CN105057887A - 一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法及焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法，包括以下步骤：步骤1：将待加工的工件固定；步骤2：在保护气体的保护下，采用脉冲激光对工件表面的焊缝进行焊接，并获取工件表面的等离子体面积；在一个脉冲宽度内或者在一个脉冲宽度的中后期内，所述的脉冲激光的功率逐步降低；步骤3：设当脉冲激光施加过程中工件表面的等离子体面积降低为焊接时等离子面积最大时的1/e时的时刻为t，则在t～t+1ms内的任一时刻，对工件施加磁场，所述的磁场的强度为0.1～10T，磁场持续时间为1～100ms。本发明的目的在于提供一种能够显著提高焊接接头的综合力学性能的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，本发明还提供采用该焊接方法的焊接装置。

Description

一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法及焊接装置

技术领域

本发明涉及一种焊接技术领域，特别是一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法及焊接装置。

背景技术

焊接是现代制造业中最为重要的材料成形技术之一。激光焊接作为新型焊接技术，以其能量密度高、焊接速度快、熔深大、热影响区小、焊缝成形好、易于自动化控制等优点日益受到重视。广泛应用于航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、微电子制造、压力容器制造、民用及医用等领域。

随着大功率激光器的发展,激光深熔焊技术在工业领域越来越得到广泛的使用,激光焊接的熔深也进一步增加,但激光深熔焊尤其是激光焊接厚板易出现气孔和组织严重不均匀问题，是典型的焊接冶金缺陷。

而激光焊接气孔主要有冶金气孔和工艺气孔。冶金气孔是由于气体在熔池的溶解度随温度变化显著大量吸附和析出聚集造成,而工艺气孔主要是焊接时溶池中的匙孔瞬间失稳。前者一般形态圆滑且体积较小，通过焊接前处理、焊接时间控制，实际过程发现对焊接接头影响有效。后者形成的气孔一般形状不规则,直径较大。使有效的工作横截面变小、机械性能随之显著下降,并使得焊接部位致密性变差,降低气密性。此外,气孔不规则边缘处可能会发生应力的集中现象,使焊缝塑性降低。

组织严重不均匀主要是由于激光焊接过冷度大，焊缝冷却速度快，熔池未及充分流动、混合就已经凝固，可能导致宏观焊缝边缘出现粗大的柱状晶组织，再往中心将生成第二相甚至夹杂物，中心一般为等轴晶，会出现组织的显著不均匀，极易在焊接应力、时效等后过程中出现延时裂纹。试验分析发现，夹杂物和不均匀组织，对焊接接头的抗疲劳性能、拉伸性能等造成显著影响。

所以,消除激光焊接工艺气孔和组织不均匀，减少焊接工件负载过程中的应力集中，消除夹杂物及不均匀组织，是提高激光深熔焊接工艺质量的关键。

目前,解决激光深熔焊接气孔问题主要有三种方法。一是单纯使用脉冲波形激光,改变了小孔的行为,减少保护气体被卷入小孔；二是采用活性气体,使得气体能够溶解于焊缝或与熔池金属发生反应生成化合物。三是采用辅助激光束进行焊接,对焊缝进行加热保温甚至重新融化，新开一条气孔逸出的通道，增加气孔的聚集和逸出。但目前这些方法存在着不能完全消除气孔，气孔消除效率低，或带来焊接热影响区变大，吸收其他气体造成焊缝韧性下降等问题。

目前,解决激光深熔焊接组织不均匀问题的方法主要有：采用周期性的脉冲激光对熔池进行周期性地能量输入，形成周期性出现的温度梯度，在此梯度作用下产生张力差异，对熔池进行搅拌均匀；在该方法中，脉冲调制的控制难度大，尤其对异种材料激光焊接经验证效果非常差。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电磁力辅助脉冲激光焊接的方法与焊接装置，本发明的技术方案可以显著的降低甚至消除激光焊接时气孔和组织不均匀，对由于“匙孔”不稳定、提前闭合而产生的工艺气孔进行抑制，对由于温度及张力分布不均匀造成的溶池流动不充分而导致的组织严重不均匀的情况进行改善，能够显著提高焊接接头的综合力学性能，是一种提高焊接工件加工效率、质量、可靠性的高效果及效率的技术。

