CN111893266B - 一种耦合激光处理的金属电阻加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，包括支架，支架上安装有横向、纵向移动的移动平台，移动平台放置有加热装置；加热装置包括炉身外壁，炉身外壁的一端连接有炉尾墙，炉身外壁的另一端连接有炉身顶盖，炉身顶盖的外侧连接有炉头顶推装置；炉尾墙内侧连接有炉尾导电块，炉尾导电块和工件的一端连接，工件另一端通过炉头导电块、炉头电极、串接柱和固定导电块连接，固定导电块外侧设有炉头电极顶盖，固定导电块、炉头电极顶盖安装在炉身顶盖；工件正上方的炉身外壁上设有透镜窗，炉身外壁的内侧设有绝热层；所述的固定导电块上连接有炉头顶推电极；本发明在热处理的同时利用激光对工件进行处理，为工件热处理提供了新的自由度。

Description

一种耦合激光处理的金属电阻加热装置
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种耦合激光处理的金属电阻加热装置。
背景技术
作为机械制造中的重要工艺之一，金属材料的热处理可以赋予或改善工件的力学、物理、化学等使用性能。目前用于金属材料热处理的加热方式主要有辐射加热、感应加热和电阻加热。传统的辐射加热因为需要较为严格的保温层而增加了成本，且加热效率较低，超高温(>1000℃)加热装置造价急剧升高；同时，在极高温热处理后淬火时的高温辐射具有一定的危险性。感应加热设备一般比较复杂，成本比较高且感应部件互换性和适应性差，不适合形状复杂的工件，且温度均匀性相对较差。电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对物体进行的电加热，具有加热效率高、可控性高、加热温度范围广、温度均匀性好、升温速度快等诸多优点；同时，电阻加热装置结构简单，工件周围保温层要求较低，因而成本相对低廉。配合高精度的温度控制系统可形成良好的闭环加热系统，实现对工件温度的精确控制。
通常，热处理过程只能控制工件的加热温度、加热速率、保温时间等温度参数，工艺改进和创新瓶颈明显；同时，对于含第二相的金属材料，通过热处理调控析出相的手段也很有限。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，能够实现具有更多自由度的热处理工艺。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，包括支架17，支架17上安装有横向滑轨15，横向滑轨15的滑块上连接有纵向滑轨16，纵向滑轨16的滑块上连接有移动平台14，移动平台14放置有加热装置；
所述的加热装置包括炉身外壁3，炉身外壁3的一端连接有炉尾墙6，炉身外壁3的另一端连接有炉身顶盖2，炉身顶盖2的外侧连接有炉头顶推装置1；
所述的炉尾墙6内侧连接有炉尾导电块7，炉尾导电块7和工件8的一端连接，工件8另一端和炉头导电块9的一侧连接，炉头导电块9另一侧和炉头电极10一端连接，炉头电极10另一端和串接柱11一端连接，串接柱11另一端和固定导电块12连接，固定导电块12外侧设有炉头电极顶盖13，固定导电块12、炉头电极顶盖13安装在炉身顶盖2；
所述的工件8正上方的炉身外壁3上设有透镜窗5，炉身外壁3的内侧设有绝热层4。
所述的固定导电块12上连接有炉头顶推电极18，炉头顶推电极19的外侧设有炉头电极外壁19；4个炉头顶推电极18采用对称分布，确保了通过加热工件8截面的电流强度尽可能均匀，继而提高工件8的加热均匀度。
所述的串接柱11、炉头导电块9、炉尾导电块7、固定导电块12用石墨制成；所述的炉尾墙6、炉头电极顶盖13、炉头电极外壁19用硅质耐火材料制成；所述的炉头电极10、炉头顶推电极18用碳化硅制成；所述的炉身顶盖2、炉身外壁3用碳素钢制成；所述的炉头顶推装置1用橡胶制成，所述的透镜窗5由石英制成。
所述的炉头顶推电极18插在固定导电块12的石墨套圈内，能够进行上下滑动，带动炉头电极10移动。
所述的工件8为平板状、圆柱状或块状。
所述的固定导电块12的直径大于炉头顶推电极18和串接柱10mm。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明在热处理的同时利用激光对工件8进行处理，为工件8热处理提供了新的自由度，为热处理工艺创新提供了新的途径；同时，还可用于消除或减轻变形、裂纹等传统热处理缺陷。
2、本发明通过耦合调节电阻加热电流和激光参数，可以实现工件8微观组织、性能的再控制，例如在大的激光功率下，可以在热处理工件8中进行再结晶；通过控制工件8的位置或者以不同激光参数冲击工件8不同位置，或者利用激光在工件8中形成自表面至心部的温度梯度，可以很容易地实现多组织材料，同时相比现有的双重组织热处理设备适应性、灵活性更高。
3、本发明采用电阻加热，加热效率高，更加节能环保而且成本较低。整个装置稳定性好，工艺适应性强。装置还具有灵活的功能拓展空间，例如将激光束换成激光共聚焦显微系统、数字图像相关(DIC)技术设备，通过透镜窗5即可实现工件8热处理的原位监测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1中固定导电块12上连接的炉头顶推电极18的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。所述实施例是对本发明的解释，而不是对本发明的保护范围的限制。
如图1所示，一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，包括支架17，支架17上安装有横向滑轨15，横向滑轨15的滑块上连接有纵向滑轨16，纵向滑轨16的滑块上连接有移动平台14，移动平台14放置有加热装置；
所述的加热装置包括炉身外壁3，炉身外壁3的一端连接有炉尾墙6，炉身外壁3的另一端连接有炉身顶盖2，炉身顶盖2的外侧连接有炉头顶推装置1；
所述的炉尾墙6内侧连接有炉尾导电块7，炉尾导电块7和工件8的一端连接，工件8另一端和炉头导电块9的一侧连接，炉头导电块9另一侧和炉头电极10一端连接，炉头电极10另一端和串接柱11一端连接，串接柱11另一端和固定导电块12连接，固定导电块12外侧设有炉头电极顶盖13，固定导电块12、炉头电极顶盖13安装在炉身顶盖2；
所述的工件8正上方的炉身外壁3上设有透镜窗5，透镜窗5便于激光束照射在工件8上；炉身外壁3的内侧设有绝热层4。
参照图3，所述的固定导电块12上连接有炉头顶推电极18，炉头顶推电极19的外侧设有炉头电极外壁19；4个炉头顶推电极18采用对称分布，确保了通过加热工件8截面的电流强度尽可能均匀，继而提高工件8的加热均匀度。
所述的串接柱11、炉头导电块9、炉尾导电块7、固定导电块12用石墨制成；所述的炉尾墙6、炉头电极顶盖13、炉头电极外壁19用硅质耐火材料制成；所述的炉头电极10、炉头顶推电极18用碳化硅制成；所述的炉身顶盖2、炉身外壁3用碳素钢制成；所述的炉头顶推装置1用橡胶制成，所述的透镜窗5由石英制成。
所述的炉头顶推电极18插在固定导电块12的石墨套圈内，能够进行上下滑动，石墨套圈配合炉头顶推电极18，可以带动炉头电极10移动。
所述的工件8为0mm×10mm×3mm平板状、φ10mm×20mm圆柱状、20mm×10mm×10mm块状。
为了避免因加热过程中炉头顶推电极18和串接柱11的膨胀而导致固定导电块12变形、开裂，固定导电块12的直径大于炉头顶推电极18和串接柱10mm。
本发明的工作原理为：炉尾导电块7、工件8、炉头导电块9、炉头电极10、串接柱11、固定导电块12构成导电回路，实现工件8的电阻加热。
在工件8表面点焊热电偶丝通过加热炉控制系统检测和控制加热，同时利用透镜窗5引入脉冲激光在两轴移动平台的配合下对工件8表面进行激光处理。

