[發明專利]脈動負壓激光增強型鎖孔TIG焊接裝置

在審

• 申請號: 201710829978.2
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107685193A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 張洪濤;桑健;王波;高丙路;于江;曲長明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;山東船舶技術研究院
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/14;B23K26/146;B23K26/70
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)37247
• 代理人: 沙莎

技術領域

本發明專利涉及焊接設備技術領域，尤其涉及脈動負壓激光增強型鎖孔TIG焊接裝置。

背景技術

鎖孔TIG（K-TIG）焊接技術是由澳大利亞政府聯邦科學和工業研究組織（CSIRO）開發的一種高速的單程全熔透焊縫焊接技術，與傳統TIG焊相比，通過對焊槍結構進行調整，實現對鎢極的高速冷卻，使得電弧能量和電弧壓力顯著增加，同時在焊接過程中可形成一個高度穩定、自我糾錯的全熔透焊接小孔，形成與穿孔型等離子弧相似的穿孔型焊接，實現大厚部件的高質量焊接。通常厚度在16mm以下的材料（如鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鈦合金、鋯合金等）既不需要填絲也不需要開坡口，卻能夠以比傳統TIG焊接技術快100倍的速度進行焊接，實現單面焊接雙面成型，生產效率較傳統TIG焊大大提高。但在焊接厚板時，鎖孔TIG由于電流較大且電弧形態與等離子弧相比較為舒展，使得熱影響區范圍較大，同時鎖孔形狀呈碗型，熔透區間很窄，實際應用過程中很難獲得合適的參數，因此只能焊接液體表面張力系數比較高的金屬，比如說鈦合金，應用范圍與實用性受到極大限制。

激光焊接技術是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。與傳統的焊接方法相比，激光焊由于具有功率密度高、焊接速度快、熱輸入量小以及焊后變形小等顯著優點，目前已在汽車制造、造船、航空航天、電子等工業領域得到了廣泛的應用。但是激光焊接同時也存在焊接質量不穩定、材料對激光反射率高、接頭性能差等缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術問題，提供一種穩定的穿透力強的焊接裝置。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案為：脈動負壓激光增強型鎖孔TIG焊接裝置，包括中空鎢極、夾持中空鎢極的鎢極夾、與中空鎢極同軸連接的真空負壓管和絕緣氣管（中空鎢極、真空負壓管、絕緣氣管與真空負壓接頭外表面的同軸度在3μm以下）、激光器、激光器固定架、設置在激光器與中空鎢極中央空腔之間的高透光玻璃、焊槍外體、導電體、隔離環、轉接桿、轉接頭、導電桿絕緣套、氣體轉接頭、真空負壓接頭、起絕緣保護作用的上絕緣體、下絕緣體和氣罩、起鎖緊作用的上螺母、下端螺母、鎖緊螺母、脈沖電磁閥門、真空壓力表、壓力儲罐、抽氣泵。

下絕緣體分別在與導電體和焊槍外體的接觸面處開有凹槽，與它們之間形成兩個水道；下絕緣體連接冷卻水進水管，焊槍外體連接冷卻水出水口；兩個水通道通過下絕緣體上開設的通孔相連通，通過冷卻水在兩個水通道之間的循環，對鎢極和焊槍進行強制冷卻。冷卻水由轉接頭流入下絕緣體，通過下絕緣體的兩個水道分別流向導電體和焊槍外體，冷卻水在下絕緣體與導電體之間水道的流動冷卻鎢極，冷卻水在下絕緣體與導電體之間水道的流動冷卻焊槍。

在絕緣氣管上部設有真空負壓接頭，與絕緣氣管、真空負壓管及中空鎢極相連，與脈沖電磁閥門、壓力儲罐和抽氣泵共同作用達到脈動負壓狀態，有效約束電弧形態，減小焊縫熱影響區，增強電弧穿透力，且脈動的負壓狀態可使電弧產生震蕩作用，對熔池有攪拌的效果，細化焊縫組織，配合激光增強作用，優化焊縫深寬比，焊縫成形更加美觀。

脈沖電磁閥門由脈沖信號發生器控制，脈動負壓頻率范圍為0~1KHz。

絕緣氣管和真空負壓管是中空的錐臺，中空鎢極為對稱錐形，錐極直徑為6~12mm，絕緣氣管、真空負壓管和中空鎢極錐角均為60°，其內孔用于抽氣形成脈動負壓狀態和透射激光。該錐形內孔便于匯聚激光，使激光功率密度分布均勻，增大激光功率密度，獲得更大的焊接熔深。

焊槍氣罩與焊槍外體之間形成面接觸，連接面涂有導熱硅脂，保證熱量的有效散失。

激光器為半導體型激光器，波長為1064nm，光束聚焦后光斑直徑為0.1mm，功率為750W。

下絕緣體和導電體、及下絕緣體與焊槍外體之間均設有O型密封圈。

上絕緣體和下絕緣體為高強度絕緣塑料，隔離環為陶瓷材料。

激光器被鎖孔焊槍上端的激光器固定架固定在激光氣體轉換頭正上方，射出的激光經過光路系統的傳遞和出光頭的聚焦，進入鎖孔焊槍槍體中央，穿插過中空電極的中心孔，依次經過高透光玻璃、真空負壓接頭中央空腔、絕緣氣管中央空腔、真空負壓管中央空腔、中心鎢極中央空腔后射出。

轉接頭上部裝有玻璃片，用于透過激光并防止氣體從上側溢出，保證負壓狀態。