專利名稱：一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特指一種在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度條件下激光雙面沖擊強(qiáng)化激光重熔薄板焊接件接頭的方法和裝置，適用于薄板焊接件再制造、強(qiáng)化和延壽領(lǐng)域，如鈑金件焊接件再制造和表面強(qiáng)化。
背景技術(shù)：
鋁合金由于密度小、無磁性、熱導(dǎo)率和強(qiáng)度高，以及良好的成型性、低溫性能、耐腐蝕性能等被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)中；合金元素多、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變的鋁合金對焊接技術(shù)和設(shè)備的要求越來越高，焊接件接頭性能的好壞，與工程應(yīng)用的安全性和可靠性有著直接的關(guān)系，國內(nèi)外對鋁合金的焊接做了大量的研究工作，其焊接性、焊接材料及焊接工藝的研究幾乎與母材的研究同步，從而促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，在許多焊接結(jié)構(gòu)中，焊
縫及熱影響區(qū)因再結(jié)晶或回火軟化后力學(xué)性能一般比母材差，屬薄弱環(huán)節(jié)，常常通過焊后熱處理或應(yīng)變硬化得以強(qiáng)化。焊后熱處理會(huì)破壞整個(gè)焊縫的焊接質(zhì)量以及導(dǎo)致高幅殘余拉應(yīng)力，直接導(dǎo)致焊接件的斷裂失效，提高焊縫熱影響區(qū)強(qiáng)度很好的替代方法是應(yīng)變硬化，如對焊縫進(jìn)行滾壓或機(jī)械噴丸，而這些工藝在一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)中并不實(shí)用或不理想，采用激光重熔方法修復(fù)薄板焊接件接頭處裂紋，然后再進(jìn)行接頭表面激光沖擊強(qiáng)化處理，可以大大提高焊接件接頭機(jī)械性能，焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，在很大程度上決定于構(gòu)件中的應(yīng)力集中情況，不合理的接頭形式和焊接過程中產(chǎn)生的各種缺陷(如未焊透、咬邊等)是產(chǎn)生應(yīng)力集中的主要原因，除此之外，焊接結(jié)構(gòu)自身的一些特點(diǎn)，如接頭性能的不均勻性，焊接殘余應(yīng)力等，都對焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度有影響，鋁合金焊接結(jié)構(gòu)在重復(fù)外力作用下，往往發(fā)生疲勞斷裂，疲勞破壞過程一般很難覺察到，因此疲勞斷裂具有很大的危險(xiǎn)性，有數(shù)據(jù)表明，鋁合金焊接構(gòu)件中90%的斷裂是由于焊接接頭處的疲勞破壞引起的，因此，鋁合金焊接接頭的疲勞性能受到設(shè)計(jì)及使用單位越來越廣泛的關(guān)注，研究鋁合金焊接接頭的疲勞斷裂特性，分析產(chǎn)生疲勞斷裂危害的因素，估算焊接接頭的疲勞壽命，是提高和繼續(xù)發(fā)展鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種激光再制造金屬薄板焊接件接頭的方法，即先采用毫秒連續(xù)激光束重熔閉合焊接件的裂紋區(qū)域，再在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度條件下采用雙面納秒脈沖激光束同時(shí)沖擊重熔區(qū)域，從而提高接頭的機(jī)械性能。本發(fā)明采用的方案為，首先利用裂紋檢測儀檢測金屬薄板焊接件接頭表面的裂紋，利用連續(xù)激光對裂紋進(jìn)行重熔修復(fù)，然后將修復(fù)后的薄板焊接件接頭表面進(jìn)行打磨拋光處理；再在薄板焊接件上下表面粘附吸收層，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱中進(jìn)行加熱，使其溫度上升至金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度區(qū)域，采用脈沖激光雙面同時(shí)沖擊薄焊接件接頭上下兩表面，在高能沖擊力作用下，沖擊區(qū)域的金屬表層產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形并且內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生演變，最終導(dǎo)致焊接件接頭處表層晶粒細(xì)化，并在沖擊區(qū)域誘導(dǎo)高幅殘余壓應(yīng)力，從而提高接頭處的機(jī)械性能；本發(fā)明的創(chuàng)造性在于激光重熔閉合焊接件接頭處裂紋后，在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度區(qū)域利用激光沖擊焊接件接頭導(dǎo)致接頭處金屬表層產(chǎn)生塑性變形，最終導(dǎo)致表層金屬晶粒細(xì)化，達(dá)到復(fù)合強(qiáng)化和再制造焊接件接頭的效果。