保护气喷嘴组件3，可以防止气流在主轴保护机构3-1内过早发散，使主轴和旁轴喷射出的气体层流长度变长，同时旁轴喷出的保护气垂直吹向工件表面，不影响主轴保护气对等离子体的抑制作用，此外旁轴入射气流直接射向筛板3-2-3，减少气体流速和气流量的损失。

保护气喷嘴组件3中气体喷射口位置和大小利用流体力学原理设计，主轴保护机构3-1的下端面的尖端的内径为14mm，底端内径为46mm，下端面的高度为30mm，主轴保护机构3-1的总高为42mm，旁轴保护机构3-2的外圆周侧壁的尖端的内径为76mm，底端内径为98mm，外圆周侧壁的高度为18mm，筛板3-2-3的中心通孔3-2-3-1的孔径为18mm，筛板3-2-3的外径为76mm，筛孔3-2-3-2的孔径为4mm，多个筛孔3-2-3-2均布分成若干个组，每组中包含呈直线状分布的若干个筛孔3-2-3-2，若干个组均由中心通孔3-2-3-1向四周呈射线状均匀分布。

具体实施方式三：结合图1至图5说明，本实施方式所述旁轴保护机构3-2的上端面为圆锥形，旁轴保护机构3-2的外圆周侧壁和主轴保护机构3-1的下端面分别与旁轴保护机构3-2的上端面垂直。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

如此设计使流向筛板3-2-3的气体分布更加均匀。此外旁轴保护机构3-2的上端面的尖端内径为50mm，上端面的高度为14mm。

具体实施方式四：结合图1至图5说明，本实施方式所述主轴进气孔接口3-1-2与主轴保护机构3-1的上端面垂直，旁轴进气孔接口3-2-2与旁轴保护机构3-2的上端面垂直。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

如此设计使流向筛板3-2-3的气体分布更加均匀。

具体实施方式五：结合图1至图5说明，本实施方式所述两个主轴进气孔接口3-1-2和两个旁轴进气孔接口3-2-2的轴线共面设置。其它组成和连接方式与具体实施方式二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1至图5说明，本实施方式所述主轴保护机构3-1的上端面的内侧垂直设有气流约束管3-1-4，气流约束管3-1-4的内侧壁与激光通过孔3-1-1的外圆周侧壁平齐。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

如此设计气流约束管3-1-4，深入到喷嘴内部，能更好地约束气流，防止气流在较短距离内就扩散气流发散的情况得到明显改善。

具体实施方式七：结合图1和图6说明，本实施方式所述连接组件2包括上顶板2-1、下底板2-2、第一竖直板2-3和第二竖直板2-4，上顶板2-1和下底板2-2分别设置在第一竖直板2-3的同一侧，上顶板2-1的一端与第一竖直板2-3垂直固接，激光发射器1的上端面通过多个连接螺栓与上顶板2-1固接，第一竖直板2-3竖直端面的下端沿高度方向上设有竖直腰形通孔2-3-1，第二竖直板2-4平行设置在第一竖直板2-3的下端的一侧，第二竖直板2-4的竖直端面上沿高度方向设有两个定位螺栓2-4-1，两个定位螺栓2-4-1穿过竖直腰形通孔2-3-1且分别通过螺母与第一竖直板2-3固接，第二竖直板2-4的下端沿长度方向设有两组锁紧螺栓，每组锁紧螺栓均沿宽度方向设置，下底板2-2的水平端面的一侧沿宽度方向设有两个底板腰形通孔2-2-1，每个底板腰形通孔2-2-1均沿长度方向设置，每组锁紧螺栓分别穿过一个底板腰形通孔2-2-1且通过螺母与下底板2-2固接，下底板2-2的上端面上设有圆形通孔2-2-2，圆形通孔2-2-2设置在激光发射器1的正下方，且圆形通孔2-2-2与激光通过孔3-1-1同轴设置，下底板2-2的上端面上对称设有两个沉孔2-2-3，每个主轴进气孔接口3-1-2分别插装在一个沉孔2-2-3内且通过沉头螺栓与下底板2-2固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、四或六相同。

本实施方式中通过调整两个定位螺栓2-4-1的高度，实现了保护气喷嘴组件3在高度方向上的调整，在保证激光焦距的前提下，保护气喷嘴组件3与工件表面的距离；通过两组锁紧螺栓沿下底板2-2长度方向上的调整，使得保护气喷嘴组件3在焊接方向的位置可调；圆形通孔2-2-2与激光通过孔3-1-1同轴设置，保证激光可通过保护气喷嘴组件3到达工件表面，并且不损坏保护气喷嘴组件3。

具体实施方式八：结合图1和图6说明，本实施方式所述上顶板2-1的上端面的中部设有对中通孔2-1-1，对中通孔2-1-1与激光发射器1的上端面的中部相对应。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

如此设计的对中通孔2-1-1起到对中的作用，便于实现激光发射器1的快速安装。

具体实施方式九：结合图1和图6说明，本实施方式所述每组锁紧螺栓中锁紧螺栓的数量为2个。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图1至图5说明，本实施方式所述多个筛孔3-2-3-2均布分成16组。其它组成和连接方式与具体实施方式二、三、四、六、八或九相同。

