CN114147349B - 一种窄间隙激光-tig复合焊接气体保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种窄间隙激光‑TIG复合焊接气体保护装置及方法。包括保护罩连接杆、保护罩腔体、自适应调节装置、耐高温布、连接螺栓、围板；其中，保护罩连接杆连接焊枪并调整保护罩腔体，保证装配在保护罩腔体上的焊枪与保护罩腔体孔槽紧密贴合，激光束从保护罩腔体前端间隙穿过，围板与耐高温布通过连接螺栓与保护罩腔体连接，自适应调节装置连接保护罩腔体与围板，达到自适应伸缩的效果；通过焊枪和保护罩腔体喷出的保护气保护钨极和熔池不被氧化。本发明通过自适应调节装置实时调整围板高度，不需调整钨极长度和保护罩高度，提高焊接效率。适宜作为一种窄间隙激光‑TIG复合焊接气体保护装置及自适应调节方法应用。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域的气体保护装置，特别是涉及一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置及方法。
背景技术
窄间隙焊接坡口窄，填充量小，特别是对于厚板焊接，是一种高效率、低成本焊接方法。现有电弧焊窄间隙焊接技术由于电弧能量不足，导致侧壁熔合不良，窄间隙激光-MIG复合焊接技术易产生飞溅，造成焊接质量不佳。窄间隙激光-TIG复合焊接技术由于激光的加入，增加了电弧能量和挺度，具有熔深大、稳定性好、焊速快、热影响区小、焊接质量好等优点。焊接速度更快、熔化深度更大、工艺稳定性更好，并且由于晶粒组织更为细化且热影响区更小，导致力学性能更加优越。电弧窄间隙焊接常采用扁形伸入式喷嘴机构，这种喷嘴呈扁矩形方管状，长/宽比较高、体积较大，只适用于单独电弧焊接。而激光-电弧复合焊接保护装置常采用主喷嘴与后置辅助气扁喷嘴组成，后置气扁喷嘴与主喷嘴气流易造成紊流，保护效果一般，后置喷嘴需手动调节，操作繁琐。
申请号为201410085830.9、名称为“一种适用于大厚板窄间隙的激光电弧复合焊枪”的专利技术，将扁矩形方管状喷嘴与激光焊接头结合，用于窄间隙激光-电弧复合焊接。该装置为伸入式喷嘴机构，由于喷嘴装置体积较大，因此激光-电弧之间热源间距的可调节范围有限，对工艺参数优化具有一定影响。另外，坡口宽度最低只能压缩至11mm，焊接效率有待进一步提高。
申请号为201310501123.9、名称为“窄间隙焊接用可伸缩喷嘴装置及其调节方法”的专利技术，采用了一种螺纹带动的可伸缩喷嘴装置，用于旋转电弧窄间隙焊接。该装置喷嘴下端距工件上表面的距离为1-5mm，可调节高度有限。其次，喷嘴伸缩部分为柱状圆筒，不适用于窄间隙激光-电弧复合焊接，否则柱状喷嘴靠近工件表面一端会被激光烧熔、损坏。最后，该专利技术阐明，考虑到从喷嘴出气口喷出的保护气体，其层流长度范围有限(通常最大为35-40mm)，因此该装置适用的最大坡口深度为30mm。从可焊厚度而言，该装置还有待进一步完善。
申请号为201711164562.X、名称为“窄间隙焊接用可伸缩喷嘴装置及其调节方法”的专利技术，该装置由主喷嘴组件与后置辅助气扁喷嘴组成，后置辅助气扁喷嘴伸入坡口内部，由于激光在前，后置辅助喷嘴无法保证激光作用区熔池保护，另外，后置辅助气扁喷嘴孔径过窄，流量小，流速大，易造成紊流；后置辅助气扁喷嘴组成根据坡口深度不断调整喷嘴高度，操作繁琐，该装置还有待进一步完善。
发明内容
为了能够解决上述技术问题，本发明提供了一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置及方法。该方法通过保护罩与自适应调节装置自动贴合窄间隙坡口工件表面，解决窄间隙坡口焊接的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置包括保护罩连接杆、保护罩腔体、自适应调节装置、耐高温布、连接螺栓、围板；其中，保护罩连接杆连接焊枪并调整保护罩腔体，保证装配在保护罩腔体上的焊枪与保护罩腔体孔槽紧密贴合，激光束从保护罩腔体前端间隙穿过，围板与耐高温布通过连接螺栓与保护罩腔体连接，自适应调节装置连接保护罩腔体与围板，达到自适应伸缩的效果；通过焊枪和保护罩腔体喷出的保护气保护钨极和熔池不被氧化。
