CN112008242A - 一种激光焊接辅助结构、激光焊接装置和激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光焊接辅助结构、激光焊接装置和激光焊接方法。该结构包括顺序设置且同轴安装的喷嘴、同轴管和锥形环，喷嘴、同轴管和锥形环内部沿轴向方向设有贯穿的中空结构；同轴管在中空结构的外部设有环形气腔，环形气腔在靠近喷嘴的一端设有膨大的端部，端部装设有带有透气孔能够透气的环形片，同轴管外部靠近锥形环的一端设有将环形气腔与外部相连通的第一进气口；第一保护气体从第一进气口进入环形气腔，再经过环形片喷射出同轴管并射向工件；同轴管外部还设有第二进气口，第二保护气体从第二进气口进入中空结构，在中空结构内沿激光传播方向射向工件。相比于现有技术，能够有效抑制蒸汽羽烟、稳定熔池及小孔、保护焊缝。

Description

一种激光焊接辅助结构、激光焊接装置和激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接辅助结构、激光焊接装置和激光焊接方法。

背景技术

蒸气羽烟是激光焊接过程中产生的一个重要物理现象，对激光焊接过程的稳定性具有重要影响，同时，焊缝保护是提高激光焊焊缝质量的另一个重要因素，尤其是在大功率激光焊接情况下，蒸气羽烟激烈且处于不断变化的不稳定状态，常规气体辅助装置已无法满足蒸气羽烟抑制和焊缝保护的要求，熔池及小孔稳定性差，常造成严重的飞溅、塌陷及焊缝氧化烧损等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种激光焊接辅助结构、激光焊接装置和激光焊接方法，相对于现有技术，能够有效抑制蒸汽羽烟、稳定熔池及小孔、保护焊缝，提高焊接质量，同时具有良好的应用的灵活性。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一方面本发明实施例公开了一种激光焊接辅助结构，包括顺序设置且同轴安装的喷嘴、同轴管和锥形环；

所述喷嘴、同轴管和锥形环内部沿轴向方向设有贯穿的中空结构，用于供激光束直线穿过；

所述同轴管在所述中空结构的外部还设有环形气腔，所述环形气腔在靠近所述喷嘴的一端设有膨大的端部，且所述端部装设有能够透气的环形片，所述同轴管外部靠近所述锥形环的一端设有将所述环形气腔与外部相连通的第一进气口；

外部第一保护气体从所述第一进气口进入所述环形气腔，再经过所述环形片喷射出所述同轴管并射向工件；

所述同轴管外部还设有第二进气口，第二进气口与所述同轴管的中空结构相连通，外部第二保护气体从所述第二进气口进入所述中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件。

可选的，所述喷嘴上靠近所述环形片的位置还套设有环形板，所述环形板中部在围绕所述喷嘴的***设有凸出的同轴凸台，所述同轴凸台抵顶在所述环形片上，用于将所述环形板和环形片的两个平面隔开，在所述环形板与环形片之间形成环形缝隙，所述环形板上设置有过气孔；

所述喷射出所述同轴管的第一保护气体中的一部分沿所述环形缝隙的径向方向喷射出去，一部分进入所述环形板，并经过所述环形板的过气孔射向工件。

进一步的，所述环形片上设置有透气孔，且所述环形片上透气孔的孔径大于所述环形板上过气孔的孔径。

可选的，所述同轴管包括内环实体和外环实体，所述内环实体形成中空结构，外环实体与内环实体之间形成环形气腔，在所述同轴管靠近所述锥形环的一端，所述内环实体倾斜弯向所述外环实体并与所述外环实体相连接将环形气腔形成单独封闭的空间；

所述锥形环包括有锥形部，所述锥形部位于所述同轴管内，且与所述同轴管的内环实体的倾斜部分形成间隙结构，所述间隙结构与所述同轴管内的中空结构相连通；

所述第二进气口将所述间隙结构与外部相连通；

外部第二保护气体从所述第二进气口进入所述间隙结构，再进入所述同轴管内的中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件，形成同轴保护气体。

进一步的，所述锥形环上还设有一圈斜孔，所述斜孔一端与所述间隙结构相连通，另一端与所述锥形环的内部中空结构相连通，所述斜孔沿与激光传播方向相反的方向倾斜。

可选的，所述喷嘴与所述同轴管活动连接，所述喷嘴伸出所述同轴管的长度可调。

可选的，所述激光焊接辅助结构还包括气窗和压缩空气组件；

所述气窗一端与所述锥形环同轴活动安装，所述锥形环伸出所述气窗的长度可调，所述气窗的另一端与所述压缩空气组件相连接，所述气窗内部中空，侧面设有将所述气窗内部的中空结构与外部空气相连通的窗口；

