一种驱除激光等离子体的激光-电弧复合焊保护气体吹送装置的制作方法

一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置
技术领域
1.本发明涉及激光焊接设备领域，更具体地涉及一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置。


背景技术：

2.激光作为一种能量密度极高的焊接热源，会导致焊接材料的剧烈蒸发，大量金属蒸汽在高温下会电离形成激光等离子体分布在激光光斑与小孔的上方。激光等离子体阻挡在光束传播的路径上，产生逆韧致辐射吸收，减少到达母材的激光能量，降低焊接熔深，降低焊接过程的稳定性。在激光电弧厚板焊接时，由于激光束能量更大，往往导致极其强烈的光致等离子体喷发，更加影响了焊接过程稳定性，极大地降低了能量利用率。实际研究中发现当激光能量超过一定值时，由于强烈的等离子体喷发，导致激光熔深不再随功率上升而增加。
3.在现有的激光焊接过程中，通常会采用侧吹保护气体的方式抑制激光等离子体，即激光光斑的吹送装置，通过保护气流带走光斑上方的等离子体，减小等离子体高度。以此减弱等离子体的逆韧致辐射吸收，增加到达母材的激光能量，提高焊接稳定性。
4.激光
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电弧复合焊接是一种在激光焊接的基础上发展而来的一种多热源复合技术，它结合了激光和电弧各自的优点：高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度等，在船舶，汽车，航空航天等方向上都具有极大的应用前景。焊接时，复合焊激光会产生具有一定高度的等离子体，其中底部的等离子体能与电弧等离子体相互作用，提高焊接稳定性；而顶部的光致等离子体则会影响激光能量的传输。尤其对于复合焊接厚板过程，光致等离子体的激发更为强烈，对焊接过程影响更大。然而，现有的保护气侧吹方式会影响到电弧等离子体的稳定性，因此不适用于激光
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电弧复合焊过程。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中保护气侧吹方式会影响到电弧等离子体的稳定性的问题，本发明提供一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置。
6.本发明采用的具体方案为：一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置，所述吹送装置包括气轨、气罩；所述气轨外接气源，该气罩上方设置圆孔、弧焊枪穿过孔，所述气轨前部设置与所述圆孔匹配的通孔；所述激光依次穿过圆孔、通孔后穿射至气罩底部；弧焊枪穿过所述弧焊枪穿过孔后与激光复合完成焊接；所述气轨的前端设置导管，气轨内剩余气体沿导管排出。
7.所述导管的个数为2个，所述2个导管环抱弧焊枪，将气体引流至弧焊枪外侧。
8.所述圆孔上设置镜片。
9.所述气罩侧壁设置气轨穿入孔，所述气轨穿过所述气轨穿入孔伸入所述气罩内。
10.所述弧焊枪穿过孔倾斜设置。
11.所述气体吹送装置还包括伸入气罩内的导气管，所述导气管外接气源。
12.所述导气管与气轨同侧设置，且均布于气轨两侧。
13.所述气轨为l形气轨，该l形气轨的水平部分伸入气罩内。
14.所述l形气轨的竖直部分与激光头固定。
15.所述气罩外壁上设置螺栓孔，所述螺栓孔与弧焊枪伸入气罩的位置相对应；所述螺栓孔内旋紧螺栓完成对弧焊枪的紧固。
16.本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
17.1.本发明通过为激光
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弧焊提供的气罩与气轨配合使用，在气轨前端设置与气罩上的圆孔匹配的通孔，当激光穿过圆孔时，气轨内的气体对激光诱导的强烈喷发的光致等离子体进行吹动，金属蒸汽从激光光斑小孔处强烈喷发后进入圆形通孔，被气轨内高速气流经气轨带走，从而抑制激光等离子体，解决了保护气侧吹方式会影响到电弧等离子体的稳定性的问题，对等离子体的去除效果好，使焊接效果更佳。
18.2.本发明在气轨前端设置导管，所述导管对气轨内的高压气体起到定向导流的作用，将气体引流至弧焊枪外侧，为气罩输送保护气，所述气轨一方面能够为激光去除等离子体，另一方面能够为焊接过程提供均匀稳定的保护气，节约了成本及能源，提高了焊接的效果。
19.3.本发明在所述圆孔上设置镜片。所述镜片一方面能够防止反射的光损伤光源，另一方面，能够防止被高压气体吹散的等离子体逃逸，降低气轨的去除等离子的效果。
附图说明
20.图1为本发明所述气吹送装置的结构示意图；
21.图2为本发明气轨示意图；
22.图3为本发明气罩示意图；
23.图4为本发明工作原理图。
24.其中，附图标记分别为：
[0025]1‑
气轨；2
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焊接平台；3
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激光头；4
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镜片；5
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激光束；6
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弧焊枪；7
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气罩；8
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待焊工件；9
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导气管；10
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圆孔；11
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弧焊枪穿过孔；12
