具有惰性气体保护系统的激光焊接机.pdf

本发明提供了一种具有惰性气体保护系统的激光焊接机，包括激光焊接系统和惰性气体供气系统以及惰性气体保护系统，其中，所述惰性气体保护系统包括连接机构、气体转接头、可柔性弯折的塑料管和不锈钢钢管；所述不锈钢钢管的一端为规则圆形与所述可柔性弯折的塑料管相连，另一端为自由端，所述自由端开设有30°坡口，坡口一端钻有直径为10mm通孔用于所述激光光束的通过；惰性气体供气系统通过惰性气体保护系统的不锈钢钢管，向焊接区域喷射惰性气体，以驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊接工件的耦合，并通过在焊接熔池上方形成惰性气体保护区域避免焊接熔池与空气接触，从而促进焊缝优质保护。

权利要求书
1.  一种具有惰性气体保护系统的激光焊接机，包括激光焊接系统(1)和惰性气体 供气系统(2)，激光焊接系统(1)包括焊接头(101)，所述激光焊接系统(1)通过焊 接头(101)将激光光束(102)照射到焊接工件(4)上以对所述焊接工件(4)进行焊 接；
其特征在于：
还包括惰性气体保护系统(3)，其中，所述惰性气体保护系统(3)包括连接机构 (301)、气体转接头(302)、可柔性弯折的塑料管(303)和不锈钢钢管(304)；
所述连接机构(301)的一端通过螺钉连接到所述焊接接头(101)的外壁，另一端 为不锈钢圆环以固定所述气体转接头(302)；
所述惰性气体供气系统(2)的输气通道(201)、气体转接头(302)、可柔性弯折 的塑料管(303)、不锈钢钢管(304)依次连接，所述可柔性弯折的塑料管(303)用于 调节所述不锈钢钢管(304)与所述焊接工件(4)的垂直距离和与所述激光光束(102) 的水平距离；
所述不锈钢钢管(304)的一端截面为规则圆形与所述可柔性弯折的塑料管(303) 相连，另一端为自由端，所述自由端开设有30°坡口，坡口一端钻有直径为10mm通孔 用于所述激光光束(102)的通过；
惰性气体供气系统(2)通过惰性气体保护系统(3)的不锈钢钢管(304)，向焊接 区域喷射惰性气体，以驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊接工件 的耦合，并通过在焊接熔池上方形成惰性气体保护区域避免焊接熔池与空气接触，从而 促进焊缝优质保护。

2.  根据权利要求1所述的具有惰性气体保护系统的激光焊接机，其特征在于，
所述不锈钢钢管(304)的底平面与所述焊接工件(4)上表面保持平行且垂直距离 范围为：1～3mm；并且，所述不锈钢钢管(304)与所述焊接工件(4)的垂直面的夹角 范围是：70～75°。

3.  根据权利要求1所述的具有惰性气体保护系统的激光焊接机，其特征在于，惰 性气体为氩气、氦气、或者氩气与氦气的混合气体。

4.  根据权利要求1所述的具有惰性气体保护系统的激光焊接机，其特征在于，所 述激光光束(102)与所述不锈钢钢管(304)通孔中心的水平距离范围为：0～3mm；所 述输气通道(201)的气体的流速为40～50L/min。