为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的保护罩腔体中，保护罩腔体为阶梯结构，阶梯的一端上部设有通槽用于调整保护罩连接杆，下部设置有气罩；另一端设有带有斜孔槽的间隙，斜孔槽用于装配焊枪，间隙用于激光束穿过；所述气罩包括导气管、镇静室和筛网，在镇静室的侧部设有导向管，底部封堵有筛网，焊接保护气体从所述导气管导入，经过镇静室壁的反射、充分混合，再从所述镇静室下方的筛网孔中流出，形成轴向气流；保护罩腔体前端超过激光束所在位置，保证激光作用区保护效果；保护罩腔体两侧排列有内螺纹用于连接螺栓连接。
进一步地，所述自适应调节装置包括连接杆、压缩弹簧和底座，连接杆为带有螺纹的圆柱销，并横向固定在围板的长条通槽上，底座固定在保护罩腔体上；压缩弹簧一端固定在底座上，另一端悬挂在连接杆上，通过压缩弹簧的连动，从而保证保护罩腔体移动过程中，围板通过压缩弹簧始终与窄间隙坡口工件表面紧密贴合。
一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护的方法，包括以下步骤：
第1步，依据坡口深度调整钨极伸出长度，保证保护罩腔体底部不与窄间隙坡口工件表面接触；
第2步，将钨极放入坡口内，围板与窄间隙坡口工件表面贴合后会自动上移，直至钨极到达焊接位置；
第3步，保护装置工作时通过自适应调节装置保证围板与窄间隙坡口工件表面自动贴合；
每道焊缝焊接完成后，围板自动回到原来位置，重复上述操作，直至焊接完成。
积极效果：
本发明与现有技术相比，其先进性和优点如下：
(1)与传统扁形伸入式喷嘴机构相比，本发明的气体保护装置不需伸入坡口内部，坡口宽度只与钨极直径有关，可满足更窄坡口的焊接。
(2)与后置辅助气扁喷嘴相比，本发明的保护罩形成大范围稳定的层流保护，保护范围可以完全覆盖激光作用区、电弧作用区和焊接熔池，可以更好地保证焊缝质量。
(3)与现有窄间隙保护装置相比，本发明的保护装置通过自适应调节装置实时调整围板高度，不需调整钨极长度和保护罩高度，提高焊接效率。
(4)与现有窄间隙保护装置相比，本发明的保护装置通过耐高温布与工件表面紧密贴合保证空气不被卷入，形成稳定的惰性气体保护区域，提高焊接质量。适宜作为一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置及自适应调节方法应用。
附图说明
图1为本发明立体图；
图2为本发明主视剖面图；
图3为本发明俯视图；
图4为保护罩腔体立体图；
图5为自适应调节装置立体图；
图6为围板立体图；
图7为耐高温布立体图；
图8为焊接过程调节示意图。
图中：1.保护罩连接杆；2.保护罩腔体；3.自适应调节装置；4.耐高温布；5.连接螺栓；6.围板；2a.导气管；2b.镇静室；2c.筛网；3a.连接杆；3b.压缩弹簧；3c.底座；7a.焊枪；7b.激光束；7c.钨极；7d.焊道；7e.窄间隙坡口工件；t1.焊道高度；t2.焊道变化后高度；L1.保护罩腔体与窄间隙坡口工件高度；L2.保护罩腔体与窄间隙坡口工件变化后高度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
据图1-8所示，一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置包括保护罩连接杆1、保护罩腔体2、自适应调节装置3、耐高温布4、连接螺栓5、围板6；其中，保护罩连接杆1连接焊枪7a并调整保护罩腔体2，保证装配在保护罩腔体2上的焊枪7a与保护罩腔体2孔槽紧密贴合，激光束7b从保护罩腔体2前端间隙穿过，围板6与耐高温布4通过连接螺栓5与保护罩腔体2连接，自适应调节装置3连接保护罩腔体2与围板6，达到自适应伸缩的效果；通过焊枪7a和保护罩腔体2喷出的保护气保护钨极7c和熔池不被氧化。
