專利名稱：一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
激光焊接是一種常見(jiàn)的激光加工方法，通過(guò)采用氣體保護(hù)來(lái)避免激光作用區(qū)域氧化，從而提高焊縫的質(zhì)量，是一種常用方法。隨著薄鋼板(厚度為O. 2mm左右)在制罐等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其中需要高速成型，要求激光焊接速度高(>30m/min)，同時(shí)由于焊速高，激光聚焦系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)將不再可取，需要焊接 件高速運(yùn)動(dòng)而激光聚焦系統(tǒng)保持不動(dòng)的方式來(lái)完成高速焊接，若采用常規(guī)的同軸、側(cè)吹等氣體保護(hù)裝置無(wú)法達(dá)到避免氧化的目的，故需要對(duì)高速焊接中的夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)激光高速焊接時(shí)現(xiàn)有技術(shù)的氣體保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)法避免氧化的問(wèn)題，提出一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置，以確保焊接件的氣體保護(hù)能力，提高焊接件的焊縫質(zhì)量。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置，包括底板和上蓋板，所述上蓋板為兩塊，通過(guò)螺釘和壓塊與底板連接；所述底板的中間沿焊接方向有一長(zhǎng)型凹槽，所述底板的端面上設(shè)置有氣管，所述氣管與長(zhǎng)型凹槽連通，所述長(zhǎng)型凹槽上面由焊接件蓋住，從而長(zhǎng)型凹槽與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔；所述兩塊上蓋板對(duì)稱地位于底板長(zhǎng)型凹槽的兩側(cè)，上蓋板內(nèi)設(shè)置有空腔，上蓋板上設(shè)置有進(jìn)氣口，上蓋板靠近的底板長(zhǎng)型凹槽的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)氣口，所述進(jìn)氣口、空腔與導(dǎo)氣口依次連通，兩塊上蓋板與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述底板的長(zhǎng)型凹槽主要作用是對(duì)焊接件背面的氣體保護(hù)和防止焊接件與底板粘粘。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述底板的長(zhǎng)型凹槽的寬度一般是焊縫寬度的1-2倍，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述底板上設(shè)置有多個(gè)圓型凹槽，所述圓型凹槽上設(shè)置有磁鐵，用于定位焊接件。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述上蓋板的導(dǎo)氣口為細(xì)長(zhǎng)狹縫，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)由所述上蓋板的密封蓋板和上蓋板的底部形成所述導(dǎo)氣口，上蓋板的底部在導(dǎo)氣口位置為斜坡。
優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述斜坡的角度一般為30-60度。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)所述細(xì)長(zhǎng)狹縫的高度為一般為0. 1-0. 2mm。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點(diǎn)當(dāng)所述裝置用于焊接罐狀焊接件時(shí)，所述底板為圓柱狀，兩塊上蓋板組合成圓柱狀，所述底板的外徑為罐狀焊接件的內(nèi)徑，所述兩塊上蓋板組合的內(nèi)徑定位焊接件的外徑。本發(fā)明針對(duì)焊接件上表面和下表面的不同工況特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于上表面，設(shè)計(jì)了開放式的氣體保護(hù)腔，保證了激光輸入，并通過(guò)帶有進(jìn)氣孔的氣管輸送保護(hù)氣體，經(jīng)由上蓋板的斜坡，與焊接件的上表面形成氣體保護(hù)腔體，對(duì)應(yīng)于下表面，設(shè)計(jì)了封閉式的氣體保護(hù)腔，由底板相對(duì)應(yīng)于激光處理區(qū)域的凹槽輸送保護(hù)氣體，與焊接件的下表面形成氣體保護(hù)腔體，從而完成焊接件的整體氣體保護(hù)。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的底板示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的上蓋板示意圖(去掉密封蓋板)；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的上蓋板示意圖(安裝有密封蓋板)；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的導(dǎo)氣口的示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的氣體保護(hù)夾具裝置的導(dǎo)氣口的斜坡角度與細(xì)長(zhǎng)狹縫高度示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的焊縫上表面形貌(帶有氣體保護(hù)，焊速30m/min)；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的焊縫下表面形貌(帶有氣體保護(hù)，焊速30m/min)；圖9是焊縫形貌(未氣體保護(hù)，焊速30m/min)。
