激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，包括冷卻機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣柔性定位設(shè)置導(dǎo)管、氣保護(hù)噴頭和安裝固定機(jī)構(gòu)；冷卻機(jī)構(gòu)包含水冷室和保護(hù)氣冷卻管，保護(hù)氣冷卻管置于水冷室中；保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管連接保護(hù)氣冷卻管，保護(hù)氣噴頭連接在保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管端部；冷卻機(jī)構(gòu)通過(guò)安裝固定機(jī)構(gòu)固定在激光焊機(jī)的焊接頭上。經(jīng)過(guò)冷卻的保護(hù)氣體從噴頭中釋放出來(lái)，排開(kāi)高溫區(qū)的空氣成分，在焊道高溫區(qū)形成穩(wěn)態(tài)氣場(chǎng)，阻止高溫區(qū)金屬與空氣中的氧、氮、水蒸氣等物質(zhì)發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng)，從而起到隔離空氣，保護(hù)高溫焊道的目的。主要運(yùn)用于中小厚度鈦合金的激光熔焊加工領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光焊接氣體保護(hù)裝置，特別是激光焊接鈦合金氣體保護(hù)裝置，屬于激光焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑，焊接過(guò)程焊縫高溫區(qū)極容易與空氣中的氮、氧、氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響焊縫性能，目前在焊接鈦合金時(shí)通常加三路保護(hù)氣進(jìn)行保護(hù)，分別為焊槍保護(hù)氣、焊縫正面高溫區(qū)保護(hù)氣和焊縫背面保護(hù)氣。
[0003]這三路保護(hù)氣中，焊縫正面高溫區(qū)保護(hù)氣施加最為困難。因?yàn)殡S著焊接過(guò)程的進(jìn)行，焊縫熔池隨焊槍移動(dòng)，需要保護(hù)的焊縫位置不斷移動(dòng)，同時(shí)要保證正面保護(hù)氣場(chǎng)的施加不影響焊接過(guò)程，目前使用較為普遍的鈦合金焊接正面保護(hù)方法，是依照焊縫結(jié)構(gòu)形式制作一個(gè)拖罩，拖罩內(nèi)通保護(hù)氣體，在拖罩內(nèi)形成穩(wěn)態(tài)保護(hù)氣流場(chǎng)，排開(kāi)拖罩內(nèi)的空氣，拖罩可以隨焊槍一起移動(dòng)，達(dá)到保護(hù)高溫區(qū)金屬的效果。這種方法解決了焊道正面金屬的氣體保護(hù)問(wèn)題，但是，這種正面保方法存在以下缺點(diǎn):
[0004]I)不同結(jié)構(gòu)的焊縫需要制作不同的專(zhuān)用拖罩，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成本較大；
[0005]2)直線焊縫保護(hù)效果較好，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)特殊或存在曲線焊縫時(shí)，需要做異形拖罩，且往往保護(hù)效果不良；
[0006]3)拖罩跟隨焊槍一起運(yùn)動(dòng)，影響焊接熔池觀察，對(duì)焊接過(guò)程造成部分不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，旨在提供一種無(wú)需真空環(huán)境和硬拖罩的激光焊接鈦合金的施加保護(hù)氣體的裝置，在不需要外加拖罩的情況下，即可在高溫焊縫金屬上方形成保護(hù)氣體的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)，排開(kāi)高溫區(qū)域焊縫能夠接觸到的空氣，從而防止鈦合金在高溫狀態(tài)下氧化、氮化、氫脆的發(fā)生，能夠使用于各種不同的焊接接頭結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性強(qiáng)的氣體保護(hù)裝置。
[0008]本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，包括冷卻機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣柔性定位導(dǎo)管、保護(hù)氣噴頭和安裝固定機(jī)構(gòu)；
[0010]冷卻機(jī)構(gòu)包含水冷室和保護(hù)氣冷卻管，水冷室上設(shè)置進(jìn)水口和出水口，保護(hù)氣冷卻管設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，保護(hù)氣冷卻管置于水冷室中；
[0011]具體地，保護(hù)氣冷卻管采用銅質(zhì)冷卻管；保護(hù)氣冷卻管迂回排布在水冷室內(nèi)部；
[0012]保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管連接保護(hù)氣冷卻管，保護(hù)氣噴頭連接在保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管端部；具體地，保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管可采用活動(dòng)關(guān)節(jié)塑料導(dǎo)管，保護(hù)氣體噴頭材質(zhì)為銅質(zhì)；
[0013]冷卻機(jī)構(gòu)通過(guò)安裝固定機(jī)構(gòu)固定在激光焊機(jī)的焊接頭上；具體地，安裝固定機(jī)構(gòu)采用螺栓連接弓形卡箍的結(jié)構(gòu)。[0014]為形成穩(wěn)定的保護(hù)氣流場(chǎng)，保護(hù)氣噴頭采用圓柱形管，端口呈40°?60°的橢圓型截面；開(kāi)口處內(nèi)擴(kuò)倒圓角。
[0015]工作時(shí)端口處橢圓型截面近似平行于焊道走向，在橢圓型截面和保護(hù)氣噴頭開(kāi)口處尖角的引導(dǎo)作用下，有助于保護(hù)氣體噴射形成長(zhǎng)橢圓形穩(wěn)態(tài)保護(hù)氣流場(chǎng)。
