[發(fā)明專利]金屬雙激光束沖擊鍛打低應(yīng)力焊接裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710440124.5
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107322159A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永康;秦艷;楊青天
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/00
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所44329
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬低應(yīng)力焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬雙激光束低應(yīng)力沖擊鍛打焊接裝置與方法。

背景技術(shù)

焊接是指通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程，使兩個彼此分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子或分子間結(jié)合力而形成為成一體的連接方法。激光焊接是以激光作為能量載體的一種高效精密的焊接方法，是激光加工材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。激光應(yīng)用于焊接技術(shù)中極大地推進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展，由于具有高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度，能在室溫或特殊條件下進(jìn)焊接，設(shè)備裝置簡單等獨特的優(yōu)點，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中，其在機械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣。但是金屬工件在冷熱加工過程中都會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在焊接過程中焊縫區(qū)域依次經(jīng)歷快速加熱熔化、快速凝固結(jié)晶和固態(tài)相變等幾個重要階段，形成了大量的非平衡凝固組織，使各區(qū)域的組織形態(tài)相差懸殊，從而使焊接完成的試件存在殘余應(yīng)力高、疲勞壽命短、變形幅度達(dá)、力學(xué)性能差和裂紋傾向明顯等特征缺陷，且尤以殘余應(yīng)力的影響為甚，屈服極限附近工件中的殘余應(yīng)力大多數(shù)表現(xiàn)出很大的有害作用；如降低工件的實際強度、降低疲勞極限，造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂，由于殘余應(yīng)力的松弛，使零件產(chǎn)生變形，大大的影響了工件的尺寸精度。因此降低和消除工件的殘余應(yīng)力就十分必要，由殘余應(yīng)力引起的疲勞失效更不容忽視。

目前消除殘余應(yīng)力的最通用的方法是對焊接工件進(jìn)行隨焊處理和焊后熱處理，隨焊處理是指在進(jìn)行焊接操作的同時，在被焊接區(qū)域的附近所進(jìn)行的一系列處理措施，主要包括隨焊碾壓、隨焊旋轉(zhuǎn)擠壓、隨焊錘擊、振動焊接、隨焊激冷、隨焊預(yù)拉伸和隨焊電磁感應(yīng)，現(xiàn)有的隨焊處理技術(shù)缺乏智能化、精度化，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊接件的處理具有一定的局限性，不能更好的消除焊件缺陷；焊后熱處理是指在焊接操作完成以后對被焊件所施加的一處理措施，即將焊件加熱到一定溫度和保溫一定時間，利用材料在高溫下屈服極限的降低，使內(nèi)應(yīng)力高的地方產(chǎn)生塑性流動，彈性變形逐漸減少，塑性變形逐漸增加而使應(yīng)力降低。焊后處理是焊接區(qū)域冷卻后再進(jìn)行處理，其塑性變形小，很難徹底消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力、變形、微裂紋等缺陷，焊件加熱裝置復(fù)雜程度隨著熔敷零件的尺寸增大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加將成倍增加，待焊件冷卻后再加熱效率低，浪費能源。

隨著航天航空航空航天、軌道交通以及汽車等制造業(yè)發(fā)展對金屬材料性能要求越來越高，為了更進(jìn)一步提高制造效率，對各種不同復(fù)雜器件局部區(qū)域進(jìn)行焊接強化，更徹底的消除焊件區(qū)域內(nèi)部的殘余應(yīng)力、變形、微裂紋等缺陷，本發(fā)明提出了一種金屬雙激光束低應(yīng)力沖擊鍛打焊接裝置與方法，采用雙激光束同時對金屬工件進(jìn)行焊接和沖擊鍛打，當(dāng)焊接激光束輻射到待焊工件利用熱效應(yīng)使焊接區(qū)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(xué)效應(yīng)對尚處于最佳高溫溫度的焊接區(qū)域進(jìn)行同步?jīng)_擊鍛打。也即工件焊接和強化同時進(jìn)行，同時完成。兩束激光束參數(shù)選擇相互影響，達(dá)到兩者之間最佳匹配，才能夠保證焊接速度質(zhì)量達(dá)最佳。本發(fā)明方法在提升金屬工件焊接效率的同時保證焊接質(zhì)量，這對于保證金屬零件性能、提高制造效率、提升我國制造業(yè)水平等都具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種金屬雙激光束沖擊鍛打低應(yīng)力焊接裝置與方法，提高效率的同時能夠更有效避免焊件內(nèi)部的殘余應(yīng)力、變形、微裂紋等問題，實現(xiàn)低應(yīng)力焊接，提高金屬零件的機械性能和疲勞強度。一種金屬雙激光束沖擊鍛打低應(yīng)力焊接裝置，包括產(chǎn)生焊接激光束的激光焊接系統(tǒng)，激光沖擊系統(tǒng)，智能檢測控制系統(tǒng)。

本發(fā)明一種金屬雙激光束沖擊鍛打低應(yīng)力焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：由焊接激光系統(tǒng)產(chǎn)生的焊接激光束利用熱效應(yīng)對所焊接金屬材料焊接區(qū)域進(jìn)行熔化形成熔池；同時由沖擊強激光器產(chǎn)生的短脈沖激光利用沖擊波力學(xué)效應(yīng)對尚處于最佳高溫溫度的焊接區(qū)域進(jìn)行同步?jīng)_擊鍛打。也即工件焊接和沖擊鍛打在一步工序同時進(jìn)行，同時完成。雙激光束充分利用了熱效應(yīng)和沖擊波力學(xué)效應(yīng)，焊接激光參數(shù)與沖擊強化激光參數(shù)相互影響調(diào)控，同時同步耦合工作，同時進(jìn)行焊接和強化，顯著提升焊接工件內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)綜合性能，更好的實現(xiàn)低應(yīng)力焊接。