高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置的制造方法
【專利摘要】本發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裝置，包括輸氣異形管、轉接裝置、保護氣軟管和套管；套管通過三維調節裝置連接激光焊槍，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動副，其穿過套管的一端通過轉接裝置與保護氣軟管密封連接，其中，輸氣異形管封閉端側壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列；本發明裝置簡單易裝夾，四維可調，跟隨焊槍同步運動，保證保護氣全面覆蓋熔池背面區域，既減少了保護氣用量，又達到了保護熔池背面，防止熔池背面氮逸出、表面金屬氧化的目的，本發明位于熔池側下方，不僅有效避免激光穿透工件時將其損傷，延長保護裝置的使用壽命，而且避免雙側同吹保護氣產生紊流，提高保護效果。
【專利說明】
高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置
技術領域
[0001]本發明屬于材料加工技術領域，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裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，現代工業對不銹鋼的快速需求導致鎳資源的緊缺，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用前景的工程應用鋼，其能否更廣泛地投入應用在一定程度上取決于其焊接性。在現有普通熔焊過程中，焊縫區過程中都不可避免地出現氮的損失，直接降低了焊縫中固溶氮的含量，從而降低了接頭性能。激光焊接時熱影響區很窄，可有效避免焊接熱影響區氮化物、碳化物或者碳氮化物等的析出問題，但焊縫區氮氣孔、氮逸出、氮化物析出導致的氮的缺失仍是個焊接瓶頸。
[0003]在激光深熔焊的過程中，形成了特有的小孔效應。根據小孔與熔池的熔透狀態，可分為未熔透、僅熔池透、適度熔透(小孔穿透)、過熔透四種。當處于小孔熔透或者過熔透狀態時，熔池貫穿整個工件，那么固溶于熔池中的氮隨著液態金屬的對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氣，由于氮的不平衡，造成氣液界面處氮的直接逸出。當焊速過快，氮未逸出造成的氮氣孔會造成焊縫固溶氮含量的減少，使得接頭性能驟降。因此，選用氮氣作為高氮奧氏體不銹鋼激光焊的保護氣，不失為一種有效固氮的措施。
[0004]專利CN200910012596.6所述裝置雖然能對焊縫背面實施保護，但是由于與儲氣槽相通的出氣孔均勻分布于裝置兩側面，當儲氣槽的充氣口有保護氣流入，從全長不同位置出氣孔流出的保護氣氣流壓力不一致，且左右儲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，降低了保護效果，增加了氮氣孔形成的可能性，且存在氣體浪費的問題。
[0005]其他厚板高氮鋼激光焊接中，鮮有采取熔池背面保護措施，那么焊后易出現焊縫氮氣孔、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]針對這種現狀，急需一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，可以有效提高焊接過程熔池背面保護效果，并解決焊接過程中的保護氣體浪費問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種結構簡單，四維可調，保護氣覆蓋全面，節約保護氣，并且有效避免激光穿透工件時將其損傷的風險和雙側同吹保護氣產生紊流的問題，最終獲得了焊縫背面成型美觀和符合強度要求的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護
目.ο
[0008]實現本發明目的的技術解決方案為:
[0009]—種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，包括輸氣異形管、轉接裝置、保護氣軟管和套管；套管通過三維調節裝置連接激光焊槍，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動副，其穿過套管的一端通過轉接裝置與保護氣軟管密封連接，其中，輸氣異形管封閉端側壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。
[0010]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0011](I)本發明結構簡單易裝夾，四維可調，能夠保證保護氣全面覆蓋熔池背面區域。
[0012](2)本發明的保護氣裝置跟隨焊槍同步運動，實時跟蹤熔池位置，既減少了保護氣用量，又達到了隨時保護熔池背面，防止熔池背面氮逸出、表面金屬氧化的目的。
[0013](3)本發明的保護氣裝置位于熔池側下方，不僅有效避免激光穿透工件時將其損傷，延長保護裝置的使用壽而且能避免雙側同吹保護氣產生紊流，提高保護效果。
[0014](4)本發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，在熔池背面的全長方向均勻送氣，提高保護效果，防止保護氣不均勻，空氣侵入。
[0015]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置的結構示意圖。
[0017]圖2為本發明高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置輸氣異形管的剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]結合圖1和圖2:
[0019]本發明一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，包括輸氣異形管
1、轉接裝置2、保護氣軟管3和套管4 ;套管4通過三維調節裝置連接激光焊槍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形成轉動副，其穿過套管4的一端通過轉接裝置2與保護氣軟管3密封連接，其中，輸氣異形管I封閉端側壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。