本发明提供的技术方案为：一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：将待加工的工件固定；

步骤2：在保护气体的保护下，采用脉冲激光对工件表面的焊缝进行焊接，并获取工件表面的等离子体面积；在一个脉冲宽度内或者在一个脉冲宽度的中后期内，所述的脉冲激光的功率逐步降低；

步骤3：设当脉冲激光施加过程中工件表面的等离子体面积降低为焊接时等离子面积最大时的1/e时的时刻为t，则在t～t+1ms内的任一时刻，对工件施加磁场，所述的磁场的强度为0.1～10T，磁场持续时间为1～100ms。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的步骤3中，所述的磁场的强度为0.2～1.5T，磁场持续时间为5～20ms。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的工件焊缝无间隙或间隙小于0.06mm。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的工件表面的等离子体面积通过高速摄像机获取。使用高速摄像机对焊接时工件表面产生的等离子体进行在线检测，使用二值法对拍摄到的图像进行处理，并进行等离子体面积计算，依据等离子体面积，系统自动判断焊接进程。当等离子体面积降低为焊接时的1/e时，可以判断“匙孔”即将在5～20ms内关闭。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的工件表面的等离子体面积的获取方法具体为使用高速摄像机对焊接时工件表面进行在线检测，使用二值法对拍摄到的图像进行处理，进行等离子体面积计算。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的方法用于用于点焊、对焊、搭接焊、船型焊中各种同、异种金属接头的激光焊接。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的脉冲激光的激光峰值功率为所述的脉冲激光的脉宽为6.5～10ms，所述的脉冲激光的峰值功率为0.3～7Kw，所述的脉冲激光的脉冲之间的间隔10～40ms，光斑直径为0.2～1.3mm，离焦量为-5～4.2mm。

在上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法中，所述的脉冲激光采用分段或不分段调制的脉冲，焊接为非穿透焊接。

本发明还提供采用上述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法的焊接装置，包括激光发生器、光学传输系统、光学聚焦系统、夹装工作台、保护气体供应设备、控制系统，还包括脉冲电流产生器、电磁转换设备、用于采集工件表面图像的高速摄像机，所述的激光发生器、脉冲电流产生器、高速摄像机、夹装工作台分别连接至控制系统，所述的激光发生器通过光学传输系统与光学聚焦系统，所述的脉冲电流产生器与电磁转换设备相连，所述的电磁转换设备设置在工件下方，所述的保护气体供应设备的供气口设置在工件的焊缝处，所述的光学聚焦系统作用于工件表面。

在述的电磁力辅助脉冲激光焊接装置中，所述的保护气体供应设备包括保护气体瓶和连接在保护气体瓶上的保护气体管道，所述的保护气体管道的出口设置在工件的焊缝处。

本发明的有益效果如下：

本发明采用脉冲功率逐步降低的脉冲激光对工件进行焊接，当其工件表面的等离子体面积降低为焊接时等离子面积最大时的1/e时施加磁场，判断“匙孔”即将在5～20ms内关闭，可以使得“匙孔”肩部的液态金属加速向“匙孔”腰部流动、聚集；加速向“匙孔”底部流动、聚集，“匙孔”底部被良好填充，腰束部贴近熔化金属形成小气孔，融化金属形态明显瘦长。此处形成的熔池，由于主要作用力是电磁力，因此没有明显中心，流动比较充分，组织相对更为均匀。产生的小气孔由于电磁力对熔化金属的加速挤压作用，而被排挤从焊缝表面逸出，熔池受电磁力影响液态金属流动充分，组织均匀，抑制焊接气孔的产生，减少了受力及载荷过程中的不均匀及应力集中现象，提高了焊接接头的综合力学性能。