所述压缩空气组件设置于所述气窗背离所述锥形环的端面上，且位于所述气窗内的中空结构的旁边；

所述压缩空气组件的相对两端设有贯穿的气缝，所述气缝一端与外部相连通，一端指向所述激光焊接辅助结构的轴线，压缩空气从外部进入气缝，并沿所述气窗内的中空结构直吹出所述激光焊接辅助结构。

进一步的，所述激光焊接辅助结构还包括用于与外部相连接的连接板；

所述连接板一端与所述气窗相连接，另一端与所述压缩空气组件相连接，所述连接板的横截面大于所述气窗和压缩空气组件的横截面；

所述连接板上设有与所述中空结构同轴线设置且相连通的贯穿孔，所述压缩空气组件设置于所述连接板背离所述气窗的端面上，且位于所述连接板的贯穿孔的旁边。

第二方面本发明实施例公开了一种激光焊接装置，其特征在于，包括激光焊接头和前面所述的激光焊接辅助结构；

所述激光焊接辅助结构的中空结构对准所述激光焊接头的出光口且同轴设置。

第三方面本发明实施例公开了一种利用前面所述的激光焊接装置进行激光焊接方法，包括：

步骤1、将工件放置在激光焊接装置底部并对准激光焊接头的出光口；

步骤2、移动激光焊接头至工件的焊缝上方并调节激光束至预设焦点位置；

步骤3、调节喷嘴与工件之间的距离至预设高度；

步骤4、分别设置第一进气口和第二进气口的进气压力，以使外部第一保护气体和第二保护气体各自按照预设的压力射向工件；

步骤5、设置激光焊接参数，根据所述激光焊接参数发射激光光束至所述焊缝进行激光焊接。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下效果：

本发明提供的激光焊接辅助结构，在同轴管的中空结构的外部还设置有环形气腔和第一进气口，外部第一保护气体从第一进气口进入环形气腔，再从环形气腔的环形片出来，形成环形保护气体射向工件，环形保护气体可以排除焊缝及熔池周围的空气，提高熔池和小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生和焊缝氧化；同时通过在同轴管外部设有与中空结构相连通的第二进气口，外部第二保护气体从第二进气口进入中空结构进而形成同轴保护气射向工件，可以抑制蒸气羽烟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中激光焊接辅助结构的结构示意图；

图2为图1中的激光焊接辅助结构的***图；

图3为图1沿轴线方向的剖视图；

图4为本发明实施例中的保护气体(包括第一保护气体和第二保护气体)流向的示意图；

图5为本发明实施例中的激光焊接装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中的激光焊接方法的流程示意图。

附图标记说明：

1、喷嘴；2、同轴管；21、环形气腔；211、端部；22、环形片；226、环形缝隙；23、第一进气口；24、第二进气口；25、外环实体；26、内环实体；3、锥形环；31、锥形部；32、间隙结构；33、斜孔；4、气窗；41、窗口；5、压缩空气组件；51、气缝；52、压缩空气进气嘴；6、环形板；61、过气孔；62、同轴凸台；6、环形板；7、连接板；71、贯穿孔；72、定位孔；8、螺母；91、第一保护气体；911、环形保护气体；912、环形气帘；92、第二保护气体；921、同轴保护气体；100、激光焊接辅助结构；200、激光焊接头；201、安装块；202、连接板；203、激光束；300、工件；301、小孔；302、熔池；303、蒸汽羽烟。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种激光焊接辅助结构，请同时参阅图1、图2、图3、图4和图5，图1为本发明实施例中激光焊接辅助结构的结构示意图；图2为图1中的激光焊接辅助结构的***图；图3为图1沿轴线方向的剖视图，图4为保护气体(包括第一保护气体和第二保护气体)流向的示意图，图5为本发明实施例中的激光焊接装置的结构示意图。

所述激光焊接辅助结构100包括顺序设置且同轴安装的喷嘴1、同轴管2、锥形环3、气窗4和压缩空气组件5。

所述喷嘴1、同轴管2、锥形环3、气窗4和压缩空气组件5内部沿轴向方向设有贯穿的中空结构，用于供激光束203直线穿过。具体的，如图5所示，进行激光焊接时激光焊接辅助结构100的喷嘴1对准工件300设置，尤其是对准工件300的焊缝位置；激光束203从激光焊接辅助结构100背离喷嘴1的一端射入中空结构，在中空结构内直线传播，并从喷嘴1射出后，射向工件300。

