CN110293313A - 一种激光焊接局部真空密封工装及激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接局部真空密封工装，密封罩Ⅰ包括本体Ⅰ，本体Ⅰ上设真空槽Ⅰ；密封罩Ⅱ包括本体Ⅱ，本体Ⅱ上设真空槽Ⅱ和安装槽，安装槽和真空槽Ⅱ两者延伸方向同向、且相互连通，安装槽内用于安装激光保护镜片；本体Ⅰ和本体Ⅱ上分别对应设有气孔Ⅰ和气孔Ⅱ、分别与真空槽Ⅰ和真空槽Ⅱ连通；一种激光焊接装置，包括抽真空系统、激光焊接系统和上述的局部真空密封工装；使用时，密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ用于分别安装在待焊接平板的两侧板面上，真空槽Ⅰ和真空槽Ⅱ均与接缝处相对，然后进行抽真空和激光焊接操作。本发明装拆灵活、真空室体积小、抽真空时间短、效率高，突破了现有真空激光焊接设备对大尺寸、大厚度结构材料焊接的限制。

Description

一种激光焊接局部真空密封工装及激光焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接局部真空密封工装及激光焊接装置。

背景技术

激光焊接技术具有焊接速度快，焊接变形小，自动化程度高等优点广泛应用于航空航天、汽车、轮船、轨道交通等行业，但由于常规激光焊接过程产生的等离子体和金属蒸气对激光产生反射、折射和吸收等现象，对激光传输具有一定“屏蔽效应”，严重降低到达工件表面的激光功率密度，改变激光传输路径，使接缝处熔深大大降低，接缝处成形不良，并且随着激光功率的增大，这种“屏蔽效应”也逐渐增强。

近年来，随着大功率光纤激光器和碟片激光器的出现，真空激光焊接技术也得到了飞速发展，真空环境对抑制等离子体具有很好的效果，相同功率下，可以获得大气环境下激光焊接2～3倍的接缝处熔深，或者获得相同的熔深，只需更小的激光功率便可实现，而且接缝处均匀美观。

但现有真空激光焊接装备主要针对小型零件的激光加工，对于核电、船舶等领域的大尺寸大厚板则没有合适的真空激光焊接装备，限制了真空激光焊接技术的广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：真空激光焊接设备受工件尺寸限制大、需要进行多层多道焊接，焊接效率低的问题，本发明提供了解决上述问题的一种激光焊接局部真空密封工装及激光焊接装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种激光焊接局部真空密封工装，包括密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ，所述密封罩Ⅰ包括本体Ⅰ，所述本体Ⅰ的一侧板面上设有真空槽Ⅰ；所述密封罩Ⅱ包括本体Ⅱ，所述本体Ⅱ的一侧板面上设有真空槽Ⅱ，本体Ⅱ的另一侧板面上设有安装槽，所述安装槽的延伸方向与真空槽Ⅱ的延伸方向同向，且在延伸方向上安装槽与真空槽Ⅱ连通，安装槽内用于密封固定激光保护镜片；所述本体Ⅰ和本体Ⅱ上分别对应设有气孔Ⅰ和气孔Ⅱ，气孔Ⅰ与真空槽Ⅰ连通，气孔Ⅱ与真空槽Ⅱ连通；

使用时，密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ用于分别安装在待焊接平板的两侧板面上，且真空槽Ⅰ和真空槽Ⅱ均与待焊接平板上的接缝处相对，且真空槽Ⅰ的延伸长度等于或大于接缝处的长度，在真空槽Ⅰ、接缝处和真空槽Ⅱ三者连通的空腔内形成密封腔室。

但现有真空激光焊接装备主要针对小型零件的激光加工，对于核电、船舶等领域的大尺寸大厚板则没有合适的真空激光焊接装备，限制了真空激光焊接技术的广泛应用，主要是由于需要构建大型真空室用于容纳大尺寸工件，本发明提供的激光焊接用局部真空密封工装主体结构主要由密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ两个部件构成，且这两个部件只需沿两个待焊接平板的接缝处沿线分布设置即可。使用时，只需将密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ分别安装在待焊接平板上下两侧，使真空槽Ⅰ与接缝处的待焊接平板下板面处形成下部局部密封腔室，真空槽Ⅱ与接缝处的待焊接平板上板面处形成上部局部密封腔室，下部局部密封腔室和上部局部密封腔室通过接缝处联通；然后通过气孔Ⅰ和气孔Ⅱ对下部局部密封腔室和上部局部密封腔室进行抽真空处理，在接缝处获得局部真空，同时密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ通过真空吸附在待焊接平板上，一方面对密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ起到定位固定作用，无须设置复杂的固定机构与待焊接平板固定连接，另一方面对两个待焊接平板起到固定定位作用，在焊接过程中保障两个待焊接平板接缝处缝隙宽度始终保持不便；最后，使激光透过激光保护镜片射向接缝处进行焊接成焊缝。

