高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，包括輸氣異形管、轉(zhuǎn)接裝置、保護(hù)氣軟管和套管；套管通過三維調(diào)節(jié)裝置連接激光焊槍，輸氣異形管一端封閉，另一端開口并穿過套管與套管形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其穿過套管的一端通過轉(zhuǎn)接裝置與保護(hù)氣軟管密封連接，其中，輸氣異形管封閉端側(cè)壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列；本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單易裝夾，四維可調(diào)，跟隨焊槍同步運(yùn)動(dòng)，保證保護(hù)氣全面覆蓋熔池背面區(qū)域，既減少了保護(hù)氣用量，又達(dá)到了保護(hù)熔池背面，防止熔池背面氮逸出、表面金屬氧化的目的，本發(fā)明位于熔池側(cè)下方，不僅有效避免激光穿透工件時(shí)將其損傷，延長(zhǎng)保護(hù)裝置的使用壽命，而且避免雙側(cè)同吹保護(hù)氣產(chǎn)生紊流，提高保護(hù)效果。
【專利說明】
高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)不銹鋼的快速需求導(dǎo)致鎳資源的緊缺，高氮奧氏體不銹鋼利用氮元素部分甚至完全取代合金元素鎳。高氮奧氏體不銹鋼，不但顯著提高了強(qiáng)度、塑韌性，而且獲得了更高的耐蝕性。但是高氮奧氏體不銹鋼作為一種新型的很有應(yīng)用前景的工程應(yīng)用鋼，其能否更廣泛地投入應(yīng)用在一定程度上取決于其焊接性。在現(xiàn)有普通熔焊過程中，焊縫區(qū)過程中都不可避免地出現(xiàn)氮的損失，直接降低了焊縫中固溶氮的含量，從而降低了接頭性能。激光焊接時(shí)熱影響區(qū)很窄，可有效避免焊接熱影響區(qū)氮化物、碳化物或者碳氮化物等的析出問題，但焊縫區(qū)氮?dú)饪?、氮逸出、氮化物析出?dǎo)致的氮的缺失仍是個(gè)焊接瓶頸。
[0003]在激光深熔焊的過程中，形成了特有的小孔效應(yīng)。根據(jù)小孔與熔池的熔透狀態(tài)，可分為未熔透、僅熔池透、適度熔透(小孔穿透)、過熔透四種。當(dāng)處于小孔熔透或者過熔透狀態(tài)時(shí)，熔池貫穿整個(gè)工件，那么固溶于熔池中的氮隨著液態(tài)金屬的對(duì)流可以從熔池上表面或者熔池下表面逸出，造成固溶氮含量的降低。若選用一般熔焊所采用的純氬作為保護(hù)氣，由于氮的不平衡，造成氣液界面處氮的直接逸出。當(dāng)焊速過快，氮未逸出造成的氮?dú)饪讜?huì)造成焊縫固溶氮含量的減少，使得接頭性能驟降。因此，選用氮?dú)庾鳛楦叩獖W氏體不銹鋼激光焊的保護(hù)氣，不失為一種有效固氮的措施。
[0004]專利CN200910012596.6所述裝置雖然能對(duì)焊縫背面實(shí)施保護(hù)，但是由于與儲(chǔ)氣槽相通的出氣孔均勻分布于裝置兩側(cè)面，當(dāng)儲(chǔ)氣槽的充氣口有保護(hù)氣流入，從全長(zhǎng)不同位置出氣孔流出的保護(hù)氣氣流壓力不一致，且左右儲(chǔ)氣槽中的兩股氣流呈一定角度相遇，容易造成紊流或者流量相抵，降低了保護(hù)效果，增加了氮?dú)饪仔纬傻目赡苄裕掖嬖跉怏w浪費(fèi)的問題。
[0005]其他厚板高氮鋼激光焊接中，鮮有采取熔池背面保護(hù)措施，那么焊后易出現(xiàn)焊縫氮?dú)饪?、氮逸出或者氮化物析出等問題，從而影響焊接接頭的性能。
[0006]針對(duì)這種現(xiàn)狀，急需一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，可以有效提高焊接過程熔池背面保護(hù)效果，并解決焊接過程中的保護(hù)氣體浪費(fèi)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，四維可調(diào)，保護(hù)氣覆蓋全面，節(jié)約保護(hù)氣，并且有效避免激光穿透工件時(shí)將其損傷的風(fēng)險(xiǎn)和雙側(cè)同吹保護(hù)氣產(chǎn)生紊流的問題，最終獲得了焊縫背面成型美觀和符合強(qiáng)度要求的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)
目.ο
