本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，屬于激光填絲焊接熔池及焊縫金屬氣保護(hù)裝置，具體說(shuō)的是一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用的氣保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

厚板焊接結(jié)構(gòu)在船舶制造、海洋工程、核電設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)于常規(guī)30mm左右厚度的厚板焊接時(shí)，坡口間隙為8mm～10mm以下為窄間隙焊接，5mm以下為超窄間隙焊接。超窄間隙激光填絲焊接是指采用激光為熱源，焊絲為填充材料的一種超窄間隙多層多道焊接方法，具有熱輸入低、焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)。由于坡口深而窄，焊接氣保焊裝置無(wú)法伸入坡口內(nèi)部，對(duì)保護(hù)氣流挺度要求高，且多層多道焊接過(guò)程中要求氣保焊裝置與工件表面高度保持一致，現(xiàn)有普通氣保焊裝置無(wú)法滿足要求。盡管國(guó)內(nèi)外研究者先后發(fā)明了側(cè)向送氣和吸氣的焊縫隨動(dòng)保護(hù)方法及裝置（CN201410608433）和可伸縮噴嘴裝置（CN201310501123.9）的窄間隙焊接氣保焊裝置，但均存在各自的局限性：側(cè)向送氣和吸氣的焊縫隨動(dòng)保護(hù)裝置（CN201410608433）通過(guò)側(cè)向吹氣和吸氣相結(jié)合，雖然可以將焊接煙塵移離焊槽，并抑制等離子體對(duì)激光的屏蔽作用，但容易導(dǎo)致焊接區(qū)域保護(hù)氣體產(chǎn)生紊流，影響焊縫保護(hù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為厚壁構(gòu)件全自動(dòng)超窄間隙激光填絲焊接裝備開(kāi)發(fā)氣保焊裝置，解決現(xiàn)有厚板超窄間隙激光填絲焊接氣保焊裝置保護(hù)效果不穩(wěn)定問(wèn)題，提出了一種用于厚板結(jié)構(gòu)超窄間隙激光填絲焊接熔池及焊縫氣保護(hù)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是：一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用的氣保護(hù)裝置，即設(shè)置在被焊工件上方的氣保護(hù)拖罩，所述的氣保護(hù)拖罩包括主保護(hù)氣接口、副保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩（多層銅絲網(wǎng)）、主保護(hù)氣流管和副保護(hù)氣流管，主保護(hù)氣流經(jīng)主保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩和主保護(hù)氣流管吹入被焊工件焊接區(qū)域，壓制激光金屬蒸汽羽，保護(hù)焊接熔池，主保護(hù)氣流的流量為20 L/min～ 50L/min；副保護(hù)氣流經(jīng)副保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩和副保護(hù)氣流管吹入被焊工件焊接區(qū)域，保護(hù)過(guò)熱焊縫金屬，副保護(hù)氣流的流量為15 L/min～ 40L/min。

本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流的流量大于副保護(hù)氣流的流量。

本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流傾斜吹向被焊工件焊接區(qū)域。

本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流的傾斜角度相同。

本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流向焊接方向傾斜。

本發(fā)明所述的氣保護(hù)拖罩的吹氣面與被焊工件的上表面平齊。

本發(fā)明在焊接時(shí)，所述的氣保護(hù)拖罩的吹氣面與被焊工件的上表面之間的距離為3mm-10mm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、保護(hù)氣經(jīng)氣流鎮(zhèn)靜篩和氣流管可在短距離內(nèi)有效降低紊流，提高了保護(hù)氣流挺度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池的有效保護(hù)；氣保護(hù)拖罩采用主、副保護(hù)氣流設(shè)計(jì)方案，主保護(hù)氣流用于抑制金屬蒸氣羽和保護(hù)焊接熔池，副保護(hù)氣流用于保護(hù)焊縫金屬，提高了焊接保護(hù)效果。

2、主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流傾斜吹向被焊工件焊接區(qū)域，該種氣流在被焊工件坡口內(nèi)部形成層流，進(jìn)一步提高了保護(hù)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明氣保護(hù)拖罩的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明高度調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明高度調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式示意圖；

