一种弱气氛环境激光焊接装置及方法与流程

本发明涉及激光焊接领域，特别涉及一种弱气氛环境激光焊接装置及方法。

背景技术：

激光焊接相比于传统焊接方法，具有自动化程度高、焊缝均匀美观、焊后工件变形量小等优点。在金属材料激光焊接的过程中，往往需要采用通入保护气体以避免材料在高温下的氧化(如使用惰性气体保护等)，但对于形状复杂的零件难以全方位保护，而真空激光焊接技术可以避免金属材料高温氧化，而且有效抑制焊接过程的等离子体羽辉，使焊接熔深显著提高、焊缝成形及气孔等缺陷得到改善。但要达到真空激光焊接的环境，先要对工作舱室进行抽真空，目前的真空焊接技术普遍真空度要求高，使得真空装置成本高、抽气时间长、综合焊接效率低，而且焊接过程中产生的飞溅、烟尘由于缺少载体无法有效的抽排，影响了焊接效果的进一步提高。

申请号为201920016636.3的中国实用新型专利，虽通过吸尘装置可将焊接过程中产生的少量的粉尘和小颗粒焊渣，从密闭型腔体中清除，但该装置与传统的抽真空焊接装置均存在抽气时间长，焊接效率低的问题，此外该装置是通过抽真空进行焊接后，再通入空气进行循环排渣，焊接过程中产生的粉尘和焊渣无法及时排除，不能应用于高质量、长时间焊接的环境。

基于此，需发明一种新的激光焊接方法，可以在短时间内实现适用于激光焊接的气氛环境，并及时对工作舱室内烟尘进行除尘净化，以保证激光焊接过程的长时间运行。

技术实现要素：

本发明提出一种弱气氛环境激光焊接装置及方法，通过低真空加少量惰性气体保护的形式，达到弱气氛环境激光焊接，极大地降低了现有真空激光焊接成本高、效率低的问题，同时惰性气体作为载体，更有效地去除了焊接过程中产生的烟尘及飞溅物，实现更大的焊接深度、更好的焊接质量和表面质量。

一种弱气氛环境激光焊接方法，包括以下步骤：

s1、将待焊工件放入工作舱室内，通过保护气体储存装置和排气装置，使工作舱室内的气氛环境形成低真空下的保护气体氛围；

s2、打开气体循环装置，焊接头发出激光穿过设于工作舱室表面的透光镜片，对待焊工件进行焊接，完成焊接后将工件取出。

进一步地，步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过工作舱室内的压力传感器和氧含量传感器获得，所述压力传感器的低真空度为10-1000pa，所述氧含量传感器的氧含量为1000ppm以下。

进一步地，步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过步骤s11或s12得到；

s11、开启保护气体储存装置和排气装置，使保护气体快速充入工作舱室内，观察氧传感器数值降为预定值后，关闭保护气体储存装置，观察压力传感器数值至低真空状态后，关闭排气装置；

s12、开启排气装置，观察氧传感器数值降为预定值后，关闭排气装置，开启保护气体储存装置，观察压力传感器数值至低真空状态后，关闭保护气体储存装置。

更进一步地，步骤s2中，所述打开气体循环装置使工作舱室内循环的气体流量在10-100m³/h。

进一步具体地，所述保护气体储存装置中的气体为氦气、氩气、氮气中的任一种。

所述的方法进行弱气氛环境激光焊接装置，包括工作舱室，所述工作舱室外部设有焊接头，所述工作舱室外表面设有透光镜片，所述工作舱室内设有压力传感器和氧含量传感器，还包括保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置，所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置与工作舱室连通。

进一步具体地，所述透光镜片为透光率95％以上的石英玻璃。

进一步地，所述工作舱室外表面设有观察窗。

更进一步具体地，所述工作舱室为矩形体或圆柱体，外表面包括侧面和/或顶面。

进一步地，所述气体循环装置设于工作舱室外部或内部。

进一步地，所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置设于工作舱室外部，所述工作舱室上设有保护气体进气口、循环气体进气口、舱室出气口，所述保护气体进气口与保护气体储存装置连通，所述循环气体进气口、舱室出气口与气体循环装置连通，所述气体循环装置上设有滤芯，所述舱室出气口与排气装置连通。