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0009]—種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，包括輸氣異形管、轉(zhuǎn)接裝置、保護(hù)氣軟管和套管；套管通過三維調(diào)節(jié)裝置連接激光焊槍，輸氣異形管一端封閉，另一端開口并穿過套管與套管形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其穿過套管的一端通過轉(zhuǎn)接裝置與保護(hù)氣軟管密封連接，其中，輸氣異形管封閉端側(cè)壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易裝夾，四維可調(diào)，能夠保證保護(hù)氣全面覆蓋熔池背面區(qū)域。
[0012](2)本發(fā)明的保護(hù)氣裝置跟隨焊槍同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)跟蹤熔池位置，既減少了保護(hù)氣用量，又達(dá)到了隨時(shí)保護(hù)熔池背面，防止熔池背面氮逸出、表面金屬氧化的目的。
[0013](3)本發(fā)明的保護(hù)氣裝置位于熔池側(cè)下方，不僅有效避免激光穿透工件時(shí)將其損傷，延長(zhǎng)保護(hù)裝置的使用壽而且能避免雙側(cè)同吹保護(hù)氣產(chǎn)生紊流，提高保護(hù)效果。
[0014](4)本發(fā)明的氣體層流隔板和氣體層流擋板能夠減緩氣體流速，形成層流，在熔池背面的全長(zhǎng)方向均勻送氣，提高保護(hù)效果，防止保護(hù)氣不均勻，空氣侵入。
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置輸氣異形管的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合圖1和圖2:
[0019]本發(fā)明一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，包括輸氣異形管
1、轉(zhuǎn)接裝置2、保護(hù)氣軟管3和套管4 ;套管4通過三維調(diào)節(jié)裝置連接激光焊槍11，輸氣異形管I 一端封閉，另一端開口并穿過套管4與套管4形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其穿過套管4的一端通過轉(zhuǎn)接裝置2與保護(hù)氣軟管3密封連接，其中，輸氣異形管I封閉端側(cè)壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。
[0020]三維調(diào)節(jié)裝置包括滑塊6、豎桿8、伸縮直管9和焊槍固定器10 ;豎桿8 一端為滑槽，滑塊6 —端與套管4固定連接，另一端與滑槽配合形成滑動(dòng)副，調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的橫向偏移位置，伸縮直管9 一端與豎桿8形成滑動(dòng)副且與豎桿8垂直，調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的間距，伸縮直管9調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的縱向偏移位置；伸縮直管9另一端設(shè)置有焊槍固定器10。
[0021]輸氣異形管I內(nèi)設(shè)置有氣體層流隔板，氣體層流隔板與輸氣異形管I封閉端管壁圍成腔體，氣體層流隔板上開有氣孔，輸氣異形管I封閉端側(cè)壁上開有的氣孔在氣體層流隔板與輸氣異形管I封閉端管壁圍成腔體所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁范圍內(nèi)，氣體層流隔板靠近輸氣異形管I的開口端間隔設(shè)置有氣體層流擋板，間隔設(shè)置的氣體層流擋板在輸氣異形管I的徑向上不完全重合。
[0022]氣體層流擋板與輸氣異形管I軸向垂直，輸氣異形管I的封閉端設(shè)置有與輸氣異形管I軸向平行的水平隔板，水平隔板上開有氣孔陣列，最靠近輸氣異形管I封閉端的氣體層流擋板與水平隔板固定組成氣體層流隔板，其中，間隔設(shè)置的氣體層流擋板在輸氣異形管I的徑向上均分輸氣異形管I的截面。
[0023]輸氣異形管I管壁上與隔板上開有的氣孔陣列均勻分布。
[0024]輸氣異形管I開口端設(shè)置螺紋，與轉(zhuǎn)接裝置2螺紋連接。
