技术领域
[0001] 本
发明涉及
激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光填丝焊的送丝及全方位气体保护复合机构。
背景技术
[0002] 焊接是一种重要的材料加工方法，也是金属材料连接的主要方式。在石油化工、车辆
船舶、航天航空等各领域装备的生产
制造过程中，都需要通过焊接进行构件连接。传统
电弧焊是目前工程上应用广泛的焊接方法，其具有热输入量大、
变形大、热影响区宽等缺点。在中厚板焊接时，传统
电弧焊常需要开坡口，通过多层多道的工艺方式实现板材的焊接，效率较低。
激光焊接是在传统
熔焊工艺
基础上发展起来的一种高能束焊接方法，它通过引入高
能量密度的激光热源开展焊接。激光焊接具有热输入量小、变形小、热影响区窄等优点，是一种先进的高效焊接方法。因此，激光焊接有利于克服传统电弧焊热输入量大、应
力大等缺点，提高焊接
质量与效率。但是，在实际激光焊接工艺中，也存在一些问题，如激光焊接是在开放式的操作空间进行的，高温阶段的金属液及焊后金属容易
氧化，不利于焊接接头质量。而当采用封闭空间进行惰性气体保护的激光焊接方法克服上述问题时，
焊丝材料的送入及随热源同步移动将是一个难点，尤其是在窄小局部封闭空间内。此外，
激光束能量密度高、加热效率高，激光焊接过程中易产生焊接
等离子体，影响焊接效果及焊接
稳定性，需要进行合理的控制。
[0003] 目前，针对激光焊接的气体保护装置多采用随动托罩或托管的方式，其保护范围有限，且空间开放，无法完全隔绝空气中的氧，混入的氧气导致保护效果不佳，影响激光焊接头质量。而少数局部惰性气体或
真空保护腔，不具备送丝功能，以上所述问题限制了激光焊接在工程上的应用。
[0004] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种可实现激光填丝焊封闭空间的准确送丝功能及全方位气体保护功能的焊接装置。
发明内容
[0005] 有鉴于
现有技术的上述
缺陷，本发明所要解决的技术问题是：①实现对激光焊接过程的全方位气体保护；②在激光焊接过程中，实现封闭空间内焊丝的准确送入与随热源同步移动；③对激光焊接等离子体进行合理的抑制与控制。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构，包括外罩体、内壳体、
送丝机构、
支撑横梁和连接
法兰；其中，所述外罩体包括拱形外罩和外腔透光窗口；所述内壳体包括球形内壳和内腔透光窗口；所述外罩体通过所述支撑横梁与所述内壳体装配连接，形成双腔体结构；所述送丝机构和所述连接法兰安装在所述外罩体上面；所述外罩体通过所述连接法兰与激光工作头相连接。
[0007] 进一步地，所述外腔透光窗口设置在拱形外罩顶中心
位置；所述内腔透光窗口设置在所述球形内壳顶上中心位置；所述外腔透光窗口和所述内腔透光窗口位于同一中心线上。
[0008] 进一步地，所述支撑横梁内开设有
冷却液通道，冷却液进口和冷却液出口分别在所述支撑横梁的两头。
[0009] 进一步地，所述球形内壳的内侧上均匀分布有数个内腔气孔。
[0010] 进一步地，所述支撑横梁上还有内腔进气口。
[0011] 进一步地，所述外罩体右侧底部开设有外罩过焊口；所述内壳体的右侧底部开设有内壳过焊口；所述外罩过焊口与所述内壳过焊口对齐，在同一中心线上。
[0012] 进一步地，在所述过焊口上面所述拱形外罩内开设有气帘气道，气帘气道入口开在所述拱形外罩的右侧，气帘气道出口朝下在所述外罩过焊口顶部。
[0013] 进一步地，所述外罩体还有2个外腔进气口，分别开设在所述拱形外罩的两侧。
[0014] 进一步地，所述拱形外罩的内侧对着2个所述外腔进气口位置均匀分布有数个外腔气孔。
[0015] 进一步地，所述送丝机构包括送丝轮及送丝
导管，所述送丝导管穿过所述外罩体和所述内壳体
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0017] (1)复合机构的内腔可实现
对焊接等离子体的抑制与控制，通过内腔的空间拘束和氦气的等离子体抑制机制能提高激光能量利用率，在低功率条件下实现高效稳定、低
应力低变形的激光焊接。
[0018] (2)双层腔体结构的独特设计使内腔内的焊接位置与外罩体外的空气之间有过渡区，减少了进入
焊接区域的空气，达到了更好的保护效果，并可在内腔及外腔中使用不同的保护气体，既节约了成本，又实现了良好的保护效果。