附图说明

图1是本发明的电磁力辅助脉冲激光焊接装置的结构示意图；

图2是本发明的焊接方法的流程方框图；

图3是本发明的高速摄像机所拍摄到的焊接过程中等离子体变化的图像；

图4是采用本发明的方法和不采用本发明方法的焊接效果图；

图5是本发明实施例6～15的不同的磁场施加时间对气孔率的影响的曲线图；

图6是本发明实施例6～15的不同的磁场施加时间对熔深的影响的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

如图1所示，一种电磁力辅助脉冲激光焊接装置，包括激光发生器1、光学传输系统12、光学聚焦系统11、夹装工作台6、保护气体供应设备、控制系统3，还包括脉冲电流产生器2、电磁转换设备5、用于采集工件表面图像的高速摄像机4，所述的激光发生器1、脉冲电流产生器2、高速摄像机4、夹装工作台6分别连接至控制系统3，所述的激光发生器1通过光学传输系统12与光学聚焦系统11相连，所述的脉冲电流产生器2与电磁转换设备5相连，所述的电磁转换设备5设置在工件8下方，所述的保护气体供应设备的供气口设置在工件8的焊缝处，所述的光学聚焦系统11作用于工件8表面，具体来说所述的保护气体供应设备包括保护气体瓶7和连接在保护气体瓶上的保护气体管道10，所述的保护气体管道10的出口设置在工件8的焊缝处。

所述激光发生器1为相关固体脉冲激光器，可以为半导体、光纤、YAG等；光学传输系统可以是光路或者传输光纤，连接激光器与光学聚焦系统，传输激光；所述电磁转换设备5用于产生磁场，脉冲电流产生器2用于产生脉冲电流，通过电磁转换设备5产生磁场；光学聚焦系统11用于聚集激光；保护气体瓶7、保护气体管道10用于产生保护气体，进行焊接保护；高速摄像机4用于在线观测焊接产生的等离子体；夹装工作台6用于放置电磁转换设备5和工件8；控制系统3用于控制高速摄像机4、电磁转换装置5、夹装工作台6、脉冲电流产生器2之间的工作，使得脉冲磁场在所要求的时机下耦合到焊接熔池上，产生电磁力。

光学聚焦系统11包括透镜、振镜、积分镜、反光镜等一种或者几种组合，只要主体的技术方案没有发生变更，均在本专利保护范围内。

焊接方法如图2所示

步骤1：开始工作，提前开启激光器相关冷却、保护等外围设备。将工件8夹装于夹装工作台6。使用塞尺测量，确保装配后待焊接焊缝无间隙或小于0.06mm。并进行激光器光路调整、调整焦距、离焦量等。开启保护气体瓶7保护气体管道10的阀门，调节流量符合标准。进行试焊接，观察焊接成品外观，进一步调节相关参数直至焊接稳定。

步骤2：正式焊接，将待焊接的工件8夹装于夹装工作台6。在控制器上进行电磁转换装置5、夹装工作台6、保护气体装置、高速摄像机4等相关设置。开启控制系统3启动按钮，进入下一步骤，开始焊接。

步骤3：夹装工作台6带动工件8进行移动及定位。激光发生器1产生脉冲激光，通过光学传输系统12、光学聚焦系统11，形成聚焦的激光束9作用到工件8上，形成脉冲激光深熔焊接；采用编程控制脉冲波形，使得脉冲功率缓慢缓慢降低直至脉冲结束；优选地，该脉冲功率以线性降低的方式缓慢降低。

步骤4：焊接过程中，使用高速摄像机4对焊接时工件8表面产生的等离子体进行在线检测，使用二值法对拍摄到的图像进行处理，并进行等离子体面积计算，依据等离子体面积，系统自动判断焊接进程。

