CN102601531A - 一种具有背保护功能的激光焊接夹具 - Google Patents
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Abstract
一种具有背保护气的激光焊接夹具，包括固定底板(1)、左定位板(5)和右定位板(4)，左右定位板(4、5)放置在其上并用螺钉与固定底板(1)固定，其特征在于：所述的固定底板(1)的中心开有一保护气通孔槽(2)，待焊接平板工件(7)对接在其槽上并激光焊接，通气嘴(3)设在保护气通孔槽(2)内，通气嘴(3)中通入惰性保护气体，对焊缝背面进行保护。本发明，由于焊缝正反面都有保护，可以对焊接板材正反双面焊接，采用分解力学的斜面固定结构，使得激光焊接工装结构大为简化，并采用化整为零的分段背保护焊缝功能，灵活适用不同长度的焊缝，双面保护激光焊缝，使得激光焊接材料领域得以拓展，激光器加工能力得到深入开发。
Description
技术领域
本发明涉及应用于各种激光焊接的技术领域，可以对汽车板、船用甲板、飞机甲板、冷热轧板、精密机械零件板、航空航天专用钛合金板材进行激光拼焊的夹具与工装设计的一种具有背保护功能的激光焊接夹具。
背景技术
激光焊接过程中由于其激光的空间高度相干性，其在焊缝处聚焦的作用点极小，很容易穿过工件间隙，使焊接过程无法进行。激光焊接属于精密加工，因此对于激光焊接工件的夹具设计尤为重要，传统激光焊接夹具采用两次固定法，一次为上下对中固定，一次为左右对中固定，采用液压或气动固定，两次定位过程互相影响使得调节很繁复不易调准，激光焊接拼焊夹具***设计庞大且复杂。此外目前我国开展激光焊接应用工艺仅注意对激光焊缝正面的保护，而忽略对于全焊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，焊缝背面金属易于空气的中氧、氢、水分等物质相互反应，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的力学性能，使激光焊接工艺失效。所以对于全焊透型的激光焊接工艺必须对其焊缝背面也采取惰性气体保护。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种具有背保护功能的激光焊接夹具，该夹具可简单有效的满足激光焊接对焊件精密的工装要求，同时还可以对全焊透型焊缝背面提供冶金惰性气体氛围保护，具有结构紧凑，尺寸大小变换多样，适应不同板材，装配精度高等优点。可以广泛用于汽车板、船用甲板、飞机甲板、冷热轧板、精密机械零件板、特殊航空航天专用板材等各种工业制造领域的激光焊接工装要求。
本发明采用的技术方案是：一种具有背保护气的激光焊接夹具，包括固定底板、左定位板和右定位板，待焊接平板工件对称放置并固定在底板上，左右定位板放置在其上并用螺钉与固定底板固定，其特征在于：所述的固定底板的中心开有一保护气通孔槽，待焊接平板工件在其槽上进行激光焊接，通气嘴设在保护气通孔槽内，通气嘴中通入惰性保护气体，对焊缝背面进行保护。
所述的左右斜面定位板的一侧分别设有斜面，斜面中开有定位孔，定位销穿过定位孔和平板工件将定位板与固定底板定位固定。
所述的左右斜面定位板的斜面角度Φ值范围为15°～75°。
所述的激光焊接的接头为对接拼焊或搭接焊接，焊缝为焊透型，熔深与焊接板材厚度比值范围为0.5～1。
所述保护气通孔槽可以是一个，也可以是多个。
所述的激光焊接的光源包括半导体激光器、光纤激光器、碟片激光器、全固态激光器、灯泵固体激光器、二氧化碳激光器，以及以上各种激光与其它热源的复合激光焊接。
本发明，由于焊缝正反都有保护，可以对焊接板材正反双面焊接采用分解力学的斜面固定结构，使得激光焊接工装结构大为简化，并采用化整为零的分段背保护焊缝功能，灵活适用不同长度的焊缝，双面保护激光焊缝，使得激光焊接材料领域得以拓展，激光器加工能力得到深入开发。该夹具可简单有效的满足激光焊接对焊件精密的工装要求，同时还可以对全焊透型焊缝背面提供冶金惰性气体氛围保护，具有结构紧凑，尺寸大小变换多样，适应不同板材，装配精度高等优点。可以广泛用于汽车板、船用甲板、飞机甲板、冷热轧板、精密机械零件板、特殊航空航天专用板材等各种工业制造领域的激光焊接工装要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是左右斜面定位板斜面角度力学分解示意图。
