本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大尺寸，大厚度的管道廣泛應(yīng)用在石油化工，海洋工業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域。尤其在核工業(yè)領(lǐng)域，核廢料掩埋裝置等均為大尺寸，大厚度的管線。這些大尺寸，大厚度的管道環(huán)縫的傳統(tǒng)焊接方法為鎢極氬弧焊。由于厚度較大，鎢極氬弧焊需進(jìn)行多層多道焊接。為了避免裂紋，焊接過程需要預(yù)熱，并且為了保證焊接質(zhì)量，在下一層焊接前，需要進(jìn)行焊縫無損檢測。單從焊縫質(zhì)量上考慮，真空電子束焊接是比較理想的焊接方法?？梢詫?shí)現(xiàn)低熱輸入的單道焊接。但是這類管道構(gòu)建一般尺寸比較大，這類構(gòu)建在真空室內(nèi)焊接的可行性和經(jīng)濟(jì)性都比較差。

英國的TWI提出了局部真空電子束焊接方法并推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，并且中國專利公布號CN1422722和CN2454075也發(fā)布一些局部真空電子束焊接裝置及方法。但是局部真空電子束焊接對電子槍需要特殊設(shè)計(jì)，并且大氣分子對電子的散射效應(yīng)使得該項(xiàng)技術(shù)自上世紀(jì)60年代提出以來發(fā)展十分緩慢。近年來隨著大功率高品質(zhì)激光器的出現(xiàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，大功率激光在真空下也能獲得類似電子束焊接的大深寬比焊縫，并且真空激光焊接不需要達(dá)到電子束焊接所需的極高的真空度，同時(shí)激光焊接也不存在大氣分子對電子的散射的問題，還不需要射線保護(hù)?；谝陨蠋c(diǎn)，局部真空激光焊接具有巨大的發(fā)展前景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有局部真空激光焊接技術(shù)需進(jìn)行多層多道焊接、尺寸較大且可行性差的問題，現(xiàn)提供一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置及基于該焊接裝置的焊接方法。

一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置，所述裝置包括：激光加工系統(tǒng)、外部局部真空殼體2-1、內(nèi)部局部真空殼體3-1和動(dòng)密封組件4；

外部局部真空殼體2-1套接在待焊管道6的外壁，外部局部真空殼體2-1與待焊管道6之間形成外部局部真空室；內(nèi)部局部真空殼體3-1嵌入在待焊管道6的內(nèi)壁，內(nèi)部局部真空殼體3-1與待焊管道6之間形成內(nèi)部局部真空室；待焊管道6的焊縫位于外部局部真空室與內(nèi)部局部真空室之間；

外部局部真空殼體2-1為圓環(huán)形，沿其周向開有一開口槽2-3，動(dòng)密封組件4與該開口槽2-3緊密配合；激光加工系統(tǒng)通過動(dòng)密封組件4與外部局部真空室相連通，使得激光加工系統(tǒng)發(fā)出的激光穿過環(huán)形的開口槽2-3射向待焊管道6形成焊縫；動(dòng)密封組件4能夠帶動(dòng)激光加工系統(tǒng)沿開口槽2-3運(yùn)動(dòng)，使激光在真空室內(nèi)完成焊接，在焊接的過程中保持外部局部真空室密封。

外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室利用抽氣組件進(jìn)行抽真空。

抽氣組件包括抽氣泵5-1和抽氣管道5-2；抽氣泵5-1通過抽氣管道5-2分別與外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室相連通。

激光加工系統(tǒng)包括激光器1-1和激光加工頭1-2；激光器1-1發(fā)出的激光通過激光加工頭1-2射出，激光加工頭1-2通過動(dòng)密封組件4伸進(jìn)外部局部真空室內(nèi)部。

外部局部真空殼體2-1與待焊管道6之間設(shè)有外部密封膠圈2-2，內(nèi)部局部真空殼體3-1與待焊管道6之間設(shè)有內(nèi)部密封膠圈3-2。

動(dòng)密封組件4包括動(dòng)密封膠圈4-1、動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3；

動(dòng)密封膠圈4-1固定在開口槽2-3的外部，用于外部局部真空室的密封；

動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2為頂部開口的盒體，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2左右相對的兩個(gè)側(cè)壁上設(shè)有開口4-5，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2利用兩個(gè)開口4-5扣在動(dòng)密封膠圈4-1上，該開口4-5與動(dòng)密封膠圈4-1緊密配合，該動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2的盒體底板開有通孔4-4，所述通孔4-4用于插入激光加工頭1-2；動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2的盒體底板上設(shè)置有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3，且導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3位于通孔4-4的上方或下方，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3用于引導(dǎo)動(dòng)密封膠圈4-1避開通孔4-4。

