CN113118620A - 可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置 - Google Patents

可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，包括：主体块、空腔、环形台阶、入射镜片、水平孔、竖直孔、镜片盖、进气阀和法兰盘；空腔垂直主体块上表面并贯穿主体块，主体块顶部设置有环形台阶，入射镜片放置在环形台阶上，主体块上表面左右两侧向下设置有竖直孔，主体块左右两侧内部设置有水平孔，水平孔与竖直孔连接，入射镜片上端安装镜片盖，镜片盖通过螺栓与主体块连接，进气阀与主体块左右两侧螺纹连接，进气阀与水平孔连通，法兰盘与主体块固定连接。通过在该装置中通入惰性气体，在装置空腔中产生一个正压环境来阻止焊接飞溅和金属蒸气污染入射镜片。

Description

可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置
技术领域
本发明涉及真空激光焊领域，具体地，涉及可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置。
背景技术
与传统电弧焊相比，激光因其能量密度高可以对大厚板结构进行高速焊接，焊接完成的接头变形和残余应力更小。在工业生产过程中，对更大板厚的结构进行激光焊接时往往会需要更大的激光功率，但在常压环境中，激光焊接过程中匙孔上方会产生光致等离子体或金属蒸气。当激光功率高于某个阈值时，等离子或金属蒸气对激光的散射、折射和吸收等阻碍作用急剧增加，焊缝熔深不再随激光功率增加而线性增加。
采用真空箱来降低焊接区域的环境压力可以有效消除等离子体或金属蒸气对激光的阻碍作用，改善效果随着环境压力的降低而提高。同时根据已有的研究表明焊接区域上方的空间越大，焊接过程中的气压更容易保持稳定，但目前大功率激光器为了获得较高的能量密度，在光束质量一定的条件下，通过缩短激光加工头输出镜的焦距来获得较小的焦斑直径，因此，激光加工头与工件焊接位置之间的距离较小，这便限制了真空箱的高度，焊接过程中产生液态金属飞溅和金属蒸气也容易污染激光入射镜片，使得镜片发生烧损。另外，虽然激光入射镜片的透光率较高，但在高功率激光输入时仍可能会产生热量累积后的热变形。
CN102513702A公开了一种真空激光焊接设备及方法，属于焊接技术领域。设备：工作台装在真空舱体的底板上，三轴联动系统装在真空舱体的内侧壁上，激光头装在三轴联动系统上，抽真空系统装在真空舱体的外侧壁上，激光头通过光纤与激光发生器连接，激光头通过电缆与数控装置连接，水冷机用于冷却激光头。方法：将工作台移出舱体外，将待焊接工件安装在工作台上，再移入舱体内，关闭舱门；启动抽真空系统，待舱体内的真空度达到工件要求的真空度时，启动激光发生器、数控装置和水冷机，进行焊接；完成焊接后，向舱体注入空气，待舱体内的气压达到大气压后，开启舱门，取出工件。
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可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置。
根据本发明提供的一种可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，包括：主体块、空腔、环形台阶、入射镜片、水平孔、竖直孔、镜片盖、进气阀和法兰盘；
所述空腔垂直所述主体块上表面并贯穿所述主体块，所述主体块顶部设置有所述环形台阶，所述入射镜片放置在所述环形台阶上，所述主体块上表面左右两侧向下设置有所述竖直孔，所述主体块左右两侧内部设置有所述水平孔，所述水平孔与所述竖直孔连接，所述入射镜片上端安装所述镜片盖，所述镜片盖通过螺栓与所述主体块连接，所述进气阀与所述主体块左右两侧螺纹连接，所述进气阀与所述水平孔连通，所述法兰盘与所述主体块固定连接。
优选地，所述主体块的柱体向左右两侧延伸出两条柱形臂，所述柱体上表面与水平面呈7.5°。
优选地，所述环形台阶内侧设置有环形方槽。
优选地，所述环形方槽向内侧延伸出四个缺口，所述缺口与所述空腔相通。
优选地，所述缺口设计为梯形结构，所述缺口靠近所述环形方槽侧为梯形的短边，所述缺口靠近所述空腔侧为梯形的长边。
优选地，所述主体块上表面设置有第一环形密封方槽，所述第一环形密封方槽直径小于所述入射镜片，所述第一环形密封方槽与所述入射镜片之间采用密封条密封。
优选地，所述镜片盖下表面设置有第二环形密封方槽和第三环形密封方槽，所述第二环形密封方槽直径小于所述入射镜片，所述第三环形密封方槽直径大于所述入射镜片。
优选地，所述第二环形密封方槽与所述入射镜片之间采用密封条密封，所述第三环形密封方槽与所述主体块之间密封条密封。
优选地，所述法兰盘焊接在所述柱形臂下表面，所述法兰盘围绕焊接在所述柱体外侧壁上，所述法兰盘下表面设置有矩形密封方槽，所述矩形密封方槽与真空箱体之间采用密封条密封。
优选地，所述空腔下表面孔径小于所述空腔上表面直径。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过在该装置中通入惰性气体，在装置空腔中产生一个正压环境来阻止焊接飞溅和金属蒸气污染入射镜片。
2、将惰性气体的腔内出口正对镜片，可以对镜片进行冷却。
3、可插入式的设计可以将部分装置插入真空箱体内，降低入口装置在真空箱体外的高度，增加焊接区域上方的空间大小。
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为插入式激光入口装置主体块主视示意图；
图2为插入式激光入口装置主体块左视示意图；
图3为插入式激光入口装置主体块俯视示意图；
图4为插入式激光入口装置主体块局部放大示意图；
图5为插入式激光入口装置主体块半剖示意图(A-A)；
图6为插入式激光入口装置装配图主视示意图；
图7为插入式激光入口装置装配图左视示意图；
图8为插入式激光入口装置装配图俯视示意图；
图9为插入式激光入口装置主体块半剖示意图(B-B)。
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3至图9所示，一种可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，包括：主体块1、空腔2、环形台阶3、入射镜片4、水平孔7、竖直孔8、镜片盖9、进气阀11和法兰盘12；空腔2垂直主体块1上表面并贯穿主体块1，主体块1顶部设置有环形台阶3，入射镜片4放置在环形台阶3上，主体块1上表面左右两侧向下设置有竖直孔8，主体块1左右两侧内部设置有水平孔7，水平孔7与竖直孔8连接，入射镜片4上端安装镜片盖9，镜片盖9通过螺栓10与主体块1连接，进气阀11与主体块1左右两侧螺纹连接，进气阀11与水平孔7连通，法兰盘12与主体块1固定连接。
如图1和图2所示，主体块1的柱体向左右两侧延伸出两条柱形臂，柱体上表面与水平面呈7.5°
具体地，在真空箱体入射激光的位置切割出主体块1下部形状的方形通孔，并在钻出与法兰盘12安装孔对应位置的螺纹孔，孔为盲孔；将整个激光入口装置放入上述的方形通孔中，并用螺栓将装置与真空箱体固定连接；将高纯氩气瓶与进气阀11通过螺纹配合进行固定连接，并调节气体流量大小；开启激光器穿过入射镜片4和空腔2进入真空箱体内。
为了使激光呈一定角度入射，主体块1上表面与水平面呈7.5°；空腔2垂直于上表面贯穿整个主体块1；在主体块1上表面一侧用铣刀铣出一个2毫米深的环形台阶3，用于放置入射镜片4；在环形台阶3的内侧进一步铣出一个0.5毫米的通气方槽5，同时在环形台阶3外侧铣出一个深2.5毫米的下部环形密封方槽16。
主体块1与法兰盘12通过焊接方式固定连接，主体块1下半部分可以插入真空箱体内，并通过螺栓和真空箱体表面固定连接。通过法兰盘12上矩形密封槽15，密封条14与真空箱体表面压紧实现密封。
进气阀11通过螺纹配合与主体块1固定连接，惰性气体可以通过进气阀11，水平孔7，竖直孔8，环形方槽5和缺口6后进入空腔2，带走入射镜片4上的热量，对入射镜片4实现气冷。缺口(2)呈内窄外宽的梯形结构，可以使惰性气体发散喷出，保护更大面积的镜片，也可以增加保护气和镜片的接触面积，提高散热速率。进入空腔2中的惰性气体在空腔2中产生了一个正压环境，阻碍焊接飞溅污染入射镜片4，另外，主体块1下表面一侧空腔2孔径小于主体块1上表面，这样既可以保证激光束穿过空腔2，也可以降低焊接飞溅进入空腔的几率。
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)