本發(fā)明所述的連續(xù)激光參數(shù)為脈寬為50 μ S- 20 ms，功率為1-5 kW，光斑直徑2-10 mm，搭接率為50%;脈沖激光參數(shù)范圍為脈寬8-30 ns，重復(fù)頻率為1-100 Hz，脈沖能量為1-20 J，光斑大小為3-10 mm。實(shí)施該方法的裝置包括控制系統(tǒng)、激光器、真空箱、裂紋檢測儀、表面輪廓監(jiān)測儀、工件夾具、薄板焊接件、反射鏡I、反射鏡II、激光發(fā)射頭I、激光發(fā)射頭II和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，真空箱位于五軸工作臺(tái)上由真空箱夾具固定，真空箱頂端和底端中間均設(shè)有上透視窗和下透視窗、真空箱內(nèi)設(shè)有加熱板、用于測量薄板焊接件溫度的溫度傳感器和液位計(jì)，真空箱一側(cè)設(shè)有加液閥門和排液閥門，真空箱頂端一側(cè)設(shè)有抽真空閥門，真空箱內(nèi)部四周設(shè)有隔熱層，當(dāng)真空箱內(nèi)焊接接頭的溫度處于金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度時(shí)，加熱板停止加熱，薄板焊接件被固定在真空箱內(nèi)部底座上，薄板焊接件上依次設(shè)有吸收層和約束層；用耐高溫密 封膠帶將吸收層與薄板焊接件密封并用工件夾具固定；表面輪廓監(jiān)測儀和裂紋檢測儀安裝在真空箱上透視窗上方；激光器發(fā)出的連續(xù)激光由激光發(fā)射頭I通過上透視窗照射在薄板焊接件上表面；；激光器發(fā)出的脈沖激光一路由激光發(fā)射頭I通過上透視窗照射在薄板焊接件上表面，另一路經(jīng)反射鏡I、反射鏡II、激光發(fā)射頭II通過下透視窗照射在薄板焊接件下表面。所述一種激光再制造金屬焊接件接頭表面的裝置，其特征在于所述吸收層可為美國3M公司的鋁箔，其厚度為O. 3 mm，所述約束層可用710型高溫硅油，利用液位計(jì)監(jiān)測焊接件上表面約束層的厚度，通過加液閥門和排液閥門來控制焊接件上表面的約束層厚度為1-2_;所述支撐焊接件的底座為厚度可調(diào)的調(diào)節(jié)板，控制焊接件下表面與下透視窗的距離為1-2 mm，保證焊接件下表面的約束層厚度。所述一種激光再制造金屬焊接件接頭表面的裝置，其特征在于真空箱有上透視窗和下透視窗，上透視窗能夠開閉，下透視窗被固定在真空箱上，上、下透視窗周圍均采用密封膠密封。本發(fā)明專利最明顯的特征在于將薄板焊接件加熱到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度，提高薄板焊接件內(nèi)部的位錯(cuò)活動(dòng)速率，導(dǎo)致焊縫區(qū)域的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加劇，晶粒細(xì)化更加明顯，從而提高激光沖擊的影響深度。本發(fā)明專利的特征還在于控制系統(tǒng)能夠并行控制激光器、加熱板、五軸工作臺(tái)和工件夾具，控制激光束(毫秒連續(xù)激光束和納秒脈沖激光束)和加工點(diǎn)的相對位置，實(shí)時(shí)接受表面輪廓監(jiān)測儀和裂紋檢測儀反饋的信息，并根據(jù)這些信息進(jìn)行下一步的處理。激光再制造金屬薄板焊接件接頭強(qiáng)化方法具體步驟如下
I將焊接件固定在真空箱底部，蓋上上透視窗，將真空箱抽至真空，采用裂紋檢測儀檢測金屬薄板焊接件接頭處的裂紋，然后通過控制系統(tǒng)控制激光器激發(fā)重熔激光束聚焦在焊接裂紋表面，采用毫秒連續(xù)激光束瞬間照射裂紋處，使裂紋區(qū)域重熔并閉合裂紋。2將薄板焊接件取出，磨平拋光激光重熔區(qū)域后，在接頭上下兩表面均粘附吸收層，邊緣采用耐高溫密封膠帶密封，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱底部，薄板焊接件接頭下表面對準(zhǔn)真空箱下透視窗，使激光器激發(fā)的納秒脈沖激光束可以透過真空箱下透視窗沖擊強(qiáng)化薄板焊接件接頭下表面。