本发明涉及船用高强度钢板窄间隙焊接的，尤其涉及一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统及方法。
背景技术：
1、随着我国对海洋资源的不断探索以及船舶运输行业的不断发展，船舶企业对船用厚板的性能有了更高的要求，钢铁企业通过调质处理配合不同加工方式开发出eh40，fh36等船用高强钢以满足高负载条件和特种环境下船体厚板的服役安全性。但由于焊接工时约占船体建造总工时的30％～40％，且不良焊接过程会严重影响钢板的成分分布和内部结构，因此研究适合船用厚板的先进焊接技术对高强钢保持稳定的结构和服役可靠性具有非常重要的意义。
2、船用厚板窄间隙焊接方法不仅大大减小焊接坡口填充面积，有效提高焊接效率，还可减小焊接变形和残余应力。针对船用厚板窄间隙的焊接方法，常规电弧对船用厚板窄间隙焊接时，焊接效率低且焊缝中电弧热源分布不均匀，电弧难以深入坡口底部，因此易产生侧壁未熔合缺陷。为解决电弧热源分布不均匀问题，有学者提出利用通电线圈产生磁场控制电弧摆动，从而扩大加热区域，解决侧壁未熔合的问题，如公开号cn113210811a的专利，但单电弧焊接效率低，焊接热输入大，焊接接头变形大。针对以上问题，有相关学者在激光-电弧焊接基础上利用振镜装置控制激光摆动对船用厚板窄间隙进行焊接，如公开号cn108788471a的专利，相较于常规激光-电弧复合焊接增大了电弧的间隙适应性，加热区域更大，对侧壁未熔合有一定的改善作用。但是仅利用激光束的单一摆动带动电弧被动偏转会影响焊接过程中两种热源的耦合稳定性，从而造成熔池波动以及匙孔不稳现象，容易形成气孔、成形不良等缺陷从而影响焊接接头质量。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统及方法，该系统通过对电弧和激光的协同摆动控制使窄间隙焊缝中激光和电弧在相同频率的基础上同向往复周期运动协同作用于厚板窄间隙坡口内，提高了焊接效率，降低了热输入和焊接变形；并改善了焊缝中的热量分布，有效解决了侧壁未熔合问题；同时一定程度上减少了因熔池波动而产生的焊接气孔。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，包括焊接电源和激光器，还包括信号处理模块、控制器、励磁电源、激光振镜控制柜、励磁线圈、磁极、窄间隙焊枪、振镜、激光头，其中：
4、所述信号处理模块有多个接口，分别连接励磁电源、控制器和激光振镜控制柜，所述信号处理模块用于接收励磁电源输出交变电流和周期信号，对交变电流的大小和周期信号进行处理，并以极低的延迟输入到激光振镜控制柜中，极低的延迟指延迟不高于0.1ms；
5、所述控制器和激光振镜控制柜用于监控系统的状态，所述控制器用于接收并存储信号处理模块处理后的信号；
6、所述激光振镜控制柜用于接收信号处理模块处理后的信号，该信号作为振镜偏转的控制信号；
7、所述励磁线圈和磁极装配在窄间隙焊枪上，焊接时随窄间隙焊枪同步移动，所述励磁线圈用于接收励磁电源输出的交变方波电流以产生周期变化的磁场，，磁场产生的磁感线平行于焊接方向；
8、所述窄间隙焊枪、振镜和激光头均装配在焊接机器人的机器臂上，所述窄间隙焊枪垂直于焊接表面。
9、通过采用上述技术方案，通过励磁线圈、磁极与励磁电源结合，产生交变磁场使得电弧中带电粒子受到洛伦兹力从而使得窄间隙焊枪产生的电弧偏转，并利用励磁电源产生的交变电流的特征信号对振镜进行控制，实现了激光-电弧同频同幅复合摆动；利用激光-电弧的协同摆动作用，避免了单电弧焊接的劣势，改善了焊缝中的热量分布，有效地解决了侧壁不熔合问题，提高了焊接效率，降低了常规磁控电弧焊接的热量输入；同时改善了摆动激光-电弧复合焊接时单激光摆动造成的熔池波动以及匙孔不稳的问题，一定程度上减少了焊接气孔；此外，激光-电弧的摆动宽度和频率可在励磁电源上根据需要进行调节，大大提高了设备的灵活性和适应性。
10、进一步地，所述磁极的上端插入到缠有励磁线圈的树脂骨架上，所述磁极的下端呈弯曲状，所述磁极下端的端面与窄间隙焊枪的轴线齐平。
11、通过采用上述技术方案，使得磁感线方向与电流方向垂直，产生的磁感线方向始终平行于焊缝方向。