基于上述焊接裝置的焊接方法，該方法為：

對外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室進(jìn)行抽真空；

開啟激光加工系統(tǒng)，激光加工系統(tǒng)輸出的激光束與待焊管道6相對運(yùn)動(dòng)，使得激光束歷遍整個(gè)待焊管道6形成焊縫，完成對待焊管道6焊接。

保持激光加工系統(tǒng)靜止，使待焊管道6以其軸線為軸旋轉(zhuǎn)，完成激光加工系統(tǒng)輸出的激光束與待焊管道6的相對運(yùn)動(dòng)。

保持待焊管道6靜止，驅(qū)動(dòng)激光加工系統(tǒng)沿待焊管道6的焊縫運(yùn)動(dòng)，完成激光加工系統(tǒng)輸出的激光束與待焊管道6的相對運(yùn)動(dòng)。

激光加工系統(tǒng)輸出的激光束與待焊管道6相對運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的具體有益效果如下：

1、本發(fā)明所述的裝置和方法相比傳統(tǒng)管道焊接的鎢極氬弧焊方法，無需多層多道焊接、焊接預(yù)熱和層間的無損檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)單道焊接，具有快速高效的特點(diǎn)；

2、本發(fā)明所述的裝置和方法相比于真空電子束焊接方法，對于大型構(gòu)建無需大型真空室，解決了較長的抽真空時(shí)間，同時(shí)焊接成本明顯降低；

3、本發(fā)明所述的裝置和方法相比于局部真空電子束焊接裝置更加簡單，可操作性更強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置工作狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置局部剖視圖；

圖3為具體實(shí)施方式三所述的動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為具體實(shí)施方式三所述的動(dòng)密封組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參照圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置，所述裝置包括：激光加工系統(tǒng)、外部局部真空殼體2-1、內(nèi)部局部真空殼體3-1和動(dòng)密封組件4；

外部局部真空殼體2-1套接在待焊管道6的外壁，外部局部真空殼體2-1與待焊管道6之間形成外部局部真空室；內(nèi)部局部真空殼體3-1嵌入在待焊管道6的內(nèi)壁，內(nèi)部局部真空殼體3-1與待焊管道6之間形成內(nèi)部局部真空室；待焊管道6的焊縫位于外部局部真空室與內(nèi)部局部真空室之間。

外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室利用抽氣組件進(jìn)行抽真空，抽氣組件包括抽氣泵5-1和抽氣管道5-2；抽氣泵5-1通過抽氣管道5-2分別與外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室相連通。外部局部真空組件2與待焊管道6之間設(shè)有外部密封膠圈2-2，內(nèi)部局部真空組件3與待焊管道6之間設(shè)有內(nèi)部密封膠圈3-2。

外部局部真空殼體2-1為圓環(huán)形，沿其周向開有一開口槽2-3，動(dòng)密封組件4與該開口槽2-3緊密配合；激光加工系統(tǒng)通過動(dòng)密封組件4與外部局部真空室相連通，使得激光加工系統(tǒng)發(fā)出的激光穿過開口槽2-3射向待焊管道6的焊縫；動(dòng)密封組件4能夠帶動(dòng)激光加工系統(tǒng)沿開口槽2-3運(yùn)動(dòng)，并保持外部局部真空室密封。

本實(shí)施方式中所述待焊管道6一般為大尺寸，大厚度管線或者管體，有待焊環(huán)縫。

本實(shí)施方式中抽氣泵5-1通過抽氣管道5-2分別于內(nèi)部真空室的抽氣接口和外部真空室的抽氣接口相連，使得焊縫周圍形成局部真空環(huán)境。抽氣泵為旋轉(zhuǎn)機(jī)械抽氣泵，其通過抽氣管道分別于內(nèi)部真空室的抽氣接口和外部真空室的抽氣接口相連，使得焊縫周圍形成局部真空環(huán)境。

外部真空殼體2-1位于待焊管道6外部，通過外部密封膠圈2-2與工件6之間密封，保證外部局部真空室的密封性。內(nèi)部真空殼體3-1位于待焊管道6內(nèi)部，通過內(nèi)部密封膠圈3-2與待焊管道6之間密封，保證內(nèi)部局部真空室的密封性。在焊縫周圍形成一個(gè)密封空間，并且抽氣系統(tǒng)5對密封空間抽氣，在焊縫周圍形成局部真空。激光加工組件配合動(dòng)密封組件4，實(shí)現(xiàn)激光進(jìn)入外部局部真空室，并依靠待焊管道6與激光加工系統(tǒng)1之間的相對運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)局部真空激光加工。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，激光加工系統(tǒng)包括激光器1-1和激光加工頭1-2；激光器1-1發(fā)出的激光通過激光加工頭1-2射出，激光加工頭1-2通過動(dòng)密封組件4與外部局部真空室相連通。