向真空箱中注入710型高溫硅油，使油面高出焊接件上表面1-2 mm，關(guān)閉真空箱上透視窗，將真空箱抽至真空，先預(yù)熱薄板焊接件，將溫度提高到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度；利用控制系統(tǒng)控制加熱板，對真空箱中內(nèi)部環(huán)境加熱，通過溫度傳感器將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，從而控制箱內(nèi)溫度，將薄板焊接件加熱到動(dòng)態(tài)時(shí)效溫度區(qū)域。3根據(jù)薄板焊接件的厚度和材料特性設(shè)置連續(xù)激光參數(shù)，采用雙面脈沖激光同時(shí)沖擊激光重熔區(qū)域。4通·過表面輪廓監(jiān)測儀反饋系統(tǒng)，測量沖擊過程中表面的變形量，把信息反饋給控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)激光沖擊工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬薄板焊接件的再制造。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢
I在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度下，微觀結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)加快(如位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))，激光誘發(fā)高能沖擊波沖擊焊接件接頭導(dǎo)致薄板焊接件接頭表面和內(nèi)部塑性變形劇烈，同時(shí)金屬材料會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)蠕動(dòng)，焊縫中的氣孔會(huì)在金屬材料動(dòng)態(tài)蠕動(dòng)的作用下逐漸消失。2激光沖擊波的壓力峰值超過板料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度極限，激光沖擊波作用區(qū)域板料的表層發(fā)生局部微觀的塑性變形，阻擋了材料在激光沖擊過程中發(fā)生彈性變形部分的回復(fù)，于是在材料表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，由于殘余壓應(yīng)力的存在打破了板料內(nèi)部原有力系的平衡，形成了在板料厚度方向上不均勻的應(yīng)力分布，從而產(chǎn)生使板料彎曲變形趨勢的彎矩。采用兩面同時(shí)激光沖擊的方法，可以抑制薄板焊接件單向彎曲變形。3將金屬薄板焊接件加熱到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度，再采用脈沖激光雙面同時(shí)沖擊焊接件接頭區(qū)域，動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效中發(fā)生的溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用形成均勻分布、高密度的位錯(cuò)組態(tài)，從而更有效細(xì)化重熔區(qū)域的晶粒，提高焊縫區(qū)域的機(jī)械性能。


圖I為薄板焊接件接頭處示意 圖2為鎢極氬弧焊接裝置示意 圖3為激光再制造金屬薄板焊接件裝置示意 圖4為真空箱內(nèi)裝置示意 圖5為激光沖擊強(qiáng)化前薄板焊接件各部分示意 圖6為激光沖擊前后焊接件焊縫區(qū)域截面SEM照片；
圖7為激光沖擊強(qiáng)化前后薄板焊接件抗拉強(qiáng)度對比 圖I和圖2中，I焊縫區(qū)，II熔合區(qū)，III熱影響區(qū)，IV母材，V M55TIG焊絲，VI氬氣流，VII噴嘴，VDI絕緣套，IX導(dǎo)電嘴，X鎢級，XI進(jìn)氣管；
圖3，4，5中，I控制系統(tǒng)，2激光器，3真空箱夾具，4表面輪廓監(jiān)測儀，5連續(xù)激光束，6脈沖激光束，7激光發(fā)射頭I，8裂紋檢測儀，9反射鏡I，10真空箱，11五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，12激光發(fā)射頭II，13反射鏡II，14加熱板，15隔熱層，16抽真空閥門，17下透視窗，18上透視窗，19工件夾具，20溫度傳感器，21液位計(jì)，22加液閥門，23排液閥門，24耐高溫密封膠帶，25吸收層，26薄板焊接件，27約束層，28底座。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提出具體裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。用本發(fā)明采用的裝置包括控制系統(tǒng)I、激光器2、激光發(fā)射頭I 7、激光發(fā)射頭
