[发明专利]一种磁控热丝摆动激光焊接装置、方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁控热丝摆动激光焊接装置及方法，包括在热丝上施加永磁体产生的外加磁场，外加磁场与热丝电流相互作用会产生安培力，改变热丝的送进方式；通过调整磁场装置强度、热丝电流及热丝加热长度控制热丝摆动幅度。热丝的摆动一方面可以改变熔池中的热源分布状况，实现对焊缝成型调控，改善窄间隙焊接侧壁熔合不良问题；另一方面摆动的焊丝对焊接熔池起到一定的搅拌作用，细化焊缝组织。熔池流动性增强还能够抑制焊接气孔、裂纹等缺陷的产生，从而提高焊接接头的使用性能。本发明装置结构简单，操作灵活，适应性强。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，特别是一种磁控热丝摆动激光焊接装置、方法及应用。

背景技术

在激光中厚板窄间隙焊接过程中，由于激光光斑加热面积小，常常导致坡口侧壁未熔合的缺陷，以及在焊接过程中冷却速度快，极易出现焊接气孔、裂纹等缺陷，进而降低焊接接头的性能。通过施加外加磁场作用于焊接熔池，与焊接熔池产生的感应电流或外加电流相互作用，使得熔池液态金属对流增强，细化焊缝金属晶粒；并降低温度梯度，抑制焊接裂纹产生，进而改善焊接接头缺陷，提高接头使用性能。

目前，对于外加磁场辅助激光焊接方法，外加磁场的施加方式一般都通过励磁线圈方式。磁场施加设备笨拙，适用性差，特别是对于窄间隙此类形式的焊接过程无法施加，外加磁场对熔池的控制很难达到理想的效果，难以对焊接过程中的缺陷进行有效控制，对组织性能进行调控。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种磁控热丝摆动激光焊接装置及方法，该装置或方法通过设置永磁体产生外加磁场，外加磁场与热丝电流相互作用使得焊丝垂直于焊接方向振动，从而改变焊接热源分布并促进熔滴过渡和熔池流动，改变焊接质量；

本发明的目的之二是提供上述磁控热丝摆动激光焊接装置在窄间隙焊接上的应用及焊接方法，能够改善窄间隙焊接侧壁未熔合的缺陷。

为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：

一种磁控热丝摆动激光焊接装置，包括用于发射激光束的激光束发射装置和设置在激光束一侧的加热焊丝，加热焊丝上施加有永磁体产生的外加磁场，外加磁场与焊接热丝电流相互作用产生电磁力，电磁力使得焊丝垂直于焊接方向摆动。

所述外加磁场的磁场强度通过改变永磁体形状和/或调整永磁体与焊接热丝的距离进行调整。

优选得，所述外加磁场的磁场强度为50-200mT,和/或热丝电流为60-160A；和/或热丝电源交变频率为0-50Hz；和/或焊丝加热长度为30-80mm；和/或激光束采用连续激光或脉冲激光，激光功率为2000-6000W；和/或永磁体尺寸为：长60-80mm，宽15-25mm，厚度为2-6mm。

优选得，还包括金属导体，所述永磁体设置在金属导体中。

优选得，所述永磁体是汝铁硼稀土永磁。

另一方面，本发明采用如下技术方案：

一种磁控热丝摆动激光焊接方法，在焊接热丝上施加由永磁体产生的外加磁场，通过外加磁场与焊接热丝电流相互作用产生电磁力，使得焊丝垂直于焊接方向产生摆动，以改变焊接热源分布并促进熔滴过渡和熔池流动。

通过调整外加磁场磁场强度、热丝电流以及焊丝加热长度控制焊丝的摆动幅度。

所述外加磁场的磁场强度为50-200mT，和/或热丝电流为60-160A；和/或热丝电源交变频率为0-50Hz；和/或焊丝加热长度为30-80mm；和/或激光束采用连续激光或脉冲激光，激光功率为2000-6000W；和/或永磁体尺寸为：长60-80mm，宽15-25mm，厚度为2-6mm。

再一方面，本发明采用如下技术方案：

本发明还提供了上述方法在窄间隙焊接上的应用。