一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋转电‑磁场同步辅助激光焊接的装置及方法，属于激光焊接领域，焊接的装置包括电、磁调节装置及定位装夹工装，定位装夹工装中的支撑柱与回转气缸均安装在底板上，电场发生底板安装在支撑柱上，压块安装在回转气缸上，电、磁场调节装置中的钕铁硼永磁铁被紧固在磁场调节盘上，绝缘套、焊接激光头以及磁场调节盘安装在直驱电机上，直驱电机安装在主轴上，电场电源两极分别接于电场发生底板、焊接激光头。本发明专利技术可实现旋转磁场及恒定电场简便、快速以及强度大小的连续调节，并保证了电、磁场随焊接激光束的同步运动，再通过设置合理的功率、焦距、离焦量、氦保护气体流量等激光工艺参数，从而提高了激光焊接焊缝成形质量。

A device and method of synchronously assisted laser welding with rotating electro-magnetic field

The invention discloses a device and method for synchronously assisted laser welding by rotating electric and magnetic fields, which belongs to the field of laser welding. The welding device includes an electric and magnetic regulating device and a positioning clamping fixture. The supporting column and rotary cylinder in the positioning clamping fixture are installed on the bottom plate, the electric field generating bottom plate is installed on the supporting column, the pressure block is installed on the rotating cylinder, and the electric and magnetic field regulating fixture are installed on the bottom plate. The NdFeB permanent magnet is fastened on the magnetic field regulating disc. The insulation sleeve, the welding laser head and the magnetic field regulating disc are installed on the direct drive motor. The direct drive motor is installed on the main shaft. The electric field power supply poles are connected to the electric field generating plate and the welding laser head respectively. The invention can realize the simple, fast and continuous adjustment of rotating magnetic field and constant electric field, and ensure the synchronous movement of electric and magnetic fields with the welding laser beam. By setting reasonable laser parameters such as power, focal length, defocusing rate and helium shielded gas flow rate, the forming quality of laser welding seam is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置及方法
本专利技术属于激光加工
，涉及一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置及方法，其具体为基于永磁铁的旋转磁场和恒定电场共同同步辅助激光焊接的方法及其焊接装置。
技术介绍
