[發明專利]使用能量束進行加熱的方法和系統

在審

• 申請號: 201980090673.1
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113423847A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: J·J·加比隆多
• 申請（專利權）人: ETXE-TAR有限公司
• 主分類號: C21D9/30
• 分類號: C21D9/30;C21D11/00;C21D1/09;C21D1/34;C21D1/38;B22F10/28;B23K26/06;B23K26/24;B23K26/082;B29C64/153;B23K26/073;B23K26/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 景懷宇

一種用于對金屬板材物體進行熱處理的方法，包括使用能量束(2)加熱物體(100)的至少一個選定部分的步驟。將光束(2)投射到所述物體(100)的表面上以便在物體上產生主光斑(2A)，根據掃描圖案在二維上重復掃描光束以便在物體上建立有效光斑(21)，有效光斑具有二維能量分布。有效光斑(21)相對于所述物體(100)的表面移位，以逐漸加熱物體的所述至少一個選定部分。掃描圖案包括多個互連的彎曲區段。

技術領域

本發明涉及使用諸如光束的能量束來加熱物體。

背景技術

本領域已知通過將諸如光束(例如，激光束)的能量束引導到物體上來加熱物體。例如，本領域公知的是，通過將材料加熱到低于其熔化溫度的高溫，并隨后使其淬火(即足夠快地冷卻以形成硬馬氏體)來使諸如鋼(例如，中碳鋼)之類的含鐵材料硬化。可以在爐中或通過感應加熱進行加熱，并且可以通過施加冷卻流體(例如水或與其它組分混合的水)來進行冷卻。也已知使用諸如光束的能量束來執行某些硬化處理，例如關于諸如曲軸的復雜產品的硬化處理。曲軸具有復雜的表面，并且在使用期間對耐磨性有非常高的要求。例如，WO-2014/037281-A2解釋了如何使用激光束來例如硬化曲軸的軸頸的表面，而不產生鄰近油潤滑孔的區域的過熱。還可以通過與WO-2014/037281-A2所教導的方法和系統一致的方法和系統來熱處理其它物體，其內容通過引用并入本文。WO-2014/037281-A1特別討論了如何通過將光束投射到工件的表面上以在表面上產生主光斑來選擇性地加熱工件，根據掃描圖案在二維上重復掃描該光束以在工件的表面上建立有效光斑，該有效光斑具有二維能量分布。相對于工件的表面移動該有效光斑以逐漸加熱工件的選定部分。在一些實施例中，有效光斑的二維能量分布在有效光斑相對于工件表面的移動期間被動態地調整。

WO-2015/135715-A1，其內容通過引用并入本文，特別討論了在這種激光硬化技術的背景中，如何使用不同的掃描圖案。例示的實施例包括具有彼此垂直的區段的掃描圖案。一個例示的實施例具有大致成形為“數字8”的掃描圖案。

已經發現，如WO-2014/037281-A1和WO-2015/135715-A1中所建議的使用能量束的加熱技術可用于除了用來工件硬化之外的其它應用。例如，WO-2016/026706-A1(其內容通過引用并入本文)教導了如何將該技術用于增材制造。WO-2016/146646-A1(其內容通過引用并入本文)教導了如何將該技術用于板狀金屬的熱處理。其它應用包括例如用于接合物體的兩個或更多部件的物體的焊接，如WO-2018/054850-A1中所述，其內容通過引用并入本文。

已經發現在上述專利申請中描述的技術在靈活性、適應性、產品質量和生產率方面具有顯著的優點。

WO-2013/167240-A1公開了一種用于激光焊接的方法和裝置，其涉及疊加在光束沿著要建立焊縫的軌跡的基本運動上的激光束的二維掃描運動。

WO-2016/180736-A1公開了涉及使用激光束的掃描所產生的有效光斑的激光熱處理的實例。

發明內容

上述專利申請公開了各種掃描圖案，例如，包括多條平行線的掃描圖案，以及有效光斑遵循涉及方向突然改變的路徑的掃描圖案，該方向的突然改變對應于圖案中的尖角，例如，如WO-2015/135715-A1中描述和例示的一些實施例中所示的方向改變90度。

在許多實際實現方式中，以高頻重復掃描圖案，例如以大于10Hz的頻率重復，例如，大于25Hz、大于100Hz等。可以使用掃描儀來執行掃描，所述掃描儀通過使用于反射光束的機械構件(例如反射鏡或類似元件)移位來操作。例如，可以使用通過電控驅動根據一個或多個軸線選擇性地移位的反射鏡或類似構件來掃描激光光束。通常，可以使用所謂的檢流計掃描儀。現在，雖然掃描儀在過去幾十年中有了顯著的改進，但是高掃描速度仍然涉及困難。涉及速度和/或方向的突然變化的掃描圖案的高重復率可能是不可能的或需要非常昂貴的設備。這可以在使用高功率光束的工業應用中更是如此，例如具有幾個kW的功率水平的光束，需要使用相對較重的反射鏡。