II12、真空箱10、表面輪廓監(jiān)測儀4、裂紋檢測儀8和五軸聯(lián)軸工作臺(tái)11，真空箱10位于五軸工作臺(tái)上11，在真空箱10設(shè)有上透視窗18和下透視窗17、真空箱10內(nèi)設(shè)有加熱板14、抽真空閥門16、加液閥門22、排液閥門23、隔熱層15，薄板焊接件26上依次設(shè)有吸收層25、約束層27并用耐高溫密封膠24將吸收層25與薄板焊接件26密封；用工件夾具19將薄板焊接件26固定在真空箱10內(nèi)的底座28上，表面輪廓監(jiān)測儀4安裝在真空箱10的上透視窗18上方；控制系統(tǒng)I控制激光器2、加熱板14、表面輪廓監(jiān)測儀4和五軸聯(lián)軸工作臺(tái)11，并接受裂紋檢測儀8反饋回來的信息。按照重熔修復(fù)焊接件接頭處裂紋的方法，用工件夾具19將薄板焊接件26固定在真空箱10底部，再將真空箱10固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)11上，采用裂紋檢測儀8檢測焊接接頭表面裂紋，通過控制系統(tǒng)I控制五軸工作臺(tái)11移動(dòng)真空箱10，使連續(xù)激光束5聚焦在 焊接件接頭表面裂紋處，由控制系統(tǒng)I控制激光器2激發(fā)出的功率為1-5 kff的毫秒連續(xù)激光5重熔修復(fù)裂紋，再將修復(fù)過的焊接件表面打磨拋光。按照沖擊強(qiáng)化焊接件接頭的方法，在焊接件上下表面放置吸收層25，再用耐高溫密封膠帶24將吸收層25與薄板焊接件26密封，打開真空箱的上透視窗18，將薄板焊接件26裝夾在固定在真空箱10中的工件夾具19上，用工件夾具19將薄板焊接件26固定在真空箱10底部，再將真空箱10固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)11上，通過控制系統(tǒng)I控制五軸工作臺(tái)11移動(dòng)真空箱10，控制可控高度的底座28伸縮，使焊接件下表面與下透視窗17的間距為1-2 mm，通過真空箱10上的加液閥門22，向真空箱10內(nèi)注作為激光沖擊時(shí)約束層27的710型高溫硅油，利用液位計(jì)21監(jiān)測710型高溫硅油的油面高度，通過加液閥門22和排液閥門23來控制焊接件26)表面的約束層27厚度為l-2mm。關(guān)閉真空箱10的上透視窗18，用氣泵將連接真空箱10的抽真空閥門16，將真空箱10抽至真空。由控制系統(tǒng)I控制激光器2激發(fā)出兩束能量在12 J、持續(xù)時(shí)間為8-30 ns的脈沖激光束6，其中一束激光通過激光發(fā)射頭I 7作用在薄板焊接件26的上表面，另外一束激光經(jīng)過反射鏡I 9和反射鏡II 13反射進(jìn)入激光發(fā)射頭II 12，最終作用在薄板焊接件26的下表面；控制系統(tǒng)I可以控制激光發(fā)射頭I 7和激光發(fā)射頭II 12中凸透鏡移動(dòng)調(diào)節(jié)光斑大??；由表面輪廓監(jiān)測儀4監(jiān)測表面形貌，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)返回控制系統(tǒng)1，并通過控制系統(tǒng)I控制五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)15的移動(dòng)，調(diào)整經(jīng)激光發(fā)射頭I 7和激光發(fā)射頭II 12的發(fā)出的激光束6和薄板焊接件26的相對位置；控制系統(tǒng)I還可根據(jù)表面輪廓監(jiān)測儀4的信號確定下一步的沖擊參數(shù)。實(shí)施實(shí)例
本實(shí)施實(shí)例采用尺寸為200 X 100X IOmm (長X寬X厚)的2219鋁合金。采用鎢極氬弧焊接的裝置將兩塊2219鋁合金薄板焊接成一體，如圖2所示，焊接的接頭形式為對接、開坡口，接頭間隙為O. 2mm，選用M55TIG焊絲，焊接設(shè)備選擇手工鎢極氬弧焊，焊接電流選擇150A，焊前將材料進(jìn)行機(jī)械打磨去除氧化膜，考慮焊接設(shè)備精度和操作人員技術(shù)等因素，焊接件接頭處有可能存在氧化，氣孔，裂紋，未淬透，夾渣，脆化等幾個(gè)方面的缺陷，都不同程度地降低焊縫的強(qiáng)度、塑性和抗蝕性等，如圖6(a)所示，焊接件焊縫區(qū)域截面會(huì)有少量的氣孔。
