一种激光焊接保护气装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光焊接保护气装置。


背景技术：

2.激光焊接是以高能量激光束作为热源，辐射加热到材料表面，通过热传导使材料熔化并连接的一种焊接方法。由于激光焊接具有高精度、高效率、热影响区小、变形小等优点，因此具有良好的发展前景。随着激光技术和数控技术的不断发展，目前激光焊接已经成为工业板材焊接领域一种先进加工方法。
3.在航空航天和医疗等应用中使用的高性能材料钛合金、铝合金、不锈钢等金属合金材料在激光焊接过程中，为避免高温焊缝接触到空气受到氧化，造成焊缝的力学性能变差，另外在焊接过程会产生的危险气体与颗粒物质对人体伤害极大。一般需要对焊缝高温区进行惰性气体保护。
4.目前的激光焊接保护气装置主要分为三大类:同轴吹气装置、旁轴吹气装置、真空或保护气环境装置。旁轴吹气装置以及真空或保护气环境装置的使用受焊缝形式与工件尺寸限制，同轴吹气装置的应用最为广泛。随着工业机器人应用的发展，激光焊接与工业机器人组合使用的场景越来越多，工业机器人激光焊接多为高功率激光焊接，焊接保护气装置对高功率激光焊接的重要性愈发明显，但是现有的吹气装置往往很难达到理想的焊缝保护效果。
5.现在有的激光同轴吹气保护气装置的主要有两种方案：
6.一种是同轴喷嘴保护气装置，采用同轴喷嘴提供焊接保护气，保护气体在与激光通道同轴的流道导引下，汇聚于激光焊接点。(参见专利授权公告号 cn206811309u)
7.另一种是同轴气罩式保护气装置，其以同轴喷嘴和环形气罩为核心组件。位于中心的同轴喷嘴对工件上的激光焊接点提供焊接保护气，位于外围的环形气罩产生气体屏蔽区域保护仍处在高温的焊缝。(参见专利授权公告号 cn105772942a)
8.但是上面的两种方案具有如下缺点：
9.同轴喷嘴保护气装置主要存在以下问题：(1)保护气体覆盖范围比较小，在激光高功率高速焊接时，焊缝在仍处在高温时即失去气体保护，焊接效果比较差。(2)焊接保护气流紊乱会影响焊缝成形。
10.同轴气罩式保护气装置主要存在以下问题：(1)环形气罩上的气体匀化滤板临近焊缝，激光焊接产生的飞溅物在较短时间内就会堵塞其中的微小流道，导致环形气罩失效。(2)同轴气嘴的向上气流使高功率激光汇聚过程中产生的光致等离子体沿气流方向上流窜，严重时会烧损激光焊接头。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供了一种激光焊接保护气装置，其吹气保护范围大，可以得到优异的焊接效果；利用压差使气体驱散激光通道内的
光致等离子体，可防止焊接过程中的飞溅物堵塞气体匀化滤板，并且可以防止光致等离子体及飞溅物随向上气流损坏激光焊接头，有利于激光能量传递到工件表面，提高焊接速度。
12.未达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种激光焊接保护气装置，包括连接支架、气腔、气腔气管接头、耐高温喷嘴和气体匀化滤板；所述气腔上方无缝安装在所述连接支架下方，所述气体匀化滤板位于所述气腔下方且与所述气腔内壁过盈配合，所述气腔气管接头可拆卸的安装在所述连接支架和所述气体匀化滤板之间的所述气腔外侧壁上，所述耐高温喷嘴为上下开口的圆筒结构，所述耐高温喷嘴位于所述气腔中部，所述耐高温喷嘴上端与所述气腔顶壁中部的通孔过盈配合，所述连接支架正对所述耐高温喷嘴上端的位置具有通孔，所述耐高温喷嘴下端与所述气体匀化滤板中部的通孔过盈配合；激光穿过所述耐高温喷嘴中空的通道为焊接工件进行焊接，同时保护气体从所述气腔气管接头进入所述气腔后穿过所述气体匀化滤板为焊缝提供大范围保护气氛围。