如图3所示，所述同轴管2在所述中空结构的外部还设有环形气腔21，所述环形气腔21在靠近所述喷嘴1的一端设有膨大的端部211，且所述端部211装设有能够透气的环形片22，所述同轴管2外部靠近所述锥形环3的一端设有将所述环形气腔21与外部相连通的第一进气口23。

具体的，本实施例中的同轴管2包括内环实体26和外环实体25，内环实体26形成中空结构，外环实体25与内环实体26之间形成环形气腔21，外环实体25在靠近喷嘴1的一端向外弯曲使得环形气腔21的横截面膨大，外环实体25和内环实体26之间膨大的位置处设置能够透气的环形片22，环形片22的横截面与环形气腔21的横截面相适应，外部第一保护气体91从所述第一进气口23进入所述环形气腔21，外部第一保护气体91进入环形气腔21后再经过所述环形片22喷射出所述同轴管2并射向工件300。

可选的，同时参阅图3和图4，在本实施例中，环形片22可以为带有透气孔的片状结构，透气孔在环形片22上均匀分布，第一保护气体91从透气孔射向工件300，形成环形保护气体911。环形保护气体911用于排空工件300焊缝周围的空气，保护焊接熔池302及高温焊缝，而且由于覆盖面积大，可排除熔池302周边空气，提高焊接过程稳定性及焊缝保护质量；通过调节环形保护气体911的压力，使其气流喷射柔和，不影响蒸气羽烟303向上方周边扩散，避免了蒸气羽烟303覆盖于工件300表面造成污染。

进一步的，所述喷嘴1上靠近所述环形片22的位置还套设有环形板6，所述环形板6中部在围绕所述喷嘴1的***设有凸出的同轴凸台62，所述同轴凸台62抵顶在所述环形片22上，用于将所述环形板6和环形片22的两个平面隔开，在所述环形板6与环形片22之间形成环形缝隙226，所述环形板6上设置有过气孔61；所述喷射出所述同轴管2的第一保护气体91中的一部分沿所述环形缝隙226的径向方向喷射出去，一部分进入所述环形板6，并经过所述环形板6的过气孔61射向工件300。

在本实施例中，所述环形片22可以为环形滤片，例如，环形滤片采用铜滤片制作，具有一定的透气率，出气均匀，具有较大的环形喷气面积，出气压力可调。

在一些实施例中，所述环形片22上设置有透气孔，且所述环形片22上透气孔的孔径大于所述环形板6上过气孔61的孔径。这样设置的好处是从环形片22出来的气流在分给环形缝隙226一部分后从环形板6出来的气流仍然能保持较大的气流。

外部第一保护气体91从所述第一进气口23进入所述环形气腔21，如图4所示，外部第一保护气体91进入环形气腔21后再经过所述环形片22喷射出所述同轴管2，所述喷射出所述同轴管2的第一保护气体91一部分沿所述环形缝隙226的径向方向喷射出去，形成环形气帘912(参阅图4中的912)，一部分进入所述环形板6，并经过所述环形板6的过气孔61射向工件300形成环形保护气体911(参阅图4中的911)。环形保护气体911用于排空工件300焊缝周围的空气，保护焊接熔池302及高温焊缝，而且由于覆盖面积大，可排除熔池302周边空气，提高焊接过程稳定性及焊缝保护质量；通过调节环形保护气体911的压力，使其气流喷射柔和，不影响蒸气羽烟303向上方周边扩散，避免了蒸气羽烟303覆盖于工件300表面造成污染；环形气帘912能够进一步扩大保护范围，减少高温焊缝暴露于空气中造成氧化。

在焊接过程中，工件300上的小孔301可能会产生蒸汽羽烟303，为保证焊接效果，环形保护气体911压力需适中，环形保护气体911压力过小则排空效果差，不利于熔池302及小孔301的稳定，还易造成焊缝氧化；环形保护气体911压力过大则不利于蒸气羽烟303向上方扩散，易使蒸气羽烟303附着于工件300表面造成污染。

将环形保护气体911的出气压力设置为可调节。通过预设至一定高度均匀喷出较低压力的气流，有利于从小孔301中喷射出来的蒸气羽烟303向上方周边区域扩散，避免蒸气羽烟303附着于工件300表面造成黑烟污染。

