[發(fā)明專利]中心負壓等離子弧激光同軸復合焊接裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410459476.1
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104227242A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳樹君;王建新;蔣凡;王立偉;劉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及是一種中心負壓等離子弧激光同軸復合焊接裝置及方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。可以應用于各工業(yè)領(lǐng)域的焊接、金屬成型和金屬零件制造。

背景技術(shù)

激光等離子弧同軸復合焊接方法，就是使激光束穿過空心電極聚焦于焊接工件的表面，激光束與其外圍同心分布的等離子弧復合共同作用于同一熔池而實現(xiàn)焊接的方法。激光等離子弧復合焊接技術(shù)是復合焊接技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，引起了焊接學者的廣泛關(guān)注。激光等離子弧復合焊接方法，主要優(yōu)點有三個方面：一是解決單一激光作為焊接熱源進行焊接時，對焊件位置、焊接夾具要求精確、焊接間隙適應性差的缺陷，二是焊縫表面上方由于激光的作用會產(chǎn)生光致等離子體和金屬蒸汽，光致等離子體和金屬蒸汽會對激光束產(chǎn)生吸收和散射作用，從而降低激光的能量利用率，復合電弧后，低溫低密度的電弧等離子體會一定程度上稀釋光致等離子體和金屬蒸汽，有利于提高激光的能量利用率。三是激光熔化金屬，也為電弧提供更多的自由電子，降低了電弧通道的電阻，電弧能量利用率也提高了，而且，激光束對電弧還有聚焦和引導作用，使焊接過程中電弧更加的穩(wěn)定。從而實現(xiàn)了兩種熱源1+1>2的效果。

中國專利《空心電極激光等離子同軸復合加工裝置》(公開號CN101318266A)公開了一種空心電極激光等離子同軸復合加工裝置，該裝置產(chǎn)生的與激光束同軸分布的中空等離子弧一定程度上的減小了光致等離子體對于激光的散射和吸收作用，但是效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種中心負壓等離子弧激光同軸復合焊接裝置及方法。除依靠等離子弧稀釋光致等離子體外，通過空心電極及等離子弧中心的負壓環(huán)境讓激光焊接過程中產(chǎn)生的光致等離子體迅速消散，徹底的去除光致等離子體和金屬蒸汽對激光的吸收和反射作用，為激光束提供了更好的通道，使其充分的聚焦于焊接工件上，極大的提高了激光的能量利用率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

中心負壓等離子弧激光同軸復合焊接裝置，其特征在于：其包括：

等離子焊槍，其內(nèi)部設(shè)有空心電極，所述空心電極的上端設(shè)有可以透射激光束的負壓固定室；

激光器，其與光路結(jié)構(gòu)相連，所述光路結(jié)構(gòu)的輸出端設(shè)有出光頭，所述出光頭位于所述負壓固定室的上方，與其處于正對位置，所述激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述光路結(jié)構(gòu)的傳遞和所述出光頭的聚焦并從其中射出，透過所述負壓固定室，與空心電極同軸的穿插入所述空心電極的內(nèi)腔。

所述焊接裝置，還包括與所述負壓固定室相連通的抽氣裝置，所述抽氣裝置用于使所述空心電極內(nèi)腔及其下方等離子弧中心區(qū)域保持穩(wěn)定的負壓。

所述焊接裝置，還包括用于保持負壓狀態(tài)的壓力釋放裝置，其中，所述抽氣裝置通過所述壓力釋放裝置與所述負壓固定室相連通，在連通所述壓力釋放裝置和所述負壓固定室的管路上設(shè)有閥門。

所述的焊接裝置，還包括用于測量和顯示所述壓力釋放裝置內(nèi)壓強的壓強顯示裝置，所述壓強顯示裝置與所述壓力釋放裝置相連通。

一種焊接方法，包括下述步驟：

通過抽氣裝置抽出壓力釋放裝置中的氣體，直至所述壓力釋放裝置內(nèi)達到負壓狀態(tài)，負壓范圍為1x10^-2-100Pa；

啟動高頻引弧，使置于等離子焊槍內(nèi)的空心電極尖端形成等離子?。?/p>

待等離子弧穩(wěn)定后，啟動閥門，連通所述壓力釋放裝置至所述等離子焊槍的空心電極之間的氣體管路，使空心電極內(nèi)腔及其下方等離子弧中心形成穩(wěn)定的負壓區(qū)域；

啟動激光器，其產(chǎn)生的激光束經(jīng)光路結(jié)構(gòu)的傳遞和出光頭的聚焦，并從出光頭中射出，透過所述負壓固定室，與所述空心電極同軸的穿插過其內(nèi)腔及其下方等離子弧中心的負壓區(qū)域并作用于焊接工件上，保證激光束在空心電極內(nèi)腔以及空心電極和工件間經(jīng)過的區(qū)域始終處于低氣體密度的負壓狀態(tài)，負壓范圍為1x10^-2-500Pa，實現(xiàn)中心負壓等離子弧激光同軸復合焊接方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅具有了傳統(tǒng)激光等離子弧復合焊接方法的優(yōu)點，而且通過等離子弧的中心負壓環(huán)境，徹底的消除了光致等離子體和金屬蒸汽對激光反射和吸收作用，使激光束在中心負壓等離子弧的保護下更好的聚焦于焊接工件的表面，極大的提高了激光的能量利用率。

附圖說明

圖1是本焊接方法焊接裝置結(jié)構(gòu)示意圖。