CN112872583A - 一种激光焊接气体保护系统及安装方法 - Google Patents

一种激光焊接气体保护系统及安装方法 Download PDF

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潮家燚
欧阳自鹏
王桃章
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Abstract

本发明提供了一种激光焊接气体保护系统及安装方法，包括激光焊接系统和气体保护系统，所述气体保护系统安装在激光焊接系统上；所述激光焊接系统包括焊接头；所述气体保护系统包括气源和喷嘴，所述喷嘴在待焊接件呈相对设置的两侧均设置有一个，两个所述喷嘴均正对待焊接件，两个所述喷嘴与气源之间均连通有气管，两个所述喷嘴与焊接头之间均连接有柔性管，任一所述喷嘴上的气管和柔性管均连通；两个所述喷嘴均包括喇叭形扁嘴出气口。通过两个相对设置的喷嘴，实现了激光焊接焊缝的正面和背面的同步保护，从而有助于提高保护系统的适用性，且有助于提高对待焊接件的保护效果。

Description

一种激光焊接气体保护系统及安装方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体地，涉及一种激光焊接气体保护系统及安装方法。
背景技术
激光焊接作为一种精密、高效、快速的焊接方法，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。激光焊接分热导焊和深熔焊两种模式，其中，深熔焊发生了材料熔化、气化和等离子化，并有小孔效应，焊缝深宽比大，是激光焊接工业应用的主要方法。
深熔焊中，小孔内充满因高温蒸汽部分电离而成的等离子体，小孔的出口上方也形成一定范围的等离子体云，等离子体云会通过逆韧致吸收和折射对激光束产生屏蔽效应，影响激光束与金属工件的耦合，导致大量的光能量损耗，从而影响焊接熔深和焊接过程稳定性，需要吹除。另一方面，如果没有保护，空气会污染激光焊接的熔池成分，并极大的降低焊缝的力学性能；有些高活性金属例如钛合金，从250℃开始吸氧，从400℃开始吸氢，从600℃开始吸氮，不仅焊接熔池会被空气污染而降低性能，熔池凝固后处于高温状态时，还会受到空气污染导致表面组织脆化，接头力学性能恶化。
现有公开号为CN104588882B的中国专利，公开了一种一种具有惰性气体保护系统的激光焊接机，包括激光焊接系统和惰性气体供气系统以及惰性气体保护系统，其中，所述惰性气体保护系统包括连接机构、气体转接头、可柔性弯折的塑料管和不锈钢钢管；所述不锈钢钢管的一端为规则圆形与所述可柔性弯折的塑料管相连，另一端为自由端，所述自由端开设有30°坡口，坡口一端钻有直径为10mm通孔用于所述激光光束的通过。
发明人认为现有技术中的惰性气体保护系统对非平面焊缝，尤其是角焊缝结构的适应性差，且难以对焊缝背面进行有效的保护，存在待改进之处。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光焊接气体保护系统及安装方法。
根据本发明提供的一种激光焊接气体保护系统,包括激光焊接系统和气体保护系统，所述气体保护系统安装在激光焊接系统上；所述激光焊接系统包括焊接头；所述气体保护系统包括气源和喷嘴，所述喷嘴在待焊接件呈相对设置的两侧均设置有一个，两个所述喷嘴均正对待焊接件，两个所述喷嘴与气源之间均连通有气管，两个所述喷嘴与焊接头之间均连接有柔性管，任一所述喷嘴上的气管和柔性管均连通；两个所述喷嘴均包括喇叭形扁嘴出气口。
优选地，所述气体保护系统还包括支撑结构和转接头，所述支撑结构和转接头二者均与喷嘴呈对应设置，所述支撑结构固定连接转接头和焊接头，所述转接头连通气管和柔性管。
优选地，所述气体保护系统还包括绝热过渡管，所述绝热过渡管安装在柔性管和喷嘴之间。
优选地，两个所述喷嘴和焊接头喷出的激光束的中心线共面，两个所述喷嘴上边缘和焊接头喷出的激光束的距离不超过10mm，且两个所述喷嘴的位置相对于待焊接件呈对称设置。
优选地，所述喷嘴的喇叭型开口角度在30°至120°之间。
优选地，所述喷嘴出气口截面面积在150平方毫米至1500平方毫米之间。
优选地，所述气源包括氩气、氦气以及氩气和氦气的混合气。
优选地，与所述焊接头位于待焊接件同一侧的喷嘴的气流量在20L/min-50L/min之间，另一所述喷嘴的气流量在10L/min-20L/min之间。
优选地，所述喷嘴包括黄铜喷嘴。
