[發明專利]一種旋轉電-磁場同步輔助激光焊接的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811201482.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109128502B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 石巖;閆勝鴻;劉佳;李云峰
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K31/12;B23K26/12;B23K37/04;B23K26/70
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

本發明公開了一種旋轉電?磁場同步輔助激光焊接的裝置及方法，屬于激光焊接領域，焊接的裝置包括電、磁調節裝置及定位夾緊工裝，定位夾緊工裝中的支撐柱與回轉氣缸均安裝在底板上，電場發生底板安裝在支撐柱上，壓塊安裝在回轉氣缸上，電、磁場調節裝置中的釹鐵硼永磁鐵被緊固在磁場調節盤上，絕緣套、焊接激光頭以及磁場調節盤安裝在直驅電機上，直驅電機安裝在主軸上，電場電源兩極分別接于電場發生底板、焊接激光頭。本發明可實現旋轉磁場及恒定電場簡便、快速以及強度大小的連續調節，并保證了電、磁場隨焊接激光束的同步運動，再通過設置合理的功率、焦距、離焦量、氦保護氣體流量等激光工藝參數，從而提高了激光焊接焊縫成形質量。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種旋轉電-磁場同步輔助激光焊接的裝置及方法，其具體為基于永磁鐵的旋轉磁場和恒定電場共同同步輔助激光焊接的方法及其焊接裝置。

背景技術

激光焊接是采用連續或脈沖激光束作為熱源熔化并連接工件的焊接方法，具有焊接速度快、深寬比大、變形小等特點。隨著工業生產的迅猛發展和新材料的不斷開發，對焊接結構的性能要求越來越高，激光焊以高能量密度、深穿透、高精度、適應性強等優點得到廣泛應用。

電-磁場輔助焊接技術是近年發展起來的一種新技術，電-磁輔助焊接方法是改善焊縫成形及提高焊縫組織性能的有效方式之一。熔池中的液態金屬在凝固形成焊縫前，受到表面張力、電-磁力、重力等復雜因素影響，會呈現出一定的流動狀態。而在不加外部輔助的焊接過程中，極易產生成分及溫度場的分布不均、下淌、駝峰焊道等成形缺陷。當施加了外加旋轉電-磁場后，由于電-磁感應的作用，外加旋轉電-磁場與熔池中的電流體相互作用，產生的電-磁力可以改變熔池的流動及減少焊縫中化學成分的偏析，使焊接熔池溫度分布均勻，達到細化晶粒，抑制裂紋和氣孔的產生，解決熔焊時出現的咬邊、駝峰焊道、氣孔、裂紋等焊接缺陷的作用。

由于外加電-磁作用下焊接熔池形成機理極其復雜，焊接過程中熱、力和電-磁等物理場作用機理尚未分析透徹。現有的磁場輔助激光焊接裝置都是在試驗條件下完成的，實際的利用價值并不高。外部施加的磁場與焊接過程不同步，無法保證在激光焊接過程中熔池處的磁場大小、方向和頻率的一致性，且焊接裝置較復雜。相應地，本領域仍然存在著對電-磁場改善焊縫成形質量設備的技術需求。

中國專利CN103612019B公開了一種磁力攪拌的CO2激光-TIG電弧復合焊接方法，在CO2激光-TIG電弧復合焊接基礎之上增加縱向磁場實現焊接組織晶粒細化及能量耦合效率提高的功能，但是并不能保證隨著焊接的進行，作用在熔池的磁場強度始終保持一致性，并且焊接長度超過一定距離時，輔助磁場起到的效果達不到理想狀態。本發明輔助電、磁場隨焊接激光束同步運動，保證了作用在焊接熔池電、磁場始終一致，以及長距離的焊接。

中國專利CN206824828U公開了一種磁場輔助激光-電弧復合焊接的勵磁移動平臺，實現工件的定位及裝夾，并且也實現焊縫區域的磁場調節；裝置中的伺服電機雖然可以使工件在焊接過程中隨焊接激光束做勻速移動，并不能完全運動的同步，不能使作用在焊接熔池區域磁場的大小、方向和頻率的一致性，但是當焊接工件超過勵磁移動平臺的尺寸時，此裝置的使用受到了限制，并且工件的裝夾、拆卸過程較復雜，不能自動實現。而本發明不僅達到了上述專利的效果，而且當焊接工件的尺寸過大時，只需不使用本發明中的定位夾緊工裝，將工件裝夾在焊接機床工作臺面上，只要保證工件與機床工作臺之間絕緣即可，將本發明中原來連接電場發生底板的電源一極，接于工件上即可達到電、磁輔助激光焊接的效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種電-磁同步輔助激光焊接的專用焊接裝置及方法，通過釹鐵硼永磁鐵與直驅電機提供一種同步旋轉磁場以及施加豎直縱向電場共同對熔池起到磁力攪拌作用，以解決激光焊接接頭成形質量等問題。

本發明采用如下技術方案：一種旋轉電-磁場同步輔助激光焊接的方法，在激光焊接時，施加交變磁場與恒定電場共同作用于焊接熔池，并且磁場作用于熔池處的磁力線始終垂直于激光束的方向，電場的方向平行于激光束的方向。