CN114769361A - 一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，涉及铝合金材料领域，包括以下步骤：步骤一：对铝合金材料进行预处理；步骤二：确定铝合金材料的变形区域；步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正。本发明通过在铝合金材料表面进行微孔加工，同时结合加入低沸点合金粉末，一方面增加了激光的多次反射，提高了激光能量的利用率，另一方面减少了铝合金中金属元素的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料领域，具体讲是一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法。
背景技术
铝合金应用于造船业已有近百年的历史，随着国内外造船业突飞猛进地发展，船舶的轻量化越来越被重视，由于铝的低密度、高强度、高刚性和耐腐性，船舶设计者使用铝建造的船舶和使用钢材或其它合成材料建造的船舶相比重量减轻了15-20％。铝合金的高韧性、抗腐蚀性以及可焊性为建造对重量要求严格的船型提供了很好的选择，由于铝的加工成本较低，因此使用铝材制造船舶更具经济性。铝合金可以作为板材，也可以进行挤压成型加工和铸造加工。再加上铝合金突出的物理特性，使得用铝合金制造船舶十分具有经济性。从船舶设计者角度来看，使用铝合金制造的船舶可以达到更高的速度以及更长的使用寿命，铝合金的这些优点，使其在船舶的应用上发展得很快，造船业为铝材提供了广阔的应用市场。
激光矫正，是把能量密度很高的激光束照射到工件上，使工件受热熔化，然后加压进行矫正，冷却。但是由于铝合金材料由于具有高反射性等缺点，因此，比较难以聚集激光能量，加工效果有待提高。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法。
本发明的技术解决方案如下：一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正。
作为本发明的优选方案，所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜。
作为本发明的优选方案，还包括对铝合金材料的变形区域进行预热处理。
作为本发明的优选方案，所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。
作为本发明的优选方案，所述角度为30-60°。
作为本发明的优选方案，所述低沸点合金粉末为Li粉和/铝粉。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，微孔的深度为0.01-0.1mm。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，两激光源间距为0.5-1.0mm，两激光源的能量比大于1：1。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，通过采用不同功率不同角度入射的激光源进行矫正，能够进一步提高铝合金材料的能量吸收。
(2)本发明的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，通过在铝合金材料表面进行微孔加工，同时结合加入低沸点合金粉末，一方面增加了激光的多次反射，提高了激光能量的利用率，另一方面减少了铝合金中金属元素的损耗。
具体实施方式
本发明以以下具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
以下的铝合金材料以7Y69铝合金为例。
实施例1
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。
还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为420W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为35°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为470W/mm2，扫描速度为4mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为Li粉。
所述步骤三中，微孔的深度为0.03mm。
所述步骤三中，两激光源间距为0.5mm。
实施例2
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。
还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度100℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为35°，第一激光功率密度为430W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为38°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为490W/mm2，扫描速度为5mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为Li粉。
所述步骤三中，微孔的深度为0.05mm。
所述步骤三中，两激光源间距为1.0mm。
实施例3
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为429W/mm2，扫描速度为2mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为45°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为478W/mm2，扫描速度为4mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为Li粉和/铝粉。
所述步骤三中，微孔的深度为0.06mm。
所述步骤三中，两激光源间距为0.9mm。
实施例4
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为436W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为55°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为492W/mm2，扫描速度为6mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为质量比3：1的Li粉和铝粉混合物。
所述步骤三中，微孔的深度为0.03mm。
所述步骤三中，两激光源间距为1.0mm。
实施例5
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述预处理还包括：喷砂处理之后，对铝合金材料进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为433W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为38°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为477W/mm2，扫描速度为4mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为质量比2：1的Li粉和铝粉混合物。
所述步骤三中，微孔的深度为0.1mm。
所述步骤三中，两激光源间距为0.8mm。
对比例1(无微孔加工)
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面铺设低沸点合金粉末，最后采用2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为420W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为35°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为470W/mm2，扫描速度为4mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为质量比3：1的Li粉和铝粉混合物。
所述步骤三中，两激光源间距为1.0mm。
对比例2(无低沸金属粉末)
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，最后采用2个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。第一激光源入射角度与水平夹角为30°，第一激光功率密度为420W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层，第二激光源入射角度与水平夹角为35°，且其与第一激光源入射方向相对，第二激光功率密度为470W/mm2，扫描速度为4mm/s，扫描层数为3层。
所述步骤三中，微孔的深度为0.03mm。
所述步骤三中，两激光源间距为1.0mm。
对比例3(一种激光源)
一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用1个激光源进行激光热能矫正，矫正时使用定位夹具进行以及使用氩气作为保护气体。
所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜，具体采用300目喷砂处理。
所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。还包括：喷砂处理之后，对变形区域进行预热处理，预热温度90℃。
所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。激光源入射角度与水平夹角为30°，激光功率密度为420W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为3层。
所述低沸点合金粉末为质量比3：1的Li粉和铝粉混合物。
所述步骤三中，微孔的深度为0.03mm。
所述步骤三中，两激光源间距为1.0mm。
对上述实施例和对比例进行性能测试。
矫正率＝(矫正前变形距离-校正后变形距离)/矫正前变形距离。
| 试样 | 矫正率(％) | 屈服强度(Mpa) | 抗拉强度(Mpa) |
| 实施例1 | 96.12 | 319 | 487 |
| 实施例2 | 96.15 | 311 | 479 |
| 实施例3 | 96.19 | 322 | 488 |
| 实施例4 | 96.14 | 315 | 486 |
| 实施例5 | 96.11 | 316 | 484 |
| 对比例1 | 94.12 | 298 | 445 |
| 对比例2 | 94.01 | 288 | 439 |
| 对比例3 | 93.42 | 281 | 436 |
从上表可以看出，实施例的性能优于对比例，主要的原因可能如下：对比例1的分析可知，通过在铝合金材料表面进行微孔加工，一方面增加了激光的多次反射，提高了激光能量的利用率，对比例2的分析可知，加入低沸点合金粉末，可以减少了铝合金中比该金属高的沸点的金属元素的损耗。对比例3分析可知，通过采用不同功率不同角度入射的激光源进行矫正，能够进一步提高铝合金材料的能量吸收。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对铝合金材料进行预处理；
步骤二：确定铝合金材料的变形区域；
步骤三：在变形区域表面进行不同深度的微孔加工，然后在微孔上铺设低沸点合金粉末，最后采用至少2个激光源进行激光热能矫正。
2.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述步骤一中，预处理为去除铝合金材料表面的氧化膜。
3.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，还包括对铝合金材料的变形区域进行预热处理。
4.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述步骤二中，采用激光测距仪确定铝合金材料的变形区域。
5.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述步骤三中，激光源采用不同角度入射变形区域。
6.根据权利要求4所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述角度为30-60°。
7.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述低沸点合金粉末为Li粉和/铝粉。
8.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述步骤三中，微孔的深度为0.01-0.1mm。
9.根据权利要求1所述的一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法，其特征在于，所述步骤三中，两激光源间距为0.5-1.0mm，两激光源的能量比大于1：1。
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