[發(fā)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?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（設計）人: 張永康;秦艷;楊青天
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)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

技術領域

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

背景技術

焊接是指通過適當?shù)奈锢砘瘜W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應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，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。激光應用于焊接技術中極大地推進了焊接技術的發(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焊接，設備裝置簡單等獨特的優(yōu)點，在工業(yè)領域得到廣泛應用，已成功應用于微、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)學微電子行業(yè)等領域的應用也越來越廣。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力高、疲勞壽命短、變形幅度達、力學性能差和裂紋傾向明顯等特征缺陷，且尤以殘余應力的影響為甚，屈服極限附近工件中的殘余應力大多數(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，造成應力腐蝕和脆性斷裂，由于殘余應力的松弛，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力就十分必要，由殘余應力引起的疲勞失效更不容忽視。

目前消除殘余應力的最通用的方法是對焊接工件進行隨焊處理和焊后熱處理，隨焊處理是指在進行焊接操作的同時，在被焊接區(qū)域的附近所進行的一系列處理措施，主要包括隨焊碾壓、隨焊旋轉擠壓、隨焊錘擊、振動焊接、隨焊激冷、隨焊預拉伸和隨焊電磁感應，現(xiàn)有的隨焊處理技術缺乏智能化、精度化，對于結構復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力降低。焊后處理是焊接區(qū)域冷卻后再進行處理，其塑性變形小，很難徹底消除內(nèi)部的殘余應力、變形、微裂紋等缺陷，焊件加熱裝置復雜程度隨著熔敷零件的尺寸增大和結構復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，為了更進一步提高制造效率，對各種不同復雜器件局部區(qū)域進行焊接強化，更徹底的消除焊件區(qū)域內(nèi)部的殘余應力、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行焊接和沖擊鍛打，當焊接激光束輻射到待焊工件利用熱效應使焊接區(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效應對尚處于最佳高溫溫度的焊接區(qū)域進行同步?jīng)_擊鍛打。也即工件焊接和強化同時進行，同時完成。兩束激光束參數(shù)選擇相互影響，達到兩者之間最佳匹配，才能夠保證焊接速度質(zhì)量達最佳。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)部的殘余應力、變形、微裂紋等問題，實現(xiàn)低應力焊接，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對所焊接金屬材料焊接區(qū)域進行熔化形成熔池；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效應對尚處于最佳高溫溫度的焊接區(qū)域進行同步?jīng)_擊鍛打。也即工件焊接和沖擊鍛打在一步工序同時進行，同時完成。雙激光束充分利用了熱效應和沖擊波力學效應，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，同時進行焊接和強化，顯著提升焊接工件內(nèi)部質(zhì)量和力學綜合性能，更好的實現(xiàn)低應力焊接。