由于本实施例中的环形保护气体911本身具有较大的喷气面积，可较好的排除熔池302周围的空气，提高熔池302和小孔301的稳定性，减少焊接缺陷的产生。

环形气帘912向外喷射，起到向外扩大保护范围的作用，进一步提高熔池302及高温焊缝的保护效果，减少焊缝氧化。

本实施例中，为了使第一保护气体91进入环形气腔21内，出来的环形保护气体911和环形气帘912的气流能够达到比较好的效果，例如说环形保护气体911的气流要大于环形气帘912的气流，可以通过控制环形片22与环形板6之间的缝隙宽度以及环形板6上的过气孔61的大小和密度来控制环形保护气体911的气流和环形气帘912的气流比，例如在本实施例中，环形保护气体911的气流和环形气帘912的气流比为3：7,即环形保护气体911占从环形片22出来的第一保护气体91的30％，而环形气帘912占从环形片22出来的第一保护气体91的70％。

在具体调试的过程中，参阅图5，当外部的激光焊接装置与工件300安装好，激光焊接头200移动至工件300的焊缝上方并调节激光束203至预设焦点位置，调节喷嘴1与工件300之间的距离至预设高度后，先根据经验预设第一进气口23和第二进气口24的进气压力，然后输入焊接参数开始进行焊接，观察焊接过程中蒸气羽烟303的抑制情况及焊接效果，来确定环形保护气体911的出气压力和环形气帘912的出气压力是否可行，如果可行则不需要进行优化调整，如果不可行则进行优化调整。

优化调整的思路方法包括：

一方面调节第一进气口23的进气压力，即进入环形气腔21的第一保护气体91的进气气压，进而改变环形保护气体911和环形气帘912的出气压力；

参阅图3和图4，另一方面由于环形保护气体911的吹气高度，距离过大则环形保护气体911的排空效果减弱，距离过小则影响蒸气羽烟303的扩散效果，则可以调节环形保护气体911的吹气高度来进行优化。可选的，在本实施例中，将环形板6的高度设为可调，即可实现改变环形保护气体911的吹气高度。具体的，在本实施例中，所述气窗4内部中空，所述激光焊接辅助结构100的中空结构，从所述喷嘴1一直贯穿至所述气窗4；所述气窗4一端与所述锥形环3同轴活动安装，所述锥形环3伸出所述气窗4的长度可调，锥形环3与同轴管2、喷嘴1、环形板6固定连接，通过调节锥形环3伸出所述气窗4的长度进而调节环形板6的高度，以实现改变环形保护气体911的吹气高度的目的。当调节好锥形环3伸出所述气窗4的长度后通过螺母将锥形环3和气窗4锁紧。气窗4的另一端与所述压缩空气组件5相连接。

所述同轴管2外部还设有第二进气口24，第二进气口24与所述同轴管2的中空结构相连通，外部第二保护气体92从所述第二进气口24进入所述中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件300，形成同轴保护气体921。

具体的，在本实施例中，在所述同轴管2靠近所述锥形环3的一端，所述内环实体26倾斜弯向所述外环实体25并与所述外环实体25相连接将环形气腔21形成单独封闭的空间；

所述锥形环3包括有锥形部31，所述锥形部31位于所述同轴管2内，且与所述同轴管2的内环实体26的倾斜部分形成间隙结构32，所述间隙结构32与所述同轴管2内的中空结构相连通；所述第二进气口24将所述间隙结构32与外部相连通；外部第二保护气体92从所述第二进气口24进入所述间隙结构32，再进入所述同轴管2内的中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件300，形成同轴保护气体921。

具体的，锥形环3的外周与同轴管2的外环实体25内壁固定连接，锥形部31位于同轴管2的外环实体25所形成的中空结构的内部，内环实体26倾斜弯向所述外环实体25并与所述外环实体25相连接，内环实体26倾斜的部分与锥形环3的锥形部31形成间隙结构32，且内环实体26倾斜的部分刚好对应锥形部31的位置，使形成的间隙结构32为锥形间隙，内环实体26倾斜的部分与外环实体25相连接且将环形气腔21形成单独封闭的空间，同时将外环实体25与内环实体26之间形成的环形气腔21和间隙结构32隔离成相互不连通的两个保护气体流通的通道。外部第二保护气体92从第二进气口24进入间隙结构32，沿间隙结构32进入同轴管2的外环实体25所形成的中空结构内部，在整个中空结构内沿激光传播方向射向工件300形成同轴保护气体921。