本实施方式中多个筛孔3-2-3-2均布分成16组，每组中包含呈直线状分布的5个筛孔3-2-3-2，每组中相邻两个筛孔3-2-3-2之间的距离为5mm，中心通孔3-2-3-1圆心到每组中第一个筛孔3-2-3-2的距离为13mm。

Claims (10)

1.一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述一种激光焊接同轴保护装置包括激光发射器(1)、连接组件(2)、保护气喷嘴组件(3)和气瓶(4)，保护气喷嘴组件(3)设置在激光发射器(1)的正下方，保护气喷嘴组件(3)通过连接组件(2)与激光发射器(1)连接，气瓶(4)与保护气喷嘴组件(3)连接。

2.根据权利要求1所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述保护气喷嘴组件(3)包括主轴保护机构(3-1)和旁轴保护机构(3-2)，主轴保护机构(3-1)和旁轴保护机构(3-2)均为壳体，主轴保护机构(3-1)嵌装在旁轴保护机构(3-2)的上端面的内部，主轴保护机构(3-1)的上端面的中部设有激光通过孔(3-1-1)，主轴保护机构(3-1)的上端面上对称设有两个主轴进气孔接口(3-1-2)，两个主轴进气孔接口(3-1-2)分别与气瓶(4)连接，主轴保护机构(3-1)的下端面为倒圆锥形，主轴保护机构(3-1)下端面中部的尖端设有出气通孔(3-1-3)，旁轴保护机构(3-2)的上端面的中部设有安装通孔(3-2-1)，主轴保护机构(3-1)嵌装在安装通孔(3-2-1)内，旁轴保护机构(3-2)的上端面上对称设有两个旁轴进气孔接口(3-2-2)，两个旁轴进气孔接口(3-2-2)分别与气瓶(4)连接，旁轴保护机构(3-2)的外圆周侧壁为倒圆锥形，旁轴保护机构(3-2)的下端面上设有筛板(3-2-3)，筛板(3-2-3)的中部设有中心通孔(3-2-3-1)，主轴保护机构(3-1)下端面的出气通孔(3-1-3)插装在中心通孔(3-2-3-1)内，筛板(3-2-3)上均布设有多个筛孔(3-2-3-2)。

3.根据权利要求2所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述旁轴保护机构(3-2)的上端面为圆锥形，旁轴保护机构(3-2)的外圆周侧壁和主轴保护机构(3-1)的下端面分别与旁轴保护机构(3-2)的上端面垂直。

4.根据权利要求3所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述主轴进气孔接口(3-1-2)与主轴保护机构(3-1)的上端面垂直，旁轴进气孔接口(3-2-2)与旁轴保护机构(3-2)的上端面垂直。

5.根据权利要求2、3或4所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述两个主轴进气孔接口(3-1-2)和两个旁轴进气孔接口(3-2-2)的轴线共面设置。

6.根据权利要求5所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述主轴保护机构(3-1)的上端面的内侧垂直设有气流约束管(3-1-4)，气流约束管(3-1-4)的内侧壁与激光通过孔(3-1-1)的外圆周侧壁平齐。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述连接组件(2)包括上顶板(2-1)、下底板(2-2)、第一竖直板(2-3)和第二竖直板(2-4)，上顶板(2-1)和下底板(2-2)分别设置在第一竖直板(2-3)的同一侧，上顶板(2-1)的一端与第一竖直板(2-3)垂直固接，激光发射器(1)的上端面通过多个连接螺栓与上顶板(2-1)固接，第一竖直板(2-3)竖直端面的下端沿高度方向上设有竖直腰形通孔(2-3-1)，第二竖直板(2-4)平行设置在第一竖直板(2-3)的下端的一侧，第二竖直板(2-4)的竖直端面上沿高度方向设有两个定位螺栓(2-4-1)，两个定位螺栓(2-4-1)穿过竖直腰形通孔(2-3-1)且分别通过螺母与第一竖直板(2-3)固接，第二竖直板(2-4)的下端沿长度方向设有两组锁紧螺栓，每组锁紧螺栓均沿宽度方向设置，下底板(2-2)的水平端面的一侧沿宽度方向设有两个底板腰形通孔(2-2-1)，每个底板腰形通孔(2-2-1)均沿长度方向设置，每组锁紧螺栓分别穿过一个底板腰形通孔(2-2-1)且通过螺母与下底板(2-2)固接，下底板(2-2)的上端面上设有圆形通孔(2-2-2)，圆形通孔(2-2-2)设置在激光发射器(1)的正下方，且圆形通孔(2-2-2)与激光通过孔(3-1-1)同轴设置，下底板(2-2)的上端面上对称设有两个沉孔(2-2-3)，每个主轴进气孔接口(3-1-2)分别插装在一个沉孔(2-2-3)内且通过沉头螺栓与下底板(2-2)固接。

8.根据权利要求7所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述上顶板(2-1)的上端面的中部设有对中通孔(2-1-1)，对中通孔(2-1-1)与激光发射器(1)的上端面的中部相对应。

9.根据权利要求8所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述每组锁紧螺栓中锁紧螺栓的数量为2个。

10.根据权利要求2、3、4、6、8或9所述一种激光焊接同轴保护装置，其特征在于：所述多个筛孔(3-2-3-2)均布分成16组。