[发明专利]一种辅助电场调控背面能场的薄板激光背反射增效焊接方法

说明书

本发明公开了一种辅助电场调控背面能场的薄板激光背反射增效焊接方法，其特征是通过在施焊薄板和背面的反射垫板间引入直流电构建平行板电容器，利用平行板电容器产生匀强电场的特性对焊件背面金属蒸气云的离散程度和方向性进行调控，以保证经反射垫板诱发产生的金属蒸气云重新作用回背部焊接区时其方向性和集中性较好；从而，提高了背面能场效率（相对于未加辅助电场时可提高6%‑14%），并改善了背面能场对背面焊接区的保护作用。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种金属薄板激光背反射增效焊接方法，具体地说是一种利用在施焊薄板背面引入的匀强电场对焊件背面由反射垫板诱发金属蒸气云所形成背面能场的离散程度和方向性进行调控的辅助电场调控背面能场的薄板激光背反射增效焊接方法。

背景技术

激光焊接具有成形质量好、热影响区小、工件变形小、灵活性高等优点，非常适合金属薄板的焊接成形。众所周知，在薄板激光深熔焊接过程中，较高的激光能量阈值势必会使得熔池温度较高，从而导致焊接接头残余应力梯度增大；同时，在焊接过程中施焊薄板正面形成的等离子体云或金属蒸气云对激光的屏蔽作用也会趋于明显，造成激光能量利用率下降。因此，薄板低阈值激光焊接成形方法备受关注。

在公开号为CN103978309A的专利申请中，公开了一种实现金属薄板单面焊接双面成形的高效激光深熔焊方法，该方法是在施焊金属薄板的背面增设反射垫板，以利用反射垫板将激光穿透金属薄板瞬间的激光以类似反射的形式重新作用回焊件背面，从而对背面焊接区进行二次加热进而实现单面焊接获得双面成形的X形焊缝，这种方法实质是在施焊金属薄板背部由反射垫板诱发形成一个金属蒸气云增效能场，从而在低能量阈值的条件下实现对称性好的X形焊缝，但是该方法还存在以下不足：由于背面金属蒸气云存在离散程度高、方向性较差等问题，导致背面能场效率较低，同时其对背面焊缝区及热影响区的保护作用也尚不够理想。

通过对国内外文献进行检索，目前还没有发现利用匀强电场对薄板背反射增效激光焊接背面能场进行调控的相关报道。

发明内容

本发明的目的是针对目前金属薄板背反射增效激光焊接中存在背面金属蒸气云离散度高、方向性差的问题，发明一种利用匀强电场调控施焊薄板背面金属蒸气云的离散程度和方向，从而提高背面能场效率并改善背面能场对背面焊接区的保护作用的辅助电场调控背面能场的薄板激光背反射增效焊接方法。

本发明的技术方案是：

一种辅助电场调控背面能场的薄板激光背反射增效焊接方法，其特征是通过在施焊薄板和背面的反射垫板间引入直流电构建平行板电容器，利用平行板电容器产生匀强电场的特性对焊件背面金属蒸气云的离散程度和方向性进行调控，以保证经反射垫板诱发产生的金属蒸气云重新作用回背部焊接区时其方向性和集中性较好。

具体步骤为：

A）先将220V交流电通过变压整流器转变为直流电；

B）将调节好电压值的变压整流器出线端与安全闸刀进线端相连后，再用导线将安全闸刀出线端与电流表、熔断器、滑动变阻器、定值电阻进行串联，最后将电压表并联在定值电阻两端，外部电路连接完毕；

C）将反射垫板和待焊工件分别置于各自放置平台上，将导线一端接触反射垫板下表面，另一端引出接在定值电阻左端口；再用导线一端接触待焊工件上表面，并用定位压紧装置将待焊件压紧，另一端引出接在定值电阻右端口；

D）利用激光器的计算机控制系统将激光头移动到待焊金属薄板焊缝位置上方，确保发射的激光束每次都与待焊件拼接时的中间焊缝处于同一直线上；

E）开启激光器，将闸刀闭合，外部电路通电，调节滑动变阻器阻值，从而间接调节定值电阻两端电压至所需电压值，此过程对待焊工件与反射垫板所形成的平行板电容器进行充电，待平行板电容器充电饱和稳定时，开启计算机控制系统控制激光头出光并按照指定轨迹进行激光扫描焊接；