[发明专利]一种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置及方法。所述方法是在双激光束双侧同步焊接时采用横向磁场加以辅助，旨在减少部分焊接缺陷。所述装置包括激光器、双侧同步激光输出头、磁场电源、双侧磁场发生器。激光器与双侧同步激光输出头进行耦合，磁场电源与双侧磁场发生器进行耦合。双侧同步激光输出头能将激光器发出的激光束聚焦到两侧的焊接面，双侧磁场发生器在磁场电源的控制下产生横向稳定磁场，并且在焊接位置进行耦合。通过外加磁场对焊接时产生的等离子体的分布的影响，改善了工件对激光束能量的吸收。本发明拥有非接触、高效等优点，对促进双激光束双侧同步焊接技术的发展具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及T型结构件的双激光束双侧同步焊接技术领域，特别是涉及一种磁场辅助激光焊接的装置及方法。

背景技术

近年来，随着大功率激光器的崛起，激光在材料加工领域的应用得到了足够的重视，特别是在焊接领域。采用大功率激光器进行焊接的方法与传统的钨极氩弧焊、搅拌摩擦焊、熔化极惰性气体保护焊等焊接方法相比，拥有焊后变形小、晶粒组织细小、焊接速度快、焊缝深宽比大等优点。而目前在高速列车、汽车工业、航空航天等领域上存在的T型结构接头，较多地采用了双激光束双侧同步焊接的方法来实现激光焊接，以减轻整体重量、提高效率、提高连接位置的强度。但用双激光束双侧同步焊接也存在着一些少量的不足，激光焊接时所产生的等离子气体会阻碍工件对激光能量的吸收，这将使得焊缝熔深减小及焊接过程不稳定，导致产生咬边、飞溅、气孔等缺陷，这将极大地减小接头的强度，最终大幅度降低零件的质量。

应用双激光束双侧同步焊接的方法焊接T型结构件，虽然能提高效率、降低成本，但现有的T型结构件的双激光束双侧同步焊接装置还无法解决等离子气体对激光束能量的影响、焊接过程的不稳定及焊后出现的缺陷问题。最终使接头的质量有所降低，达不到预期的效果。因此如何优化焊接过程，减少缺陷、提高接头质量已成为解决双激光束双侧同步焊接时带来的问题的关键。

目前为止，在已经公开的专利当中，虽然有发明实现了磁场辅助激光焊接，证明了磁场在激光焊接过程中的重要作用，但是其装置针对的焊接结构为平板对接，完全无法满足本文的T型结构所需要的。并且，许多专利当中的磁场由永磁体产生，无法快速调节磁场的大小和方向。

因此，本文设计了一种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置，即在双激光束双侧同步焊接过程中施加一个辅助的横向磁场。通过施加的横向磁场改变等离子气体的分布和运动，增大熔深，并通过产生的洛伦兹力使焊接熔池的形成过程比较稳定。本装置能够极大的减少焊接缺陷、提高接头的质量，且实现较为简单，适用于T型结构件的双激光束双侧同步焊接。

发明内容

针对现有装置的上述不足，本发明设计了一种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置。本装置包括了磁场发生装置、焊接工作平台、激光器与保护气装置。磁场发生装置包括了磁场电源2、导轨11、位移装置12、螺线管13、保护套14。本装置能够有效的改善等离子气体的分布和运动、减少气孔、飞溅等缺陷，极大地提高焊接过程的稳定性，提高接头的质量，且装置容易实现，成本较低。

本发明的技术方案为：

一种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置，采用现有的铝制焊接工作平台。磁场发生装置能够产生横向稳定的磁场，并能够在磁场电源2上进行参数的调节。通过位移装置 12带动螺线管13在导轨11上随着激光进行同步运动，保证了磁场永远作用于熔池上。激光焊接设备使用的是大功率碟片式激光器，辅助焊接设备为KUKA机器人。激光束与垂直方向成一定的角度，以便于焊接；激光束与保护气嘴成60°，形成旁轴侧吹，以达到更好的保护效果。

这种外加磁场辅助的双激光束双侧同步焊接装置的特点是：