当等离子体面积降低为焊接时的1/e时，进入下一环节；

步骤5：控制系统3控制脉冲电流产生器2产生脉冲电流经过位于工件下方的电磁转换装置5产生脉冲磁场，与工件内部流动的液态金属产生强电磁力耦合。脉冲电流持续时间1～100ms，之后控制系统3控制脉冲电流发生器2关闭脉冲电流。

步骤6：判断焊接是否完成；如果是点焊则焊接完成，控制系统3控制激光发生器1关闭光闸，控制高速摄像机4、保护气路等其他外围设备关闭，并复位启动按钮。如果为其他焊接，则进入第二环节控制夹装工作台6移动，并按流程循环直至焊接完成。

步骤5中：脉冲电流的大小，需在准备环节中进行设置。具体方法为，将工件8夹装于工作台6，开启脉冲电流发生器2，并调节电流大小，使得工件8表面的磁感应强度为0.1～10T，优选地，磁场的强度为0.1～5T，更优选为0.2～1.5T，具体最优值根据试验情况进行细微调整；

步骤5中：脉冲电流持续时间需在第一环节中进行设置，磁场持续时间约为1～100ms，优选为5～20ms，更优选为1.5～10ms，然后根据试验情况进行细微调整；

步骤4中，控制器自动依据高速摄像机4拍摄到的等离子体面积变化，判断焊接过程进程。图3中照片1～7为高速摄像机4拍摄到的焊接过程中等离子体的产生、发展、持续、消亡阶段照片。控制器利用各桢二值图像四个方向的最大值作为基础快速计算面积，并自动判断焊接进程，如图3中的照片7为电磁施加时间，当面积减少为焊接时等离子体面积最大时(即图3中的照片2所示)的1/e时，控制器输出控制指令对脉冲电流发生器2进行控制。

本实施例采用上述的设备和步骤通过光纤激光器脉冲焊接，根据等离子体二值图面积变化，在焊接脉冲即将结束即等离子体面积为焊接时等离子体面积峰值的1/e时，耦合电磁场，使得液态金属产生电磁力，加快填充“匙孔”并形成均匀组织。

具体见图4，图4中：

当按照本实施例的方法偶合电磁场时，81为待焊接的工件，本例为激光点焊。对焊情况间隙符合(焊缝间距小于0.06mm)要求时，情况类似，不再重复说明。

稳定焊接阶段，82为脉冲深融焊接形成的“匙孔”后的熔池形貌；可见，大量融化金属由于温度差造成张力，流动聚集在“匙孔”肩部。

焊接即将完成、凝固开始阶段，84为偶合电磁场时，对流动金属产生电磁力，使得“匙孔”肩部的液态金属加速向“匙孔”腰部流动、聚集；

87为偶合电磁场时，对流动金属加速向“匙孔”底部流动、聚集，“匙孔”底部被良好填充，腰束部贴近熔化金属形成小气孔88，融化金属形态较85明显瘦长。此处形成的熔池，由于主要作用力是电磁力，因此没有明显中心，流动比较充分，组织相对85更为均匀。

凝固结束阶段，91为偶合电磁场时熔池形态。此时小气孔88由于电磁力对熔化金属的加速挤压作用，而被排挤从焊缝表面逸出。

当未偶合电磁场时，81为待焊接的工件，以叠焊(或点焊)举例。对焊间隙符合要求时，情况类似，不再重复说明。

稳定焊接阶段，82为脉冲深融焊接形成的“匙孔”后的熔池形貌；可见，大量融化金属由于温度差造成张力，流动聚集在“匙孔”肩部。

焊接即将完成、凝固开始阶段，83为未偶合电磁场，激光功率衰减到不能够维持“匙孔”时，由于温度梯度产生的张力差异，融化金属向“匙孔”肩部流动、聚集；

凝固进行阶段，85为未偶合电磁场，融化金属向“匙孔”肩部聚集，小孔关闭。下部封闭，保护气体等无法逸出，形成气孔86；此处形成的熔池，由于是高温下张力聚集而成，因此中心部流动不充分，组织严重不均匀。

