[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

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。目前在超高功率激光中厚板焊接中，過于劇烈的熱能轉換效應使焊接過程極為不穩，易出現氣孔、飛濺、成形難以控制等焊接問題。本發明其組成包括：空心鎢極（1），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。本發明用于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。

技術領域

本發明涉及超高功率激光-空心鎢極-縱向磁場復合焊接技術領域，具體涉及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。

背景技術

隨著我國大型艦船、核電、石油管道及鍋爐制造等領域對中厚板構件需求量的不斷增大，現有焊接技術已難以滿足高效優質焊接技術需求，而另一方面，伴隨高功率光纖激光器的快速發展，萬瓦級超高功率激光焊接技術已經成為當前中厚板焊接的最重要的發展方向之一，但是，目前現有技術由于超高功率激光焊接時過于劇烈的熱能轉換效應使得焊接過程極為不穩，極易出現氣孔、裂紋、飛濺、成形難以控制等焊接問題。同時在劇烈的等離子體羽輝、金屬蒸氣等匙孔噴射物的干擾下，使得激光功率對于熔深的轉化效率遠低于千瓦級激光焊接，這些不足都將對超高功率激光焊接技術的推廣、應用產生嚴重影響。

發明內容

本發明的目的是提供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，該方法是采用超高功率激光穿過空心鎢極形成同軸復合，同時在空心鎢極電弧周圍加設一個縱向磁場，可定向旋動電弧，形成旋動電弧與激光束復合焊接，提高焊接穩定性的同時獲得較好焊縫成形。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

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，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，形成旋動電弧；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。

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，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。