根据本发明提供的一种激光焊接气体保护系统的安装方法，其特征在于，S1、先固定安装好待焊接件，再手动调节位于待焊接件正面的所述柔性管，从而使所述喷嘴位于合适的位置；S2、通过手动调节另一所述柔性管调整另一喷嘴的位置，并使两个所述喷嘴在待焊接件两侧呈对称设置，且位于待焊接件背面的所述喷嘴的高度比位于待焊接件正面的喷嘴的高度高5mm；S3、打开所述气源，并将位于待焊接件正面的所述喷嘴的气流量设置为40L/min，将位于待焊接件背面的所述喷嘴的气流量设置为10L/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过设置在待焊接件正面和背面的喷嘴，并将两个喷嘴与焊接头固定连接，从而实现了激光焊接焊缝的正面和背面的同步保护，且由喷嘴喷出惰性保护气的方式无需借助装夹工装来在待焊接件的表面布置保护结构，从而有助于提高保护系统的适用性，且有助于提高对待焊接件的保护效果；
2、本发明通过将喷嘴设计成扁嘴形状后，在同样气流量下，可以获得更高的气体压力，吹除等离子体效果更佳；在同样的气体压力下，有助于节省保护气体的使用量，从而有助于降低成本；
3、本发明通过采用喇叭型扁嘴出气口，有助于减少角焊缝的两面对喷嘴的干涉，使喷嘴充分接近焊缝表面，特别适合角焊缝激光焊接的保护；同时，借助角焊缝的两面，可以更容易形成局部囊腔结构，有助于提高对焊缝的保护效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明主要体现激光焊接气体保护系统整体结构的示意图；
附图标记：1、激光焊接系统；11、焊接头；2、气体保护系统；21、气源；22、喷嘴；23、气管；24、柔性管；25、支撑结构；26、转接头；27、绝热过渡管；28、流量表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种激光焊接气体保护系统，包括激光焊接系统1和气体保护系统2，气体保护系统2安装在激光焊接系统1上，且气体保护系统2在激光焊接系统1作业时为待焊接件提供惰性气保护。
如图1所示，激光焊接系统1包括焊接头11，待焊接件安装在焊接头11的焊接口处，且焊接头11的焊接口正对待焊接件。
气体保护系统2安装在激光焊接系统1上，气体保护系统2包括气源21、喷嘴22、气管23、柔性管24、支撑结构25、转接头26以及绝热过渡管27。喷嘴22为黄铜制成的黄铜喷嘴，喷嘴22的形状为喇叭型扁嘴出气口，喇叭型的开口角度为60°，且喷嘴22出气口横截面的面积为150平方毫米。喷嘴22的上端钻削有一个直径为5mm的孔，且该孔的中心位于喷嘴22出气口上侧边缘位置的中间。喷嘴22在待焊接件的正反两侧均设置有一个，两个喷嘴22均通过气管23和柔性管24与气源21连通，且两个喷嘴22均通过支撑结构25、转接头26以及柔性管24安装在焊接头11上。
两个支撑结构25均固定安装在焊接头11上，其一支撑结构25位于焊接头11的下侧，另一支撑结构25位于焊接头11的上侧，转接头26在两个支撑结构25远离焊接头11的一侧均固定安装有一个。两个转接头26的其一接口分别与其对应的喷嘴22的气管23固定连接，两个转接头26的另一接口均固定连接有一个柔性管24，柔性管24远离转接头26的一端与对应的喷嘴22固定连接。柔性管24为塑料管，塑料管具有一定的刚性能够对喷嘴22起到支撑作用，且塑料管还能够弯折，从而提高了工作人员调整喷嘴22位置的便捷性。
绝热过渡管27在任一组柔性管24和喷嘴22之间均安装有一个，提高了喷嘴22工作的稳定性。为了进一步的提高控制喷嘴22喷气的便捷性，两根气管23上均安装有流量表28，从而控制两个喷嘴22的流量。
气源21采用氩气，氩气为惰性气体，能够在待焊接件的外表面形成保护气膜，从而对待焊接件起到保护作用。焊接作业时，两个喷嘴22和焊接头11喷出的激光束的中心线共面，两个喷嘴22以待焊接件为对称中心呈对称设置，且与焊接头11位于同一侧面的喷嘴22的上边缘和焊接头11喷出的激光束的距离为10mm。再通过流量表28将与焊接头11位于同侧的喷嘴22的气流量调整为40L/min，将另一喷嘴22的气流量调整为10L/min.
从而使，焊接过程中，两个喷嘴22在待焊接件的正反两面分别喷气并形成惰性气体保护层，从而对待焊接件起到保护作用。
根据本发明提供的一种激光焊接气体保护系统的安装方法，待焊接件为TC4钛合金格栅结构的十字交叉叶片激光焊接，叶片厚度4mm，包括如下步骤：
S1、先固定好待焊接件，再手动调节位于待焊接件正面的柔性管24，调整后的喷嘴22下平面与叶片夹角基本平行，喷嘴22与叶片夹角之间的直线距离为3mm，喷嘴22的通孔中心与焊接头11喷出的激光束之间的距离是3mm；