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通孔；13
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导管；14
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导气管穿入孔；15
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气轨穿入孔；16
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螺栓孔。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0027]
本发明提供一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置，所述吹送装置包括气轨1、气罩7；所述气轨1外接气源，该气罩7上方设置圆孔10、弧焊枪穿过孔11，所述气轨1前部设置与所述圆孔10匹配的通孔12；所述激光依次穿过圆孔10、通孔12后穿射至气罩7底部；弧焊枪6穿过所述弧焊枪穿过孔11后与激光复合完成焊接；所述气轨1的前端设置导管13；气轨内剩余气体及带走的光致等离子体沿导管排出。
[0028]
所述气轨为中空通道，为高压气体通过通道。
[0029]
所述导管13的个数为2个，所述2个导管13环抱弧焊枪6，将气体引流至弧焊枪6外侧。
[0030]
所述圆孔10上设置镜片4。所述镜片起到隔绝空气与高压保护气，防止空气卷入降低保护作用。
[0031]
所述气罩7侧壁设置气轨穿入孔15，所述气轨1穿过所述气轨穿入孔15伸入所述气罩7内。
[0032]
所述弧焊枪穿过孔11倾斜设置。所述弧焊枪穿过孔的倾斜角度与弧焊枪伸入气罩内部的角度相同；方便与气罩固定在弧焊枪前段，通孔倾斜角度与弧焊枪倾斜角度相同。
[0033]
所述气体吹送装置还包括伸入气罩7内的导气管9；所述导气管外接气源。所述导气管9与气轨1同侧设置。气罩7的左右侧面各开设有一个螺纹孔，螺纹孔轴线与弧焊枪轴线相交，在气罩套装在弧焊枪上后，使用螺栓穿过所述螺纹孔顶柱弧焊枪端部，实现气罩与弧焊枪的固定。
[0034]
所述气轨1为l形气轨，该l形气轨的水平部分伸入气罩7内。
[0035]
所述l形气轨的竖直部分与激光头3固定。
[0036]
所述气源为高压气源。
[0037]
所述气轨的前端除设置导管处于导管连通外，其余部分封闭，可以避免气轨前端敞开，高压气体直接吹到弧焊枪上对弧焊枪造成影响。例如造成弧焊枪不稳定，继而造成对焊接效果的直接的不利影响。
[0038]
所述气罩7外壁上设置螺栓孔16，所述螺栓孔16与弧焊枪伸入气罩7的位置相对应；所述螺栓孔16内旋紧螺栓完成对弧焊枪6的紧固。所述气罩7的左右侧面各开设有一个螺纹孔，螺纹孔轴线与弧焊枪轴线相交，在气罩套装在弧焊枪上后，使用螺栓穿过所述螺纹孔顶柱弧焊枪端部，实现气罩与弧焊枪的固定。
[0039]
实施例1
[0040]
本发明提供一种驱除激光等离子体的激光
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电弧复合焊保护气体吹送装置，所述吹送装置包括气轨、气罩；所述气轨为l形；气轨的水平部分与竖直部分90
°
，水平部分水平伸入气罩内，竖直部分与激光头连接，起到对气轨的固定作用，所述气轨外接高压气源，所述气罩7上方设置圆孔、弧焊枪穿过孔，所述气轨前部设置与所述圆孔匹配的通孔；所述激光依次穿过圆孔、通孔后穿射至气罩底部；弧焊枪穿过所述弧焊枪穿过孔后与激光汇合完成焊接；所述气轨的前端设置导管，气轨内剩余气体沿导管排出。所述导管的个数为2个，所述2个导管环抱弧焊枪，将气体引流至弧焊枪外侧。所述圆孔上设置镜片。所述弧焊枪穿过孔倾斜设置，倾斜角度为45
°
与弧焊枪伸入气罩内的角度相同。所述气体吹送装置还包括伸入气罩内的导气管。所述导气管与气轨同侧设置，且均布与所述气轨的两侧便于气体均匀进入气罩内。
[0041]
所述气罩外壁上设置螺栓孔，所述螺栓孔与弧焊枪伸入气罩的位置相对应；所述螺栓孔内旋紧螺栓完成对弧焊枪的紧固。
[0042]
所述装置整体通过顶部圆孔套置于弧焊枪上，并通过气罩侧面螺纹孔以螺栓固定。
[0043]
本发明包含三路对焊接部位的保护气，具体为：
[0044]
第一路保护气连接弧焊枪，在焊接过程中经弧焊枪头留出，对电弧及激光作用区域直接实现保护；第二路保护气为高压保护气，通过气轨的矩形中空轨道经过激光光斑上方，在等离子体上方形成高速气流。高速气流穿过气轨后通过气轨前方的两个导管到达气
罩后部，进入气罩后部，对焊接区实现保护；第三路保护气通过导气管传输，导气管插入气罩前侧面的两个对称小孔中，向气罩前部输送保护气，对焊接区实现保护。
[0045]
本发明通过为激光
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弧焊提供的气罩与气轨配合使用，在气轨前端设置与气罩上的圆孔匹配的通孔，当激光穿过圆孔时，经过通孔，气轨内的气体对激光诱导的光致等离子体进行吹动，金属蒸汽从激光光斑小孔处喷发后进入圆形通孔，被气轨内高速气流经气轨带走，从而抑制激光等离子体，解决了保护气侧吹方式会影响到电弧等离子体的稳定性的问题，对等离子体的去除效果好。
[0046]
对比现有的激光电弧复合焊接中采用的侧吹保护气实现焊接过程保护的方法，原有方法虽然可以起到一定的去除激光等离子体，降低等离子体导致的激光能量损耗，但是对电弧等离子体同时产生了较大影响，干扰电弧等离子的稳定性，导致焊接过程电弧较大波动，影响焊接质量。尤其对于厚板焊接时，激光束能量较大，产生强烈的光致等离子体，严重损耗激光能量，屏蔽效果强，若采用常规侧吹保护方式会导致更严重的电弧不稳定波动。而本发明的所述装置对于此厚板高激光能量的情况下去除激光等离子体的效果更为突出，克服了现有技术中常规侧吹保护对于厚板焊接的技术阻力。本发明通过对采用多路保护气，分别实现了光致等离子体去除，焊接区域保护，并且在实现去除光致等离子体的同时有效避免了对于电弧的干扰，有效克服了传统装置导致的电弧不稳定的问题。在本发明应用条件下，尤其对于厚板焊接时，此时激光激发的光致等离子体强烈喷发，进入高速气流通道被带走，同时可以对电弧区域等离子体实现有效保护，避免对焊接过程稳定性产生干扰。