CN113523555A - 用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴以及激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴(1)，至少包括：喷嘴体(11)，其具有喷口(111)；以及适于防止通过喷口(111)喷出而又从待焊接工件返回的保护气体在喷嘴体(11)内逆向回流的保护气体逆流阻挡件(12)；其中，所述保护气体逆流阻挡件(12)设置在喷嘴体(11)上，且至少部分区域是透明的而允许激光束穿过。还公开了一种相应的激光焊接设备。特别地，压盖的激光通道、保护气体逆流阻挡件、进气口腔、保护气体腔重叠布置而构成激光束通道。所述保护气体逆流阻挡件位于进气口上方，用于阻止保护气体逆向溢出同时受到横向吹出的气体保护。气体扩散结构可使气体均匀平稳输入并且可增加喷嘴整体结构强度。冷却流体通道用于冷却流体循环。

Description

用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴以及激光焊接设备

技术领域

本发明涉及一种用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴以及一种激光焊接设备。

背景技术

激光焊接是一种以聚焦的激光束照射焊件产生热量来对焊件进行焊接的方法。由于激光具有折射、聚焦等光学性质，使得激光焊接非常适合于微型零件和可达性很差的部位的焊接。激光焊接还具有热输入低，焊接变形小，不受电磁场影响等特点。

在使用激光焊接时，为了防止氧化与减少气孔，必须在焊接过程中进行局部喷气保护。为此，通常使用喷嘴朝向工件的待焊接区域喷射保护气体。

一种喷嘴是同轴保护气体喷嘴，该同轴保护气体喷嘴通常安装在激光头上，以在激光焊接过程中绕着激光束产生保护气体。同轴保护气体喷嘴在激光焊接中具有重要的意义，其具有抑制等离子体和保护焊缝防止氧化的双重作用。

然而，在现有的同轴保护气体喷嘴的使用过程中，同轴保护气体喷嘴内的气体非常容易地逆向逸出，另外同轴保护气体喷嘴由于靠近焊接部位很容易吸收反射光而过热损坏。

因此，需要对现有的同轴保护气体喷嘴进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴以及一种改进的激光焊接设备。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴，所述同轴保护气体喷嘴至少包括：喷嘴体，其具有喷口；以及适于防止通过喷口喷出而又从待焊接工件返回的保护气体在喷嘴体内逆向回流的保护气体逆流阻挡件；其中，所述保护气体逆流阻挡件设置在喷嘴体上，且至少部分区域是透明的而允许激光束穿过。

根据本发明的一个可选实施例，所述喷嘴体具有远离所述喷口的顶部和适于接收保护气体并将所接收的保护气体经由所述喷口喷出的保护气体腔，所述顶部设有凹槽，所述保护气体逆流阻挡件保持在所述凹槽内；和/或所述保护气体逆流阻挡件圆形玻璃片；和/或所述喷口被构造成可更换式喷口。

根据本发明的一个可选实施例，所述保护气体腔为圆柱形空腔；和/或所述同轴保护气体喷嘴还包括适于将保护气体逆流阻挡件保持在凹槽内的压盖，所述压盖设有适于将压盖固定到喷嘴体上的固定结构和适于与所述保护气体逆流阻挡件对正的激光通道。

根据本发明的一个可选实施例，所述压盖为盖板；和/或所述压盖至少部分嵌入所述凹槽内；和/或所述凹槽以三角形构造，并且所述压盖以相应的三角形构造，在所述压盖的三个角处各布置一个固定结构；和/或所述固定结构为适于接收螺钉的通孔；和/或所述激光通道为圆形激光通道。

根据本发明的一个可选实施例，所述喷嘴体包括位于所述保护气体腔上游的进气口腔和适于使保护气体相对于保护气体在保护气体腔内的流动方向非平行地进入进气口腔的进气口；和/或所述喷嘴体还包括位于进气口上游的气体扩散结构；和/或所述同轴保护气体喷嘴还包括设置在喷嘴体内的冷却流体通道。

