專利名稱：外加高頻磁場的激光-tig電弧旁軸復(fù)合焊接方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法及裝置。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外研究表明，激光與電弧兩種熱源的有機復(fù)合，能夠顯著提高焊接效率和焊接質(zhì)量，克服單一熱源焊接時所存在的不足，然而，在大功率激光電弧復(fù)合焊接過程中，激光所產(chǎn)生的光致等離子體，一方面會對激光產(chǎn)生屏蔽作用，另一方面，由于這種光致等立體的存在，會使焊接電弧陽極斑點發(fā)生漂移，電弧穩(wěn)定燃燒的能力下降。專利文獻:一種電磁電流耦合場輔助的激光TIG電弧復(fù)合熔釬焊方法和設(shè)備，專利申請?zhí)?201010171331.3，在外加磁場的方式上，采用外加低頻磁場使電弧旋轉(zhuǎn)擴張融化釬料，用于激光電弧復(fù)合焊接釬焊，其次，外加低頻磁場使電弧熱源的熱輸入平均了，電弧弧柱中心熱輸入降低，電弧本身沖擊熔深能力和激光電弧復(fù)合焊接電弧穩(wěn)定燃燒的能力降低，本發(fā)明中，外加高頻磁場使焊接電弧發(fā)生磁壓縮，焊接電弧的能量密度和挺度得到增加后，起到增加熔深和穩(wěn)定電弧燃燒的作用，另外文獻所述專利在焊接方法上屬于一種激光填絲焊，TIG電弧是在釬料和鎢極之間產(chǎn)生的而并非是鎢極與工件之間，不是傳統(tǒng)意義上的激光-TIG電弧復(fù)合焊接?；谝陨险J識，本發(fā)明利用外加高頻磁場，一方面作用于激光產(chǎn)生的光致等離子體，減小光致等立體對激光的屏蔽作用，提高激光利用率，另一方面作用于焊接電弧，提高電弧自身穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深能力，有廣闊的市場及應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高激光利用率及電弧自身穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深能力，進而改善激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接工藝的外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法及裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法，按以下步驟完成:I)首先將TIG焊機的正負極分別接至工件和焊槍，然后將激磁電源輸出端接至激磁線圈上，將焊槍裝卡在復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)上，確定焊接行走路徑；2)打開激磁電源，由激磁電源產(chǎn)生的激磁電流，供電給與復(fù)合焊接頭焊槍裝卡機構(gòu)連接的激磁線圈，使激磁線圈在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生頻率為O 20KHz的高頻磁場，在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生的高頻磁場作用于激光產(chǎn)生的光致等離子體，減小光致等立體對激光的屏蔽作用，提高激光利用率，同時，還作用于焊接電弧，由于外加磁場的高頻率的變化和電弧等離子體和空氣磁導(dǎo)率的差異，就會在電弧內(nèi)外形成一個磁壓力差Λ P，該磁壓力差會對電弧產(chǎn)生高頻磁壓縮效應(yīng)，提高電弧能量密度和挺度，壓縮電弧半徑，提高激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接中電弧自身穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深的能力；3)打開保護氣進行焊接，觀察焊縫成形情況，通過調(diào)節(jié)O 200A的激磁電流和25% 75%的占空比來調(diào)整高頻磁場的引入強度，通過調(diào)節(jié)O 20KHz的激磁電流頻率來調(diào)整高頻磁場的引入頻率，改善激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接焊縫成形工藝，焊縫熔深會隨著激磁電流頻率和磁場強度的增加而增加，在相同的O 500A的焊接電流和O 6000W的激光功率下，外加高頻磁場比不加磁場激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接的焊縫熔深有明顯增加，增加幅度為10% 35%左右，焊接熱影響區(qū)的晶粒組織變得細密，脆硬傾向明顯降低。外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法所使用的裝置，包括TIG焊機、焊槍、鎢極、激磁線圈、激磁電源、復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)、連接件、激光頭和復(fù)合焊接頭連接件，所述的TIG焊機的正負極分別與工件和焊槍相連接，焊槍依次穿過復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)、連接件和激磁線圈與鎢極相連接，激磁線圈兩端分別與激磁電源的正負極相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)通過復(fù)合焊接頭連接件與激光頭相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)通過連接件與激磁線圈相連接。