一种激光焊接用焊接工装及使用其的激光焊接方法与流程

1.本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种激光焊接用焊接工装及使用其的激光焊接方法。


背景技术：

2.对于钛合金对接接头激光自熔焊接或激光填丝焊接而言，一方面，为防止焊接变形，通常在焊缝两侧使用压板予以约束；另一方面，为防止氧化或产生气孔缺陷，需要对熔池及特别是凝固后焊缝进行惰性气体保护，通常使用同轴气保护结合焊缝拖罩或者侧吹气保护的方式。
3.对于复杂曲面焊缝，由于型面限制，为保证焊缝两侧压紧，焊接约束压板需根据型面随型特制，且拖罩受曲面焊接影响，压板制造及装配难度增加，虽有惰性气体保护，但气流量控制难度大，焊缝保护效果难以保证。


技术实现要素：

4.(1)要解决的技术问题
5.本发明实施例第一方面提供了一种激光焊接用焊接工装，包括：气保护层和柔性压紧层，所述气保护层和所述柔性压紧层层叠设置；所述气保护层的一侧边设有通气孔，所述通气孔用于输出焊接用保护气体；所述柔性压紧层由受力形变材质制成。本发明集气保护和焊接约束功能于一体，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量。
6.本发明实施例第二方面提供了一种激光焊接方法，包括将待焊接件对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；对焊接工装施加朝向待焊接件的压力，使得柔性压紧层与待焊接件的型面贴紧；调节通气孔输出焊接用保护气体；对焊缝实施激光焊接；关闭保护气体，释放焊接工装。本发明集气保护和焊接约束功能于一体，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量。
7.(2)技术方案
8.本发明的实施例第一方面提出了一种激光焊接用焊接工装，包括：气保护层和柔性压紧层，所述气保护层和所述柔性压紧层层叠设置；所述气保护层的一侧边设有通气孔，所述通气孔用于输出焊接用保护气体；所述柔性压紧层由受力形变材质制成。
9.进一步地，所述焊接工装还包括接触压板，所述接触压板层叠设置在所述气保护层背离所述柔性压紧层的一面。
10.进一步地，所述气保护层和/或所述接触压板均有金属材质制成。
11.进一步地，所述通气孔设有若干个，若干个所述通气孔沿着所述气保护层的侧边方向布置。
12.进一步地，相邻所述通气孔均匀布置。
13.进一步地，所述柔性压紧层为复合层，外层为橡胶材质，内层填充金属砂。
14.进一步地，所述气保护层内部设有通气管，所述通气管的一端与所述通气孔连通，
所述通气管的另一端连通保护气源。
15.本发明的实施例第一方面提出了一种激光焊接方法，采用本发明实施例第一方面提出了任一项所述的焊接工装，所述激光焊接方法包括如下步骤：
16.步骤一：将待焊接件对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；
17.步骤二：对焊接工装施加朝向待焊接件的压力，使得柔性压紧层与待焊接件的型面贴紧；
18.步骤三：调节通气孔输出焊接用保护气体；
19.步骤四：对焊缝实施激光焊接；
20.步骤五：关闭保护气体，释放焊接工装。
21.进一步地，所述步骤三在通气孔输出焊接用保护气体以后还包括：检测焊缝处氧含量测量值，当焊缝处含量测量值小于100ppm时进行焊接。
22.进一步地，所述步骤四焊接完成后，继续输出一定时间的保护气体。
23.(3)有益效果
24.本发明利用柔性压紧层受力产生形变的特性对待焊接材料进行压紧，柔性压紧层在压紧过程中可以依据待焊接材料表面形状产生形变，从而能全面地对与待焊接材料表面贴合实施压紧操作，这样可以不受待焊接材料表面形状所限制，应用范围广。进一步，气保护层与柔性压紧层层叠设置，气保护层的通气孔朝向焊缝，这样可以在焊缝周围形成保护气氛，进而有利于激光焊接的顺利进行。
