CN107755908A - 一种激光焊气体保护装置 - Google Patents

Abstract

一种激光焊气体保护装置，包括沿着焊接间隙设置的行走部分，所述行走部分包括分别位于焊接间隙的两侧且能够沿着焊接间隙行走的第一行走车和第二行走车，在第一行走车和第二行走车的一端共同支撑有向焊接位置运送焊丝的送丝嘴部分，还包括活动支撑在所述第一行走车和第二行走车上且能够从焊接间隙的两侧朝向焊接间隙吹气的横向气帘部分和活动支撑在第一行走车和第二行走车的另一端且能够在焊接间隙所在的竖直平面内朝向焊接位置吹气的纵向气管部分。该气体保护装置能够从侧向和纵向两个方向向焊接位置吹气以对焊接位置以及焊接位置的前后进行保护，改善激光焊的焊接效果。

Description

一种激光焊气体保护装置

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种激光焊气体保护装置。

背景技术

在石油化工、船舶制造、航空航天等重大装备的制造过程中，经常会遇到厚壁构件的焊接问题。而现代工业及国防装备正逐步向大型化、高参数发展，厚壁焊接结构的应用越来越广泛，厚壁焊接的问题日益突出。在采用传统熔焊方法焊接厚壁构件时，为了使坡口两侧壁充分熔透以避免侧壁未熔合的缺陷产生，需开X型坡口或选择大坡口角度的J型坡口。随着焊接构件壁厚的增加，坡口断面面积也随之增加，导致焊接作业时间、焊接材料消耗量也都逐步增加，这对能源利用和工业生产效率都是不利的。在这种背景下出现了以窄间隙为特征的厚板焊接技术，该技术方法选用小尺寸的I型坡口或小于8°的U型、V型坡口，并应用现有的弧焊方法以多层焊的方式，完成坡口的填充。因而窄间隙焊接技术在保留传统焊接方法优点的同时，较理想地克服了大尺寸坡口焊接时工作效率低，材料损耗多等局限。鉴于上述优势，窄间隙焊已经成为了厚板构件制造领域的首选技术，并得到了广泛的应用，而基于激光焊方法的窄间隙焊接技术尤其受到关注，其结合了激光焊和窄间隙焊的优点，具有热输入小，焊接热影响区和变形小等优点，是一种高效的厚壁构件焊接方法。

随着窄间隙激光焊接技术的发展，其进一步的推广应用受到一定的限制，缺少完善的焊接气体保护方法是制约该技术发展的主要原因之一。焊接对接间隙的降低增加了气体保护的难度，深而窄的坡口使得保护气体难以到达焊层表面，导致焊缝因保护不充分而出现氧化等问题。同时理想的气体保护应该保护区域足够大，既能实时保护熔池，又能将保护气体覆盖到正在冷却的焊缝区(避免高温金属受外界影响)和即将受热的熔池前方(提前排出空气)。目前，现有的针对厚板窄间隙激光焊气体保护装置的设计大都为对固定于激光焊接头的侧吹导气管进行变型，虽然通过改造侧吹管可以将大部分保护气体送进窄间隙，但是保护区域仍然较小，且将气保装置固定于激光焊接头，一定程度上限制了激光焊接头的工作范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光焊气体保护装置，该装置能够从侧向和横向吹入保护气体，能够更大程度地将焊接区域以及焊接前后区域进行保护，进一步改善焊接效果。

针对上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光焊气体保护装置，包括沿着焊接间隙设置的行走部分，所述行走部分包括分别位于焊接间隙的两侧且能够沿着焊接间隙行走的第一行走车和第二行走车，在第一行走车和第二行走车的一端共同支撑有向焊接位置运送焊丝的送丝嘴部分，其特征在于，还包括活动支撑在所述第一行走车和第二行走车上且能够从焊接间隙的两侧朝向焊接间隙吹气的横向气帘部分和活动支撑在第一行走车和第二行走车的另一端且能够在焊接间隙所在的竖直平面内朝向焊接位置吹气的纵向气管部分。