[0020]三維調節裝置包括滑塊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副，調節輸氣異形管I相對于焊縫的橫向偏移位置，伸縮直管9 一端與豎桿8形成滑動副且與豎桿8垂直，調節輸氣異形管I相對于焊縫的間距，伸縮直管9調節輸氣異形管I相對于焊縫的縱向偏移位置；伸縮直管9另一端設置有焊槍固定器10。
[0021]輸氣異形管I內設置有氣體層流隔板，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應的側壁范圍內，氣體層流隔板靠近輸氣異形管I的開口端間隔設置有氣體層流擋板，間隔設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開口端設置螺紋，與轉接裝置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]實施例:
[0027]—種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，包括輸氣異形管1、轉接裝置2、保護氣軟管3和套管4 ;套管4通過三維調節裝置連接激光焊槍11，三維調節裝置包括滑塊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副，調節輸氣異形管I相對于焊縫的橫向偏移位置，伸縮直管9 一端與豎桿8形成滑動副且與豎桿8垂直，調節輸氣異形管I相對于焊縫的間距，伸縮直管9調節輸氣異形管I相對于焊縫的縱向偏移位置，伸縮直管9另一端設置有焊槍固定器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形成轉動副，其穿過套管4的一端通過轉接裝置2與保護氣軟管3密封連接，其中，輸氣異形管I封閉端側壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列；輸氣異形管I內設置有三個與輸氣異形管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，還設置有一個與輸氣異形管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應的側壁范圍內，水平隔板1-4上開有氣孔陣列，間隔設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開口端設置螺紋，與轉接裝置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接拼焊，焊接方向為200mm的長度方向。焊接準備，用角磨機清理高氮鋼對接面附近的氧化層，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上，確保對接平板的縫隙小于0.4mm。調節激光焊槍11距離平板上表面的高度，將焦點聚焦于工件表面。將輸氣異形管I的非密封端通過轉接裝置2與保護氣軟管3進行密封連接，并穿入套管4中，置于對接平板縫隙的側下方。接著調節保護裝置的位置。首先調節伸縮直管9的伸縮長度，即調整輸氣異形管I相對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；然后調節豎桿8，即調整輸氣異形管I相對于縫隙的間距，使得輸氣異形管I距離高氮鋼平板下表面的距離約為20mm ;接著滑動燕尾槽7中的滑塊6，即調節輸氣異形管I相對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_ ;轉動套管4，進行吹氣角度的調節，旋轉約50°，使得氣孔陣列對準縫隙，保證保護氣全面覆蓋熔池背面區域；最后轉動套管4上的螺栓5，將輸氣異形管I與三維調節裝置緊固。調節完畢保護氣裝置的位置與吹氣角度，打開氮氣保護氣氣瓶，調節流量表，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。點擊激光發射按鈕，進行焊接。焊接完畢，關閉激光器，關閉保護氣。移動激光焊槍至合適位置，松開工件夾緊裝置，取下工件，進行表面飛濺清理。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，表面呈現金黃色。經X射線無損檢測，焊縫中基本無氣孔缺陷。對焊縫進行線切割取樣、檢測。經檢測，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。
【主權項】
1.一種高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，其特征在于:包括輸氣異形管(I)、轉接裝置(2)、保護氣軟管(3)和套管(4);套管(4)通過三維調節裝置連接激光焊槍(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)形成轉動副，其穿過套管(4)的一端通過轉接裝置(2)與保護氣軟管(3)密封連接，其中，輸氣異形管(I)封閉端側壁上開有與焊接方向平行的氣孔陣列。2.根據權利要求1所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，其特征在于:所述的三維調節裝置包括滑塊(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副，伸縮直管(9) 一端與豎桿(8)形成滑動副且與豎桿(8)垂直，另一端設置有焊槍固定器(10)。3.根據權利要求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裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)內設置有氣體層流隔板，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應的側壁范圍內，氣體層流隔板靠近輸氣異形管(I)的開口端間隔設置有氣體層流擋板，間隔設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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設置螺紋，與轉接裝置(2)螺紋連接。8.根據權利要求3所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設置螺紋，與轉接裝置(2)螺紋連接。9.根據權利要求5所述的高氮奧氏體不銹鋼激光焊接過程熔池背面保護裝置，其特征在于:所述的輸氣異形管(I)開口端設置螺紋，與轉接裝置(2)螺紋連接。
【文檔編號】B23K26/12GK105983782SQ201510064504
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月6日
【發明人】王克鴻, 魏愛民, 江俊龍, 姚峰, 彭勇
【申請人】南京理工大學