CN110682001A - 机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种机械振动辅助降低高氮钢复合焊接气孔的装置及方法，属于焊接技术领域，激光焊接装置的激光焊接头通过法兰和支撑板安装在六轴联动机器人上，与激光器连接；两个待焊工件以对接形式固定于焊接工作台上，激光焊接头发出的激光束与待焊工件间隙同轴，焊枪置于待焊工件的正面；焊接工作台固定于振动试验台上，振动试验台通过支撑弹簧与连接杆相连，振动传感器检测振动频率并且反馈至振动时效控制装置，实时控制振动频率。将两个待焊高工件的焊缝处理为两个相同的曲线形状，机器人控制系统控制六轴联动机器人带动激光焊接头以所述曲线为运动轨迹施焊。本发明焊接方法有效提高了焊接质量。

Description

机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置及方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置及方法。
背景技术
高氮奥氏体不锈钢(高氮钢)是用氮元素部分或完全代替昂贵的镍元素作为主要的奥氏体化元素的新型钢种。高氮钢已在军事、车辆、医疗和海洋等领域得到广泛应用。但是在熔化焊过程中，由于固溶氮元素溶解度发生变化，使得焊缝中常出现气孔等问题。气孔等问题会导致焊接接头的力学性能下降以及焊缝耐蚀性下降，成为制约高氮钢推广应用的主要因素。
激光-电弧复合焊接是将激光与电弧两种热源耦合在一起的一种新型焊接方式。激光-电弧复合焊接具有诸多优点，例如增大熔深、提高焊接速度等，能够实现对高反射率金属进行高质量地焊接，同时焊接效率高。激光-电弧复合焊接结合两种热源的优点，能够消除单独热源存在的缺陷，由于激光对工件表面有预热的作用，使得焊接电弧更加稳定，有利于电弧引弧，同时，电弧预热可提高工件对激光的吸收，改善焊接质量。
振动焊接是在正常焊接过程中给焊接工件施加周期性的激振力，使试件受迫振动，进而影响熔池的凝固过程，促使焊缝晶粒细化、抑制焊接缺陷，促进气孔及杂质加速上浮，从而达到提高焊接质量的目的。振动焊接工艺在多种焊接工艺上得到了广泛的应用。
中国专利CN105345252A公开了一种高氮钢的焊接方法，是在焊接时使用块体非晶合金材料作为中间层，利用非晶材料在过冷液相区的超塑性实现连接，再通过提高温度使非晶层扩散至母材中从而实现治金结合的焊接，解决了焊缝界面金属间化合物，残余应力和气孔等问题。但是非晶材料与高氮钢材料界面连接强度低于正常熔化焊接头强度，不能满足实际使用要求。
中国专利CN109128546A公开了一种激光点焊-炉中钎焊复合焊接高氮钢的方法，先采用激光点焊方式进行点焊固定，将钎料膏涂覆在待焊件的待焊面上，然后采用炉中钎焊工艺对除激光点焊以外的位置进行分侧焊接。从而到达高氮钢母材几乎不熔化，钎焊接头力学性能较强的目的。但是存在加工成本高、不利于批量工业生产的问题。
中国专利CN104907674A公开了一种高氮奥氏体不锈钢中厚板的焊接方法及装置，将熔化极氮气保护焊枪放置于焊缝一侧，非熔化极氮气保护焊枪放置于焊缝另一侧，焊接时熔化极氮气保护焊枪与非熔化极氮气保护焊枪同时移动，且在靠近熔化极氮气保护焊枪的一侧通入氮气，通入氮气位置与熔化极氮气保护焊枪移动方向相反，从而对高氮钢厚板进行焊接。但该方法并不利于批量工业生产，且通入氮气位置、不同焊枪焊丝成分能否与焊接工件实现真正的耦合还有待商榷，而且多个焊枪形成的熔池中纷杂的力学状况也难以把控，很难达到预期效果。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出了一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置及方法，以解决现有技术中高氮钢在焊接过程中易产生气体和焊接质量不高的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，包括：激光发射装置、激光焊接装置，运动装置和振动装置；
所述激光发射装置包括激光器1、激光器输入线10、激光器输出线11以及激光器控制系统2；
所述激光焊接装置包括激光焊接头3、焊枪4、焊丝5和激光束6；
所述运动装置包括六轴联动机器人7和机器人控制系统12；
所述振动装置包括焊接工作台13、振动传感器16、振动时效控制装置17和外接电源19；
其中，所述振动时效控制装置17包括振动控制器，所述振动传感器16通过屏蔽线与所述振动控制器连接；
所述激光焊接装置的所述激光焊接头3与所述激光器1连接；所述激光焊接头3通过法兰8和支撑板9的连接固定在运动装置中的所述六轴联动机器人7上，随所述六轴联动机器人7移动。