优选地，所述行走部分还包括两个并行设置在焊接间隙两侧的U型轨，所述第一行走车和第二行走车分别设置在两U型轨上并能够沿着U型轨移动。

优选地，所述横向气帘部分包括分别活动设置在第一行走车和第二行走车上的两横向气帘块，每个横向气帘块上朝向焊接间隙的一侧设置有沿焊接方向延伸的气缝，在每个横向气帘块上设置有与气缝连接的气动管接头，所述气动管接头连接保护气体的气源。

优选地，所述横向气帘块的内侧铰接在对应的行走车的内侧，所述横向气帘块的外侧通过多个V字型支架与对应的行走车的外侧相连接，每个所述V字型支架包括两相互铰接的活动片，其中一个活动片远离相互铰接的一端与横向气帘块铰接，另一端活动片远离相互铰接的一端与对应的行走车铰接。

优选地，纵向气管部分包括两端分别固定到第一行走车和第二行走车上的后固定块、下端固定到后固定板上的后竖杆、固定到后竖杆上端的角度调节块以及固定到角度调节块上的气管，所述气管位于焊接间隙所在的竖直平面内或者平行于所述竖直平面。

优选地，所述后固定块的两端固定于第一行走车和第二行走车的位置在垂直于焊接间隙的方向上能够分别进行调整，所述后竖杆固定在后固定块上的位置在垂直于焊接间隙的方向上也能够进行调整。

优选地，所述角度调节块能够沿着垂直于所述竖直平面的轴线旋转。

优选地，在角度调节块上设置有轴线位于所述竖直平面内或者平行于所述竖直平面的至少一个气管插孔，所述气管插入到气管插孔中，在所述角度调节块上还设置有垂直于所述竖直平面的气管固定孔，所述气管固定孔为螺纹孔，在螺纹孔中设置有能够伸入到气管固定孔中的气管固定螺钉。

优选地，所述送丝部分包括两端分别固定到第一行走车和第二行走车上的前固定块、下端固定到前固定板上的前竖杆、固定到前竖杆上端的送丝嘴固定环以及固定到送丝嘴固定环上的送丝嘴，所述送丝嘴位于焊接间隙所在的竖直平面内或者平行于所述竖直平面。

优选地，所述前固定块的两端固定于第一行走车和第二行走车的位置在垂直于焊接间隙的方向上能够分别进行调整，所述前竖杆固定在前固定块上的位置在垂直于焊接间隙的方向上也能够进行调整。

与现有技术相比，本发明还具有以下有益效果：

1)本发明的气体保护装置采用横吹和侧吹同时进行的方式，保护区域大，既能实时保护熔池，又能将保护气体覆盖到正在冷却的焊缝区(避免高温金属受外界影响)和即将受热的熔池前方(提前排出空气)，特别适用于焊接间隙较窄的厚板构件场合；

2)整个气体保护装置独立于激光焊接头，焊接头的工作范围不受拘束；

3)纵向气管和横向气帘的方向均可调，可以满足不同板厚和坡口尺寸的厚板焊接。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的立体图；

图2是根据本发明的一个优选实施例的行走车的立体图；

图3是根据本发明的一个优选实施例的A处的放大图；

图4和5是根据本发明的一个优选实施例的行走车和横向气帘部分的连接图；

图6根据本发明的一个优选实施例的B处的放大图；

图7是根据本发明的一个优选实施例的行走车和横向气帘部分的截面图；

图8和图9是根据本发明的一个优选实施例的横向气帘块的结构图；

图10和图11是根据本发明的一个优选实施例的纵向气管部分的结构图；

图12和图13是根据本发明的一个优选实施例的送丝嘴部分的结构图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1-13所示的一种激光焊气体保护装置，包括行走部分、横向气帘部分、纵向气管部分以及送丝嘴部分。所述行走部分用以带动横向气帘部分、纵向气管部分以及送丝嘴部分沿着焊接间隙移动，所述横向气帘部分用以从焊接间隙的两侧朝着焊接间隙吹入保护气体，纵向气管部分用以在焊接间隙所在的纵向平面内朝着正在焊接的焊接位置吹入保护气体，所述送丝嘴部分用以将焊丝送入到焊接位置。