25.本发明实施例集合气保护和焊接约束功能于一体，可取代拖罩、侧吹气等装置，尤其是曲面焊缝，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量。柔性压紧层可快速准确对待焊接材料(尤其是曲面待焊接材料)进行焊接压紧约束，可根据不同型面位置重复使用，避免传统硬质压块必须根据特定型面特制，装配难度大等问题。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明一实施例中焊接工装的结构示意图。
29.图2是本发明一实施例中焊接工装挤压在待焊接件上的示意图。
30.图3是本发明一实施例中激光焊接方法的流程图。
31.图中：气保护层1、通气孔11、柔性压紧层2、接触压板3。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的
任何修改、替换和改进。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.下面将参照附图1-附图3并结合实施例来详细说明本技术。
35.根据本发明实施例第一方面的一种激光焊接用焊接工装，包括：气保护层1和柔性压紧层2，所述气保护层1和所述柔性压紧层2层叠设置；所述气保护层1的一侧边设有通气孔11，所述通气孔11用于输出焊接用保护气体；所述柔性压紧层2由受力形变材质制成。
36.在本发明实施例中，焊接工装包括气保护层1和柔性压紧层2，气保护层1的一侧边设有通气孔11，通气孔11用于输出焊接用保护气体。这样在实际焊接过程中，这样将焊接工装放置在焊缝的一侧，气保护层1输出的气体刚好可以覆盖焊缝，从而在焊接过程中可以在焊缝周围形成保护气体氛围，避免激光焊接过程中被氧气所氧化而影响焊接效果。
37.另外，本发明实施例中柔性压紧层2与气保护层1层叠设置，柔性压紧层2在实际焊接前可以紧压在待焊接材料上，由于柔性压紧层2是由受力形变材质制成，这样当柔性压紧层2压在待焊接材料上以后，可以不受待焊接材料表面形状的影响，即使当待焊接材料表面为曲面形状时，柔性压紧层2也可以根据其形状在压住待焊接材料以后产生形变对待焊接材料表面实现完全压紧，从而可起到稳定压紧的作用。
38.最后，经过柔性压紧层2对待焊接材料的压紧，使得能形成稳定、不易变形的焊缝，再在气保护层1填充的保护气体的氛围中可以实现稳定的激光焊接。
39.综上所述，本发明实施例利用柔性压紧层2受力产生形变的特性对待焊接材料进行压紧，柔性压紧层2在压紧过程中可以依据待焊接材料表面形状产生形变，从而能全面地对与待焊接材料表面贴合实施压紧操作，这样可以不受待焊接材料表面形状所限制，应用范围广。进一步，气保护层1与柔性压紧层2层叠设置，气保护层1的通气孔11朝向焊缝，这样可以在焊缝周围形成保护气氛，进而有利于激光焊接的顺利进行。
40.本发明实施例集合气保护和焊接约束功能于一体，可取代拖罩、侧吹气等装置，尤其是曲面焊缝，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量。柔性压紧层2可快速准确对待焊接材料(尤其是曲面待焊接材料)进行焊接压紧约束，可根据不同型面位置重复使用，避免传统硬质压块必须根据特定型面特制，装配难度大等问题。
41.根据本发明第一方面的另一个实施例，所述焊接工装还包括接触压板3，所述接触压板3层叠设置在所述气保护层1背离所述柔性压紧层2的一面。参阅附图1所示，接触压板3的设置可以使得焊接工装通过接触压板3与施加压力的部件(例如焊接机床的压梁)连接，这样可方便连接。
42.根据本发明第一方面的又一个实施例，所述气保护层1和/或所述接触压板3均有金属材质制成，这样可以提高气保护层1和/或接触压板3的结构强度，避免在压紧待焊接部件时出现形变或者出现损坏，从而影响气体保护效果或者压紧效果。
43.具体地，在本发明的一实施例中，接触压板3可以为不锈钢材料，宽度不小于100mm，厚度3-5mm，接触压板3主要起到与激光焊接激光的压梁连接的作用，同时连接气保护层1和柔性压紧层2。