优选地，所述激光器1通过所述激光器输入线10连接所述激光器控制系统2；所述激光器1通过所述激光器输出线11连接所述激光焊接头3；所述焊接工作台13安装在所述激光焊接头3下方，两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；所述焊枪4置于所述两个待焊工件15的正面；所述激光束6从所述激光焊接头3发出，所述激光束6与两个待焊工件15间隙同轴，垂直照射在两个所述待焊工件15正面的间隙处。
优选地，所述振动时效控制装置包括外部壳体28、磁路工作单元和振动工作单元；所述磁路工作单元包括励磁线圈23、中心磁极26和磁极板29；所述振动工作单元包括动圈25、支撑弹簧20、连接杆21、变幅板24和振动试验台14；所述振动试验台14通过所述支撑弹簧20与所述连接杆21相连；所述焊接工作台13固定于所述振动试验台14上；所述动圈25固定在所述连接杆21上，并处在中心磁极26与磁极板29的间隙中间；所述连接杆21与所述变幅板24连接，并处于所述变幅板24的中间；所述磁极板29与所述励磁线圈23连接，所述励磁线圈23通过电源线18与所述外接电源19相连。
优选地，所述激光器发出的激光束是CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种激光束；复合焊接热源是激光-TIG复合焊接热源、激光-MIG复合焊接热源或激光-MAG复合焊接热源。
优选地，所述振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz。
根据本发明的另一个方面，提供了一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)采用如权利要求1所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，安装并调试所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(2)将两个待焊工件15进行表面处理，并将处理后的两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；
步骤(3)启动所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(4)检测加工区域振动幅度、振动频率是否在预设的振动幅度、振动频率区间内；如果不在预设的振动幅度、振动频率区间内，则调节所述振动时效控制装置17，使其振动幅度、振动频率处于预设区间内；
步骤(5)振动时效控制装置以预设的振动幅度、振动频率在待焊高氮钢板下方的焊接工作台上施加机械振动，激光焊接装置在所述待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接。
优选地，所述步骤(2)中，包括用角磨机和丙酮溶液清除所述待焊工件表面氧化膜和油污。
优选地，所述步骤(2)中，待焊工件预制30°-60°坡口和4-5mm钝边，所述待焊工件两板预制焊接间隙为0.6-0.8mm。
优选地，所述步骤(5)中，激光束与机械振动在焊接过程中共同作用，激光停止后，机械振动继续作用2-4s；激光器功率为2.0-3.5KW，激光束离焦量为-2mm；焊枪的类型为MIG或MAG；焊枪的电弧焊接电流为180-300A、电弧电压为22-28V、电弧长度为12-15mm；焊丝直径为Φ1.2mm；焊枪的保护气体为二氧化碳和氩气混合气体，气体流量为15L-20L/min。
优选地，所述步骤(5)中，振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz；所述振动传感器收集加工区域的振动信息后，将其通过串口通信传输至振动时效控制器，实时控制工件振动幅度。
本发明的有益效果：
(1)采用激光-电弧复合热源，能够消除单独热源存在的缺陷，具有增大熔深、提高焊接速度，实现高效高质量焊接等优点；
(2)将机械振动装置提供激振力引入焊接中，在一定范围内的低频振动，可以细化焊缝和热影响区组织，具有降低焊接接头残余应力，减少焊接变形，促使熔池中的气体和杂质等快速上浮，提高了焊接结构件的疲劳寿命、冲击吸收功，提高界面连接强度等优点，大大提高了焊接质量；
(3)在机械振动辅助高氮钢激光-电弧复合焊接过程中，使用振动传感器对焊接工件振动幅度、振动频率进行精准控制，并且反馈至振动时效控制装置，实时控制振动频率；