圖中：1為被焊工件；2為填充焊道；3為激光束；4為導(dǎo)電嘴；5為填充焊絲；6為法蘭；7為氣保護(hù)拖罩；701為吹氣面；8為高度調(diào)節(jié)模塊；9為高度調(diào)節(jié)桿；10為伺服馬達(dá)；11為高度傳感器；12為傳感器電纜；13為可編程控制器；14為外部控制電纜；15為伺服馬達(dá)控制電纜；16為主保護(hù)氣接口；17為副保護(hù)氣接口；18為氣流鎮(zhèn)靜篩；19為主保護(hù)氣流管；20為主保護(hù)氣流；21為副保護(hù)氣流管；22為副保護(hù)氣流，23為高度調(diào)節(jié)器基座；24為滑軌支座；25為連接螺栓；26、高度調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

主要發(fā)明內(nèi)容：

（1）一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用的氣保護(hù)裝置（如圖1所示），通過(guò)高度傳感器11監(jiān)測(cè)氣保護(hù)拖罩7與被焊工件1上表面之間的距離，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器電纜12輸入可編程控制器13；可編程控制器13控制伺服馬達(dá)10驅(qū)動(dòng)氣保護(hù)拖罩7上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣保護(hù)拖罩7的高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

（2）該裝置由下述部件組成：法蘭6、氣保護(hù)拖罩7、高度調(diào)節(jié)模塊8、高度調(diào)節(jié)桿9、伺服馬達(dá)10、高度傳感器11、傳感器電纜12、可編程控制器13、外部控制電纜14和伺服馬達(dá)控制電纜15。法蘭6用于氣保護(hù)裝置與焊槍或其它外部裝置連接；氣保護(hù)拖罩7的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)26由高度調(diào)節(jié)模塊8、高度調(diào)節(jié)桿9和伺服馬達(dá)10組成，高度調(diào)節(jié)模塊8不動(dòng)，高度調(diào)節(jié)桿9帶動(dòng)氣保護(hù)拖罩7運(yùn)動(dòng)；氣保護(hù)拖罩7與高度調(diào)節(jié)桿9通過(guò)螺栓連接，吹氣面701與待焊工件平行；高度傳感器11通過(guò)螺栓固定在氣保護(hù)拖罩7的兩側(cè)，吹氣面701與高度傳感器11的感應(yīng)面齊平，保證感應(yīng)時(shí)的高度準(zhǔn)確。

（3）可編程控制器13通過(guò)傳感器電纜12、外部控制電纜14和伺服馬達(dá)控制電纜15分別于高度傳感器11、外部控制系統(tǒng)和伺服馬達(dá)10連接。其中外部控制系統(tǒng)（如機(jī)器人）通過(guò)外部控電纜14控制可編程控制器13的啟動(dòng)與關(guān)閉：焊接過(guò)程開(kāi)始時(shí)，開(kāi)啟可編程控制器13，實(shí)現(xiàn)氣保護(hù)拖罩高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；焊接過(guò)程結(jié)束后，關(guān)閉可編程控制器13，氣保護(hù)拖罩返回初始位置（高度最高處）。

（4）高度調(diào)節(jié)桿9與高度調(diào)節(jié)模塊8的連接如圖4所示。其中高度調(diào)節(jié)模塊8由高度調(diào)節(jié)器基座23、滑軌支座24通過(guò)連接螺栓25連接組成。高度調(diào)節(jié)器座23套設(shè)高度調(diào)節(jié)桿9上，滑軌支座24通過(guò)連接螺栓25將未卡設(shè)在高度調(diào)節(jié)桿9的端面固定在高度調(diào)節(jié)器基座23上，高度調(diào)節(jié)桿9與滑軌支座24為典型的直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，高度調(diào)節(jié)桿9的截面為工字型，與其相匹配的滑軌支座24卡設(shè)在高度調(diào)節(jié)桿9上，可沿高度調(diào)節(jié)桿9上下滑動(dòng)。

高度調(diào)節(jié)桿9與伺服馬達(dá)10的連接如圖5所示，為齒輪齒條結(jié)構(gòu)。伺服馬達(dá)10旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8中滑軌支座24上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。

