基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法技术

一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法。目前在超高功率激光中厚板焊接中，过于剧烈的热能转换效应使焊接过程极为不稳，易出现气孔、飞溅、成形难以控制等焊接问题。本发明专利技术其组成包括：空心钨极（1），超高功率激光穿过所述空心钨极的中心孔形成同轴复合的激光束（3），在焊接试板（6）的上方设置环形电感线圈或永磁铁（2），所述的电感线圈或永磁铁与空心钨极底部的电弧（4）形成纵向磁场，所述的激光束穿过所述的电弧、熔池（5），所述的纵向磁场可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合共同作用于焊点区域。本发明专利技术用于基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法。

【技术实现步骤摘要】
基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法
本专利技术涉及超高功率激光-空心钨极-纵向磁场复合焊接
，具体涉及一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法。
技术介绍
随着我国大型舰船、核电、石油管道及锅炉制造等领域对中厚板构件需求量的不断增大，现有焊接技术已难以满足高效优质焊接技术需求，而另一方面，伴随高功率光纤激光器的快速发展，万瓦级超高功率激光焊接技术已经成为当前中厚板焊接的最重要的发展方向之一，但是，目前现有技术由于超高功率激光焊接时过于剧烈的热能转换效应使得焊接过程极为不稳，极易出现气孔、裂纹、飞溅、成形难以控制等焊接问题。同时在剧烈的等离子体羽辉、金属蒸气等匙孔喷射物的干扰下，使得激光功率对于熔深的转化效率远低于千瓦级激光焊接，这些不足都将对超高功率激光焊接技术的推广、应用产生严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，该方法是采用超高功率激光穿过空心钨极形成同轴复合，同时在空心钨极电弧周围加设一个纵向磁场，可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合焊接，提高焊接稳定性的同时获得较好焊缝成形。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，该方法其组成包括：空心钨极1，超高功率激光穿过所述空心钨极的中心孔形成同轴复合的激光束3，在焊接试板6的上方设置环形电感线圈或永磁铁2，所述的电感线圈或永磁铁与空心钨极底部的电弧4形成纵向磁场，所述的激光束穿过所述的电弧、熔池5，所述的纵向磁场可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合共同作用于焊点区域，所述复合焊接方法包括如下步骤：首先是所述的纵向磁场在焊点的正上方，且位于空心钨极电流的周围，由具有磁芯的电感线圈或永磁铁实现，所述空心钨极的电弧在纵向磁场内，会受到洛伦兹力产生定向偏转，同时受到激光等离子体牵引，形成旋动电弧；在直流焊接时，所述空心钨极接电源负极，所述的焊接试板接电源正极；在交流焊接时，电流的转换频率及起始时间要与所述纵向磁场方向的切换时间完全一致，由此实现电弧的定向旋动；旋动空心钨极电弧在复合焊接过程中，引导等离子体中的带电粒子向空心钨极及焊接试板方向呈圆周加速运动，向四周快速疏散等离子体，起到吸引并抑制等离子体的作用，减少等离子体对激光束的干扰；所述纵向磁场与所述空心钨极的电弧相互作用，促使空心钨极电弧中的带电粒子受到洛伦兹力作用产生高速旋转，使电弧向外扩张铺展，提高焊道铺展性和熔池流动性的同时，增大激光匙孔开口周围区域的液态金属量，降低超高功率激光匙孔内金属蒸气，并推动液态金属形成金属液柱的初始动能及冲量，抑制金属液柱形成、降低