CN117548823B - 一种钛金属激光焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛金属激光焊接工艺，具体涉及金属激光焊接领域，具体包括如下步骤：S1：配合安装组成加工件；S2：将金属零件配合到加工件外圈上，得到焊接点；S3：焊接前，采用冷却设备向加工件内充入冷却介质，冷却介质以大流量进入加工件内部充分冷却；S4：采用焊接设备释放激光焊接脉冲至焊接点，执行焊接时降低冷却介质的流量，一段时间后停止焊接；S5：停止焊接后，再增加进入加工件内冷却介质的流量，一段时间后，重复S4操作；上述加工件为包管组件，包管组件包括塑料管和金属管。本发明通过冷却式无损激光焊接工艺，配合冷却流量参数可变化系统，并在焊接过程采用停歇方式冷却，保证PTFE塑料管的完整。
Description
技术领域
本发明涉及金属激光焊接技术领域，更具体地说，本发明涉及一种钛金属激光焊接工艺。
背景技术
钛金属针包管，其加工特点是需要先将PTFE塑料管提前安装进入钛金属管中，再将金属零件配合到钛金属管外圈上，最后对连接点执行焊接工艺。
钛金属针包管类产品的钛金属管壁厚通常只有0.2到0.5mm，其内的PTFE塑料管的壁厚在0.3到0.8mm，对钛金属管进行激光焊接时，所产生的热量温度可达到1000-2000℃，会将钛金属管迅速加热，而PTFE塑料管耐热熔点在300℃左右，如果在焊接时不改善焊接工艺，将会因高温而使PTFE管造成变形或者破坏，更严重时会将钛金属管击穿，从而直接破坏产品。
发明内容
本发明提供的一种钛金属激光焊接工艺，所要解决的问题是：焊接高温使PTFE管造成变形或者破坏，更严重时会将钛金属管击穿，从而直接破坏产品。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钛金属激光焊接工艺，具体包括如下步骤：
S1：配合安装组成加工件；
S2：将金属零件配合到加工件外圈上，得到焊接点；
S3：焊接前，采用冷却设备向加工件内充入冷却介质，冷却介质以大流量进入加工件内部充分冷却；
S4：采用焊接设备释放激光焊接脉冲至焊接点，执行焊接时降低冷却介质的流量，一段时间后停止焊接；
S5：停止焊接后，再增加进入加工件内冷却介质的流量，一段时间后，重复S4操作；
上述加工件为包管组件，包管组件包括塑料管和金属管，塑料管套入金属管内部，金属零件位于金属管的外侧；上述冷却设备为冷却箱，冷却箱通过输送管道向塑料管内部充入冷却介质；上述焊接设备包括焊接机头和焊接机台，焊接机头用于对焊接点进行焊接，金属零件和包管组件安装在焊接机台上。
在一个优选的实施方式中，冷却箱包括制冷机构和输送机构，制冷机构用于对介质降温形成冷却介质，输送机构用于将冷却介质送出。
在一个优选的实施方式中，输送机构上安装有流量调节器，且流量调节器与输送管道连接，流量调节器用于调节向塑料管充入冷却介质的流量大小。
在一个优选的实施方式中，金属管的材质为钛金属、不锈钢或铜金属中的其中任意一种，冷却介质为空气、纯水或冷却液中的其中任意一种。
在一个优选的实施方式中，塑料管的外周活动套设有定位架，金属管的外周活动套设有固定架，定位架和固定架均通过螺栓安装于焊接机台上。
在一个优选的实施方式中，塑料管的长度大于金属管的长度，塑料管配合金属管的一段为重合段，且塑料管未配合金属管的一段为放空段，塑料管的放空段内部活动贯穿有内管组件，内管组件与输送管道连通，输送管道将冷却介质通过内管组件输送至塑料管内部。
在一个优选的实施方式中，内管组件包括接近内管，内管组件进入塑料管内部的一端固定设有侧喷头，侧喷头的外侧开设有喷孔。
在一个优选的实施方式中，接近内管的外周转动连接有外套环，外套环的外侧固定设有外凸块，外套环的内壁固定设有内滑块，接近内管对应内滑块的位置开设有环槽，且内滑块滑动设于环槽的内部，外套环远离侧喷头的一端固定设有调整柱。
在一个优选的实施方式中，金属管远离金属零件的一端设有负压组件，负压组件包括支撑台，支撑台对应金属零件的一侧固定设有负压头，支撑台的另一侧固定设有连接头，连接头连接负压泵工作时，通过负压头抽出塑料管重合段内部的冷却介质。
在一个优选的实施方式中，支撑台外周固定设有外侧板，外侧板的一端固定设有倾斜板，且倾斜板倾斜朝向焊接点设置，外侧板与塑料管的重合段平行，支撑台和外侧板的内部均开设有通口，外侧板对应负压头的内侧开设有吹风孔。
