[發明專利]一種基于自動鋪粉的大厚度鈦合金窄間隙激光焊接裝置與方法

在審

• 申請號: 202011342524.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112453704A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 占小紅;劉金釗;顏廷艷;王飛云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/12;B23K26/70;B23K103/14
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1.一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接裝置，包括導軌運動系統、金屬粉末分發裝置、密閉氬氣箱、控制系統以及激光焊接設備，其特征在于：

(1)導軌運動系統：由2條Y向導軌、1條X向導軌、傳動機構以及驅動機構組成。傳動機構包括主動輪、傳動輪、同步帶以及滑臺，驅動機構即伺服電機，電機工作時，主動輪驅動傳動輪轉動。X向導軌兩端分別懸掛于兩側的Y向導軌，兩條Y向導軌固定于箱體壁，外設的兩組驅動機構共同配合，實現X向導軌在Y-方向上的移動。X向導軌外設的驅動機構則驅動滑臺，實現其沿X-方向移動。

(2)粉末分發裝置：包括送粉頭、刮刀及鋪粉輥，金屬粉末送入窄間隙坡口后，由刮刀鋪平，并由鋪粉輥壓實。粉末分發裝置與滑臺固連，依托導軌系統在水平面內的運動，從而實現在窄間隙坡口的送粉、鋪粉。

(3)密閉氬氣箱與控制系統：氬氣箱為氣密性良好的封閉箱體，頂部安裝有透明低反射玻璃，內部設有可自動升降的裝夾平臺，用于焊接過程中固定鈦合金板材。導軌運動系統、粉末分發裝置以及可升降裝夾平臺均與控制器相連，總控制面板集成于氬氣箱體壁，可實現對內部裝置的控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接裝置，其特征在于：送粉口側壁安裝有振動器，隨送粉口打開而啟動，避免送粉過程中出現卡粉的情況，送粉結束隨即關閉。

3.根據權利要求1所述的一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接裝置，其特征在于：密閉氬氣箱的進氣口位于箱體下部，并通過氣管、快插與高純氬氣瓶連接，出氣口位于箱體上部，隨著氬氣的通入，可將箱體內部的空氣逐漸排出。

4.一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接方法，其特征在于：將待焊大厚度鈦合金板材拼接并固定在可升降平臺上，關閉箱門，打開氣閥使箱體內部充滿氬氣。基于導入的拼接鈦合金板CAD模型，由控制器計算每層焊縫的送粉量。啟動粉末分發裝置，控制器在板材坡口前端打開送粉口，將金屬粉末送入坡口，并由刮刀、鋪粉輥碾平，裝置到達板材坡口末端時，關閉送粉口。整個送粉過程中，振動器保持開啟狀態。鋪粉結束后，將裝夾平臺上升至一定高度后，開始激光焊接實驗。重復以上操作，最終完成大厚度鈦合金板材的拼接。

5.根據權利要求4所述一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接方法，其特征在于：考慮到金屬粉末在激光焊接過程中的燒損，控制器在計算每層焊縫的送粉量時，將額外考慮4％的粉末燒損率。

6.根據權利要求4所述一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接方法，其特征在于：粉末分發裝置單位時間內的出粉速度保持恒定，通過調節滑臺及粉末分發裝置沿導軌的運動速度，實現對送粉量的控制。

7.根據權利要求4所述一種基于自動鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接方法，其特征在于：利用低反射玻璃的透光性，焊接過程中激光束可直接透過玻璃，熔化金屬粉末和部分母材，形成熔融焊縫，實現大厚度鈦合金板材在密閉環境下的激光填粉焊接過程。