(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210896334.6 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区万家丽 路二段96 0号 (72)发明人 段维　张明军　邹江林　 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/211(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊 接方法与系统 (57)摘要 本发明提供了一种厚板窄间隙环形光斑光 纤激光填粉焊接方法与系统； 包括以下步骤： 坡 口形状设计及焊前处理； 提供激光焊接系统； 提 供交变磁场系统； 提供焊缝轮廓检测系统； 采用 环形光斑光纤激光束完成激光自熔打底焊； 开启 焊缝轮廓检测系统、 交变磁场系统和激光焊接系 统进行填粉填充焊； 本发明采用环形光斑光纤激 光填粉焊接， 改善了传统窄间隙激光填粉焊接中 粉末元素蒸发烧损严重、 层间和侧壁熔合不佳的 问题； 同时采用交变磁场和焊缝轮廓实时检测方 法对焊接过程进行辅助， 避免了金属粉末剧烈蒸 发， 提高了金属粉末材料利用率， 获得成形饱满 焊道， 有效解决了 焊缝塌陷问题。 权利要求书2页 说明书3页 附图3页 CN 115121953 A 2022.09.30 CN 115121953 A 1.一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光 填粉焊接方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 进行焊前处理， 首先对待焊厚板的对接面进行打磨清洗， 去除表面氧化膜、 污点 等， 其次， 在待焊处加工出 带钝边U型坡口， 然后将厚板用夹具夹紧； 步骤2： 提供激光焊接系统， 激光焊接系统包括环形光斑光纤激光器、 传输光纤、 激光焊 接头、 送粉器、 送粉管、 静电送粉喷 嘴、 常规送粉喷 嘴； 步骤3： 提供交变 磁场系统， 包括电磁线圈、 电源、 电缆； 步骤4： 提供焊缝轮廓检测系统， 焊缝轮廓检测系统包括CMOS工业相机、 滤光片、 工控 机； 步骤5： 开启激光焊接系统， 打开环形光斑光纤激光器， 激光焊接头输出聚焦环形光斑 激光束， 进行激光自熔打底焊， 完成打底焊接； 步骤6： 开启交变磁场系统， 打开电源对电磁线圈进行通电， 产生一个在固定频率下变 换磁场方向的交变 磁场； 步骤7： 打开环形光斑光纤激光器， 激光焊接头输出聚焦环形光斑激光束， 打开电磁场 系统， 开启送粉系统， 静电送粉喷 嘴向焊接区吹送金属粉末， 实施激光 填粉焊接； 步骤8： 开启焊缝轮廓检测系统， 对焊缝轮廓进行实时扫描， 将数据导入工控机， 由工控 机根据焊缝塌陷量对常规送粉喷 嘴的送粉量进行实时控制； 步骤9： 完成一道焊接后， 关闭激光焊接系统， 关闭送粉系统， 关闭交变磁场系统， 关闭 焊缝轮廓检测系统， 激光焊接 头回位到焊接起始点； 步骤10： 重复上述 步骤7‑9， 进行多层焊， 直到焊接 完成。 2.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤1中， 厚板的材 料可以为碳钢、 不锈钢、 铝合金和镁合金。 3.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤1中， 材料厚度为20 ‑50mm。 4.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤1中， 加工出的U型坡口底边宽度为3 ‑5mm， 钝边为8‑10mm。 5.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤2中， 静电送粉喷嘴和常规送粉喷嘴与激光焊接头固连。 静电送粉喷嘴位于激光焊接头前方， 静 电送粉喷嘴末端与水平面夹角β ＝30 ‑60°， 静电送粉喷嘴末端与待焊工件表面的距离h1＝ 1.5‑5mm。 6.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤2中， 常规送粉嘴位于激光焊接头后方， 常规送粉嘴末端与水平面夹角γ＝45 ‑75°， 常规送粉嘴 末端与待焊工件表面的距离 h2＝2‑5mm。 7.根据权利要求2所述的一种厚板窄间隙环形光斑光纤激光填粉焊接方法， 步骤6中， 电磁线圈的磁感应强度为3 0‑90mT， 磁场频率 为1‑20Hz。 8.一种厚板窄间 隙环形光斑光纤激光填粉焊接系统， 其特征在于， 包括激光焊接系统， 交变磁场系统， 焊缝轮廓检测系统， 焊接夹具和工控机； 所述激光焊接系统包括环形光斑光 纤激光器、 传输光纤、 激光焊接头、 送粉器、 送粉 管、 静电送粉喷嘴、 常规送粉喷嘴； 所述焊缝 轮廓检测系统包括CM OS工业相机、 滤光片、 工控机； 所述交变磁场系统包括电磁线圈、 电源、 电缆； 待焊厚板用焊接夹具固定； 工控机负责对CMOS工业相机所拍摄的实时焊缝轮廓表面权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115121953 A 2图像进行分析， 通过信号反馈控制常规送粉喷 嘴的送粉， 实现对焊缝的实时修补。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115121953 A 3