综上所述，该密封工装具有装拆灵活、真空室体积小、抽真空时间短、效率高，突破了现有真空激光焊接设备对大尺寸、大厚度结构材料焊接的限制，并可通过增减垫片实现不同厚度的大厚板的局部真空激光焊接。

进一步地，所述本体Ⅰ的一侧板面上还设有至少一个密封圈Ⅰ，所述密封圈Ⅰ沿真空槽Ⅰ槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅰ的一侧板面与待焊接平板的板面之间。

通过设置多个密封圈Ⅰ，一方面利于保障本体Ⅰ与待焊接平板之间接触的密封性，另一方面，使本体Ⅰ与待焊接平板之间无须因刚性接触受损，而是采用柔性接触方式，通过真空吸附固定，对待焊接平板及密封工装都起到保护作用。

进一步地，所述本体Ⅱ的一侧板面上还设有至少一个密封圈Ⅱ，所述密封圈Ⅱ沿真空槽Ⅱ槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅱ的一侧板面与待焊接平板的板面之间。

通过设置多个密封圈Ⅱ，一方面利于保障本体Ⅱ与待焊接平板之间接触的密封性，另一方面，使本体Ⅱ与待焊接平板之间无须因刚性接触受损，而是采用柔性接触方式，通过真空吸附固定，对待焊接平板及密封工装都起到保护作用。

进一步地，所述密封罩Ⅱ还包括镂空的镜片压板，所述镜片压板覆盖在安装槽上；

设置镜片压板主要用于固定激光保护镜片，镂空结构方便激光直射激光保护镜片，激光保护镜片可通过螺栓连接等简单结构固定在本体Ⅱ上，

进一步地，所述镜片压板下压板面上、安装槽的底面上均设有密封垫圈；在真空使用状态时，镜片压板下压板面与激光保护镜片一侧板面之间通过密封垫圈密封接触，安装槽的底面与激光保护镜片另一侧板面之间通过密封垫圈密封接触。

通过设置密封垫圈，一方面利于保障激光保护镜片与安装槽接触部位、激光保护镜片与镜片压板接触部位之间的密封性，另一方面，使保障激光保护镜片与安装槽底面、镜片压板之间柔性接触，对激光保护镜片起到保护作用。

进一步地，还包括若干垫片，所述垫片用于堆叠设置在接缝处延伸方向两端的本体Ⅰ和本体Ⅱ之间，堆叠设置的垫片的上下表面分别与本体Ⅰ和本体Ⅱ密封接触，堆叠设置的垫片的一侧壁与待焊接平板侧壁密封接触。

本发明中，垫片可设计不同厚度规格，垫片位于待焊接平板的接缝处两端、且压紧密封在密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ之间，使多个相同厚度或不同厚度的垫片堆叠起来的整体厚度与待焊接平板的厚度相同，最后可通过螺栓与密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ紧固连接，增强密封性。因此本发明通过堆叠多个相同厚度或不同厚度的垫片调整密封罩Ⅰ和密封罩Ⅱ之间的距离，适用于对不同厚度的待焊接平板进行焊接。

一种激光焊接装置，包括抽真空系统、激光焊接系统和上述的一种激光焊接局部真空密封工装；所述抽真空系统与气孔Ⅰ和气孔Ⅱ连通，利用抽真空系统空获得真空槽Ⅰ和真空槽Ⅱ内真空状态；所述激光焊接系统发出的激光透过激光保护镜片射向接缝处形成焊缝。

本发明提供的激光焊接装置，适用于大尺寸平板工件、厚度较大窄缝隙焊接，装拆灵活，真空室体积小，抽真空时间短、效率高，突破了现有真空激光焊接设备对大尺寸、大厚度结构材料焊接的限制，并可通过增减垫片实现不同厚度的大厚板的局部真空激光焊接。

进一步地，所述抽真空系统包括真空泵和抽气管道，真空泵通过抽气管道分别与气孔Ⅰ和气孔Ⅱ的自由端连接，通过气孔Ⅰ连通真空槽Ⅰ与真空泵，通过气孔Ⅱ连通真空槽Ⅱ与真空泵。

