CN112570886A - 一种激光焊接气刀保护装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接气刀保护装置及其使用方法本发明涉及激光焊接设备技术领域，尤其是涉及一种激光焊接气刀保护装置及其使用方法，该装置包括用于固定整体气刀装置到激光焊接头上的基座、用于阻隔保护镜片与待焊工件的三层挡板分体结构、用于垂直激光束入射方向喷气的双层喷嘴结构和用于冷却挡板的水冷块。该激光焊接气刀保护装置在激光焊接时，通过喷嘴结构和基座内的吹气通道喷出高速的压缩空气，形成双层保护气帘和沿激光束轴线的保护气流，将向上迸射的飞溅物和上逸的烟尘吹离激光焊接头的保护镜头，同时挡板可以阻挡工件反射的激光作用到激光焊接头上。本发明能够有效地保护激光焊接头的保护镜头，提高了激光保护镜头的使用寿命，降低了更换保护镜头的时间和材料成本。同时，该装置结构简单、模块化，各部分易于拆卸和更换，对工作环境的适应性强。

Description

一种激光焊接气刀保护装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光焊接设备技术领域，特别是涉及一种激光焊接气刀保护装置及其使用方法。

背景技术

激光焊接是以高能量密度的聚焦激光束作为热源，激光束照射到待焊材料表面，通过激光与材料的相互作用使材料熔化并连接、形成焊接接头的一种高效精密的焊接方法。在焊接过程中，由于高功率密度的激光束的作用，待焊材料形成熔池、剧烈汽化并产生飞溅，且当焊接材料中存在较多熔点差异较大的成分或者低熔点杂质时会产生大量的焊接烟尘。

激光焊接在工作过程中产生大量的金属蒸汽、飞溅和烟尘会对焊接设备产生危害，飞溅物撞击到激光焊接头内的保护镜片上会烧损镜片，降低镜片的透光率，从而使激光的光束质量降低，甚至使镜片在焊接过程中由于飞溅物遮挡的部分产生能量聚集而被烧毁，降低了镜片的使用寿命和工作效率，增加了生产成本。产生的烟尘进入到焊接头内会污染其内部的光学元件，降低光学元件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光焊接保护气刀装置及其使用方法，解决上诉背景技术中提到的焊接飞溅物和烟尘的问题。

为解决上诉问题，本发明提出了一种激光焊接保护气刀装置及使用方法，该装置可以避免激光焊接过程中产生的飞溅物附着到激光焊接头保护镜片上，对激光保护镜片产生破坏，从而对激光光束质量和激光焊接头使用寿命产生的影响，同时也可以将焊接过程中产生的烟尘吹走，保护焊接头内部光学元件不被污染。

为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：一种激光焊接气刀保护装置，包括用于固定整体结构到激光焊接头上的基座、用于阻隔保护镜头与待焊工件的三层挡板分体结构、用于冷却最下层挡板的水冷块和用于朝垂直于激光束入射方向喷气的双层喷嘴结构，所述基座上设有旋钮、水冷和吹气通道，所述基座、挡板和水冷块上设有供激光束通过的通孔，所述挡板自基座从上到下依次为上挡板、中挡板和下挡板，所述双层喷嘴结构的喷嘴分别设置在基座与上挡板之间、上挡板与中挡板之间。

优选地，所述基座与激光焊接头之间、基座与双层喷嘴结构之间通过螺栓固定连接，所述基座与旋钮之间通过螺纹紧固连接。

优选地，所述基座上设有水冷通道，水冷通道的水路可与激光焊接头水冷通道的水路相连也可外加水冷机进行冷却。

优选地，所述基座上设有吹气通道，吹气通道与激光束入射通道相通，旋钮阻挡通道吹出的气体向上流动，使气体沿激光束轴线向工件方向流动，所述基座、旋钮、挡板和水冷块的通孔与激光束同轴。

优选地，所述三层挡板的各层尺寸不相同，中挡板长宽方向的尺寸最大、下挡板厚度方向的尺寸最大。

优选地，所述挡板与基座之间、挡板与挡板之间通过螺柱实现固定连接，所述上挡板与基座之间、每层挡板之间的螺柱可拆卸和更换且可通过改变所选用螺柱的长度来调节各部分之间的距离。