S2、通过手动调节另一柔性管24调整另一喷嘴22的位置，并使两个喷嘴22在待焊接件两侧呈对称设置，且位于待焊接件背面的喷嘴22的高度比位于待焊接件正面的喷嘴22的高度高5mm；
S3、打开气源21，调节流量表28，使气源21内的高纯氩气通过喷嘴22喷射出来，正面喷嘴22的气流量设置为40L/min，背面喷嘴22的气体流量设置为10L/min。
工作原理
工作中，工作人员先固定好待焊接件，再通过分别调节两个柔性管24，使两个喷嘴22在待焊接件的两侧呈相对设置，然后再打开气源21，调节流量表28，使气源21内的高纯氩气通过喷嘴22喷射出来，正面喷嘴22的气流量设置为40L/min，背面喷嘴22的气体流量设置为10L/min，从而提高对待焊接件的保护效果。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，包括激光焊接系统(1)和气体保护系统(2)，所述气体保护系统(2)安装在激光焊接系统(1)上；
所述激光焊接系统(1)包括焊接头(11)；
所述气体保护系统(2)包括气源(21)和喷嘴(22)，所述喷嘴(22)在待焊接件呈相对设置的两侧均设置有一个，两个所述喷嘴(22)均正对待焊接件，两个所述喷嘴(22)与气源(21)之间均连通有气管(23)，两个所述喷嘴(22)与焊接头(11)之间均连接有柔性管(24)，任一所述喷嘴(22)上的气管(23)和柔性管(24)均连通；
两个所述喷嘴(22)均包括喇叭形扁嘴出气口。
2.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述气体保护系统(2)还包括支撑结构(25)和转接头(26)，所述支撑结构(25)和转接头(26)二者均与喷嘴(22)呈对应设置，所述支撑结构(25)固定连接转接头(26)和焊接头(11)，所述转接头(26)连通气管(23)和柔性管(24)。
3.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述气体保护系统(2)还包括绝热过渡管(27)，所述绝热过渡管(27)安装在柔性管(24)和喷嘴(22)之间。
4.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，两个所述喷嘴(22)和焊接头(11)喷出的激光束的中心线共面，与所述焊接头(11)位于同一侧面的喷嘴(22)的上边缘和焊接头(11)喷出的激光束的距离不超过10mm，且两个所述喷嘴(22)的位置相对于待焊接件呈对称设置。
5.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述喷嘴(22)的喇叭型开口角度在30°至120°之间。
6.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述喷嘴(22)出气口截面面积在150平方毫米至1500平方毫米之间。
7.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述气源(21)包括氩气、氦气以及氩气和氦气的混合气。
8.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，与所述焊接头(11)位于待焊接件同一侧的喷嘴(22)的气流量在20L/min-50L/min之间，另一所述喷嘴(22)的气流量在10L/min-20L/min之间。
9.如权利要求1所述的一种激光焊接气体保护系统，其特征在于，所述喷嘴(22)包括黄铜喷嘴。
10.一种激光焊接气体保护系统的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、先固定安装好待焊接件，再手动调节位于待焊接件正面的所述柔性管(24)，从而使所述喷嘴(22)位于合适的位置；
S2、通过手动调节另一所述柔性管(24)调整另一喷嘴(22)的位置，并使两个所述喷嘴(22)在待焊接件两侧呈对称设置，且位于待焊接件背面的所述喷嘴(22)的高度比位于待焊接件正面的喷嘴(22)的高度高5mm；
S3、打开所述气源(21)，并将位于待焊接件正面的所述喷嘴(22)的气流量设置为40L/min，将位于待焊接件背面的所述喷嘴(22)的气流量设置为10L/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113787055A (zh) * 2021-10-01 2021-12-14 广西玉柴机器股份有限公司 利用外接气源处理散热器杂物的方法及装置

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