所述行走部分包括相互平行的第一U型轨1和第二U型轨2以及分别可移动地设置在第一U型轨1和第二U型轨2内的第一行走车3和第二行走车4。所述第一U型轨1和第二U型轨2结构相同，截面均为U型，均包括底板1-2和分别设置在底板1-2两侧的相互平行的两侧板1-1，所述两侧板1-1和底板1-2的厚度相同，所述第一行走车3和第二行走车4放置在两侧板1-1和底板1-2形成的U型槽内，所述第一U型轨1和第二U型轨2对第一行走车3和第二行走车4起到了导向的作用。并且为了保证两行走车的在两U型轨内的顺利移动，每个U型轨的两侧板1-1与底板1-2的连接处设置圆角过渡1-3，同时侧板顶部也设有圆角过渡1-4。

所述第一行走车3和第二行走车4的结构互为镜像，下面以第一行走车3为例进行描述。

第一行走车3的主体3-1截面为T型，在所述主体3-1的沿长度方向均匀地设置有多对可旋转的行走轮3-5，每对行走轮3-5对称地设置在主体3-1的两侧且靠下的位置，所述主体3-1通过行走轮3-5可移动地支撑在第一U型轨1内。在主体3-1的一端面设置有与行走轮3-5传动连接的电机3-6，所述电机3-6通过电缆与外部控制器连接以控制第一行走车3与激光焊接头同步移动。

在主体3-1的上端两侧分别设置有靠近焊接间隙的内斜坡3-1-1和远离焊接间隙的外斜坡3-1-2，在内斜坡3-1-1的位置处沿主体3-1的长度方向均匀地设置有多个连接板3-2，所述连接板3-2上设置有轴线与主体3-1的长度方向一致的通孔3-2-1。在外斜坡3-1-2上沿主体3-1的长度方向均与设置有多个槽型向上的槽型连接件3-3，在每个槽型连接件3-3上与槽型对应的位置处设置有轴线与主体3-1的长度方向一致的通孔3-3-1。

所述横向气帘部分包括分别设置在第一行走车3和第二行走车4上的第一横向气帘块5和第二横向气帘块6，所述第一横向气帘块5和第二横向气帘块6的结构互为镜像，下面仅对第一横向气帘块5进行描述。

在所述第一横向气帘块5沿主体3-1的方向延伸，并且在第一横向气帘块5上设置有沿第一横向气帘块5延伸的呈条形的气缝5-1，所述气缝5-1在第一横向气帘块5朝向焊接间隙的一侧与外界连通，在第一横向气帘块5远离焊接间隙的一侧以及两端分别设置有与气缝5-1连通的螺纹孔5-2和5-3，在所述螺纹孔5-2和5-3中分别螺纹连接有侧面气动管接头14和端面气动管接头15，通过侧面气动管接头14和端面气动管接头15与保护气体的气源连通进而能够将保护气体从气缝5-1中吹到焊接位置以及焊接位置的前方和后方，起到了对焊接位置以及焊接位置的前方和后方与空气进行隔离的效果，避免了空气对焊接的影响。所述气缝5-1在上下方向上的宽度为2-3mm。

所述第一横向气帘块5的靠近焊接间隙的一侧且靠下的位置设置有内斜坡5-4，在内斜坡5-4上沿着第一横向气帘块5的长度方向上均匀地设置有与连接板3-2同等数量的槽型向下的槽型连接件5-5，所述槽型连接件5-5上与槽型对应的位置处设置有轴线与第一横向气帘块5的长度方向一致的通孔5-5-1。所述连接板3-2插入到对应的槽型连接件5-5中，采用内侧螺栓7穿过槽型连接件5-5上的通孔5-5-1和连接板3-2上的通孔3-2-1并且在内侧螺栓7的尾部拧有内侧螺母8以防止内侧螺栓7从连接板3-2和槽型连接件5-5上脱落。所述第一横向气帘块5通过内侧螺栓7和内侧螺母8实现与主体3-1的铰接进而第一横向气帘块5的外侧能够相对于内侧旋转以实现对气缝5-1角度的调节进而针对不同深度的焊接间隙能够调节到合适的吹气角度。