根据本发明的一个可选实施例，所述进气口被构造成适于使保护气体相对于保护气体在保护气体腔内的流动方向垂直地进入进气口腔；和/或所述气体扩散结构围绕或限定所述进气口腔；和/或所述冷却流体通道被构造成绕着保护气体在保护气体腔内的流动方向设置的双螺旋冷却流体通道。

根据本发明的一个可选实施例，多个进气口绕着所述进气口腔均匀地分布；和/或所述气体扩散结构为网状结构；和/或所述气体扩散结构为环形结构。

根据本发明的一个可选实施例，所述气体扩散结构为金属网状结构；和/或所述气体扩散结构设置在所述保护气体腔与所述进气口腔之间的台阶上；和/或所述进气口腔与保护气体腔同轴紧邻布置。

根据本发明的一个可选实施例，所述保护气体逆流阻挡件设置在气体扩散结构上；和/或所述进气口形成在气体扩散结构上。

根据本发明的第二个方面，提供了一种激光焊接设备，所述激光焊接设备包括所述同轴保护气体喷嘴。

特别地，压盖的激光通道、保护气体逆流阻挡件(特别是其中心)、进气口腔、保护气体腔重叠布置而构成激光束通道。所述保护气体逆流阻挡件位于进气口上方，用于阻止保护气体逆向溢出同时受到横向吹出的气体保护。所述气体扩散结构可使气体均匀平稳输入并且可增加喷嘴整体结构强度。所述冷却流体通道用于冷却流体、例如冷却水循环。

由此可见，可具有以下至少之一有益效果：

1)保护气体逆流阻挡件在保证激光光束通过的同时，阻隔了惰性保护气体的逆向逸出；

2)冷却流体通道可以有效降低喷嘴在激光焊接过程中因过热而受到的损伤，从而延长其使用寿命；

3)保护气流在横向进入进气口腔的同时对保护气体逆流阻挡件具有一定的保护效果，从而延长保护气体逆流阻挡件这一消耗品的使用寿命；

4)喷口形状及尺寸可以进行更换(特别是在采用3D打印制造的情况下)，从而可以根据不同应用场合灵活地调节气体分布。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴的立体分解图。

图2示出了图1所示的喷嘴体的凹槽区域的俯视图。

图3示出了图1所示的同轴保护气体喷嘴的示意性剖视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴的立体分解图。

如图1所示，同轴保护气体喷嘴1包括喷嘴体11和适于设置在喷嘴体11上的至少部分透光的保护气体逆流阻挡件12，其中，在工作状态，激光头(未示出)发射的激光束穿过所述保护气体逆流阻挡件12，且所述保护气体逆流阻挡件12被构造成适于防止从待焊接工件返回的保护气体在喷嘴体11内进一步逆向回流。

通过设置保护气体逆流阻挡件12，可以在不影响激光束传输的情况下防止从待焊接工件返回的保护气体在喷嘴体11内逆向回流，从而可避免由于逆向流动带来的诸多不利影响。

根据本发明的一个示例性实施例，保护气体逆流阻挡件12可以为玻璃片、尤其是圆形玻璃片。玻璃片能很好地允许激光束穿过。例如对于1030nm波长的激光，可以是全透明的。

根据本发明的一个示例性实施例，喷嘴体11具有用于喷出保护气体的喷口111和远离喷口111的顶部112，所述顶部112设有凹槽113，保护气体逆流阻挡件12适于保持在凹槽113内。

