[发明专利]一种激光焊接旋转侧吹保护气的装置及方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种激光焊接旋转侧吹保护气的装置，尤其涉及激光焊接较复杂非规则曲线焊缝的装置。 

背景发明 

在激光焊接过程中，由于其高功率密度的输入使得材料表面局部剧烈蒸发汽化形成金属蒸汽，金属蒸汽进一步在高功率密度激光作用下发生电离形成光致等离子体，分布于小孔内外。孔外金属蒸汽/光致等离子体对入射激光的传播产生散射、反射和离焦等衰减影响，对入射激光产生屏蔽效应，影响激光焊接过程材料对激光能量的吸收以及激光焊接过程的稳定性，甚至造成焊接过程的中断，从而影响焊缝的熔深、导致气孔的产生和焊缝的成分组织等焊缝性能改变。 

目前国内外研究学者针对激光焊接过程中等离子体的抑制消除进行了很多的研究，提出控制光致等离子体的方法主要包括：脉冲激光焊接法、激光尖峰焊接法、低压或真空焊接法、外加电磁场控制法和侧吹辅助气体法等，其中侧吹辅助气体的方法在实践中应用最为广泛。现有的激光焊接保护气的侧吹装置跟着焊接头一起运动，保护气的吹气方向相对焊接头始终保持不变。在焊接轨迹为直线时，保护气的吹气方向相对焊接轨迹是不变的。而实际生产中常常存在较复杂非规则曲线轨迹的激光焊接，用现有的激光焊接保护气的侧吹装置，常出现吹保护气方向相对焊接轨迹是改变的，焊缝容易被氧化，并且对孔外等离子体的抑制吹散控制作用改变，造成焊接过程不稳定，影响焊缝的熔深、气孔的形成等，不利于焊接的需要，导致焊缝性能降低；以及造成焊接表面气流紊流，形成飞溅，污染镜片等。 

对于目前较复杂非规则曲线轨迹激光焊接，侧吹保护气的吹气方向相对焊接轨迹不变的方法。公开号为CN202701570U的“非规则曲线焊缝自动跟踪装置”的专利中提供了一种设置于焊接机机头支架上的非规则曲线焊缝自动跟踪装置，涉及到用于异形罐断面曲线环缝及曲线纵缝的焊接。但是此方法并不适用激光焊接，也不能使得侧吹气体相对焊缝保持不变。并且气压缸因长时间摩擦会导致密封不严，并且结构复杂，通用性差。 

公开号为CN2818050Y的“二维复合曲线焊缝气体保护装置”的专利中提供了一种焊接二维复合曲线焊缝的保护拖罩，可以随二维复合曲线焊缝各段曲率半径的变化而变化，但此方法只是对焊缝进行保护，防止空气中氢、氮、氧等对焊缝的性能影响。并不能有效的抑制或者吹掉孔外金属蒸汽/等离子体。 

公开号为CN102699532A的“激光焊接圆弧型产品的装置”的专利中，该方法在焊接台面上设有产品旋转台，使用伺服电机带动旋转，这种方法虽然能够使得侧吹气体吹气方向相对焊接轨迹保持不变。但是这种方法比较局限，只能适用于圆弧型产品的焊接，对于实际生产过程中较复杂非规则曲线轨迹的激光焊接，无法完成。以及公开号为CN202726317U的“保温杯杯口焊接装置”也是只适合于圆弧形产品的焊接。这类装置都是设计专用夹具及其旋转工作台，夹具设计首先存在设计周期长的问题，而且通用性差，设计制造夹具工作台价格昂贵。 

公开号为CN101428369A的“可旋转的焊接头及焊接装置”的专利中，采用可旋转的焊接头使得焊接装置实现了空间轨迹曲线的焊接，但是由于焊接头内镜片聚焦以及镜片组和旋转装置的中心需要在同一轴线上，在空间轨迹曲线的焊接中，不停的旋转以及运动惯性导致的抖动使得三者难以在同一轴线上，导致激光聚焦存在问题，甚至使得激光传输方向发生改变，从而影响焊接的进行。而且即便是安装现有的侧吹装置还是不能满足保护气的侧吹方向保持不变。 

因此目前，对于规则曲线的焊缝，例如直线焊缝和圆形焊缝，比较容易采用自动化设备，如通过夹具轨道的直线运动或者绕轴匀速转动实现。然而对于非规则曲线的焊接，现有的保护气的侧吹装置还没有可以使得吹气方向与非规则曲线的焊接轨迹始终保持一个确定值。因此为了避免侧吹保护气对孔外等离子体的抑制吹散控制作用改变，造成焊接过程不稳定，导致焊缝不同程度被氧化，影响焊缝的熔深、气孔的形成等，不利于焊接的需要，导致焊缝性能降低；以及造成焊接表面气流紊流，形成飞溅，污染镜片等，为了解决非规则曲线焊接过程中侧吹气体的问题，因此亟需发明一种激光焊接保护气的侧吹装置。 

发明内容

本发明的目的是设计一种能够解决目前激光焊接较复杂非规则曲线轨迹的侧吹保护气装置，使得吹气方向相对焊接轨迹是不变的，达到有效的抑制吹散等离子体并且保护焊缝的效果。 

本发明的技术方案是提供一种激光焊接旋转侧吹保护气的装置，包括：步进电机、电机座、中心回转接头、气嘴调节装置、气嘴、进气口和出气口，该侧吹装置直接安装于激光焊接头，其特征在于：