[发明专利]中心负压等离子弧激光同轴复合焊接装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及是一种中心负压等离子弧激光同轴复合焊接装置及方法，属于焊接技术领域。可以应用于各工业领域的焊接、金属成型和金属零件制造。

背景技术

激光等离子弧同轴复合焊接方法，就是使激光束穿过空心电极聚焦于焊接工件的表面，激光束与其外围同心分布的等离子弧复合共同作用于同一熔池而实现焊接的方法。激光等离子弧复合焊接技术是复合焊接技术的一个新的发展方向，引起了焊接学者的广泛关注。激光等离子弧复合焊接方法，主要优点有三个方面：一是解决单一激光作为焊接热源进行焊接时，对焊件位置、焊接夹具要求精确、焊接间隙适应性差的缺陷，二是焊缝表面上方由于激光的作用会产生光致等离子体和金属蒸汽，光致等离子体和金属蒸汽会对激光束产生吸收和散射作用，从而降低激光的能量利用率，复合电弧后，低温低密度的电弧等离子体会一定程度上稀释光致等离子体和金属蒸汽，有利于提高激光的能量利用率。三是激光熔化金属，也为电弧提供更多的自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧能量利用率也提高了，而且，激光束对电弧还有聚焦和引导作用，使焊接过程中电弧更加的稳定。从而实现了两种热源1+1>2的效果。

中国专利《空心电极激光等离子同轴复合加工装置》(公开号CN101318266A)公开了一种空心电极激光等离子同轴复合加工装置，该装置产生的与激光束同轴分布的中空等离子弧一定程度上的减小了光致等离子体对于激光的散射和吸收作用，但是效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种中心负压等离子弧激光同轴复合焊接装置及方法。除依靠等离子弧稀释光致等离子体外，通过空心电极及等离子弧中心的负压环境让激光焊接过程中产生的光致等离子体迅速消散，彻底的去除光致等离子体和金属蒸汽对激光的吸收和反射作用，为激光束提供了更好的通道，使其充分的聚焦于焊接工件上，极大的提高了激光的能量利用率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

中心负压等离子弧激光同轴复合焊接装置，其特征在于：其包括：

等离子焊枪，其内部设有空心电极，所述空心电极的上端设有可以透射激光束的负压固定室；

激光器，其与光路结构相连，所述光路结构的输出端设有出光头，所述出光头位于所述负压固定室的上方，与其处于正对位置，所述激光器产生的激光束经所述光路结构的传递和所述出光头的聚焦并从其中射出，透过所述负压固定室，与空心电极同轴的穿插入所述空心电极的内腔。

所述焊接装置，还包括与所述负压固定室相连通的抽气装置，所述抽气装置用于使所述空心电极内腔及其下方等离子弧中心区域保持稳定的负压。

所述焊接装置，还包括用于保持负压状态的压力释放装置，其中，所述抽气装置通过所述压力释放装置与所述负压固定室相连通，在连通所述压力释放装置和所述负压固定室的管路上设有阀门。

所述的焊接装置，还包括用于测量和显示所述压力释放装置内压强的压强显示装置，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。

一种焊接方法，包括下述步骤：

通过抽气装置抽出压力释放装置中的气体，直至所述压力释放装置内达到负压状态，负压范围为1x10^-2-100Pa；

启动高频引弧，使置于等离子焊枪内的空心电极尖端形成等离子弧；

待等离子弧稳定后，启动阀门，连通所述压力释放装置至所述等离子焊枪的空心电极之间的气体管路，使空心电极内腔及其下方等离子弧中心形成稳定的负压区域；

启动激光器，其产生的激光束经光路结构的传递和出光头的聚焦，并从出光头中射出，透过所述负压固定室，与所述空心电极同轴的穿插过其内腔及其下方等离子弧中心的负压区域并作用于焊接工件上，保证激光束在空心电极内腔以及空心电极和工件间经过的区域始终处于低气体密度的负压状态，负压范围为1x10^-2-500Pa，实现中心负压等离子弧激光同轴复合焊接方法。

与现有技术相比，本发明不仅具有了传统激光等离子弧复合焊接方法的优点，而且通过等离子弧的中心负压环境，彻底的消除了光致等离子体和金属蒸汽对激光反射和吸收作用，使激光束在中心负压等离子弧的保护下更好的聚焦于焊接工件的表面，极大的提高了激光的能量利用率。

附图说明

图1是本焊接方法焊接装置结构示意图。