[实用新型]一种激光电磁脉冲复合焊接设备

说明书

技术领域

本实用新型属于焊接技术，具体涉及一种激光电磁脉冲复合焊接设备，尤其适用于金属材料薄壁结构的激光电磁脉冲复合点焊与缝焊。

背景技术

焊接是金属材料结构件的重要加工手段，在车辆、航空航天、船舶、建筑、桥梁、压力容器等制造领域有着广泛应用。激光焊接技术是利用具有高能密度特性的激光作为热源加热熔化待加工工件来实施焊接的方法，具有焊接速度快、变形小、接头质量好、热影响区小，以及适用于各种金属材料，且易于实现自动化的一系列优点，其中激光缝焊与激光点焊工艺已经成为当前先进制造技术发展的热点。比如，空中客车A318、A340和A380等机型的机身制造中即采用激光焊接技术，不但大大简化了制造工艺，而且使机身减重18％，成本下降近25％。在汽车白车身(低碳钢、镀锌板等材料)的制造中，激光点焊工艺已经成为取代铆接、电阻点焊和电弧点焊的首选工艺。

尽管激光焊接热输入和热影响远小于传统的电阻焊和电弧焊工艺，但是作为一种熔焊工艺，其最大问题是热输入导致的热变形仍然存在，在很多情况下仍然严重影响构件装配精度和结构整体性能，尤其是疲劳性能。其次，激光焊接铝合金、镁合金、钛合金等金属材料时，会因为材料本身对激光的吸收率偏低、以及低熔点、高沸点合金元素的存在而造成激光小孔在焊接过程中不稳定，在某些情况下还有凝固速度过快、合金元素高温蒸发的问题。这些问题导致焊接接头容易形成气孔、裂纹、成形不良等冶金缺陷，严重影响接头力学性能。已经开展的研究表明，在单一激光焊接条件下，无论是焊接热变形还是轻质焊接激光接头的冶金缺陷都难得到有效控制。而且，因为热量持续累积且激光小孔处于动态移动之中，这些不利影响在激光连续缝焊中更为突出。因此，如何改善激光焊接冶金行为和接头应力应变分布状态，提高接头组织性能并降低结构变形，是促进激光焊接技术发展的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光电磁脉冲复合焊接设备，本实用新型可以提高激光能量利用效率、强化熔池流动、改善焊缝组织性能，还可以改善激光焊接过程中的应力分布状态，降低结构变形，从而大幅度提高焊缝质量、结构制造精度和加工效率。

本实用新型提供的激光电磁脉冲复合焊接设备，其特征在于，包括激光器、电磁脉冲发生器、数控系统、光学传输系统和激光电磁脉冲复合加工头；

所述激光器为固体激光器或气体激光器，所述光学传输系统分别与激光器和激光聚焦系统相连，用于激光束的传输；所述电磁脉冲发生器用于产生脉冲强磁场，所述激光电磁脉冲复合加工头用于集成激光束和脉冲强磁场；所述数控系统分别与激光器和电磁脉冲发生器的电信号连接，用于控制激光器和电磁脉冲发生器工作，使通过激光电磁脉冲复合加工头出射的激光束和脉冲强磁场共同作用于待加工工件上。

所述激光电磁脉冲复合加工头包括激光聚焦系统、复合焊接位置调节装置和电磁转换装置，电磁转换装置中部设有用于激光束穿过的通孔，激光聚焦系统用于激光束的聚焦，所述复合焊接位置调节装置的一端固定安装在激光聚焦系统上，另一端活动安装电磁转换装置，电磁转换装置能够通过复合焊接位置调节装置移动以调节其和待加工工件之间的间距。

作为上述激光电磁脉冲复合焊接设备技术方案的进一步改进，所述激光聚焦系统的聚焦方式为激光振镜扫描聚焦，或者透镜聚焦，或者铜镜反射聚焦。所述激光振镜扫描聚焦方式能够通过振镜扫描镜组中光学镜片的偏转来实现激光束在待加工工件表面的快速扫描，控制焊缝形貌和微观组织。

作为上述关于激光电磁脉冲复合焊接设备技术方案的进一步改进，可在所述激光热源旁加装电弧热源作为次级热源，组成焊接效率更高、缺陷更少的激光-电弧复合焊接方法来提高焊缝质量，所采用的电弧热源形式包括惰性气体钨极氩弧焊(TIG)、熔化极惰性／活性气体保护焊(MIG／MAG)、埋弧焊等。

作为上述关于激光电磁脉冲复合焊接设备技术方案的进一步改进，可在所述激光聚焦系统旁加装填充材料系统，填充材料以薄膜、粉末或丝材的形式进行添加。

作为上述关于激光电磁脉冲复合焊接设备技术方案的进一步改进，所述电磁转换装置包括集磁器和电磁脉冲线圈；集磁器为中空结构，电磁脉冲线圈套装在集磁器上。

本实用新型利用脉冲强磁场和激光焊接过程或焊缝的相互作用，能够克服已有激光焊接设备的缺点，实现金属材料，尤其是薄壁结构的高效率、高精度和高质量制造。具体而言，本实用新型具有如下技术效果：