一种磁场辅助激光焊接装置.pdf

一种磁场辅助激光焊接装置属激光材料加工技术领域。在激光焊接中施加的外加磁场，多是利用电磁铁或永久磁体，电磁铁施加磁场，磁场强度小、耗能结构复杂，安装不便。永久磁体在高温的工作状态下消磁，只可短时间使用。本发明特征在于：包括永磁体(10、12)、纯铁(7、11)和圆筒形外套(13)三部分；纯铁对称紧密分布于圆筒形外套(13)内侧，下端伸出靠近并保持5～25mm的距离；永磁体(10、12)紧密分布于纯铁(7、11)之间，同名磁极同向分布，与纯铁共同构成圆筒结构；圆筒形外套(13)采用低磁导率材料制成；该装置安装于焊接聚焦头上。该装置可提供较强的磁场，结构简单，安装使用方便，不易消磁，可移动并作用于加工区域。

1、  一种磁场辅助激光焊接装置，其特征在于：包括永磁体(10、12)、纯铁(7、11)和圆筒形外套(13)三部分；纯铁a(7)、纯铁b(11)对称紧密分布于圆筒形外套(13)内侧，纯铁a(7)、b(11)下端伸出靠近并保持5～25mm的距离；永磁体(10、12)紧密分布于纯铁a(7)、b(11)之间，同名磁极同向分布，与纯铁a(7)、纯铁b(11)共同构成圆筒结构；圆筒形外套(13)采用低磁导率材料制成；本发明各部件之间均采用常规方法进行连接，该磁场辅助激光焊接装置采用常规方法安装于焊接聚焦头(3)上。

2、  根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接装置，其中永磁体(10、12)同向分布，可以分别由1、2、3、4块小的永磁体构成，小永磁体的N、S两极首尾相连。

3、  根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接装置，其中纯铁a(7)、b(11)下端可以采用钳口形式。

4、  根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接装置，其中所述的圆筒形外套(13)，其特征在于圆筒形外套(13)可以由低磁导率的奥氏体不锈钢材料做成。

5、  根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接装置，该磁场辅助激光焊接装置采用螺栓安装于焊接聚焦头(3)上。