大尺寸金属液柱形成飞溅的几率；旋动电弧搅动熔池绕匙孔产生定向旋转流动或旋涡状旋转流动，在离心力的作用下，扩大匙孔的开口直径，熔池绕匙孔产生定向旋转流动，在凝固过程中将树枝晶搅碎成等轴晶，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术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，所述的激光束在与所述纵向磁场作用下的空心钨极电弧复合时，在300A以上焊接电流时发生的是超高功率激光束与整体的钟状定向旋转电弧复合，在300A以下焊接电流时发生的是超高功率激光束与局部的定向偏转电弧复合。所述的基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，所述的纵向磁场的磁感应强度范围为0.05~2特斯拉，所述的空心钨极氩弧焊平均电流输出范围在100~630A，所述空心钨极的内径3~6mm，外径6~10mm，所述的激光束功率范围在0~30kW。有益效果：1.本专利技术是一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，采用超高功率激光穿过空心钨极形成同轴复合，可引导等离子体中的带电粒子向空心钨极及工件方向呈圆周加速运动，向四周快速疏散等离子体，起到吸引并抑制等离子体的作用，从而减少等离子体对激光束的干扰，提高焊接稳定性；同时，增加激光进入匙孔的能量密度，提高焊缝熔深；2.本专利技术采用在空心钨极电流的周围施加一个纵向磁场，可促使空心钨极电弧中的带电粒子受到洛伦兹力作用产生高速旋转，使电弧向外扩张铺展，提高焊道铺展性和熔池流动性的同时，增大激光匙孔开口周围区域的液态金属量，降低由于超高功率激光匙孔内金属蒸气推动液态金属形成的金属液柱的初始动能及冲量，进而起到一定的抑制金属液柱形成、降低大尺寸金属液柱形成飞溅的几率、提高焊接稳定性、获得较好焊缝成形的作用。3.本专利技术的使空心钨极电弧产生定向旋动设计，可搅动熔池绕匙孔产生定向旋转流动，甚至产生旋涡状旋转流动，在离心力的作用下，扩大匙孔的开口直径，提高匙孔内喷射物质的释放速度，减小喷射物质与激光束的交互时间，进而提高激光束能量的转化效率，可进一步增加单道焊缝熔深；同时，匙孔周围金属液的定向旋转也能够大幅提高匙孔的稳定性，对于减小焊缝内部气孔、提高焊接过程稳定性、减小飞溅方面都有较好效果。4.本专利技术的使熔池绕匙孔产生定向旋转流动效果，可在凝固过程中将树枝晶搅碎成等轴晶，提高晶粒的各向同性和降低偏析作用，进而实现细化晶粒、提高组织均匀性、减少结晶裂纹、提高接头力学性能和抗疲劳性能等组织性能优化作用。附图说明：附图1是本专利技术的结构示意图。其中：1、空心钨极，2、电感线圈或永磁铁，3、激光束，4、电弧，5、熔池，6、焊接试板。具体实施方式：实施例1：一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，该方法其组成包括：空心钨极1，超高功率激光穿过所述空心钨极的中心孔形成同轴复合的激光束3，在焊接试板6的上方设置环形电感线圈或永磁铁2，所述的电感线圈或永磁铁与空心钨极底部的电弧4形成纵向磁场，所述的激光束穿过所述的电弧、熔池5，所述的纵向磁场可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合共同作用于焊点区域，所述空心钨极内部通有微量保护气，防止复合焊接时由于空心钨极放电区存在负压效应，导致所述空心钨极的另一端直接吸入空气并传导至焊点区域影响焊接质量；所述复合焊接方法包括如下步骤：首先是所述的纵向磁场在焊点的正上方，且位于空心钨极电流的周围，由具有磁芯的电感线圈或永磁铁实现，所述空心钨极的电弧在纵向磁场内，会受到洛伦兹力产生定向偏转，同时受到激光等离子体牵引，形成旋动电弧；在直流焊接时，所述空心钨极接电源负极，所述的焊接试板接电源正极；在交流焊接时，电流的转换频率及起始时间要与所述纵向磁场方向的切换时