为了保证本发明结构的稳定性，据图2-4所示，保护罩腔体2为阶梯结构，阶梯的一端上部设有通槽用于调整保护罩连接杆1，下部设置有气罩；另一端设有带有斜孔槽的间隙，斜孔槽用于装配焊枪7a，间隙用于激光束7b穿过；所述气罩包括导气管2a、镇静室2b和筛网2c，在镇静室2b的侧部设有导向管2a，底部封堵有筛网2c，焊接保护气体从所述导气管2a导入，经过镇静室2b壁的反射、充分混合，再从所述镇静室2b下方的筛网2c孔中流出，形成轴向气流；由于流体的附壁效应，保护气体沿所述气罩的内壁向下流动，从喷嘴口流出，形成一定长度的层流层，并充满坡口间隙，保护焊接熔池和坡口金属，避免氧化；保护罩腔体2前端超过激光束7b所在位置，保证激光作用区保护效果；保护罩腔体2两侧排列有内螺纹用于连接螺栓5连接。
为了进一步保证本发明结构的稳定性，所述保护罩腔体2与筛网2c采用铜质材料制成，筛网2c保证流出气体为层流状态。
为了优化本发明的结构，据图5所示，所述自适应调节装置3包括连接杆3a、压缩弹簧3b和底座3c，连接杆3a为带有螺纹的圆柱销，并横向固定在围板6的长条通槽上，底座3c固定在保护罩腔体2上；压缩弹簧3b一端固定在底座3c上，另一端悬挂在连接杆3a上，通过压缩弹簧3b的连动，从而保证保护罩腔体2移动过程中，围板6通过压缩弹簧3b始终与窄间隙坡口工件7e表面紧密贴合。
在较佳的一个实施例中，所述自适应调节装置3以保护罩腔体2为中心对称布置，数量四个，均匀分布。
为了更加优化本发明结构的稳定性，据图6所示，所述围板6为U型结构折板，采用铜质材料制成，在围板6的U型两侧上排列有用于与耐高温布4连接的长条通槽，通过自适应调节装置3与保护罩腔体2连接，保证工作时围板6与窄间隙坡口工件7e表面贴合；围板6的U型底部设有圆弧通孔用于导气管2a穿过。
为了再进一步优化本发明的结构，据图7所示，所述耐高温布4为环绕围板6的U型遮帘，在耐高温布4的U型遮帘两侧上部排列有通孔用于连接螺栓5连接，耐高温布4的U型底部设有通孔用于导气管2a穿过；所述耐高温布4采用玻璃纤维制成，柔性贴合在窄间隙坡口工件7e表面。
作为常规的技术选择，所述连接螺栓5安装后，围板6与耐高温布4留有1-3mm间隙，保证围板6能自由移动。
优选的，所述保护罩连接杆1为两端设有圆弧、中部设有长条通槽的结构杆。
本发明的工作原理：
据图8所示，在焊道7d的高度有变化时，高度变化△=t1-t2；保护罩腔体2与窄间隙坡口工件7e的高度亦由高度变化L1-L2；自适应调节装置3连接保护罩腔体2与围板6自适应伸缩，则有：△=t1-t2=L1-L2；根据坡口深度自动调整围板6与窄间隙坡口工件7e表面贴合。
本发明的工作过程：
当坡口底部或焊缝表面距窄间隙坡口工件7e上表面的距离为50mm-55mm时，适用于图8所示情形。
在焊枪7a上安装窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，包括保护罩连接杆1、保护罩腔体2、自适应调节装置3、耐高温布4、连接螺栓5、围板6；其中，保护罩连接杆1连接保护罩腔体2与焊枪7a，保证焊枪7a与保护罩腔体2孔槽紧密贴合，激光束7b从保护罩腔体2前端间隙穿过，围板6与耐高温布4通过连接螺栓5与保护罩腔体2连接，自适应调节装置3连接保护罩腔体2与围板6，达到自适应伸缩的效果；通过焊枪7a和保护罩腔体2喷出的保护气保护钨极不被烧损和熔池不被氧化。
保护罩腔体2包括镇静室2b、筛网2c和导气管2a，保护罩腔体2与筛网2c采用铜质材料制成，筛网2c保证流出气体为层流状态，保护罩腔体2前端超过激光束7b所在位置，保证激光作用区保护效果；围板6采用铜质材料制成，通过自适应调节装置3与保护罩腔体2连接，保证工作时与窄间隙坡口工件7e表面贴合；耐高温布4采用玻璃纤维制成，柔性贴合工件表面；连接螺栓5安装后，围板6与耐高温布4留有1-3mm间隙，保证围板6能自由移动。
加装保护罩腔体2完成后，调整钨极7c伸出长度，保证保护罩腔体2底部距坡口底部不小于57mm；将钨极7a移至坡口内，围板6与窄间隙坡口工件7e表面贴合后自动上移，直至钨极7a到达焊接位置；焊接过程中自适应调节装置3根据坡口深度自动调整围板6与窄间隙坡口工件7e表面贴合，该道焊缝焊接完成后，围板6自动回到原来位置，重复上述操作，直至焊接完成。
采用本实施例所述方法进行焊接，可以获得较好的焊缝成形，焊缝表面均匀连续光滑且下凹，在后续焊道堆积过程中不容易出现未熔合、气孔、咬边等缺陷。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