采用圖3系統(tǒng)，檢測鋁合金薄板焊接件接頭處裂紋，控制系統(tǒng)控制激光器激發(fā)毫秒連續(xù)激光重熔并修復(fù)裂紋，將修復(fù)過的焊接件表面打磨并拋光，在動(dòng)態(tài)時(shí)效溫度200°C條件下，采用圖3系統(tǒng)激光雙面沖擊強(qiáng)化2219鋁合金薄板試樣焊接接頭，2219鋁合金薄板試樣表面制備如圖3所示，2219鋁合金薄板試樣上下表面均貼有吸收層3M鋁箔，采用710型耐高溫硅油作為約束層，確保油面高出2219鋁合金薄板試樣表面1-2 _。按照上述方法準(zhǔn)備待沖擊的2219鋁合金薄板試樣，用工件夾具將2219鋁合金薄板試樣固定在真空箱中，然后向真空箱中注710型高溫硅油，待油面高于吸收層1-2 _，關(guān)閉真空箱上透視窗，將箱內(nèi)抽至真空；利用控制系統(tǒng)控制五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)真空箱，進(jìn)入沖擊區(qū)域；利用控制系統(tǒng)啟動(dòng)加熱板，溫度傳感器將真空箱內(nèi)溫度反饋給控制系統(tǒng)，從而通過控制真空箱內(nèi)加熱板的開閉控制真空箱內(nèi)的溫度；當(dāng)溫度達(dá)到200°C時(shí)，加熱板進(jìn)入保溫模式以保證箱內(nèi)溫度維持在200°C左右；采用激光器對2219鋁合金薄板試樣表面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理，由控制系統(tǒng)控制激光器激發(fā)出能量為12 J、持續(xù)時(shí)間為8-30 ns的脈沖激光束，光斑直徑為3mm。在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度下，高能脈沖激光束透過約束層輻照到吸收層上引起吸收層的汽化、電離形成沖擊波，高能沖擊波作用在2219鋁合金薄板試樣表面上，即是激光沖擊波誘導(dǎo)2219鋁合金表層發(fā)生塑性變形；通過控制五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)控制2219鋁合金薄板試樣移動(dòng)，采用50%搭接率搭接沖擊的方式進(jìn)行激光沖擊，直至整個(gè)2219鋁合金薄板試樣接頭表面沖擊完成。觀察激光復(fù)合強(qiáng)化前后的2219鋁合金薄板焊接件截面的形貌，如圖6所示，激光復(fù)合強(qiáng)化前2219鋁合金薄板焊接件截面會(huì)有少量氣孔，強(qiáng)化后截面氣孔全部消失，對激光復(fù)合強(qiáng)化前后的2219鋁合金薄板焊接件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，如圖7所示，激光復(fù)合強(qiáng)化前后2219鋁合金薄板焊接件的抗拉強(qiáng)度對比圖?？梢钥闯黾す鈴?fù)合沖擊強(qiáng)化后的抗拉強(qiáng)度大幅提高，從而增加了薄板焊接件的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于首先利用裂紋檢測儀檢測金屬薄板焊接件接頭表面的裂紋，利用連續(xù)激光對裂紋進(jìn)行重熔修復(fù)，然后將修復(fù)后的薄板焊接件接頭表面進(jìn)行打磨拋光處理；再在薄板焊接件上下表面粘附吸收層，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱中進(jìn)行加熱，使其溫度上升至金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度區(qū)域，采用脈沖激光雙面同時(shí)沖擊薄焊接件接頭上下兩表面，在高能沖擊力作用下，沖擊區(qū)域的金屬表層產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形并且內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生演變，最終導(dǎo)致焊接件接頭處表層晶粒細(xì)化，并在沖擊區(qū)域誘導(dǎo)高幅殘余壓應(yīng)力，從而提高接頭處的機(jī)械性能。
2.如權(quán)利要求I所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于所述的連續(xù)激光參數(shù)為脈寬為50 μ S- 20 ms，功率為1-5 kW，光斑直徑2_10 mm，搭接率為50% ；所述脈沖激光參數(shù)范圍為脈寬8-30 ns，重復(fù)頻率為1-100 Hz，脈沖能量為1_20 J，光斑大小為3-10 mm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將焊接件固定在真空箱底部，蓋上上透視窗，將真空箱抽至真空，采用裂紋檢測儀檢測金屬薄板焊接件接頭處的裂紋，然后通過控制系統(tǒng)控制激光器激發(fā)重熔激光束聚焦在焊接裂紋表面，采用毫秒連續(xù)激光束瞬間照射裂紋處，使裂紋區(qū)域重熔并閉合裂紋； (2)將薄板焊接件取出，磨平拋光激光重熔區(qū)域后，在接頭上下兩表面均粘附吸收層，邊緣采用耐高溫密封膠帶密封，采用工件夾具將薄板焊接件固定在真空箱底部，薄板焊接件接頭下表面對準(zhǔn)真空箱下透視窗，使激光器激發(fā)的納秒脈沖激光束能夠透過真空箱下透視窗沖擊強(qiáng)化薄板焊接件接頭下表面，向真空箱中注入710型高溫硅油，使油面高出焊接件上表面1-2 