[0019] (3)实现了对激光焊接过程的全方位保护，包括即将受热的焊接位置前沿(提前排除空气)、焊接位置及焊后的高温区域。
[0020] (4)实现了在封闭区域进行准确送丝、且焊丝随激光工作头同步移动的功能，可用于激光填丝焊。
[0021] 以下将结合
附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0022] 图1为本发明的一个较佳
实施例的激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构
正面三维示意图；
[0023] 图2为本发明的激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构的仰视图；
[0024] 图3为本发明的实施例一激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构工作示意图；
[0025] 图4为本发明的实施例二激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构工作示意图；
[0026] 其中，1-激光束，2-连接法兰，3-外罩体，4-外腔进气口，5-气帘气道入口，6-待焊金属试板，7-外腔透光窗口，8-焊丝，9-送丝导管，10-送丝轮，11-内腔进气口，12-冷却液进口，13-内壳体，14-内腔气孔，15-内腔透光窗口，16-支撑横梁，17-冷却液出口，18-外腔气孔，19-气帘气道出口，20-焊后金属，21-熔池，22-等离子体，23-熔滴，24-内腔，25-外腔，26-外罩过焊口，27-内壳过焊口。
具体实施方式
[0027] 以下参考
说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0028] 在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0029] 如图1和图2所示，本发明提供了一种激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构，包括外罩体3、内壳体13、送丝机构、支撑横梁16及连接法兰2；外罩体3通过支撑横梁16与内壳体13装配连接，形成双腔体结构；送丝机构和连接法兰2安装在外罩体3上面；外罩体3通过连接法兰2与激光工作头相连接，达到随焊接热源同步移动的效果。
[0030] 外罩体3包括拱形外罩和外腔透光窗口7；外腔透光窗口7安装于拱形外罩顶中心位置；外罩体3右侧底部有一缺口做外罩过焊口26，在外罩过焊口26上外罩体3内有气帘气道，气帘气道入口5开设在外罩体3右侧，气帘气道出口19朝下在外罩过焊口26顶部，惰性保护气体从气帘气道入口5进，从气帘气道出口19出来向下喷，形成一道气帘封住外罩过焊口26，以阻碍外部空气进入外罩体3和焊后金属20。在拱形外罩两侧各有一个外腔进气口4，拱形外罩内侧相对两个外腔进气口4的位置均匀分布有数个外腔气孔18，惰性保护气体从两个外腔进气口4进入经这数个外腔气孔18减速分散进入外腔25。
[0031] 内壳体13包括球形内壳和内腔透光窗口15；内腔透光窗口15安装在球形内壳顶中心位置，与外腔透光窗口7在同一中心线上。内壳体13的右侧底部开有一缺口做内壳过焊口27，与外罩过焊口26对齐，在同一中心线上，以便焊后表面有余高的焊后金属20通过。球形内壳为空心半球体，球形内壳内侧均匀分布有数个内腔气孔14，惰性保护气体从内腔进气口11进入经这数个内腔气孔14减速分散进入内腔24。
[0032] 支撑横梁16内开有冷却液通道，冷却液进口12和冷却液出口17在支撑横梁16的两头，冷却液用于冷却整个装置。支撑横梁16上还有内腔进气口11。
[0033] 送丝机构安装在外罩体3左上部，包括送丝轮10及送丝导管9，送丝导管9穿过外罩体3和内壳体13，使用时通过送丝机构将焊丝8导入焊接位置。
[0034] 将复合机构放置在待焊金属试板6上，内壳体13与待焊金属试板6围成了内腔24，外罩体3、内壳体13和待焊金属试板6围成了外腔25，即外罩体3内侧与内壳体13外侧的空间为外腔25。
[0035] 如图1、图2和图3所示，焊接时，将本发明复合机构放置在待焊金属试板6上，本实施例往左是焊接方向，送丝机构沿
焊缝方向放置。通过连接法兰2使整个机构与激光工作头相连接，焊丝8从送丝导管9进入内腔24内，到达焊接位置。激光束1通过外腔透光窗口7和内腔透光窗口15射至焊接部位，激光束1提供的能量和热量