一种磁场辅助激光焊接装置
技术领域
本发明属于激光材料加工技术领域，具体地说，涉及一种用于激光焊接的装置。
背景技术
激光焊接是一种高效的材料加工方法，已逐步被工业界所接受并越来越普遍的应用。
激光焊接本身具有诸多的优点。激光焊接由于激光具有优良的聚焦性，能量高度集中，可以使用最少的能量作用于最小的区域，且作用时间大大缩短，即加工速度大大提高，从而得到极其细小的焊缝组织，近缝区的的热影响也最小，保证了焊接接头的良好性能，并且焊接结构的变形最小。
与其它焊接方法相比，激光焊接由于光致等离子体的和焊接小孔及熔池的震荡，特别是铝合金的激光焊接，经常遇到焊接过程不稳定及由此形成的各种焊接缺陷，例如：焊接深度起伏变化、工艺孔洞形成等等。因此通过各种途径进一步提高激光焊接的效率，改善焊接过程的稳定性和提高焊缝质量成为各国学术界和工业界长期的追求目标。
目前，在激光焊接中通过外加磁场可以影响熔池的流动条件，稳定焊接过程，提高焊接速度和焊接质量。同时磁场对光致等离子体的形态和稳定性也有一定的影响，并可小幅度的提高焊缝的熔深。
在激光焊接中施加的外加磁场，多是利用电磁铁或是永久磁体的磁场。电磁铁施加磁场，磁场强度小、且电磁铁耗能、结构复杂，安装不便。永久磁体是由两块磁极分别置于焊缝的两侧，在激光焊接中直接靠近焊熔池和光致使等离子体，在高温的工作状态下消磁，因此永久磁体只可短时间使用。由于上述的原因严重影响了，磁控技术在激光焊接中的应用。
本发明的目的就是针对上述两种施加磁场装置之不足，设计一种激光焊接用磁体辅助装置。该装置可以提供较强的磁场，结构简单，安装、使用方便，不易消磁。且可安装在焊接聚焦头上随焊接头同时移动并作用于加工区域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁场辅助激光焊接装置，该机构能够提供所需强度的磁场，改善焊接质量。
一种磁场辅助激光焊接装置，其特征在于：包括永磁体10、12、纯铁7、11和圆筒形外套13三部分。纯铁a7、纯铁b11对称紧密分布于圆筒形外套13内侧，纯铁a7、b11下端伸出靠近并保持(5～25mm)的距离；永磁体10、12紧密分布于纯铁a7、b11之间，同名磁极同向分布，与纯铁a7、纯铁b11共同构成圆筒结构。圆筒形外套13采用低磁导率材料制成。本发明各部件之间均采用常规方法进行连接，该磁场辅助激光焊接装置采用常规方法安装于焊接聚焦头3上。
本发明所述的永磁体10、12，其特征在于永磁体10、12同向分布，可以分别由1、2、3、4块小的永磁体构成，小永磁体的N、S两极首尾相连。
本发明所述纯铁7、11，其特征在于纯铁a7、b11下端可采用钳口形式。
本发明所述的圆筒形外套13，其特征在于圆筒形外套13可以由低磁导率的奥氏体不锈钢材料做成。
本发明所述的磁场辅助激光焊接装置通过螺栓安装于焊接聚焦头3上。
本发明结构简单，便于加工，安装方便。可以稳定激光焊接过程，提高焊接质量。将对激光焊接技术在工业中的广泛应用起到促进作用。
本发明的工作原理如下：
永磁体10，12各由3块小的永磁体组成，小磁体的N、S两极首尾相连构成两个大的磁源，永磁体10，12的同名磁极方向一致的对称分布在纯铁a7、b11，的两侧，与纯铁a7、b11，一起形成并联的磁路。纯铁a7、b11，的磁导率非常高(圆筒形外套13有着非常低的磁导率可以忽略)，磁通将通过纯铁a7、b11，导出。纯铁a7、b11，末端伸出横截面积缩小并靠近，形成小面积磁缺。永磁体10、12具有很大的磁势，在磁缺中产生很大的磁感应强度，方向与激光通道近乎平行。在激光通道方向上短距离范围内磁感应强度的大小会有一定的变化，提供了可选择强度的磁场。，而且由于永磁体10、12通过纯铁a7、b11将磁通导向激光的加工区域9，本身远离高温的焊熔池5和光致使等离子体6，不会发生高温消磁，获得的稳定的磁场。
附图说明：
图1：本发明安装示意图1；
图2：本发明磁场辅助激光焊接装置结构示意图
图中1被焊接材料，2激光束，3焊接聚焦头，4磁体辅助装置，5光致等离子体，6焊接熔池，7纯铁a，8，激光束通道，9加工区域，10、12永磁体，11纯铁b，13，圆筒形外套。A激光入射方向。
具体实施方式
参见附图1，由slabCO₂激光器(ROFIN DC035)产生的激光束从方向A入射，过焊接聚焦头7反射后，经过磁体辅助装置中间的光束通道8的入射到加工区域9，直接作用到被焊接材料1。
磁体辅助装置有一个直径为30mm的光束通道8，保证激光焊接时激光光束通过。永磁体10，12的六块永磁体的冲磁方向保证磁强从纯铁a7、b11中导出，并且使永磁体10、12远离高温加工区域9避免消磁，在纯铁a7、b11之间的加工区域9产生一定磁场，该磁场区域焊接过程中能够将焊接熔池6和焊接产生的光致等离子体5包含在内，保证熔池6和光致等离子体5总是存在一定的磁场强度，并且在激光光束的入射到被焊接材料的方向上地，磁场强度在激光束方向上短距离范围内有一定的变化0.2～1.1T。，改变纯铁a7、b11，末端与被焊接材料1的相对位置，由于被焊接材料1在磁场的位置不同选定所需要的磁场强度。