(4)所述曲线间隙为过渡曲线，使用过渡曲线代替直线，激光焊接装置在待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接，能够解决焊缝处的应力集中问题，有效提高了焊接质量和焊缝强度；
(5)本发明具有工艺灵活、易于工业生产、且能同时大幅度降低焊接气孔和提高焊接接头强度等优点。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、优点将更加清楚。
图1为一种机械振动辅助降低高氮钢复合焊接气孔装置的整体设备布局图；
图2为激光-电弧复合焊接装置示意图；
图3为待焊工件对接示意图；
图4为机械振动装置结构示意图；
图5为一种机械振动辅助降低高氮钢复合焊接气孔方法的控制流程图；
其中，附图标记名称如下：1、激光器，2、激光器控制系统，3、激光焊接头，4、焊枪，5、焊丝，6、激光束，7、六轴联动机器人，8、法兰，9、支撑板，10、激光器输入线，11、激光器输出线，12、机器人控制系统，13、焊接工作台，14、振动试验台，15、待焊工件，16、振动传感器，17、振动时效控制装置，18、电源线，19、外接电源，20、支撑弹簧，21、连接杆，22、弹簧，23、励磁线圈，24、变幅板，25、动圈，26、中心磁极，27、橡胶垫块，28、外部壳体，29、磁极板。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1-4所示，本发明的一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置包括：激光发射装置、激光焊接装置，运动装置和振动装置；
所述激光发射装置包括激光器1、激光器输入线10、激光器输出线11以及激光器控制系统2；
所述激光焊接装置包括激光焊接头3、焊枪4、焊丝5和激光束6；
所述运动装置包括六轴联动机器人7和机器人控制系统12；
所述振动装置包括焊接工作台13、振动传感器16、振动时效控制装置17和外接电源19；
其中，所述振动时效控制装置17包括振动控制器，所述振动传感器16通过屏蔽线与所述振动控制器连接；
所述激光焊接装置的所述激光焊接头3与所述激光器1连接；所述激光焊接头3通过法兰8和支撑板9的连接固定在所述运动装置中的所述六轴联动机器人7上，随所述六轴联动机器人7移动。
所述激光器控制系统、机器人控制系统为工业控制计算机；所述振动控制器为嵌入式微处理器。
所述激光器1通过所述激光器输入线10连接所述激光器控制系统2；所述激光器1通过所述激光器输出线11连接所述激光焊接头3；所述焊接工作台13安装在所述激光焊接头3下方，两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；所述焊枪4置于所述两个待焊工件15的正面；所述激光束6从所述激光焊接头3发出，所述激光束6与两个待焊工件15间隙同轴，垂直照射在两个所述待焊工件15正面的间隙处。
所述振动时效控制装置包括外部壳体28、磁路工作单元和振动工作单元；所述磁路工作单元包括励磁线圈23、中心磁极26和磁极板29；所述振动工作单元包括动圈25、支撑弹簧20、连接杆21、变幅板24和振动试验台14；所述振动试验台14通过所述支撑弹簧20与所述连接杆21相连；所述焊接工作台13固定于所述振动试验台14上；所述动圈25固定在所述连接杆21上，并处在中心磁极26与磁极板29的间隙中间；所述连接杆21与所述变幅板24连接，并处于所述变幅板24的中间；所述磁极板29与所述励磁线圈23连接，所述励磁线圈23通过电源线18与所述外接电源19相连。
所述外接电源19包括第一外接电源和第二外接电源；所述第一外接电源为直流电源，与所述励磁线圈23相连；所述第二外接电源为交流电源，与所述动圈25相连；外接电源19的第一外接电源向励磁线圈23中输入直流电流，使26中心磁极在29磁极板的空气气隙中形成一个强大的磁场；同时外接电源19的第二外接电源向动圈25输入交变电流，产生激振力，变幅板24将激振力放大、汇聚，通过连接杆21作上下往复运动，并将所述往复运动传递至振动试验台14；励磁线圈23连接所述振动时效控制装置17的所述振动控制器；振动传感器16收集加工区域的振动信息，并实时将所述振动信息通过串口通信传输至所述振动时效控制装置17的所述振动控制器，实时控制工件振动幅度。
所述激光器发出的激光束是CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种激光束；复合焊接热源是激光-TIG复合焊接热源、激光-MIG复合焊接热源或激光-MAG复合焊接热源。
所述振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz。