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法及裝置，具有體積小、成本低、使用簡便的特點，由于外加高頻磁場，有效提高了電弧氣動壓力，電弧電流密度，使電弧熱量分布更加集中，壓縮了電弧半徑，進而提高了電弧能量密度和電弧的挺度，而電弧自身能量密度的提高和電弧弧柱半徑的壓縮，十分有利于激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接時電弧的穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深能力的增加；另一方面，能夠使等離子體中的帶電離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生運動，其密度和分布以及等離子體的形狀和位置均會發(fā)生改變，從而降低光致等離子體對激光的屏蔽效應(yīng)，提高激光能量利用率，從而提高焊接效率和焊接過程穩(wěn)定性，除此之外，高頻磁場的引入還會增加熔池金屬的流動能力，細化焊縫晶粒組織，進而從各方面有效改善激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接的焊縫成形，有效優(yōu)化了焊接工藝，有廣闊的市場及應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。I—TIG焊機2—焊槍3—鶴極4一工件5—激磁線圈6—激磁電源7—復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)8—連接件9一激光束10—激光頭11一復(fù)合焊接頭連接件
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進一步說明如圖1所示，本發(fā)明外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法所使用的裝置，包括TIG焊機1、焊槍2、鎢極3、激磁線圈5、激磁電源6、復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)7、連接件8、激光頭10和復(fù)合焊接頭連接件11，所述的TIG焊機I的正負極分別與工件4和焊槍2相連接,焊槍2依次穿過復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)7、連接件8和激磁線圈5與鶴極3相連接，激磁線圈5兩端分別與激磁電源6的正負極相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)7通過復(fù)合焊接頭連接件11與激光頭10相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)7通過連接件8與激磁線圈5相連接。
外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法，按以下步驟完成:I)首先將TIG焊機I的正負極分別接至工件4和焊槍2，然后將激磁電源6輸出端接至激磁線圈5上，將焊槍2裝卡在復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)7上，確定焊接行走路徑；2)打開激磁電源6，由激磁電源6產(chǎn)生的激磁電流，供電給與復(fù)合焊接頭焊槍裝卡機構(gòu)7連接的激磁線圈5，使激磁線圈5在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生頻率為O 20KHz的高頻磁場，在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生的高頻磁場作用于激光產(chǎn)生的光致等離子體，減小光致等立體對激光的屏蔽作用，提高激光利用率，同時，還作用于焊接電弧，由于外加磁場的高頻率的變化和電弧等離子體和空氣磁導(dǎo)率的差異，就會在電弧內(nèi)外形成一個磁壓力差Λ P，該磁壓力差會對電弧產(chǎn)生高頻磁壓縮效應(yīng)，提高電弧能量密度和挺度，壓縮電弧半徑，提高激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接中電弧自身穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深的能力；2)打開保護氣進行焊接，觀察焊縫成形情況，通過調(diào)節(jié)O 200Α的激磁電流和25% 75%的占空比來調(diào)整高頻磁場的引入強度，通過調(diào)節(jié)O 20ΚΗζ的激磁電流頻率來調(diào)整高頻磁場的引入頻率，改善激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接焊縫成形工藝，焊縫熔深會隨著激磁電流頻率和磁場強度的增加而增加，在相同的O 500Α的焊接電流和O 6000W的激光功率下，外加高頻磁場比不加磁場激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接的焊縫熔深有明顯增加，增加幅度為10% 35%左右，焊接熱影響區(qū)的晶粒組織變得細密，脆硬傾向明顯降低。使用本方法時，首先根據(jù)工件的材質(zhì)、板厚、破口形式等，指定焊接工藝參數(shù)，如焊接電流、激光功率、焊接速度、保護氣流量、鎢極與工件距離等，這些工藝參數(shù)按照無外加磁場時激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接標準工藝參數(shù)制定。