熔化焊丝8，产生熔滴23，并形成熔池21，使得待焊金属试板6均匀焊接。工作时，同时向外腔进气口4通入惰性保护气体如氩气，氩气经外腔气孔18减速分散进入外腔25内，形成惰性气体保护气罩，可对焊接高温位置进行气体保护。向内腔进气口11通入惰性保护气体如氦气，氦气经支撑横梁16中的保护气管道进入内壳体13内，经内腔气孔14减速分散进入内腔24，内腔体13的空间拘束及填充的氦气在保护内腔形成了等离子体抑制气罩，有效抑制了等离子体22的膨胀与扩张，有利于提高焊接能量利用率，节约激光
能源，稳定焊接过程。另外向内腔冷却液进口12接入循环
冷却水，循环冷却水从内腔冷却液出口17流出，通
过冷却通道冷却整个装置，控制焊接
温度避免
过热。整个焊接过程，复合机构随焊接热源同步移动，焊后金属20从内壳过焊口27和外罩过焊口26通过。
[0036] 实施例一：
[0037] 如图3和图1所示，本实施例选用厚度为8mm的
钢材作为待焊金属试板6，进行激光填丝焊，使用本发明激光填丝焊送丝及全方位气体保护复合机构实现激光焊接送丝及全方位气体保护功能，具体实施步骤如下：
[0038] (1)准备待焊金属试板6：将厚度8mm的钢板侧面打磨平整，去除表面氧化物及污渍后，安装在夹具上，形成对接接头；
[0039] (2)将整个复合机构放置在待焊金属试板6上，使整个机构关于焊缝对称，同时送丝机构沿焊缝方向放置，在外罩体3左侧；
[0040] (3)通过连接法兰2使整个机构与激光工作头相连接，设置离焦量，调节好高度后，装入焊丝8，使焊丝8经送丝导管9导入内腔24内，到达焊接位置；
[0041] (4)设置工艺参数：激光功率设为7kW,焊接速度设为1.2m/min，送丝速度设为5m/min；
[0042] (5)向两个外腔进气口4和气帘气道入口5中通入惰性保护气体氩气，外腔进气口4的氩气气体流量设置为20L/min，气帘气道入口5的氩气气体流量设置为10L/min；
[0043] (6)向内腔进气口11中通入氦气，其气体流量设为15L/min；
[0044] (7)向冷却液进口12接入循环冷却水，冷却液流量设置为5L/min；
[0045] (8)开始焊接，向左是焊接方向，焊接过程中保证内腔24、外腔25及气帘持续通有惰性气体，且冷却通道通有循环冷却水。
[0046] 实施例一是本发明复合机构用于激光填丝焊的过程，其工作示意图见图3。焊丝8随复合机构移动，复合机构通过连接法兰2与激光工作头连接，进而实现了焊丝8随焊接工作头的同步移动；双层腔体保护机构实现了对焊接位置前沿、焊接位置及焊后金属20的全方位保护。同时有效抑制了焊接等离子体的膨胀与扩张。
[0047] 实施例二：
[0048] 如图4和图1所示，本实施例选用厚度为2mm的
钛合金作为待焊金属试板6，进行激光焊接，使用本发明复合机构进行钛合金激光焊接过程的保护，具体实施步骤如下：
[0049] (1)准备待焊金属试板6：将厚度2mm的钛合金板材侧面打磨平整，去除表面氧化物及污渍后，安装在夹具上，形成对接接头；
[0050] (2)将整个复合机构放置在待焊金属试板6上，使整个机构关于焊缝对称；
[0051] (3)通过连接法兰2使整个机构与激光工作头相连接，设置离焦量，调节高度；
[0052] (4)设置工艺参数：激光功率设为5kW，焊接速度设为5m/min；
[0053] (5)向两个外腔进气口4和气帘气道入口5中通入惰性保护气体氩气，外腔进气口4的氩气气体流量设置为20L/min，气帘气道入口5的氩气气体流量设置为10L/min；
[0054] (6)向内腔进气口11中通入氦气，其气体流量设为15L/min；
[0055] (7)向冷却液进口12接入循环冷却水，冷却液流量设置为5L/min；
[0056] (8)开始焊接，向左是焊接方向，焊接过程中保证内腔24、外腔25及气帘持续通有惰性气体，且冷却通道通有循环冷却水。
[0057] 实施例二是本发明复合机构用于激光的过程，其工作示意图见图4。从实施例二的焊后金属20的温度线图可看出，在外罩体3内的焊后金属20从外罩过焊口26处到内壳过焊口27处，200℃至1600℃温度区间的焊后金属都得到了惰性气体保护，有效防止了钛合金的焊后氧化。
[0058] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多
修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由
权利要求书所确定的保护范围内。