本发明的有益效果在于：
本发明通过冷却式无损激光焊接工艺，配合冷却流量参数可变化系统，并在焊接过程采用停歇方式冷却，保证PTFE塑料管的完整，除焊接工艺外，其余外部加工如切割、雕刻、切削等工艺会造成发热场景均适合使用该工艺方法。
本发明通过在定位凸出的定位轴孔内壁设置定位凸出，定位凸出使对应部位的塑料管向内凹陷，在外套环外部对应设置两组外凸块，外凸块向外顶出使该处塑料管外凸，起到定位作用，而与之对应的定位凸出起到限位作用，避免侧喷头脱离金属零件与定位架之间的范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的焊接机台结构示意图。
图3为本发明的包管组件剖面结构示意图。
图4为本发明的塑料管放空段剖面结构示意图。
图5为本发明的接近内管端部结构示意图。
图6为本发明的负压组件结构示意图。
图7为本发明的外侧板剖面结构示意图。
附图标记为：1、焊接机头；2、焊接机台；3、金属零件；31、焊接点；4、包管组件；41、塑料管；42、金属管；5、冷却箱；6、定位架；61、定位凸出；7、固定架；8、内管组件；81、接近内管；811、环槽；82、外套环；83、外凸块；84、内滑块；85、侧喷头；86、调整柱；9、负压组件；91、支撑台；92、负压头；93、连接头；94、外侧板；941、通口；942、吹风孔；95、倾斜板。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
参照说明书附图1至图3，一种钛金属激光焊接工艺，具体包括如下步骤：
S1：配合安装组成加工件；
S2：将金属零件3配合到加工件外圈上，得到焊接点31；
S3：焊接前，采用冷却设备向加工件内充入冷却介质，冷却介质以大流量进入加工件内部充分冷却；
S4：采用焊接设备释放激光焊接脉冲至焊接点31，执行焊接时降低冷却介质的流量，一段时间后停止焊接；
S5：停止焊接后，再增加进入加工件内冷却介质的流量，一段时间后，重复S4操作；
上述加工件为包管组件4，包管组件4包括塑料管41和金属管42，塑料管41套入金属管42内部，金属零件3位于金属管42的外侧；上述冷却设备为冷却箱5，冷却箱5通过输送管道向塑料管41内部充入冷却介质；上述焊接设备包括焊接机头1和焊接机台2，焊接机头1用于对焊接点31进行焊接，金属零件3和包管组件4安装在焊接机台2上。
需要说明的是，焊接设备还包括机架，焊接机头1安装在机架上，且焊接机头1可调整角度进行工作，焊接机台2上还设有工装夹具，工装夹具用于定位金属零件3。
进一步地，冷却箱5包括制冷机构和输送机构，制冷机构用于对介质降温形成冷却介质，输送机构用于将冷却介质送出。
进一步地，输送机构上安装有流量调节器，且流量调节器与输送管道连接，流量调节器用于调节向塑料管41充入冷却介质的流量大小。
进一步地，金属管42的材质为钛金属、不锈钢或铜金属中的其中任意一种，冷却介质为空气、纯水或冷却液中的其中任意一种。
进一步地，塑料管41的外周活动套设有定位架6，金属管42的外周活动套设有固定架7，定位架6和固定架7均通过螺栓安装于焊接机台2上。
需要说明的是，定位架6和固定架7的顶部均设有定位轴孔，塑料管41和金属管42穿过定位轴孔。
在本实施例中，实施场景具体为：塑料管41以壁厚为0.8mm的PTFE塑料管为例说明，金属管42以厚度为0.3mm的钛金属管为例说明，冷却介质以冷却气体为例说明，焊接工艺的最佳参数对照表如下所示：
| 钛金属管壁厚 | PTFE管壁厚 | 非焊接气体流量 | 非焊接气体时间 | 焊接时气体流量 | 连续焊接时间 |
| 0.2mm | 0.8mm | 1.0L/min | 10s | 0.15L/min | 7s |
| 0.3mm | 0.8mm | 1.0L/min | 10s | 0.20L/min | 10s |
| 0.4mm | 0.5mm | 0.8L/min | 8s | 0.4L/min | 13s |
| 0.5mm | 0.3mm | 0.8L/min | 6s | 0.5L/min | 15s |
