CN112077510B - 具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置及方法，包括同轴保护气嘴和压紧构件。其中，同轴保护气嘴包括环形气嘴和内置圆管，置于连接块和压紧块的圆形腔内，环形气嘴可以360°环向吹出保护气，且内置圆管可以消除气刀形成的负压对保护气的影响。采用本组合的装置，既能解决激光焊接过程中复杂轨迹焊缝的保护问题；也能解决薄板对接或搭接焊过程中，局部变形导致装配间隙过大的问题，尤其在激光自动化焊接过程中，显著提高了焊接过程稳定性和焊缝质量。

Description

具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置及方法
技术领域
本发明涉及焊接用设备领域，具体地，涉及一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置及方法。
背景技术
激光焊接技术具有焊接速度快、热输入小、热影响区小、变形小及焊接质量好的优点，极易实现焊接过程的自动化，被广泛地应用在航空航天领域，尤其适用于钛合金或铝合金等轻量化结构的焊接。
蒙皮骨架结构是航空航天产品中常见的轻量化结构。针对钛或铝等合金蒙皮骨架结构的焊接，一方面，焊缝内部极易吸入氧气、氢气或氮气，影响焊缝质量，导致接头的力学性能降低；另一方面，蒙皮通常为薄板，由于局部受热产生变形，影响蒙皮和骨架的贴合，进而影响焊接过程的稳定性。针对焊缝保护问题，通常采用侧吹保护气的方法，达到保护焊缝的目的；而针对焊接变形问题，通常采用工装固定，对蒙皮骨架或待焊接的工件进行刚性约束，保证装配间隙满足激光焊接的要求。
专利文献CN102059455B公开了“蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接***”，侧吹保护气适用于长直焊缝的焊接，但是在复杂轨迹的焊接过程中，侧吹气无法随激光加工头姿态的变化而变化，焊缝保护效果不佳。其次，采用刚性约束的方法，可以保证蒙皮骨架贴合，满足焊接要求，但存在激光加工头与工装干涉的问题，使焊接柔性变差，影响激光焊接工艺的可达性，尤其阻碍自动化或智能化焊接过程的实现。因此需要设计具有同轴保护功能的随焊压紧装置进行复杂轨迹焊缝的保护和柔性压紧。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置及方法。
根据本发明提供的一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，包括：同轴保护气嘴和压紧构件；
所述同轴保护气嘴包括：环形气嘴3和内置圆管2；
所述环形气嘴3包括外管11、内管12、连接片13以及两个端面密封环10；
所述外管11、内管12和两个端面密封环10共同构成环形内腔16；
所述内置圆管2设置于所述内管12内；
所述连接片13设置于所述外管11的外壁上，将所述环形气嘴3分为上部和下部；
所述内管12和所述外管11的下部周向分布有第一出气孔14，所述环形气嘴3下端的端面密封环10分布有第二出气孔15，所述外管11上部的外壁开设有进气孔9；
所述压紧构件包括：连接块1和压紧块4；
所述连接块1套设于所述环形气嘴3上部，并固定在所述连接片13上；
所述压紧块4套设于所述环形气嘴3下部，并固定在所述连接片13上；
所述连接块1上设置有进气孔91，与所述进气孔9的位置相对应。
优选地，所述连接块1、所述压紧块4、所述环形气嘴3和所述内置圆管2同轴装配；
所述连接块1与所述环形气嘴3之间具有连接块圆形腔18，所述压紧块4与所述环形气嘴3之间具有压紧块圆形腔19。
优选地，所述压紧块4的上端面均匀地环向分布设置有法兰型金属球头5，所述压紧块4的下端面均匀地环向分布设置有紧凑型金属球头6。
优选地，所述压紧块4的上端面均匀地环向开设有螺纹孔20，所述法兰型金属球头5和所述紧凑型金属球头6安装在所述螺纹孔20内。
优选地，所述内置圆管2的上端具有向外径向延伸的延伸部，所述延伸部密封连接在所述环形气嘴3上端的端面密封环10。
优选地，所述内置圆管2的下端不覆盖所述内管12的第一出气孔14。
优选地，所述内管12和所述外管11的第一出气孔14一一相对，均匀分布在对应的圆周上。
优选地，所述环形气嘴3下端的端面密封环10上的第二出气孔15分布均匀。
根据本发明提供的一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧方法，采用权利要求1至8任一项所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置进行激光焊接随焊压紧。
优选地，所述方法包括步骤：
S1：根据激光焊接工艺要求，移动机械手臂，调节激光的离焦量，并沿焊缝轨迹进行示教编程；
S2：将所述的具有同轴保护功能的随焊压紧装置安装至激光加工头的末端或者连接支架上；
S3：激光焊接过程中，激光束经过激光加工头射出后，穿过所述内置圆管2，作用在待焊件的表面；
向进气孔9进气，第一出气孔14和第二出气孔15共同吹出环形保护气体，随着激光光斑的移动而移动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
采用环形气嘴可以实现360°环向吹气，保护气不受激光加工头姿态的影响，可以实现复杂轨迹焊缝的保护。
通过内置圆管可以消除气刀形成的负压对保护气的影响。
法兰型和紧凑型金属球头具有一定弹性，且环向均匀分布，可以解决薄板结构激光焊接过程中局部变形导致装配间隙变大的问题，保证蒙皮骨架贴合或者工件的装配间隙满足焊接要求，实现柔性滚压。
采用本发明具有同轴保护功能的随焊压紧方法，可以显著提高激光焊接稳定性和生产效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的分解图；
图2为本发明的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2所示，本发明实施例中，一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，包括同轴保护气嘴和压紧构件。