凝固即将结束阶段，90为未偶合电磁场，保护气体等无法逸出，形成较大的气孔90，由于张力差异存在，气孔形状不规则；

93为未偶合电磁场，最终形成的梨型气孔，形状不规则，受外力时将产生明显的应力集中。

通过图4可以看出，采用本实施例的方法，可以有效的降低焊缝中气孔的含量，提高焊接件的强度。

焊接工件板厚为5mm低碳钢板，要求点焊焊接熔深大于8mm。焊接选用7KW光纤激光器，采用80Hz的三角波调制，峰值功率6.8kW,脉冲宽度8ms，脉冲之间的间隔为10ms，透镜焦距为300mm，光斑直径0.3mm，离焦量-5mm，采用氩气0.1L/min45°角吹气保护焊接，焊接速度3m/min。

采用本发明电磁力辅助，参数为：工件表面磁感应强度为1.6T，磁场脉冲持续时间20ms。焊接完成后组织均匀，气孔率小于0.02sq-mm/mm，且焊缝组织均匀无裂纹。

本实施例，显著改善了焊缝焊接气孔、组织不均匀、裂纹的情况。

对比例1

本对比例的参数与实施例1的相关参数大体相同，不同的地方在于，本对比例在焊接过程中及焊接结束后均未使用电磁力辅助装置，焊接后的样品经测试气孔率达到0.055sq-mm/mm或以上。

实施例2

焊接设备如实施例1，焊接方法具体为：

本案例采用DISC激光器脉冲焊接，根据等离子体二值图面积变化，在焊接脉冲即将结束即等离子体面积为焊接时等离子体面积峰值的1/e时，耦合电磁场，使得液态金属产生电磁力，加快填充“匙孔”并形成均匀组织。

焊接工件板厚为4mm6061铝合金板，焊接工艺为对焊，焊缝间距小于0.05mm，要求对接熔深大于2mm不能透焊，要求气孔小于0.5％。焊接选用7KWDISC激光器，采用100Hz的6KW峰值功率的半周期正弦波进行调制，脉冲之间的间隔10ms，脉冲宽度8ms，光斑直径约为0.3mm，离焦量0mm，采用氩气15L/min进行焊接保护，脉冲内达到峰值功率后，通过程序控制泵浦电流，达到脉冲功率逐渐缓减，以减少热裂纹倾向。

采用本发明的电磁力辅助，参数为：工件表面磁感应强度为0.5T，磁场脉冲持续时间6ms。焊接完成后焊接深宽比达3.2～4.0，气孔率小于0.01％，且焊缝组织均匀无裂纹。

本发明的技术方法，显著改善了焊缝焊接气孔、组织不均匀的情况。

对比例2

本对比例的参数与实施例2的相关参数大体相同，不同的地方在于，本对比例在焊接过程中及焊接结束后均未使用电磁力辅助装置，焊接后的样品经测试气孔率最大可达到9.8％。

实施例3

焊接设备如实施例1，焊接方法具体为：

本案例采用3KW半导体激光器λ＝915～940nm脉冲焊接，根据等离子体二值图面积变化，在焊接脉冲即将结束即等离子体面积为焊接时等离子体面积峰值的1/e时，耦合电磁场，使得液态金属产生电磁力，加快填充“匙孔”并形成均匀组织。

焊接工件板厚为2mm5052铝合金板，焊接工艺为对焊，焊缝间距小于0.05mm，要求对接焊接，熔深1±0.2mm，要求气孔小于0.5％。焊接选用3KW半导体激光器λ＝915～940nm脉冲焊接，光斑直径约1.3mm，采用100Hz的2.4KW峰值功率的三角波进行调制，脉冲内达到峰值功率后，通过程序控制泵浦电流，达到脉冲功率逐渐缓减，以减少热裂纹倾向，脉冲之间的间隔10ms，脉冲宽度8ms，焊接速度20mm/s，离焦量0mm，采用氩气15L/min。

