專利名稱：一種激光焊接保護(hù)噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于鈦合金激光焊接的氣體保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金材料具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、耐腐蝕性好等優(yōu)良的綜合性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、宇航工業(yè)以及軍事工業(yè)上。
激光焊接具有功率密度高、焊接速度快、接頭性能優(yōu)良、焊接變形小、操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等突出優(yōu)點(diǎn)，并且由于鈦合金材料的低熱傳導(dǎo)率及對(duì)紅外線光高吸收率，使激光焊接鈦合金更容易得到深穿透焊，因此鈦合金的激光焊接發(fā)展迅速。
在鈦合金激光焊接過程中，由于鈦及鈦合金化學(xué)活性較高，在高溫條件下，會(huì)與許多氣體發(fā)生反應(yīng)，純鈦在250°、400°、600°就開始強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮并與這些氣體相互作用。氫、氧、氮在相當(dāng)寬的濃度范圍內(nèi)可與鈦形成間隙固溶體，強(qiáng)烈地降低焊接接頭金屬塑性，因此鈦合金激光焊接過程中，除對(duì)焊接熔池保護(hù)之外，還應(yīng)對(duì)焊縫高溫區(qū)加以惰性氣體保護(hù)?，F(xiàn)有的鈦合金激光焊接焊縫正面保護(hù)裝置多采用側(cè)吹氣管28與拖罩29配合焊接夾具及激光焊接頭來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接高溫區(qū)的保護(hù)。如圖1，側(cè)吹氣管28吹出氣體用以控制激光焊接過程中產(chǎn)生的激光光致等離子體和保護(hù)焊接熔池，焊縫后部高溫區(qū)由拖罩29保護(hù)。側(cè)吹氣管28斜插入氣體保護(hù)拖罩29內(nèi)與拖罩吹出氣體共同保護(hù)焊縫。這種鈦合金保護(hù)裝置的缺點(diǎn)是側(cè)吹氣管28與拖罩29氣流相互配合最佳狀態(tài)不好把握，若拖罩29內(nèi)氣流量較大，則側(cè)吹氣管28吹出保護(hù)氣體會(huì)與拖罩29吹出氣體相互影響，從而影響焊接效果，而當(dāng)拖罩29氣體氣流量較小、側(cè)吹氣管28與拖罩29氣流達(dá)到最佳配合狀態(tài)時(shí)，拖罩29出氣底平面距離焊接試樣較近時(shí)，該種保護(hù)方式可以進(jìn)行平板對(duì)接焊，但T形接頭或角接頭焊接時(shí)，拖罩底平面不能無限接近于角接頭處，距離較遠(yuǎn)，較小尾罩氣流量不能對(duì)角接頭起到保護(hù)作用，所以保護(hù)效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有的激光焊接鈦合金保護(hù)裝置體積大、不適用于T形接頭或角接頭焊接的問題，提供了一種激光焊接鈦合金保護(hù)裝置，這種激光焊接鈦合金保護(hù)裝置不僅結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用方便、節(jié)省氣體流量，而且既可以用在平板掃描焊也可以用在T形接頭或角接頭焊接上。
本實(shí)用新型一種激光焊接保護(hù)噴嘴，按圖2和圖5方案實(shí)施，由保護(hù)焊接熔池的主保護(hù)氣噴嘴和用來保護(hù)焊后焊縫高溫區(qū)的尾罩部分組成，主保護(hù)氣噴嘴為雙層噴嘴結(jié)構(gòu)；尾罩部分固定連接在主保護(hù)氣噴嘴的出氣端，包括主尾罩9和與主保護(hù)氣噴嘴相連的尾罩連接部件，并設(shè)置有進(jìn)氣口Q2；其中，主尾罩9的出氣底平面緊靠主保護(hù)氣噴嘴的出氣口，并且與主保護(hù)氣噴嘴軸線所夾角為銳角；在主尾罩9內(nèi)垂直于氣流流動(dòng)方向設(shè)置濾網(wǎng)12。