包括保护罩连接杆（1）、保护罩腔体（2）、自适应调节装置（3）、耐高温布（4）、连接螺栓（5）、围板（6）；其中，保护罩连接杆（1）连接焊枪（7a）并调整保护罩腔体（2），保证装配在保护罩腔体（2）上的焊枪（7a）与保护罩腔体（2）孔槽紧密贴合，激光束（7b）从保护罩腔体（2）前端间隙穿过，围板（6）与耐高温布（4）通过连接螺栓（5）与保护罩腔体（2）连接，自适应调节装置（3）连接保护罩腔体（2）与围板（6），达到自适应伸缩的效果；通过焊枪（7a）和保护罩腔体（2）喷出的保护气保护钨极（7c）和熔池不被氧化；
保护罩腔体（2）为阶梯结构，阶梯的一端上部设有通槽用于调整保护罩连接杆（1），下部设置有气罩；另一端设有带有斜孔槽的间隙，斜孔槽用于装配焊枪（7a），间隙用于激光束（7b）穿过；所述气罩包括导气管（2a）、镇静室（2b）和筛网（2c），在镇静室（2b）的侧部设有导向管2a，底部封堵有筛网（2c），焊接保护气体从所述导气管（2a）导入，经过镇静室（2b）壁的反射、充分混合，再从所述镇静室（2b）下方的筛网（2c）孔中流出，形成轴向气流；保护罩腔体（2）前端超过激光束（7b）所在位置，保证激光作用区保护效果；保护罩腔体（2）两侧排列有内螺纹用于连接螺栓（5）连接；
所述自适应调节装置（3）包括连接杆（3a）、压缩弹簧（3b）和底座（3c），连接杆（3a）为带有螺纹的圆柱销，并横向固定在围板（6）的长条通槽上，底座（3c）固定在保护罩腔体（2）上；压缩弹簧（3b）一端固定在底座（3c）上，另一端悬挂在连接杆（3a）上，通过压缩弹簧（3b）的连动，从而保证保护罩腔体（2）移动过程中，围板（6）通过压缩弹簧（3b）始终与窄间隙坡口工件（7e）表面紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述保护罩腔体（2）与筛网（2c）采用铜质材料制成，筛网（2c）保证流出气体为层流状态。
3.根据权利要求1所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述自适应调节装置（3）以保护罩腔体（2）为中心对称布置，数量四个，均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述围板（6）为U型结构折板，采用铜质材料制成，在围板（6）的U型两侧上排列有用于与耐高温布（4）连接的长条通槽，通过自适应调节装置（3）与保护罩腔体（2）连接，保证工作时围板（6）与窄间隙坡口工件（7e）表面贴合；围板（6）的U型底部设有圆弧通孔用于导气管（2a）穿过。
5.根据权利要求4所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述耐高温布（4）为环绕围板（6）的U型遮帘，在耐高温布（4）的U型遮帘两侧上部排列有通孔用于连接螺栓（5）连接，耐高温布（4）的U型底部设有通孔用于导气管（2a）穿过；所述耐高温布（4）采用玻璃纤维制成，柔性贴合在窄间隙坡口工件（7e）表面。
6.根据权利要求5所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述连接螺栓（5）安装后，围板（6）与耐高温布（4）留有1-3mm间隙，保证围板（6）能自由移动。
7.根据权利要求1所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置，其特征是：
所述保护罩连接杆（1）为两端设有圆弧、中部设有长条通槽的结构杆。
8.应用权利要求1至7任一项所述的一种窄间隙激光-TIG复合焊接气体保护装置的方法，其特征是：
包括以下步骤：
第1步，依据坡口深度调整钨极（7c）伸出长度，保证保护罩腔体（2）底部不与窄间隙坡口工件（7e）表面接触；
第2步，将钨极（7c）放入坡口内，围板（6）与窄间隙坡口工件（7e）表面贴合后会自动上移，直至钨极（7c）到达焊接位置；
第3步，保护装置工作时通过自适应调节装置（3）保证围板（6）与窄间隙坡口工件（7e）表面自动贴合；
每道焊缝焊接完成后，围板（6）自动回到原来位置，重复上述操作，直至焊接完成。
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