采用本专利电磁力辅助，参数为：工件表面磁感应强度为0.4T，磁场脉冲持续时间6ms。焊接完成后接头抗拉强度达173.62MPa，达到母材的83％，气孔率少或无气孔。

本发明的技术方法，经对比测试显著改善了焊缝组织及接头力学性能。

对比例3

本对比例的参数与实施例3的相关参数大体相同，不同的地方在于，本对比例在焊接过程中及焊接结束后均未使用电磁力辅助装置，焊接后的样品气孔明显，经测试接头抗拉强度仅120～140MPa，且存在组织不均匀及裂纹。

实施例4

焊接设备如实施例1，焊接方法具体为：

本案例采用YAG激光器脉冲焊接，根据等离子体二值图面积变化，在焊接脉冲即将结束即将结束即等离子体面积为焊接时等离子体面积峰值的1/e时，耦合电磁场，使得液态金属产生电磁力，加快填充“匙孔”并形成均匀组织。

焊接工件板厚为2.1mmZr-4锆合金板，焊接工艺为船型焊，要求焊接熔深1±0.2mm，单个气孔小于0.5mm，且不得连续。焊接选用1KWYAG激光器，采用分段编程、电流缓降，脉冲宽度6.5ms，脉冲频率5Hz的360W峰值功率，前5ms功率为360W、接下来0.5ms为260w、接下来0.5ms为200w、接下来0.5ms为100w的周期波进行调制，脉冲间隔20ms，光斑直径约0.2mm,离焦量采用正离焦4.2mm，采用氩气30～35L/min焊接保护。

采用本专利电磁力辅助，参数为：工件表面磁感应强度为0.22T，磁场脉冲持续时间5ms。焊接完成后焊接熔深达1.0～1.5mm，气孔大小符合标准，拉伸试验结果显示接头拉伸强度与母材相当。

本发明的技术方法，显著改善了焊缝焊接气孔、组织不均匀的情况，显著提高了接头的力学性能。

对比例4

本对比例的参数与实施例4的相关参数大体相同，不同的地方在于，本对比例在焊接过程中及焊接结束后均未使用电磁力辅助装置，焊接后的样品焊接融深仅0.6～0.8mm，且气孔大于0.5mm且数量多，存在连续分布，焊接接头的拉伸强度不到母材60％。

实施例5：

本案例采用YAG激光器脉冲焊接，根据等离子体二值图面积变化，在焊接脉冲即将结束即等离子体面积为焊接时等离子体面积峰值的1/e时，耦合电磁场，使得液态金属产生电磁力，加快填充“匙孔”并形成均匀组织。

焊接工件板厚为1.5mmTC1钛合金板，焊接工艺为搭接焊,要求对接熔深大于1mm小于1.3mm。焊接选用1.5KWYAG激光器，采用脉冲宽度10ms，脉冲频率20Hz周期波进行调制，脉冲内达到峰值功率后，通过程序控制泵浦电流，达到脉冲功率逐渐缓减，以减少热裂纹倾向，脉冲间隔40ms，峰值功率800w，光斑直径约0.3mm，离焦量采用正离焦0mm，透镜焦距130mm，焊接速度2.9m/min，焊接正、反面采用氩气1m3/min进行保护。

采用本专利电磁力辅助，参数为：工件表面磁感应强度为0.24T，磁场脉冲持续时间4ms。焊接完成后焊接熔深达1.0～1.2mm，基本观察不到气孔。

本发明的技术方法，显著改善了焊缝焊接气孔、组织不均匀。

本专利不仅适合于各类金属材料的脉冲激光焊接，连续激光焊接采用区域磁场控制或焊接区与磁场作用区分离的方法，其基本原理相同，均是在焊接凝固阶段利用磁场耦合，使得液态金属产生电磁力加快填充“匙孔”底部速度，技术方案类似均应视为本专利的保护范围。

