[发明专利]一种基于自动铺粉的大厚度钛合金窄间隙激光焊接装置与方法

权利要求书

1.一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接装置，包括导轨运动系统、金属粉末分发装置、密闭氩气箱、控制系统以及激光焊接设备，其特征在于：

(1)导轨运动系统：由2条Y向导轨、1条X向导轨、传动机构以及驱动机构组成。传动机构包括主动轮、传动轮、同步带以及滑台，驱动机构即伺服电机，电机工作时，主动轮驱动传动轮转动。X向导轨两端分别悬挂于两侧的Y向导轨，两条Y向导轨固定于箱体壁，外设的两组驱动机构共同配合，实现X向导轨在Y-方向上的移动。X向导轨外设的驱动机构则驱动滑台，实现其沿X-方向移动。

(2)粉末分发装置：包括送粉头、刮刀及铺粉辊，金属粉末送入窄间隙坡口后，由刮刀铺平，并由铺粉辊压实。粉末分发装置与滑台固连，依托导轨系统在水平面内的运动，从而实现在窄间隙坡口的送粉、铺粉。

(3)密闭氩气箱与控制系统：氩气箱为气密性良好的封闭箱体，顶部安装有透明低反射玻璃，内部设有可自动升降的装夹平台，用于焊接过程中固定钛合金板材。导轨运动系统、粉末分发装置以及可升降装夹平台均与控制器相连，总控制面板集成于氩气箱体壁，可实现对内部装置的控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接装置，其特征在于：送粉口侧壁安装有振动器，随送粉口打开而启动，避免送粉过程中出现卡粉的情况，送粉结束随即关闭。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接装置，其特征在于：密闭氩气箱的进气口位于箱体下部，并通过气管、快插与高纯氩气瓶连接，出气口位于箱体上部，随着氩气的通入，可将箱体内部的空气逐渐排出。

4.一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接方法，其特征在于：将待焊大厚度钛合金板材拼接并固定在可升降平台上，关闭箱门，打开气阀使箱体内部充满氩气。基于导入的拼接钛合金板CAD模型，由控制器计算每层焊缝的送粉量。启动粉末分发装置，控制器在板材坡口前端打开送粉口，将金属粉末送入坡口，并由刮刀、铺粉辊碾平，装置到达板材坡口末端时，关闭送粉口。整个送粉过程中，振动器保持开启状态。铺粉结束后，将装夹平台上升至一定高度后，开始激光焊接实验。重复以上操作，最终完成大厚度钛合金板材的拼接。

5.根据权利要求4所述一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接方法，其特征在于：考虑到金属粉末在激光焊接过程中的烧损，控制器在计算每层焊缝的送粉量时，将额外考虑4％的粉末烧损率。

6.根据权利要求4所述一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接方法，其特征在于：粉末分发装置单位时间内的出粉速度保持恒定，通过调节滑台及粉末分发装置沿导轨的运动速度，实现对送粉量的控制。

7.根据权利要求4所述一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接方法，其特征在于：利用低反射玻璃的透光性，焊接过程中激光束可直接透过玻璃，熔化金属粉末和部分母材，形成熔融焊缝，实现大厚度钛合金板材在密闭环境下的激光填粉焊接过程。