[發明專利]一種脈沖強磁場輔助激光焊接方法與設備

有效

• 申請號: 201310749922.8
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103769746A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 曾曉雁;高明;王磊;李耿;張臣;王澤敏;李祥友
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/22;B23K26/70
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，該方法是在整個焊接過程中，先將激光束照射到工件上形成焊接接頭，再將脈沖強磁場施加于剛剛凝固的焊接接頭及其周圍熱影響區域，脈沖強磁場在工件表面產生壓應力使接頭區域發生塑性變形，釋放殘余應力，以降低焊接接頭應力集中和結構變形程度，并提高焊接接頭疲勞強度。

2.根據權利要求1所述的脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，所述脈沖強磁場與激光束的延遲作用時間為0.5s～300s，優選范圍為5s～60s。

3.根據權利要求1所述的脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，激光功率為300W～15000W，優選范圍為1500W～5000W；作用于工件表面的激光光斑直徑為0.1mm～10mm，更優選的范圍為0.5mm～5mm；脈沖磁場強度0.05T-90T，優選范圍為0.5T-50T；脈寬1μs～3s，優選范圍為500μs～500ms。

4.根據權利要求1所述的脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，所述焊接為點焊時，單點焊接時間為0.05s～10s，更優選的范圍為0.2s～3s；所述焊接為縫焊時，焊接速度為0.5m／min～30m／min，更優選的范圍為1m／min～6m／min。

5.根據權利要求1所述的脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，采用振鏡掃描聚焦系統時激光束在工件表面沿半徑方向的擺動幅度為0.5mm～5mm。

6.根據權利要求1所述脈沖強磁場輔助激光焊接方法，其特征在于，點焊時，脈沖強磁場線圈和激光束同軸，脈沖強磁場線圈和工件表面的垂直間距為0.5mm～50mm，優選范圍為2mm～10mm；縫焊時，脈沖強磁場線圈和激光束旁軸，兩者之間的水平間距為10mm～500mm，優選值為30mm～50mm，脈沖強磁場線圈和工件表面的垂直間距為0.5mm～50mm，優選范圍為2mm～10mm。

7.一種實現權利要求1所述脈沖強磁場輔助激光焊接方法的設備，包括激光器、脈沖強磁場發生器、數控系統、光學傳輸系統、激光脈沖強磁場復合加工頭和加工機床；

所述激光器為固體激光器或氣體激光器，所述光學傳輸系統分別與激光器和激光聚焦系統相連，用于激光束的傳輸；所述脈沖強磁場發生器用于產生脈沖強磁場，所述激光脈沖強磁場復合加工頭用于集成激光束和脈沖強磁場；所述加工機床用于安裝激光脈沖強磁場復合加工頭或工件；

所述數控系統分別與激光器、脈沖強磁場發生器和加工機床的電信號連接，用于控制三者工作，使通過激光脈沖強磁場復合加工頭出射的激光束和脈沖強磁場共同作用于工件上。

8.根據權利要求7所述的脈沖強磁場輔助激光焊接設備，其特征在于，所述激光脈沖強磁場復合加工頭包括激光聚焦系統、復合焊接位置調節裝置和電磁轉換裝置，電磁轉換裝置中部設有用于激光束穿過的通孔，激光聚焦系統用于激光束的聚焦，所述復合焊接位置調節裝置的一端固定安裝在激光聚焦系統上，另一端活動安裝電磁轉換裝置，電磁轉換裝置能夠通過復合焊接位置調節裝置移動以調節其和待加工工件之間的間距。

9.根據權利要求8所述的脈沖強磁場輔助激光焊接設備，其特征在于，所述電磁轉換裝置包括集磁器和脈沖強磁場線圈；集磁器為中空結構，脈沖強磁場線圈套裝在集磁器上。

10.根據權利要求8或9所述的脈沖強磁場輔助激光焊接設備，其特征在于，所述激光聚焦系統的聚焦方式為激光振鏡掃描聚焦、透鏡聚焦或銅鏡反射聚焦；所述激光聚焦系統和電磁轉換裝置采用同軸或旁軸設計。