用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置

摘要

本发明公开了一种用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置，包括固定座和与固定座连接的连接装置，所述的固定座上设有多根沿待加工的焊缝方向布置的排气管，所述的固定座上还设有与排气管相连的供气管。本发明的目的在于提供一种在高功率激光焊接工件时起到很好的保护作用的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置。

权利要求

1.一种用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，包括固定座(1)和与固定座(1)连接的连接装置，其特征在于：所述的固定座(1)上设有多根沿待加工的焊缝方向布置的排气管(2)，所述的固定座(1)上还设有与排气管(2)相连的供气管(3)，所述的排气管(2)的轴线与竖直方向的夹角为15～75°，在激光入射方向上的第一根排气管(2)的管口设有一个供激光通过的开口(4)，所述的开口为弧口或设置在排气管(2)上的通孔；所述的开口(4)为弧形缺口、向上延伸的矩形缺口、椭圆形缺口或为圆形、椭圆形通孔。

2.根据权利要求1所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的多根排气管(2)的管口位于同一平面上。

3.根据权利要求1或2所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：

所述的固定座(1)上设有与排气管(2)对应的通孔(11)，所述的排气管(2)的一端设置在所述的通孔(11)内，所述的固定座(1)上还设与所述通孔(11)一一对应的用于定位和固定所述排气管的螺纹孔(12)和顶丝。

4.根据权利要求1所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的连接装置包括出射头连接板(6)、横向移动旋转板(7)、转接板(8)，所述的出射头连接板(6)与横向移动旋转板(7)的一端相连，所述的横向移动旋转板(7)的另一端与转接板(8)连接，所述的固定座(1)连接在转接板(8)上。

5.根据权利要求4所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的转接板(8)上设有第一条形凹槽(81)，所述的横向移动旋转板(7)的一端固定在所述的第一条形凹槽(81)内。

6.根据权利要求5所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的转接板(8)为楔形结构，所述的转接板(8)的一个侧边为斜边(82)，所述的固定座(1)设置在所述的斜边(82)上，所述的第一条形凹槽(81)设置在转接板(8)的上部。

7.根据权利要求6所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的斜边(82)的倾斜角度为45°。

8.根据权利要求4所述的用于高功率激光焊接多排管吹气保护装置，其特征在于：所述的出射头连接板(6)上设有第二条形凹槽(61)。

说明书

用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置

技术领域

[0001] 本发明涉及激光焊接领域，特别是一种用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置。

背景技术

[0002] 激光焊接是21世纪最受瞩目、最有发展前景的焊接技术。随着高功率激光器的发展，激光焊接在厚板焊接中得到越来越多的应用。高功率焊接时功率密度可达106～108W/cm2，对于如此高能量输入，焊接过程中熔池温度很高，必须加保护气以防止焊缝氧化。普通的旁轴吹气方式已满足不了要求，焊后氧化严重。设计一种专门用于高功率激光焊接的吹气保护装置显得很有必要。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的是提供一种用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置，该装置在高功率激光焊接工件时起到很好的保护作用；另外，该装置与激光出射头上较好的连接，并能根据工件焊接需求在不挡住激光光路的情况下能任意调整吹气装置的角度、高度和位置；最后，该装置简单易懂，易操作和易加工，经济适用。

[0004] 本发明提供的技术方案为：一种用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置，包括固定座和与固定座连接的连接装置，所述的固定座上设有多根沿待加工的焊缝方向布置的排气管，所述的固定座上还设有与排气管相连的供气管。

[0005] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的排气管的轴线与竖直方向的夹角为15～75°。

[0006] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，在激光入射方向上的第一根排气管的管口设有一个供激光通过的开口。

[0007] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的多根排气管的管口位于同一平面上。

[0008] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的固定座上设有与排气管对应的通孔，所述的排气管的一端设置在所述的通孔内，所述的固定座上还设与所述通孔一一对应的用于定位和固定所述排气管的螺纹孔和顶丝。

[0009] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的连接装置包括出射头连接板、横向移动旋转板、转接板，所述的出射头连接板与横向移动旋转板的一端相连，所述的横向移动旋转板的另一端与转接板连接，所述的固定座连接在转接板上。

