[發明專利]一種管道環縫局部真空激光焊接裝置及基于該焊接裝置的焊接方法

有效

• 申請號: 201611009964.8
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106312321B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 陶汪;姜夢;陳彥賓;王樹良;郝雨;陳奧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K26/282
• 分類號: B23K26/282;B23K26/12;B23K101/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明屬于激光焊接技術領域。

背景技術

大尺寸，大厚度的管道廣泛應用在石油化工，海洋工業和核工業領域。尤其在核工業領域，核廢料掩埋裝置等均為大尺寸，大厚度的管線。這些大尺寸，大厚度的管道環縫的傳統焊接方法為鎢極氬弧焊。由于厚度較大，鎢極氬弧焊需進行多層多道焊接。為了避免裂紋，焊接過程需要預熱，并且為了保證焊接質量，在下一層焊接前，需要進行焊縫無損檢測。單從焊縫質量上考慮，真空電子束焊接是比較理想的焊接方法。可以實現低熱輸入的單道焊接。但是這類管道構建一般尺寸比較大，這類構建在真空室內焊接的可行性和經濟性都比較差。

英國的TWI提出了局部真空電子束焊接方法并推進該項技術的實際應用，并且中國專利公布號CN1422722和CN2454075也發布一些局部真空電子束焊接裝置及方法。但是局部真空電子束焊接對電子槍需要特殊設計，并且大氣分子對電子的散射效應使得該項技術自上世紀60年代提出以來發展十分緩慢。近年來隨著大功率高品質激光器的出現，研究人員發現，大功率激光在真空下也能獲得類似電子束焊接的大深寬比焊縫，并且真空激光焊接不需要達到電子束焊接所需的極高的真空度，同時激光焊接也不存在大氣分子對電子的散射的問題，還不需要射線保護。基于以上幾點，局部真空激光焊接具有巨大的發展前景和實際應用價值。

發明內容

本發明是為了解決現有局部真空激光焊接技術需進行多層多道焊接、尺寸較大且可行性差的問題，現提供一種管道環縫局部真空激光焊接裝置及基于該焊接裝置的焊接方法。

一種管道環縫局部真空激光焊接裝置，所述裝置包括：激光加工系統、外部局部真空殼體2-1、內部局部真空殼體3-1和動密封組件4；

外部局部真空殼體2-1套接在待焊管道6的外壁，外部局部真空殼體2-1與待焊管道6之間形成外部局部真空室；內部局部真空殼體3-1嵌入在待焊管道6的內壁，內部局部真空殼體3-1與待焊管道6之間形成內部局部真空室；待焊管道6的焊縫位于外部局部真空室與內部局部真空室之間；

外部局部真空殼體2-1為圓環形，沿其周向開有一開口槽2-3，動密封組件4與該開口槽2-3緊密配合；激光加工系統通過動密封組件4與外部局部真空室相連通，使得激光加工系統發出的激光穿過環形的開口槽2-3射向待焊管道6形成焊縫；動密封組件4能夠帶動激光加工系統沿開口槽2-3運動，使激光在真空室內完成焊接，在焊接的過程中保持外部局部真空室密封。

外部局部真空室和內部局部真空室利用抽氣組件進行抽真空。

抽氣組件包括抽氣泵5-1和抽氣管道5-2；抽氣泵5-1通過抽氣管道5-2分別與外部局部真空室和內部局部真空室相連通。

激光加工系統包括激光器1-1和激光加工頭1-2；激光器1-1發出的激光通過激光加工頭1-2射出，激光加工頭1-2通過動密封組件4伸進外部局部真空室內部。

外部局部真空殼體2-1與待焊管道6之間設有外部密封膠圈2-2，內部局部真空殼體3-1與待焊管道6之間設有內部密封膠圈3-2。

動密封組件4包括動密封膠圈4-1、動密封控制機構4-2和導向機構4-3；

動密封膠圈4-1固定在開口槽2-3的外部，用于外部局部真空室的密封；

動密封控制機構4-2為頂部開口的盒體，動密封控制機構4-2左右相對的兩個側壁上設有開口4-5，動密封控制機構4-2利用兩個開口4-5扣在動密封膠圈4-1上，該開口4-5與動密封膠圈4-1緊密配合，該動密封控制機構4-2的盒體底板開有通孔4-4，所述通孔4-4用于插入激光加工頭1-2；動密封控制機構4-2的盒體底板上設置有導向機構4-3，且導向機構4-3位于通孔4-4的上方或下方，導向機構4-3用于引導動密封膠圈4-1避開通孔4-4。

基于上述焊接裝置的焊接方法，該方法為：

對外部局部真空室和內部局部真空室進行抽真空；

開啟激光加工系統，激光加工系統輸出的激光束與待焊管道6相對運動，使得激光束歷遍整個待焊管道6形成焊縫，完成對待焊管道6焊接。

保持激光加工系統靜止，使待焊管道6以其軸線為軸旋轉，完成激光加工系統輸出的激光束與待焊管道6的相對運動。

保持待焊管道6靜止，驅動激光加工系統沿待焊管道6的焊縫運動，完成激光加工系統輸出的激光束與待焊管道6的相對運動。

激光加工系統輸出的激光束與待焊管道6相對運動。

本發明的具體有益效果如下：