CN112719597A - 一种激光焊接工装及其焊接保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接工装及其焊接保护方法，包括工装基体，工装基体为环状形基体，工装基体中心设有通孔，工装基体外部设有供气流路，工装基体内部设有供气腔，供气腔与工装基体上设的供气口相连通，供气口与通孔的连接端位于基体的底部，供气流路将保护气体引导输入至供气腔，然后经供气口流入通孔中，通孔中容纳激光头进行激光焊接。在激光头移动和激光焊接的过程中，供气流路通过供气腔和供气口持续向通孔供给保护气体，维持保护气氛。不需要移动工装基体，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量，提高焊接工作效率。

Description

一种激光焊接工装及其焊接保护方法

技术领域

本发明涉及一种激光焊接工装，尤其是涉及一种使用于形成保护气氛的激光焊接工装。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，适用于不同形状结构或材质器件间的焊接。激光焊接过程中常使用保护气体来保护熔池，使工件在焊接过程中免受氧化，特别是在例如半导体设备领域，往往对零件的纯净度和洁净度有很高的要求，在焊接零件时需要对焊接件进行良好的保护以避免其性状发生不良改变。通常的激光焊接方法中，设置保护气体供应装置跟随焊接激光光斑移动；具体来说保护气体供应装置有自动跟随和分离跟随两种操作方式，自动跟随方式中采用自动控制器同步移动保护气体供应装置和激光头，设备复杂，在焊接复杂结构零件时受空间制约较明显；分离跟随方式中采用手动或自动方式分布移动保护气体供应装置和激光头，设备较简单，但是不能对焊缝连续焊接，工作效率低，并且会降低焊缝质量，分离跟随方式在焊接弧形焊缝时还有操作困难的缺点。另外保护气体供应装置跟随激光头移动的方式通常只能形成范围较小的保护气氛，保护气氛容易受到环境干扰而造成保护气体浓度降低，导致对焊缝的保护效果下降。

发明内容

本发明为解决现有激光焊接装置存在着设备复杂，在焊接复杂结构零件时受空间制约较明显；或者是不能对焊缝连续焊接，焊接工作效率低，焊接质量低，焊接气体保护范围小，焊接气体保护容易受外界环境干扰等现状而提供的一种不需要移动工装基体，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量，提高焊接工作效率的激光焊接工装及其焊接保护方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种激光焊接工装，其特征在于：包括工装基体，工装基体为环状形基体，工装基体中心设有通孔，工装基体外部设有供气流路，工装基体内部设有供气腔，供气腔与工装基体上设的供气口相连通，供气口与通孔的连接端位于基体的底部，供气流路将保护气体引导输入至供气腔，然后经供气口流入通孔中，在通孔中形成保护气氛，通孔中容纳激光头进行激光焊接。在激光焊接的过程，不需要移动工装基体，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量，提高焊接工作效率。

作为优选，所述的通孔为环状形通孔结构。提高供气输入全方位均衡可靠有效性，提高保证焊缝周围保护气体的保护气氛浓度。

作为优选，所述的通孔呈上宽下窄的倒锥形形状，在容纳激光头的前提下使供气口更接近焊缝。可使激光头更有效的靠近焊缝，更有利于保证焊缝周围保护气体的保护气氛浓度。

作为优选，所述的供气口内沿的末端比供气口外沿的末端更靠近通孔。可以使供气口的末端沿近似水平的方向延伸，引导保护气体沿基本水平的方向流向焊缝，从而减轻气流对焊缝的吹扫和冲击，更有利于提高焊缝的质量。

作为优选，所述的供气口采用为圈环形缝隙结构或者是采用为一圈环形布置的小孔阵列结构。提高供气输入全方位均衡可靠有效性，有利于提高保证焊缝周围保护气体的浓度。

作为优选，所述的焊缝距离供气口内沿的距离不超过10倍供气口的宽度。有利于提高保证焊缝周围保护气体的浓度。

作为优选，所述的工装基体中还具有抽排口，抽排口位于供气口的上方位置处。更有利于引导保护气体自下而上地流动，能够更完整地填充通孔，达到更有效保护气氛。

作为优选，所述的抽排口与真空源连接。更有效提高抽排工装基体中抽排保护气体的循环排出，更有效避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。