说明书具有惰性气体保护系统的激光焊接机
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，具体地，尤其涉及一种具有惰性气体保护系统 的激光焊接机。
背景技术
激光焊接作为一种精密、高效、快速的高能束焊接方法，在航空航天领域得到了越 来越广泛的应用。激光焊接的产生可以简单的归纳为这样的过程：首先是激光被材料吸 收，材料吸收激光后产生物态变化，根据物态的不同，激光焊接分为热导焊和深熔焊两 种模式。热导焊时材料只是熔化，焊接过程简单、平稳、熔深小；深熔焊发生了材料熔 化、气化和等离子化，并有小孔效应，过程十分复杂，但焊缝深度比大，是工业应用的 主要激光焊接方法。
在上述的激光深熔中，材料表面最终形成一个小孔，同时在小孔内充满因高温蒸汽 部分电离而成的等离子体，小孔的出口上方也形成一定范围的等离子体云。光致等离子 体形成后会通过逆韧致吸收和折射对激光光束产生屏蔽效应，影响光能量与焊接工件的 耦合，导致大量的光能量损耗，从而影响焊接熔深的大小。另一方面，在激光焊接的过 程中，焊缝熔池与空气接触反应形成脆性的金属间化合物，极大的降低了接头的力学性 能，有些活性金属例如钛合金，从250°开始吸氧，从400°开始吸氢，从600°开始吸 氮，焊缝组织受到气体杂质污染后，导致组织脆化，接头力学性能恶化。
目前通常采用侧吹喷嘴加托罩的方式喷射惰性气体的方法，在激光作用区域附件形 成惰性气体环境，实现对光致等离子体的部分驱除和焊缝表面的保护，由于保护托罩结 构的局限性，侧吹喷嘴加托罩的方法只适用于简单的长直纵缝焊接，而针对路径复杂的 焊缝此方法就无能为力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有惰性气体保护系统的激 光焊接机，本发明通过在激光作用区域附件形成惰性气体空间，实现复杂路径360° 随动气体保护，提高焊缝表面成形形貌及接头的力学性能。
根据本发明提供的一种具有惰性气体保护系统的激光焊接机，包括激光焊接系 统1和惰性气体供气系统2，激光焊接系统1包括焊接头101所述激光焊接系统1 通过焊接头101将激光光束102照射到焊接工件4上以对所述焊接工件4进行焊接；
还包括惰性气体保护系统3，其中，所述惰性气体保护系统3包括连接机构301、 气体转接头302、可柔性弯折的塑料管303和不锈钢钢管304；
所述连接机构301的一端通过螺钉连接到所述焊接接头101的外壁，另一端为 不锈钢圆环以固定所述气体转接头302；
所述惰性气体供气系统2的输气通道201、气体转接头302、可柔性弯折的塑 料管303、不锈钢钢管304依次连接，所述可柔性弯折的塑料管303用于调节所述 不锈钢钢管304与所述焊接工件4的垂直距离和与所述激光光束102的水平距离；
所述不锈钢钢管304的一端截面为规则圆形与所述可柔性弯折的塑料管303相 连，另一端为自由端，所述自由端开设有30°坡口，坡口一端(即坡口末端或者坡 口自由端)钻有直径为10mm通孔用于所述激光光束102的通过；
惰性气体供气系统2通过惰性气体保护系统3的不锈钢钢管304，向焊接区域 喷射惰性气体，以驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊接工件 的耦合，并通过在焊接熔池上方形成惰性气体保护区域避免焊接熔池与空气接触， 从而促进焊缝优质保护。
优选地，所述不锈钢钢管304的底平面与所述焊接工件4上表面保持平行且垂 直距离范围为：1～3mm；并且，所述不锈钢钢管304与所述焊接工件4的垂直面的 夹角范围是：70～75°。
优选地，惰性气体为氩气、氦气、或者氩气与氦气的混合气体。
优选地，所述激光光束102与所述不锈钢钢管304通孔中心的水平距离范围为： 0～3mm；所述输气通道201的气体的流速为40～50L/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的惰性气体保护系统通过喷射保护气体在激光焊接作用区域形成局部 惰性气体空气，既有效的驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊 接工件的耦合，同时还有效对焊缝进行保护，提高焊接接头力学性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例中的惰性气体保护系统的结构示意图；
图中：
1-激光焊接系统，
101-焊接头，
102-激光光束，
2-惰性气体供气系统，
201-输气通道，
3-惰性气体保护系统，
301-连接机构，
302-气体转接头，
303-可柔性弯折的塑料管道，
304-不锈钢钢管，
4-焊接工件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
本发明公开了一种具有惰性气体保护系统的激光焊接机，包括激光焊接系统、惰性 气体供气系统、惰性气体保护系统，所述激光焊接系统所产生一激光光束通过焊接头照 射到焊接工件上对所述焊接工件进行焊接，其中，所述惰性气体保护系统主要由可柔性 弯折的塑料弯管和特定形状的不锈钢管组成。本发明通过惰性气体保护机构向焊接区域 喷射保护气体，既有效驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊接工件 的耦合；还通过在熔池上方形成惰性气体保护区域避免焊接熔池与空气接触，从而促进 焊缝优质保护。
具体地，如图1所示，所述惰性气体保护系统包括连接机构、气体转接头、可柔性 弯折的塑料管和不锈钢钢管，其中，惰性气体保护系统一头通过连接机构固定在激光头 处同时气体转接头与惰性气体供气系统的输气通道连接，另一头通过可柔性弯折的塑料 管连接不锈钢钢管组成保护气体通气管道；所述的可柔性弯折的塑料管可手动调节所述 不锈钢钢管与工件之间的垂直距离及倾角。
所述连接机构通过螺钉连接在焊接头上，以此固定整个惰性气体保护系统，所述气 体转接头通过与通气管道相连实现气管的转接，所述可柔性弯折的塑料管道插入所述不 锈钢钢管中，通过调整可柔性弯折的塑料管道实现不锈钢钢管下平面与工件4基本平行， 此时所述不锈钢钢管与工件的垂直倾角面夹角范围是：70～75°mm。
所述不锈钢钢管下平面与工件之间的垂直距离范围是：1～3mm。
所述不锈钢钢管通孔中心与激光束间距范围是：0～3mm。
所述惰性气体供气系统的输气通道流速范围是：40～50L/min。
所述惰性气体为纯度为99％的氩气。
本发明的惰性气体保护系统通过喷射保护气体在激光焊接作用区域形成局部惰性 气体空间，既有效的驱除焊接区域上方形成的光致等离子体，提高光能量与焊接工件的 耦合，同时还有效对焊缝进行保护，提高焊接接头力学性能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。