本发明还提出一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，图5所示为本发明机械振动辅助降低高氮钢复合焊接气孔方法的控制流程图。所述方法主要包括以下步骤：
步骤(1)，采用如权利要求1所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，安装并调试所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(2)，将两个待焊工件15进行表面处理，并将处理后的两个待焊工件15以对接形式固定于所述焊接工作台13上；
步骤(3)，启动所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(4)，检测加工区域振动幅度、振动频率是否在预设的振动幅度、振动频率区间内；如果不在预设的振动幅度、振动频率区间内，则调节所述振动时效控制装置17，使其振动幅度、振动频率处于预设区间内；
步骤(5)，振动时效控制装置以预设的振动幅度、振动频率在待焊高氮钢板下方的焊接工作台上施加机械振动，激光焊接装置在所述待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接；
焊接时，采用激光-电弧复合热源，所述两个待焊工件15为两个待焊高氮钢板；将两个待焊高氮钢板的焊缝进行处理，处理为两个相同的曲线形状，即两个待焊高氮钢板的对接焊缝不是直线而是曲线，所述机器人控制系统12控制六轴联动机器人7，带动激光焊接头3以所述曲线为运动轨迹，从而使所述激光束6与两个待焊高氮钢板的所述曲线对接焊缝间隙同轴，垂直照射在两个所述待焊高氮钢板正面的曲线间隙处；
所述曲线间隙为过渡曲线，用如下函数形式表示：
y＝k/(1+ae-x)
其中，(x，y)表示所述曲线对接焊缝轨迹上的点的坐标，k是表示所述两个待焊高氮钢板的最大宽度的参数，a是表示所述两个待焊高氮钢板的最短长度的参数，e为e指数。
将两个待焊高氮钢板的待焊边缘处理为过渡曲线形状，并采用上述曲线间隙为过渡曲线，代替直线，使用激光焊接装置在待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接，能够有效解决焊缝处的应力集中问题，有效提高了焊接质量和焊接接头的强度，这样焊接后得到的钢板在整体上具有更好的一体性，相比直线焊缝焊接得到的钢板强度更大、韧性更好。
所述步骤(2)中，还包括用角磨机和丙酮溶液清除所述待焊工件表面氧化膜和油污。
所述步骤(2)中，待焊工件预制30°-60°坡口和4-5mm钝边，所述待焊工件两板预制焊接间隙为0.6-0.8mm。
所述步骤(5)中，激光束与机械振动在焊接过程中共同作用，激光停止后，机械振动继续作用2-4s；激光器功率为2.0-3.5KW，激光束离焦量为-2mm；焊枪的类型为MIG或MAG；焊枪的电弧焊接电流为180-300A、电弧电压为22-28V、电弧长度为12-15mm；焊丝直径为Φ1.2mm；焊枪的保护气体为二氧化碳和氩气混合气体，气体流量为15L-20L/min。
所述步骤(5)中，振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz；所述振动传感器收集加工区域的振动信息后，将其通过串口通信传输至振动时效控制器，实时控制工件振动幅度。
实施例1：机械振动辅助减少8mm厚高氮钢复合焊接中的气孔
先将待焊的两个高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
安装并调试装置，将待焊的两个高氮钢板按照对接的形式夹持在焊接工作台上，待焊高氮钢板预制30°坡口和4mm钝边，待焊工件两板预制焊接间隙为0.8mm；
在待焊高氮钢板下方施加机械振动，在待焊金属材料上方使用激光垂直照射焊接，激光器功率为3KW，激光束离焦量为-2mm；焊枪在焊接工件正面施焊，焊枪的类型为MIG；焊枪的电弧焊接电流220A、电弧电压22V、电弧长度12mm；焊枪的焊丝直径Φ1.2mm，焊枪的保护气体为二氧化碳和氩气混合气体，气体流量为15L/min；激光束与机械振动在焊接过程中共同作用，激光停止后，机械振动继续作用3s；激光器发出的激光束可以是CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种激光束；复合焊接热源可以是激光-TIG复合焊接、激光-MIG复合焊接、激光-MAG复合焊接等，机械振动装置所产生的激振力振幅为16μm、振动频率为60kHz；振动传感器收集加工区域的振动信息后，将其通过串口通信传输至振动时效控制装置，实时控制工件振动幅度。
