一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法。实时控温的低温气体保护激光焊接装置包括保护气瓶、液氮冷却罐、红外测温装置、计算机处理系统、PLC控制器；液氮冷却罐内设有螺旋铜管、液氮冷却腔。红外测温装置正对工件焊接区域，测得的温度数据可以通过计算机处理系统输送给PLC控制器，PLC控制器会反馈控制信号给液氮冷却罐及保护气瓶，实时调控保护气流量及温度。本发明专利技术的实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法，能够根据熔池温度调节不同的保护气体的流量及温度，进而保证熔池温度及形成的焊缝处于合理的范围，实现对焊接区域变形和残余应力的精准调控，以解决普通激光焊接后焊缝变形无法满足装配精度的问题。度的问题。度的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法


[0001]本专利技术涉及钛合金激光焊接领域，尤其涉及一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法。

技术介绍

[0002]钛合金是一种常温下难加工的低密度、高强度的轻质合金，具有较高的比强度、优良的韧性及耐腐蚀性能，常被应用于汽车、国防、航空航天等领域。由于钛合金在加工时极易发生回弹、变形，难以成形加工，因此工业生产中常采用焊接方式对钛合金进行加工。同时基于激光焊接工艺能量密度高的特点，在一些重要承载结构的连接上，常采用激光焊接技术。
[0003]但钛合金激光焊接过程是一个极其复杂的过程，焊接机理没有完全被人们掌握。在进行钛合金薄板激光焊接加工时，容易出现变形大、残余应力高的问题，尽管激光焊接相比其他焊接方式变形量小，但在装配精度要求高的情况下仍然难以满足装配要求。针对上述问题，2016年公开专利CN106271061B记录了一种非常规低温气体保护激光焊接方法，实现了降低焊后残余力的目的，但它是使用冷风机的方式，无法实现精准调控焊后变形的目的，仍难以满足装配要求；2021年公开专利CN202121349997.3记录了一种低温空气源热泵机组用四通阀焊接保护装置，但水冷的方式不适用于激光焊接，易对激光头造成损伤。
[0004]因此，亟需一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法，可以减小钛合金激光焊后变形和残余应力，提高焊接接头的质量。
[0006]为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置，用于精准控制工件焊后残余应力和变形量，包括液氮冷却罐、螺旋铜管齿轮A、电机、齿轮B、通气铜管、保护气瓶、气体流量精准控制阀、红外测温装置、计算机处理系统和PLC控制器；螺旋铜管的螺旋部分置于液氮冷却罐内部，螺纹部分通过与齿轮A的内螺纹配合固定于液氮冷却罐顶部，电机通过齿轮B与齿轮A的啮合带动所述螺旋铜管在液氮中上下移动，电机与气体流量精准控制阀分别通过信号线A、信号线B与PLC控制器相连，用于传输控制信号对保护气流量及温度进行精准调控，螺旋铜管的进气口、出气口分别通过通气软管A、通气软管B与保护气瓶、通气铜管相连接，通气铜管正对激光头下方焊接熔池，实现低温保护下的激光焊接，通气铜管出气口处的保护气温度及焊接熔池温度可由红外测温装置检测，并通过光纤传输给计算机处理系统，计算机处理系统与PLC控制器相连，实现整个反馈系统的连接。
[0008]进一步地，液氮冷却罐罐口采用螺纹锁死，可手动拆卸填充液氮，螺旋铜管与所述液氮冷却罐之间仅通过所述齿轮A固定，无其他固定方式。
[0009]进一步地，液氮冷却罐含液氮40％～60％，螺旋铜管不接触所述液氮冷却罐底部，
液氮冷却罐罐口设置有通孔，所述螺旋铜管的进气口、出气口可穿过该通孔，确保所述螺旋铜管可以上下移动且不会倾斜。
[0010]进一步地，通气铜管、红外测温装置通过夹具与激光头固定，并跟随所述激光头同步移动。
[0011]使用一种实时控温的低温气体保护激光焊接装置进行焊接的方法，包括以下步骤：
[0012]第1步：在进行激光焊接实验前，打开保护气瓶上的气体流量精准控制阀，初始设定气体流量为0～30L/min；
[0013]第2步：进行激光焊接实验，打开红外测温装置测量激光头下方熔池温度及通气铜管出气口处保护气温度，将红外温度场传输至计算机处理系统，所述计算机处理系统对图像进行数字化处理；
[0014]第3步：计算机处理系统将温度数据传输至PLC控制器，PLC控制器通过PID控制算法对输入的数据进行逻辑判断和信号转换，并输出控制信号给电机和气体流量精准控制阀；
[0015]第4步：电机根据控制信号控制螺旋铜管上下移动，精准控制保护气体温度，气体流量精准控制阀根据控制信号精准控制保护气流量。
[0016]本专利技术具有的优点和积极效果为：
