[发明专利]一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法与系统

权利要求书

1.一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：进行焊前处理，首先对待焊厚板的对接面进行打磨清洗，去除表面氧化膜、污点等，其次，在待焊处加工出带钝边U型坡口，然后将厚板用夹具夹紧；

步骤2：提供激光焊接系统，激光焊接系统包括环形光斑光纤激光器、传输光纤、激光焊接头、送粉器、送粉管、静电送粉喷嘴、常规送粉喷嘴；

步骤3：提供交变磁场系统，包括电磁线圈、电源、电缆；

步骤4：提供焊缝轮廓检测系统，焊缝轮廓检测系统包括CMOS工业相机、滤光片、工控机；

步骤5：开启激光焊接系统，打开环形光斑光纤激光器，激光焊接头输出聚焦环形光斑激光束，进行激光自熔打底焊，完成打底焊接；

步骤6：开启交变磁场系统，打开电源对电磁线圈进行通电，产生一个在固定频率下变换磁场方向的交变磁场；

步骤7：打开环形光斑光纤激光器，激光焊接头输出聚焦环形光斑激光束，打开电磁场系统，开启送粉系统，静电送粉喷嘴向焊接区吹送金属粉末，实施激光填粉焊接；

步骤8：开启焊缝轮廓检测系统，对焊缝轮廓进行实时扫描，将数据导入工控机，由工控机根据焊缝塌陷量对常规送粉喷嘴的送粉量进行实时控制；

步骤9：完成一道焊接后，关闭激光焊接系统，关闭送粉系统，关闭交变磁场系统，关闭焊缝轮廓检测系统，激光焊接头回位到焊接起始点；

步骤10：重复上述步骤7-9，进行多层焊，直到焊接完成。

2.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤1中，厚板的材料可以为碳钢、不锈钢、铝合金和镁合金。

3.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤1中，材料厚度为20-50mm。

4.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤1中，加工出的U型坡口底边宽度为3-5mm，钝边为8-10mm。

5.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤2中，静电送粉喷嘴和常规送粉喷嘴与激光焊接头固连。静电送粉喷嘴位于激光焊接头前方，静电送粉喷嘴末端与水平面夹角β＝30-60°，静电送粉喷嘴末端与待焊工件表面的距离h1＝1.5-5mm。

6.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤2中，常规送粉嘴位于激光焊接头后方，常规送粉嘴末端与水平面夹角γ＝45-75°，常规送粉嘴末端与待焊工件表面的距离h2＝2-5mm。

7.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法，步骤6中，电磁线圈的磁感应强度为30-90mT，磁场频率为1-20Hz。

8.一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接系统，其特征在于，包括激光焊接系统，交变磁场系统，焊缝轮廓检测系统，焊接夹具和工控机；所述激光焊接系统包括环形光斑光纤激光器、传输光纤、激光焊接头、送粉器、送粉管、静电送粉喷嘴、常规送粉喷嘴；所述焊缝轮廓检测系统包括CMOS工业相机、滤光片、工控机；所述交变磁场系统包括电磁线圈、电源、电缆；待焊厚板用焊接夹具固定；工控机负责对CMOS工业相机所拍摄的实时焊缝轮廓表面图像进行分析，通过信号反馈控制常规送粉喷嘴的送粉，实现对焊缝的实时修补。