焊接完成后，关闭激光器和机械振动装置。
实施例2：机械振动辅助减少12mm厚高氮钢复合焊接中的气孔
先将待焊的两个高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
安装并调试装置，将待焊的两个高氮钢板按照对接的形式夹持在焊接工作台上，待焊高氮钢板预制30°坡口和5mm钝边，待焊工件两板预制焊接间隙为0.6mm；
在待焊高氮钢板下方施加机械振动，在待焊金属材料上方使用激光垂直照射焊接，激光器功率为4KW，激光束离焦量为-2mm；焊枪在焊接工件正面施焊，焊枪的类型为MIG；焊枪的电弧焊接电流280A、电弧电压25V、电弧长度13mm；焊枪的焊丝直径Φ1.2mm，焊枪的保护气体为二氧化碳和氩气混合气体，气体流量为20L/min；激光束与机械振动在焊接过程中共同作用，激光停止后，机械振动继续作用4s；激光器发出的激光可以是CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种激光束；复合焊接热源可以是激光-TIG复合焊接、激光-MIG复合焊接、激光-MAG复合焊接等，机械振动装置所产生的激振力振幅为20μm、振动频率为60kHz；振动传感器收集加工区域的振动信息后，将其通过串口通信传输至振动时效控制装置，实时控制工件振动幅度。
焊接完成后，关闭激光器和振动时效控制装置。
综上可见，采用激光-电弧复合热源，能够消除单独热源存在的缺陷，具有增大熔深、提高焊接速度，实现高效高质量焊接等优点；
将机械振动装置提供激振力引入焊接中，在一定范围内的低频振动，可以细化焊缝和热影响区组织，具有降低焊接接头残余应力，减少焊接变形，促使熔池中的气体和杂质等快速上浮，提高了焊接结构件的疲劳寿命、冲击吸收功，提高界面连接强度等优点，大大提高了焊接质量；
在机械振动辅助高氮钢激光-电弧复合焊接过程中，使用振动传感器对焊接工件振动幅度、振动频率进行精准控制，并且反馈至振动时效控制装置，实时控制振动频率；
所述曲线间隙为过渡曲线，使用过渡曲线代替直线，激光焊接装置在待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接，能够解决焊缝处的应力集中问题，有效提高了焊接质量和焊接接头的强度；
本发明具有工艺灵活、易于工业生产、且能同时大幅度降低焊接气孔和提高焊接接头强度等优点。
本发明的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置及方法，通过引入恰当的机械振动和处理合适的焊接接缝曲线形状，解决了现有技术中高氮钢在焊接过程中易产生气体和焊接质量不高的问题，从而提高了高氮钢焊接接头的氮含量和力学性能，提高了焊接接头强度。
本发明实施例所成型的高氮钢激光-电弧复合焊接工件，焊接接头强度高、焊缝气孔率低的特点，可应用于军事、车辆、医疗及海洋等制造领域，能有效减小焊接缺陷，减少制造成本。
至此，已经结合附图所示的优选实施方法描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，其特征在于，
包括：激光发射装置、激光焊接装置，运动装置和振动装置；
所述激光发射装置包括所述激光器(1)、所述激光器输入线(10)、激光器输出线(11)以及激光器控制系统(2)；
所述激光焊接装置包括激光焊接头(3)、焊枪(4)、焊丝(5)和激光束(6)；
所述运动装置包括六轴联动机器人(7)和机器人控制系统(12)；
所述振动装置包括焊接工作台(13)、振动传感器(16)、振动时效控制装置(17)和外接电源(19)；
其中，所述振动时效控制装置(17)包括振动控制器，所述振动传感器(16)通过屏蔽线与所述振动控制器连接；
所述激光焊接装置的所述激光焊接头(3)与所述激光器1连接；所述激光焊接头(3)通过法兰(8)和支撑板(9)的连接固定在所述运动装置中的所述六轴联动机器人(7)上，随所述六轴联动机器人(7)移动。
2.根据权利要求1所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，其特征在于，
所述激光器(1)通过所述激光器输入线(10)连接所述激光器控制系统(2)；所述激光器(1)通过所述激光器输出线(11)连接所述激光焊接头(3)；所述焊接工作台(13)安装在所述激光焊接头(3)下方，两个待焊工件(15)以对接形式固定于所述焊接工作台(13)上；两个待焊工件(15)以对接形式固定于所述焊接工作台(13)上；所述焊枪(4)置于所述两个待焊工件(15)的正面；所述激光束(6)从所述激光焊接头(3)发出，所述激光束(6)与两个待焊工件(15)间隙同轴，垂直照射在两个所述待焊工件(15)正面的间隙处。
