一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具的制作方法

1.本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具。


背景技术：

2.激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 w/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 w/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。激光焊接工艺参数：1、功率密度，功率密度是激光加工中最关键的参数之一；2、激光脉冲波形，尤其对于薄片焊接更为重要；3、激光脉冲宽度；4、离焦量，离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀，离焦方式有两种：正离焦与负离焦，当要求熔深较大时，采用负离焦，焊接薄材料时，采用正离焦；5、焊接速度，焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输入量。
3.在远洋货船、航天、仓储用液货舱等技术领域，需要用金属薄板焊接成存储液货的围护内胆，由于液货舱结构形式多样、个性化设计需求多，需要使用手持/自动焊枪焊接解决较难施工的位置问题。对于上述技术领域并排的毫米级金属薄板激光焊接，采用手持/自动激光焊枪进行对接焊接操作场景，并排的毫米级金属薄板的焊接面为2毫米左右、间隙小于0.1毫米的直线型钢材料，这时手持/自动焊枪对接焊接不能保证快速、稳定的焊接符合质量要求的毫米级金属薄板产品。尤其，对于耐低温液货场合，金属薄板采用不锈钢，焊接工艺要求融深大于0.8毫米，快速、稳定的焊接符合质量要求的毫米级不锈钢板尤为重要。
4.本发明对毫米级金属薄板激光焊接辅助工具进行了系统性设计和改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的是，提供了一种辅助手持/自动激光焊枪，实现毫米级金属薄板快速、稳定对接焊接的工具。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具，金属薄板对接处形成对接直线，对接直线向金属薄板延伸方向形成对接平面；包括套在手持/自动激光焊枪头上的焊枪套筒，激光射线通过所述焊枪套筒的中轴线；还包括设置在所述焊枪套筒下方的焊丝通孔，通过所述焊丝通孔的焊丝形成焊丝线和激光射线相交于焊点；还包括设置在所述焊丝通孔下方的骑行分叉，所述骑行分叉用于将套接辅助工具的手持/自动激光焊枪卡在对接金属薄板上、沿对接直线骑行；毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述焊点连线形成离焦直线位于对接直线上方、且平行于对接直线，所述激光射线、焊丝线和离焦直线位于对接平面上。
7.优选地，毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述焊丝线和所述对接直线的夹角是焊丝夹角、所述焊丝夹角为10~20度，所述激光射线和所述对接直线的夹角是激光夹角、所
述激光夹角为40~50度。
8.优选地，所述焊丝夹角为15度，所述激光夹角为45度。
9.优选地，所述离焦直线和对接直线的距离是离焦距离、所述离焦距离为金属薄板厚度的一半。
10.优选地，所述骑行分叉包括位于内侧、宽度和对接金属薄板厚度匹配的渐窄卡口部，以及位于外侧、宽度从对接金属薄板厚度匹配尺寸连续渐变到便于卡入对接金属薄板尺寸的卡入部。
11.优选地，所述辅助工具是焊接机铜嘴，所述焊接机铜嘴由焊枪套筒上的螺母、与焊丝通孔和骑行分叉组合体上的螺栓连接而成。
12.优选地，毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述对接金属薄板是厚度为0.8~2毫米的两块不锈钢板，所述两块不锈钢板间隙小于0.1毫米，所述焊丝直径为0.8~2毫米。
13.优选地，所述骑行分叉卡入部顶面和所述焊枪套筒中轴线延伸方向夹角是骑行夹角，所述骑行夹角为60~80度。
14.优选地，所述对接金属薄板是厚度为0.8~2毫米的两块不锈钢板，所述焊丝直径为1~2毫米，所述焊丝通孔直径为1.2~2.2毫米，所述骑行分叉卡口部入口宽度为1.6-4.2毫米，所述骑行分叉卡入部宽度从1.6~4.2毫米连续渐变到1.8~4.6毫米。
15.本发明一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具的有益效果是：1、通过焊枪套筒、焊丝通孔和骑行分叉的结构以及相互之间尺寸的配合，实现手持/自动激光焊枪配套辅助工具进行毫米级金属薄板激光焊接时，快速、稳定作业；2、优选的焊丝夹角、激光夹角以及离焦距离，进一步确保手持/自动激光焊枪进行毫米级金属薄板激光焊接质量；3、骑行分叉卡口部和卡入部的结构设计，便于辅助工具卡入毫米级金属薄板、稳定骑行；4、针对厚度为1毫米的两块不锈钢板进行适应性尺寸结构设计，更加适应lng船（液化天然气船）液货存储舱、存储罐用围护内胆的金属薄板激光焊接。
16.【附图说明】图1是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具立体示意图。
17.图2是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具焊接作业状态正向示意图。