以上所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，尾罩部分還包括有設(shè)置在主尾罩9下部的附加尾罩10，附加尾罩10的內(nèi)部與主尾罩9內(nèi)部空間貫通，并且出氣底平面與主尾罩的出氣底平面位于同一平面內(nèi)；附加尾罩10的出氣底平面設(shè)置與主保護(hù)氣噴嘴軸線平行的附加尾罩出氣孔11作為出氣通道。
以上所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，所述的尾罩連接部件包括尾罩進(jìn)氣管4和尾罩連接套6，沿主保護(hù)氣流動(dòng)方向依次套在主保護(hù)氣噴嘴管段的外周上，與主保護(hù)氣噴嘴同軸心，進(jìn)氣口Q2設(shè)置在尾罩進(jìn)氣管4上，尾罩連接套6的一側(cè)與尾罩進(jìn)氣管4連接，另一側(cè)與主尾罩9和附加尾罩10連接；尾罩進(jìn)氣管4、尾罩連接套6與主尾罩9、附加尾罩10內(nèi)部空間互相貫通。
以上所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，尾罩連接套6與附加尾罩10之間設(shè)置直徑為0.2～5mm的尾罩分流孔13作為氣體流動(dòng)通道。
以上所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，主尾罩9、附加尾罩10出氣側(cè)所在的底平面與主保護(hù)氣噴嘴部分軸線所夾角為30～60度。
所述的主保護(hù)氣噴嘴部分由噴嘴頂蓋1、主保護(hù)氣分流管2、轉(zhuǎn)接管3、外層匯聚氣管7、中心層匯聚氣管5和中心層氣芯8構(gòu)成，主保護(hù)氣分流管2上設(shè)置有進(jìn)氣口Q1，內(nèi)部通道沿氣流方向分別為與進(jìn)氣口Q1連接的氣室、中心層氣流通道18及均勻分布在中心層氣流通道外周的截面為圓形的轉(zhuǎn)分外層氣流通道14；其中噴嘴頂蓋1、主保護(hù)氣分流管2、中心層匯聚氣管5、中心層氣芯8從左至右同軸心依次相連接，構(gòu)成內(nèi)層氣流通道，且主保護(hù)氣分流管2、轉(zhuǎn)接管3、外層匯聚氣管7從左至右依次同軸心相連接，主保護(hù)氣分流管2的轉(zhuǎn)分外層氣流通道14與外層匯聚氣管7與中心層匯聚氣管5之間構(gòu)成外層氣流通道。
所述的均勻分布在中心層氣流通道18周圍的轉(zhuǎn)分外層氣流通道14為4～16個(gè)。
所述的尾罩進(jìn)氣管4與主保護(hù)氣噴嘴中的轉(zhuǎn)接管3連接。
以上所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，改換噴嘴頂蓋1為上頂端為彈性夾緊結(jié)構(gòu)的送絲夾緊裝置1’，通過旋緊與送絲夾緊裝置1’相連的送絲夾緊螺紋帽16，將插入送絲夾緊裝置1’內(nèi)送絲管17夾緊，該激光焊接保護(hù)噴嘴裝置即成為激光焊接送絲保護(hù)噴嘴。
本實(shí)用新型的一種焊接保護(hù)噴嘴的設(shè)計(jì)原理為采用側(cè)吹雙層主保護(hù)氣加尾罩結(jié)構(gòu)，能夠獲得一定流量且層流態(tài)較好的保護(hù)氣體，既可以控制激光焊接過程中產(chǎn)生的光致等離子體又可以防止激光焊接鈦合金過程中被氧化。主保護(hù)氣噴嘴結(jié)構(gòu)部分中心軸線與焊接試樣平面成角度約為30度至60度，主保護(hù)氣由主保護(hù)氣分流管2上進(jìn)氣口Q1進(jìn)氣，通過主保護(hù)氣分流管2將保護(hù)氣分為氣體狀態(tài)為層流的雙層保護(hù)氣體，其中中心層保護(hù)氣體用以控制激光焊接過程中產(chǎn)生的激光光致等離子體，外層保護(hù)氣體用以保護(hù)焊縫熔池以免焊接熔池被氧化，實(shí)驗(yàn)證明較之單層保護(hù)氣體，采用雙層主保護(hù)氣體焊縫成形較好。另外，尾罩結(jié)構(gòu)采用主尾罩9后加附加尾罩10結(jié)構(gòu)，附加尾罩10底面為附加尾罩出氣孔11，既擴(kuò)大了焊縫較低溫度區(qū)域的保護(hù)范圍，又節(jié)省了氣流量。主尾罩9與附加尾罩10底面為同一平面，焊接過程中尾罩底面與焊接試樣平面平行。