具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置

本发明属于真空激光焊接设备设计，具体涉及一种具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置。

背景技术：

1、激光焊接凭借能量密度高、热影响区小等优势，在航空航天、船舶制造、核能装备等领域广泛应用。然而，大气环境中激光焊接产生的等离子体羽辉会屏蔽激光能量，导致熔深受限，难以满足厚板构件一次性成型需求。真空激光焊接技术通过营造负压环境有效抑制等离子体，显著提升熔深，但对于长达数十米的大型构件，建造全真空室成本高昂，工程可行性较低。

2、虽然全真空激光焊接的真空度大幅降低，可以实现厚板构件焊接，然而，对于长度达数十米甚至上百米的大型构件，建造全真空室成本高昂、制造困难。事实上，大多数构件仅需在局部区域进行焊接，因此采用局部真空激光焊接成为大型厚壁装备高效、可靠且经济化的优选方法，其关键在于在焊缝区域形成稳定的局部真空环境，防止焊接过程中熔池与空气接触而产生氧化、气孔、夹渣等缺陷，因此密封结构的可靠性直接影响焊接质量。

3、然而，局部真空环境下，激光深熔焊接产生的小孔效应会导致金属剧烈蒸发，形成大量高温、高速飞溅颗粒，这些飞溅颗粒的运动路径复杂，极易向上喷射至激光通光口处，污染或损伤处于真空筒顶端的激光保护透镜。激光保护透镜是激光焊接系统的核心光学元件，其表面一旦被飞溅物污染，将导致激光能量衰减、焦点漂移甚至镜片永久性损伤（高温炸裂），严重降低焊接质量。

技术实现思路

1、因此，本发明提供一种具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置，能够克服相关技术局部真空激光焊接装置中的激光保护镜片易出现颗粒附着、金属蒸汽凝华沉积、高温烧蚀氧化等污染问题，导致焊接功率下降，焊缝质量降低，长时间焊接存在镜片高温炸裂的风险的不足。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置，包括真空罩，所述真空罩包括密封罩体以及连接于所述密封罩体背离待焊工件一侧的真空筒，所述密封罩体上形成有激光入射口，所述真空筒远离所述激光入射口的一端内设有与所述激光入射口同轴设置的激光保护透镜，所述激光入射口内设有阻尘导热套筒，所述阻尘导热套筒与所述激光入射口同轴设置，所述阻尘导热套筒内形成有冷却流道，所述冷却流道与外部冷却源可控连通。

3、在一些实施方式中，所述阻尘导热套筒靠近所述待焊工件的一端的筒内壁直径大于其靠近所述激光保护透镜的一端的筒内壁直径，以在所述阻尘导热套筒靠近所述待焊工件的一端形成烟尘扩散空间。

4、在一些实施方式中，所述冷却流道具有环绕所述阻尘导热套筒的中心轴线均匀间隔设置的多条，各所述冷却流道的入口端处于出口端靠近所述待焊工件的一侧，且所述冷却流道沿直线延伸。

5、在一些实施方式中，所述阻尘导热套筒靠近所述待焊工件的一端内设有分流环槽，各所述冷却流道的入口端皆与所述分流环槽连通。

6、在一些实施方式中，所述冷却流道内的冷却介质为惰性压力气体，各所述冷却流道的出口端处设有气流喷嘴，各所述气流喷嘴环绕所述阻尘导热套筒的远离所述待焊工件的筒口外周设置，以形成径向平面气幕。

