[发明专利]高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，特别是一种高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置。

背景技术

近年来，现代工业对不锈钢的快速需求导致镍资源的紧缺，高氮奥氏体不锈钢利用氮元素部分甚至完全取代合金元素镍。高氮奥氏体不锈钢，不但显著提高了强度、塑韧性，而且获得了更高的耐蚀性。但是高氮奥氏体不锈钢作为一种新型的很有应用前景的工程应用钢，其能否更广泛地投入应用在一定程度上取决于其焊接性。在现有普通熔焊过程中，焊缝区过程中都不可避免地出现氮的损失，直接降低了焊缝中固溶氮的含量，从而降低了接头性能。激光焊接时热影响区很窄，可有效避免焊接热影响区氮化物、碳化物或者碳氮化物等的析出问题，但焊缝区氮气孔、氮逸出、氮化物析出导致的氮的缺失仍是个焊接瓶颈。

在激光深熔焊的过程中，形成了特有的小孔效应。根据小孔与熔池的熔透状态，可分为未熔透、仅熔池透、适度熔透(小孔穿透)、过熔透四种。当处于小孔熔透或者过熔透状态时，熔池贯穿整个工件，那么固溶于熔池中的氮随着液态金属的对流可以从熔池上表面或者熔池下表面逸出，造成固溶氮含量的降低。若选用一般熔焊所采用的纯氩作为保护气，由于氮的不平衡，造成气液界面处氮的直接逸出。当焊速过快，氮未逸出造成的氮气孔会造成焊缝固溶氮含量的减少，使得接头性能骤降。因此，选用氮气作为高氮奥氏体不锈钢激光焊的保护气，不失为一种有效固氮的措施。

专利CN200910012596.6所述装置虽然能对焊缝背面实施保护，但是由于与储气槽相通的出气孔均匀分布于装置两侧面，当储气槽的充气口有保护气流入，从全长不同位置出气孔流出的保护气气流压力不一致，且左右储气槽中的两股气流呈一定角度相遇，容易造成紊流或者流量相抵，降低了保护效果，增加了氮气孔形成的可能性，且存在气体浪费的问题。

其他厚板高氮钢激光焊接中，鲜有采取熔池背面保护措施，那么焊后易出现焊缝氮气孔、氮逸出或者氮化物析出等问题，从而影响焊接接头的性能。

针对这种现状，急需一种高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置，可以有效提高焊接过程熔池背面保护效果，并解决焊接过程中的保护气体浪费问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，四维可调，保护气覆盖全面，节约保护气，并且有效避免激光穿透工件时将其损伤的风险和双侧同吹保护气产生紊流的问题，最终获得了焊缝背面成型美观和符合强度要求的高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置，包括输气异形管、转接装置、保护气软管和套管；套管通过三维调节装置连接激光焊枪，输气异形管一端封闭，另一端开口并穿过套管与套管形成转动副，其穿过套管的一端通过转接装置与保护气软管密封连接，其中，输气异形管封闭端侧壁上开有与焊接方向平行的气孔阵列。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明结构简单易装夹，四维可调，能够保证保护气全面覆盖熔池背面区域。

(2)本发明的保护气装置跟随焊枪同步运动，实时跟踪熔池位置，既减少了保护气用量，又达到了随时保护熔池背面，防止熔池背面氮逸出、表面金属氧化的目的。

(3)本发明的保护气装置位于熔池侧下方，不仅有效避免激光穿透工件时将其损伤，延长保护装置的使用寿而且能避免双侧同吹保护气产生紊流，提高保护效果。

(4)本发明的气体层流隔板和气体层流挡板能够减缓气体流速，形成层流，在熔池背面的全长方向均匀送气，提高保护效果，防止保护气不均匀，空气侵入。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置的结构示意图。

图2为本发明高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置输气异形管的剖视图。

具体实施方式

结合图1和图2：

本发明一种高氮奥氏体不锈钢激光焊接过程熔池背面保护装置，包括输气异形管1、转接装置2、保护气软管3和套管4；套管4通过三维调节装置连接激光焊枪11，输气异形管1一端封闭，另一端开口并穿过套管4与套管4形成转动副，其穿过套管4的一端通过转接装置2与保护气软管3密封连接，其中，输气异形管1封闭端侧壁上开有与焊接方向平行的气孔阵列。