一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光焊接技術(shù)具有能量密度高、焊接速度快、焊縫成形好、熱影響區(qū)小且易于自動(dòng) 化控制等優(yōu)點(diǎn)，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。在激光焊接技術(shù)中，焊縫成形質(zhì)量是評(píng)價(jià)激光 焊接設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)。而現(xiàn)有的激光焊接設(shè)備在焊接工件時(shí)，可能存在激光焊接過(guò)程中熔 池內(nèi)的元素分布不均勻或者是在填絲激光焊接時(shí)焊絲稀釋不充分的問(wèn)題，這些情況都可能 導(dǎo)致焊縫下榻，形成駝峰或酒杯形狀，不利于保證焊縫的成形質(zhì)量;此外，激光焊接通道上 產(chǎn)生的光致等離子體也將嚴(yán)重影響工件與激光能量的耦合效率，降低工件對(duì)激光束能量有 效吸收率，進(jìn)而也會(huì)影響焊縫成形質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置及方法，在激光焊接過(guò)程中， 通過(guò)作用在工件上的脈沖磁場(chǎng)控制工件上產(chǎn)生的焊接熔池的流動(dòng)，并控制激光焊接通道上 產(chǎn)生的等離子體的分布，以有效地提高工件的焊縫成形質(zhì)量。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置，包括激光器、激光輸出頭、脈沖 磁場(chǎng)電源及磁場(chǎng)發(fā)生器，所述激光器與所述激光輸出頭耦合，所述脈沖磁場(chǎng)電源與所述磁 場(chǎng)發(fā)生器耦合，所述激光輸出頭用于將所述激光器發(fā)出的激光光束聚焦到工件的焊接面， 所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于在所述脈沖磁場(chǎng)電源的激勵(lì)下產(chǎn)生控制激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的等離 子體分布以及焊接熔池流動(dòng)的脈沖磁場(chǎng)。
[0006] 進(jìn)一步地，所述脈沖磁場(chǎng)電源包括控制電路、電壓調(diào)節(jié)電路、充電回路和放電回 路，所述電壓調(diào)節(jié)電路的輸入端與外部電源耦合，所述電壓調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述充電 回路輸入端耦合，所述充電回路的輸出端與所述放電回路的輸入端耦合，所述放電回路的 輸出端與所述磁場(chǎng)發(fā)生器耦合，所述電壓調(diào)節(jié)電路、所述充電回路和所述放電回路均與所 述控制電路耦合。
[0007] 進(jìn)一步地，所述充電回路包括第一電容、第二電容和第一開(kāi)關(guān)，所述第一開(kāi)關(guān)包括 第一連接端、第二連接端和用于控制所述第一連接端和所述第二連接端的導(dǎo)通和斷開(kāi)的第 一控制端，所述第一控制端與所述控制電路耦合，所述第一電容的負(fù)極與所述第一連接端 耦合，所述第二電容的負(fù)極與所述第二連接端耦合，所述第一電容的正極與所述第二電容 的正極耦合，所述第一連接端分別與所述電壓調(diào)節(jié)電路的輸出端和所述放電回路的輸入端 耦合。
[0008] 進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)發(fā)生器包括絕緣殼體、鐵芯和套設(shè)在所述鐵芯外的感應(yīng)線圈， 所述鐵芯和所述感應(yīng)線圈均位于所述絕緣殼體內(nèi)，所述絕緣殼體內(nèi)填充有用于防止所述感 應(yīng)線圈變形的固化劑。
[0009] 進(jìn)一步地，所述感應(yīng)線圈由銅管繞制而成，所述銅管內(nèi)流通有冷卻水。
[0010] 進(jìn)一步地，所述感應(yīng)線圈包括6層線圈，每一層所述線圈包括18匝子線圈，相鄰的 兩層線圈之間以及相鄰的兩匝子線圈之間均設(shè)置有絕緣薄膜。
[0011] 進(jìn)一步地，還包括數(shù)控工作臺(tái)，所述磁場(chǎng)發(fā)生器設(shè)置于所述數(shù)控工作臺(tái)上，所述工 件放置在所述絕緣殼體表面的預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)，其中，所述鐵芯的軸線垂直于所述工件的焊接 面。
[0012] 進(jìn)一步地，還包括數(shù)控工作臺(tái)，所述磁場(chǎng)發(fā)生器和所述工件均設(shè)置于所述數(shù)控工 作臺(tái)上，其中，所述鐵芯的軸線平行于所述工件的焊接面。