[0016]保護(hù)氣體通過(guò)保護(hù)氣體冷卻管隔離冷卻，冷卻過(guò)程不會(huì)對(duì)保護(hù)氣體的純度和濕度造成影響。保護(hù)氣柔性定位導(dǎo)管使用活動(dòng)關(guān)節(jié)塑料導(dǎo)管，能夠方便的調(diào)整成各種需要的空間位置和姿態(tài)，能夠適應(yīng)各種尺寸的焊縫結(jié)構(gòu)形式，適用性極強(qiáng)。保護(hù)氣體通過(guò)冷卻室降溫，由噴頭釋放后在鈦合金焊縫高溫區(qū)域形成足夠面積的穩(wěn)態(tài)保護(hù)氣流場(chǎng)，從而排開(kāi)空氣，阻止高溫鈦合金氧化氮化的目的。覆蓋焊縫高溫區(qū)域，穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)無(wú)固體邊緣區(qū)域，因此適應(yīng)性強(qiáng)。
[0017]由于采用了水冷保護(hù)氣體柔性施加氣流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，充分利用了氣體能夠形成穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1)不需要針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的焊縫需要制作不同的專(zhuān)用拖罩，具有極強(qiáng)的通用性；2)適用于各種結(jié)構(gòu)的焊縫，特別適用于焊接空間曲線焊縫的氣體保護(hù)，保護(hù)效果好；3)沒(méi)有拖罩跟隨焊槍一起運(yùn)動(dòng)，便于監(jiān)測(cè)觀察，不影響焊接工作。能夠適用于各種結(jié)構(gòu)形式的焊縫接頭和絕大部分形狀的焊接體，避免了常規(guī)保護(hù)氣體拖罩適應(yīng)性差，對(duì)異形空間曲線焊縫保護(hù)效果不理想的弊端?？蓮V泛適用于激光焊接鈦合金過(guò)程中的正面焊縫保護(hù)，無(wú)需使用硬保護(hù)氣拖罩控制保護(hù)氣流場(chǎng)，即可在高溫焊縫正面形成穩(wěn)態(tài)保護(hù)氣體流場(chǎng)，排開(kāi)空氣，避免高溫區(qū)域的焊縫金屬發(fā)生氧化、氮化，保護(hù)效果好，對(duì)不同焊縫結(jié)構(gòu)的適用性強(qiáng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1激光焊鈦合金無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
[0019]圖2保護(hù)氣噴頭結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖中標(biāo)記分別表示:I一保護(hù)氣冷卻管，2—水冷室，3—保護(hù)氣柔性定位導(dǎo)管，4一保護(hù)氣噴頭，5—安裝固定機(jī)構(gòu)，6—激光焊機(jī)的焊接頭，7—待焊接鈦合金，8—出水口，9一進(jìn)水口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例
[0023]激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，包括冷卻機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣柔性定位導(dǎo)管、保護(hù)氣噴頭和安裝固定機(jī)構(gòu)；冷卻機(jī)構(gòu)包括水冷室和保護(hù)氣冷卻管，水冷室上分布進(jìn)水口、出水口 ；保護(hù)氣冷卻管設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口 ；保護(hù)氣冷卻管采用銅質(zhì)冷卻管迂回排布在水冷室內(nèi)部，其進(jìn)氣口在水冷室上方，其出氣口在水冷室下方，保護(hù)氣冷卻管與水冷室內(nèi)部不連通；保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管采用活動(dòng)關(guān)節(jié)塑料導(dǎo)管，連接保護(hù)氣冷卻管；保護(hù)氣噴頭材質(zhì)為銅質(zhì)，連接在保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管端部；保護(hù)氣噴頭采用圓柱形管，端口呈40°?60°的橢圓型截面，開(kāi)口處內(nèi)擴(kuò)倒圓角；安裝固定機(jī)構(gòu)采用螺栓連接弓形卡箍的結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置固定在激光焊機(jī)的焊接頭上。
[0024]在工作狀態(tài)水冷室內(nèi)部充滿(mǎn)低溫冷卻水，低溫冷卻水由外部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)提供，即將水冷室接入外部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)工作時(shí)冷卻水從水冷室的入水口進(jìn)入，出水口排出回到外部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，低溫冷卻水充滿(mǎn)水冷室腔體內(nèi)部，保護(hù)氣冷卻管外部包圍低溫冷卻水，焊接過(guò)程中當(dāng)有保護(hù)氣體通過(guò)保護(hù)氣冷卻管時(shí)，對(duì)導(dǎo)管內(nèi)的保護(hù)氣體冷卻降溫，保護(hù)氣冷卻管內(nèi)流過(guò)的保護(hù)氣體通過(guò)管壁金屬與包裹在冷卻管周?chē)睦鋮s水，通過(guò)熱交換作用降低保護(hù)氣溫度，從而將流經(jīng)冷卻室的保護(hù)氣體溫度控制在某一溫度區(qū)間之內(nèi)；加快焊縫熔池的冷卻速度，從而增強(qiáng)保護(hù)氣體的保護(hù)效果；保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管使用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)軟管，可在較大范圍內(nèi)任意固定形成空間形狀，從而保證保