一种焊接保护气导气管调节装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种激光焊接技术领域，尤其涉及一种应用于激光焊接过程中的焊接保护气嘴精确定位机构。

技术背景

在激光焊接过程中，尤其是在对焊接接头质量有较高要求的关键重大装备的激光焊接过程中，对于焊接质量的稳定性和可靠性要求极高。但在激光焊接过程中，容易产生飞溅、表面塌陷、钉字头焊缝、表面驼峰等焊接缺陷。这些缺陷的存在对焊接质量产生了严重影响，大大降低了产品的稳定性及可靠性。由于保护气对焊缝的成形质量有着重要的影响，在激光焊接过程中配合使用结构简单、易操作、调节精确的焊接保护气装置十分重要。

保护气喷嘴位置及导气管角度的改变，会明显改变保护气对等离子体的抑制效果，影响激光的吸收率，进而影响焊接熔池小孔的稳定性。例如，当保护气嘴高度过高时，焊接区域不能得到有效保护，导致焊缝表面氧化发黑，同时使得等离子体抑制效果不佳，不易获得较大深宽比；当保护气嘴高度过低时，保护气气流会对熔池小孔造成剧烈扰动，导致焊缝成形缺陷的产生。因此，精确控制保护气喷嘴与焊接试板之间的距离与角度，确保吹出的保护气精确对准焊接区域，获得最佳的保护气覆盖范围，对于激光焊接过程的控形控性相当重要。

但是，当前已有的常见焊接保护气装置，或固定连接在焊接头之上，无法调节保护气嘴位置及导气管角度；或可通过松紧螺栓，转动连杆大致确定保护气嘴的位置及导气管角度，但无法进行精确定位，且在调节过程需同时兼顾多个位置变量，操作极不方便，可重复性差。同时，在激光焊接中焊接头并不垂直于焊接板材且倾斜角度并不固定，因此当前已有的导气管角度调节机构因直接固连在焊接头上，并不能获得并精确控制导气管与焊接板材之间的角度。因此，如何精确调节焊接保护气嘴的空间位置成为了激光焊接过程中的一个难题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种焊接保护气导气管调节装置，其通过优化的结构设计，可以使保护气嘴的空间位置及导气管角度可精确调节，且具有机构紧凑，调节快速简便等特点。本发明还公开了相应的在激光焊接中的应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种焊接保护气导气管调节装置，其包括：

用于与激光焊接头连接的底座机构；

连杆机构，其由多个杆体依次连接组成，各杆体之间可改变相对角度从而使得首末两端端部的空间相对位置发生改变，其中该连杆机构的首端与所述底座机构可拆卸地固定连接；

第一方向距离调节机构，其与所述连杆机构的末端可拆卸地固定连接，其可相对所述连杆机构在第一方向上移动；

第二方向距离调节机构，其设置在所述第一方向距离调节机构上并可相对其在第二方向移动；以及

导气管角度调节机构，其设置在所述第二方向距离调节机构上，所述导气管端部安装在该导气管角度调节机构上并可相对第二方向距离调节机构移动，以在所述第一方向和第二方向所在的平面方向上调节与第一方向或第二方向的角度。

本方案中，首先通过底座机构以及连杆机构，可以实现对导气管气嘴的初步定位，然后通过第一方向距离调节机构、第二方向距离调节机构以及导气管角度调节机构的协调匹配调节，进而可以精确控制导气管气嘴的空间位置。

作为本发明的进一步优选，所述第一方向距离调节机构包括导轨盒、滑块盒、斜齿条、斜齿轮以及横向距离调节手轮，其中所述导轨盒与连杆机构末端端部固定连接，其一侧开有沿第一方向的滑槽，所述滑块盒底部设置在该滑槽中可相对其在第一方向上滑动，所述斜齿条固连于滑块盒之上，所述斜齿轮通过齿轮轴安装在所述导轨盒上，并与所述斜齿条啮合，所述横向距离调节手轮的转动可驱动斜齿轮并带动斜齿条移动，从而驱动所述滑块盒相对导轨盒在第一方向上运动。

作为本发明的进一步优选，所述第二方向距离调节机构包括设置在滑块盒上的燕尾槽导轨、设置在所述燕尾槽导轨中并可相对其在第二方向移动的长滑块、固连在长滑块之上的斜齿条、以及通过转动轴支撑设置在所述滑动盒上的斜齿轮，该斜齿轮与斜齿条相互啮合且该转动轴端部固连有高度调节手轮，所述高度调节手轮的转动可驱动斜齿轮并带动斜齿条在第二方向上移动，从而带动长滑块竖直方向上移动。

