一种用于钛合金零件激光焊接气体保护装置的制作方法

本申请涉及飞机钛合金零件激光焊接技术领域，特别是一种用于钛合金零件激光焊接气体保护装置。

背景技术：

激光焊接在大气中进行，所以气体保护是钛合金激光焊接最重要的环节。钛是一种非常活泼的金属，由于表面形成致密的氧化膜，使其在常温下非常稳定，但是在高温下则有强烈的吸氧、吸氮和吸氢的能力，严重影响焊接接头的力学性能与耐腐蚀性能。焊接时要求对焊接区及温度高于200℃的区域进行惰性气体保护。钛合金焊接中出现的氧化、气孔和裂纹等问题又给焊接带来了一定的难度，也限制了其更为广泛的应用，通过分析和查阅相关资料我们了解到钛合金从250℃开始吸收氢，从500℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，随着温度提高，钛吸收气体的能力更强，只有将空气中的氧、氢、氮等与钛有极强亲和力的气体与焊缝进行隔离才能减少其对焊缝的氧化，进而减少焊接缺陷的产生，满足设计的要求。

如何解决钛合金焊缝反面和正面温度超过200℃区域的保护(焊缝正面焊枪喷嘴的氩气保护是随熔池移动的，随着熔池的移动，形成焊缝的温度不可能立即降至200℃以下)是解决钛合金零件激光焊接的关键，也是我们必须要解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供了一种能够对钛合金零件激光焊接时焊缝进行保护的装置。

一种用于钛合金零件激光焊接气体保护装置，包括正面气体保护装置和背面气体保护装置，正面气体保护装置为一组固定在一起的L型排管，包括一根熔池同轴气体保护管和四根焊缝同步气体保护管，所有排管为可拆卸结构，上半部分管路直径小于下半部分管路直径，排管下部设有气体滤镜，排管侧面设有与激光头连接的夹持装置；高纯氩气通入排管，在管道内形成一定的压力和浓度后，经过气体滤镜过滤，再通过同轴熔池气体保护管和焊缝同步气体保护管并作用于焊缝熔池和焊缝正面，最终达到焊缝在高温状态下的保护；背面气体保护装置包括工装基座、气体喷管和垫板，基座上开有与气体喷管相配合的槽口，气体喷管镶嵌在槽口内，管壁上均布有多个通气孔，焊接时氩气通过气体喷管进入气体喷管上方的密封空间，持续通气使得焊缝背面的空气被氩气排开，从而使焊接零件得到保护。

本装置采用高纯度氩气，分成3路对焊缝进行全方位的保护，即对焊接熔池的气体保护、焊缝正面气体保护和焊缝背面气体保护。熔池的保护气体与激光束同轴，从而保证了正面保护装置中的同轴气体保护管中向下吹出，与激光束之间约成12°夹角。管道变径的增大了焊缝的保护范围。本装置还能控制氩气流量的大小、均匀度、焊缝正面浓度。

焊缝两侧的紫铜垫板具有良好的导热性，能让焊缝尽快冷却下来，以免成型好的焊缝再次被空气氧化。

附图说明

图1保护装置示意图

图2正面气体保护装置

图3背面气体保护装置

图4背面气体保护装置A-A视图

图中编号说明：1-工装基座；2-压块；3-压板；4-激光束；5-零件；6-正面气体保护装置；7-垫板；8-气体喷管；9-焊缝；10-同轴气体保护管；11-同步气体保护管；12-气体滤镜；13-夹持装置

具体实施方式

如图1所示，一种用于钛合金零件激光焊接气体保护装置，包括正面气体保护装置6和背面气体保护装置，正面气体保护装置6为一组固定在一起的L型排管，包括一根熔池同轴气体保护管10和四根焊缝同步气体保护管11，所有排管为可拆卸结构，上半部分管路直径小于下半部分管路直径，排管下部设有气体滤镜12，排管侧面设有与激光头连接的夹持装置13；高纯氩气通入排管，在管道内形成一定的压力和浓度后，经过气体滤镜12过滤，再通过熔池同轴气体保护管10和焊缝同步气体保护管11并作用于焊缝熔池和焊缝正面，最终达到焊缝9在高温状态下的保护；背面气体保护装置包括工装基座1、气体喷管8和垫板7，工装基座1上开有与气体喷管8相配合的槽口，气体喷管8镶嵌在槽口内，管壁上均布有多个通气孔，焊接时氩气通过气体喷管8进入气体喷管上方的密封空间，持续通气使得焊缝背面的空气被氩气排开，从而使焊接零件得到保护。气体喷管8和垫板7均为紫铜材料。

以TC4钛合金，退火态，规格为200×100×δ2的对接接头为例进行说明；将垫板7固定于工装基座1，气体喷管8置于槽中，焊接零件通过压板3和压块2固定在工装基座1上，调整焊接间隙并固定。通过焊缝的位置在激光头上固定正面气体保护装置6，调节装置的角度以及距零件表面的距离，尤其是要保证激光束4在通过同轴气体保护管10缺口时的通畅性。

各路保护气体流量根据保护拖罩结构和焊接参数来调整，以排开罩内空气和迎面流动空气的最小流量为准，流量过小保护不加，流量过大会形成紊流对焊接不利。以2mm厚度为例，熔池气体保护流量为7.5L/min，焊缝正面的气体流量为22.5L/min，焊缝背面的气体流量为10L/min。

按照上述气体保护流量，配合激光功率P＝4000W、焊接速度v＝3200mm/min、离焦量-2等参数下，焊缝正面和背面均为银白色，经X光检查满足航标I级焊缝要求。