间完全一致，由此实现电弧的定向旋动；旋动空心钨极电弧在复合焊接过程中，引导等离子体中的带电粒子向空心钨极及焊接试板方向呈圆周加速运动，向四周快速疏散等离子体，起到吸引并抑制等离子体的作用，减少等离子体对激光束的干扰；提高焊接稳定性，同时，增加激光进入匙孔的能量密度，提高焊缝熔深；所述纵向磁场与所述空心钨极的电弧相互作用，促使空心钨极电弧中的带电粒子受到洛伦兹力作用产生高速旋转，使电弧向外扩张铺展，提高焊道铺展性和熔池流动性的同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，该方法其组成包括：空心钨极1，其特征是：超高功率激光穿过所述空心钨极的中心孔形成同轴复合的激光束3，在焊接试板6的上方设置环形电感线圈或永磁铁2，所述的电感线圈或永磁铁与空心钨极底部的电弧4形成纵向磁场，所述的激光束穿过所述的电弧、熔池5，所述的纵向磁场可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合共同作用于焊点区域，所述复合焊接方法包括如下步骤：/n首先是所述的纵向磁场在焊点的正上方，且位于空心钨极电流的周围，由具有磁芯的电感线圈或永磁铁实现，所述空心钨极的电弧在纵向磁场内，会受到洛伦兹力产生定向偏转，同时受到激光等离子体牵引，形成旋动电弧；在直流焊接时，所述空心钨极接电源负极，所述的焊接试板接电源正极；在交流焊接时，电流的转换频率及起始时间要与所述纵向磁场方向的切换时间完全一致，由此实现电弧的定向旋动；/n旋动空心钨极电弧在复合焊接过程中，引导等离子体中的带电粒子向空心钨极及焊接试板方向呈圆周加速运动，向四周快速疏散等离子体，起到吸引并抑制等离子体的作用，减少等离子体对激光束的干扰；/n所述纵向磁场与所述空心钨极的电弧相互作用，促使空心钨极电弧中的带电粒子受到洛伦兹力作用产生高速旋转，使电弧向外扩张铺展，提高焊道铺展性和熔池流动性的同时，增大激光匙孔开口周围区域的液态金属量，降低超高功率激光匙孔内金属蒸气，并推动液态金属形成金属液柱的初始动能及冲量，抑制金属液柱形成、降低大尺寸金属液柱形成飞溅的几率；/n旋动电弧搅动熔池绕匙孔产生定向旋转流动或旋涡状旋转流动，在离心力的作用下，扩大匙孔的开口直径，熔池绕匙孔产生定向旋转流动，在凝固过程中将树枝晶搅碎成等轴晶，提高晶粒的各向同性和降低偏析作用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁旋控技术的超高功率激光与空心钨极复合焊接方法，该方法其组成包括：空心钨极1，其特征是：超高功率激光穿过所述空心钨极的中心孔形成同轴复合的激光束3，在焊接试板6的上方设置环形电感线圈或永磁铁2，所述的电感线圈或永磁铁与空心钨极底部的电弧4形成纵向磁场，所述的激光束穿过所述的电弧、熔池5，所述的纵向磁场可定向旋动电弧，形成旋动电弧与激光束复合共同作用于焊点区域，所述复合焊接方法包括如下步骤：
首先是所述的纵向磁场在焊点的正上方，且位于空心钨极电流的周围，由具有磁芯的电感线圈或永磁铁实现，所述空心钨极的电弧在纵向磁场内，会受到洛伦兹力产生定向偏转，同时受到激光等离子体牵引，形成旋动电弧；在直流焊接时，所述空心钨极接电源负极，所述的焊接试板接电源正极；在交流焊接时，电流的转换频率及起始时间要与所述纵向磁场方向的切换时间完全一致，由此实现电弧的定向旋动；
旋动空心钨极电弧在复合焊接过程中，引导等离子体中的带电粒子向空心钨极及焊接试板方向呈圆周加速运动，向四周快速疏散等离子体，起到吸引并抑制等离子体的作用，减少等离子体对激光束的干扰；
所述纵向磁场与所述空心钨极的电弧相互作用，促使空心钨极电弧中的带电粒子受到洛伦兹力...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙谦，黄瑞生，陈健，杨义成，方迪生，梁晓梅，曹浩，蒋宝，聂鑫，刘孔丰，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23