根据本发明的一个示例性实施例，所述同轴保护气体喷嘴1还包括适于将保护气体逆流阻挡件12保持在凹槽113内的压盖13。

优选地，所述压盖13至少部分地嵌入到所述凹槽113内。

根据本发明的一个示例性实施例，如图1所示，凹槽113以三角形构造，相应地，压盖13也以三角形构造。

根据本发明的一个示例性实施例，压盖13可被构造成盖板。

根据本发明的一个示例性实施例，压盖13设有用于允许将压盖13固定到喷嘴体11上的固定结构131、例如可接收紧固螺钉的通孔和适于与保护气体逆流阻挡件12对正的激光通道132，优选为圆形激光通道。在工作状态，激光头发射的激光束依次穿过激光通道132和保护气体逆流阻挡件12，然后再穿过相应部分照射到待焊接工件上。

如图1所示，在压盖13为三角形的情况下，可在每个角处设置一个固定结构131。

根据本发明的一个示例性实施例，喷嘴体11设有适于接收保护气体并将所接收的保护气体从喷口111喷出的保护气体腔114。在工作时，激光头发射的激光束也会穿过保护气体腔114。

根据本发明的一个示例性实施例，保护气体腔114被构造成圆柱形空腔。

根据本发明的一个示例性实施例，所述喷嘴体11设有允许保护气体相对于保护气体从喷口111喷出的方向(即，喷嘴体11的轴向方向或者激光束的传输方向)非平行地、优选垂直地进入喷嘴体11内的进气口115。优选地，如图1所示，设有多个进气口115。从而，可使得保护气体横向地进入，而不是直接轴向地流入到保护气体腔114。这可使保护气体以相对平稳的方式形成保护气体氛围。

优选地，喷嘴体11设有位于保护气体腔114上游、优选紧邻地且同轴地设置在保护气体腔114上游的进气口腔116、优选环形空腔，所述进气口115通到所述进气口腔116。

根据本发明的一个示例性实施例，多个进气口115沿着进气口腔116的内周均匀地布置。

根据本发明的一个示例性实施例，同轴保护气体喷嘴1还包括适于使保护气体均匀地(即，可形成层流地)从进气口115流出的气体扩散结构14、例如网状结构。

图2示出了图1所示的喷嘴体11的凹槽113区域的俯视图，从图2中可以看到气体扩散结构14。

根据本发明的一个示例性实施例，所述气体扩散结构14环绕着进气口腔116设置或限定出进气口腔116而使得来自保护气体源(未示出)的保护气体经气体扩散结构14扩散后才从进气口115喷出。

特别地，所述气体扩散结构14支撑在保护气体腔114与进气口腔116之间的台阶上。

根据本发明的一个示例性实施例，如图2所示，所述气体扩散结构14被构造成环形结构，以便允许激光头发射的激光束能够穿过气体扩散结构14。

根据本发明的一个示例性实施例，所述气体扩散结构14为金属网状结构，以便能够承受同轴保护气体喷嘴1工作时产生的高温。

本领域的技术人员可以理解，气体扩散结构14也可以为其它任何结构形式，只要能够使保护气体尽量为层流(或变得均匀)即可。在这种情况下，保护气体能够较为稳定地形成保护气体氛围。

根据本发明的一个示例性实施例，在组装状态下，所述保护气体逆流阻挡件12可设置在气体扩散结构14上。

根据本发明的一个示例性实施例，进气口115可形成在气体扩散结构14上。

图3示出了图1所示的同轴保护气体喷嘴1的示意性剖视图。

同轴保护气体喷嘴1工作时由于邻近待焊接工件而处于高温下，这一方面可能会损坏同轴保护气体喷嘴1本身，另一方面可能会使喷出的保护气体不能实现理想的保护，而影响焊接质量。

为此，根据本发明的一个示例性实施例，同轴保护气体喷嘴1还可包括设置在喷嘴体11内的冷却流体通道15，如图3所示。在工作时，冷却流体、例如冷却水可循环通过冷却流体通道15。

