[实用新型]一种具有侧吹气背保护功能的激光焊接夹具有效

专利信息
申请号: 201721216822.9 申请日: 2017-09-21
公开(公告)号: CN207386843U 公开(公告)日: 2018-05-22
发明(设计)人: 刘峥;陈俐;何恩光 申请(专利权)人: 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所
主分类号: B23K26/70 分类号: B23K26/70;B23K26/24
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100024 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 吹气 保护 功能 激光 焊接 夹具
【说明书】:

本实用新型涉及一种具有侧吹气背保护功能的激光焊接夹具,包括底板、垫板、压板、气盒、铜板、前端板、后端板、快速压头和压块,左气盒和右气盒平行放置于底板工作平面上,所述左气盒和右气盒相对的侧面均分布有多排出气小孔,左气盒和右气盒的另一侧面均设置有进气口,惰性气体从进气口输入,穿过气盒内空腔,从出气小孔排入背保护气槽内;待焊工件置于铜板上表面,焊缝与背保护气槽中心线重合,工件两端分别压上压块并通过快速压头进行约束。其不仅可通过控制背保护气槽内部气体的流动,达到改善焊缝根部成形、控制熔池背面飞溅和咬边等缺陷目的,也可简单有效的满足激光焊接对焊件精度的工装要求,具有结构紧凑,装配精度高,适应不同板材。

技术领域

本实用新型涉及一种具有侧吹气背保护功能的激光焊接夹具, 属于激光焊接技术领域。

背景技术

激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的一种高效精密的焊接方法。激光焊对于一些特殊的材料及结构的焊接具有非常重要的作用,这种焊接方法在航空航天、电子、汽车制造、核工业等高新技术领域中的应用日益增多。薄板对接或搭接结构在飞机结构、船舶结构、汽车结构等方面应用较广。然而,目前开展的激光焊接应用工艺仅注意对激光焊缝正面的保护,而忽略对于全熔透型焊缝的背面保护,对于一些特殊合金材料(钛合金),其在焊透的情况下,焊缝背面金属易与空气中的氧、氢、氮等元素相互反应,生成其它物质,从而导致焊缝冶金缺陷,并严重影响最终焊缝力学性能,使激光焊接工艺失效,因此对于全熔透型焊缝的背面保护极其重要。另外,在全熔透焊接过程中,背面保护气吹气方式的不同会改变熔池根部的表面张力和热源作用,从而影响焊缝背面成形,吹气方式不当会导致焊缝背面粘连的金属飞溅增多以及导致焊缝根部易产生咬边缺陷,因此采用合适的背保护吹气方式也极其关键。

目前,常用的具有背保护功能激光焊接夹具所采用的背保护方式为铜管底部吹气,该类型夹具存在以下几个问题:①采用铜管底部吹气的方式,熔池背面的背保护气流流速快、不均匀且扰动较大,保护气流垂直分量大,其对小孔和熔池的冲击效果强,破坏小孔受力平衡,引起小孔形状的不断振荡,进而造成熔池的不稳定和焊缝表面成形不均匀,甚至会产生较大的咬边缺陷;此外,背保护气槽内保护气体的不均匀流动增加熔池根部热量的散失,影响焊缝根部的液态金属表面张力流动,从而不利于熔池中心的液态金属向两侧铺展,导致焊缝背面熔宽有所减小;②铜管与工件间距小,全熔透焊接时激光束照射到铜管表面向熔池根部反射,反射的激光束热源作用于熔池根部所产生的金属蒸汽反冲压力导致焊缝背面飞溅数量增多,又由于背保护气槽空间狭小金属飞溅空间受限,因此更多的金属飞溅粘连到焊缝及其周围母材;③铜管长期暴露在激光束照射之下易被烧蚀;④背保护气槽尺寸固定不变无法参数化调节。因此,对于全熔透型焊缝,为了控制背保护气槽内气流的不均匀流动,减少熔池热量的散失,改善焊缝背面成形缺陷,避免激光对背保护装置的烧蚀,实现气槽尺寸的参数化调节,必须设计合理的激光焊接夹具来解决此类问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足,本实用新型提供了一种具有侧吹气背保护功能的激光焊接装置,其通采用侧吹方式的背保护装置,实现对背面保护气流的控制,惰性气体通过背保护气盒均布的进气嘴进入,穿过气盒内空腔流速减缓,从数量多均匀分布的多排小孔水平吹出,气体流速缓慢而均匀,由于气流的垂直分量较小,对熔池的动量冲击效果不明显,有利于维持激光深熔焊过程中的小孔受力平衡,使熔池保持稳定并在凝固过程中形成均匀的焊缝;且均匀的侧吹气流使熔池背面热量散失少、保温效果好,有利于熔池根部液态金属向焊缝两侧铺展,既增加了焊缝背面宽度也减小了咬边倾向。另外,其采用侧吹式背保护方式,相比于铜管底部吹气方式,通过影响焊缝根部固-液-气三相界面张力更有利于熔池根部液态金属向焊缝两侧铺展,从而减小了焊缝根部的咬边倾向;相比于在焊缝背面布置高反射率铜管,本实用新型的夹具可有效减弱反射的激光束对熔池根部的作用,从而减小熔池根部金属蒸汽反冲压力,因此焊缝背面飞溅数量减少,同时背保护气槽空间增大,熔池背面产生的金属飞溅更多地向气槽下面飞落,因此粘连到焊缝及其母材周围的金属飞溅数量减少,达到提高焊缝表面质量的目的;采用侧吹方式的背保护功能可以避免激光对背保护装置的烧蚀问题;背保护气槽宽度可以实现灵活调节。

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