具體實(shí)施例方式下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。本發(fā)明提出在薄鋼板焊接件的焊接夾具上安裝氣體保護(hù)裝置，特別是針對(duì)焊接件的上表面和下表面的氣體保護(hù)分別進(jìn)行的不同的設(shè)計(jì)，從而確保焊接件的氣體保護(hù)能力，提高焊接件的焊縫質(zhì)量。本發(fā)明認(rèn)為在激光作用區(qū)域形成局部氣體保護(hù)腔是達(dá)到避免氧化和氣體保護(hù)作用的關(guān)鍵。特別是焊接件的上表面是開放式的，需要有一定的開口間隙來(lái)確保激光輸入無(wú)阻礙。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置包括底板I和上蓋板2，所述上蓋板2為兩塊，通過(guò)螺釘和壓塊3與底板I連接。如圖2所示，底板的中間沿焊接方向有一長(zhǎng)型凹槽8，底板的端面上設(shè)置有氣管9，所述氣管9與長(zhǎng)型凹槽8連通，所述長(zhǎng)型凹槽8上面由焊接件(圖中未示出)蓋住，從而長(zhǎng)型凹槽8與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔，實(shí)現(xiàn)焊接件下表面的氣體保護(hù)。
底板的長(zhǎng)型凹槽8的寬度一般是焊縫寬度的1-2倍(通常為0. 5_2mm)，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。該長(zhǎng)型凹槽主要作用是對(duì)焊接件背面的氣體保護(hù)和防止焊接件與底板粘粘。底板上設(shè)置有多個(gè)圓型凹槽10，圓型凹槽10上設(shè)置有磁鐵，用于定位焊接件。底板通過(guò)螺紋11將本發(fā)明的裝置與運(yùn)動(dòng)組件(如試驗(yàn)臺(tái)、滑臺(tái)等)連接，通過(guò)螺紋12與上蓋板連接形成整個(gè)氣體保護(hù)夾具裝置。焊接件對(duì)接或搭接安裝于底板I上，將激光作用區(qū)域處于長(zhǎng)型凹槽8中間，通過(guò)底板I上的磁鐵進(jìn)行定位，并用上蓋板2進(jìn)行壓緊。如圖1、圖3和圖4所示,兩塊上蓋板對(duì)稱地位于底板長(zhǎng)型凹槽的兩側(cè),上蓋板內(nèi)設(shè)置有空腔6，上蓋板上設(shè)置有進(jìn)氣口 5，上蓋板靠近的底板長(zhǎng)型凹槽的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)氣口 7，所述進(jìn)氣口 5、空腔6與導(dǎo)氣口 7依次連通，兩塊上蓋板與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔。在本實(shí)施例中，每個(gè)上蓋板有兩個(gè)進(jìn)氣口 5。如圖3和圖4所示，由所述上蓋板的密封蓋板13和上蓋板的底部形成導(dǎo)氣口 7。如圖5所示，上蓋板的底部在導(dǎo)氣口位置為斜坡。導(dǎo)氣口為細(xì)長(zhǎng)狹縫，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。E區(qū)域用于定位上蓋板的位置，一般設(shè)計(jì)為1-1. 5_。密封蓋板13與出氣口斜坡形成一定空隙F，為導(dǎo)氣縫隙結(jié)構(gòu)，主要作用為傳輸保護(hù)氣體，為了保證保護(hù)氣體在焊縫區(qū)域形成穩(wěn)定的氣流，導(dǎo)氣空隙高度h其高度可根據(jù)密封蓋板13與斜坡的相對(duì)位置來(lái)改變，一般設(shè)為0. 1-0. 2mm，隨著導(dǎo)入氣體流量的增加，高度h可以變大。出氣口斜坡的角度為0，如圖6所不，一般為30-60度。對(duì)于其它形狀的工件激光焊接時(shí)，夾具的主體部分設(shè)計(jì)不變，焊接件的上表面氣體保護(hù)是通過(guò)開放式的氣體保護(hù)腔體實(shí)現(xiàn)，由與進(jìn)氣口輸入氣體進(jìn)行保護(hù)，下表面氣體保護(hù)由底板沿焊接方向的長(zhǎng)型凹槽形成封閉式的氣體保護(hù)腔體實(shí)現(xiàn)。而底板和上蓋板的結(jié)構(gòu)需要隨著焊接件的形狀而改變，如焊接罐型薄鋼板的對(duì)接或搭接激光焊接時(shí)，夾具底板的結(jié)構(gòu)調(diào)整為圓柱型，外徑大小定為罐型焊接件的內(nèi)徑，而上蓋板也設(shè)計(jì)成帶有圓弧狀，內(nèi)徑大小定位罐型焊接件的外徑，從而進(jìn)行罐型焊接件的對(duì)接或搭接激光焊接。圖7和圖8分別為采用本發(fā)明的裝置的激光高速焊接后的焊縫上表面和下表面形貌圖。此時(shí)，激光功率為2kW，焊接材料為薄鋼板，厚度為0. 