尾罩保護(hù)氣由尾罩進(jìn)氣管4上進(jìn)氣口Q2進(jìn)氣，氣體經(jīng)尾罩進(jìn)氣管4和尾罩連接套6的氣體通道進(jìn)入尾罩連接套6氣室內(nèi)，氣體分別通過與主尾罩9相通的濾網(wǎng)12氣體透鏡和與附加尾罩10相通的尾罩分流孔13分為保護(hù)氣A與B兩部分，分別對(duì)主尾罩9與附加尾罩10通氣，但保證主尾罩9內(nèi)氣體流量大于附加尾罩10內(nèi)氣體流量，主尾罩9內(nèi)濾網(wǎng)12構(gòu)成氣體透鏡結(jié)構(gòu)保證吹出氣體為層流結(jié)構(gòu)，層流氣體將焊縫周圍空氣排空避免周圍空氣擾動(dòng)將高溫焊縫氧化。由于雙層主保護(hù)氣體、主尾罩9保護(hù)氣體、附加尾罩10保護(hù)氣體，均為層流氣體，且在噴嘴出口處緊密相接，但不會(huì)相互干擾，從而沿焊縫方向形成三種保護(hù)氣體依次緊密連接無空隙的保護(hù)氣層，對(duì)焊縫高溫區(qū)加以惰性氣體保護(hù)。而且由于本實(shí)用新型一種激光焊接鈦合金保護(hù)裝置其保護(hù)氣噴嘴部分與尾罩部分吹出保護(hù)氣體均為層流結(jié)構(gòu)，層流長(zhǎng)度可達(dá)30mm，所以當(dāng)焊接T型接頭或角接頭時(shí)，噴嘴尾罩距離角接頭焊縫在一定距離內(nèi)時(shí)，層流氣流也可以對(duì)角接頭起保護(hù)作用，不會(huì)引起角接頭附近空氣繞動(dòng)，達(dá)到很好保護(hù)效果。
另外，通過改變噴嘴頂蓋1為上頂端為彈性夾緊結(jié)構(gòu)的送絲夾緊裝置1’，配之一夾緊螺紋帽16，該裝置即為一種鈦合金激光焊接的送絲保護(hù)裝置，從而改善焊縫機(jī)械性能。
所以本實(shí)用新型一種激光焊接鈦合金保護(hù)裝置可以用在不添充材料的鈦合金激光焊接過程中，也可以靈活應(yīng)用在送絲激光焊接中，該裝置減少了激光焊接鈦合金過程中的氣路接頭，節(jié)省氣流量、即可以焊接平面掃描焊也可以用來焊接T型接頭或角接頭形式焊接。


圖1現(xiàn)有技術(shù)鈦合金保護(hù)裝置工作示意圖圖2本實(shí)用新型裝置一種激光焊接鈦合金保護(hù)噴嘴結(jié)構(gòu)圖圖3圖2A-A剖面圖圖4圖2B-B剖面圖圖5本實(shí)用新型裝置加附加尾罩的激光焊接鈦合金保護(hù)噴嘴圖6本實(shí)用新型裝置激光焊接鈦合金送絲保護(hù)噴嘴圖7本實(shí)用新型裝置立體圖圖8本實(shí)用新型一種激光焊接鈦合金保護(hù)裝置工作安裝示意圖圖中，1、噴嘴頂蓋，1’、送絲夾緊裝置，2、主保護(hù)氣分流管，3、轉(zhuǎn)接管，4、尾罩進(jìn)氣管，5、中心層匯聚氣管，6、尾罩連接套，7、外層匯聚氣管，8、中心層氣芯，9、主尾罩，10、附加尾罩，11、附加尾罩出氣孔，12、濾網(wǎng)，13、尾罩分流孔，14、分流管轉(zhuǎn)分外層氣流通道，15、焊絲，16、送絲夾緊螺紋帽，17、送絲管，18、中心層氣流通道，19、螺紋孔，20、激光器，21、導(dǎo)光系統(tǒng)，22、激光焊接頭，23、安裝調(diào)整輔助裝置，24、激光焊接保護(hù)噴嘴，25焊接試樣，26、聚焦鏡，27、激光束，28、側(cè)吹氣管，29、拖罩，30、拖罩氣管，31、背保護(hù)氣管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖具體說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施例一本實(shí)施例依照?qǐng)D2、圖3、圖4技術(shù)設(shè)計(jì)要求加工、組裝，主保護(hù)氣噴嘴部分噴嘴頂蓋1、主保護(hù)氣分流管2、中心層匯聚氣管5、中心層氣芯8同軸心從左至右依次以螺紋相連接輸送中心層保護(hù)氣體；主保護(hù)氣分流管2、轉(zhuǎn)接管3、外層匯聚氣管7從左至右依次同軸心以螺紋相連接，主保護(hù)氣分流管2的中心層氣流通道18外周均勻分布10個(gè)截面為圓形的轉(zhuǎn)分外層氣流通道14，轉(zhuǎn)分外層氣流通道14與外層匯聚氣管7與中心層匯聚氣管5之間構(gòu)成外層氣流通道，輸送外層保護(hù)氣體。
