一种去除等离子云的方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种去除等离子云的方法及设备，其中，设备包括控制主机以及与所述控制主机通过电连接的感应线圈，所述感应线圈位于等离子云正上方，所述控制主机控制所述感应线圈产生用于去除等离子云的交变磁场。本设备不仅可以快速去除激光加工时产生的等离子云，还可以提高液态金属结晶的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种去除等离子云的方法及设备
本专利技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种去除等离子云的方法及设备。
技术介绍
激光加工领域，特别是大功率激光加工过程中，比如焊接、打盲孔，在熔池内部及熔池上方会形成等离子云，如图1所示，等离子云影响激光吸收，从而降低了液态金属成型效率。为解决上述问题，现有的激光加工工艺中，采用气体侧吹的方式来去除等离子云，如图2所示。但这种方式，喷射的气体若直接正对熔池液态金属表面，会影响液态金属成型，若只是在熔池液态金属表面进行侧吹，则熔池内部的等离子云无法快速去除。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种去除等离子云的方法及设备，旨在解决现有的激光加工工艺中无法快速地去除熔池内部的等离子云。本专利技术的技术方案如下：一种去除等离子云的设备，包括控制主机以及与所述控制主机通过电连接的感应线圈，所述感应线圈位于等离子云正上方，所述控制主机控制所述感应线圈产生用于去除等离子云的交变磁场。所述的去除等离子云的设备，其中，还包括与所述控制主机通过电连接的激光加工装置，所述感应线圈固定在所述激光加工装置上。所述的去除等离子云的设备，其中，还包括与所述激光加工装置通过光纤连接的激光清洗振镜，所述激光清洗振镜产生用于去除激光加工处污染物的脉冲激光。所述的去除等离子云的设备，其中，所述激光加工装置包括激光器、激光加工头和保护气喷射管，所述激光器与所述激光加工头通过光纤连接，所述感应线圈固定在所述激光加工头上，并且所述激光加工头发射的激光位于所述感应线圈的轴线处，所述保护气喷射管固定在所述激光加工头上，并且所述保护气喷射管的喷嘴对准加工对象上的加工部位上侧。所述的去除等离子云的设备，其中，所述激光器的输出功率≥6000W。所述的去除等离子云的设备，其中，所述保护气喷射管喷射的保护气体为CO2和N2的混合气体。所述的去除等离子云的设备，其中，混合气体中，CO2和N2的体积比为1:2-3。所述的去除等离子云的设备，其中，所述感应线圈中的交变电流的频率为1-2KHz。所述的去除等离子云的设备，其中，所述感应线圈内置铁芯。一种去除等离子云的方法，在等离子云上方布置交变磁场，通过所述交变磁场去除等离子云。有益效果：本专利技术提供了一种如上所述的去除等离子云的设备，通过控制感应线圈产生交变磁场来去除等离子云，有益效果包括：（1）快速地去除等离子云且不影响液态金属成型效率；（2）细化液态金属成型后的金属晶粒；（3）消除缩孔；（4）消除气孔；（5）交变磁场在母材中产生的热量有利于降低母材的冷却速度，减小内部应力。附图说明图1为大功率激光加工产生的等离子云示意图。图2为气体侧吹后残余等离子云示意图。图3为本专利技术去除激光焊接等离子云的设备的一种实施例的结构图。图4为感应线圈周围的磁感应线分布图。图5为交变磁场作用下的晶粒生长示意图。图6为交变磁场作用下激光加工处液态金属结晶效果示意图。图7为激光清洗示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种去除等离子云的方法及设备，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种去除等离子云的设备的较佳实施例，包括控制主机1以及位于等离子云上方的感应线圈2，如图3所示，控制主机与感应线圈通过电连接，控制主机控制感应线圈产生用于去除等离子云的交变磁场。等离子云中，离子运动方向是随机的，因此有一半的可能是向外运动。增加磁场后，感应线圈产生的磁场分布如图4所示，闭合的磁场会布满整个空间。在磁场的驱动下，带电离子会加速向熔池外围空间运动，最终被空气中和氧化，从而去除了熔池内的等离子云；当等离子云被去除后，激光被稳定吸收，整体能量有效输入不再波动，最终其熔深不再波动。交变磁场还可以在母材中产生热量，对母材预热。在激光加工过程中，交变磁场产生的热量与激光共同作用于母材上，能够降低激光加工所需的激光功率。在激光加工结束后，交变磁场产生的热量能够降低母材的冷却速度，减小内部应力。