12、进一步地，所述磁极由电工纯铁制成。
13、进一步地，所述励磁电源的输出电流大小为0～30a，输出频率为0～45hz。
14、进一步地，所述窄间隙焊枪包括导电嘴和喷嘴，所述喷嘴的端部直径小于等于7mm。
15、通过采用上述技术方案，窄间隙焊枪采用尺寸更小的导电嘴和喷嘴，因此可焊接宽度最小为8mm、深度最大为30mm的焊缝，适用焊丝直径为0.8mm和1.2mm。
16、进一步地，所述窄间隙焊枪的初始位置位于焊缝正中间。
17、通过采用上述技术方案，使得磁感线平行于焊接方向，由于磁感线方向与带电粒子初始运动方向垂直，从而带电粒子在磁场中受到洛伦兹力使得运动方向偏向焊缝一侧，宏观表现为电弧发生摆动。
18、进一步地，所述激光头的倾角为15°，在焊接时所述激光头以设定的程序匀速同步沿焊缝方向移动直至完成焊接。
19、进一步地，所述焊接电源和激光器的开关均集成在焊接机器人的运动程序内，当焊接机器人开始运动时两者开关自动开启，当焊接机器人结束运动时两者开关自动关闭。
20、第二方面，本发明提供一种用于船用厚板窄间隙的焊接方法，包括如下步骤：
21、步骤一：根据焊接工艺要求，装配待焊材料，更换合适的焊丝，并调节伸长量；
22、步骤二：打开控制器和其他设备开关，确保线路连接正常；
23、步骤三：根据焊缝设定焊接机器人运动轨迹，确保窄间隙焊枪、励磁线圈、磁极不会和被焊件发生干涉；
24、步骤四：根据焊缝坡口宽度调节励磁电源的交变电流大小和频率，用特斯拉计测量窄间隙焊枪端部磁场的大小，确保磁场正常以使窄间隙焊枪产生的电弧有足够的偏转角度；
25、步骤五：通过检查激光头焊前发出的引导光斑偏转宽度和频率保证控制信号传输的正常；
26、步骤六：打开保护气开关，执行机器人运动程序，焊接电源和激光器自动开启，开始焊接过程；
27、步骤七：程序结束机器人自动停止运动，焊接电源和激光器自动关闭；手动关闭励磁电源，焊接过程结束。
1.一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，包括焊接电源(4)和激光器(6)，其特征在于，还包括信号处理模块(3)、控制器(2)、励磁电源(1)、激光振镜控制柜(5)、励磁线圈(9)、磁极(10)、窄间隙焊枪(8)、振镜(7)、激光头(7.1)，其中：
2.根据权利要求1所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述磁极(10)的上端插入到缠有励磁线圈(9)的树脂骨架上，所述磁极(10)的下端呈弯曲状，所述磁极(10)下端的端面与窄间隙焊枪(8)的轴线齐平。
3.根据权利要求2所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述磁极(10)由电工纯铁制成。
4.根据权利要求1所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述励磁电源(1)的输出电流大小为0～30a，输出频率为0～45hz。
5.根据权利要求1所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述窄间隙焊枪(8)包括导电嘴和喷嘴，所述喷嘴的端部直径小于等于7mm。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述窄间隙焊枪(8)的初始位置位于焊缝正中间。
7.根据权利要求1所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述激光头(7.1)的倾角为15°，在焊接时所述激光头(7.1)以设定的程序匀速同步沿焊缝方向移动直至完成焊接。
8.根据权利要求1所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，其特征在于：所述焊接电源(4)和激光器(6)的开关均集成在焊接机器人的运动程序内，当焊接机器人开始运动时两者开关自动开启，当焊接机器人结束运动时两者开关自动关闭。
9.一种用于船用厚板窄间隙的焊接方法，其特征在于：应用于如权利要求1-8任意一项所述的一种用于船用厚板窄间隙的焊接系统，包括如下步骤：