请参阅图4，在焊接过程中，工件300上的小孔301可能会产生蒸汽羽烟303，同轴保护气体921正对蒸汽羽烟303的中心区域，可以对蒸气羽烟302中心区域进行压制。为了实现对蒸气羽烟303不同程度的抑制效果，可以调节同轴保护气体921的出气压力，抑制蒸气羽烟303的在激光束203入射路径上的喷射高度，进而减少其对激光束203的干扰，提高焊缝成形的均匀性并保证焊缝熔深，同时，同轴保护气体921还可对熔池302局部进行气体保护。为保证焊接效果，同轴保护气体921压力需适中，同轴保护气体921压力过小则无法抑制蒸气羽烟303的高度，入射激光束203受蒸气羽烟303的干扰大，造成熔池302及小孔301稳定性差，影响焊接质量；同轴保护气体921压力过大则会将蒸气羽烟303压制于工件300表面，造成工件300表面黑烟附着，影响工件清洁度，甚至影响熔池302和小孔301的稳定性，影响焊缝质量。

通过观察蒸汽羽烟303中心区域的抑制效果来判断同轴保护气体921的出气压力是否合适，如果合适则不需要进行优化调节，但是若不合适则需要进行优化调节。

具体优化调节的方法思路可以包括：

一方面调节第二进气口24的进气压力，即进入激光焊接辅助结构100内的第二保护气体92的气压，进而改变同轴保护气体921的出气压力；

另一方面还可以通过调节喷嘴1进行焊接效果优化，由于喷嘴1下端距离工件300上表面之间的距离即同轴保护气体921的吹气高度，距离太小则不利于蒸气羽烟303向上扩散，还易造成喷嘴1烧损，距离过大则同轴保护气体921对蒸气羽烟303的压制效果差，通过调节喷嘴1下端距离工件300表面之间的距离，相当于调节同轴保护气体921的吹气高度，以达到焊接效果的优化。参阅图3，本实施例中，所述喷嘴1与所述同轴管2活动连接，所述喷嘴1伸出所述同轴管2的长度可调。可以通过调节喷嘴1伸出所述同轴管2的长度进而改变喷嘴1下端面到工件300上表面之间的距离。更具体的，在本实施例中，环形板6带同轴凸台62的一侧抵顶在环形片22上，而环形板6的下端通过螺母8锁紧。喷嘴1与同轴管2、环形板6、螺母8之间都为活动连接，使得喷嘴1伸出同轴管2的距离可调。

进一步的，所述锥形环3上还设有一圈斜孔33，所述斜孔33一端与所述间隙结构32相连通，另一端与所述锥形环3的内部中空结构相连通，所述斜孔33沿与激光传播方向相反(图3中向上)的方向倾斜。

具体的，斜孔33沿与间隙结构32相反的方向，外部第二保护气体92从第二进气口24进入间隙结构32后，分成两部分，一部分沿间隙结构32进入同轴管2的内环实体26所形成的中空结构内部，形成同轴保护气体921，另一部分沿斜孔33进入锥形环3内的中空结构，在锥形环3内的中空结构内沿与激光传播方向相反(图3中向上)的方向喷射，形成排空气体，用于排空锥形环3内上方的空气，可以避免位于锥形环3以上的空气卷入同轴保护气体921中，空气卷入同轴保护气体921，会导致焊缝氧化，这样设置就可以避免锥形环3上方的空气卷入同轴保护气体921中再通过中空结构流向工件300进而造成焊缝氧化。

在本实施例中，为了使第二保护气体92进入整个装置的中空结构内，形成的同轴保护气体921和排空气体气流能够达到比较好的效果，例如说同轴保护气体921的气流大于排空气体的气流，可以避免第二保护气体92的浪费，让更多的第二保护气体92形成同轴保护气体921，此时可以通过锥形间隙32和斜孔33的孔径和密度来控制同轴保护气体921和排空气体的气流比，例如在本实施例中，同轴保护气体921的气流和排空气体的气流比为3：7,即同轴保护气体921占进入中空结构内的第二保护气体92的30％，而排空气体占进入中空结构内的第二保护气体92的70％。

所述压缩空气组件5设置于所述气窗4背离所述锥形环3的端面上，且位于所述气窗4内的中空结构的旁边；所述压缩空气组件5的相对两端设有贯穿的气缝51，所述气缝51一端与外部相连通，一端指向所述激光焊接辅助结构100的轴线，压缩空气从外部进入气缝51，并沿所述气窗4内的中空结构直吹出所述激光焊接辅助结构100。

具体的，同时参阅图5，在本实施例中，气缝51一端指向所述激光焊接辅助结构100的轴线，压缩空气从气缝51的一端进入气缝51，再从气缝51喷出整个激光焊接辅助结构100，在激光焊接辅助结构100外部形成切断激光束203传播方向的高速气流，用于屏蔽飞向激光焊接头200的飞溅和烟尘，避免激光焊接头200上的镜片受到污染。