激光焊接是采用连续或脉冲激光束作为热源熔化并连接工件的焊接方法，具有焊接速度快、深宽比大、变形小等特点。随着工业生产的迅猛发展和新材料的不断开发，对焊接结构的性能要求越来越高，激光焊以高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点得到广泛应用。电-磁场辅助焊接技术是近年发展起来的一种新技术，电-磁辅助焊接方法是改善焊缝成形及提高焊缝组织性能的有效方式之一。熔池中的液态金属在凝固形成焊缝前，受到表面张力、电-磁力、重力等复杂因素影响，会呈现出一定的流动状态。而在不加外部辅助的焊接过程中，极易产生成分及温度场的分布不均、下淌、驼峰焊道等成形缺陷。当施加了外加旋转电-磁场后，由于电-磁感应的作用，外加旋转电-磁场与熔池中的电流体相互作用，产生的电-磁力可以改变熔池的流动及减少焊缝中化学成分的偏析，使焊接熔池温度分布均匀，达到细化晶粒，抑制裂纹和气孔的产生，解决熔焊时出现的咬边、驼峰焊道、气孔、裂纹等焊接缺陷的作用。由于外加电-磁作用下焊接熔池形成机理极其复杂，焊接过程中热、力和电-磁等物理场作用机理尚未分析透彻。现有的磁场辅助激光焊接装置都是在试验条件下完成的，实际的利用价值并不高。外部施加的磁场与焊接过程不同步，无法保证在激光焊接过程中熔池处的磁场大小、方向和频率的一致性，且焊接装置较复杂。相应地，本领域仍然存在着对电-磁场改善焊缝成形质量设备的技术需求。中国专利CN103612019B公开了一种磁力搅拌的CO2激光-TIG电弧复合焊接方法，在CO2激光-TIG电弧复合焊接基础之上增加纵向磁场实现焊接组织晶粒细化及能量耦合效率提高的功能，但是并不能保证随着焊接的进行，作用在熔池的磁场强度始终保持一致性，并且焊接长度超过一定距离时，辅助磁场起到的效果达不到理想状态。本专利技术辅助电、磁场随焊接激光束同步运动，保证了作用在焊接熔池电、磁场始终一致，以及长距离的焊接。中国专利CN206824828U公开了一种磁场辅助激光-电弧复合焊接的励磁移动平台，实现工件的定位及装夹，并且也实现焊缝区域的磁场调节；装置中的伺服电机虽然可以使工件在焊接过程中随焊接激光束做匀速移动，并不能完全运动的同步，不能使作用在焊接熔池区域磁场的大小、方向和频率的一致性，但是当焊接工件超过励磁移动平台的尺寸时，此装置的使用受到了限制，并且工件的装夹、拆卸过程较复杂，不能自动实现。而本专利技术不仅达到了上述专利的效果，而且当焊接工件的尺寸过大时，只需不使用本专利技术中的定位夹紧工装，将工件装夹在焊接机床工作台面上，只要保证工件与机床工作台之间绝缘即可，将本专利技术中原来连接电场发生底板的电源一极，接于工件上即可达到电、磁辅助激光焊接的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电-磁同步辅助激光焊接的专用焊接装置及方法，通过钕铁硼永磁铁与直驱电机提供一种同步旋转磁场以及施加竖直纵向电场共同对熔池起到磁力搅拌作用，以解决激光焊接接头成形质量等问题。本专利技术采用如下技术方案：一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的方法，在激光焊接时，施加交变磁场与恒定电场共同作用于焊接熔池，并且磁场作用于熔池处的磁力线始终垂直于焊接方向，电场的方向平行于激光束的方向。其中，磁场强度最大区域始终作用于焊接熔池，磁场强度为0～70mT，交变磁场的磁场旋转速度为0～600r/min，电场电压为0～60V；其中，激光功率P＝1500W,焊接速度V＝600mm/min,采用氦气和氩气的混合气体作为保护气体，保护气流量：氦气流量为f1＝10L/min，氩气流量为f1＝15L/min，离焦量△f＝0mm。一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置，包括CO2激光器、激光反射系统、机床运动系统、机床数控操作系统、编码器、定位夹紧工装、电-磁调节装置、气动阀手动开关、氦气和氩气气瓶、电源，CO2激光器发出的激光束经过激光反射系统，并通过焊接激光头将激光束聚焦于工件上表面，机床数控操作系统控制机床运动系统的运动，电磁调节装置安装在机床运动系统的主轴上，编码器控制安装在机床运动系统主轴上的直驱电机的转速，定位夹紧工装安装在机床运动系统的机床工作台面上，气动阀手动开关通过气路连接于定位夹紧工装的旋转气缸上，从而控制定位夹紧工装的工作状态，氦气和氩气气瓶连接于激光焊接头上，从而保护焊接熔池，电源两极分别连接于焊接激光头和定位夹紧工装的电场发生底板上，从而产生可作用于焊接熔池的电场，并通过电源输出的电压控制电场强度的大小。其中，电-磁调节装置包括：磁场调节装置、电场调节装置，磁场调节装置包括：直驱电机、磁场调节盘、钕铁硼永磁铁、钕铁硼永磁铁固定外壳，其中，利用钕铁硼永磁铁固定外壳将钕铁硼永磁铁包裹，其次将钕铁硼永磁铁固定外壳紧固在磁场调节盘上，其次将磁场调节盘紧固在直驱电机上，然后在利用定位销和内六角螺钉将直驱电机紧固与机床运动系统的主轴上；电场调节装置包括：焊接激光头、绝缘套、电源、电场发生底板、绝缘垫块，，定位装夹工装包括：底板、支撑柱、回转气缸、电场发生底板、绝缘衬套、压块、工件压块，其中，将支撑柱和回转气缸装配在底板上，其次将绝缘衬套装配在电场发生底板上，然后将它们一起装配在支撑柱上，然后将压块装配在回转气缸上，将工件压块装配在压块上。其中，所述磁场调节装置包括磁场调节盘、直驱电机、钕铁硼永磁铁和永磁铁固定外壳，所述磁场调节盘采用定位销和内六角螺钉直接锁紧在直驱电机转子外壳上，磁场调节盘上加工有刻度尺和T型槽分别用于磁场强度的调节和紧固钕铁硼永磁铁。所述永磁铁固定外壳由坡莫合金加工制成，所述钕铁硼永磁铁被永磁铁固定外壳包裹并紧固在磁场调节盘上。