在第一横向气帘块5的外侧(远离焊接间隙的一侧)的靠下位置设置有呈间断设置的外斜坡5-6，在第一横向气帘块5上的每个外斜坡5-6的位置处设置有以槽型向下的槽型连接件5-7，多个槽型连接件5-7在第一横向气帘块5的长度方向上均匀设置，每个槽型连接件5-7上与槽型对应的位置处设置有轴线与第一横向气帘块5的长度方向一致的通孔5-7-1。所述槽型连接件5-7与槽型连接件3-3一一对应。

每个槽型连接件5-7与槽型连接件3-3之间采用V型活动架9。所述V型活动架9包括上活动片9-1和下活动片9-2，上活动片9-1的两端分别设置有通孔9-1-1和9-1-2，下活动片9-2-1的一端设置有凸起9-2-1，一端设置有通孔9-2-2。所述上活动片的通孔9-1-1与槽型连接5-7通过双头螺柱10和设置在双头螺柱10两端的螺母组11连接，所述凸起9-2-1插入到通孔9-1-2中，所述通孔9-2-2与槽型连接件3-3通过双头螺柱12和螺母组13连接，进而所述上活动片9-1相对于第一横向气帘块5和下活动片9-2-1均能够旋转，所述下活动片9-2还能够相对于主体3-1旋转。这样通过第一横向气帘块5与主体3-1之间的连接结构能够实现气缝5-1的朝向的角度的调节。所述凸起9-2-1与通孔9-1-2为紧配合，需要较大的外力才能实现上活动片9-1和下活动片9-2的相对转动，进而在没有外力时，上活动片9-1和下活动片9-2就能保持一定的角度而不会自行发生旋转。具体地，在需要改变上活动片9-1和下活动片9-2的角度时，可以通过人力使上活动片9-1和下活动片9-2的角度发生改变。

所述纵向气管部分包括气管23和用以支撑气管23的气管支撑结构。所述气管支撑结构包括两端分别固定在两行走车的主体3-1的一端的后固定块16、固定在后固定块16上的后竖杆19以及角度调节块20。

所述后固定块16的两端部均设置有两并行的条形孔16-1，每个条形孔16-1沿着垂直于行走车前进方向的方向延伸，在每个所述行走车上与后固定块16的条形孔16-1对应的位置处设置有螺纹孔3-4，所述后固定块16通过螺钉17与螺纹孔3-4的配合被固定到行走车上。

所述后竖杆19的下端设置有外螺纹19-1和沿行走车前进方向的两侧且垂直于行走车前进方向的两平面19-2，在所述后固定块16的中间位置设置有沿垂直于行走车的前进方向的方向延伸的条形孔16-2，所述后竖杆19的直径大于条形孔16-2的宽度，两平面19-2的距离与条形孔16-2的宽度相同或者略小于条形孔16-2的宽度，这样所述后竖杆19的下端穿过条形孔16-2与位于后固定块16的下侧的后螺母18配合且两平面19-2上方的后竖杆19部分抵靠在后固定块16上进而实现后竖杆19的固定。通过所述条形孔16-1能够适应不同宽度焊接间隙的情况或者其它需要改变两行走车距离的情况，并且也能够调节气管23在垂直于行走车前进方向上的位置以更加准确地对准焊接间隙。进一步，通过条形孔16-2能够进一步调整气管23在垂直于行走车前进方向上的位置。