为了很好的实现该作用，从气缝51所喷射出来的压缩空气需要能够覆盖整个气窗4内的中空结构的截面，因此气缝51的宽度优选的宽于气窗4内的中空结构的截面宽度，压缩空气从气缝51喷射出来需要能够超出激光焊接辅助结构100，形成切断激光束203传播方向的压缩空气气流，切断激光束203传播方向可以为如图2中所示的沿横向方向，也可以为与横向方向呈较小角度倾斜的方向，优选的，将气缝51沿平行于气窗4的端面设置，使压缩空气从气缝51出来能够直线超出激光焊接辅助结构100，或者气缝51与气窗4的端面呈一定角度，但是为了保证压缩空气从气缝51出来能够直线超出激光焊接辅助结构100，角度的大小需要根据实际情况设置。

压缩空气组件5在沿气缝51背离气窗4的中空结构的一端还有压缩空气进气口，压缩空气从压缩空气进气口进入气缝51，沿着气缝51向激光焊接辅助结构100外部喷射高速气流。进一步的，压缩空气组件5还包括与压缩空气进气口相连接的压缩空气进气嘴52(请参阅图2)，压缩空气从压缩空气进气嘴52进入气缝51。

进一步的，所述气窗4侧面设有将所述气窗4内部的中空结构与外部空气相连通的窗口41。

窗口41可使激光焊接辅助结构100内部与外界相通进行气压平衡，以减少压缩空气组件5喷出的高速气流产生的负压对焊接保护气流的影响。

本发明提供的激光焊接辅助结构100，通过在同轴管2的中空结构的外部还设置有环形气腔21和第一进气口23，外部第一保护气体91从第一进气口23进入环形气腔21，再从环形气腔21的环形片22出来，形成环形保护气体911射向工件300，环形保护气体911可以排除焊缝及熔池302周围的空气，提高熔池302和小孔301的稳定性，减少焊接缺陷的产生和焊缝的氧化；

同时在同轴管2外部设有与中空结构相连通的第二进气口24，保护气体从第二进气口24进入中空结构进而形成同轴保护气921射向工件300，可以抑制蒸气羽烟303。

进一步的，环形片22与环形板6形成环形缝隙226，从环形气腔21的环形片22出来的第一保护气体91从环形缝隙226中横向射出形成环形气帘912，而环形气帘912能够在环形保护气体911保护范围的基础上进一步扩大保护范围，进一步提高熔池302及高温焊缝的保护效果，减少焊缝氧化；

通过调节喷嘴1伸出同轴管2的长度可以调节喷嘴1到工件300上表面的距离，或者调节环形板6到工件300上表面的距离，或者调节输入的第一保护气体91和第二保护气体92的进气压力达到能够符合需要的各个输出气流例如包括同轴保护气体921、环形保护气体911和环形气帘912，可以实现各个输出气流的压力之间的优化，灵活性好。

同时参阅图1和图5，可选的，本实施例中的激光焊接辅助结构100还进一步包括用于与外部相连接的连接板7；

所述连接板7一端与所述气窗4相连接，另一端与所述压缩空气组件5相连接，所述连接板7的横截面大于所述气窗4和压缩空气组件5的横截面；所述连接板7上设有与所述中空结构同轴线设置且相连通的贯穿孔71，所述压缩空气组件5设置于所述连接板7背离所述气窗4的端面上，且位于所述连接板7的贯穿孔71的旁边。可选的，可以通过现有技术中的固定连接方式例如通过螺栓、螺钉、铆钉焊接等方式或者设计连接块将连接板7和外部其他结构例如激光焊接头200(参阅图5)相连接。

具体的，在本实施例中，在所述连接板7上还设置有用于与外部相连接的定位孔72，所述定位孔72设置在所述连接板7横截面超出所述气窗4横截面和压缩空气组件5横截面的位置。

激光焊接头200的侧面设有安装块201和至少两个连接杆202，所述定位孔72与所述连接杆202一一对应，具体为定位孔72的数量和位置与所述连接杆202的数量和位置一一对应；所述两个连接杆202分别穿过所述连接板7的两个定位孔72，并与所述连接板7固定连接。

参阅图5，本发明还提供一种激光焊接装置，包括激光焊接头200和前面所述的激光焊接辅助结构100。

在一些实施例中，所述激光焊接辅助结构100的中空结构对准所述激光焊接头200的出光口且同轴设置。以使激光束203从出光口直射进入激光焊接辅助结构100的中空结构内，并且在中空结构内能够直线传播，直到射出中空结构射向工件300。具体的，可以采用现有技术中的多种连接方式将激光焊接辅助结构100与激光焊接头200进行连接。

