[发明专利]一种钛合金薄板激光焊接气体保护装置及变形控制方法

权利要求书

1.一种应用同轴气体保护组件的保护装置，其特征在于：包括框架，所述框架内部设有所述同轴气体保护组件和用于排出金属蒸气和等离子体云的排气组件，所述排气组件位于靠近保护气体的反射气流方向，所述同轴气体保护组件、所述排气组件分别与所述框架固定连接，随所述框架一同移动；

所述同轴气体保护组件包括由内到外依次同轴设置的第一空腔和第二环形空腔，所述第一空腔为上下贯通的通孔，所述通孔的上部设置有与其同轴的激光头，所述激光头发射的激光束穿过所述通孔射向工件，在同一高度上所述激光束直径小于所述通孔的直径；

所述第二环形空腔为底部向内收口的封闭结构，所述第二环形空腔的外壁上设有与之连通的第一进气口，所述第二环形空腔的底部设置有朝向焊接工件的第一环形出气口，所述第一环形出气口的位置不高于所述通孔的出口；

所述框架内部、焊接区域的焊后位置处设有侧轴气体保护组件，所述侧轴气体保护组件位于所述排气组件的右侧，所述侧轴气体保护组件固定在所述框架上随所述框架一同移动，所述侧轴气体保护组件包括位于上盖板上的第四进气口和位于下方管内部的梯形台，所述第四进气口与固定在所述框架上的冷源连通，所述梯形台内部设有第四空腔，所述第四空腔的下部设有若干个均匀设置的第四出气口。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述第二环形空腔的外部套设有与其同轴的第三环形空腔，所述第三环形空腔为底面均匀分布若干个第二出气口的封闭结构，所述第三环形空腔的外壁上设有与之连通的第二进气口。

3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于：所述第一空腔、第二环形空腔和第三环形空腔的旋转轴线与焊接平面的法线夹角为3～5°。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于：所述第一空腔的上部设置有气刀组件，所述气刀组件包括内部设有型腔的气刀盖板，所述气刀盖板上设有分别与所述型腔连通的第三进气口和扁平状的第三出气口，所述第三进气口的另一端与第三进气管连通，所述气刀盖板的右侧前后设置有两个L型挡板，两个L型挡板分别位于所述第一空腔的两侧，所述第三出气口的另一端与两个L型挡板组成的空腔连通。

5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于：所述框架包括上盖板和内部中空的下方管，所述第一空腔的上端贯穿所述上盖板且与所述上盖板螺纹连接，所述第一空腔的下端位于所述下方管内；所述第二环形空腔和所述第三环形空腔位于所述下方管内，所述下方管上固定设有分别与所述第一进气口连通的第一进气管和与所述第二进气口连通的第二进气管，所述激光头通过连接组件与所述框架固定连接。

6.根据权利要求5所述的保护装置，其特征在于：所述第一环形出气口、所述第二出气口、所述第三出气口、焊接工件和所述下方管之间设有焊接腔体，所述排气组件内部设有一端与外界连通，另一端与所述焊接腔体连接的排气通道。

7.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于：在所述框架内部、焊接区域的焊后位置处设有侧轴气体保护组件，所述侧轴气体保护组件固定在所述框架上随所述框架一同移动，所述侧轴气体保护组件包括位于所述上盖板上的第四进气口和位于所述下方管内部的梯形台，所述第四进气口与固定在所述框架上的冷源连通，所述梯形台内部设有第四空腔，所述第四空腔的下部设有若干个均匀设置的第四出气口，所述冷源包括密封的保温箱体，所述保温箱体内部设置有第五空腔，所述第五空腔内设置有螺旋冷却管，所述螺旋冷却管的两端分别与所述保温箱体上的保护气体进口和冷气出口连接，所述保温箱体上还设置有与所述第五空腔连通的干冰入口和CO2排气口。

8.根据权利要求1或7所述的保护装置，其特征在于：在焊接工件的背部设置有背面气体保护组件，所述背面气体保护组件包括沿焊接方向设置的长方槽体，所述长方槽体上设有第六进气口，所述长方槽体内设有与所述第六进气口连通的第六空腔，所述第六空腔的上壁面上均匀分布有若干个第六出气孔。

9.一种应用权利要求1-8任意一项所述保护装置的变形控制方法，包括如下步骤：

S1：将待焊工件拼接固定于专用夹具，气体保护装置与冷源安装在激光头的连接组件上，调节激光束的预设焦点射入钛合金薄板的拼焊接头，将背面气体保护装置紧贴于拼焊接头背面，而后各部位通入保护气体一段时间，排出装置内其他气体，气体冷却装置加入干冰持续冷却保护气体；

S2：设置激光焊接参数，向所述同轴气体保护组件以及背面气体保护组件内分别通入合适的保护气流，并调控侧轴吹气保护组件随焊冷却的保护气流量；

S3：开启激光器，发射激光束对待焊工件进行长距离的焊接；

S4：焊后观察拼焊接头的成形效果，使用千分表测量薄板工件的挠曲变形量；

S5：更换待焊工件，返回步骤S2，根据焊缝成形效果及挠曲变形量，调整焊接参数，再次进行对比试验，直至获得变形最小的薄板工件。