【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光焊接领域，具体涉及激光冲击提高合金激光焊接头性能的原位激光焊接设备及方法。
技术介绍
1、fe-cr-al合金为铁基合金的一种，以其优异的高温机械性能、高温抗氧化性、抗腐蚀性、低电阻温度系数和高电阻率，被广泛应用于电热元件、高温炉部件、核反应堆包壳材料等领域。fe-cr-al合金是一种由氧化物弥散强化(ods)机制与固溶强化机制共同作用的合金，然而ods强化机制，在激光熔焊中的高温会导致合金元素的重新分布和微观结构的变化，o原子会相互结合形成氧气被大量烧损，激光焊接的熔化与快速冷却凝固过程也不足以使氧化相小颗粒弥散致各处，相关研究同时也观察到再析出的氧化相会明显长大，从而造成ods强化机制的损失。耐高温氧化膜的存在使得焊接fe-cr-al合金需要更高的激光功率，较高能量输入导致结晶组织与氧化相长大，同时氧化膜的存在会导致气孔、液化裂纹生成的概率增加，降低了激光焊接接头的性能。
2、激光冲击强化技术(lsp)是一种利用激光诱导等离子体冲击波来提高材料疲劳寿命的新型表面改性技术。这项技术通过短脉冲、高峰值功率密度的激光作用在工件表面，形成高压等离子体冲击波，导致材料表层发生塑性变形，产生残余压应力层，从而提高材料的耐磨损、抗应力腐蚀和抗疲劳性能。对于ods强化机制下的fe-cr-al合金，激光冲击强化技术能够在ods合金表面引入残余压应力，改善微观组织，从而提高其性能。而激光冲击强化技术几乎不对材料产生热效应，因此可以避免因受热产生的晶粒长大与氧化相长大现象，是一种有效的针对fe-cr-al合金激光焊接
技术实现思路
1、针对
技术介绍
的不足，本专利技术的目的在于提供一种激光冲击提高合金激光焊接头性能的原位激光焊接设备及方法，解决了现有技术中激光焊接接头性能低，需要频繁更换激光冲击设备、生产效率低的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、根据本申请的一个方面，公开了一种激光冲击提高合金激光焊接头性能的原位激光焊接设备，包括：pc控制端、控制系统、激光振镜、夹具和工作台；
4、所述pc控制端用于设置焊接工艺参数、冲击工艺参数及控制程序传输给所述控制系统；
5、所述控制系统位于所述pc控制端和所述激光振镜之间，所述控制系统包括工控器、光纤激光器、合束光纤、机器人控制端和机械臂；所述工控器接收所述pc控制端的指令控制所述光纤激光器输出激光，所述光纤激光器包括焊接光纤激光器和冲击光纤激光器，所述焊接光纤激光器和所述冲击光纤激光器输出的激光经合束光纤合并后入射至激光振镜，所述机器人控制端位于所述光纤激光器和所述机械臂之间，所述机械臂与所述激光振镜连接；
6、所述夹具设置于所述工作台上。
7、根据本申请的另一个方面，还公开了一种激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，包括：
8、获取第一待焊接fe-cr-al合金母材和第二待焊接fe-cr-al合金母材各自对应的尺寸信息；
9、将第一待焊接fe-cr-al合金母材和第二待焊接fe-cr-al合金母材进行对接，对接后所述第一待焊接fe-cr-al合金母材和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材之间存在焊接间隙，所述第一待焊接fe-cr-al合金母材和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材均进行预处理操作；
10、沿焊接路径方向布置激光振镜，所述焊接路径方向为所述第一待焊接fe-cr-al合金母材(6)和第二待焊接fe-cr-al合金母材(7)进行对接后形成的所述焊接间隙的长度方向；
11、控制系统控制所述激光振镜对所述焊接缝隙的两端进行点焊固定；
12、基于所述第一待焊接fe-cr-al合金母材和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材各自对应的所述尺寸信息，确定焊接工艺参数，其中，所述焊接工艺参数包括所述激光振镜输出的焊接激光功率为3000w～5000w，焊接速度为2.0m/min～2.6m/min，所述焊接激光的激光离焦量为0；
13、控制系统控制所述激光振镜输出焊接激光，以使得所述激光振镜沿所述焊接路径方向焊接所述第一待焊接fe-cr-al合金母材和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材，以得到焊接后的焊接板材；
14、确定冲击工艺参数，其中，所述冲击工艺参数包括所述激光振镜的脉冲能量为10～15j,脉宽为16ns～20ns，冲击激光频率为6khz～8khz，冲击光束移动速度为1.5m/min～2m/min，冲击激光离焦量为0；
15、控制系统控制所述激光振镜输出冲击激光，以使得所述激光振镜沿所述冲击路径方向对已焊接完成的所述焊接板材进行激光冲击，所述冲击路径与所述焊接路径一致。