先将塑料管41部分穿入金属管42内部配合安装，再将金属零件3垂直设置在金属管42的外侧 ，冷却箱5提供的冷却气体以1L/min的流量进入塑料管41，持续10秒，使塑料管41充分冷却，此时的金属管42为常温，然后将冷却气体降低为0.2L/min的流量进入塑料管41内，避免后续焊接时温度过低造成漏焊，再然后释放激光焊接脉冲至焊接点31位置，执行焊接，连续焊接时间为10秒，10秒后暂停焊接，接着将冷却气体提高为1L/min的流量充入塑料管41内，持续10秒，充分给塑料管41降温，最后继续释放激光焊接脉冲至焊接点31位置，执行焊接，焊接时间为10秒，接着重复上述操作，直至全部焊接完成。
在上述实施方式中，当塑料管41的长度过长时，冷却介质从一端进入，再从焊接点31位置经过，最后从另一端排出，该冷却行程较长，冷却时间也需要调整加长，增加了整体加工时间，为了解决该问题，还提供以下技术方案：
参照说明书附图3至图5，塑料管41的长度大于金属管42的长度，塑料管41配合金属管42的一段为重合段，且塑料管41未配合金属管42的一段为放空段，塑料管41的放空段内部活动贯穿有内管组件8，内管组件8与输送管道连通，输送管道将冷却介质通过内管组件8输送至塑料管41内部。
需要说明的是，当放空段较长时，充入的冷却介质多且时间长，将内管组件8深入放空段内部，通过内管组件8直接向焊接点31周围进行冷却。
进一步地，内管组件8包括接近内管81，内管组件8进入塑料管41内部的一端固定设有侧喷头85，侧喷头85的外侧开设有喷孔。
需要说明的是，喷孔倾斜朝向塑料管41的内壁，即内管组件8输出的冷却介质冲向塑料管41内壁，侧喷头85的输出位置范围在金属零件3与定位架6之间并根据需要设定，当侧喷头85向连接输送管道的一端移动并超过上述输出范围，此时侧喷头85的作用大打折扣。
进一步地，接近内管81的外周转动连接有外套环82，外套环82的外侧固定设有外凸块83，外套环82的内壁固定设有内滑块84，接近内管81对应内滑块84的位置开设有环槽811，且内滑块84滑动设于环槽811的内部，外套环82远离侧喷头85的一端固定设有调整柱86。
在本实施例中，实施场景具体为：将接近内管81与冷却箱5的输送管道连通，冷却介质从侧喷头85的喷孔喷出并冲向塑料管41内壁，依此方式提高冷却效率，冷却介质从接近内管81内部排出后，对接近内管81具有一定的反推力，会导致侧喷头85偏离设定位置，因此在定位凸出61的定位轴孔内壁设置定位凸出61，以对应设置两组为例，定位凸出61使对应部位的塑料管41向内凹陷，在接近内管81上设置外套环82，外套环82通过环槽811及内滑块84的配合可沿接近内管81径向旋转，外套环82外部对应设置两组外凸块83，通过调整柱86旋转外套环82，使两组外凸块83与定位凸出61不对应，再将接近内管81送入塑料管41内部，再次旋转外套环82使其与定位凸出61两两对应，此时的外凸块83向外顶出使该处塑料管41外凸，起到定位作用，而与之对应的定位凸出61起到限位作用，避免侧喷头85脱离金属零件3与定位架6之间的范围。
在上述实施方式中，当金属管42的长度较长时，排出冷却介质的时间增加，由于冷却介质在焊接点31处经换热后再排出，因此换热后的冷却介质温度升高，随着时间增加，导致塑料管41的重合段温度升高，致使重合段受温度影响，为了解决该问题，还提供以下技术方案：
参照说明书附图3、图6和图7，金属管42远离金属零件3的一端设有负压组件9，负压组件9包括支撑台91，支撑台91对应金属零件3的一侧固定设有负压头92，支撑台91的另一侧固定设有连接头93，连接头93连接负压泵工作时，通过负压头92抽出塑料管41重合段内部的冷却介质。
需要说明的是，负压泵安装在整体系统的外部，附图中未示出。
进一步地，支撑台91外周固定设有外侧板94，外侧板94的一端固定设有倾斜板95，且倾斜板95倾斜朝向焊接点31设置，外侧板94与塑料管41的重合段平行，支撑台91和外侧板94的内部均开设有通口941，外侧板94对应负压头92的内侧开设有吹风孔942。