18.图3是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具焊接作业状态侧向示意图。
19.图4是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具剖视示意图。
20.图5是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具局部放大示意图。
21.附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：1、焊接机铜嘴，11、焊枪套筒，12、焊丝通孔和骑行分叉组合体，121、焊丝通孔，122、骑行分叉，1221、卡口部，1222、卡入部，2、激光射线，21、激光夹角，23、焊点，3、焊丝线，31、焊丝夹角，4、对接直线，41、对接平面，5、金属薄板，6、离焦直线，61、离焦距离，7、骑行夹角。
22.【具体实施方式】下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
23.实施例1本实施例实现一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具。
24.图1是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具立体示意图。如附图1所示，本实施例一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具通过焊枪套筒、焊丝通孔和骑行分叉的结构以及
相互之间尺寸的配合，实现手持/自动激光焊枪配套辅助工具进行毫米级金属薄板激光焊接时，快速、稳定作业。
25.图2是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具焊接作业状态正向示意图。如附图2所示，本实施例一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具，金属薄板对接处形成对接直线，对接直线向金属薄板延伸方向形成对接平面；包括套在手持/自动激光焊枪头上的焊枪套筒，激光射线通过所述焊枪套筒的中轴线；还包括设置在所述焊枪套筒下方的焊丝通孔，通过所述焊丝通孔的焊丝形成焊丝线和激光射线相交于焊点；还包括设置在所述焊丝通孔下方的骑行分叉，所述骑行分叉用于将套接辅助工具的手持/自动激光焊枪卡在对接金属薄板上、沿对接直线骑行；毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述焊点连线形成离焦直线位于对接直线上方、且平行于对接直线，所述激光射线、焊丝线和离焦直线位于对接平面上。
26.图3是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具焊接作业状态侧向示意图。如附图3所示，优选地，毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述焊丝线和所述对接直线的夹角是焊丝夹角、所述焊丝夹角为10度~20度，所述激光射线和所述对接直线的夹角是激光夹角、所述激光夹角为40度~50度。
27.优选地，所述焊丝夹角为15度，所述激光夹角为45度。
28.优选地，所述离焦直线和对接直线的距离是离焦距离、所述离焦距离为金属薄板厚度的一半。
29.优选地，所述骑行分叉包括位于内侧、宽度和对接金属薄板厚度匹配的渐窄卡口部，以及位于外侧、宽度从对接金属薄板厚度匹配尺寸连续渐变到便于卡入对接金属薄板尺寸的卡入部。
30.实施例2本实施例实现一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具。本实施一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具的技术方案针对的应用场景是：毫米级金属薄板激光焊接作业时，所述对接金属薄板是厚度为0.8~2毫米的两块不锈钢板，所述两块不锈钢板间隙小于0.1毫米，所述焊丝直径为0.8~2毫米。其他技术细节和部件组成与实施例1相同。本实施例一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具针对厚度为1毫米的两块不锈钢板进行适应性尺寸结构设计，更加适应lng船（液化天然气船）液货存储舱、存储罐用围护内胆的金属薄板激光焊接。
31.图4是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具剖视示意图。如附图4所示，本实施一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具是焊接机铜嘴，所述焊接机铜嘴由焊枪套筒上的螺母、与焊丝通孔和骑行分叉组合体上的螺栓连接而成。优选地，所述骑行分叉卡入部顶面和所述焊枪套筒中轴线延伸方向夹角是骑行夹角，所述骑行夹角为60~80度，优选为70度。
32.图5是一种毫米级金属薄板激光焊接辅助工具局部放大示意图。如附图5所示，优选地，所述对接金属薄板是厚度为1毫米的两块不锈钢板，所述焊丝直径为1毫米，所述焊丝通孔直径为1.2毫米，所述骑行分叉卡口部入口宽度为2.3毫米，所述骑行分叉卡入部宽度从2.3毫米连续渐变到2.5毫米。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。