（5）當(dāng)高度傳感器11監(jiān)測(cè)值大于零位設(shè)置值時(shí)，可編程控制器13驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)10驅(qū)動(dòng)高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8向下運(yùn)動(dòng)，直至監(jiān)測(cè)值與零位設(shè)置值相等；反之，當(dāng)高度傳感器11監(jiān)測(cè)值小于零位設(shè)置值時(shí)，可編程控制器13驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)10驅(qū)動(dòng)高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8向上運(yùn)動(dòng)，直至監(jiān)測(cè)值與零位設(shè)置值相等。

（6）氣保護(hù)拖罩7高度調(diào)節(jié)范圍為0mm～110mm，調(diào)節(jié)精度0.5mm，響應(yīng)時(shí)間0.1s；可編程控制器13的響應(yīng)時(shí)間為0.1s；高度傳感器的測(cè)量精度0.1mm；氣保護(hù)拖罩7與被焊工件1上表面的距離為3mm～10mm。

（7）氣保護(hù)拖罩結(jié)構(gòu)如圖2所示：拖罩前部為主保護(hù)氣流，用于抑制金屬蒸氣羽和保護(hù)熔池；后部為副保護(hù)氣流，用于保護(hù)焊縫；主保護(hù)氣流經(jīng)主保護(hù)氣接口16、氣流鎮(zhèn)靜篩18和主保護(hù)氣流管19吹入被焊工件焊接區(qū)域，流量為20 L/min～ 50L/min；副保護(hù)氣流經(jīng)副保護(hù)氣接口17、氣流鎮(zhèn)靜篩18和副主保護(hù)氣流管21吹入被焊工件坡口，流量為15 L/min～ 40L/min，主保護(hù)氣流管19和副保護(hù)氣流管21為銅管。

（8）氣保護(hù)拖罩的主、副氣流以傾斜的形式吹向被焊工件上表面，其傾斜的角度相同，并同時(shí)向焊接方向傾斜（如圖2所示），氣流與被焊工件上表面的夾角為30-80°，采用傾斜的形式進(jìn)行氣保護(hù)，可以加大主、副氣流的流量，即使流量大，也不會(huì)產(chǎn)生紊流。

采用本發(fā)明氣保焊裝置進(jìn)行高強(qiáng)鋼厚板的窄間隙激光填絲焊接，主要設(shè)備為機(jī)器人激光填絲焊接系統(tǒng)及本發(fā)明所述氣保焊裝置。具體實(shí)施方式如下：

（1）氣保護(hù)拖罩初始位置及零位設(shè)置：高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣保焊拖罩處于初始位置，即氣保焊拖罩的最高位置；氣保護(hù)拖罩與被焊工件上表面距離5mm處為氣保護(hù)拖罩的零位。

（2）打底焊道焊接：機(jī)器人運(yùn)行至打底焊道起弧位置后暫停運(yùn)動(dòng)，通過(guò)外部控制電纜向私服馬達(dá)發(fā)出開(kāi)啟信號(hào)，高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置開(kāi)始進(jìn)行氣保護(hù)拖罩高度監(jiān)測(cè)及自適應(yīng)調(diào)節(jié)。氣保焊拖罩在私服馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下沿高度調(diào)節(jié)模塊向下運(yùn)動(dòng)至距被焊工件上表面5mm（設(shè)置值）處，可編程控制器向機(jī)器人反饋信號(hào)，機(jī)器人啟動(dòng)焊接。打底焊道收弧后，機(jī)器人暫停運(yùn)動(dòng)，通過(guò)外部控制電纜向可編程控制器發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，可編程控制器驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)將氣保護(hù)拖罩沿高度調(diào)節(jié)桿運(yùn)動(dòng)至初始位置并鎖定。

（3）填充焊道焊接：機(jī)器人運(yùn)行至填充焊道起弧位置后暫停運(yùn)動(dòng)，通過(guò)外部控制電纜向私服馬達(dá)發(fā)出開(kāi)啟信號(hào)，高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置開(kāi)始進(jìn)行氣保護(hù)拖罩高度監(jiān)測(cè)及自適應(yīng)調(diào)節(jié)。具體調(diào)節(jié)過(guò)程與打底焊道焊接時(shí)氣保焊拖罩高度調(diào)節(jié)相同。