Claims (6)

1.一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，包括支架(17)，其特征在于：支架(17)上安装有横向滑轨(15)，横向滑轨(15)的滑块上连接有纵向滑轨(16)，纵向滑轨(16)的滑块上连接有移动平台(14)，移动平台(14)放置有加热装置；
所述的加热装置包括炉身外壁(3)，炉身外壁(3)的一端连接有炉尾墙(6)，炉身外壁(3)的另一端连接有炉身顶盖(2)，炉身顶盖(2)的外侧连接有炉头顶推装置(1)；
所述的炉尾墙(6)内侧连接有炉尾导电块(7)，炉尾导电块(7)和工件(8)的一端连接，工件(8)另一端和炉头导电块(9)的一侧连接，炉头导电块(9)另一侧和炉头电极(10)一端连接，炉头电极(10)另一端和串接柱(11)一端连接，串接柱(11)另一端和固定导电块(12)连接，固定导电块(12)外侧设有炉头电极顶盖(13)，固定导电块(12)、炉头电极顶盖(13)安装在炉身顶盖(2)上；
所述的工件(8)正上方的炉身外壁(3)上设有透镜窗(5)，利用透镜窗(5)引入脉冲激光在两轴移动平台的配合下对工件(8)表面进行激光处理，炉身外壁(3)的内侧设有绝热层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，其特征在于：所述的固定导电块(12)上连接有炉头顶推电极(18)，炉头顶推电极(18)的外侧设有炉头电极外壁(19)；4个炉头顶推电极(18)采用对称分布，确保了通过加热工件(8)截面的电流强度尽可能均匀，继而提高工件(8)的加热均匀度。
3.根据权利要求2所述的一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，其特征在于：所述的串接柱(11)、炉头导电块(9)、炉尾导电块(7)、固定导电块(12)用石墨制成；所述的炉尾墙(6)、炉头电极顶盖(13)、炉头电极外壁(19)用硅质耐火材料制成；所述的炉头电极(10)、炉头顶推电极(18)用碳化硅制成；所述的炉身顶盖(2)、炉身外壁(3)用碳素钢制成；所述的炉头顶推装置(1)用橡胶制成，所述的透镜窗(5)由石英制成。
4.根据权利要求2所述的一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，其特征在于：所述的炉头顶推电极(18)插在固定导电块(12)的石墨套圈内，能够进行上下滑动，带动炉头电极(10)移动。
5.根据权利要求1所述的一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，其特征在于：所述的工件(8)为平板状、圆柱状或块状。
6.根据权利要求2所述的一种耦合激光处理的金属电阻加热装置，其特征在于：所述的固定导电块(12)的直径大于炉头顶推电极(18)和串接柱10mm。
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