44.具体地，在本发明的一实施例中，气保护层1也可以为不锈钢材料，厚度3-5mm，通气孔11设置在气保护层1靠近焊缝的一侧。柔性压紧层2的厚度可以为30-40mm。
45.具体地，柔性压紧层2与气保护层1使用螺栓四周连接固定，柔性压紧层2与气保护层1接触面中心位置嵌螺栓连接。气保护层1与接触压板3可以固定连接，也可以通过螺栓等方式连接。
46.当然了，在实际使用时，接触压板3的宽度、厚度，气保护层1的厚度，柔性压紧层2的厚度都可以根据需要来设置，具体不应构成对本技术的限制。
47.根据本发明第一方面的一个实施例，所述通气孔11设有若干个，若干个所述通气孔11沿着所述气保护层1的侧边方向布置。参阅附图1所示，在本发明实施例中，设置若干个通气孔11可以使得气体充满待焊接部位(也就是焊缝周围)，从而更加有利于起到气体保护防氧化的作用。
48.具体地，根据本发明第一方面的另一个实施例，相邻所述通气孔11均匀布置。参阅附图1所示，这样可以使得喷入到焊缝部位的气体更加的均匀。
49.具体地，根据本发明第一方面的又一个实施例，所述柔性压紧层2为复合层，外层为橡胶材质，内层填充金属砂。这样柔性压紧层2的形状可以根据外界施加的压力的变化在附着物上产生形变，能很好地紧贴在被附着物(待焊接件)上。
50.具体地，根据本发明第一方面的一个实施例，所述气保护层1内部设有通气管，所述通气管的一端与所述通气孔11连通，所述通气管的另一端连通保护气源。这样保护气源可以通过通气管输入到通气孔11处，再由通气孔11输出到焊缝处，在待焊接的焊缝处形成保护气氛。
51.根据本发明第二方面的一种激光焊接方法，采用本发明第一方面任一项所述的焊接工装，参阅附图3所示，所述激光焊接方法包括如下步骤：
52.步骤一：将待焊接件对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；
53.步骤二：对焊接工装施加朝向待焊接件的压力，使得柔性压紧层2与待焊接件的型面贴紧；
54.步骤三：调节通气孔11输出焊接用保护气体；
55.步骤四：对焊缝实施激光焊接；
56.步骤五：关闭保护气体，释放焊接工装。
57.下面结合附图1和附图2来说明本发明实施例，在本发明实施例中，参阅附图2所示，首先将待焊接件左右对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；然后对焊接工装施加朝向待焊接件的压力(如附图2中施加向下的压力)，使得焊接工装的柔性压紧层2与待焊接件的型面贴紧，由于焊接工装的柔性压紧层2受力会产生形变，柔性压紧层2在压紧过程中可以依据待焊接材料表面形状产生形变，从而能全面地对与待焊接材料表面贴合，这样可以不受待焊接材料表面形状所限制进行全面的压紧。当焊接工装将焊缝两侧的待焊接件压紧以后，调节通气孔11输出焊接用保护气体，两侧的焊接用保护气体朝向中间的焊缝喷出，在焊缝周围形成保护气氛；接着，对焊缝实施激光焊接；焊接结束以后，关闭保护气体，释放焊接工装。
58.在本发明实施例中，利用本发明实施例第一方面的焊接工装，可以根据不同待焊接件表面形状完成压紧约束操作，由于柔性压紧层2为受力产生形变结构，因此，柔性压紧层2可匹配不同形状的待焊接件，然后利用焊接工装两侧的待焊接件分别进行了紧压，从而形成了稳定的焊缝。接着，利用两侧焊接工装上的通气孔11对焊缝周围补充保护气体，形成
保护气氛，本发明实施例集合气保护和焊接约束功能，可取代拖罩、侧吹气等装置，尤其是曲面焊缝，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量，焊接过程简单、方便、易行。
59.根据本发明第二方面的一个实施例，所述步骤三在通气孔11输出焊接用保护气体以后还包括：检测焊缝处氧含量测量值，当焊缝处含量测量值小于100ppm时进行焊接。通过检测焊缝处氧含量测量值来调节通气孔11的输气量，确保焊缝周围的含氧量低于要求，从而保证了焊接质量。当然了，在实际加工时，阈值100ppm可以根据需要来设定，具体不应构成对本技术的限制。
