[发明专利]激光焊接钛合金正面无拖罩气体保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光焊接气体保护装置，特别是激光焊接钛合金气体保护装置，属于激光焊接技术领域。

背景技术

钛合金化学性质活泼，焊接过程焊缝高温区极容易与空气中的氮、氧、氢发生化学反应，影响焊缝性能，目前在焊接钛合金时通常加三路保护气进行保护，分别为焊枪保护气、焊缝正面高温区保护气和焊缝背面保护气。

这三路保护气中，焊缝正面高温区保护气施加最为困难。因为随着焊接过程的进行，焊缝熔池随焊枪移动，需要保护的焊缝位置不断移动，同时要保证正面保护气场的施加不影响焊接过程，目前使用较为普遍的钛合金焊接正面保护方法，是依照焊缝结构形式制作一个拖罩，拖罩内通保护气体，在拖罩内形成稳态保护气流场，排开拖罩内的空气，拖罩可以随焊枪一起移动，达到保护高温区金属的效果。这种方法解决了焊道正面金属的气体保护问题，但是，这种正面保方法存在以下缺点：

1)不同结构的焊缝需要制作不同的专用拖罩，费工费时，成本较大；

2)直线焊缝保护效果较好，当焊接结构特殊或存在曲线焊缝时，需要做异形拖罩，且往往保护效果不良；

3)拖罩跟随焊枪一起运动，影响焊接熔池观察，对焊接过程造成部分不便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种激光焊接钛合金正面无拖罩气体保护装置，旨在提供一种无需真空环境和硬拖罩的激光焊接钛合金的施加保护气体的装置，在不需要外加拖罩的情况下，即可在高温焊缝金属上方形成保护气体的稳态流场，排开高温区域焊缝能够接触到的空气，从而防止钛合金在高温状态下氧化、氮化、氢脆的发生，能够使用于各种不同的焊接接头结构形式适应性强的气体保护装置。

本发明采用如下的技术方案实现的：

激光焊接钛合金正面无拖罩气体保护装置，包括冷却机构、保护气柔性定位导管、保护气喷头和安装固定机构；

冷却机构包含水冷室和保护气冷却管，水冷室上设置进水口和出水口，保护气冷却管设有进气口和出气口，保护气冷却管置于水冷室中；

具体地，保护气冷却管采用铜质冷却管；保护气冷却管迂回排布在水冷室内部；

保护气体柔性定位导管连接保护气冷却管，保护气喷头连接在保护气体柔性定位导管端部；具体地，保护气体柔性定位导管可采用活动关节塑料导管，保护气体喷头材质为铜质；

冷却机构通过安装固定机构固定在激光焊机的焊接头上；具体地，安装固定机构采用螺栓连接弓形卡箍的结构。

为形成稳定的保护气流场，保护气喷头采用圆柱形管，端口呈40°～60°的椭圆型截面；开口处内扩倒圆角。

工作时端口处椭圆型截面近似平行于焊道走向，在椭圆型截面和保护气喷头开口处尖角的引导作用下，有助于保护气体喷射形成长椭圆形稳态保护气流场。

保护气体通过保护气体冷却管隔离冷却，冷却过程不会对保护气体的纯度和湿度造成影响。保护气柔性定位导管使用活动关节塑料导管，能够方便的调整成各种需要的空间位置和姿态，能够适应各种尺寸的焊缝结构形式，适用性极强。保护气体通过冷却室降温，由喷头释放后在钛合金焊缝高温区域形成足够面积的稳态保护气流场，从而排开空气，阻止高温钛合金氧化氮化的目的。覆盖焊缝高温区域，稳态流场无固体边缘区域，因此适应性强。

由于采用了水冷保护气体柔性施加气流场的结构，充分利用了气体能够形成稳态流场的优势和特点，因此，本发明具有如下优点：1)不需要针对不同结构的焊缝需要制作不同的专用拖罩，具有极强的通用性；2)适用于各种结构的焊缝，特别适用于焊接空间曲线焊缝的气体保护，保护效果好；3)没有拖罩跟随焊枪一起运动，便于监测观察，不影响焊接工作。能够适用于各种结构形式的焊缝接头和绝大部分形状的焊接体，避免了常规保护气体拖罩适应性差，对异形空间曲线焊缝保护效果不理想的弊端。可广泛适用于激光焊接钛合金过程中的正面焊缝保护，无需使用硬保护气拖罩控制保护气流场，即可在高温焊缝正面形成稳态保护气体流场，排开空气，避免高温区域的焊缝金属发生氧化、氮化，保护效果好，对不同焊缝结构的适用性强。

附图说明

图1激光焊钛合金无拖罩气体保护装置的结构示意图

图2保护气喷头结构示意图

图中标记分别表示：1—保护气冷却管，2—水冷室，3—保护气柔性定位导管,4—保护气喷头，5—安装固定机构，6—激光焊机的焊接头,7—待焊接钛合金，8—出水口，9—进水口。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例