一种磁场辅助激光焊接装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言，涉及一种磁场辅助激光焊接装置及方 法。
【背景技术】
[0002] 激光焊接技术具有能量密度高、焊接速度快、焊缝成形好、热影响区小且易于自动 化控制等优点，引起了研究人员的广泛关注。在激光焊接技术中，焊缝成形质量是评价激光 焊接设备的关键指标。而现有的激光焊接设备在焊接工件时，可能存在激光焊接过程中熔 池内的元素分布不均匀或者是在填丝激光焊接时焊丝稀释不充分的问题，这些情况都可能 导致焊缝下榻，形成驼峰或酒杯形状，不利于保证焊缝的成形质量;此外，激光焊接通道上 产生的光致等离子体也将严重影响工件与激光能量的耦合效率，降低工件对激光束能量有 效吸收率，进而也会影响焊缝成形质量。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种磁场辅助激光焊接装置及方法，在激光焊接过程中， 通过作用在工件上的脉冲磁场控制工件上产生的焊接熔池的流动，并控制激光焊接通道上 产生的等离子体的分布，以有效地提高工件的焊缝成形质量。
[0004] 为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
[0005] 本发明实施例提供了一种磁场辅助激光焊接装置，包括激光器、激光输出头、脉冲 磁场电源及磁场发生器，所述激光器与所述激光输出头耦合，所述脉冲磁场电源与所述磁 场发生器耦合，所述激光输出头用于将所述激光器发出的激光光束聚焦到工件的焊接面， 所述磁场发生器用于在所述脉冲磁场电源的激励下产生控制激光焊接过程中产生的等离 子体分布以及焊接熔池流动的脉冲磁场。
[0006] 进一步地，所述脉冲磁场电源包括控制电路、电压调节电路、充电回路和放电回 路，所述电压调节电路的输入端与外部电源耦合，所述电压调节电路的输出端与所述充电 回路输入端耦合，所述充电回路的输出端与所述放电回路的输入端耦合，所述放电回路的 输出端与所述磁场发生器耦合，所述电压调节电路、所述充电回路和所述放电回路均与所 述控制电路耦合。
[0007] 进一步地，所述充电回路包括第一电容、第二电容和第一开关，所述第一开关包括 第一连接端、第二连接端和用于控制所述第一连接端和所述第二连接端的导通和断开的第 一控制端，所述第一控制端与所述控制电路耦合，所述第一电容的负极与所述第一连接端 耦合，所述第二电容的负极与所述第二连接端耦合，所述第一电容的正极与所述第二电容 的正极耦合，所述第一连接端分别与所述电压调节电路的输出端和所述放电回路的输入端 耦合。
[0008] 进一步地，所述磁场发生器包括绝缘壳体、铁芯和套设在所述铁芯外的感应线圈， 所述铁芯和所述感应线圈均位于所述绝缘壳体内，所述绝缘壳体内填充有用于防止所述感 应线圈变形的固化剂。
[0009] 进一步地，所述感应线圈由铜管绕制而成，所述铜管内流通有冷却水。
[0010] 进一步地，所述感应线圈包括6层线圈，每一层所述线圈包括18匝子线圈，相邻的 两层线圈之间以及相邻的两匝子线圈之间均设置有绝缘薄膜。
[0011] 进一步地，还包括数控工作台，所述磁场发生器设置于所述数控工作台上，所述工 件放置在所述绝缘壳体表面的预设区域内，其中，所述铁芯的轴线垂直于所述工件的焊接 面。
[0012] 进一步地，还包括数控工作台，所述磁场发生器和所述工件均设置于所述数控工 作台上，其中，所述铁芯的轴线平行于所述工件的焊接面。
[0013] 进一步地，还包括同步控制器，所述同步控制器与所述激光器、所述脉冲磁场电源 以及所述数控工作台均耦合。
[0014] 本发明实施例还提供了一种磁场辅助激光焊接方法，应用于上述的磁场辅助激光 焊接装置，所述方法包括:所述磁场发生器在所述脉冲磁场电源的激励下产生脉冲磁场，以 控制激光焊接过程中产生的等离子体分布以及焊接熔池流动;所述激光输出头将所述激光 器发出的激光束聚焦到工件的焊接面上，根据预设焊接轨迹对所述工件进行焊接。
[0015] 本发明实施例提供的磁场辅助激光焊接装置及方法设计了脉冲磁场电源以及磁 场发生器，磁场发生器在脉冲磁场电源的激励下产生脉冲磁场。所述脉冲磁场作用于激光 焊接过程中，一方面可以控制焊接熔池的流动，有效地改善熔池内的元素分布不均匀、填丝 激光焊接时焊丝稀释不充分的问题，从而有效地抑制了焊缝下榻、驼峰、酒杯形状的出现， 有助于提高焊缝成形质量;另一方面也可以控制工件上方的激光焊接光致等离子体密度分 布、形态及位置的变化，可以提高激光束和材料的能量耦合效率。
[0016] 此外，本发明设计的包括铁芯和感应线圈的磁场发生器为独立器件，安装位置灵 活可控，可以放置在数控工作台上的任意位置，且当磁场发生器的安装方式不同时，可以产 生不同方向的磁场，例如，磁场发生器可以横向放置在数控工作台上，也可以纵向放置在数 控工作台上，其中，横向放置时，铁芯的轴线平行于数控工作台的表面，纵向放置时，铁芯的 轴线垂直于数控工作台的表面，磁场发生器的具体的安装方式可以根据用户所需要的磁场 方向设置。
[0017] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得 显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的 说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部 附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点 在于示出本发明的主旨。
[0019] 图1示出了本发明实施例提供的纵向磁场作用模式的磁场辅助激光焊接装置的结 构示意图；
[0020] 图2示出了本发明实施例提供的一种磁场辅助激光焊接装置的脉冲磁场电源的模 块框图；
[0021] 图3示出了本发明实施例提供的一种磁场辅助激光焊接装置的脉冲磁场电源的一 种电路结构图；
[0022] 图4示出了本发明实施例提供的一种磁场辅助激光焊接装置的磁场发生器的结构 示意图；
[0023] 图5示出了本发明实施例提供的纵向磁场作用模式的磁场辅助激光焊接装置中预 设区域的位置示意图；
[0024] 图6示出了本发明实施例提供的纵向磁场作用模式的磁场辅助激光焊接装置中预 设区域的磁场分布示意图；
[0025] 图7示出了本发明实施例提供的横向磁场作用模式的磁场辅助激光焊接装置的结 构示意图；
[0026] 图8示出了本发明实施例提供的一种磁场辅助激光焊接方法的方法流程图。
[0027]其中，附图标记分别为：
[0028] 激光器110;传导光纤120;激光输出头130;外部电源200;脉冲磁场电源300;控制 电路310;电压调节电路320;充电回路330;放电回路340;磁场发生器400;绝缘壳体410;铁 芯420;铁芯轴线421;铁芯底面422;预设区域