[發明專利]金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接裝置與方法

在審

• 申請號: 201710440124.5
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107322159A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 張永康;秦艷;楊青天
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

1.一種金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接裝置，所述裝置包括：激光焊接系統，激光沖擊系統以及智能檢測控制系統。

2.一種金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接方法，其應用于如權利要求1所述的裝置，其特征在于，包括步驟如下：同時啟動激光焊接系統和激光鍛打系統，焊接激光束輻射到待焊工件利用熱效應使焊接區域快速熔化形成熔池，同時另一束短脈沖激光利用沖擊波力學效應對快速冷卻到最佳溫度的焊縫區焊接區域進行同步沖擊鍛打，改善焊接力學性能和消除焊接應力，所述兩束不同功能的激光束同時且相互協同完成焊接的過程，使得金屬焊接工序和消除焊接殘余應力的后處理工序在一步制造工序中高效、高質量完成，逐步完成低應力焊接過程。

3.如權利要求2所述的金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接方法，其特征在于，所述兩束不同功能激光束在焊接強化過程中始終同步同向移動，直至整個零件焊接完成，其中，所述兩束激光束之間的距離小于1mm量級；所述兩束激光束開始作用時間間隔在1s之內，兩束激光在整個零件的制造過程中始終同步工作。

4.如權利要求3所述的金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接方法，其特征在于，激光焊接系統參數與沖擊鍛打激光參數相互耦合影響，相互協調以達到最佳匹配狀態，雙激光束參數均實行智能在線監測與控制，根據監測結果協調調整焊接激光參數和短脈沖激光鍛打參數，根據待焊接材料類型調節焊接激光功率密度、脈沖寬度、能量、焊接速度、峰功率和重復頻率等工藝參數，同時短脈沖激光鍛打參數由光束質量檢測儀器或裝置監測與控制，根據焊接區材料厚度和面積來確定脈沖激光的脈沖寬度、鍛打頻率和光斑大小等參數；同時短脈沖激光沖擊鍛打參數的選擇又約束著激光焊接速度和功率密度等參數的選擇，形成閉環耦合控制，以確保金屬工件實現低應力焊接。

5.如權利要求4所述的金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接方法，其特征在于，焊接過程的焊接激光束及焊接區溫度場由非接觸式溫度場測量儀在線監測與控制，根據待焊接金屬材料的不同特性，將適合材料焊接成形強化溫度范圍設定為目標函數，然后根據溫度場調整焊接激光參數和沖擊鍛打參數。使焊接材料熔化-冷卻到最適合金屬塑性成形溫度區間也即適合沖擊強化的溫度范圍時，由第二束短脈沖激光對其進行強化處理；如溫度過高或過低導致材料熔化-冷卻后偏移最佳溫度區，則調整焊接激光溫度，反過來第二束短脈沖激光沖擊鍛打參數的選擇又約束著焊接速度選擇，形成閉環耦合控制，保證強化處理區溫度始終處于最佳溫度范圍內，以確保金屬工件更好的實現低應力焊接。

6.如權利要求5所述的所述的金屬雙激光束沖擊鍛打低應力焊接方法，其特征在于，雙激光束的工藝參數實行在線檢測和控制，所述焊接激光束垂直聚焦于待焊接區域，所述第二束短脈沖激光可對焊接區實現法向沖擊鍛打、正面沖擊鍛打或者側面沖擊鍛打，實現與焊接激光束方位任意組合，強化噴嘴中心線與焊接平面層夾角在15°～165°范圍內任意角度或者位置變換，以處理不同結構特點的焊接成形零件滿足零件變形最小精度最高的技術要求。