mm，關(guān)閉真空箱上透視窗，將真空箱抽至真空，先預(yù)熱薄板焊接件，將溫度提高到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度；利用控制系統(tǒng)控制加熱板，對真空箱中內(nèi)部環(huán)境加熱，通過溫度傳感器將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，從而控制箱內(nèi)溫度，將薄板焊接件加熱到動(dòng)態(tài)時(shí)效溫度區(qū)域； (3)根據(jù)薄板焊接件的厚度和材料特性設(shè)置連續(xù)激光參數(shù)，采用雙面脈沖激光同時(shí)沖擊激光重熔區(qū)域； (4)通過表面輪廓監(jiān)測儀反饋系統(tǒng)，測量沖擊過程中表面的變形量，把信息反饋給控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)激光沖擊工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬薄板焊接件的再制造。
4.一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法的裝置，其特征在于所述裝置包括控制系統(tǒng)、激光器、真空箱、裂紋檢測儀、表面輪廓監(jiān)測儀、工件夾具、薄板焊接件、反射鏡I、反射鏡II、激光發(fā)射頭I、激光發(fā)射頭II和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，真空箱位于五軸工作臺(tái)上由真空箱夾具固定，真空箱頂端和底端中間均設(shè)有上透視窗和下透視窗、真空箱內(nèi)設(shè)有加熱板、用于測量薄板焊接件溫度的溫度傳感器和液位計(jì)，真空箱一側(cè)設(shè)有加液閥門和排液閥門，真空箱頂端一側(cè)設(shè)有抽真空閥門，真空箱內(nèi)部四周設(shè)有隔熱層，當(dāng)真空箱內(nèi)焊接接頭的溫度處于金屬動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度時(shí)，加熱板停止加熱，薄板焊接件被固定在真空箱內(nèi)部底座上，薄板焊接件上依次設(shè)有吸收層和約束層；用耐高溫密封膠帶將吸收層與薄板焊接件密封并用工件夾具固定；表面輪廓監(jiān)測儀和裂紋檢測儀安裝在真空箱上透視窗上方；激光器發(fā)出的連續(xù)激光由激光發(fā)射頭I通過上透視窗照射在薄板焊接件上表面；；激光器發(fā)出的脈沖激光一路由激光發(fā)射頭I通過上透視窗照射在薄板焊接件上表面，另一路經(jīng)反射鏡I、反射鏡II、激光發(fā)射頭II通過下透視窗照射在薄板焊接件下表面。
5.如權(quán)利要求4所述的一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法的裝置，其特征在于所述吸收層為美國3M公司的鋁箔，其厚度為O. 3 mm,所述約束層為710型高溫硅油，利用液位計(jì)監(jiān)測焊接件上表面約束層的厚度，通過加液閥門和排液閥門來控制焊接件上表面的約束層厚度為1-2_;所述支撐焊接件的底座為厚度可調(diào)的調(diào)節(jié)板，控制焊接件下表面與下透視窗的距離為1-2 mm，保證焊接件下表面的約束層厚度。
全文摘要
一種激光再制造金屬薄板焊接件的方法和裝置，涉及特種加工領(lǐng)域。本發(fā)明首先采用連續(xù)激光重熔裂紋及附近區(qū)域?qū)⒘鸭y封閉，然后將薄板焊接件接頭處表面加熱升溫到動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效溫度區(qū)域，采用激光雙面沖擊的方法對薄板焊接件接頭處表面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。本發(fā)明能夠復(fù)合強(qiáng)化和再制造薄板焊接件，閉合焊縫表面的裂紋和清除焊縫內(nèi)部氣孔，提高薄板焊接件接頭的抗拉強(qiáng)度，增加其使用壽命。
文檔編號B23K101/18GK102886606SQ201210391178
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者羅開玉, 魯金忠, 殷勁松, 羅密, 張磊, 齊晗, 陳彥瓏, 劉娟 申請人:江蘇大學(xué)