进一步地，所述滤芯与气体循环装置可拆卸连接，所述滤芯的过滤粒径大于等于3微米。

进一步地，所述排气装置为真空泵和/或排气阀。

更进一步地，所述焊接头与驱动组件连接。

进一步地，所述焊接头为光纤激光器或yag激光器。

本发明一种弱气氛环境激光焊接装置及方法主要优点是：

1、短时间内实现适用于激光焊接的弱气氛环境，改变了传统通过抽真空达到激光焊接环境的方式，缩短了抽真空时间，提高了焊接效率；

2、通过弱气氛环境下的气体循环净化，及时对工作舱室内烟尘进行除尘净化，保证激光焊接过程的长时间运行和高质量的焊接；

3、无需将工作舱室抽至高真空度环境，降低了对抽真空装置的要求，进而降低激光焊接装置的制造成本；

4、采用排气装置加气体循环装置的形式，提升了抽真空效率，保证了焊接过程中烟尘及飞溅物的及时去除，同时节约了惰性气体的使用量；

5、对焊接过程实现全方位实时保护，避免金属材料在高温下产生氧化。

总之，使用该弱气氛环境激光焊接装置及方法，可以有效避免高真空度要求下焊接所产生的高成本、低效率缺点，并且内部少量的惰性气体作为焊接中烟尘及飞溅物的载体，可以更好的将焊接中产生的烟尘及飞溅物去除，大幅提升了焊缝的质量。气体循环装置及滤芯使舱室内部少量的惰性气体可以循环利用，进一步降低了成本。

附图说明

图1为实施例1中弱气氛环境激光焊接装置的整体结构示意图；

其中，1-焊接头；2-工作舱室；3-压力传感器；4-氧含量传感器；5-舱室出气口；6-电磁阀门开关；7-排气装置；8-气体循环装置；9-循环气体进气口；10-工件；11-保护气体进气口；12-保护气体储存装置；13-透光镜片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

一种弱气氛环境激光焊接方法，包括以下步骤：

s1、将待焊工件放入工作舱室内，通过保护气体储存装置和排气装置，使工作舱室内的气氛环境形成低真空下的保护气体氛围；

s2、打开气体循环装置，焊接头发出激光穿过设于工作舱室表面的透光镜片，对待焊工件进行焊接，完成焊接后将工件取出。

步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过工作舱室内的压力传感器和氧含量传感器获得，所述压力传感器的低真空度为10-1000pa，所述氧含量传感器的氧含量为1000ppm以下。

如图1所示，采用所述方法进行弱气氛环境激光焊接装置，包括工作舱室，所述工作舱室外部设有焊接头，所述工作舱室外表面设有透光镜片，外表面包括顶面和侧面，所述工作舱室内设有压力传感器和氧含量传感器，还包括保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置，所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置与工作舱室连通。

所述透光镜片为透光率95％以上的石英玻璃。

所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置设于工作舱室外部，所述工作舱室上设有保护气体进气口、循环气体进气口、舱室出气口，所述保护气体进气口与保护气体储存装置连通，所述循环气体进气口、舱室出气口与气体循环装置连通，所述气体循环装置上设有滤芯，所述舱室出气口与排气装置连通。

所述滤芯与气体循环装置可拆卸连接，所述滤芯的过滤粒径大于等于3微米。所述排气装置为真空泵和排气阀(即图1中电磁阀门开关)，另一实施例中为排气阀。

工作舱室为可方便取出和放入工件的开合结构，本实施例中工作舱室为矩形体，侧面为通过合页开闭的舱门，同时舱门周边设有密封结构，所述保护气体储存装置中的气体为氦气。将待焊工件放入工作舱室内，开启保护气体储存装置和排气阀，其中保护气体进气口设于工作舱室上方，舱室出气口设于工作舱室下方，充入保护气体时，由于保护气体(氦气)较空气轻可自动将部分空气排出工作舱室(即向下排空气法)，保护气体快速充入工作舱室内，观察氧传感器数值降为预定值后，关闭保护气体储存装置，再开启真空泵，观察压力传感器数值至低真空状态后，压力传感器的低真空度为900pa时关闭真空泵；

打开气体循环装置使工作舱室内循环的气体流量在20m³/h，焊接头发出激光穿过设于工作舱室表面的透光镜片，对待焊工件进行焊接，气体循环装置带动保护气体持续流动，将焊接过程中烟尘及飞溅物及时通过滤芯去除，完成焊接后开启排气阀，打破工作舱室内的低真空环境后，将工件取出。