[0010] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的转接板上设有第一条形凹槽，所述的横向移动旋转板的一端固定在所述的第一条形凹槽内。

[0011] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的转接板为楔形结构，所述的转接板的一个侧边为斜边，所述的固定座设置在所述的斜边上，所述的第一条形凹槽设置在转接板的上部。

[0012] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的斜边的倾斜角度为45°。

[0013] 在上述的用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置中，所述的出射头连接板上设有第二条形凹槽。

[0014] 本发明的有益效果如下：

[0015] 1、经大量实验，该装置吹气保护效果更好，可以为高功率焊接时提供良好的保护，焊后焊缝表面不氧化。对两块5mm厚304不锈钢进行堆焊时，在激光功率为2000W，焊接速度为8mm/s，氮气流量为30L/min，焊缝表面效果如图6，焊缝表面为银白色，为理想的焊接保护效果。而在更低的焊接功率激光功率为1000W，焊接速度为8mm/s，氮气流量为30L/min下采用普通吹气装置焊接效果如图7，焊缝表面氧化严重。

[0016] 2、该装置是根据吹气参数对304不锈钢氧化特性影响的原理设计出来的，四根排管能对304不锈钢高功率焊接熔池及焊后焊缝起到很好的保护和冷却作用，该装置特别科学。

[0017] 3、该装置在角度位置调整方面，相比现有的万向节调节，在焊接过程中，该装置的吹气位置、角度稳定性好。并且也便于测量和记录。

[0018] 4、该装置第一根排管前端开有弧口的设计是其一大特色，激光可以落在弧口内，焊接过程中熔池处于第一根排管流出气体覆盖区域的中心，充分利用气体的保护效果。

[0019] 5、该装置重量较轻，外观漂亮。在保证吹气效果的前提下，该装置在选材上尽量选用了经济的材料，外形设计上充分考虑美观。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例1的结构示意图；

[0021] 图2是本发明实施例1的作用于工件上时的工作原理图；

[0022] 图3是本发明实施例1的转接板的结构示意图；

[0023] 图4是本发明实施例1的固定座的结构示意图；

[0024] 图5是本发明实施例1的固定座的俯视图；

[0025] 图6是本发明实施例1的焊接效果图；

[0026] 图7是未采用本发明的装置的焊接效果图。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

[0028] 实施例1

[0029] 如图1至图5所示，一种用于高功率激光焊接的多排管吹气保护装置，包括固定座1和与固定座1连接的连接装置，所述的固定座1上设有多根沿待加工的焊缝方向布置的排气管2，排气管2的数量的选择是多样化的，可以选择为3、4、5、6、7、8、9、10根，但是从节约气体和提高效率的角度上出发，排气管2的数量优选为4根，所述的固定座1上还设有与排气管2相连的供气管3，所述的排气管2的轴线与竖直方向的夹角优选为15～75°，在激光入射方向上的第一根排气管2的管口设有一个供激光通过的开口4。当然排气管2的轴线与竖直方向的夹角并不排斥小于15°或大于75°，优选的角度具体可以为30°、45°、60°。关于开口4的设计可以选择为多种，在本实施例中其为弧形缺口，但是在实际应用中其还可以是一向上延伸的矩形缺口、椭圆形缺口等，甚至其还可以选择为以圆形、椭圆形等通孔的形式，开口4设置的原则性要求是第一要使光斑足够通过，其次要保证惰性气体不易从开口4中过多的泄露，不能影响惰性气体的供应。

[0030] 具体来说，排气管2沿待加工的焊缝方向布置的方式有多种，如果焊缝为圆，则多根排气管2的布置则为弧形，如果焊缝为直线，则多根排气管2的布置则为直线，如果焊缝为锯齿状，根据锯齿状的焊缝的规格来设置多根排气管2的布置，若锯齿状的焊缝的规格较小，则排气管2采用左右交替布置的方式设置，若锯齿状的焊缝的规格较大，则排气管2采用直线的形式布置。总之，排气管2的布置方式需要根据焊缝延伸的方向进行合理的布置，一般情况下，采用直线的方式并排布置。

