CN109834388A - 低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置，属于激光焊接领域，包括高温锻造步骤，焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，同时短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接的零件焊缝区，对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打；低温锻造步骤，在高温锻造步骤之后进行，利用激光束对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行冲击锻打。通过两束激光连续对焊接表面的激光高温锻造，细化具有不同比容组织的晶粒和消除焊接缺陷，将焊接应力降低至最低点；通过对焊缝区的激光的低温锻造，重构残余应力分布状态，将焊缝的残余拉应力转变成残余压应力，进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置。
背景技术；
普通的焊接方法都有一个共性缺点：焊接过程中会产生焊接应力且焊缝“铸态组织”的焊接强度低。焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在厚度不大的焊件中，焊接残余应力基本上是平面应力，厚度方向的应力很小。焊接残余应力会影响焊件的强度、刚度、受压稳定性、加工精度、尺寸稳定性以及耐腐蚀性等。
2017104401245公开了利用双激光冲击锻打的焊接方法和装置，其利用高能激光束利用热效应辐射加热金属工件表面继续宁焊接，同时第二束短脉冲激光利用冲击波力学效应对快速冷却到最佳温度的焊接区进行冲击锻打，由此使得焊接应力低。
然而，这种方式仍存在较多的残余应力，对焊件依然存在不利。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，能够进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。
本发明所采用的技术方案是：
一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，包括：
高温锻造步骤，焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，同时短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接的零件焊缝区，对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打；
低温锻造步骤，在高温锻造步骤之后进行，利用激光束对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行冲击锻打。
作为本发明的进一步改进，高温锻造步骤中，尚处于高温的焊接区域经过短脉冲激光束冲击锻打后逐层堆叠完成高温焊接。
作为本发明的进一步改进，焊接激光束和短脉冲激光束在焊接强化过程中始终保持位置不变，且两束激光同时作用在待焊接强化区域，直到整个零件焊接工作完成。
作为本发明的进一步改进，计算与测量高温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控高温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得高温锻造过程精准进行。
作为本发明的进一步改进，计算与测量低温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控低温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得低温锻造过程精准进行。
作为本发明的进一步改进，低温锻造区以及高温锻造区需要激光冲击锻打的参数包括冲击次数和冲击力大小。
本发明还公开利用实施上述方法的装置，其采用的技术方案是：
包括：
激光焊接系统，用以提供所述焊接激光束；
激光锻造系统，用以分别提供所述短脉冲激光束和低温锻造的激光束；
激光智能检测控制系统，控制各激光束的参数；
以及工装夹具系统，夹持焊件使焊件与激光束协同运动。
作为本发明方法的进一步改进，激光束的参数包括激光光束直径与形状、脉冲宽度、脉冲能量、重复频率的至少一种。
作为本发明方法的进一步改进，激光束的参数包括激光冲击锻打的次数和冲击力的大小。
本发明的有益效果是：本发明通过两束激光连续对焊接表面的激光高温锻造，细化具有不同比容组织的晶粒和消除焊接缺陷，将焊接应力降低至最低点；之后通过对焊缝区的激光的低温锻造，重构残余应力分布状态，将焊缝的残余拉应力转变成残余压应力，进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
实施例中的装置包括激光焊接系统、激光锻造系统、激光智能检测控制系统和工装夹具系统。
实施例的方法包括依次进行的高温锻造步骤和低温锻造步骤。
具体参考图1，其高温锻造步骤如下进行：用工装夹具系统（包括机械臂）装夹好待焊接的零件后，开启电源开关，同时启动激光焊接系统和激光锻造系统；
激光焊接系统提供一束连续高能量密度的焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，与此同时，通过激光锻造系统发射的另一束短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接零件的焊缝区，零件焊缝区吸收激光束能量后气化电离形成冲击波，利用脉冲激光诱导的冲击波对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打。通过连续对焊件表面的激光高温锻造，细化具有不同比容组织的晶粒、消除焊接缺陷与局部塑性变形，将焊接应力降低至最低点。
该高温焊接锻造的过程中，焊接激光束和短脉冲激光束在焊接强化过程中始终保持位置不变，且两束激光同时作用在待焊接强化区域，直到整个零件焊接工作完成。激光智能检测控制系统与工装夹具系统协同运动、工作，激光智能检测控制系统控制机械臂带动控制板移动待焊接零件，使焊件始终在最佳锻造温度区进行高、低温锻造。
在上述高温焊接锻造的过程中，对尚处于高温的焊接区经过短脉冲激光束连续冲击锻打后逐层堆叠完成高温焊接。
高温焊接锻造完成后开始进行低温锻造，其利用激光锻造系统的一束激光对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行锻打，重构残余应力分布状态，将焊缝的残余拉应力转变成残余压应力，进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。
在上述高温锻造步骤中，激光智能检测控制系统计算与测量高温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控高温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得高温锻造过程精准进行。
同样，在上述低温锻造步骤中，激光智能检测控制系统计算与测量低温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控低温锻造区需要激光冲击锻打的参数，其包括激光冲击锻打的次数和冲击力的大小，根据锻打的次数和冲击力的大小计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得低温锻造过程精准进行。
在上述步骤中，激光智能检测控制系统实时精确调控各激光光束直径与形状、脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等参数。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于，包括：
高温锻造步骤，焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，同时短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接的零件焊缝区，对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打；
低温锻造步骤，在高温锻造步骤之后进行，利用激光束对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行冲击锻打。
2.根据权利要求1所述的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于：高温锻造步骤中，尚处于高温的焊接区域经过短脉冲激光束冲击锻打后逐层堆叠完成高温焊接。
3.根据权利要求1或2所述的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于：焊接激光束和短脉冲激光束在焊接强化过程中始终保持位置不变，且两束激光同时作用在待焊接强化区域，直到整个零件焊接工作完成。
4.根据权利要求1所述的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于：计算与测量高温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控高温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得高温锻造过程精准进行。
5.根据权利要求1或4所述的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于：计算与测量低温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控低温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得低温锻造过程精准进行。
6.根据权利要求5所述的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，其特征在于：低温锻造区以及高温锻造区需要激光冲击锻打的参数包括冲击次数和冲击力大小。
7.一种实施上述权利要求1至6中任一项所述复合焊接方法的低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接装置，其特征在于，包括：
激光焊接系统，用以提供所述焊接激光束；
激光锻造系统，用以分别提供所述短脉冲激光束和低温锻造的激光束；
激光智能检测控制系统，控制各激光束的参数；
以及工装夹具系统，夹持焊件使焊件与激光束协同运动。
8.根据权利要求7所述的激光锻造复合焊接装置，其特征在于：激光束的参数包括激光光束直径与形状、脉冲宽度、脉冲能量、重复频率的至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的激光锻造复合焊接装置，其特征在于：激光束的参数包括激光冲击锻打的次数和冲击力的大小。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110666341A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-10 | 广东工业大学 | 一种分叉尾喷管双激光束冲击锻打复合焊接方法与装置 |