作为优选，所述的保护气体的保护气源采用化学惰性气体，所述化学惰性气体包括但不限于氩气。提高激光焊接气氛保护可靠稳定有效性。

本发明申请的另一个发明目的在于提供一种激光焊接工装的焊接保护方法，其特征在于：包括如下焊接保护方法

A1.放置准备需要焊接的第一焊接件和第二焊接件,并使两个焊接件间的焊缝对齐平整；

A2.将上述技术方案之一所述的激光焊接工装放置于第一焊接件的端面上；

A3.对上述技术方案之一所述的激光焊接工装通入保护气体，保护气体依次经供气流路、供气腔和供气口输向通孔通入焊接保护气体；

A4.使激光焊接机的激光头靠近并对准焊缝；

A5.激光头发射激光，熔融焊缝两侧的材料并使之融合焊接；激光头进行激光焊接的同时沿焊缝移动，延长焊接长度；

A6.在激光头移动和激光焊接的过程中，供气流路通过供气腔和供气口持续向通孔供给保护气体，维持保护气氛；

在上述第A4～A5步骤中，持续向通孔供给保护气体，维持保护气氛；

在上述第A3～A6步骤中,根据实际需求情况，决定是否将抽排口与真空源连接，在激光头移动和/或激光焊接的过程中，从基体中抽排保护气体排出，进行引导保护气体自下而上地流动，以便能够更完整地填充通孔，更有效的避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。

在移动激光头连续焊接的过程中不需要移动工装基体，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量。

本发明的有益效果是：向焊缝周围供给保护气体形成保护气氛，在移动激光头连续焊接的过程中不需要移动工装基体，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量；在焊接过程中保护气氛不受影响，可以为焊缝提供持续可靠的保护。本发明结构简单，使用方便，尤其适用于非标准零件的焊接。提高焊接工作效率。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明激光焊接工装的结构示意图。

图2是本发明激光焊接工装中保护气氛的局部放大结构示意图。

图3是是本发明激光焊接工装的一种保护气流路结构示意图。

图4是本发明激光焊接工装的另一种结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1、图2、图3所示的实施例中，一种激光焊接工装，包括工装基体1，工装基体1为环状形基体，工装基体1中心设有通孔8，工装基体1外部设有供气流路2，工装基体1内部设置有供气腔3，供气腔3与工装基体1上设的供气口4相连通，供气口4与通孔8的连接端位于基体1的底部，供气流路2将保护气体引导输入至供气腔3，然后经供气口4流入通孔8中，在通孔中形成保护气氛，通孔8中容纳激光头7进行激光焊接。通孔8采用为环状形通孔结构。通孔8呈上宽下窄的倒锥形形状，在容纳激光头7的前提下使供气口4更接近焊缝9。供气口内沿4b的末端比供气口外沿4a的末端更靠近通孔8。在第一焊接件5的配合下，可以使供气口4的末端沿近似水平的方向延伸，引导保护气体沿基本水平的方向流向焊缝，从而减轻气流对焊缝9的吹扫和冲击，有利于提高焊缝的质量。供气口4采用为圈环形缝隙结构或者是采用为一圈环形布置的小孔阵列结构。可以更有效使焊缝9靠近供气口4，焊缝9距离供气口内沿4a的距离不超过10倍供气口4的宽度。更有利于提高保证焊缝周围保护气体的浓度。保护气体的保护气源50采用化学惰性气体，所述化学惰性气体包括但不限于氩气。

实施例2：

图4所示的实施例中，工装基体1中还具有抽排口10，抽排口10位于供气口4的上方位置处。抽排口10与真空源51连接。从基体1中抽排保护气体排出，避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。抽排口10位于供气口4的上方，有利于引导保护气体自下而上地流动，能够更完整地填充通孔8。其他同实施例1相同。

本发明适用于表面平整的焊接件，也可以用于表面不平整的焊接件。例如图1和图2所示的，第二焊接件6是表面不平整的焊接件，其径向内侧有一环形凸起6a；在使用本发明时，将第二焊接件6的环形凸起6a置于通孔8中，环形凸起6a与供气口内沿4b配合形成容积更小的保护气氛空间，有利于节约保护气体，保证焊缝周围保护气体的浓度。

如图3所示，设置供气口4是一圈环形布置的小孔阵列，供气流路以对称的多路形式接入供气腔3，可以使保护气体更加均匀地分散在供气腔3中，并随后均匀地由供气口4流出至通孔8中。

如图4所示，作为本发明申请的又一实施例，在基体1中还具有抽排口10，抽排口10位于供气口4的上方；抽排口10与真空源51连接，从基体1中抽排保护气体排出，避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。抽排口10位于供气口4的上方，有利于引导保护气体自下而上地流动，能够更完整地填充通孔8。

实施例3：

图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种激光焊接工装的焊接保护方法，包括如下焊接保护方法

A1.放置准备需要焊接的第一焊接件5和第二焊接件6,并使两个焊接件间的焊缝9对齐平整；A2.将实施例1或实施例2所述的激光焊接工装放置于第一焊接件5的端面上；

A3.对实施例1或实施例2所述的激光焊接工装通入保护气体，保护气体依次经供气流路2、供气腔3和供气口4输向通孔8通入焊接保护气体(保护气体输送流动方向可见图1、图2、图3、图4中箭头指向方向)；