所述后竖杆19的上端设置有沿着行走车的前进方向延伸的通槽19-3，在后竖杆19上且与通槽19-3对应的位置处设置有垂直于行走车的前进方向的通孔19-4，所述角度调节块20的一端设置有固定环20-1，所述固定环上设置有通孔20-1-1，将固定环20-1放置于通槽19-3中，所述角度调节块20通过螺栓21穿过通孔19-4、通孔20-1-1在位于平行于行走车前进方向的竖直平面内可旋转地设置在后竖杆19的上端，在螺栓21的尾端螺纹配合有螺母22，通过螺母22的松紧能够实现角度调节块20相对于后竖杆19的固定和旋转进而调节位于角度块20上的气管23。

在所述角度调节块20上设置有轴线平行于所述竖直平面的多个气管插孔20-2，所述气管23插入到气管插孔20-2中。在角度调节块20上且与每个气管插孔20-2对应的位置处设置有垂直于气管插孔20-2的轴线的气管固定孔20-3，所述气管固定孔20-3为螺纹孔，通过在其内拧有螺丝24使螺丝24的端部抵靠在气管23上进而能够实现对气管23的固定，并且方便调整气管23从角度调节块20面对焊接间隙的一侧的伸出长度以方便角度的调节。

所述送丝部分设置在行走车上且沿着行走车的前进方向与纵向气管部分相反的一端，包括两端分别固定到两行走车的端部的前固定块25、下端固定到前固定块25上的前竖杆28、固定在前竖杆28的上端的送丝嘴固定环29以及固定在送丝嘴固定环29上的送丝嘴32，所述前固定块25的两端均设置有两条形孔25-1，所有的条形孔25-1都沿着垂直于行走车的前进方向的方向延伸，所述前固定块25通过四个螺钉26固定到两行走车的主体上，并且前固定块25在条形孔25-1的长度方向上能够相对于垂直于行走车的前进方向的方向进行调节，进而能够根据焊接间隙并与后固定块16一起来调节两行走车的间距。

所述前竖杆28的下端设置有外螺纹28-1和沿行走车前进方向的两侧且垂直于行走车前进方向的两平面28-2，在前固定块25上且位于中间的位置设置有沿垂直于行走车的前进方向的方向延伸的条形孔25-2，所述前竖杆28的直径大于条形孔25-2的宽度，两平面28-2的距离与条形孔25-2的宽度相同或者略小于条形孔25-2的宽度，这样所述前竖杆28的下端穿过条形孔25-2与位于前固定块25的下侧的前螺母27配合且两平面28-2上方的前竖杆28部分抵靠在前固定块25上进而实现前竖杆28的固定，并且前竖杆28能够在条形孔25-2的长度范围移动进而能够使送丝嘴32能够对准焊接间隙。

所述送丝嘴固定环29由两个半固定环29-2和29-3相互配合形成，半固定环29-2和29-3均有一个半环和位于半环两端的板状结构组成，两半固定环29-2和29-3的半环组成了中间圆孔29-1，所述送丝嘴32的固定端插入到中间圆孔29-1中。半固定环29-2和29-3互为镜像，以半固定环29-2为例进行描述，每个半固定环的两个板状结构上均设置有通孔29-2-1和29-2-2。在前竖杆28的上端设置有朝着行走车前进方向打通的通槽28-3，在前竖杆28的上端与通槽28-3对应的位置处水平设置有垂直于行走车前进方向的通孔28-4，所述送丝嘴固定环29的一侧的板状结构插入到通槽28-3中，并使用螺栓30穿过通孔28-4和两半固定环板状结构上的通孔与螺母31配合，通过螺栓30与螺母31的拧紧和拧松能够实现对送丝嘴32在竖直平面内角度的调节进而能够根据不同的焊接间隙进行调节。

远离前竖杆28的送丝嘴固定环29的板状结构通过螺栓33穿过两半固定环板状结构上的通孔与螺母34配合，通过螺栓33与螺母34的拧紧和松开或者螺栓30与螺母31的拧紧和松开能够实现对送丝嘴32的固定和拆卸或者固定位置的调节。