抽真空系统通过抽气管道分别与密封罩Ⅰ的气孔Ⅰ和密封罩Ⅱ的气孔Ⅱ相连接，这样抽真空系统通过气孔Ⅰ和气孔Ⅱ分别对应与真空槽Ⅰ和真空槽Ⅱ联通，获得接缝处周围形成局部真空环境。真空泵可为机械泵和罗茨泵。

进一步地，所述激光焊接系统包括激光器和激光焊接头；所述激光器发出的激光通过激光焊接头射出。

本发明提供的一种激光焊接装置工作原理为：

打开激光焊接系统，使激光焊接头发出的激光透过激光保护镜片射向工件表面，激光焊接系统输出的激光束与待焊接平板相对运动，使得激光束历遍整个待焊接平板的接缝处形成焊缝，完成对待焊接平板的焊接，激光束与待焊接平板相对运动存在以下两种情况：

1、保持激光焊接系统静止，通过移动密封工装使待焊接平板沿着接缝处方向运动，完成激光焊接系统输出的激光束与待焊接平板的相对运动；

2、保持待焊接平板静止，驱动激光焊接系统沿着接缝处方向运动，完成激光焊接系统输出的激光束与待焊接平板的相对运动。

本发明具有如下的优点和有益效果：

针对真空激光焊接设备受工件尺寸限制大、需要进行多层多道焊接，焊接效率低的问题，本发明他提供了一种激光焊接局部真空密封工装及基于该密封工装的真空激光焊接装置，具有如下优点：

1，本发明所述的装置相比传统大尺寸、大厚度平板焊接的窄间隙埋弧焊方法，无需开坡口，多层多道焊接、焊前预热和焊后热处理，能够实现单道焊接，具有高效快速的特点；

2，本发明所述的装置相比于现有的真空激光焊接装置对焊件尺寸要求高的缺点，无需构建大型真空室，解决了抽真空效率低的问题；

3，本发明所述的装置可以焊接不同厚度的大厚板，密封性良好，焊前准备时间短，实用性高、可操作性强。

综上所述，本发明为局部真空密封工装及激光焊接装置，适用于大尺寸平板工件、厚度较大窄缝隙焊接，装拆灵活，真空室体积小，抽真空时间短、效率高，突破了现有真空激光焊接设备对大尺寸、大厚度结构材料焊接的限制，并可通过增减垫片实现不同厚度的大厚板的局部真空激光焊接。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的平面截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-密封罩Ⅰ，11-本体Ⅰ，12-真空槽Ⅰ，13-气孔Ⅰ，14-密封圈Ⅰ；

2-密封罩Ⅱ，21-本体Ⅱ，22-真空槽Ⅱ，23-安装槽，24-气孔Ⅱ，25-密封圈Ⅱ，26-镜片压板，27-密封垫圈；

3-激光焊接系统，31-激光保护镜片，32-激光器，33-激光焊接头；

4-待焊接平板；

5-焊缝；

6-垫片；

7-抽真空系统，71-真空泵，72-抽气管道；

8-螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种激光焊接局部真空密封工装，包括密封罩Ⅰ1和密封罩Ⅱ2，密封罩Ⅰ1包括本体Ⅰ11，本体Ⅰ11的一侧板面上设有真空槽Ⅰ12，本体Ⅰ11呈长方体板结构，真空槽Ⅰ12的延申方向与本体Ⅰ11的轴线方向同向；密封罩Ⅱ2包括本体Ⅱ21，本体Ⅱ21的一侧板面上设有真空槽Ⅱ22，本体Ⅱ21的另一侧板面上设有安装槽23，安装槽23的延伸方向与真空槽Ⅱ22的延伸方向同向，且在延伸方向上安装槽23与真空槽Ⅱ22连通，安装槽23内用于密封固定激光保护镜片31；本体Ⅱ21呈类似长方体结构，径向截面呈“凸”字形结构，方便安装激光保护镜片31，真空槽Ⅱ22和安装槽23两者的延申方向均与本体Ⅱ21轴线方向同向，且真空槽Ⅱ22和安装槽23两者的延申长度相等；本体Ⅰ11和本体Ⅱ21上分别对应设有气孔Ⅰ13和气孔Ⅱ24，气孔Ⅰ13与真空槽Ⅰ12连通，气孔Ⅱ24与真空槽Ⅱ22连通；