[0025]輸氣異形管I通過穿過套管4的螺栓5固定。
[0026]實(shí)施例:
[0027]—種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，包括輸氣異形管1、轉(zhuǎn)接裝置2、保護(hù)氣軟管3和套管4 ;套管4通過三維調(diào)節(jié)裝置連接激光焊槍11，三維調(diào)節(jié)裝置包括滑塊6、豎桿8、伸縮直管9和焊槍固定器10 ;豎桿8 一端為燕尾槽7，滑塊6 —端與套管4固定連接，另一端與滑槽配合形成滑動(dòng)副，調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的橫向偏移位置，伸縮直管9 一端與豎桿8形成滑動(dòng)副且與豎桿8垂直，調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的間距，伸縮直管9調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于焊縫的縱向偏移位置，伸縮直管9另一端設(shè)置有焊槍固定器10 ;輸氣異形管I 一端封閉，另一端開口并穿過套管4，與套管4形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其穿過套管4的一端通過轉(zhuǎn)接裝置2與保護(hù)氣軟管3密封連接，其中，輸氣異形管I封閉端側(cè)壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列；輸氣異形管I內(nèi)設(shè)置有三個(gè)與輸氣異形管I軸向垂直的氣體層流擋板，分別是第一氣體層流擋板1-1、第二氣體層流擋板1-2和第三氣體層流擋板1-3，還設(shè)置有一個(gè)與輸氣異形管I軸向平行的水平隔板1-4，其中第三氣體層流擋板1-3和水平隔板1-4固連組成氣體層流隔板，氣體層流隔板與輸氣異形管I封閉端管壁圍成腔體，輸氣異形管I封閉端側(cè)壁上開有的氣孔在氣體層流隔板與輸氣異形管I封閉端管壁圍成腔體所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁范圍內(nèi)，水平隔板1-4上開有氣孔陣列，間隔設(shè)置的氣體層流擋板在輸氣異形管I的徑向上均分輸氣異形管I的截面。
[0028]輸氣異形管I管壁上與隔板上開有的氣孔陣列均勻分布。
[0029]輸氣異形管I開口端設(shè)置螺紋，與轉(zhuǎn)接裝置2螺紋連接。
[0030]焊接材料為高氮鋼平板，尺寸為200mmX 10mmX 12mm，焊接方法為不填絲激光對(duì)接拼焊，焊接方向?yàn)?00mm的長(zhǎng)度方向。焊接準(zhǔn)備，用角磨機(jī)清理高氮鋼對(duì)接面附近的氧化層，并用丙酮清洗干凈表面油污等。通過夾具將高氮鋼平板固定在工作臺(tái)上，確保對(duì)接平板的縫隙小于0.4mm。調(diào)節(jié)激光焊槍11距離平板上表面的高度，將焦點(diǎn)聚焦于工件表面。將輸氣異形管I的非密封端通過轉(zhuǎn)接裝置2與保護(hù)氣軟管3進(jìn)行密封連接，并穿入套管4中，置于對(duì)接平板縫隙的側(cè)下方。接著調(diào)節(jié)保護(hù)裝置的位置。首先調(diào)節(jié)伸縮直管9的伸縮長(zhǎng)度，即調(diào)整輸氣異形管I相對(duì)于縫隙的縱向偏移位置，使得輸氣異形管I上的氣孔陣列位于激光束的下方；然后調(diào)節(jié)豎桿8，即調(diào)整輸氣異形管I相對(duì)于縫隙的間距，使得輸氣異形管I距離高氮鋼平板下表面的距離約為20mm ;接著滑動(dòng)燕尾槽7中的滑塊6，即調(diào)節(jié)輸氣異形管I相對(duì)于縫隙的橫向偏移位置，使得輸氣異形管I橫向方向偏于縫隙15_ ;轉(zhuǎn)動(dòng)套管4，進(jìn)行吹氣角度的調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)約50°，使得氣孔陣列對(duì)準(zhǔn)縫隙，保證保護(hù)氣全面覆蓋熔池背面區(qū)域；最后轉(zhuǎn)動(dòng)套管4上的螺栓5，將輸氣異形管I與三維調(diào)節(jié)裝置緊固。調(diào)節(jié)完畢保護(hù)氣裝置的位置與吹氣角度，打開氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氣瓶，調(diào)節(jié)流量表，定于20L/min。