在另一些实施例中，激光焊接辅助结构100还进一步包括用于与激光焊接头200相连接的连接板7；

所述连接板7一端与所述气窗4相连接，另一端与所述压缩空气组件5相连接，所述连接板7的横截面大于所述气窗4和压缩空气组件8的横截面；

所述连接板7上设有与所述中空结构同轴线设置且相连通的贯穿孔71，所述压缩空气组件5设置于所述连接板7背离所述气窗4的端面上，且位于所述连接板7的贯穿孔71的旁边。

所述激光焊接头200的侧面设有安装块201和至少两个连接杆202，所述连接杆202沿平行于所述激光焊接辅助结构100的轴线方向设置，所述连接杆202的相对两端分别与所述安装块201和所述激光焊接辅助结构100的连接板7固定连接，以将所述激光焊接辅助结构100与所述激光焊接头200固定连接。

具体的，在本实施例中，在所述连接板7上还设置有用于与所述连接杆202相连接的定位孔72，所述定位孔72设置在所述连接板7横截面超出所述气窗4横截面和压缩空气组件5横截面的位置，所述定位孔72与所述连接杆202一一对应，具体为定位孔72的数量和位置与所述连接杆202的数量和位置一一对应；所述两个连接杆202分别穿过所述连接板7的两个定位孔72，并与所述连接板7固定连接。

参阅图6，图6为本发明实施例中的激光焊接方法的流程示意图。本发明还提供一种利用前面所述的激光焊接装置进行激光焊接方法，包括：

步骤1、将工件300放置在激光焊接装置100底部并对准激光焊接头200的出光口。

步骤2、移动激光焊接头200至工件300的焊缝上方并调节激光束203至预设焦点位置。

具体的，焦点位置与工件300的板厚有关，通过焊前测试得出。

步骤3、调节喷嘴1与工件300之间的距离至预设高度。

步骤4、分别设置第一进气口23和第二进气口24的进气压力，以使外部第一保护气体91和第二保护气体92各自按照预设的压力射向工件300。

在本步骤中，第一进气口23和第二进气口24的进气压力的预设值是根据经验预设的值。

步骤5、设置激光焊接参数，根据所述激光焊接参数发射激光束203至所述焊缝进行激光焊接。

在激光焊接调试的过程中，当输入激光焊接参数并启动焊接程序进行激光焊接后，通过不断地观察焊接过程中的蒸汽羽烟303的抑制情况，判断输入的激光焊接参数是否合理，如果不合理，则停止焊接，再重新输入新的激光焊接参数并启动焊接程序进行激光焊接。

同时还需要观察焊接时的效果，当输入激光焊接参数并启动焊接程序进行激光焊接后，通过不断地观察焊接过程中的蒸汽羽烟303的抑制情况，还有焊接时的效果，判断是否达到所需要的焊接效果。

若发现未达到所需要的焊接效果，则需要进行优化调整。

具体的，优化方法所调节的项目可以包括：

1、由于距离太小则不利于蒸气羽烟303向上扩散，还易造成喷嘴1烧损，距离过大则同轴保护气体921对蒸气羽烟303的压制效果差，因此可以调节喷嘴1的下端面到工件300的距离，相当于调节同轴保护气体921的吹气高度，以达到所需要的焊接效果。

2、由于环形保护气体911的吹气高度，距离过大则环形保护气体911的排空效果减弱，距离过小则影响蒸气羽烟303的扩散效果，因此调节锥形环3伸出气窗4的长度，进而调节环形板6到工件300上表面的距离以达到所需要的焊接效果；

3、可以通过调节第一进气口23的进气压力的预设值和第二进气口24的进气压力的预设值来改变从激光焊接装置内出来的各种保护气流，包括同轴保护气体921、环形气帘912、环形保护气体911使达到所需要的焊接效果。具体在优化时，根据实际情况不断地更改调试以上一种或者多种项目，每更改调试一次便进行一次焊接观察判断是否达到所需要的焊接效果，直到最终确认达到所需要的焊接效果则直接焊接直到焊接完成。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊接辅助结构，其特征在于，包括顺序设置且同轴安装的喷嘴、同轴管和锥形环；

