[发明专利]激光焊接等离子体侧吸负压装置

说明书

技术领域

本发明适用于激光焊接领域，尤其适于高功率激光器进行中厚板和大厚板焊接的激光焊接等离子体侧吸负压装置。

 

背景技术

激光焊接作为一种高能束焊接方法，具有速度快、效率高、焊缝深宽比大、热影响区小、工件变形小等诸多优点，与真空电子束焊接相比，不需真空室、适用性强，对焊接工件大小没有限制，已经在汽车车身等薄壁构件的焊接中普遍应用。但在重型机械、舰船、核电、汽轮机转子、重大装备等制造领域中，特别是在40mm以上的大厚度材料的焊接中目前尚未得到有效的应用。其主要原因是由于激光焊接通常是在大气常压或保护气体环境下进行，在此条件下激光焊接产生的金属蒸汽和光致等离子体对激光(尤其是波长较长的CO₂激光)具有散射、折射和吸收作用，且这种屏蔽作用随着激光功率的增大而愈显强大，从而阻碍了激光束向焊接熔池小孔中进一步输送能量，即便采用目前国内现有的输出功率最大的激光器，其一次穿透的焊接熔池深度也相当有限；而在相同的输出功率条件下，激光焊接的熔池深度也难以达到真空电子束的焊接熔池深度，且焊缝表面成形较差，易出现气孔，是大厚度材料激光焊接的瓶颈问题。

针对如何有效抑制高功率激光深熔焊接时产生的等离子体和消除因小孔效应导致的焊缝深层气孔，目前的解决办法主要有两类，一类是在真空室内进行激光焊接，另一类是采用侧吹气体的方法抑制激光焊接中的等离子体。相关研究表明，前者对等离子体的抑制效果比较好，熔深可以得到明显提高，且焊缝中的气孔可以得到有效抑制，但需要把工件置于真空室内，操作效率低，且工件尺寸受真空室大小的限制，无法用于核电、舰船、重大装备等大厚度构件的焊接；而后者虽然简单易行，也不受工件尺寸大小的限制，但其对等离子体的抑制效果受到诸如激光功率、保护气体种类、侧吹气体流量和吹气口位置等许多因素的影响，稳定性较差，在深熔焊条件下，因小孔熔池尖端残留气体引起的焊缝气孔问题尚未得到有效解决。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光焊接等离子体侧吸负压装置，以解决现有技术中高功率激光深熔焊接时产生的等离子体和因小孔效应导致的焊缝深层气孔，从而存在大真空室抽气效率低，工件尺寸受限制的问题，同时也利于解决采用侧吹保护气体引起的等离子体抑制效果不稳定、气孔难以控制的问题。

一种激光焊接等离子体侧吸负压装置，可安装于任何一个激光焊接枪头，包括一固定在所述激光焊接枪头上的负压腔装置，所述负压腔装置与激光焊接枪头相固定，与待焊工件之间可作相对运动，所述负压腔装置设置在待焊工件表面焊接熔池区域上方，用于快速抽气，以在所述固定于激光枪头的封闭腔内产生低于大气常压的局部负压，使得焊接熔池周围形成负压环境。

较佳地，负压腔装置包括套筒、用于向负压腔内充入惰性保护气体的气罩、气管及透镜，套筒的至少一端套设有中空的气罩，透镜直接设置在套筒的上方或通过所述气罩设置在套筒的上方，套筒的侧壁上设置气管，所述气管的另一端连接真空泵，套筒的底端开放状，所述套筒内形成负压腔。

另外，所述焊接的激光为CO₂激光，所述透镜采用ZnSe透镜；或所述焊接的激光为光纤激光或Nd:YAG激光，所述透镜采用石英玻璃透镜。所述ZnSe透镜和所述石英玻璃透镜上均镀有增透膜。

还有，套筒的上部和下部分别设置气罩，并且上部和下部分别开有至少一排便于向负压腔内充入惰性保护气体的密集充气孔。下出气口的方向向下，在负压腔下沿形成一圈密集的“气帘”，上出气口的方向则向内偏下。

最好地，套筒或用于向负压腔内充入惰性保护气体的气罩采用具有散热特性的材质制成。

还有，本装置还包括在所述负压腔内壁设置一个对腔内压力进行检测的绝对压力传感器。所述气管与真空泵连接之间设置一以过滤掉焊接过程中产生烟尘和杂质的过滤器。所述气管与真空泵连接之间设置冷却器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的激光焊接等离子体侧吸负压装置，可安装于任何一个激光焊接枪头，可有效的抑制高功率激光深熔焊接时产生的等离子体和消除因小孔效应导致的焊缝深层气孔，且工件大小不受限制，使用灵活方便、稳定性好，焊接质量较高、焊接过程稳定性增加。本发明适用于采用高功率激光器对中厚板和大厚板的焊接加工,可应用于诸如重型机械、舰船、核电、汽轮机转子、重大装备等亟待对大厚度材料进行焊接的制造领域，在厚板件焊接方面发挥激光焊接的优势

本发明还保护包括该激光焊接等离子体侧吸负压装置的焊接系统。

附图说明