19mm，焊接速度為30m/min，保護(hù)氣體為Ar，上表面的氣體總體流量為40mL/min，下表面的氣體流量為5mL/min。圖9為未用氣體保護(hù)的焊縫形貌。通過(guò)比較兩者的杯突值，有氣體保護(hù)的薄鋼板杯突值為6. 14，而未使用氣體保護(hù)的薄鋼板杯突值為5. 11，可見(jiàn)應(yīng)用本發(fā)明的裝置，可在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)焊接件進(jìn)行防氧化處理，提高了焊接件的焊縫質(zhì)量。綜上所述，本發(fā)明在焊接件的上表面激光作用區(qū)域形成開放式氣體保護(hù)腔，通過(guò)調(diào)整氣體保護(hù)夾具裝置中氣體入射的總流速和氣體保護(hù)腔出口縫隙寬度等兩個(gè)控制參數(shù)，來(lái)確保在高速焊接過(guò)程中激光作用區(qū)域無(wú)氧氣進(jìn)入，在焊接件的下表面形成封閉式的氣體保護(hù)腔，達(dá)到氣體保護(hù)的作用，從而增加焊縫質(zhì)量。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置，其特征在于，包括底板和上蓋板，所述上蓋板為兩塊，通過(guò)螺釘和壓塊與底板連接； 所述底板的中間沿焊接方向有一長(zhǎng)型凹槽，所述底板的端面上設(shè)置有氣管，所述氣管與長(zhǎng)型凹槽連通，所述長(zhǎng)型凹槽上面由焊接件蓋住，從而長(zhǎng)型凹槽與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔； 所述兩塊上蓋板對(duì)稱地位于底板長(zhǎng)型凹槽的兩側(cè)，上蓋板內(nèi)設(shè)置有空腔，上蓋板上設(shè)置有進(jìn)氣口，上蓋板靠近的底板長(zhǎng)型凹槽的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)氣口，所述進(jìn)氣口、空腔與導(dǎo)氣口依次連通，兩塊上蓋板與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述底板的長(zhǎng)型凹槽主要作用是對(duì)焊接件背面的氣體保護(hù)和防止焊接件與底板粘粘。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述底板的長(zhǎng)型凹槽的寬度一般是焊縫寬度的1-2倍，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述底板上設(shè)置有多個(gè)圓型凹槽，所述圓型凹槽上設(shè)置有磁鐵，用于定位焊接件。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述上蓋板的導(dǎo)氣口為細(xì)長(zhǎng)狹縫，長(zhǎng)度為焊接件的長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于， 由所述上蓋板的密封蓋板和上蓋板的底部形成所述導(dǎo)氣口，上蓋板的底部在導(dǎo)氣口位置為斜坡。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于， 所述斜坡的角度一般為30-60度。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于， 所述細(xì)長(zhǎng)狹縫的高度為一般為0. 1-0. 2mm。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 當(dāng)所述裝置用于焊接罐狀焊接件時(shí)，所述底板為圓柱狀，兩塊上蓋板組合成圓柱狀，所述底板的外徑為罐狀焊接件的內(nèi)徑，所述兩塊上蓋板組合的內(nèi)徑定位焊接件的外徑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于薄板激光高速焊接的氣體保護(hù)夾具裝置，包括底板和上蓋板，所述上蓋板為兩塊，通過(guò)螺釘和壓塊與底板連接；所述底板的中間沿焊接方向有一長(zhǎng)型凹槽，所述底板的端面上設(shè)置有氣管，所述氣管與長(zhǎng)型凹槽連通，所述長(zhǎng)型凹槽上面由焊接件蓋住，從而長(zhǎng)型凹槽與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔；所述兩塊上蓋板對(duì)稱地位于底板長(zhǎng)型凹槽的兩側(cè)，上蓋板內(nèi)設(shè)置有空腔，上蓋板上設(shè)置有進(jìn)氣口，上蓋板靠近的底板長(zhǎng)型凹槽的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)氣口，所述進(jìn)氣口、空腔與導(dǎo)氣口依次連通，兩塊上蓋板與焊接件之間形成氣體保護(hù)腔。本發(fā)明針對(duì)焊接件上表面和下表面的不同工況特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)氣體保護(hù)腔，從而完成焊接件的整體氣體保護(hù)。
文檔編號(hào)B23K26/14GK102990233SQ201210493259
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者占劍, 楊明江, 韓延良, 任志遠(yuǎn), 楊兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所