一种带保护气的直冲式水约束层装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种带保护气的直冲式水约束层装置，属于激光焊接技术领域。


背景技术：

2.激光冲击焊接技术是一种新型的激光冷焊接技术，具有可焊接材料种类多样化、可焊接材料形状多样化、可控性强、无接触式的优点。利用激光脉冲产生的冲击波赋予焊件一个高速动力形成撞击，两个待焊接工件的撞击表面间会产生界面波和射流的综合作用，表层在很高的压力波作用下可看作瞬间液体，形成射流，产生塑性流动，一方面射流清除了接触表面的吸附层、氧化层薄膜、油污等，使金属接触面露出有活性的清洁表面；另一方面射流原子在原子距离内相遇，从而在界面上形成冶金结合，实现焊接。
3.基于水的柔性特点，在激光冲击焊接技术中，水常用作约束层。采用水作为约束层，用水流覆盖住待焊接工件或者说将工件沉浸在水中，这种方式主要存在两种弊端：其一、对于异形面焊接件，沉浸式水约束层不能保证约束层的均匀性，又因为水层厚度通常较薄，在异形面的凹处和凸处的水层厚度差能达数倍之多，导致激光冲击波能量的不均匀，影响焊接质量的均匀性；其二、焊接覆件与基件的加速空隙中易渗入水滴影响高速撞击时的射流效应，影响焊接质量。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种带保护气的直冲式水约束层装置，能够解决现有激光冲击焊接中沉浸式水约束层难以克服激光冲击波能量均匀性较差、以及焊接覆件与基件的加速空隙中易渗入水滴而影响焊接质量的问题。
5.本实用新型提供了一种带保护气的直冲式水约束层装置，所述装置包括：柱状腔体，所述柱状腔体包括腔体侧壁和与所述腔体侧壁底端连接的锥形底壁；进光腔体盖，设置在所述柱状腔体的顶端，用于封闭所述柱状腔体的顶端开口；腔体下锥冒，设置在所述锥形底壁的外侧，且与所述腔体侧壁底端固定；所述柱状腔体靠近所述进光腔体盖的腔体侧壁上设置有进水端头；水流从所述进水端头进入所述柱状腔体内部；所述锥形底壁上设置有射流嘴，所述腔体下锥冒上具有与所述射流嘴位置对应的中空部分，所述柱状腔体内的水从所述射流嘴喷出后形成水柱；所述腔体侧壁内设置有垂直于所述柱状腔体中心轴的第一气路，以及平行于所述柱状腔体中心轴的第二气路，所述第二气路与所述第一气路连通；所述腔体下锥冒的倾斜内壁与所述锥形底壁的倾斜外壁之间形成第三气路，所述第三气路与所述第二气路连通；所述腔体侧壁上还设置有进气端头；保护气从所述进气端头进入所述第一气路中，并经由所述第一气路、所述第二气路和所述第三气路输送至所述水柱处，以包围所述水柱；激光经所述进光腔体盖后入射至所述柱状腔体内，并沿所述水柱方向传播。
6.可选的，所述进光腔体盖上设置有通光镜片，所述激光经所述通光镜片入射至所述柱状腔体内；所述进光腔体盖的四周设有多个凹槽；每个所述凹槽中均设有第一锁紧孔，所述进光腔体盖通过所述第一锁紧孔内的螺钉与所述腔体侧壁顶端固定。
7.可选的，所述腔体下锥冒包括锥形斜壁和连接在所述锥形斜壁大口端的环形平台；所述环形平台上设置有多个第二锁紧孔；所述腔体下锥冒通过所述第二锁紧孔内的螺钉与所述腔体侧壁底端固定。
8.可选的，所述锥形底壁上设置有安装孔；所述射流嘴可拆卸安装于所述安装孔内。
9.可选的，所述射流嘴上具有正对于所述通光镜片的贯穿的出射孔；所述柱状腔体内的水从所述出射孔射出后形成水柱；所述射流嘴为柱状；在所述射流嘴中心轴的方向上，所述射流嘴的外侧壁包括连接段和倾斜导向段；所述连接段用于与所述安装孔螺纹连接；所述倾斜导向段具有导向弧面；所述导向弧面与所述锥形斜壁的竖向内侧壁形成出气腔；所述第三气路与所述出气腔连通；所述导向弧面用于将所述第三气路流出的保护气导向所述出气腔，以包围在所述水柱四周。
10.可选的，所述进水端头为多个，多个所述进水端头均匀分布在所述柱状腔体靠近所述进光腔体盖的腔体侧壁上。
11.可选的，所述进水端头为2个或4个。
12.可选的，所述进气端头为多个，多个所述进气端头均匀分布在所述柱状腔体上位于所述进水端头正下方的侧壁上。
13.可选的，所述进气端头为2个或4个。
14.本实用新型能产生的有益效果包括：
15.本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置，通过将普通水在由进光腔体盖、柱状腔体的腔体壁、射流嘴组成的稳腔内形成稳定的水流，由出射孔输出水柱；水柱外围设有保护气体；激光经进光腔体盖入射到稳腔中，在水流中会聚由出射孔输出，沿着水柱方向传播；水柱冲击到的地方就是焊接点。本实用新型有效的解决了沉浸式水约束层无法保证的约束层均匀性问题，以及焊接覆件与基件的加速空隙中易渗入水滴影响焊接质量的问题。
附图说明
16.图1为本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置正面立体示意图；
17.图2为本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置正面剖面示意图；
18.图3为本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置底部结构示意图；