3.根据权利要求1所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，其特征在于，
所述振动时效控制装置包括外部壳体(28)、磁路工作单元和振动工作单元；所述磁路工作单元包括励磁线圈(23)、中心磁极(26)和磁极板(29)；所述振动工作单元包括动圈(25)、支撑弹簧(20)、连接杆(21)、变幅板(24)和振动试验台(14)；所述振动试验台(14)通过所述支撑弹簧(20)与所述连接杆(21)相连；所述焊接工作台(13)固定于所述振动试验台(14)上；所述动圈(25)固定在所述连接杆(21)上，并处在中心磁极(26)与磁极板(29)的间隙中间；所述连接杆(21)与所述变幅板(24)连接，并处于所述变幅板(24)的中间；所述磁极板(29)与所述励磁线圈(23)连接，所述励磁线圈(23)通过电源线(18)与所述外接电源(19)相连。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，其特征在于，所述激光器发出的激光束是CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种激光束；复合焊接热源是激光-TIG复合焊接热源、激光-MIG复合焊接热源或激光-MAG复合焊接热源。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，其特征在于，
所述振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz。
6.一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，采用如权利要求1所述的机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置，安装并调试所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(2)，将两个待焊工件(15)进行表面处理，并将处理后的两个待焊工件(15)以对接形式固定于所述焊接工作台(13)上；
步骤(3)，启动所述机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接装置；
步骤(4)，检测加工区域振动幅度、振动频率是否在预设的振动幅度、振动频率区间内；如果不在预设的振动幅度、振动频率区间内，则调节所述振动时效控制装置(17)，使其振动幅度、振动频率处于预设区间内；
步骤(5)，振动时效控制装置以预设的振动幅度、振动频率在待焊高氮钢板下方的焊接工作台上施加机械振动，激光焊接装置在所述待焊高氮钢板上方使用激光束垂直照射，焊枪在待焊高氮钢板正面施焊，进行激光-电弧复合焊接。
7.根据权利要求6所述的一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，包括用角磨机和丙酮溶液清除所述待焊工件表面氧化膜和油污。
8.根据权利要求6所述的一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，待焊工件预制30°-60°坡口和4-5mm钝边，所述待焊工件两板预制焊接间隙为0.6-0.8mm。
9.如权利要求6所述的一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，激光束与机械振动在焊接过程中共同作用，激光停止后，机械振动继续作用2-4s；激光器功率为2.0-3.5KW，激光束离焦量为-2mm；焊枪的类型为MIG或MAG；焊枪的电弧焊接电流为180-300A、电弧电压为22-28V、电弧长度为12-15mm；焊丝直径为Φ1.2mm；焊枪的保护气体为二氧化碳和氩气混合气体，气体流量为15L-20L/min。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种机械振动辅助减少气孔的高氮钢复合焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，振动时效控制装置所产生的激振力振幅为16-20μm、振动频率为40-80kHz；所述振动传感器收集加工区域的振动信息后，将其通过串口通信传输至振动时效控制器，实时控制工件振动幅度。
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