[發(fā)明專(zhuān)利]一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210391178.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102886606A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅開(kāi)玉;魯金忠;殷勁松;羅密;張磊;齊晗;陳彥瓏;劉娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/34
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/34;B23K101/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于：首先利用裂紋檢測(cè)儀檢測(cè)金屬薄板焊接件接頭表面的裂紋，利用連續(xù)激光對(duì)裂紋進(jìn)行重熔修復(fù)，然后將修復(fù)后的薄板焊接件接頭表面進(jìn)行打磨拋光處理；再在薄板焊接件上下表面粘附吸收層，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱中進(jìn)行加熱，使其溫度上升至金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度區(qū)域，采用脈沖激光雙面同時(shí)沖擊薄焊接件接頭上下兩表面，在高能沖擊力作用下，沖擊區(qū)域的金屬表層產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形并且內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生演變，最終導(dǎo)致焊接件接頭處表層晶粒細(xì)化，并在沖擊區(qū)域誘導(dǎo)高幅殘余壓應(yīng)力，從而提高接頭處的機(jī)械性能。

2.如權(quán)利要求1所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于：所述的連續(xù)激光參數(shù)為：脈寬為50μs-?20?ms，功率為1-5?kW，光斑直徑2-10?mm，搭接率為50%；所述脈沖激光參數(shù)范圍為：脈寬8-30?ns，重復(fù)頻率為1-100?Hz，脈沖能量為1-20?J，光斑大小為3-10?mm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）將焊接件固定在真空箱底部，蓋上上透視窗，將真空箱抽至真空，采用裂紋檢測(cè)儀檢測(cè)金屬薄板焊接件接頭處的裂紋，然后通過(guò)控制系統(tǒng)控制激光器激發(fā)重熔激光束聚焦在焊接裂紋表面，采用毫秒連續(xù)激光束瞬間照射裂紋處，使裂紋區(qū)域重熔并閉合裂紋；

（2）將薄板焊接件取出，磨平拋光激光重熔區(qū)域后，在接頭上下兩表面均粘附吸收層，邊緣采用耐高溫密封膠帶密封，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱底部，薄板焊接件接頭下表面對(duì)準(zhǔn)真空箱下透視窗，使激光器激發(fā)的納秒脈沖激光束能夠透過(guò)真空箱下透視窗沖擊強(qiáng)化薄板焊接件接頭下表面，向真空箱中注入710型高溫硅油，使油面高出焊接件上表面1-2?mm，關(guān)閉真空箱上透視窗，將真空箱抽至真空，先預(yù)熱薄板焊接件，將溫度提高到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度；利用控制系統(tǒng)控制加熱板，對(duì)真空箱中內(nèi)部環(huán)境加熱，通過(guò)溫度傳感器將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，從而控制箱內(nèi)溫度，將薄板焊接件加熱到動(dòng)態(tài)時(shí)效溫度區(qū)域；

（3）根據(jù)薄板焊接件的厚度和材料特性設(shè)置連續(xù)激光參數(shù)，采用雙面脈沖激光同時(shí)沖擊激光重熔區(qū)域；

（4）?通過(guò)表面輪廓監(jiān)測(cè)儀反饋系統(tǒng)，測(cè)量沖擊過(guò)程中表面的變形量，把信息反饋給控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)激光沖擊工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬薄板焊接件的再制造。

4.一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法的裝置，其特征在于：所述裝置包括控制系統(tǒng)、激光器、真空箱、裂紋檢測(cè)儀、表面輪廓監(jiān)測(cè)儀、工件夾具、薄板焊接件、反射鏡Ⅰ、反射鏡Ⅱ、激光發(fā)射頭Ⅰ、激光發(fā)射頭Ⅱ和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，真空箱位于五軸工作臺(tái)上由真空箱夾具固定，真空箱頂端和底端中間均設(shè)有上透視窗和下透視窗、真空箱內(nèi)設(shè)有加熱板、用于測(cè)量薄板焊接件溫度的溫度傳感器和液位計(jì)，真空箱一側(cè)設(shè)有加液閥門(mén)和排液閥門(mén)，真空箱頂端一側(cè)設(shè)有抽真空閥門(mén)，真空箱內(nèi)部四周設(shè)有隔熱層，當(dāng)真空箱內(nèi)焊接接頭的溫度處于金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度時(shí)，加熱板停止加熱，薄板焊接件被固定在真空箱內(nèi)部底座上，薄板焊接件上依次設(shè)有吸收層和約束層；用耐高溫密封膠帶將吸收層與薄板焊接件密封并用工件夾具固定；表面輪廓監(jiān)測(cè)儀和裂紋檢測(cè)儀安裝在真空箱上透視窗上方；激光器發(fā)出的連續(xù)激光由激光發(fā)射頭Ⅰ通過(guò)上透視窗照射在薄板焊接件上表面；；激光器發(fā)出的脈沖激光一路由激光發(fā)射頭Ⅰ通過(guò)上透視窗照射在薄板焊接件上表面，另一路經(jīng)反射鏡Ⅰ、反射鏡Ⅱ、激光發(fā)射頭Ⅱ通過(guò)下透視窗照射在薄板焊接件下表面。

5.如權(quán)利要求4所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法的裝置，其特征在于：所述吸收層為美國(guó)3M公司的鋁箔，其厚度為0.3?mm，所述約束層為710型高溫硅油，利用液位計(jì)監(jiān)測(cè)焊接件上表面約束層的厚度，通過(guò)加液閥門(mén)和排液閥門(mén)來(lái)控制焊接件上表面的約束層厚度為1-2mm；所述支撐焊接件的底座為厚度可調(diào)的調(diào)節(jié)板，控制焊接件下表面與下透視窗的距離為1-2?mm，保證焊接件下表面的約束層厚度。