作为本发明的进一步优选，所述第一方向与第二方向垂直。

作为本发明的进一步优选，所述第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向。

作为本发明的进一步优选，所述导气管角度调节机构包括带角度刻度的半圆形导轨、滑块、导气管夹具以及导气管，其中，所述半圆形导轨固定安装在所述斜齿条末端，所述滑块设置在该半圆形导轨上并可在其上自由滑动，所述导气管夹具固连在滑块之上可随其移动，所述导气管置于导气管夹具之上，通过调整所述滑块在所述半圆形导轨的位置可实现导气管相对所述第一方向或第二方向角度的调整。

作为本发明的进一步优选，所述连杆机构包括第一杆体和第二杆体，其中第一杆体一端端部与底座机构可拆卸地紧固连接，所述第二杆体一端端部与第一方向调整机构可拆卸地紧固连接，两杆体另一端端部可拆卸地紧固连接。

作为本发明的进一步优选，还包括测量卡尺机构，其用于测量激光光斑与喷嘴出口的水平距离与垂直距离，以用于导气管空间位置的精确调节。

作为本发明的进一步优选，所述测量卡尺机构包括一底座、一高度测量卡尺、一横向距离测量卡尺及一辅助定位环，其中，所述高度测量卡尺与底座铰接，其上有一辅助定位环，所述横向距离测量卡尺置于底座的导轨槽内，其可相对底座在第一方向移动，所述高度测量卡尺可相对底座转动至第二方向，所述辅助定位环用于第二方向上精确定位。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明装置采用固定在激光加工头上的底座机构以及连杆机构，可以实现对导气管角度和空间位置的初步定位，然后通过第一方向距离调节机构、第二方向距离调节机构以及导气管角度调节机构的协调匹配调节，进而可以精确控制导气管气嘴的空间位置；此种结构设计使得整个调节过程兼有快速调节与精确控制的特点。

2)本发明装置中的第一方向距离调节机构与第二方向距离调节机构匹配设置，其中的齿轮齿条结构的协调控制以及结合手轮的操作，可以在两个自由度上高精度实现对导气管的定位；

3)本发明装置中的角度调节机构中，通过设置半圆形的带有刻度的导轨，以及可在其上相对滑动的导气管夹具可实现在第一方向和第二方向所组成的平面上转动，从而可以在第三自由度上精确调节导气管的角度，实现导气管精确定位；

4)本发明装置中通过连杆机构的调节并辅以平行于焊接板材的辅助定位环的找正，使得焊接头无论偏转多少，半圆形导轨上表面都可平行于焊接板材，此时调节导气管的角度才是其与焊接板材之间的夹角。这样的结构设计很好的解决了当前已有的导气管角度调节机构因直接固连在焊接头上，而激光焊接中焊接头并不垂直于焊接板材且倾斜角度并不固定，因此并不能获得并精确控制导气管与焊接板材之间角度的问题。

5)本发明所述装置通过转动连杆机构使保护气嘴到达合适位置附近之后，再通过两方向调节机构以及角度调节机构实现保护气嘴的精确定位，具有结构紧凑、使用方便、操作灵敏度高等特点，可实现在激光焊接过程中采用合适位置侧吹或顶吹焊接保护气的目的，对等离子体有显著的抑制效果，能增加焊接熔深，获得较大的深宽比，同时能使熔池小孔处于稳定状态，焊缝成形好，焊接质量高，对焊接接头的控形控性有着重要意义，在航空航天、核设施、海洋装备及汽车高铁等关键重大装备的生产中能够得到广泛的应用，在与焊接质量研究有关的科研工作中同样不可或缺。

附图说明

图1为按照本发明实施例的焊接保护气导气管调节装置的结构示意图；

图2为图1中的焊接保护气导气管调节装置中的第一方向距离调节机构的结构示意图；

图3为图1中的焊接保护气导气管调节装置中的第二方向距离调节机构的结构示意图；

图4为图1中的焊接保护气导气管调节装置的角度调节机构的结构示意图；

图5为按照本发明实施例的焊接保护气导气管调节装置中的测量卡尺机构的结构示意图。

具体实施方式

为了更加清晰地解释本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，以下实施例仅是用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例的焊接保护气嘴空间位置精确调节装置，其包括一底座机构1，一连杆机构2，一水平方向可移动的横向距离调节机构3，一竖直方向可移动的高度调节机构4，一导气管角度调节机构5以及配合使用的一测量卡尺机构6。

底座机构1可固定在激光焊接头上。如图1所示，在本实施例中，所述底座1优选为磁性底座，通过转动手柄来控制磁性。手柄转动至强磁位置时，能够吸住在钢铁表面上，从而将整套装置固连在激光焊接头上；手柄转动至无磁位置时，可以很方便地将整套装置从激光焊接头上取下来。

如图1所示，连杆机构2两端分别与底座机构1和横向距离调节机构3连接，例如可通过螺栓连接，如此可通过转动连杆使得喷嘴位置大致确定。在本实施例中，所述连杆机构2包括一连杆21、一连杆22。所述的连杆21与底座机构1之间、连杆21与连杆22之间以及连杆22与横向距离调节机构3之间均可通过螺栓连接。松开螺栓，可转动连杆，调节喷嘴至合适位置附近，然后拧紧螺栓，即可锁紧连杆机构2，使其不能转动。

