一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，包括：夹持焊接件，并扫描焊缝位置，生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理。其中，对焊缝两侧表面进行激光喷丸处理时，通过一定功率的激光击打到金属薄壁件的表面上诱导产生的冲击波对焊缝表面进行喷丸强化处理，进而消除焊缝区的残余拉应力，使焊缝区域晶粒细化，位错密度增加，提高焊缝强度，同时对焊接件的变形进行局部校形，保证零件的尺寸精度。因此，本发明专利技术能够减轻航天器件中金属薄壁件的重量，同时将焊接结构中的焊缝进行优化处理，提高焊接质量。本发明专利技术还公开一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化装置，其有益效果如上所述。

Laser shot peening lightweight welding method and device for riveted structure of metal thin-wall parts

The invention discloses a sheet metal welding and riveting structure modified lightweight laser peening method: clamping welding, welding position and scanning, laser processing path generation; according to the laser processing path on the both sides of the weld surface of laser peening. Among them, on both sides of the weld surface by laser shot peening, surface induced by laser hitting to metal thin-walled parts with certain power on the shock wave on the weld surface by shot peening treatment, thereby eliminating the residual tensile stress in the weld zone, the weld region of fine crystal grain, the dislocation density increases, improve the weld strength, at the same time the deformation of weldments for local shape correction, to ensure the accuracy of the part. Therefore, the invention can lighten the weight of the metal thin-wall parts in the space device, and optimize the welding seam in the welding structure at the same time, and improve the welding quality. The invention also discloses a laser shot peening light weight device for the riveting and welding structure of metal thin-wall parts.

