[發明專利]分步式電子束熔焊與激光沖擊強化復合制造裝置及方法

在審

• 申請號: 202110426002.7
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113118608A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 郭偉;王優;朱穎;張宏強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K15/00;C21D10/00
• 代理公司: 北京首捷專利代理有限公司 11873
• 代理人: 梁婧宇

本發明公開了一種分步式電子束熔焊與激光沖擊強化復合制造裝置及方法，裝置包括工作臺；工作臺頂面固定有基板；基板頂面固定有焊接臺和強化臺；真空焊接室固定在基板上，且罩住焊接臺；電子束加工組件用于向焊接臺方向發射電子束；激光束加工組件用于向強化臺方向發射激光束；計算機用于在真空焊接室處于真空狀態下，控制電子束加工組件向焊接件發射電子束，以及控制激光束加工組件發射激光束對完成電子束焊接后的焊接件進行強化。本發明能夠消除經電子束焊接過程形成的焊縫產生的殘余拉應力，顯著的降低了裂紋的傾向性，有效地解決傳統焊縫殘余拉應力導致的疲勞性能下降問題以及抑制焊縫缺陷對產品性能的影響，適用于制備高可靠性的焊接件。

技術領域

本發明涉及電子束焊接和激光沖擊強化技術領域，更具體的說是涉及一種分步式電子束熔焊與激光沖擊強化復合制造裝置及方法。

背景技術

電子束焊接(EBW)是利用電子槍中陰極所產生的電子在陰陽極間的高壓(25～300kV)加速電場作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速)，經一級或二級磁透鏡聚焦后，形成密集的高速電子流，當其撞擊在工件接縫處時，其動能轉換為熱能，使材料迅速熔化而達到焊接的目的。其實，高速電子在金屬中的穿透能力非常弱，如在100kV加速電壓下僅能穿透0.025mm。但電子束焊接中之所以能一次焊透甚至達數百毫米，這是因為焊接過程中一部分材料迅速蒸發，其氣流強大的反作用力將熔融的底面金屬液體向四周排開，露出新的底面，電子束繼續作用，過程連續不斷進行，最后形成一深而窄的焊縫。電子束焊接技術以其高能量密度、高熔透性、焊接變形區小、易于控制、能焊接難熔及異種金屬等優點在工業上得到了廣泛的應用。但其存在焊縫力學性能較低，強度、拉伸及疲勞性能低于焊接母材等缺點。

激光沖擊強化(Laser shock peening，LSP)作為一種新型的表面改性技術，其主要利用高功率密度(GW·cm^-2量級)、短脈寬(ns量級)的激光束輻照材料表面，使吸收層吸收激光能量發生爆炸性氣化并形成高溫高壓等離子體，等離子體受到隔離層的限制形成高壓沖擊波，作用于金屬表面并向內部傳播。由于這種沖擊波壓力高達數個兆帕，其峰值應力遠大于材料的動態屈服強度，從而使材料產生均勻密集的位錯結構。同時在成型區域產生有益的殘余壓應力，能夠有效抵消工件因機械加工形成的有害拉應力，從而提高金屬構件的強度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞壽命。

因此，如何消除經電子束焊接過程形成的焊縫產生的殘余拉應力，降低裂紋的傾向性，有效地解決傳統焊縫殘余拉應力導致的疲勞性能下降問題以及抑制焊縫缺陷對產品性能的影響，適用于高可靠性的焊接工藝，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種分步式電子束熔焊與激光沖擊強化復合制造裝置及方法，旨在解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

分步式電子束熔焊與激光沖擊強化復合制造裝置，包括：

工作臺；所述工作臺頂面固定有基板；所述基板頂面固定有焊接臺和強化臺；

真空焊接室；所述真空焊接室固定在所述基板上，且罩住所述焊接臺；

電子束加工組件；所述電子束加工組件安裝在所述真空焊接室的頂部，且用于向所述焊接臺方向發射電子束；

激光束加工組件；所述激光束加工組件固定在所述強化臺的上方；所述激光束加工組件用于向所述強化臺方向發射激光束；

計算機；所述計算機用于在所述真空焊接室處于真空狀態下，控制所述電子束加工組件向焊接件發射電子束，以及控制所述激光束加工組件發射激光束對完成電子束焊接后的焊接件進行強化。