对比例5

本对比例的参数与实施例5的参数大体相同，不同的地方在于，本对比例在焊接过程中及焊接结束后均未使用电磁力辅助装置，焊接后的样品气孔直径达0.18～0.35mm且数量多，接近连续分布。

实施例6-15

本实施例与实施例1的参数大体相同，不同的地方在于，磁场施加的时间不同，本实施例6-15具体包含10个具体方案，其磁场时间时间为：设当工件表面的等离子体面积降低为焊接时等离子面积最大时的1/e时的时刻为t，则10个具体方案的磁场时间时间分别为t±1、t±2、t±3、t±4、t±5ms，测定磁场时间时间对气孔率、熔深的影响。

具体见图5和图6。其中，图5为不同的磁场施加时间对气孔率的影响的曲线图；

图6为不同的磁场施加时间对熔深的影响的曲线图。

通过图5和图6的记载，可以很清楚的发现，优选在t～t+1ms内的任一时刻，对工件施加磁场。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待加工的工件固定；

步骤2：在保护气体的保护下，采用脉冲激光对工件表面的焊缝进行焊接，并获取工件表面的等离子体面积；在一个脉冲宽度内或者在一个脉冲宽度的中后期内，所述的脉冲激光的功率逐步降低；

步骤3：设当脉冲激光施加过程中工件表面的等离子体面积降低为焊接时等离子面积最大时的1/e时的时刻为t，则在t～t+1ms内的任一时刻，对工件施加磁场，所述的磁场的强度为0.1～10T，磁场持续时间为1～100ms。

2.根据权利要求1所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的步骤3中，所述的磁场的强度为0.2～1.5T，磁场持续时间为5～20ms。

3.根据权利要求1所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的工件焊缝无间隙或间隙小于0.06mm。

4.根据权利要求1所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的工件表面的等离子体面积通过高速摄像机获取，所述的工件表面的等离子体面积的获取方法具体为使用高速摄像机对焊接时工件表面进行在线检测，使用二值法对拍摄到的图像进行处理，进行等离子体面积计算。

5.根据权利要求4所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的方法用于点焊、对焊、搭接焊、船型焊中各种同、异种金属接头的激光焊接。

6.根据权利要求1至5任一所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的脉冲激光的脉宽为6.5～10ms，所述的脉冲激光的峰值功率为0.3～7Kw。

7.根据权利要求6所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的脉冲激光的脉冲之间的间隔10～40ms，光斑直径为0.2～1.3mm，离焦量为-5～4.2mm。

8.根据权利要求7所述的电磁力辅助脉冲激光焊接方法，其特征在于：所述的脉冲激光采用分段或不分段调制的脉冲，焊接为非穿透焊接。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、7或8所述的电磁力辅助脉冲激光焊接装置，包括激光发生器、光学传输系统、光学聚焦系统、夹装工作台、保护气体供应设备、控制系统，其特征在于：还包括脉冲电流产生器、电磁转换设备、用于采集工件表面图像的高速摄像机，所述的激光发生器、脉冲电流产生器、高速摄像机、夹装工作台分别连接至控制系统，所述的激光发生器通过光学传输系统与光学聚焦系统相连，所述的脉冲电流产生器与电磁转换设备相连，所述的电磁转换设备设置在工件下方，所述的保护气体供应设备的供气口设置在工件的焊缝处，所述的光学聚焦系统作用于工件表面。

10.根据权利要求9所述的电磁力辅助脉冲激光焊接装置，其特征在于：所述的保护气体供应设备包括保护气体瓶和连接在保护气体瓶上的保护气体管道，所述的保护气体管道的出口设置在工件的焊缝处。