根据本发明的一个示例性实施例，所述冷却流体通道15为绕着保护气体喷出方向(即，轴向方向)的双螺旋冷却流体通道。

本领域的技术人员可以理解，冷却流体通道15也可以为其它任何结构形式，只要能够有效冷却保护气体即可。

根据本发明的一个示例性实施例，喷口111被构造成可更换式的，以便能够根据需要调整其结构和/或尺寸，从而可以方便地调节喷出的气体的分布。

本发明的同轴保护气体喷嘴1、特别是其喷嘴体11可采用3D激光打印制造或通过模具模制而成。本发明对此并不进行限制。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (10)

1.一种用于激光焊接的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，所述同轴保护气体喷嘴(1)至少包括：

喷嘴体(11)，其具有喷口(111)；以及

适于防止通过喷口(111)喷出而又从待焊接工件返回的保护气体在喷嘴体(11)内逆向回流的保护气体逆流阻挡件(12)；

其中，所述保护气体逆流阻挡件(12)设置在喷嘴体(11)上，且至少部分区域是透明的而允许激光束穿过。

2.根据权利要求1所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述喷嘴体(11)具有远离所述喷口(111)的顶部(112)和适于接收保护气体并将所接收的保护气体经由所述喷口(111)喷出的保护气体腔(114)，所述顶部(112)设有凹槽(113)，所述保护气体逆流阻挡件(12)保持在所述凹槽(113)内；和/或

所述保护气体逆流阻挡件(12)为圆形玻璃片；和/或

所述喷口(111)被构造成可更换式喷口。

3.根据权利要求2所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述保护气体腔(114)为圆柱形空腔；和/或

所述同轴保护气体喷嘴(1)还包括适于将保护气体逆流阻挡件(12)保持在凹槽(113)内的压盖(13)，所述压盖(13)设有适于将压盖(13)固定到喷嘴体(11)上的固定结构(131)和适于与所述保护气体逆流阻挡件(12)对正的激光通道(132)。

4.根据权利要求3所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述压盖(13)为盖板；和/或

所述压盖(13)至少部分嵌入所述凹槽(113)内；和/或

所述凹槽(113)以三角形构造，并且所述压盖(13)以相应的三角形构造，在所述压盖(13)的三个角处各布置一个固定结构(131)；和/或

所述固定结构(131)为适于接收螺钉的通孔；和/或

所述激光通道(132)为圆形激光通道。

5.根据权利要求2-4中任一所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述喷嘴体(11)包括位于所述保护气体腔(114)上游的进气口腔(116)和适于使保护气体相对于保护气体在保护气体腔(114)内的流动方向非平行地进入进气口腔(116)的进气口(115)；和/或

所述喷嘴体(11)还包括位于进气口(115)上游的气体扩散结构(14)；和/或

所述同轴保护气体喷嘴(1)还包括设置在喷嘴体(11)内的冷却流体通道(15)。

6.根据权利要求5所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述进气口(115)被构造成适于使保护气体相对于保护气体在保护气体腔(114)内的流动方向垂直地进入进气口腔(116)；和/或

所述气体扩散结构(14)围绕或限定所述进气口腔(116)；和/或

所述冷却流体通道(15)被构造成绕着保护气体在保护气体腔(114)内的流动方向设置的双螺旋冷却流体通道。

7.根据权利要求6所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

多个进气口(115)绕着进气口腔(116)均匀地分布；和/或

所述气体扩散结构(14)为网状结构；和/或

所述气体扩散结构(14)为环形结构。

8.根据权利要求7所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述气体扩散结构(14)为金属网状结构；和/或

所述气体扩散结构(14)设置在所述保护气体腔(114)与所述进气口腔(116)之间的台阶上；和/或

所述进气口腔(116)与保护气体腔(114)同轴紧邻布置。

9.根据权利要求6-8中任一所述的同轴保护气体喷嘴(1)，其特征在于，

所述保护气体逆流阻挡件(12)设置在气体扩散结构(14)上；和/或

所述进气口(115)形成在气体扩散结构(14)上。

10.一种激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括根据权利要求1-9中任一项所述的同轴保护气体喷嘴(1)。

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