1.一种可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于，包括：主体块(1)、空腔(2)、环形台阶(3)、入射镜片(4)、水平孔(7)、竖直孔(8)、镜片盖(9)、进气阀(11)和法兰盘(12)；
所述空腔(2)垂直所述主体块(1)上表面并贯穿所述主体块(1)，所述主体块(1)顶部设置有所述环形台阶(3)，所述入射镜片(4)放置在所述环形台阶(3)上，所述主体块(1)上表面左右两侧向下设置有所述竖直孔(8)，所述主体块(1)左右两侧内部设置有所述水平孔(7)，所述水平孔(7)与所述竖直孔(8)连接，所述入射镜片(4)上端安装所述镜片盖(9)，所述镜片盖(9)通过螺栓(10)与所述主体块(1)连接，所述进气阀(11)与所述主体块(1)左右两侧螺纹连接，所述进气阀(11)与所述水平孔(7)连通，所述法兰盘(12)与所述主体块(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述主体块(1)的柱体向左右两侧延伸出两条柱形臂，所述柱体上表面与水平面呈7.5°。
3.根据权利要求1所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述环形台阶(3)内侧设置有环形方槽(5)。
4.根据权利要求3所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述环形方槽(5)向内侧延伸出四个缺口(6)，所述缺口(6)与所述空腔(2)相通。
5.根据权利要求4所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述缺口(6)设计为梯形结构，所述缺口(6)靠近所述环形方槽(5)侧为梯形的短边，所述缺口(6)靠近所述空腔(2)侧为梯形的长边。
6.根据权利要求1所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述主体块(1)上表面设置有第一环形密封方槽(16)，所述第一环形密封方槽(16)直径小于所述入射镜片(4)，所述第一环形密封方槽(16)与所述入射镜片(4)之间采用密封条(14)密封。
7.根据权利要求1所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述镜片盖(9)下表面设置有第二环形密封方槽(13)和第三环形密封方槽(17)，所述第二环形密封方槽(13)直径小于所述入射镜片(4)，所述第三环形密封方槽(17)直径大于所述入射镜片(4)。
8.根据权利要求7所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述第二环形密封方槽(13)与所述入射镜片(4)之间采用密封条(14)密封，所述第三环形密封方槽(17)与所述主体块(1)之间密封条(14)密封。
9.根据权利要求2所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述法兰盘(12)焊接在所述柱形臂下表面，所述法兰盘(12)围绕焊接在所述柱体外侧壁上，所述法兰盘(12)下表面设置有矩形密封方槽(15)，所述矩形密封方槽(15)与真空箱体之间采用密封条(14)密封。
10.根据权利要求1所述可实现真空激光焊镜片气冷和防护的插入式激光入口装置，其特征在于：所述空腔(2)下表面孔径小于所述空腔(2)上表面直径。
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