主尾罩9與主保護(hù)氣噴嘴相連的尾罩連接部件包括尾罩進(jìn)氣管4和尾罩連接套6，尾罩進(jìn)氣管4上設(shè)置進(jìn)氣口Q2；尾罩進(jìn)氣管4和尾罩連接套6沿主保護(hù)氣流動(dòng)方向依次套在主保護(hù)氣噴嘴管段的外周上，進(jìn)氣管4與主保護(hù)氣噴嘴部分轉(zhuǎn)接管3同軸心以螺紋相連接，尾罩連接套6上端與尾罩進(jìn)氣管4同軸心以螺紋連接，下端和主尾罩9通過尾罩連接套6上螺紋孔19以螺釘連接，在主尾罩9內(nèi)垂直于氣流流動(dòng)方向，采用尾罩連接套6與主尾罩9相互壓緊方式固定安裝一濾網(wǎng)12。尾罩連接套6采用如圖4結(jié)構(gòu)使尾罩進(jìn)氣管4、尾罩連接套6、主尾罩9之間氣流通道相通；外層匯聚氣管7插入尾罩連接套6和主尾罩9內(nèi)，采用緊配合連接方式連接，使主尾罩9的出氣底平面緊靠主保護(hù)氣噴嘴的出氣口，使內(nèi)外層噴嘴吹出層流保護(hù)氣體與主尾罩9吹出保護(hù)層流氣體相連接成穩(wěn)定保護(hù)氣體層，從而沿焊縫方向形成雙層主保護(hù)氣體、主尾罩9保護(hù)氣體依次緊密連接無空隙的保護(hù)氣層。
實(shí)施例二本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)具體參見圖5，主保護(hù)氣噴嘴部分的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一，尾罩部分包括主尾罩9和附加尾罩10。附加尾罩10通過附加尾罩上螺紋孔19與主尾罩9以螺釘相連接，尾罩連接套6與附加尾罩10之間設(shè)置直徑為0.5mm的尾罩氣流孔13使尾罩進(jìn)氣管4、尾罩連接套6與主尾罩9、附加尾罩10內(nèi)部空間互相貫通。附加尾罩10的出氣底平面設(shè)置中心軸線與主保護(hù)氣噴嘴軸線平行的附加尾罩出氣孔11作為出氣通道。
實(shí)施例三本實(shí)施例具體結(jié)構(gòu)參見圖6，對(duì)實(shí)施例二改換噴嘴頂蓋1為上頂端為彈性夾緊結(jié)構(gòu)的送絲夾緊裝置1’，通過旋緊與送絲夾緊裝置1’相連的送絲夾緊螺紋帽16，將插入送絲夾緊裝置1’內(nèi)送絲管17夾緊，從而達(dá)到準(zhǔn)直焊絲功能，該激光焊接保護(hù)噴嘴裝置即成為激光焊接送絲保護(hù)噴嘴。本實(shí)施例也可在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上改換噴嘴頂蓋1，形成激光焊接送絲保護(hù)噴嘴。
本實(shí)用新型的使用示意圖參見圖8，采用安裝調(diào)整輔助裝置23側(cè)向安裝于激光焊接頭上，兩尾罩底面位于同一平面，激光焊接過程中尾罩底面與焊接試樣相平行，本具體實(shí)施方式
中，尾罩底面與主保護(hù)氣噴嘴所成角度為45度，亦即本實(shí)用新型裝置傾斜角度為45度。
權(quán)利要求1.一種激光焊接保護(hù)噴嘴，包括用來保護(hù)焊接熔池的主保護(hù)氣噴嘴和用來保護(hù)焊后焊縫高溫區(qū)的尾罩部分，其特征在于主保護(hù)氣噴嘴為雙層噴嘴結(jié)構(gòu)；尾罩部分固定連接在主保護(hù)氣噴嘴的出氣端，包括主尾罩(9)和與主保護(hù)氣噴嘴相連的尾罩連接部件，并設(shè)置有進(jìn)氣口Q2；其中，主尾罩(9)的出氣底平面緊靠主保護(hù)氣噴嘴的出氣口，并且與主保護(hù)氣噴嘴軸線所夾角為銳角；在主尾罩(9)內(nèi)垂直于氣流流動(dòng)方向設(shè)置濾網(wǎng)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于尾罩部分還包括有設(shè)置在主尾罩(9)下部的附加尾罩(10)，附加尾罩(10)的內(nèi)部與主尾罩(9)內(nèi)部空間貫通，并且出氣底平面與主尾罩的出氣底平面位于同一平面內(nèi)；附加尾罩(10)的出氣底平面設(shè)置中心軸線與主保護(hù)氣噴嘴軸線平行的附加尾罩出氣孔(11)作為出氣通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于所述的尾罩連