打開激光器，輸入激光功率為8kW，焊接速度為1.7m/min。點(diǎn)擊激光發(fā)射按鈕，進(jìn)行焊接。焊接完畢，關(guān)閉激光器，關(guān)閉保護(hù)氣。移動(dòng)激光焊槍至合適位置，松開工件夾緊裝置，取下工件，進(jìn)行表面飛濺清理。觀察焊縫背面成型情況，焊縫正面成型美觀，背面基本無堆高，熔寬均勻，表面呈現(xiàn)金黃色。經(jīng)X射線無損檢測(cè)，焊縫中基本無氣孔缺陷。對(duì)焊縫進(jìn)行線切割取樣、檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，焊縫中氮的固溶量為0.58%，為母材固溶量(0.64%)的90%以上，大大減少了固溶氮的損失。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:包括輸氣異形管(I)、轉(zhuǎn)接裝置(2)、保護(hù)氣軟管(3)和套管(4);套管(4)通過三維調(diào)節(jié)裝置連接激光焊槍(11)，輸氣異形管(I) 一端封閉，另一端開口并穿過套管(4)與套管(4)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其穿過套管(4)的一端通過轉(zhuǎn)接裝置(2)與保護(hù)氣軟管(3)密封連接，其中，輸氣異形管(I)封閉端側(cè)壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的三維調(diào)節(jié)裝置包括滑塊(6)、豎桿(8)、伸縮直管(9)和焊槍固定器(10);豎桿(8)一端為滑槽，滑塊(6) —端與套管(4)固定連接，另一端與滑槽配合形成滑動(dòng)副，伸縮直管(9) 一端與豎桿(8)形成滑動(dòng)副且與豎桿(8)垂直，另一端設(shè)置有焊槍固定器(10)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)內(nèi)設(shè)置有氣體層流隔板，氣體層流隔板與輸氣異形管(I)封閉端管壁圍成腔體，氣體層流隔板上開有氣孔，輸氣異形管(I)封閉端側(cè)壁上開有的氣孔在氣體層流隔板與輸氣異形管(I)封閉端管壁圍成腔體所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁范圍內(nèi)，氣體層流隔板靠近輸氣異形管(I)的開口端間隔設(shè)置有氣體層流擋板，間隔設(shè)置的氣體層流擋板在輸氣異形管(I)的徑向上不完全重合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的氣體層流擋板與輸氣異形管(I)軸向垂直，輸氣異形管(I)的封閉端設(shè)置有與輸氣異形管(I)軸向平行的水平隔板，水平隔板上開有氣孔陣列，最靠近輸氣異形管(I)封閉端的氣體層流擋板與水平隔板固定組成氣體層流隔板，其中，間隔設(shè)置的氣體層流擋板在輸氣異形管(I)的徑向上均分輸氣異形管(I)的截面。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)管壁上與隔板上開有的氣孔陣列均勻分布。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)管壁上與隔板上開有的氣孔陣列均勻分布。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或6所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設(shè)置螺紋，與轉(zhuǎn)接裝置(2)螺紋連接。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設(shè)置螺紋，與轉(zhuǎn)接裝置(2)螺紋連接。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護(hù)裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設(shè)置螺紋，與轉(zhuǎn)接裝置(2)螺紋連接。
【文檔編號(hào)】B23K26/12GK105983782SQ201510064504
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【發(fā)明人】王克鴻, 魏愛民, 江俊龍, 姚峰, 彭勇
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)