16、在一些实施例中，通过夹具完成所述第一待焊接fe-cr-al合金母材和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材的对接，所述夹具的夹持面上分别设有导热片，被夹持的所述fe-cr-al合金母材未被导热片覆盖的宽度为3～10mm。
17、在一些实施例中，所述导热片为铜板或铝板的一种。
18、在一些实施例中，所述fe-cr-al合金母材的厚度为1mm～3mm。
19、在一些实施例中，所述焊接及冲击过程中用到保护气体，所述保护气体为99.99％纯氩气，所述保护气体的保护气流为10l/min；
20、在一些实施例中，所述焊接激光为实心圆形光斑，所述焊接激光光斑直径为1mm～3mm；所述冲击激光为直线光斑，所述冲击激光光斑直径为3mm～10mm，所述冲击激光垂直于所述焊接缝隙，所述冲击激光光斑的直线摆动频率为100～150hz。
21、在一些实施例中，所述预处理操作包括清洗、打磨、板材预热和开坡口。
22、在一些实施例中，所述焊接光纤激光器为连续光纤激光器或脉冲光纤激光器的一种，所述冲击光纤激光器为脉冲光纤激光器。
23、本专利技术包括但不限于如下有益效果：(1)焊接后进行激光冲击，通过激光冲击形成高压等离子体冲击波，使材料表层发生塑性变形，产生残余压应力层，提高了合金激光焊接头的性能；(2)本专利技术将激光焊接及激光冲击集成在一个设备上，不需要频繁的更换设备，大大提高了生产效率。
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1.一种激光冲击提高合金激光焊接头性能的原位激光焊接设备，其特征在于，包括：PC控制端(1)、控制系统(2)、激光振镜(3)、夹具(4)和工作台(5)；
2.一种激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，通过夹具(4)完成所述第一待焊接Fe-Cr-Al合金母材(6)和所述第二待焊接Fe-Cr-Al合金母材(7)对接，所述夹具(4)的夹持面上分别设有导热片(41)，被夹持的所述Fe-Cr-Al合金母材未被导热片覆盖的宽度为3～10mm。
4.根据权利要求3所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述导热片(41)为铜板或铝板的一种。
5.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述第一待焊接Fe-Cr-Al合金母材(6)和所述第二待焊接Fe-Cr-Al合金母材(7)的厚度范围均为1mm～3mm。
6.根据权利要求2所述的激光冲击提高合
7.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述焊接激光(8)为实心圆形光斑，所述焊接激光(8)光斑直径为1mm～3mm；所述冲击激光(9)为直线光斑，所述冲击激光(9)光斑直径为3mm～10mm，所述冲击激光(9)垂直于所述焊接缝隙，所述冲击激光(9)光斑的直线摆动频率为100～150Hz。
8.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述预处理操作包括清洗、打磨、板材预热和开坡口。
9.根据权利要求1所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述焊接光纤激光器(22a)为连续光纤激光器或脉冲光纤激光器的一种，所述冲击光纤激光器(22b)为脉冲光纤激光器。
...【技术特征摘要】
1.一种激光冲击提高合金激光焊接头性能的原位激光焊接设备，其特征在于，包括：pc控制端(1)、控制系统(2)、激光振镜(3)、夹具(4)和工作台(5)；
2.一种激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，通过夹具(4)完成所述第一待焊接fe-cr-al合金母材(6)和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材(7)对接，所述夹具(4)的夹持面上分别设有导热片(41)，被夹持的所述fe-cr-al合金母材未被导热片覆盖的宽度为3～10mm。
4.根据权利要求3所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述导热片(41)为铜板或铝板的一种。
5.根据权利要求2所述的激光冲击提高合金激光焊接接头性能的原位激光焊接方法，其特征在于，所述第一待焊接fe-cr-al合金母材(6)和所述第二待焊接fe-cr-al合金母材(7)的厚度范围均为1mm～3...
【专利技术属性】
技术研发人员：李岩磊，蔡恩林，唐世纪，李科，
申请(专利权)人：江苏星链激光科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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