[0017]本专利技术通过在保护气体输送过程中加装一个液氮冷却系统对焊缝保护气体降温，实现钛合金激光焊接后相对快速冷却。通过反馈实时检测的保护气温度和焊缝熔池温度，精确调控保护气体温度和保护气体流量，进一步实现精准控制钛合金薄板焊后变形和残余应力，从而达到改善焊缝组织，使焊接结构可以满足高精度的装配要求。
附图说明
[0018]图1时本专利技术具体实施方式提供的激光焊接低温保护气实时控制装置的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术液氮冷却系统在焊接过程中的俯视图；
[0020]图中编号说明：100
‑
工件；101
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激光头；1
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保护气瓶；11
‑
气体流量精准控制阀；12
‑
通气软管A；2
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液氮冷却罐；21
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螺旋铜管；22
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齿轮A；23
‑
电机；24
‑
齿轮B；25
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通气软管B；26
‑
通气铜管；3
‑
计算机处理系统；31
‑
红外测温装置；32
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光纤；4
‑
PLC控制器；41
‑
信号线A；42
‑
信号线B。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施案例对本专利技术的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0022]在本专利技术的语言描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理
解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0023]钛合金由于其优良的力学性能和较低的密度，常被用于航空航天领域的重要承载部位。但在激光焊接过程中，容易出现变形大、残余应力高的问题，影响焊缝质量，以至于达不到装配所要求的精度。
[0024]针对以上问题，本实施例提供了一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法，其可用于钛合金激光焊接
本实施例以1.2mm厚钛合金对接接头激光焊接为例进行说明。如图1所示，一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置及方法，用于工件100激光焊接过程中随焊冷却，精准控制工件100焊后残余应力和变形量，包括保护气瓶1、通气软管A12、气体流量精准控制阀11、液氮冷却罐2、螺旋铜管21、齿轮A22、电机23、齿轮B24、通气软管A25、通气铜管26，以及计算机处理系统3、红外测温装置31和PLC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时控温的低温气体保护激光焊接装置，其特征在于包括液氮冷却罐、螺旋铜管、齿轮A、电机、齿轮B、通气铜管、保护气瓶、气体流量精准控制阀、红外测温装置、计算机处理系统和PLC控制器,螺旋铜管的螺旋部分置于液氮冷却罐内部，螺纹部分通过与齿轮A的内螺纹配合固定于液氮冷却罐顶部，电机通过齿轮B与齿轮A的啮合带动所述螺旋铜管在液氮中上下移动；电机与气体流量精准控制阀分别通过信号线B、信号线A与PLC控制器相连，用于传输控制信号对保护气流量及温度进行精准调控；螺旋铜管的进气口、出气口分别通过通气软管A、通气软管B与保护气瓶、通气铜管相连接，通气铜管正对激光头下方焊接熔池，实现低温保护下的激光焊接；通气铜管出气口处的保护气温度及焊接熔池温度由红外测温装置检测，并通过光纤传输给所述计算机处理系统；计算机处理系统与PLC控制器相连，实现整个反馈系统的连接。2.根据权利要求1所述的实时控温的低温气体保护激光焊接装置，其特征在于所述的液氮冷却罐罐口采用螺纹锁死，手动拆卸填充液氮，螺旋铜管与，液氮冷却罐之间仅通过，齿轮A固定。3.根据权利要求1所述的激光焊接低温保护气体实时控温装置，其特征在于所述的液氮冷却罐含液氮40％～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄明祥，章文亮，王刚，李欢，陈素明，穆强，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：