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管端部連接的保護(hù)氣噴頭能夠定位在工藝要求的空間位置，保持特定姿態(tài)，將保護(hù)氣體從工藝需要的位置和角度噴射在焊縫熔池區(qū)域上方；保護(hù)氣噴頭是整個(gè)保護(hù)裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)冷卻的保護(hù)氣從噴頭中釋放出來(lái)，排開(kāi)高溫區(qū)的空氣成分，在焊道高溫區(qū)形成穩(wěn)態(tài)氣場(chǎng)，覆蓋在熔池區(qū)域及其前部200?400_的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，根據(jù)激光焊接的移動(dòng)速度和焊縫金屬的冷卻速度調(diào)整保護(hù)氣體流量，目的在于將焊接溫度高于100攝氏度的焊縫金屬置于保護(hù)氣場(chǎng)的覆蓋之下，隔絕空氣中的氧氣和氮?dú)?，從而阻止高溫區(qū)金屬與空氣中的氧、氮、水蒸氣等物質(zhì)發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng)；固定機(jī)構(gòu)的作用是將該保護(hù)裝置連接在激光激光焊機(jī)的焊接頭端部特定位置，使整套保護(hù)裝置能夠在激光焊接的過(guò)程中隨著激光激光焊機(jī)的焊接頭以及焊縫熔化區(qū)一起移動(dòng)，對(duì)高溫區(qū)焊縫提供保護(hù)。
[0025]鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑，溫度高于200攝氏度以上會(huì)和空氣中的氧氣、氮?dú)獾劝l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)重影響材料的性能。因此鈦合金在熔化焊接的過(guò)程中必須采取嚴(yán)格有效的保護(hù)措施，防止高溫鈦金屬元素與空氣接觸，以便隔絕氧氣、氮?dú)獾?。?dāng)以激光作為熔化熱源進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱輸入精確集中，熱輸入非常小，焊縫熔池體積小，冷卻速度快，因此可以使用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置進(jìn)行正面保護(hù)，隔絕焊縫正面的空氣。
[0026]保護(hù)裝置隨激光頭以及激光焊焊接熔池一起移動(dòng)，相應(yīng)的保護(hù)氣流場(chǎng)也隨著焊接熔池一起移動(dòng)，當(dāng)保護(hù)氣場(chǎng)移開(kāi)以后，焊縫溫度已經(jīng)降低到100攝氏度以下，將不再與空氣中的元素發(fā)生劇烈反應(yīng)，從而達(dá)到焊縫正面保護(hù)的目的。
[0027]當(dāng)激光焊接鈦合金前，根據(jù)焊縫結(jié)構(gòu)形式將保護(hù)噴頭置于激光頭的適當(dāng)位置，使得保護(hù)噴頭噴出的保護(hù)氣體氣場(chǎng)覆蓋在焊縫熔池及已經(jīng)焊接的近熔池區(qū)域，保護(hù)氣體經(jīng)過(guò)內(nèi)置在水冷室內(nèi)部的氣體通道過(guò)程中溫度降低，覆蓋在熔池區(qū)域及近熔池區(qū)域不但能夠有效隔絕空氣，而且有助于降低溫度已焊接焊縫的溫度。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此局限本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，故凡是運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，包括冷卻機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣柔性定位導(dǎo)管、保護(hù)氣噴頭和安裝固定機(jī)構(gòu)；冷卻機(jī)構(gòu)包含水冷室和保護(hù)氣冷卻管，水冷室上設(shè)置進(jìn)水口和出水口，保護(hù)氣冷卻管設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，保護(hù)氣冷卻管置于水冷室中；保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管連接保護(hù)氣冷卻管，保護(hù)氣噴頭連接在保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管端部；冷卻機(jī)構(gòu)通過(guò)安裝固定機(jī)構(gòu)固定在激光焊機(jī)的焊接頭上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，保護(hù)氣冷卻管迂回排布在水冷室內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，保護(hù)氣噴頭采用圓柱形管，端口呈40°?60°的橢圓型截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，保護(hù)氣體柔性定位導(dǎo)管采用活動(dòng)關(guān)節(jié)塑料導(dǎo)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，保護(hù)氣冷卻管采用銅質(zhì)冷卻管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，保護(hù)氣體噴頭材質(zhì)為銅質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接鈦合金正面無(wú)拖罩氣體保護(hù)裝置，其特征在于，安裝固定機(jī)構(gòu)采用螺栓連接弓形卡箍的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B23K26/20GK103658983SQ201310659930
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】杜昊龍, 孫燚 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造有限公司