[发明专利]超高功率激光与三钨极磁控旋动电场同轴复合焊方法

说明书

本发明涉及一种超高功率激光与三钨极磁控旋动电场同轴复合焊方法。目前在超高功率激光中、厚板焊接中，过于剧烈的热能转换效应使焊接过程极为不稳，易出现气孔、裂纹等焊接问题。本发明其特征是：在超高功率激光焊接小孔正上方，加设一个同轴直流磁场和一个对称环形分布的三钨极直流电场，二者以上下组合形式构成一个可同轴定向搅动的电场与激光束进行弱复合，具体步骤是：在工件与钨极之间加一个10~500V直流电场，三钨极接电源负极，工件接电源正极，三个钨极具有相同电位，在激光焊接小孔的正上方对称环形分布，每个钨极头部均向内指向激光焊接小孔边缘附近并通有同轴保护气体。本发明用于超高功率激光与三钨极磁控旋动电场同轴复合焊方法。

技术领域：

本发明涉及超高功率激光＋磁控旋动电场同轴复合焊接技术，具体涉及一种超高功率激光与三钨极磁控旋动电场同轴复合焊方法。

背景技术：

目前在超高功率激光中、厚板焊接中（焊件厚度在8mm以上），由于过于剧烈的热能转换效应使得焊接过程极为不稳，极易出现气孔、裂纹、飞溅、成形等焊接问题。同时在剧烈的等离子体羽辉及金属蒸汽的干扰下，使得激光功率对于熔深的转化效率远低于千瓦级激光器，这些不足都将对万瓦级激光技术的推广、应用产生严重影响；万瓦级激光器的出现为常规激光热源模式及焊接特性注入了新的概念，由于高功率激光热源可以很好地实现较厚壁高性能金属材料的高效优质连接，因此，其应用潜能正日益凸显出来，并已成为当前高端装备高性能金属材料焊接的一种重要方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种超高功率激光与三钨极磁控旋动电场同轴复合焊方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种超高功率激光与三钨极磁控旋动电场复合焊方法，在超高功率激光焊

接小孔正上方，加设一个同轴直流磁场和一个由三钨极对称环形分布的直流电场，二者以上下组合形式构成一个可同轴定向搅动的电场与激光束进行弱复合，具体步骤如下：

首先是在工件与钨极之间施加一个10~500V的直流电场，根据不同焊接材料及工艺的特殊需求外设电场电势范围还可适当扩大，所述的三钨极接电源负极，所述的工件接电源正极，三个钨极具有相同电位，在激光焊接小孔的正上方对称环形分布，且每个钨极头部均向内指向激光焊接小孔边缘附近并通有同轴保护气体，其次，在电场上方加设一个直流磁场，电流调节范围一般在0~50A在焊接材料及工艺固定的情况下也可以选用永磁铁来代替，激光焊接时在所述的三钨极电场作用下，钨极与工件间首先形成三个电弧，然后通过所述同轴直流磁场引导形成定向旋转的电弧，其频率为0~500Hz；

所述三钨极由于具有相同的电势，因此焊接时产生的电流方向均是从工件指向钨极，在其各自电流磁场的作用下，三个对称的电弧相互吸引，阳极斑点汇聚于激光小孔边缘附近，然后在所述的同轴直流磁场引导向下，三个电弧同时发生定向偏转，电弧阳极斑点沿激光小孔边缘附近作定向圆周运动，此过程中弧长不断被拉大，直至电弧阴极斑点从原钨极头部跳跃至与阳极斑点距离更近、电势能更大的临近钨极上去，由此循环运动形成定向旋转的电弧；

在激光焊接过程中，通过电势较高的外部电场引导等离子体中的正离子向钨极方向加速运动，负离子向激光焊接小孔及工件方向加速运动，加速带电粒子定向运动并在工件和钨极间形成电流，同时还可快速电离小孔喷出的金属蒸汽形成正负离子，并以同样方式快速疏散已电离的金属蒸汽，减少所述的等离子体及金属蒸汽对激光的干扰，增加熔深和提高焊接稳定性；此外，在电场及带电粒子定向移动形成的磁场中，激光焊接小孔内部的激光等离子体中的大量负电子在库仑力及洛仑兹力作用下，轨迹发生改变重新轰击激光焊接小孔内壁及临近区域，使激光焊接小孔内壁吸收电子表面热能增加，激光焊接小孔直径均匀增大稳定性提高，实现减小气孔倾向、降低激光焊接小孔内压力波动幅值、减小飞溅的效果；