接部件包括尾罩進(jìn)氣管(4)和尾罩連接套(6)，沿主保護(hù)氣流動(dòng)方向依次套在主保護(hù)氣噴嘴管段的外周上，與主保護(hù)氣噴嘴同軸心，進(jìn)氣口Q2設(shè)置在尾罩進(jìn)氣管(4)上，尾罩連接套(6)的一側(cè)與尾罩進(jìn)氣管(4)連接，另一側(cè)與主尾罩(9)和附加尾罩(10)連接；尾罩進(jìn)氣管(4)、尾罩連接套(6)與主尾罩(9)、附加尾罩(10)內(nèi)部空間互相貫通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于尾罩連接套(6)與附加尾罩(10)之間設(shè)置直徑為0.2～5mm的尾罩分流孔(13)作為氣體流動(dòng)通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于主尾罩(9)、附加尾罩(10)出氣側(cè)所在的底平面與主保護(hù)氣噴嘴部分軸線所夾角為30～60度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于所述的主保護(hù)氣噴嘴部分由噴嘴頂蓋(1)、主保護(hù)氣分流管(2)、轉(zhuǎn)接管(3)、外層匯聚氣管(7)、中心層匯聚氣管(5)和中心層氣芯(8)構(gòu)成，主保護(hù)氣分流管(2)上設(shè)置有進(jìn)氣口Q1，內(nèi)部通道沿氣流方向分別為與進(jìn)氣口Q1連接的氣室、中心層氣流通道(18)及均勻分布在中心層氣流通道外周的截面為圓形的轉(zhuǎn)分外層氣流通道(14)；其中噴嘴頂蓋(1)、主保護(hù)氣分流管(2)、中心層匯聚氣管(5)、中心層氣芯(8)從左至右同軸心依次相連接，構(gòu)成內(nèi)層氣流通道，且主保護(hù)氣分流管(2)、轉(zhuǎn)接管(3)、外層匯聚氣管(7)從左至右依次同軸心相連接，主保護(hù)氣分流管(2)的轉(zhuǎn)分外層氣流通道(14)與外層匯聚氣管(7)與中心層匯聚氣管(5)之間構(gòu)成外層氣流通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于所述的均勻分布在中心層氣流通道(18)周圍的轉(zhuǎn)分外層氣流通道(14)為4～16個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于所述的尾罩進(jìn)氣管(4)與主保護(hù)氣噴嘴中的轉(zhuǎn)接管(3)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光焊接保護(hù)噴嘴，其特征在于由上頂端為彈性夾緊結(jié)構(gòu)的送絲夾緊裝置(1’)代替噴嘴頂蓋(1)，送絲夾緊螺紋帽(16)與送絲夾緊裝置(1’)相連，送絲管(17)插在送絲夾緊裝置(1’)內(nèi)，構(gòu)成激光焊接送絲保護(hù)噴嘴。
專利摘要一種激光焊接保護(hù)噴嘴，涉及一種應(yīng)用于鈦合金激光焊接的氣體保護(hù)裝置。包括用來保護(hù)焊接熔池的主保護(hù)氣噴嘴和用來保護(hù)焊后焊縫高溫區(qū)的尾罩部分，主保護(hù)氣噴嘴為雙層噴嘴結(jié)構(gòu)，尾罩部分固定連接在主保護(hù)氣噴嘴的出氣端，包括主尾罩(9)和與主保護(hù)氣噴嘴相連的尾罩連接部件；其中，主尾罩的出氣底平面緊靠主保護(hù)氣噴嘴的出氣口，并且與主保護(hù)氣噴嘴軸線所夾角為銳角。雙層噴嘴與主尾罩吹出保護(hù)氣體均為穩(wěn)定層流氣體，兩層流氣體在出口處相緊密連接成穩(wěn)定保護(hù)氣體層，但不會(huì)相互干擾，對(duì)焊縫高溫區(qū)形成穩(wěn)定保護(hù)氣體層。該實(shí)用新型裝置既可以用在平板掃描焊也可以用在T形接頭或角接頭焊接上，安裝使用方便、節(jié)省氣體流量。
文檔編號(hào)B05B1/00GK2905302SQ20062000101
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者肖榮詩, 曹娜, 楊武雄, 陳鎧 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)