使用时，密封罩Ⅰ1和密封罩Ⅱ2用于分别安装在待焊接平板4的两侧板面上，且真空槽Ⅰ12和真空槽Ⅱ22均与待焊接平板4上的接缝处相对，真空槽Ⅰ12的延伸长度等于接缝处的长度，在真空槽Ⅰ12、接缝处和真空槽Ⅱ22三者连通的空腔内形成密封腔室。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述本体Ⅰ11的一侧板面上还设有内外分布的密封圈Ⅰ14，密封圈Ⅰ14沿真空槽Ⅰ12槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅰ11的一侧板面与待焊接平板4的板面之间。本体Ⅱ21的一侧板面上还设有内外分布的两个密封圈Ⅱ25，密封圈Ⅱ25沿真空槽Ⅱ22槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅱ21的一侧板面与待焊接平板4的板面之间。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，所述密封罩Ⅱ2还包括镂空的镜片压板26，镜片压板26覆盖在安装槽23上；镜片压板26下压板面上、安装槽23的底面上均设有密封垫圈27；在真空使用状态时，镜片压板26下压板面与激光保护镜片31一侧板面之间通过密封垫圈27密封接触，安装槽23的底面与激光保护镜片31另一侧板面之间通过密封垫圈27密封接触。镜片压板26通过螺栓8固定在本体Ⅱ21上，镜片压板26上开设有条形孔，条形孔用于激光穿过直射在激光保护镜片31上，条形孔的长度延申方向与安装槽23的延申方向同向，且两者延申长度相等。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，还包括若干垫片6，垫片6用于堆叠设置在接缝处延伸方向两端的本体Ⅰ11和本体Ⅱ21之间，堆叠设置的垫片6的上下表面分别与本体Ⅰ11和本体Ⅱ21密封接触，堆叠设置的垫片6的一侧壁与待焊接平板4侧壁密封接触。

实施例5

本实施例提供了一种激光焊接装置，包括抽真空系统7、激光焊接系统3和实施例4提供的一种激光焊接局部真空密封工装；抽真空系统7与气孔Ⅰ13和气孔Ⅱ24连通，利用抽真空系统7空获得真空槽Ⅰ12和真空槽Ⅱ22内真空状态；所述激光焊接系统3发出的激光透过激光保护镜片31射向接缝处形成焊缝5。

实施例6

在实施例5的基础上进一步改进，所述抽真空系统7包括真空泵71和抽气管道72，真空泵71通过抽气管道72分别与气孔Ⅰ13和气孔Ⅱ24的自由端连接，通过气孔Ⅰ13连通真空槽Ⅰ12与真空泵71，通过气孔Ⅱ24连通真空槽Ⅱ22与真空泵71。激光焊接系统3包括激光器32和激光焊接头33；激光器32发出的激光经过激光焊接头33的准直、聚焦后射出。

激光器32为工业激光器，工业激光器可以为用于激光焊接的CO₂激光器或光纤激光器等；激光焊接头33为工业激光焊接头，例如：德国PRECTICE YW30激光焊接头；对于光纤激光器，工业激光器与激光加工头之间采用光纤传输激光，对于CO₂激光器采用硬光路传输激光。

采用实施例6提供的一种激光焊接装置进行焊接的你和具体操作如下：

步骤1，在待焊接平板4的接缝处位置上下分别安装上密封罩Ⅱ2和密封罩Ⅰ1，利用密封圈Ⅰ14和密封圈Ⅱ25分别使得待焊接平板4下板面与密封罩Ⅰ1、待焊接平板4上板面和密封罩Ⅱ2之间形成良好的密封；该密封工装只需安装在两个待焊接平板4的接缝处即可，不受待焊接平板4整体尺寸大小限制；

步骤2，安装激光保护镜片31，使得激光保护镜片31的上下表面与镜片压板26和安装槽23之间形成良好密封；

步骤3，开启真空泵71，分别对上部局部真空室(真空槽Ⅱ22和待焊接平板4上板面之间的腔室)和下部局部真空室(真空槽Ⅰ12和待焊接平板4上板面之间的腔室)进行抽真空，使得局部真空室内达到一定的局部真空度；

步骤4，控制激光器32出光，保持待焊接平板4静止，协同控制激光焊接头33相对待焊接平板4以一定速度运动，使得激光进入真空室完成激光焊接过程。

步骤5，焊接完毕后，将局部真空激光焊接装置从工件周围拆下，完成整个大厚板局部真空激光焊接过程。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，包括密封罩Ⅰ(1)和密封罩Ⅱ(2)，