同轴保护气嘴由环形气嘴3和内置圆管2构成，环形气嘴包括外管11、内管12、上下两个端面密封环10和气嘴连接片13，内管12和外管11中间形成环形内腔16，且下端对称分布第一出气孔14，下端面的端面密封环均匀分布第二出气孔15筛状出气孔，外管11上设有进气孔9，连接片13上分布组装孔8，用于组装压紧构件。
压紧构件包括连接块1、压紧块4、法兰型金属球头5及紧凑型金属球头6，连接块1上开设连接孔7、组装螺纹孔17和进气孔91，压紧块4分布组装孔8。
连接块1和压紧块4的中间分别设有连接块圆形腔18和压紧块圆形腔19，与环形气嘴3和内置圆管2同轴装配，且外管11与连接块圆形腔18紧密配合，与压紧块形腔间19隙配合，形成保护气室。
压紧块4的上下端面均匀地环向分布螺纹孔20，分别安装法兰型金属球头5和紧凑型金属球头6。
在本发明的具体实施例中，内置圆管2与内管12紧密配合，且内置圆管2的下端面距离第一出气孔14 1mm-3mm，其中间通孔的直径范围为8mm-12mm，可以消除气刀形成负压对保护气体的影响。
连接块1安装在激光加工头的末端或者连接支架后，螺钉穿过压紧块4的组装孔、连接片13的组装孔和组装螺纹孔17，将同轴保护气嘴和压紧构件进行紧固，构成具有同轴保护功能的随焊压紧装置。
改变组装螺钉的旋入深度，调节连接块1与压紧块4之间的距离；改变法兰型金属球头的旋入深度，使法兰型金属球头5与连接片13的下端面贴合，连接片13的上端面与连接块1的下端面贴合，紧凑型金属球头6与待焊件表面贴合；保证滚压平面与待焊平面重合，实现柔性滚压过程。
本发明还提供了一种基于上述装置的具有同轴保护功能的激光随焊压紧方法，包括如下步骤：
S1：根据激光焊接工艺要求，移动机械手臂，调节激光的离焦量，并沿焊缝轨迹进行示教编程；
S2：将的具有同轴保护功能的随焊压紧装置安装至激光加工头的末端或者连接支架上。
S3：激光束经过激光加工头保护镜片射出后，穿过内置圆管2，直接作用在待焊件的表面；同轴保护气嘴吹出环形保护气体，与压紧构件一起随着激光光斑的移动而移动，紧凑型金属球头6在待焊件表面滚压。
以上，仅为本发明的优选实施例，但本发明的保护范围并不局限于上述的具体实施例，凡熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，加以等效结构或改变，均应包含在本发明的保护范围内。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，包括：同轴保护气嘴和压紧构件；
所述同轴保护气嘴包括：环形气嘴（3）和内置圆管（2）；
所述环形气嘴（3）包括外管（11）、内管（12）、连接片（13）以及两个端面密封环（10）；
所述外管（11）、内管（12）和两个端面密封环（10）共同构成环形内腔（16）；
所述内置圆管（2）设置于所述内管（12）内；
所述连接片（13）设置于所述外管（11）的外壁上，将所述环形气嘴（3）分为上部和下部；
所述内管（12）和所述外管（11）的下部周向分布有第一出气孔（14），所述环形气嘴（3）下端的端面密封环（10）分布有第二出气孔（15），所述外管（11）上部的外壁开设有进气孔（9）；
所述压紧构件包括：连接块（1）和压紧块（4）；
所述连接块（1）套设于所述环形气嘴（3）上部，并固定在所述连接片（13）上；
所述压紧块（4）套设于所述环形气嘴（3）下部，并固定在所述连接片（13）上；
所述连接块（1）上设置有进气孔（91），与所述进气孔（9）的位置相对应；
所述压紧块（4）的上端面均匀地环向分布设置有法兰型金属球头（5），所述压紧块（4）的下端面均匀地环向分布设置有紧凑型金属球头（6）；
法兰型和紧凑型金属球头具有弹性，且环向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述连接块（1）、所述压紧块（4）、所述环形气嘴（3）和所述内置圆管（2）同轴装配；
所述连接块（1）与所述环形气嘴（3）之间具有连接块圆形腔（18），所述压紧块（4）与所述环形气嘴（3）之间具有压紧块圆形腔（19）。
3.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述压紧块（4）的上端面均匀地环向开设有螺纹孔（20），所述法兰型金属球头（5）和所述紧凑型金属球头（6）安装在所述螺纹孔（20）内。
4.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述内置圆管（2）的上端具有向外径向延伸的延伸部，所述延伸部密封连接在所述环形气嘴（3）上端的端面密封环（10）。
5.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述内置圆管（2）的下端不覆盖所述内管（12）的第一出气孔（14）。
6.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述内管（12）和所述外管（11）的第一出气孔（14）一一相对，均匀分布在对应的圆周上。
7.根据权利要求1所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置，其特征在于，所述环形气嘴（3）下端的端面密封环（10）上的第二出气孔（15）分布均匀。
8.一种具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧装置进行激光焊接随焊压紧。
9.根据权利要求8所述的具有同轴保护功能的激光焊接随焊压紧方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1：根据激光焊接工艺要求，移动机械手臂，调节激光的离焦量，并沿焊缝轨迹进行示教编程；
S2：将所述的具有同轴保护功能的随焊压紧装置安装至激光加工头的末端或者连接支架上；
S3：激光焊接过程中，激光束经过激光加工头射出后，穿过所述内置圆管（2），作用在待焊件的表面；
向进气孔（9）进气，第一出气孔（14）和第二出气孔（15）共同吹出环形保护气体，随着激光光斑的移动而移动。
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