【技术实现步骤摘要】
一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法与装置
本专利技术涉及金属表面处理及焊接
，特别涉及一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法。本专利技术还涉及一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化装置。
技术介绍
随着我国经济的高速发展，航空航天业在国民生产和生活中起着越来越重要的作用。为了满足国内日益增长的货运客运需求，ARJ21、C919、运20等飞机与长征5号等火箭相继完成研发与服役，相应的，航空航天制造业在国民生产中占比也越来越大。航空航天器件中重量的控制是头等大事，也是影响航空航天器运载效率的主要因素。提高航空航天器效率的方法主要有两种，一是研发大功率发动机，二是对航空航天器进行减重。减重能够增加军用飞机的航程，提高军机的载弹量，对于民用飞机来说，可以提高载客量，节约成本等。对航空航天器减重的方法有材料减重和结构设计减重两种方法。选材方面，目前已广泛采用轻质材料，如钛合金、高强铝合金、复合材料等。传统装配连接技术已难以满足这些先进材料的工艺要求，焊接技术已由原来的辅助制造工艺演变成为飞机制造中的关键技术。目前航空航天器件中还存在大量的铆接结构，将铆接改成焊接能够简化结构设计，有效减轻重量。如空中客车A330/A340机身壁板采用激光双光束对称焊接，取代原有的铆接密封壁板，减重达到15％，降低成本15％，同时提高了壁板的密封性能。随着焊接技术的快速发展，焊接结构件在航空航天器件中占比越来越大，如焊接结构件在喷气发动机零部件总数中所占比例已超过50％，焊接的工作量已占发动机制造总工时的10％左右。虽然焊接技术，特别是高能束流焊接技术在航空航天器件减重中起着重要作用，但仍然存在焊接变形和焊缝强度问题，这些问题的存在给航空航天器的正常使用带来很大的潜在威胁。因此，如何在减轻金属薄壁件的重量的基础上，消除金属薄壁件焊接结构的焊缝变形，提高焊缝强度，保证零件的尺寸精度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，能够通过焊接的方式减轻金属薄壁件的重量，并且消除焊缝区残余拉应力，强化焊缝强度，保证零件的尺寸精度。本专利技术的另一目的是提供一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，包括：夹持焊接件，并扫描焊缝位置，生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理。优选地，夹持焊接件时，使所述焊缝的表面保持水平。优选地，扫描焊缝位置，具体包括：扫描所述焊缝在空间中的位置，并确定所述焊缝的形状和厚度。优选地，按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理具体包括：同时通过两束激光分别对所述焊缝的表面和底面按照所述激光处理路径进行激光喷丸处理。优选地，同时通过两束激光分别对所述焊缝的表面和底面按照所述激光处理路径进行激光喷丸处理之前，还包括：调整两束激光在所述焊缝的表面和底面的投影位置，并使两束激光的焦点在所述焊缝上的投影相同。优选地，调整两束激光在所述焊缝的表面和底面的投影位置之后，且在按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理之前，还包括：在所述焊缝的表面和/或底面涂覆用于防止被激光烧灼以及用于提高激光诱导的应力波压力峰值激光喷丸专用贴膜。优选地，对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理之后，还包括：检测所述焊接件的形变分布情况，并判断形变量是否满足要求，如果否，则根据所述焊接件的形变分布情况调整两束激光的强度，并继续对所述焊接件的两侧表面进行激光喷丸处理。本专利技术还提供一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化装置，包括用于夹持焊接件的夹持机器人、用于扫描所述焊接件上的焊缝位置的扫描设备、与所述扫描设备信号连接并用于根据其扫描结果生成激光处理路径的主控机，以及与所述主控机信号连接、用于按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理的激光器。优选地，还包括与所述主控机信号连接、用于对所述激光器发出的激光在所述焊缝上进行对焦的反射镜。优选地，还包括与所述主控机信号连接、用于对所述焊接件的表面涂覆用于防止被激光烧灼和用于提高激光诱导的应力波压力峰值的激光喷丸专用贴膜的涂覆机器人。本专利技术所提供的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，主要包括两个步骤，分别为：夹持焊接件，并扫描焊缝位置，生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理。其中，在第一步中，将焊接件，也就是经过焊接后的金属薄壁件稳固夹持，使其焊缝清晰可见，并使焊缝的两个侧面(表面和底面)上方具有足够的操作空间。接着扫描焊缝位置，由于金属薄壁件焊接之后，焊缝的区域可能存在污迹等导致焊接区域不明显，扫描焊接件后可以明确焊缝的具体情况。之后根据焊缝的具体情况确定后续进行激光喷丸处理时的激光处理路径，以提高激光喷丸处理效率和处理质量。然后就可按照制定的激光处理路径对焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理，从而通过一定功率的激光击打到金属薄壁件的表面上诱导产生的冲击波对焊缝表面进行喷丸强化处理，进而消除焊缝区的残余拉应力，使焊缝区域晶粒细化，位错密度增加，提高焊缝强度，同时对焊接件的变形进行局部校形，保证零件的尺寸精度。因此，本专利技术所提供的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，相比于现有技术，金属薄壁件的连接方式由铆接改进为焊接，因此能够有效降低航天器件中金属薄壁件的重量，同时对金属薄壁件焊接结构中的焊缝进行优化处理，提高焊接质量和焊接件成型质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的一种具体实施方式的流程图；图2为本专利技术所提供的一种具体实施方式的结构图；图3为图2中所示的夹持机器人的夹持结构示意图；图4为图2中所示的涂覆机器人的作业情况示意图。其中，图2—图4中：主控机—1，焊接件—2，焊缝—201，激光器—3，扫描设备—4，夹持机器人—5，涂覆机器人—6，反射镜—7，激光喷丸专用贴膜—8，工控机—9，吸盘—10。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1，图1为本专利技术所提供的一种具体实施方式的流程图。在本专利技术所提供的一种具体实施方式中，金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法主要包括两个步骤，分别为：夹持焊接件2，并扫描其焊缝201位置，再生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝201的两侧表面进行激光喷丸处理，以利用激光冲击诱导的冲击波对所述焊缝201进行冲击锻打。其中，在第一步中，将焊接件2，也就是经过焊接后的金属薄壁件稳固夹持，使其焊缝201清晰可见，并使焊缝201的两个侧面(表面和底面)上方具有足够的操作空间。此处优选地，在夹持焊接件2时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，包括：夹持焊接件，并扫描其焊缝位置，再生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理，以利用激光冲击诱导的冲击波对所述焊缝进行冲击锻打。

【技术特征摘要】
1.一种金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，包括：夹持焊接件，并扫描其焊缝位置，再生成激光处理路径；按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理，以利用激光冲击诱导的冲击波对所述焊缝进行冲击锻打。2.根据权利要求1所述的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，夹持焊接件时，使所述焊缝的表面保持水平。3.根据权利要求2所述的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，扫描焊缝位置，具体包括：扫描所述焊缝在空间中的位置，并确定所述焊缝的形状和厚度。4.根据权利要求3所述的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，按照所述激光处理路径对所述焊缝的两侧表面进行激光喷丸处理具体包括：同时通过两束激光分别对所述焊缝的表面和底面按照所述激光处理路径进行激光喷丸处理。5.根据权利要求4所述的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，同时通过两束激光分别对所述焊缝的表面和底面按照所述激光处理路径进行激光喷丸处理之前，还包括：调整两束激光在所述焊缝的表面和底面的投影位置，并使两束激光的焦点在所述焊缝上的投影相同。6.根据权利要求5所述的金属薄壁件铆改焊结构的激光喷丸轻量化方法，其特征在于，调整两束激光在所述焊缝的表面和底面的投影位置之后，且在按照所述激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，杨青天，于秋云，杨智帆，杨丰槐，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44