所述密封罩Ⅰ(1)包括本体Ⅰ(11)，所述本体Ⅰ(11)的一侧板面上设有真空槽Ⅰ(12)；所述密封罩Ⅱ(2)包括本体Ⅱ(21)，所述本体Ⅱ(21)的一侧板面上设有真空槽Ⅱ(22)，本体Ⅱ(21)的另一侧板面上设有安装槽(23)，所述安装槽(23)的延伸方向与真空槽Ⅱ(22)的延伸方向同向，且在延伸方向上安装槽(23)与真空槽Ⅱ(22)连通，安装槽(23)内用于密封固定激光保护镜片(31)；所述本体Ⅰ(11)和本体Ⅱ(21)上分别对应设有气孔Ⅰ(13)和气孔Ⅱ(24)，气孔Ⅰ(13)与真空槽Ⅰ(12)连通，气孔Ⅱ(24)与真空槽Ⅱ(22)连通；

使用时，密封罩Ⅰ(1)和密封罩Ⅱ(2)用于分别安装在待焊接平板(4)的两侧板面上，且真空槽Ⅰ(12)和真空槽Ⅱ(22)均与待焊接平板(4)上的接缝处相对，且真空槽Ⅰ(12)的延伸长度等于或大于接缝处的长度，在真空槽Ⅰ(12)、接缝处和真空槽Ⅱ(22)三者连通的空腔内形成密封腔室。

2.根据权利要求1所述的一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，所述本体Ⅰ(11)的一侧板面上还设有至少一个密封圈Ⅰ(14)，所述密封圈Ⅰ(14)沿真空槽Ⅰ(12)槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅰ(11)的一侧板面与待焊接平板(4)的板面之间。

3.根据权利要求1所述的一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，所述本体Ⅱ(21)的一侧板面上还设有至少一个密封圈Ⅱ(25)，所述密封圈Ⅱ(25)沿真空槽Ⅱ(22)槽口周向呈连续闭环分布，用于密封压紧在本体Ⅱ(21)的一侧板面与待焊接平板(4)的板面之间。

4.根据权利要求1所述的一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，所述密封罩Ⅱ(2)还包括镂空的镜片压板(26)，所述镜片压板(26)覆盖在安装槽(23)上。

5.根据权利要求4所述的一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，所述镜片压板(26)下压板面上、安装槽(23)的底面上均设有密封垫圈(27)；在真空使用状态时，镜片压板(26)下压板面与激光保护镜片(31)一侧板面之间通过密封垫圈(27)密封接触，安装槽(23)的底面与激光保护镜片(31)另一侧板面之间通过密封垫圈(27)密封接触。

6.根据权利要求1所述的一种激光焊接局部真空密封工装，其特征在于，还包括若干垫片(6)，所述垫片(6)用于堆叠设置在接缝处延伸方向两端的本体Ⅰ(11)和本体Ⅱ(21)之间，堆叠设置的垫片(6)的上下表面分别与本体Ⅰ(11)和本体Ⅱ(21)密封接触，堆叠设置的垫片(6)的一侧壁与待焊接平板(4)侧壁密封接触。

7.一种激光焊接装置，其特征在于，包括抽真空系统(7)、激光焊接系统(3)和权利要求1至7任一项所述的一种激光焊接局部真空密封工装；所述抽真空系统(7)与气孔Ⅰ(13)和气孔Ⅱ(24)连通，利用抽真空系统(7)空获得真空槽Ⅰ(12)和真空槽Ⅱ(22)内真空状态；所述激光焊接系统(3)发出的激光透过激光保护镜片(31)射向接缝处形成焊缝(5)。

8.根据权利要求7所述的一种激光焊接装置，其特征在于，所述抽真空系统(7)包括真空泵(71)和抽气管道(72)，真空泵(71)通过抽气管道(72)分别与气孔Ⅰ(13)和气孔Ⅱ(24)的自由端连接，通过气孔Ⅰ(13)连通真空槽Ⅰ(12)与真空泵(71)，通过气孔Ⅱ(24)连通真空槽Ⅱ(22)与真空泵(71)。

9.根据权利要求7所述的一种激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接系统(3)包括激光器(32)和激光焊接头(33)；所述激光器(32)发出的激光通过激光焊接头(33)射出。