[實(shí)用新型]一種耦合高能量脈沖電流降低激光焊接殘余應(yīng)力的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721812270.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN208358064U
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧邦平;梅瀟;胡雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/70
• 分類號(hào): B23K26/70;B23K26/24
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

耦合高能量脈沖電流降低激光焊接殘余應(yīng)力的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)包括脈沖激光源、脈沖激光控制單元、工作平臺(tái)、絕緣底板、運(yùn)動(dòng)控制主機(jī)、高能量脈沖電源、銅電極1和銅電極2。本實(shí)用新型具有能夠?qū)μ幱谀探Y(jié)晶過(guò)程中的金屬材料以及金屬固體材料進(jìn)行高能量脈沖電流與激光焊接耦合處理，從而從缺陷產(chǎn)生的源頭去降低激光焊接殘余應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特指一種耦合高能量脈沖電流降低激光焊接殘余應(yīng)力的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)背景

激光焊接是一項(xiàng)重要的材料成型工藝，被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、汽車等領(lǐng)域。然而激光焊接是一個(gè)材料的局部區(qū)域快速加熱和冷卻的過(guò)程，非均勻的溫度場(chǎng)會(huì)在成型后的材料中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，尤其是焊縫區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的拉伸殘余應(yīng)力，從而降低了材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命，增加了應(yīng)力腐蝕開裂作用，同時(shí)也是材料產(chǎn)生變形和裂紋萌生、擴(kuò)展、開裂的重要原因。因此，如何消除材料激光焊接成型時(shí)產(chǎn)生的拉伸殘余應(yīng)力一直是機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要研究課題。

傳統(tǒng)的殘余應(yīng)力消除工藝有自然時(shí)效和熱時(shí)效技術(shù)。自然時(shí)效技術(shù)是最古老的時(shí)效方法，這種時(shí)效技術(shù)處理效果很差、耗時(shí)太長(zhǎng)、占地面積大。熱時(shí)效技術(shù)相對(duì)于自然時(shí)效技術(shù)極大地縮短了時(shí)效的周期，應(yīng)用廣泛，然而熱時(shí)效技術(shù)的缺點(diǎn)也是明顯的：時(shí)效周期較長(zhǎng)、能耗高、工件容易氧化、經(jīng)濟(jì)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重且不易處理大型工件、小尺寸工件、加熱易受損傷的工件以及裝配后無(wú)法熱處理的裝配件。

磁處理技術(shù)是一種通過(guò)動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)與鋼鐵材料相互作用來(lái)改善構(gòu)件中殘余應(yīng)力分布的時(shí)效方法。磁處理技術(shù)具有操作簡(jiǎn)捷、能耗低等特點(diǎn)，但是該技術(shù)僅能處理鐵磁性材料。電脈沖時(shí)效技術(shù)是將高能量脈沖電流注入材料內(nèi)部，激發(fā)材料內(nèi)部帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到降低材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的目的。電脈沖時(shí)效技術(shù)具有處理設(shè)備簡(jiǎn)單、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保的殘余應(yīng)力消除技術(shù)。爆炸法和錘擊法是兩種采用機(jī)械法消除殘余應(yīng)力的時(shí)效技術(shù)。這兩種方法消除殘余應(yīng)力的效果有限，并且爆炸法只適用于那些在強(qiáng)大的沖擊波作用下不會(huì)造成破壞的材料，錘擊法需要錘擊者具有較高的操作水平、合理的把握錘擊的時(shí)機(jī)。

振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，是通過(guò)振動(dòng)，使構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力與附加振動(dòng)應(yīng)力之和超過(guò)材料的屈服極限，材料內(nèi)部產(chǎn)生微量塑性變形，從而使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力得以降低。振動(dòng)時(shí)效技術(shù)具有處理效果好、處理時(shí)間短、環(huán)境污染小、能耗低、易于現(xiàn)場(chǎng)操作等特點(diǎn)，屬于高效節(jié)能綠色環(huán)保的時(shí)效處理技術(shù)；在二十一世紀(jì)振動(dòng)時(shí)效技術(shù)具備了取代傳統(tǒng)熱時(shí)效技術(shù)的可能。

從上面的各種殘余應(yīng)力消除工藝的研究看出，這些殘余應(yīng)力消除工藝都是消除金屬固體材料的殘余應(yīng)力，然而對(duì)于以凝固過(guò)程作為其最終加工環(huán)節(jié)的工件，凝固過(guò)程的影響尤為重要！對(duì)于凝固后還要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工處理的工件，凝固的影響也特別明顯，因?yàn)槟踢^(guò)程形成的粗大微觀組織和缺陷是很難在進(jìn)一步加工處理中消除的。因此在材料制造的開始就控制好凝固過(guò)程具有特別重要的意義。

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)上述的殘余應(yīng)力消除工藝都可以在一定程度上消除金屬材料焊接成型后的殘余應(yīng)力，然而在焊接成型過(guò)程中金屬在焊接高溫的作用下會(huì)被熔化，金屬液體在凝固結(jié)晶過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微觀組織粗大缺陷，這些缺陷很難通過(guò)殘余應(yīng)力消除工藝進(jìn)行消除。與此同時(shí)，隨著微制造技術(shù)的不斷發(fā)展，小尺寸工件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，比如MEMS器件朝著更小的尺寸發(fā)展，然而小尺寸工件焊接成型時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如何消除小尺寸工件的殘余應(yīng)力已經(jīng)成為微制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。

為了降低激光焊接殘余應(yīng)力，提高激光焊接件的質(zhì)量，本實(shí)用新型提出一種耦合高能量脈沖電流降低激光焊接殘余應(yīng)力的系統(tǒng)及方法，尤其適用于降低小尺寸工件激光焊接成型后的殘余應(yīng)力與降低激光焊接引起的局部殘余應(yīng)力。

實(shí)用新型內(nèi)容