如图1和2所示，横向距离调节机构3可在齿轮驱动下沿水平方向滑动，从而能够在进给机构的驱动下精确调节喷嘴的水平位置。在本实施例中，具体地，如图2所示，所述横向距离调节机构3包括一导轨盒31、一滑块盒32、一斜齿条33、一斜齿轮34、一横向距离调节手轮35。所述导轨盒31通过螺栓与连杆机构2铰接，导轨盒31底部设置有燕尾槽，滑块盒32设置在其中并通过该燕尾槽与导轨盒31滑动连接。同时，斜齿条33固连于滑块盒32之上，斜齿轮34固连在横向距离调节手轮35之上，且斜齿条33与斜齿轮34相互啮合。如此，转动横向距离调节手轮35可以依次驱动斜齿轮34转动，带动斜齿条33横向移动，带动滑块盒32相对导轨盒31横向移动，从而实现喷嘴横向距离的精确调节。

如图1和3所示，所述高度调节机构4可在齿轮驱动下沿竖直方向滑动，从而能够在进给机构的驱动下精确调节喷嘴的高度位置。在本实施例中，具体地，如图3所示，所述高度调节机构4包括一燕尾槽导轨41、一长滑块42、一斜齿条43、一斜齿轮44、一高度调节手轮45。其中，所述燕尾槽导轨41设置在横向距离调节机构3的滑块盒32中，优选是固定设置在其中，更优选导轨方向与横向距离调节机构3的可移动方向垂直。所述长滑块42设置在所述燕尾槽导轨41中，与该燕尾槽导轨41通过燕尾槽滑动连接，斜齿条43固连在长滑块42之上，如图中所示为斜齿条43的长度方向与长滑块42轴向方向一致，斜齿轮44固连在高度调节手轮45之上，且斜齿条43与斜齿轮44相互啮合。如此，转动高度调节手轮45可以依次驱动斜齿轮44转动，带动斜齿条43竖直方向上移动，带动长滑块42竖直方向上移动，从而实现喷嘴竖直方向上高度的精确调节。

如图1和4所示，所述角度调节机构5固连在高度调节机构4之上，通过滑块在半圆形导轨上的滑动来精确控制导气管的角度。在本实施例中，具体地，如图4所示，所述角度调节机构5包括一带角度刻度的半圆形导轨51、一滑块52、一导气管夹具53以及一导气管54。其中，滑块52可在半圆形导轨51上自由滑动至指定角度后通过螺栓锁紧。导气管夹具53固连在滑块52之上可随其移动，导气管54置于导气管夹具53之上，沿长度方向调整至合适位置后通过螺栓锁紧。

如图5所示，所述测量卡尺机构6在上述机构调节过程中可以测量激光光斑与喷嘴出口的水平距离与垂直距离。在本实施例中，所述测量卡尺机构6包括一底座61、一高度测量卡尺62、一横向距离测量卡尺63及一辅助定位环64。其中，高度测量卡尺62与底座61通过销钉铰接，其上有一辅助定位环64；横向距离测量卡尺63置于底座61的导轨槽内。使用时，找准激光光斑位置，按照给定的横向距离伸缩横向距离测量卡尺63至精确长度，同时转动高度测量卡尺62使之垂直于底座61，并移动辅助定位环64至精确高度。转动横向距离调节手轮和高度调节手轮，在测量卡尺机构6的辅助下即可进行保护气嘴空间位置的精确调节。完成调节后，转动高度测量卡尺62即可折叠整个测量卡尺机构6，便于存放。

量卡尺机构6还具有这样的作用，即在调节进行前，使底座61的底面紧贴焊接板材，并转动高度测量卡尺62使其垂直于底座61。此时调节连杆机构2，并在辅助定位,64的帮助下使半圆形导轨51的上表面与焊接板材保持水平。之后滑动滑块52调节导气管54获得的角度才是导气管54相对于焊接板材的角度。

具体操作中，在激光焊接进行之前将整套装置通过磁性底座1固定于激光焊接头上，导气管54尾部接上与保护气瓶相连接的软管。首先，通过连杆机构2的调节并辅以平行于焊接板材的辅助定位环64的找正，使得焊接头无论偏转多少，半圆形导轨51的上表面都平行于焊接板材。然后，精确调节导气管54的角度，调节导气管54的伸长量。之后，转动连杆机构2使得导气管54出口大致处于合适位置附近。之后，使用高度测量卡尺62，同时转动高度调节手轮45，使导气管54出口的高度微调至精确位置；再使用横向距离测量卡尺63，同时转动横向距离调节手轮35，使导气管4出口在水平方向上微调至精确位置。通入保护气后，即可进行激光焊接。焊接完成后需要取下该装置时，转动磁性底座1的旋钮至无磁性即可直接取下整套装置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。