7、在一些实施方式中，各所述气流喷嘴沿着远离所述待焊工件的方向上布置有上下两层以形成双层所述径向平面气幕。

8、在一些实施方式中，所述阻尘导热套筒远离所述待焊工件的一端凸出所述密封罩体远离所述待焊工件的一侧端面以伸入所述真空筒内。

9、在一些实施方式中，所述真空筒上具有抽真空接口，所述抽真空接口处于各所述气流喷嘴与所述激光保护透镜之间的区域内。

10、在一些实施方式中，所述阻尘导热套筒的筒内壁上设有多个同轴设置的环形凹槽，各所述环形凹槽沿着所述阻尘导热套筒的轴向间隔设置。

11、在一些实施方式中，各所述环形凹槽的槽口位置高于槽底位置。

12、本发明提供的一种具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置具有如下有益效果：

13、在激光入射口内同轴设置阻尘导热套筒，一方面，能够利用其筒内壁与污染物气流（如前述的焊接过程中产生的烟尘、金属蒸汽等）的碰撞接触形成烟尘颗粒的及时分离、沉积，另一方面则能够利用其内冷却流道中的冷却介质对阻尘导热套筒进行及时冷却降温，将前述污染物气流中的金属蒸汽提前主动凝华沉积，如此有效降低了污染物气流进一步朝向真空筒的末端设置的激光保护透镜扩散并在透镜上沉积污染的几率，另外，本发明中的阻尘导热套筒还能够对焊接产生的飞溅实现物理阻截并实现高温的物理隔离，如此能够降低高温飞溅颗粒及高温对真空罩体外围的密封圈可能产生的灼伤风险，显著提高激光保护透镜及密封圈的使用寿命。

1.一种具有阻尘导热套筒的局部真空激光焊接装置，其特征在于，包括真空罩（1），所述真空罩（1）包括密封罩体（11）以及连接于所述密封罩体（11）背离待焊工件一侧的真空筒（12），所述密封罩体（11）上形成有激光入射口（110），所述真空筒（12）远离所述激光入射口（110）的一端内设有与所述激光入射口（110）同轴设置的激光保护透镜（2），所述激光入射口（110）内设有阻尘导热套筒（3），所述阻尘导热套筒（3）与所述激光入射口（110）同轴设置，所述阻尘导热套筒（3）内形成有冷却流道（31），所述冷却流道（31）与外部冷却源可控连通。

2.根据权利要求1所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述阻尘导热套筒（3）靠近所述待焊工件的一端的筒内壁直径大于其靠近所述激光保护透镜（2）的一端的筒内壁直径，以在所述阻尘导热套筒（3）靠近所述待焊工件的一端形成烟尘扩散空间。

3.根据权利要求2所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述冷却流道（31）具有环绕所述阻尘导热套筒（3）的中心轴线均匀间隔设置的多条，各所述冷却流道（31）的入口端处于出口端靠近所述待焊工件的一侧，且所述冷却流道（31）沿直线延伸。

4.根据权利要求3所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述阻尘导热套筒（3）靠近所述待焊工件的一端内设有分流环槽（33），各所述冷却流道（31）的入口端皆与所述分流环槽（33）连通。

5.根据权利要求3所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述冷却流道（31）内的冷却介质为惰性压力气体，各所述冷却流道（31）的出口端处设有气流喷嘴（32），各所述气流喷嘴（32）环绕所述阻尘导热套筒（3）的远离所述待焊工件的筒口外周设置，以形成径向平面气幕。

6.根据权利要求5所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，各所述气流喷嘴（32）沿着远离所述待焊工件的方向上布置有上下两层以形成双层所述径向平面气幕。

7.根据权利要求5所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述阻尘导热套筒（3）远离所述待焊工件的一端凸出所述密封罩体（11）远离所述待焊工件的一侧端面以伸入所述真空筒（12）内。

8.根据权利要求7所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述真空筒（12）上具有抽真空接口（121），所述抽真空接口（121）处于各所述气流喷嘴（32）与所述激光保护透镜（2）之间的区域内。

9.根据权利要求1所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，所述阻尘导热套筒（3）的筒内壁上设有多个同轴设置的环形凹槽（34），各所述环形凹槽（34）沿着所述阻尘导热套筒（3）的轴向间隔设置。

10.根据权利要求9所述的局部真空激光焊接装置，其特征在于，各所述环形凹槽（34）的槽口位置高于槽底位置。