此外，在结晶过程中，交变磁场导致液态金属流动，起到搅拌的功能，一方面使液态金属的温度分布均匀，无法产生温度梯度，因此沿着母材生长的晶粒生长会受到限制；另一方面，液态金属冲刷固液界面，使晶粒无法顺利长大，同时对于晶粒的一次枝晶，二次枝晶，在液态金属的冲刷下，会在根部发生断裂，如图5所示，形成新的异质形核，并以此为中心生长，形成等轴晶，如图6所示。最后，在液态金属被封闭的初始，由于磁场导致液态金属流动，会破坏微腔的边缘，使微腔的液态金属重新和微腔外的液态金属之间发生流动，从而消除微腔（或缩孔）。并且熔池内液态金属的流动，使气孔加速上升到液态金属表面被排除。同时交变磁场会在金属内产生热量，减缓液态金属凝固速度，更加有利于气孔的溢出。在其中一种实施方式中，本专利技术将激光加工装置与去除等离子云的设备集成到一起，激光加工装置与去除等离子云设备的控制主机通过电连接，感应线圈固定在所述激光加工装置上。根据激光加工用途的不同，所述激光加工装置包括但不限于激光焊接装置和激光打盲孔装置。具体的，下文以集成激光焊接装置与去除等离子云功能的设备为例进行说明，如图3所示，在去除等离子云的设备上设置一与所述控制主机通过电连接的激光焊接装置3，将感应线圈固定在所述激光焊接装置上。这样在激光焊接的同时，可以快速去除等离子云，提高激光利用效率和焊缝处金属结晶的质量。优选的，上述集成的设备还可以包括：与所述激光焊接装置通过光纤连接的激光清洗振镜4，如图3所示，具体的，激光通过光纤传导进入QBH连接头，然后进入扩束镜，最后通过激光清洗振镜的通光孔进入激光清洗振镜。为防止图中光纤交叉，因此图中未画出，只给出了示意图，本领域技术人员根据上述描述，可以知道如何实施本技术方案。所述激光清洗振镜产生用于去除焊缝处污染物的脉冲激光，优选的，激光脉冲范围为10-30ns，脉宽增大，则峰值功率会降低，无法起到清洗的作用，而脉宽进一步减小的话，则设备成本会大幅度提升，此范围内能够获得较好的清洗效果并且设备成本不会太高。焊接完成后，用激光清洗表面的焊接氧化层及粉尘，能有效提升焊缝表面质量。优选的，激光焊接装置的一种实施方式为：包括激光器31、激光焊接头32和保护气喷射管33，如图3所示，所述激光器与所述激光焊接头通过光纤连接，所述感应线圈固定在所述激光焊接头上，并且所述激光焊接头发射的激光位于所述感应线圈的轴线处，所述保护气喷射管固定在所述激光焊接头上，并且所述保护气喷射管的喷嘴对准焊接对象上的焊接部分上侧。为了保证焊接效率，所述激光器的输出功率≥6000W。在保证了切割效率的同时，却会带来一些负面影响，比如熔池上方会产生等离子云，影响激光的利用率。而本专利技术可以通过交变磁场解决这一问题。优选的，所述感应线圈中的交变电流的频率为1-2KHz。频率太大，会由于线圈自身的感抗导致磁场变化困难，太小则引起的磁场变化不明显，此范围内可确获得有效的能够去除等离子云的交变磁场。优选的，所述感应线圈内置铁芯，加入铁芯后可进一步增加磁场强度，提高去除等离子云的效率。优选的，所述保护气喷射管喷射的保护气体为CO2和N2的混合气体。进一步优选的，CO2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除等离子云的设备，其特征在于，包括控制主机以及与所述控制主机通过电连接的感应线圈，所述感应线圈位于等离子云正上方，所述控制主机控制所述感应线圈产生用于去除等离子云的交变磁场。

【技术特征摘要】
1.一种去除等离子云的设备，其特征在于，包括控制主机以及与所述控制主机通过电连接的感应线圈，所述感应线圈位于等离子云正上方，所述控制主机控制所述感应线圈产生用于去除等离子云的交变磁场。2.根据权利要求1所述的去除等离子云的设备，其特征在于，还包括与所述控制主机通过电连接的激光加工装置，所述感应线圈固定在所述激光加工装置上。3.根据权利要求2所述的去除等离子云的设备，其特征在于，还包括与所述激光加工装置通过光纤连接的激光清洗振镜，所述激光清洗振镜产生用于去除激光加工处污染物的脉冲激光。4.根据权利要求2所述的去除等离子云的设备，其特征在于，所述激光加工装置包括激光器、激光加工头和保护气喷射管，所述激光器与所述激光加工头通过光纤连接，所述感应线圈固定在所述激光加工头上，并且所述激光加工头发射的激光位于所述感...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁黎明，张芙蓉，卢相安，梅领亮，徐地华，
申请(专利权)人：广东正业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44