本實(shí)施方式中，激光器1-1為工業(yè)激光器1-1，所述工業(yè)激光器1-1可以為用于激光焊接的CO2激光器，光纖激光器或碟片激光器等。所述激光加工頭1-2為工業(yè)激光加工頭，例如：德國PRECTICE YW52激光加工頭。對與光纖激光器和碟片激光器，工業(yè)激光器與激光加工頭之間采用光纖傳輸激光，對于CO₂激光器采用硬光路傳輸激光。

具體實(shí)施方式三：參照圖3和圖4具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式二所述的一種管道環(huán)縫局部真空激光焊接裝置作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，動(dòng)密封組件4包括動(dòng)密封膠圈4-1、動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3；

動(dòng)密封膠圈4-1固定在開口槽2-3的外部，用于外部局部真空室的密封；

動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2為頂部開口的盒體，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2左右相對的兩個(gè)側(cè)壁上設(shè)有開口4-5，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2利用兩個(gè)開口4-5扣在動(dòng)密封膠圈4-1上，該開口4-5與動(dòng)密封膠圈4-1緊密配合，該動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2的盒體底板開有通孔4-4，所述通孔4-4用于插入激光加工頭1-2；動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2的盒體底板上設(shè)置有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3，且導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3位于通孔4-4的上方或下方，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3用于引導(dǎo)動(dòng)密封膠圈4-1避開通孔4-4。

本實(shí)施方式中，動(dòng)密封膠圈4-1整體嵌入外部局部真空室的開口槽2-3內(nèi)，動(dòng)密封膠圈4-1同時(shí)也嵌入動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2中，受動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2內(nèi)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4-3的影響，具有彈性的動(dòng)密封膠圈4-1在動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2內(nèi)部會(huì)有部分脫離局部真空室的開口槽，使得通孔4-4露出而不被動(dòng)密封膠圈4-1所遮擋。動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-2控制密封膠圈4-1與激光加工頭1-2的配合，使得在激光加工頭1-2和待焊管道6發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的過程中，外部局部真空室的開口槽上激光對準(zhǔn)位置密封條脫離，激光進(jìn)入真空室，其他部位保持密封，可以形成滿足局部真空激光焊接的局部真空，完成局部真空激光焊接。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式所述的基于具體實(shí)施方式一所述的焊接裝置的焊接方法，本實(shí)施方式中，所述焊接方法具體包括以下步驟：

步驟一、在待焊管道6待焊位置內(nèi)外分別安裝內(nèi)部局部真空室組件和外部局部真空室組件，利用靜密封圈2-1和靜密封圈2-1分別使得待焊管道6與外局部真空室殼體3-1和待焊管道6與內(nèi)局部真空室殼體3-1之間形成良好的密封；

步驟二、安裝激光加工頭1-2，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-1和動(dòng)密封膠圈4-2，使得三者之間形成良好密封，并能協(xié)調(diào)工作；

步驟三、開動(dòng)真空抽氣泵5-1，分別對外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室進(jìn)行抽真空，使得局部真空室內(nèi)達(dá)到一定的局部真空度；

步驟四、控制激光器1-1出光，保持激光頭1-2靜置，協(xié)同控制動(dòng)密封控制組件4-1和待焊管道6相對激光加工頭1-2以一定速度運(yùn)動(dòng)，使得激光進(jìn)入真空室完成激光焊接過程；

步驟五、焊接完畢后，將局部真空裝置從工件周圍拆下，完成整個(gè)環(huán)縫局部真空激光加工過程。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式所述的基于具體實(shí)施方式一所述的焊接裝置的焊接方法，本實(shí)施方式中，所述焊接方法具體包括以下步驟：

步驟一、在待焊管道6待焊位置內(nèi)外分別安裝內(nèi)部局部真空室組件和外部局部真空室組件，利用靜密封圈2-1和靜密封圈2-1分別使得待焊管道6與外局部真空室殼體3-1和待焊管道6與內(nèi)局部真空室殼體3-1之間形成良好的密封；

步驟二、安裝激光加工頭1-2，動(dòng)密封控制機(jī)構(gòu)4-1和動(dòng)密封膠圈4-2，使得三者之間形成良好密封，并能協(xié)調(diào)工作；

步驟三、開動(dòng)真空抽氣泵5-1，分別對外部局部真空室和內(nèi)部局部真空室進(jìn)行抽真空，使得局部真空室內(nèi)達(dá)到一定的局部真空度；

步驟四、控制激光器1-1出光，保持待焊管道6靜置，協(xié)同控制激光頭1-2和動(dòng)密封控制組件4-1相對待焊管道6以一定速度運(yùn)動(dòng)，使得激光進(jìn)入真空室完成激光焊接過程；

步驟五、焊接完畢后，將局部真空裝置從工件周圍拆下，完成整個(gè)環(huán)縫局部真空激光加工過程。