图4是保护气通孔槽截面图。
具体实施方式
由图1知，一种具有背保护气的激光焊接夹具，包括固定底板1、左定位板5和右定位板4，左右定位板4、5分别设置在固定底板1的上方并用螺钉6固定，固定底板1的中心开有一保护气通孔槽2，待焊接平板工件7在其槽上进行激光焊接，通气嘴3设在保护气通孔槽2内，通气嘴3中通入惰性保护气体，对焊缝背面进行保护。
由图2知，是图1的剖视图。待焊接的两块平板工件7对称放置在固定底板1的中心，左右斜面定位板4、5的两侧分别设有斜面，斜面中开有定位孔，定位销6穿过定位孔和平板工件7将左右斜面定位板4、5与固定底板1定位固定。定位销6与固定底板1可以是螺纹连接，或是液压接触连接。保护气通孔槽2在固定底板1的中心、焊缝正下方与通气嘴3相连，焊接接头为激光对接拼焊和搭接焊接头，焊缝为焊透型，焊接过程中输出惰性保护气体保护全焊透型焊缝背面。激光焊缝全焊透时，会有部分激光和热量辐射传递到焊缝正下方的保护气通孔槽2，为让该类型装置安全使用，保护气通孔槽2采用对激光有高反射率、且具有高热导系数的金属材料，确保装置的长期稳定使用。对于焊透型焊缝，焊缝熔深与焊接板材厚度比值范围为0.5～1，扩大了激光最大焊接熔深。
由图3知，是左右斜面定位板斜面角度力学分解示意图。左右斜面定位板4、5的斜面角度Φ值范围为15°～75°。斜面角度Φ根据实际的焊接材料属性和尺寸厚度，以及焊接的效果来确定需要多大斜面角度Φ而最终确定。定位销6固定焊接材料即两块平板工件7，定位销6与定位板斜面的作用垂直向下，产生作用力F，根据力学作用分解原理，可以将定位销6产生的作用力分解为对焊接板材向下压紧的力FcosΦ，和指向焊接板材焊缝中心的水平作用力FsinΦ，其中向下压紧力FcosΦ将焊接板材定位在固定底板1上，保证焊接板材的上下水平对齐，水平作用力FsinΦ将平板工件向焊缝中心对中靠拢，保证焊缝左右对齐，使焊缝间隙减至最小，达到激光焊接的工装要求，实现激光焊接对焊接工装的精密要求。
由图4知，是保护气通孔槽截面图。保护气通孔槽2可以是一个，也可以是多个，多个组合使用保护气通孔槽2适合于长焊缝，单个的适合于短焊缝，以对应不同的焊缝长度要求。既满足焊接功能的要求，降低对保护气通孔槽2的机械加工难度，还可以节约惰性气体资源。
本发明，对于焊接材料对空气中氧、氢、氮、水等成分元素敏感的金属和非金属材料都能适用。对于不同长度的焊缝，在短焊缝和长焊缝交替工作中，可灵活单个使用或多个组合使用保护气通孔槽，可确保长焊缝背保护得的全覆盖，短焊缝时不浪费宝贵的惰性气体资源。本发明可用于熔焊和深熔焊，使用到的焊接光源包括半导体激光器、光纤激光器、碟片激光器、全固态激光器、灯泵固体激光器、二氧化碳激光器，以及以上各种激光与其它热源的复合激光焊接。
Claims (6)
1.一种具有背保护气的激光焊接夹具，包括固定底板(1)、左定位板(5)和右定位板(4)，左右定位板(4、5)放置在其上并用螺钉与固定底板(1)固定，其特征在于：所述的固定底板(1)的中心开有一保护气通孔槽(2)，待焊接平板工件(7)对接在其槽上并激光焊接，通气嘴(3)设在保护气通孔槽(2)内，通气嘴(3)中通入惰性保护气体，对焊缝背面进行保护。
2.根据权利要求1所述的一种具有背保护气的激光焊接夹具，其特征在于：所述的左右斜面定位板(4、5)的一侧分别设有斜面，斜面中开有定位孔，定位销(6)穿过定位孔和平板工件将定位板与固定底板定位固定。
3.根据权利要求1所述的一种具有背保护气的激光焊接夹具，其特征在于：所述的激光焊接的接头为对接拼焊或搭接焊接，焊缝为焊透型，熔深与焊接板材厚度比值范围为0.5～1。
4.根据权利要求1所述的一种具有背保护气的激光焊接夹具，其特征在于：所述的左右斜面定位板(4、5)的斜面角度Φ值范围为15°～75°。
5.根据权利要求1所述的一种具有背保护气的激光焊接夹具，其特征在于：所述的保护气通孔槽(2)可以是一个，也可以是串接多个。
6.根据权利要求1所述的一种具有背保护气的激光焊接夹具，其特征在于：所述的激光焊接的光源包括半导体激光器、光纤激光器、碟片激光器、全固态激光器、灯泵固体激光器、二氧化碳激光器，以及以上各种激光与其它热源的复合激光焊接。
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