13.优选地，还包括气刀组件、所述气刀组件可拆卸的安装在所述连接支架上方，所述气刀组件吹出的气体垂直于激光。
14.优选地，所述气刀组件包括气刀底座、气刀盖板和气刀气管接头，气体从外部输入所述气刀气管接头然后进入所述气刀底座、气刀盖板构成的腔体之后，整形为扁平狭窄的气流，从所述气刀底座和所述气刀盖板形成的通道高速射出。
15.优选地，还包括气流导向板，所述气流导向板位于所述气体匀化滤板下方，所述气流导向板与所述气腔内壁过盈配合，所述耐高温喷嘴下端与所述气流导向板中部的通孔过盈配合。
16.优选地，所述气流导向板材质为铜或铜合金。
17.优选地，所述气流导向板上的导向通孔偏向焊接区域。
18.优选地，所述耐高温喷嘴材质为铜或铜合金。
19.优选地，所述气腔气管接头为一个或多个。
20.优选地，所述气体匀化滤板内部为多孔隙结构，其通过金属颗粒堆叠烧结而成。
21.本实用新型的有益效果是：
22.(1)本实用新型的保护气与激光束同轴，可以实时对激光焊接过程进行气体保护；保护气流经气流导向板后可以在焊缝周围形成大面积的焊接保护气氛围，为焊缝提供延时保护。相较于传统同轴喷嘴焊接保护装置，保护气覆盖面积显著增大，在高速焊接时获得更好的焊接效果。
23.(2)本实用新型的气体匀化滤板使得保护气气流均匀稳定，提升焊接质量。
24.(3)本实用新型的气流导向板可以避免气体匀化滤板直接暴露在外部，大幅减少焊接飞溅物导致气体匀化滤板堵塞的几率。
25.(4)本实用新型可以在焊接点上方形成保护气氛围的同时，利用压差使气体驱散激光通道内的光致等离子体，从而提高激光的加工效率。
26.(5)本实用新型可以使得焊接飞溅物与向上流窜光致等离子体被气刀组件射出的高速气流截断，防止光致等离子体及飞溅物损坏激光焊接头，并有利于激光能量传递到工件表面，提高焊接速度，保持焊接过程的工艺稳定性。
附图说明
27.图1是本实用新型实施例提供的保护气装置用于工件焊接时的示意图；
28.图2是本实用新型实施例提供的保护气装置的爆炸视图；
29.图3是本实用新型实施例提供的保护气装置的剖面视图；
30.图4a是本实用新型实施例提供的气流导向板的俯视图；
31.图4b是本实用新型实施例提供的气流导向板的剖面图；
32.图5是本实用新型实施例提供的保护气装置内气流示意图。
33.附图标记：1、激光；2、气刀组件；21、气刀底座；22、气刀盖板；23、气刀气管接头；3、连接支架；4、气腔；5、气腔气管接头；6、耐高温喷嘴；7、气体匀化滤板；8、气流导向板；9、焊接工件。
具体实施方式
34.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
35.实施例1：
36.参见图1
‑
5，一种激光焊接保护气装置，包括气刀组件2、连接支架3、气腔4、气腔气管接头5、耐高温喷嘴6、气体匀化滤板7、气流导向板8。
37.如图1所示，气刀组件2可拆卸的安装在连接支架3之上；气腔4为一面开口的圆筒结构，开口朝下(参见图3)，其上方与连接支架3通过螺钉连接固定，气腔4外侧开设设有进气口，进气口与气腔气管接头5通过螺纹连接。如图2、图3所示，耐高温喷嘴6为上下开口的锥形圆筒结构，耐高温喷嘴6的上端与气腔4顶壁中部的通孔通过螺纹连接，连接支架3正对耐高温喷嘴6上端的位置具有通孔。气体匀化滤板7为圆环状，其中部的通孔与耐高温喷嘴6外壁接触部位过盈配合，气体匀化滤板7外壁与气腔4内壁接触部位过盈配合，还可通过在气腔4壁上增加紧定螺钉来增强气体匀化滤板7与气腔4连接强度，气体匀化滤板7位于气腔气管接头5的下方。气腔4、耐高温喷嘴6以及气体匀化滤板7共同围合成一个密闭腔体。气流导向板8也为圆环状，其位于气体匀化滤板7下方，气流导向板8中部的通孔与耐高温喷嘴6下端的外壁接触部位过盈配合，还可通过在气腔4壁上增加紧定螺钉来增强气流导向板8与气腔4 连接强度。