60.根据本发明第二方面的又一个实施例，所述步骤四焊接完成后，继续输出一定时间的保护气体，这样可以确保焊缝在保护气氛下冷却至氧化温度以下，从而不会被氧化，有利于提高焊接质量。
61.具体地，在释放焊接工装时，两侧的焊接工装要对称释放压紧力，这样可以使得焊缝处受力均匀，不易发生形变。
62.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
63.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，包括：气保护层(1)和柔性压紧层(2)，所述气保护层(1)和所述柔性压紧层(2)层叠设置；所述气保护层(1)的一侧边设有通气孔(11)，所述通气孔(11)用于输出焊接用保护气体；所述柔性压紧层(2)由受力形变材质制成。2.根据权利要求1所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，所述焊接工装还包括接触压板(3)，所述接触压板(3)层叠设置在所述气保护层(1)背离所述柔性压紧层(2)的一面。3.根据权利要求1所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，所述气保护层(1)和/或所述接触压板(3)均有金属材质制成。4.根据权利要求1所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，所述通气孔(11)设有若干个，若干个所述通气孔(11)沿着所述气保护层(1)的侧边方向布置。5.根据权利要求4所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，相邻所述通气孔(11)均匀布置。6.根据权利要求1所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，所述柔性压紧层(2)为复合层，外层为橡胶材质，内层填充金属砂。7.根据权利要求1所述的一种激光焊接用焊接工装，其特征在于，所述气保护层(1)内部设有通气管，所述通气管的一端与所述通气孔(11)连通，所述通气管的另一端连通保护气源。8.一种激光焊接方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的焊接工装，所述激光焊接方法包括如下步骤：步骤一：将待焊接件对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；步骤二：对焊接工装施加朝向待焊接件的压力，使得柔性压紧层(2)与待焊接件的型面贴紧；步骤三：调节通气孔(11)输出焊接用保护气体；步骤四：对焊缝实施激光焊接；步骤五：关闭保护气体，释放焊接工装。9.根据权利要求8所述的一种激光焊接方法，其特征在于，所述步骤三在通气孔(11)输出焊接用保护气体以后还包括：检测焊缝处氧含量测量值，当焊缝处含量测量值小于100ppm时进行焊接。10.根据权利要求8所述的一种激光焊接方法，其特征在于，所述步骤四焊接完成后，继续输出一定时间的保护气体。

技术总结
本发明涉及一种激光焊接用焊接工装及使用其的激光焊接方法，激光焊接用焊接工装包括：气保护层和柔性压紧层，所述气保护层和所述柔性压紧层层叠设置；所述气保护层的一侧边设有通气孔，所述通气孔用于输出焊接用保护气体；所述柔性压紧层由受力形变材质制成。激光焊接方法包括如下步骤：将待焊接件对齐形成焊缝，在焊缝两侧分别设置一个焊接工装；对焊接工装施加朝向待焊接件的压力，使得柔性压紧层与待焊接件的型面贴紧；调节通气孔输出焊接用保护气体；对焊缝实施激光焊接；关闭保护气体，释放焊接工装。本发明集气保护和焊接约束功能于一体，使焊接可达性及气保护效果大幅提升，确保焊缝保护质量。确保焊缝保护质量。确保焊缝保护质量。


技术研发人员：马旭颐 段爱琴 芦伟 杨璟 王学东
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2022/5/25