所述喷嘴、同轴管和锥形环内部沿轴向方向设有贯穿的中空结构，用于供激光束直线穿过；

所述同轴管在所述中空结构的外部还设有环形气腔，所述环形气腔在靠近所述喷嘴的一端设有膨大的端部，且所述端部装设有能够透气的环形片，所述同轴管外部靠近所述锥形环的一端设有将所述环形气腔与外部相连通的第一进气口；

外部第一保护气体从所述第一进气口进入所述环形气腔，再经过所述环形片喷射出所述同轴管并射向工件；

所述同轴管外部还设有第二进气口，第二进气口与所述同轴管的中空结构相连通，外部第二保护气体从所述第二进气口进入所述中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件。

2.根据权利要求1所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述喷嘴上靠近所述环形片的位置还套设有环形板，所述环形板中部在围绕所述喷嘴的***设有凸出的同轴凸台，所述同轴凸台抵顶在所述环形片上，用于将所述环形板和环形片的两个平面隔开，在所述环形板与环形片之间形成环形缝隙，所述环形板上设置有过气孔；

所述喷射出所述同轴管的第一保护气体中的一部分沿所述环形缝隙的径向方向喷射出去，一部分进入所述环形板，并经过所述环形板的过气孔射向工件。

3.根据权利要求2所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述环形片上设置有透气孔，且所述环形片上透气孔的孔径大于所述环形板上过气孔的孔径。

4.根据权利要求1或2所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，

所述同轴管包括内环实体和外环实体，所述内环实体形成中空结构，外环实体与内环实体之间形成环形气腔，在所述同轴管靠近所述锥形环的一端，所述内环实体倾斜弯向所述外环实体并与所述外环实体相连接将所述环形气腔形成单独封闭的空间；

所述锥形环包括有锥形部，所述锥形部位于所述同轴管内，且与所述同轴管的内环实体的倾斜部分形成间隙结构，所述间隙结构与所述同轴管内的中空结构相连通；

所述第二进气口将所述间隙结构与外部相连通；

外部第二保护气体从所述第二进气口进入所述间隙结构，再进入所述同轴管内的中空结构，在所述中空结构内沿激光传播方向射向工件，形成同轴保护气体。

5.根据权利要求4所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述锥形环上还设有一圈斜孔，所述斜孔一端与所述间隙结构相连通，另一端与所述锥形环的内部中空结构相连通，所述斜孔沿与激光传播方向相反的方向倾斜。

6.根据权利要求1或2所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述喷嘴与所述同轴管活动连接，所述喷嘴伸出所述同轴管的长度可调。

7.根据权利要求1或2所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述激光焊接辅助结构还包括气窗和压缩空气组件；

所述气窗一端与所述锥形环同轴活动安装，所述锥形环伸出所述气窗的长度可调，所述气窗的另一端与所述压缩空气组件相连接，所述气窗内部中空，侧面设有将所述气窗内部的中空结构与外部空气相连通的窗口；

所述压缩空气组件设置于所述气窗背离所述锥形环的端面上，且位于所述气窗内的中空结构的旁边；

所述压缩空气组件的相对两端设有贯穿的气缝，所述气缝一端与外部相连通，一端指向所述激光焊接辅助结构的轴线，压缩空气从外部进入气缝，并沿所述气窗内的中空结构直吹出所述激光焊接辅助结构。

8.根据权利要求7所述的激光焊接辅助结构，其特征在于，所述激光焊接辅助结构还包括用于与外部相连接的连接板；

所述连接板一端与所述气窗相连接，另一端与所述压缩空气组件相连接，所述连接板的横截面大于所述气窗和压缩空气组件的横截面；

所述连接板上设有与所述中空结构同轴线设置且相连通的贯穿孔，所述压缩空气组件设置于所述连接板背离所述气窗的端面上，且位于所述连接板的贯穿孔的旁边。

9.一种激光焊接装置，其特征在于，包括激光焊接头和权利要求1至8任一项所述的激光焊接辅助结构；

所述激光焊接辅助结构的中空结构对准所述激光焊接头的出光口且同轴设置。

10.一种利用权利要求9所述的激光焊接装置进行激光焊接方法，其特征在于，包括：

步骤1、将工件放置在激光焊接装置底部并对准激光焊接头的出光口；

步骤2、移动激光焊接头至工件的焊缝上方并调节激光束至预设焦点位置；

步骤3、调节喷嘴与工件之间的距离至预设高度；

步骤4、分别设置第一进气口和第二进气口的进气压力，以使外部第一保护气体和第二保护气体各自按照预设的压力射向工件；

步骤5、设置激光焊接参数，根据所述激光焊接参数发射激光光束至所述焊缝进行激光焊接。

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