[0013] 進(jìn)一步地，還包括同步控制器，所述同步控制器與所述激光器、所述脈沖磁場(chǎng)電源 以及所述數(shù)控工作臺(tái)均耦合。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種磁場(chǎng)輔助激光焊接方法，應(yīng)用于上述的磁場(chǎng)輔助激光 焊接裝置，所述方法包括:所述磁場(chǎng)發(fā)生器在所述脈沖磁場(chǎng)電源的激勵(lì)下產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，以 控制激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體分布以及焊接熔池流動(dòng);所述激光輸出頭將所述激光 器發(fā)出的激光束聚焦到工件的焊接面上，根據(jù)預(yù)設(shè)焊接軌跡對(duì)所述工件進(jìn)行焊接。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例提供的磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置及方法設(shè)計(jì)了脈沖磁場(chǎng)電源以及磁 場(chǎng)發(fā)生器，磁場(chǎng)發(fā)生器在脈沖磁場(chǎng)電源的激勵(lì)下產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)。所述脈沖磁場(chǎng)作用于激光 焊接過(guò)程中，一方面可以控制焊接熔池的流動(dòng)，有效地改善熔池內(nèi)的元素分布不均勻、填絲 激光焊接時(shí)焊絲稀釋不充分的問(wèn)題，從而有效地抑制了焊縫下榻、駝峰、酒杯形狀的出現(xiàn)， 有助于提高焊縫成形質(zhì)量;另一方面也可以控制工件上方的激光焊接光致等離子體密度分 布、形態(tài)及位置的變化，可以提高激光束和材料的能量耦合效率。
[0016] 此外，本發(fā)明設(shè)計(jì)的包括鐵芯和感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)發(fā)生器為獨(dú)立器件，安裝位置靈 活可控，可以放置在數(shù)控工作臺(tái)上的任意位置，且當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生器的安裝方式不同時(shí)，可以產(chǎn) 生不同方向的磁場(chǎng)，例如，磁場(chǎng)發(fā)生器可以橫向放置在數(shù)控工作臺(tái)上，也可以縱向放置在數(shù) 控工作臺(tái)上，其中，橫向放置時(shí)，鐵芯的軸線平行于數(shù)控工作臺(tái)的表面，縱向放置時(shí)，鐵芯的 軸線垂直于數(shù)控工作臺(tái)的表面，磁場(chǎng)發(fā)生器的具體的安裝方式可以根據(jù)用戶所需要的磁場(chǎng) 方向設(shè)置。
[0017] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得 顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的 說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部 附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn) 在于示出本發(fā)明的主旨。
[0019] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的縱向磁場(chǎng)作用模式的磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置的脈沖磁場(chǎng)電源的模 塊框圖；
[0021] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置的脈沖磁場(chǎng)電源的一 種電路結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置的磁場(chǎng)發(fā)生器的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0023] 圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的縱向磁場(chǎng)作用模式的磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置中預(yù) 設(shè)區(qū)域的位置示意圖；
[0024] 圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的縱向磁場(chǎng)作用模式的磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置中預(yù) 設(shè)區(qū)域的磁場(chǎng)分布示意圖；
[0025] 圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的橫向磁場(chǎng)作用模式的磁場(chǎng)輔助激光焊接裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0026] 圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁場(chǎng)輔助激光焊接方法的方法流程圖。
[0027]其中，附圖標(biāo)記分別為：
[0028] 激光器110;傳導(dǎo)光纖120;激光輸出頭130;外部電源200;脈沖磁場(chǎng)電源300;控制 電路310;電壓調(diào)節(jié)電路320;充電回路330;放電回路340;磁場(chǎng)發(fā)生器400;絕緣殼體410;鐵 芯420;鐵芯軸線421;鐵芯底面422;預(yù)設(shè)區(qū)域