38.气腔4外侧设有一个或多个进气口，可以采用具有轴对称性排布设计，提高注入气腔的保护气体的均匀性和稳定性。
39.气体匀化滤板7主体内部为多孔隙结构，可通过金属颗粒堆叠烧结而成。气腔4中保护气体从气体匀化滤板7上方进入，经过气体匀化滤板7中的多孔隙气体通道后流出至下方，从而起到气流匀化作用。由于气体匀化滤板7与耐高温喷嘴6及气腔4过盈配合，从而保证了气腔4内部的气流经气体匀化滤板7 匀化后再往外流动。
40.参见图4a
‑
4b，气流导向板8采用耐高温且对激光吸收率低的材料，优选的可以采用铜或铜合金。气流导向板8上有偏向焊接区域的导向通孔，可以根据气流导向板8与焊缝的距离与具体工作环境设计导向通孔的角度与直径。由于气流导向板8与耐高温喷嘴6以及气腔4过盈配合，从而保证经气体匀化滤板7匀化后的气体流往气流导向板8中的导向通孔，经导向通孔导向后的气体在焊缝周围形成保护气体氛围。气流导向板8的气流导向孔的直
径远远大于气体匀化滤板7的孔隙，不易被焊接飞溅物堵住，气流导向板8的存在大幅度减少了焊接飞溅颗粒堵塞气体匀化滤板7的几率。
41.耐高温喷嘴6采用耐高温且对激光吸收率低的材料，以保证其在焊接过程中不被高温飞溅物以及表面反射激光加热而熔化。喷嘴前端由于是最靠近焊缝的部件，故喷嘴材料要具备不易被焊接飞溅粘接的特性，优选的可以采用铜或铜合金材料。
42.气刀组件2包括气刀底座21、气刀盖板22和气刀气管接头23，气体从外部输入气刀气管接头23然后进入气刀底座21、气刀盖板22构成的腔体之后，整形为扁平狭窄的气流，从气刀底座21和气刀盖板22形成的通道高速射出(参见图5)。
43.工作原理具体如下：激光1穿过耐高温喷嘴6中空的通道照射在焊接工件9 上，氮气、氩气或氦气等保护气体从气腔气管接头5进入气腔4中，保护气体流经气体匀化滤板7匀化，在气流导向板8上导向孔的作用下达到焊接工件表面，位于中心区域的保护气体一部分聚集在焊接点上方形成保护气氛围，一部分在压差作用下从耐高温喷嘴6内的激光通道向上排出并驱散激光通道内的光致等离子体；非中心区域保护气体在气流导向板8作用下在焊缝外围形成大范围的保护气氛围，为焊缝提供延时保护。气刀组件2射出的高速气流垂直于激光，可以将焊接过程产生的飞溅物以及光致等离子体吹离，防止光致等离子体及飞溅物损坏激光焊接头，并有利于激光能量传递到工件表面，提高焊接速度。
44.本领域人员容易得知的是，激光加工中的光致等离子体会降低激光的透射率，即降低激光的强度，从而影响加工效率。其次，等离子体会伴随产生高温辐射，这种辐射对被加工材料有预热作用，从而提高被加工材料对激光的吸收率，但这种作用效果不明显。两者相互作用，最终表现为降低加工效率。所以本实用新型通过具有一定气压的保护气体将光致等离子体从耐高温喷嘴6内的激光通道中排出，从而提高了激光加工效率。
45.值得注意的是，本实施例中气腔4还可以为上下均开口的圆筒结构，气腔4 无缝安装在连接支架3下方，耐高温喷嘴6的上端与连接支架3通过螺纹连接。无缝安装为本领域公知的，如气腔4上部具有螺纹，连接支架3具有一圈向内凹的螺纹与气腔4相配合；还可以在气腔4与连接支架3之间设置垫圈然后通过螺钉固定的方式实现无缝安装。
46.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。