實施例一鍍鋅鋼板Q345B與7075鋁合金材料的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接，利用外加高頻磁場輔助激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法，焊接工件4厚度為3mm，對接接頭，復(fù)合焊接工藝參數(shù)為:直流TIG焊接，激磁電源6正極接到激磁線圈5的上端，激磁電源6負極接到激磁線圈5的下端，鎢極3直徑Φ2-4πιπι ;焊接電流100-220Α ;激磁電流頻率I 20ΚΗζ ；占空比25% 50% ；IPG YLS-6000光纖激光器，功率3500W，光斑直徑1mm，焊接速度0.1-3.5m/min,通過參數(shù)優(yōu)化,達到所需的接頭性能。上面所述僅是本發(fā)明的基本原理，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明對其進行等同變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護方案的范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法，其特征在于，按以下步驟完成: O首先將TIG焊機的正負極分別接至工件和焊槍，然后將激磁電源輸出端接至激磁線圈上，將焊槍裝卡在復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)上，確定焊接行走路徑； 2)打開激磁電源，由激磁電源產(chǎn)生的激磁電流，供電給與復(fù)合焊接頭焊槍裝卡機構(gòu)連接的激磁線圈，使激磁線圈在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生頻率為O 20KHz的高頻磁場，在激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接區(qū)域產(chǎn)生的高頻磁場作用于激光產(chǎn)生的光致等離子體，減小光致等立體對激光的屏蔽作用，提高激光利用率，同時，還作用于焊接電弧，由于外加磁場的高頻率的變化和電弧等離子體和空氣磁導(dǎo)率的差異，就會在電弧內(nèi)外形成一個磁壓力差Λ P，該磁壓力差會對電弧產(chǎn)生高頻磁壓縮效應(yīng)，提高電弧能量密度和挺度，壓縮電弧半徑，提高激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接中電弧自身穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深的能力； 3)打開保護氣進行焊接，觀察焊縫成形情況，通過調(diào)節(jié)O 200Α的激磁電流和25% 75%的占空比來調(diào)整高頻磁場的引入強度，通過調(diào)節(jié)O 20ΚΗζ的激磁電流頻率來調(diào)整高頻磁場的引入頻率，改善激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接焊縫成形工藝，焊縫熔深會隨著激磁電流頻率和磁場強度的增加而增加，在相同的O 500Α的焊接電流和O 6000W的激光功率下，外加高頻磁場比不加磁場激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接的焊縫熔深有明顯增加，增加幅度為10% 35%左右，焊接熱影響區(qū)的晶粒組織變得細密，脆硬傾向明顯降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法所使用的裝置，其特征在于，包括TIG焊機、焊槍、鎢極、激磁線圈、激磁電源、復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)、連接件、激光頭和復(fù)合焊接頭連接件，所述的TIG焊機的正負極分別與工件和焊槍相連接，焊槍依次穿過復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)、連接件和激磁線圈與鶴極相連接，激磁線圈兩端分別與激磁電源的正負極相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)通過復(fù)合焊接頭連接件與激光頭相連接；所述的復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)通過連接件與激磁線圈相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接方法，按以下步驟完成1)首先將TIG焊機的正負極分別接至工件和焊槍，然后將激磁電源輸出端接至激磁線圈上，將焊槍裝卡在復(fù)合焊接頭焊槍裝夾機構(gòu)上，確定焊接行走路徑；2)打開激磁電源，給激磁線圈供電；3)打開保護氣進行焊接，觀察焊縫成形情況。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于外加高頻磁場，有效提高了電弧氣動壓力，電弧電流密度，使電弧熱量分布更加集中，壓縮了電弧半徑，進而提高了電弧能量密度和電弧的挺度，而電弧自身能量密度的提高和電弧弧柱半徑的壓縮，十分有利于激光-TIG電弧旁軸復(fù)合焊接時電弧的穩(wěn)定燃燒能力和沖擊熔深能力的增加。
文檔編號B23K9/167GK103071937SQ20131003946
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者傅新皓, 黃雪, 王虹, 齊忠華 申請人:鞍山煜宸科技有限公司