| CN111843124A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-30 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于激光冲击的金属焊接方法及系统 |
| CN114115165A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-03-01 | 深圳市北工实业有限公司 | 一种铸锻一体成型机的生产控制方法及系统 |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6203633B1 (en) * | 1998-08-14 | 2001-03-20 | Lsp Technologies, Inc. | Laser peening at elevated temperatures |
| CN102127630A (zh) * | 2010-01-19 | 2011-07-20 | 江苏工业学院 | X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法 |
| CN103752651A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-30 | 上海飞机制造有限公司 | 焊接整体壁板激光冲击校形方法 |
| CN104526157A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 浙江嘉泰激光科技有限公司 | 一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置及方法 |
| CN104878190A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-02 | 沈阳理工大学 | 一种基于激光冲击强化的抑制零件裂纹萌生与扩展的方法 |
| CN105483359A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-04-13 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置 |
| CN106735221A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 广东工业大学 | 一种激光冲击锻打金属3d打印复合制造方法及装置 |
| CN106755945A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 安徽工业大学 | 一种基于激光冲击波技术改变裂纹扩展路径的方法及装置 |
| CN106834659A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 中国人民解放军空军工程大学 | 纳秒脉冲激光冲击不锈钢焊接接头抗应力腐蚀的方法 |
| CN106929663A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-07 | 江苏大学 | 可移动在线激光冲击加工装置和方法 |
| CN107385431A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-11-24 | 广东工业大学 | 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法 |
| CN107475709A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法 |
| CN107520449A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-12-29 | 广东工业大学 | 一种模具熔积成形激光冲击锻打复合增材制造方法及其装置 |
| CN107739812A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-02-27 | 安徽工业大学 | 一种基于激光冲击波技术实现水下焊缝强化的方法和装置 |
| CN107914013A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-17 | 广东工业大学 | 双激光冲击锻打钛合金小腿骨折固定器制造装置和方法 |
| CN108588345A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-09-28 | 广东工业大学 | 一种金属表面激光强韧化方法及装置 |
| CN108754490A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 广东工业大学 | 高温合金小尺寸结构涡轮盘的损伤榫槽双激光锻造再制造修复装置及应用方法 |
-
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Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6203633B1 (en) * | 1998-08-14 | 2001-03-20 | Lsp Technologies, Inc. | Laser peening at elevated temperatures |
| CN102127630A (zh) * | 2010-01-19 | 2011-07-20 | 江苏工业学院 | X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法 |
| CN103752651A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-30 | 上海飞机制造有限公司 | 焊接整体壁板激光冲击校形方法 |
| CN104526157A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 浙江嘉泰激光科技有限公司 | 一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置及方法 |
| CN104878190A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-02 | 沈阳理工大学 | 一种基于激光冲击强化的抑制零件裂纹萌生与扩展的方法 |
| CN105483359A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-04-13 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置 |
| CN106755945A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 安徽工业大学 | 一种基于激光冲击波技术改变裂纹扩展路径的方法及装置 |
| CN106834659A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 中国人民解放军空军工程大学 | 纳秒脉冲激光冲击不锈钢焊接接头抗应力腐蚀的方法 |
| CN106735221A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 广东工业大学 | 一种激光冲击锻打金属3d打印复合制造方法及装置 |
| CN106929663A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-07 | 江苏大学 | 可移动在线激光冲击加工装置和方法 |
| CN107385431A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-11-24 | 广东工业大学 | 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法 |
| CN107475709A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法 |
| CN107520449A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-12-29 | 广东工业大学 | 一种模具熔积成形激光冲击锻打复合增材制造方法及其装置 |
| CN107739812A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-02-27 | 安徽工业大学 | 一种基于激光冲击波技术实现水下焊缝强化的方法和装置 |
| CN107914013A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-17 | 广东工业大学 | 双激光冲击锻打钛合金小腿骨折固定器制造装置和方法 |
| CN108588345A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-09-28 | 广东工业大学 | 一种金属表面激光强韧化方法及装置 |
| CN108754490A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 广东工业大学 | 高温合金小尺寸结构涡轮盘的损伤榫槽双激光锻造再制造修复装置及应用方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110666341A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-10 | 广东工业大学 | 一种分叉尾喷管双激光束冲击锻打复合焊接方法与装置 |
| CN111843124A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-30 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于激光冲击的金属焊接方法及系统 |
| CN114115165A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-03-01 | 深圳市北工实业有限公司 | 一种铸锻一体成型机的生产控制方法及系统 |
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