在本实施例中，实施场景具体为：负压泵通过管道连通连接头93，将负压头92塞入重合段的排出端，通过增加负压使冷却介质在重合段内加速排出，为了降低重合段温度，将通口941与负压头92连通，通过吹风孔942抽取对应金属管42外周的高温空气，通过倾斜的倾斜板95抽取焊接点31周围的高温空气，通过增加空气流通达到快速降温的效果。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种钛金属激光焊接工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：配合安装组成加工件；
S2：将金属零件（3）配合到加工件外圈上，得到焊接点（31）；
S3：焊接前，采用冷却设备向加工件内充入冷却介质，冷却介质以大流量进入加工件内部充分冷却；
S4：采用焊接设备释放激光焊接脉冲至焊接点（31），执行焊接时降低冷却介质的流量，一段时间后停止焊接；
S5：停止焊接后，再增加进入加工件内冷却介质的流量，一段时间后，重复S4操作；
上述加工件为包管组件（4），所述包管组件（4）包括塑料管（41）和金属管（42），所述塑料管（41）套入金属管（42）内部，所述金属零件（3）位于金属管（42）的外侧；
上述冷却设备为冷却箱（5），所述冷却箱（5）通过输送管道向塑料管（41）内部充入冷却介质；
上述焊接设备包括焊接机头（1）和焊接机台（2），所述焊接机头（1）用于对焊接点（31）进行焊接，所述金属零件（3）和包管组件（4）安装在焊接机台（2）上；
所述塑料管（41）的长度大于金属管（42）的长度，所述塑料管（41）配合金属管（42）的一段为重合段，且塑料管（41）未配合金属管（42）的一段为放空段，所述塑料管（41）的放空段内部活动贯穿有内管组件（8），所述内管组件（8）与输送管道连通，输送管道将冷却介质通过内管组件（8）输送至塑料管（41）内部；
所述内管组件（8）包括接近内管（81），所述内管组件（8）进入塑料管（41）内部的一端固定设有侧喷头（85），所述侧喷头（85）的外侧开设有喷孔；
所述接近内管（81）的外周转动连接有外套环（82），所述外套环（82）的外侧固定设有外凸块（83），所述外套环（82）的内壁固定设有内滑块（84），所述接近内管（81）对应内滑块（84）的位置开设有环槽（811），且内滑块（84）滑动设于环槽（811）的内部，所述外套环（82）远离侧喷头（85）的一端固定设有调整柱（86）；
所述金属管（42）远离金属零件（3）的一端设有负压组件（9），所述负压组件（9）包括支撑台（91），所述支撑台（91）对应金属零件（3）的一侧固定设有负压头（92），所述支撑台（91）的另一侧固定设有连接头（93），所述连接头（93）连接负压泵工作时，通过所述负压头（92）抽出塑料管（41）重合段内部的冷却介质；
所述支撑台（91）外周固定设有外侧板（94），所述外侧板（94）的一端固定设有倾斜板（95），且倾斜板（95）倾斜朝向焊接点（31）设置，所述外侧板（94）与塑料管（41）的重合段平行，所述支撑台（91）和外侧板（94）的内部均开设有通口（941），所述外侧板（94）对应负压头（92）的内侧开设有吹风孔（942）。
2.根据权利要求1所述的一种钛金属激光焊接工艺，其特征在于：所述冷却箱（5）包括制冷机构和输送机构，制冷机构用于对介质降温形成冷却介质，输送机构用于将冷却介质送出。
3.根据权利要求2所述的一种钛金属激光焊接工艺，其特征在于：所述输送机构上安装有流量调节器，且流量调节器与输送管道连接，流量调节器用于调节向塑料管（41）充入冷却介质的流量大小。
4.根据权利要求3所述的一种钛金属激光焊接工艺，其特征在于：所述金属管（42）的材质为钛金属、不锈钢或铜金属中的其中任意一种，所述冷却介质为空气、纯水或冷却液中的其中任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种钛金属激光焊接工艺，其特征在于：所述塑料管（41）的外周活动套设有定位架（6），所述金属管（42）的外周活动套设有固定架（7），所述定位架（6）和固定架（7）均通过螺栓安装于焊接机台（2）上。
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2024
- 2024-01-09 CN CN202410028723.6A patent/CN117548823B/zh active Active
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