19.图4为本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置中射流嘴正面剖面示意图。
20.部件和附图标记列表：
21.11、进光腔体盖；12、通光镜片；13、凹槽；14、第一锁紧孔；15、柱状腔体；16、腔体侧壁；17、锥形底壁；18、腔体下锥冒；19、锥形斜壁；20、环形平台；21、进水端头；22、进水路；23、水腔；24、进气端头；25、第一气路；26、第二气路；27、第三气路；28、出气腔；29、射流嘴；30、出射孔；31、连接段；32、倾斜导向段；33、导向弧面；34、第二锁紧孔；35、水柱；36、保护气。
具体实施方式
22.下面结合实施例详述本实用新型，但本实用新型并不局限于这些实施例。
23.本实用新型实施例提供了一种带保护气的直冲式水约束层装置，如图1至图3所示，所述装置包括：柱状腔体15，柱状腔体15包括腔体侧壁16和与腔体侧壁16底端连接的锥形底壁17；进光腔体盖11，设置在柱状腔体15的顶端，用于封闭柱状腔体15的顶端开口；腔体下锥冒18，设置在锥形底壁17的外侧，且与腔体侧壁16底端固定；柱状腔体15靠近进光腔体盖11的腔体侧壁16上设置有进水端头21；水流从进水端头21进入柱状腔体15内部；锥形底壁17上设置有射流嘴29，腔体下锥冒18上具有与射流嘴29位置对应的中空部分，柱状腔体15内的水从射流嘴29喷出后形成水柱35；腔体侧壁16内设置有垂直于柱状腔体15中心轴的第一气路25，以及平行于柱状腔体15中心轴的第二气路26，第二气路26与第一气路25连通；腔体下锥冒18的倾斜内壁与锥形底壁17的倾斜外壁之间形成第三气路27，第三气路27与第二气路26连通；腔体侧壁16上还设置有进气端头24；保护气36从进气端头24进入第一气路25中，并经由第一气路25、第二气路26和第三气路27输送至水柱35处，以包围水柱35；激光经进光腔体盖11后入射至柱状腔体15内，并沿水柱35方向传播。
24.其中，进水端头21可以为多个，多个进水端头21均匀分布在柱状腔体15靠近进光腔体盖11的腔体侧壁16上。可选的，进水端头21为2个或4个。进气端头24可以为多个，多个进气端头24均匀分布在柱状腔体15上位于进水端头21正下方的侧壁上。可选的，进气端头24为2个或4个。
25.参考图1和图2所示，进光腔体盖11上设置有通光镜片12，激光经通光镜片12入射至柱状腔体15内；进光腔体盖11的四周设有多个凹槽13；每个凹槽13中均设有第一锁紧孔14，进光腔体盖11通过第一锁紧孔14内的螺钉与腔体侧壁16顶端固定。腔体下锥冒18包括锥形斜壁19和连接在锥形斜壁19大口端的环形平台20；环形平台20上设置有多个第二锁紧孔34；腔体下锥冒18通过第二锁紧孔34内的螺钉与腔体侧壁16底端固定。锥形底壁17上设置有安装孔；射流嘴29可拆卸安装于安装孔内。第二锁紧孔34均匀的分布在腔体下锥冒18的环形平台20的四周。
26.参考图2所示，射流嘴29上具有正对于通光镜片12的贯穿的出射孔30；柱状腔体15内的水从出射孔30射出后形成水柱35；射流嘴29为柱状；在射流嘴29中心轴的方向上，射流嘴29的外侧壁包括连接段31和倾斜导向段32；连接段31用于与安装孔螺纹连接；倾斜导向段32具有导向弧面33；导向弧面33与锥形斜壁19的竖向内侧壁形成出气腔28；第三气路27与出气腔28连通；导向弧面33用于将第三气路27流出的保护气36导向出气腔28，以包围在水柱35四周，隔绝水柱35与空气的摩擦扰动，增加水柱35竖向的层流长度。其中，射流嘴29、出射孔30和导向弧面33均为圆环形分布设置。
27.通过改变出射孔30的贯穿直径，对应不同型号的射流嘴29，即可改变从水腔23内出射水柱35的直径和层流长度。不同型号的射流嘴29均可通过螺纹转接固定于锥形底壁17的安装孔内，方便更换，结构简单。
28.参考图1所示，本装置从上往下依次设置有进光腔体盖11和柱状腔体15和腔体下锥冒18。进光腔体盖11的顶端设置通光镜片12，用于压住水流。沿径向对称的在柱状腔体15的腔体侧壁16靠近进光腔体盖11的位置处设有进水端头21，进水端头21的数量可为2个或4个。沿径向对称的在柱状腔体15的腔体侧壁16处设置进气端头24，进气端头24位于进水端头21的正下方，进气端头24的数量可为2个或4个。
29.进光腔体盖11、柱状腔体15和射流嘴29构成一个内空的稳腔，腔内设有水腔23，进
水端头21通过进水路22与水腔23相连，水腔23用于形成稳定水流，再将水流从出射孔30射出。柱状腔体15的下端设有腔体下锥冒18，腔体下锥冒18与柱状腔体15的锥形底壁17之间形成一个第三气路27，用于引导保护气36流从出气腔28中喷出，包围在从出射孔30射出的水柱35四周。
30.本实用新型提供的带保护气的直冲式水约束层装置，通过将普通水在由进光腔体盖、柱状腔体的腔体壁、射流嘴组成的稳腔内形成稳定的水流，由出射孔输出水柱；水柱外围设有保护气体；激光经进光腔体盖入射到稳腔中，在水流中会聚由出射孔输出，沿着水柱方向传播；水柱冲击到的地方就是焊接点。本实用新型有效的解决了沉浸式水约束层无法保证的约束层均匀性问题，以及焊接覆件与基件的加速空隙中易渗入水滴影响焊接质量的问题。
31.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。