[0031] 在实际应用中，排气管2的轴线与竖直方向的夹角优选为45°，这么设置的原因在于，排气管2在15～75°的情况下为倾斜布置，结合供激光通过的开口4，可以达到优异的效果，具体来说，排气管2倾斜布置特别是在45°夹角的情况下，激光可以到达保护气体的更为中间的位置，此外，排气管2的管口更加贴近于待焊接工件的表面。这样在激光焊接的情况下，可以有效的将激光光斑置于良好的惰性气体的氛围下，并且提供优异的冷却的效果。

[0032] 为了提高惰性气体分布的均匀性，所述的多根排气管2的管口优选位于同一平面上，在这种情况下，多根排气管2从前至后其长度依次可以为120mm、110mm、100mm、90mm。排气管2材料为黄铜，外径为Φ12mm，壁厚为1mm。

[0033] 在本实施例中，如图4和图5所示，所述的固定座1上设有与排气管2对应的通孔11，所述的排气管2的一端设置在所述的通孔11内，所述的固定座1上还设与所述通孔11一一对应的用于定位和固定所述排气管2的螺纹孔12和顶丝，通孔11的深度应当尽量深，有利于更大程度的通过螺纹孔12和顶丝调节排气管2长度，这样可以灵活调节排气管2管口所组成的平面的角度，此外，对于特殊的焊接位置可以通过调节排气管2的长度达到较好焊接的目的，如在焊接位置位于两工件的夹缝中时，延长排气管2的长度，可以有效的进行焊接。当排气管2材料外径为Φ12mm时，该通孔11的设计直径为13mm，

[0034] 在本实施例中，所述的连接装置包括出射头连接板6、横向移动旋转板7、转接板8，出射头连接板6、横向移动旋转板7、转接板8以及固定座1优选为铝合金材质制作，结构稳固，移动时误差低，所述的横向移动旋转板7的一端与出射头连接板6的相连，具体来说，横向移动旋转板7与出射头连接板6连接的一端设有第三条形凹槽71，该出射头连接板6穿过第三条形凹槽71并固定在第三条形凹槽71上，所述的横向移动旋转板7的另一端与转接板8连接，所述的固定座1连接在转接板8上。

[0035] 具体来说，所述的出射头连接板6上设有第二条形凹槽61，通过螺栓和第二条形凹槽61可以将出射头连接板6固定在外设的固定装置上，所述的转接板8上设有第一条形凹槽81，所述的横向移动旋转板7的一端穿过所述的第一条形凹槽81与转接板8连接在一起，如图3所示，所述的转接板8为楔形结构，所述的转接板8的一个侧边为斜边82，所述的固定座1设置在所述的斜边82上，在图3中，斜边82两端均设有螺纹孔，在图2中，固定座1与转接板8的螺纹孔对应的地方也设有沉孔，通过螺栓将螺纹孔和沉孔连接，实现转接板8和固定座1的连接，所述的第一条形凹槽81设置在转接板8的上部，所述的斜边82的倾斜角度为45°，当然在此，并不是说斜边82的倾斜角度仅可以选择为45°，其还可以选择为30°、60°等，其优选为与排气管2的轴线与竖直方向的夹角一致。

[0036] 在实际应用中，如图2所示，出射头连接板6在第三条形凹槽71内滑动，并固定到合适的位置，横向移动旋转板7在第一条形凹槽81内滑动，并固定到合适的位置，固定座1固定在转接板8上，排气管2处于倾斜45°的状体。打开供气管3供气，激光束5穿过开口4，作用到工件9的焊缝上，此时激光光斑距离排气管2管口最边缘的距离大于8mm，处于惰性气体的良好的保护状体下，由于是连续焊接，多根排气管2提供持续的供气并带走热量，提高了冷却速度，降低了被氧化的概率，特别重要的是，本装置结构简单，动作平稳，能够在良好的惰性气体的氛围下，实现精准的焊接。

[0037] 采用本实施例的吹气保护装置进行焊接后的产品如图6所示，焊接位置无氧化、颜色一致、焊缝均一。图7为采用单排气管进行保护气体输出，焊缝处已呈现黑色氧化层，颜色不一致，严重影响产品寿命和使用美观性。

[0038] 以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。