该气体保护装置的使用方法如下：焊接时，将气体保护装置横跨焊接间隙坡口(焊接间隙会有一定的坡度)放置至焊板之上，并将气体保护装置固定。调节两U型轨1和2之间的距离、前竖杆28和后竖杆19的位置以及送丝嘴32、横向气帘5和6及气管23的角度，横向气帘和纵向气管接上气管，送丝嘴32接上送丝机，电机模块3-6连接上外部控制器，调节焊接工艺参数后进行窄间隙激光焊。

具体地，两U型导轨1和2之间的距离为L+(5～10mm)，其中L为焊接间隙的坡口的最上端的宽度。

所述保护气体可以采用纯氩气或者纯氦气。所述送丝嘴32也可以由电弧焊枪，以实现窄间隙激光-电弧复合焊或窄间隙电弧填丝焊。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种激光焊气体保护装置，包括沿着焊接间隙设置的行走部分，所述行走部分包括分别位于焊接间隙的两侧且能够沿着焊接间隙行走的第一行走车和第二行走车，在第一行走车和第二行走车的一端共同支撑有向焊接位置运送焊丝的送丝嘴部分，其特征在于，还包括活动支撑在所述第一行走车和第二行走车上且能够从焊接间隙的两侧朝向焊接间隙吹气的横向气帘部分和活动支撑在第一行走车和第二行走车的另一端且能够在焊接间隙所在的竖直平面内朝向焊接位置吹气的纵向气管部分。

2.根据权利要求1所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述行走部分还包括两个并行设置在焊接间隙两侧的U型轨，所述第一行走车和第二行走车分别设置在两U型轨上并能够沿着U型轨移动。

3.根据权利要求1所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述横向气帘部分包括分别活动设置在第一行走车和第二行走车上的两横向气帘块，每个横向气帘块上朝向焊接间隙的一侧设置有沿焊接方向延伸的气缝，在每个横向气帘块上设置有与气缝连接的气动管接头，所述气动管接头连接保护气体的气源。

4.根据权利要求3所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述横向气帘块的内侧铰接在对应的行走车的内侧，所述横向气帘块的外侧通过多个V字型支架与对应的行走车的外侧相连接，每个所述V字型支架包括两相互铰接的活动片，其中一个活动片远离相互铰接的一端与横向气帘块铰接，另一端活动片远离相互铰接的一端与对应的行走车铰接。

5.根据权利要求1所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，纵向气管部分包括两端分别固定到第一行走车和第二行走车上的后固定块、下端固定到后固定板上的后竖杆、固定到后竖杆上端的角度调节块以及固定到角度调节块上的气管，所述气管位于焊接间隙所在的竖直平面内或者平行于所述竖直平面。

6.根据权利要求5所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述后固定块的两端固定于第一行走车和第二行走车的位置在垂直于焊接间隙的方向上能够分别进行调整，所述后竖杆固定在后固定块上的位置在垂直于焊接间隙的方向上也能够进行调整。

7.根据权利要求5所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述角度调节块能够沿着垂直于所述竖直平面的轴线旋转。

8.根据权利要求5所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，在角度调节块上设置有轴线位于所述竖直平面内或者平行于所述竖直平面的至少一个气管插孔，所述气管插入到气管插孔中，在所述角度调节块上还设置有垂直于所述竖直平面的气管固定孔，所述气管固定孔为螺纹孔，在螺纹孔中设置有能够伸入到气管固定孔中的气管固定螺钉。

9.根据权利要求1所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述送丝部分包括两端分别固定到第一行走车和第二行走车上的前固定块、下端固定到前固定板上的前竖杆、固定到前竖杆上端的送丝嘴固定环以及固定到送丝嘴固定环上的送丝嘴，所述送丝嘴位于焊接间隙所在的竖直平面内或者平行于所述竖直平面。

10.根据权利要求9所述的一种激光焊气体保护装置，其特征在于，所述前固定块的两端固定于第一行走车和第二行走车的位置在垂直于焊接间隙的方向上能够分别进行调整，所述前竖杆固定在前固定块上的位置在垂直于焊接间隙的方向上也能够进行调整。