A4.使激光焊接机的激光头7靠近并对准焊缝9；

A5.激光头7发射激光，熔融焊缝9两侧的材料并使之融合焊接；激光头7进行激光焊接的同时沿焊缝移动，延长焊接长度；

A6.在激光头7移动和激光焊接的过程中，供气流路2通过供气腔3和供气口4持续向通孔8供给保护气体，维持保护气氛。

在上述第A4～A5步骤中，持续向通孔8供给保护气体，维持保护气氛。

上述第A3～A6步骤中,还可以根据实际情况，将抽排口10与真空源连接，在激光头7移动和/或激光焊接的过程中，从基体1中抽排保护气体排出，进行引导保护气体自下而上地流动，以便能够更完整地填充通孔8，更有效的避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。

具体的使用方式：放置第一焊接件5和第二焊接件6，使焊缝9对齐平整；将基体1放置于第一焊接件5的端面上；经供气流路2、供气腔3和供气口4向通孔8通入保护气体，在通孔8中形成保护气氛；保护气体可以是氩气等化学惰性气体；使激光焊接机的激光头7靠近并对准焊缝9；激光头7发射激光，熔融焊缝9两侧的材料并使之融合焊接；激光头7进行激光焊接的同时沿焊缝移动，延长焊接长度；在激光头7移动和焊接的过程中，持续向通孔8供给保护气体，维持保护气氛。

在移动激光头7连续焊接的过程中不需要移动基体1，可以保证焊接的连续操作；保护气氛的范围大，能够保证焊缝周围较高的保护气体浓度，有利于保证焊接质量；在焊接过程中保护气氛不受影响，可以为焊缝提供持续可靠的保护。本发明结构简单，使用方便，尤其适用于非标准零件的焊接。本发明的较佳使用场合是焊缝9能够完全容纳于通孔8的内侧；如果焊缝9不能完全容纳于通孔8的内侧，可以以分段焊接的形式，使用本发明的工装完成一段焊缝的焊接后，先转移基体1至下一段焊缝，供给保护气体形成保护气氛后再继续焊接，这种方式相对于传统的分离跟随焊接方式仍然具有工作效率的提升。

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种激光焊接工装，其特征在于：包括工装基体，工装基体为环状形基体，工装基体中心设有通孔，工装基体外部设有供气流路，工装基体内部设有供气腔，供气腔与工装基体上设的供气口相连通，供气口与通孔的连接端位于基体的底部，供气流路将保护气体引导输入至供气腔，然后经供气口流入通孔中，在通孔中形成保护气氛，通孔中容纳激光头进行激光焊接。

2.按照权利要求1所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的通孔为环状形通孔结构。

3.按照权利要求1所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的通孔呈上宽下窄的倒锥形形状，在容纳激光头的前提下使供气口更接近焊缝。

4.按照权利要求1所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的供气口内沿的末端比供气口外沿的末端更靠近通孔。

5.按照权利要求1或3或4所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的供气口采用为圈环形缝隙结构或者是采用为一圈环形布置的小孔阵列结构。

6.按照权利要求3所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的焊缝距离供气口内沿的距离不超过10倍供气口的宽度。

7.按照权利要求1所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的工装基体中还具有抽排口，抽排口位于供气口的上方位置处。

8.按照权利要求7所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的抽排口与真空源连接。

9.按照权利要求1所述的激光焊接工装，其特征在于：所述的保护气体的保护气源采用化学惰性气体，所述化学惰性气体包括但不限于氩气。

10.一种激光焊接工装的焊接保护方法，其特征在于：包括如下焊接保护方法

A1.放置准备需要焊接的第一焊接件和第二焊接件,并使两个焊接件间的焊缝对齐平整；

A2.将权利要求1～9之一所述的激光焊接工装放置于第一焊接件的端面上；

A3.对权利要求1～9之一所述的激光焊接工装通入保护气体，保护气体依次经供气流路、供气腔和供气口输向通孔通入焊接保护气体；

A4.使激光焊接机的激光头靠近并对准焊缝；

A5.激光头发射激光，熔融焊缝两侧的材料并使之融合焊接；激光头进行激光焊接的同时沿焊缝移动，延长焊接长度；

A6.在激光头移动和激光焊接的过程中，供气流路通过供气腔和供气口持续向通孔供给保护气体，维持保护气氛；

在上述第A4～A5步骤中，持续向通孔供给保护气体，维持保护气氛；

在上述第A3～A6步骤中,根据实际需求情况，决定是否将抽排口与真空源连接，在激光头移动和/或激光焊接的过程中，从基体中抽排保护气体排出，进行引导保护气体自下而上地流动，以便能够更完整地填充通孔，更有效的避免焊接过程中排放的保护气体对环境造成污染。

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