实施例2

一种弱气氛环境激光焊接方法，包括以下步骤：

s1、将待焊工件放入工作舱室内，通过保护气体储存装置和排气装置，使工作舱室内的气氛环境形成低真空下的保护气体氛围；

s2、打开气体循环装置，焊接头发出激光穿过设于工作舱室表面的透光镜片，对待焊工件进行焊接，完成焊接后将工件取出。

步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过工作舱室内的压力传感器和氧含量传感器获得，所述压力传感器的低真空度为100pa，所述氧含量传感器的氧含量为1000ppm以下。

所述的方法进行弱气氛环境激光焊接装置，包括工作舱室，所述工作舱室外部设有焊接头，所述工作舱室外表面设有透光镜片，所述工作舱室内设有压力传感器和氧含量传感器，还包括保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置，所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置与工作舱室连通。

所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置设于工作舱室外部，所述工作舱室上设有保护气体进气口、循环气体进气口、舱室出气口，所述保护气体进气口与保护气体储存装置连通，所述循环气体进气口、舱室出气口与气体循环装置连通，所述气体循环装置上设有滤芯，所述舱室出气口与排气装置连通。

所述滤芯与气体循环装置可拆卸连接，其中可拆卸连接的结构为常规的螺纹式或卡扣式，滤芯设置于气体循环装置中保护气体流通的管道内，管道通过螺纹连接，当滤芯工作一段时间后及时更换时，拆除更换以达到最好的除尘效果，常规结构滤芯即可满足要求，具有成本低、易于维修、易于更换的优点，所述滤芯的过滤粒径大于等于3微米。所述排气装置为真空泵，保护气体为氩气，其中保护气体进气口设于工作舱室下方，舱室出气口设于工作舱室上方，充入保护气体时，由于保护气体(氩气)较空气重可自动将部分空气排出工作舱室(即向上排空气法)。

步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过步骤s12得到；

s12、开启排气装置(即真空泵)，观察氧传感器数值降为预定值后，关闭排气装置，开启保护气体储存装置，观察压力传感器数值至低真空状态后，关闭保护气体储存装置。需要说明的是此步骤中无需将工作舱室内真空度抽至较低状态，抽气时间约30秒内即可完成，氧含量为1000ppm以下即可，改变现有真空激光焊接装置中抽真空耗时较长问题。

所述打开气体循环装置使工作舱室内循环的气体流量在95m³/h。

实施例3

一种弱气氛环境激光焊接方法，包括以下步骤：

s1、将待焊工件放入工作舱室内，通过保护气体储存装置和排气装置，使工作舱室内的气氛环境形成低真空下的保护气体氛围；

s2、打开气体循环装置，焊接头发出激光穿过设于工作舱室表面的透光镜片，对待焊工件进行焊接，完成焊接后将工件取出。

步骤s1中，所述低真空下的保护气体氛围通过工作舱室内的压力传感器和氧含量传感器获得，所述压力传感器的低真空度为400pa，所述氧含量传感器的氧含量为1000ppm以下。

步骤s2中，所述打开气体循环装置使工作舱室内循环的气体流量在40m³/h。

所述保护气体储存装置中的气体为氮气

所述的方法进行弱气氛环境激光焊接装置，包括工作舱室，所述工作舱室外部设有焊接头，所述工作舱室外表面设有透光镜片，所述工作舱室内设有压力传感器和氧含量传感器，还包括保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置，所述保护气体储存装置、气体循环装置、排气装置与工作舱室连通，所述排气装置为真空泵和排气阀。

所述保护气体储存装置、排气装置设于工作舱室外部，所述工作舱室上设有保护气体进气口、舱室出气口，所述保护气体进气口与保护气体储存装置连通，所述舱室出气口与排气装置连通。气体循环装置设于工作舱室内部，所述气体循环装置上设有滤芯，所述滤芯与气体循环装置可拆卸连接，所述滤芯的过滤粒径大于等于3微米，完成焊接后可以打开工作舱室，对气体循环装置内的滤芯进行更换，气体循环装置使舱室内部少量的保护气体可以循环利用，减少保护气体的使用量，降低焊接成本，并且少量的保护气体可以作为载体更好的达到除尘的效果。

同时弱气氛环境可应用于其它真空加工方法，比如真空电子束焊接，同样可以达到降低成本、提高效率、提高工件加工质量的有益效果。

本实施例中，工作舱室外表面设有观察窗，所述焊接头与驱动组件连接，透光镜片设于工作舱室的顶面和侧面，通过驱动组件实现焊接头在工作舱室外部空间范围内移动，可对待焊工件的顶面及侧面进行焊接，同时也可进行直线、曲线焊缝的焊接，以适应待焊工件上不同方位和焊缝的焊接需求。