优选地，所述双层喷嘴结构为分体式，进气部与出气部之间由空腔分开并通过螺栓连接，所述双层喷嘴结构由同一进气部提供保护气体，双层喷嘴分开并同时向外喷气。

优选地，所述双层喷嘴结构的喷嘴前端呈扁平状、后端呈圆筒空腔状。

优选地，所述水冷块与下挡板之间通过螺栓连接。

另一方面，本发明采用如下技术方案：一种使用方法，使用如上所述的激光焊接气刀保护装置在焊接过程中对激光焊接头进行保护，包括。

将所述基座固定到激光焊接头上，依次将喷嘴结构和上挡板固定到基座上，其中上挡板通过两段一定长度的螺柱实现固定连接。

根据工况要求选取一定长度的螺柱将中挡板与装有水冷块的下挡板连接到上挡板的螺柱上。

向所述的基座的水冷通道及水冷块供给冷却水，为所述基座的吹气通道及喷嘴结构供给保护气，然后开始激光焊接。

激光焊接结束后，继续向所述基座及水冷块供给冷却水及保护气。

停止向所述基座及水冷块供给冷却水及保护气，完成激光焊接过程。

将所述激光焊接气刀保护装置的基座从激光焊接头上拆除，其余部分可以按安装的逆过程拆卸也可以保持不变以备下次相似工况下使用，将各部分清洗干净进行保存。

本发明的有益效果是：该激光焊接气刀保护装置在激光焊接时，通过喷嘴结构和基座内的吹气通道喷出高速的压缩空气，形成双层保护气帘和沿激光束轴线的保护气流，将向上迸射的飞溅物和上逸的烟尘横向吹离激光焊接头的保护镜头，其中基座内的水冷通道可以冷却基座及与之相连的激光焊接头部分。

本发明能够有效地保护激光焊接头的保护镜头，提高了激光保护镜头的使用寿命，降低了更换保护镜头的时间和材料成本。同时，该装置结构简单、模块化，各部分易于拆卸和更换，对工作环境的适应性强。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，如附图中所示。

图1示出本发明所述激光焊接保护气刀装置的结构示意图。

图2示出基座的轴测图。

图3示出基座的后视图。

图4示出喷嘴结构的轴测图。

图5示出喷嘴结构的后视图。

图6示出挡板及螺柱的轴测图。

图7示出挡板及螺柱的后视图。

图中，1、基座；101、水冷通道；102、吹气通道；2、旋钮；3、挡板；301、上挡板；302、中挡板；303、下挡板；4、水冷块；5、螺柱；501、上螺柱；502、中螺柱；503、下螺柱；6、双层喷嘴结构；601、进气部；602、喷气部；603、喷嘴。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供的激光焊接气刀保护装置主要用于激光焊接过程中对激光焊接头保护镜头以及内部器件的保护。

如图1至图7所示，本发明提供的激光焊接气刀保护装置包括用于固定整体结构到激光焊接头上的基座1、用于阻隔保护镜头与待焊工件的三层挡板分体结构3、用于冷却最下层挡板的水冷块4和用于朝垂直于激光束入射方向喷气的双层喷嘴结构6，所述基座1上设有旋钮2、水冷和吹气通道101、102，所述基座1、三层挡板3和水冷块4上设有供激光束通过的通孔，所述挡板自基座1从上到下依次为上挡板301、中挡板302和下挡板303，所述双层喷嘴结构6的喷嘴603分别设置在基座1与上挡板301之间、上挡板301与中挡板302之间。

所述基座1与激光焊接头之间、基座1与双层喷嘴结构6之间通过螺栓固定连接，所述基座1与旋钮2之间通过螺纹紧固连接，基座1的安装方向无特别要求可以根据工况需求进行调整。优选地，基座1、旋钮2与双层喷嘴结构6的材料选用比重小、易于加工成形的铝合金。

所述基座1上设有水冷通道101，水冷通道101的水路可与激光焊接头水冷通道的水路相连也可外加水冷机进行冷却。

所述基座1上设有吹气通道102，吹气通道102与激光束入射通道相通，旋钮2主要的作用是限制气体的流动方向，阻挡通道吹出的气体向上流动，使气体沿激光束轴线向工件方向流动，在轴向上施加气体保护加强装置的保护效果。

所述基座1、旋钮2、挡板3和水冷块4上设置有足够激光束通过的通孔，且各部分的通孔与激光束同轴，在保证激光束通过的前提下可以适当的减小上挡板的通孔大小以更好地减少飞溅及烟尘上逸到激光焊接头的镜头处。

所述三层挡板3的各层尺寸不相同，上挡板301主要起到分隔双层喷嘴结构6的喷嘴603的作用，中挡板302与下挡板303主要起到防护作用，在激光焊接过程中，一方面为防止工件反射的激光照射到基座1及激光焊接头的其它部分，加大中挡板302的长和宽，使中挡板302在长宽方向的尺寸最大，另一方面为防止下挡板303受到工件反射的激光能量而受热产生变形，加大下挡板303的厚度。优选地，挡板的材料选用导热性好的紫铜。

所述挡板3与基座1之间、挡板与挡板之间通过螺柱实现固定连接，所述上挡301板与基座1之间、每层挡板之间的螺柱可拆卸和更换且可通过改变所选用螺柱的长度来调节各部分之间的距离。

所述双层喷嘴结构6为分体式，进气部601与喷气部602之间由空腔分开并通过螺栓连接，其中喷气部602有两个喷嘴603，经过上挡板301和中挡板302的分隔形成双层保护气帘空间。优选地，可以更换进气部601与喷气部602调整通气管径。