其中，所述电场调节装置包括：焊接激光头、绝缘套、电源、电场发生底板、绝缘垫块，，所述焊接激光头与绝缘套，绝缘套与直驱电机的法兰盘形成螺纹连接，并且焊接激光头、直驱电机的法兰盘、绝缘套装配在一起时，必须保证通导线的通孔同轴；导线依次穿过所述焊接激光头、绝缘套、直驱电机的法兰盘，导线的一端被钎焊在焊接激光头上，一端接于电源一极，电源的另一极连接在电场发生底板上或者工件上。其中，所述工件与电场发生底板中间有一绝缘垫块，是为了保证电流不导入焊接工件，并在在电场发生底板与焊接激光头之间产生匀强电场，作用于焊接熔池。其中，所述定位装夹工装包括底板、支撑柱、回转气缸、压块、绝缘衬套、电场发生底板，并满足装配要求：所述支撑柱被固定在底板上，采用定位销和内六角螺钉将所述回转气缸紧固在底板上，并与外接气路中的气动阀手动开关相连接，自动化生产中可采用电-磁阀控制气路的通断，控制回转气缸的工作状态。所述压块安装在回转气缸的活塞杆上；所述绝缘衬套和电场发生底板通过过盈配合装配在一起，所述绝缘衬套与回转气缸活塞杆间隙配合，将所述电场发生底板通过内六角螺钉固定在支撑柱上，并保证电场发生底板与回转气缸存在大于0.5mm的间隙。其中，所述底板、支撑柱的材质为亚克力，绝缘套为电木，绝缘垫块和绝缘衬套为大理石，为保证上述零部件的绝缘及耐高温性能；采用所述压板、压板支撑块、内六角螺钉以及T型螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转电‑磁场同步辅助激光焊接的方法，其特征在于：在激光焊接时，施加交变磁场与恒定电场共同作用于焊接熔池，并且磁场作用于熔池处的磁力线始终垂直于焊接方向，电场的方向平行于激光束的方向。

【技术特征摘要】
1.一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的方法，其特征在于：在激光焊接时，施加交变磁场与恒定电场共同作用于焊接熔池，并且磁场作用于熔池处的磁力线始终垂直于焊接方向，电场的方向平行于激光束的方向。2.根据权利要求1所述的一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的方法，其特征在于：磁场强度最大区域始终作用于焊接熔池，磁场强度为0～70mT，交变磁场的磁场旋转速度为0～600r/min，电场电压为0～60V。3.根据权利要求1所述的一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的方法，其特征在于：激光功率P＝1500W,焊接速度V＝600mm/min，采用氦气和氩气的混合气体作为保护气体，保护气流量：氦气流量为f1＝10L/min，氩气流量为f1＝15L/min，离焦量△f＝0mm。4.一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置，其特征在于：包括CO2激光器(1)、激光反射系统(2)、机床运动系统(3)、机床数控操作系统(4)、编码器(5)、定位夹紧工装(6)、电-磁调节装置(7)、气动阀手动开关(8)、氦气和氩气气瓶(9)、电源(10)；CO2激光器(1)发出的激光束经过激光反射系统(2)，并通过焊接激光头将激光束聚焦于工件上表面，机床数控操作系统(4)控制机床运动系统(3)的运动，电磁调节装置(7)安装在机床运动系统(3)的主轴上，编码器(5)控制安装在机床运动系统(3)主轴上的直驱电机的转速，定位夹紧工装(6)安装在机床运动系统(3)的机床工作台面上，气动阀手动开关(8)通过气路连接于定位夹紧工装(6)的旋转气缸上，从而控制定位夹紧工装(6)的工作状态，氦气和氩气气瓶(9)连接于激光焊接头上，从而保护焊接熔池，电源(10)两极分别连接于焊接激光头和定位夹紧工装(6)的电场发生底板上，从而产生可作用于焊接熔池的电场，并通过电源(10)输出的电压控制电场强度的大小。5.根据权利要求4所述一种旋转电-磁场同步辅助激光焊接的装置，其特征在于：电磁调节装置(7)包括：磁场调节装置、电场调节装置，磁场调节装置包括：直驱电机(26)、磁场调节盘(11)、钕铁硼永磁铁、钕铁硼永磁铁固定外壳(12)，其中，利用钕铁硼永磁铁固定外壳(12)将钕铁硼永磁铁包裹，其次将钕铁硼永磁铁固定外壳(12)同钕铁硼永磁铁一起紧固在磁场调节盘(11)上，其次将磁场调节盘(11)紧固在直驱电机(26)上，然后在利用定位销和内六角螺钉将直驱电机(26)紧固与机床运动系统(2)的主轴上；电场调节装置包括：焊接激光头(25)、绝缘套(27)、电源(10)、电场发生底板(24)、绝缘垫块(15)；定位装夹工装包括：底板(20)、支撑柱(22)、回转气缸(23)、电场发生底板(24)、绝缘衬套(15)、压块(13)、工件压块(17)，其中，将支撑柱(22)和回转气缸(23)装配在底板(20)上，其次将绝缘衬套(15)装配在电场发生底板(24)上，然后将它们一起装配在支撑柱(22)上，然后将压块(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，闫胜鸿，刘佳，李云峰，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22