[發明專利]基于磁旋控技術的超高功率激光與空心鎢極復合焊接方法

在審

• 申請號: 202110107732.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112775551A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 孫謙;黃瑞生;陳健;楊義成;方迪生;梁曉梅;曹浩;蔣寶;聶鑫;劉孔豐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱焊接研究院有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

1.一種基于磁旋控技術的超高功率激光與空心鎢極復合焊接方法，該方法其組成包括：空心鎢極1，其特征是：超高功率激光穿過所述空心鎢極的中心孔形成同軸復合的激光束3，在焊接試板6的上方設置環形電感線圈或永磁鐵2，所述的電感線圈或永磁鐵與空心鎢極底部的電弧4形成縱向磁場，所述的激光束穿過所述的電弧、熔池5，所述的縱向磁場可定向旋動電弧，形成旋動電弧與激光束復合共同作用于焊點區域，所述復合焊接方法包括如下步驟：

首先是所述的縱向磁場在焊點的正上方，且位于空心鎢極電流的周圍，由具有磁芯的電感線圈或永磁鐵實現，所述空心鎢極的電弧在縱向磁場內，會受到洛倫茲力產生定向偏轉，同時受到激光等離子體牽引，形成旋動電??；在直流焊接時，所述空心鎢極接電源負極，所述的焊接試板接電源正極；在交流焊接時，電流的轉換頻率及起始時間要與所述縱向磁場方向的切換時間完全一致，由此實現電弧的定向旋動；

旋動空心鎢極電弧在復合焊接過程中，引導等離子體中的帶電粒子向空心鎢極及焊接試板方向呈圓周加速運動，向四周快速疏散等離子體，起到吸引并抑制等離子體的作用，減少等離子體對激光束的干擾；

所述縱向磁場與所述空心鎢極的電弧相互作用，促使空心鎢極電弧中的帶電粒子受到洛倫茲力作用產生高速旋轉，使電弧向外擴張鋪展，提高焊道鋪展性和熔池流動性的同時，增大激光匙孔開口周圍區域的液態金屬量，降低超高功率激光匙孔內金屬蒸氣，并推動液態金屬形成金屬液柱的初始動能及沖量，抑制金屬液柱形成、降低大尺寸金屬液柱形成飛濺的幾率；

旋動電弧攪動熔池繞匙孔產生定向旋轉流動或旋渦狀旋轉流動，在離心力的作用下，擴大匙孔的開口直徑，熔池繞匙孔產生定向旋轉流動，在凝固過程中將樹枝晶攪碎成等軸晶，提高晶粒的各向同性和降低偏析作用。

2.根據權利要求2所述的基于磁旋控技術的超高功率激光與空心鎢極復合焊接方法，其特征是：所述的激光束在與所述縱向磁場作用下的空心鎢極電弧復合時，在300A以上焊接電流時發生的是超高功率激光束與整體的鐘狀定向旋轉電弧復合，在300A以下焊接電流時發生的是超高功率激光束與局部的定向偏轉電弧復合。

3.根據權利要求2所述的基于磁旋控技術的超高功率激光與空心鎢極復合焊接方法，其特征是：所述的縱向磁場的磁感應強度范圍為0.05~2特斯拉，所述的空心鎢極氬弧焊平均電流輸出范圍在100~630A，所述空心鎢極的內徑3~6mm，外徑6~10mm，所述的激光束功率范圍在0~30kW。