所述双层喷嘴结构6由同一进气部601提供保护气体，保护气体一般采用压缩空气，双层喷嘴603分开并同时向外喷气。

所述双层喷嘴结构6的喷嘴603前端呈扁平状、后端呈圆筒空腔状，前端的扁平状结构由圆筒挤压成形可以减小喷气部的横截面积使喷出气体的流速更大。

所述水冷块4与下挡板303之间通过螺栓连接，水冷块4主要对下挡板303的通孔附近区域进行冷却，水冷块4的尺寸小于下挡板303的尺寸。水冷块4由外部水冷机提供冷却水，装置可以在无水冷块4条件下使用。

本发明提供的激光焊接气刀保护装置使用方法为：

通过所述基座1将整体结构固定到激光焊接头上，使基座1的上表面与激光焊接头下表面接触。依次将喷嘴结构6和上挡板301固定到基座1上，其中上挡板301通过两段一定长度的螺柱501、502实现固定连接。

根据工况要求选取一定长度的下螺柱503将303中挡板302与装有水冷块4的下挡板连接到上挡板301的中螺柱502上；优选地，可以调整下螺柱503的长度、各个挡板的尺寸来适应工况对激光焊接气刀保护装置尺寸的要求。

向所述的基座1的水冷通道101及水冷块4供给冷却水，为所述基座1的吹气通道102及喷嘴结构6供给保护气，然后开始激光焊接；

激光焊接结束后，继续向所述基座1及水冷块4供给冷却水及保护气；

停止向所述基座1及水冷块4供给冷却水及保护气，完成激光焊接过程；

将所述激光焊接气刀保护装置的基座1从激光焊接头上拆除，其余部分可以按安装的逆过程拆卸也可以保持不变以备下次相似工况下使用，最后将各部分清洗干净进行保存。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种激光焊接气刀保护装置，包括用于固定整体装置到激光焊接头上的基座、用于阻隔保护镜片与待焊工件的三层挡板分体结构、用于垂直激光束入射方向喷气的双层喷嘴结构和用于冷却最下层挡板的水冷块，其特征在于，所述基座上设有旋钮、水冷和吹气通道，所述基座、挡板与水冷块上设有供激光束通过的通孔，所述三层挡板自基座向下依次为上挡板、中挡板和下挡板，所述双层喷嘴结构的喷嘴分别设置在基座与上挡板之间、上挡板与中挡板之间，所述水冷块内有水冷通道。

2.根据权利要求1所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述基座与激光焊接头之间、基座与双层喷嘴结构之间通过螺栓固定连接，所述基座与旋钮之间通过螺纹紧固连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述基座上设有水冷通道，水冷通道的水路可与激光焊接头水冷通道的水路相连也可外加水冷机进行冷却。

4.根据权利要求1和2所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述基座上设有吹气通道，吹气通道与激光束入射通道相通，旋钮阻挡通道吹出的气体向上流动，使气体沿激光束轴线向工件方向流动，所述基座、旋钮、挡板和水冷块的通孔与激光束同轴。

5.根据权利要求1所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述三层挡板的各层尺寸不相同，中挡板的长宽方向尺寸最大、下挡板厚度方向的尺寸最大。

6.根据权利要求1所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述挡板与基座之间、挡板与挡板之间通过螺柱实现固定连接，所述上挡板与基座之间、每层挡板之间的螺柱可拆卸和更换且可通过改变所选用螺柱的长度来调节各部分之间的距离。

7.根据权利要求1所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述双层喷嘴结构为分体式，进气部与出气部之间由空腔分开并通过螺栓连接，所述双层喷嘴结构由同一进气部提供保护气体，双层喷嘴分开并同时向外喷气。

8.根据权利要求7所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述双层喷嘴结构的喷嘴前端呈扁平状、后端呈圆筒空腔状。

9.根据权利要求1所述的一种激光焊接气刀保护装置，其特征在于，所述水冷块与下挡板之间通过螺栓连接。

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的激光焊接气刀保护装置的使用方法，其特征在于，包括：

将所述基座固定到激光焊接头上，依次将喷嘴结构和上挡板固定到基座上，其中上挡板通过两段一定长度的螺柱实现固定连接；

根据工况要求选取一定长度的螺柱将中挡板与装有水冷块的下挡板连接到上挡板的螺柱上；

向所述的基座及水冷块供给冷却水，为所述基座的吹气通道及喷嘴结构供给保护气，然后开始激光焊接；

激光焊接结束后，继续向所述装置供给冷却水及保护气；

停止向所述装置供给冷却水及保护气，完成激光焊接过程；

将所述激光焊接气刀保护装置的基座从激光焊接头上拆除，其余部分可以按安装的逆过程拆卸也可以保持不变以备下次相似工况下使用，将各部分清洗干净进行保存。

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