[发明专利]一种激光加载下的水下冲击焊接金属与陶瓷的装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光加载下的水下冲击焊接金属与陶瓷的装置及其方法，涉及激光高速冲击焊接领域，该装置包括激光加载系统、控制系统、新型焊接系统、自动夹紧系统和三维移动平台系统；激光加载系统包括聚焦透镜、透镜支架、透镜高度调节器、反射镜和强脉冲激光器；控制系统包括计算机、强脉冲激光控制器、气压控制器、和三维移动平台控制器；新型焊接系统包括约束层、吸收层、焊接加工平台和焊接加工底座；自动夹紧系统包括自动夹紧装置和气缸；本发明方法通过加载激光对金属箔板和陶瓷进行冲击焊接，由于整个焊接过程都是在水下完成的，这可以最大程度的降低冲击焊接过程中陶瓷产生的裂纹现象，因此可以得到更好的焊接质量。

技术领域

本发明属于机械制造中激光高速冲击焊接领域，尤其是一种激光加载下的水下冲击焊接金属与陶瓷的装置方法。

背景技术

近年来，随着现代工业技术的快速发展，陶瓷材料因为具有耐高温、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀等优良性能，广泛应用于航空航天、电子电力、能源交通等领域。但是由于陶瓷本身的脆性使其加工能力较差，从而限制了陶瓷的应用和发展，而金属材料所具有的优良的延展性、导电性和导热性在一定程度上形成了明显的互补关系。两种材料的结合可以充分利用各自的优点，从而制造出满足要求的零件，这不仅可以降低成本，而且对陶瓷和金属材料的应用和发展也有重要的意义。目前人们将爆炸焊接技术应用于金属箔板与陶瓷之间的焊接，结果证明冲击焊接可以很好的焊接金属及陶瓷。激光冲击压力焊接是一种相对较新的高速冲击焊接技术，其焊接结合基本原理与爆炸焊接相同，都是利用两块板材以适当的冲击角度高速碰撞，当上层板和下层板的碰撞角度和冲击速度超过临界值时，在碰撞界面的强塑性剪切变形和高温高压的作用下会发生固态冶金结合。然而我们在使用传统的激光冲击焊接工艺时，发现由于陶瓷的脆性过大，在焊接过程中，尽管金属箔板和陶瓷片成功的焊接在一起，但是发现在焊接后陶瓷产生了裂纹。人们过去在使用爆炸焊接工艺焊接金属和陶瓷时也发现陶瓷产生了裂纹等现象，所以人们发明了一种水下爆炸冲击波焊接工艺，这种工艺完美的解决了在爆炸冲击焊接金属和陶瓷的过程中陶瓷的开裂现象。因此，基于水中爆炸焊接工艺，我们提出了一种基于激光加载下的水下冲击焊接金属与陶瓷的新型冲击焊接装置及其方法。

申请号为201610671249.4的中国专利提出了一种激光冲击焊接装置及其方法，该发明通过使焊接装置中的上层板加工倒梯形台阶，便于形成冲击焊接所需要的冲击角度和冲击速度。克服了传统激光冲击焊接方法中上层板与下层板之间必须给定一定飞行距离的局限性，解决了上层板尺寸受激光光斑尺寸限制的问题。

但是这种焊接方法在进行金属和陶瓷的焊接过程中却会使陶瓷产生裂纹等问题，这对于金属和陶瓷的焊接是不利。

发明内容

针对现有技术中冲击焊接的不足，本发明提供了基于激光加载下的水下冲击焊接金属及工业陶瓷的装置及其方法，该装置通过一种新型的冲击焊接系统，使整个冲击焊接过程都是在水中完成的，水在金属和陶瓷焊接过程中起到了一定的缓冲作用，这在保证激光冲击焊接金属和陶瓷成功的前提下，能够最大程度的防止陶瓷在巨大的冲击载荷下产生裂纹。同时通过自动夹紧装置将约束层固定，防止在复箔向下飞行的过程时产生的反作用力使约束层弹起。整个焊接过程工作可靠，自动化程度高，可以有效的提高焊接效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

基于激光加载下的水下冲击焊接金属及工业陶瓷的装置，包括激光加载系统、控制系统、新型焊接系统、自动夹紧系统和三维移动平台系统；

所述三维移动平台系统包括L型底座和三维移动平台；所述三维移动平台安装在L型底座的上面；

所述激光加载系统包括聚焦透镜、透镜支架、透镜高度调节器、反射镜和强脉冲激光器；所述强脉冲激光器发出激光发射到45°布置的反射镜上，经反射镜反射到聚焦透镜上进行聚焦，聚焦后的激光束照射到新型焊接系统中约束层的正上方；所述聚焦透镜安装在透镜支架上，透镜支架安装在透镜高度调节器上，且透镜支架可通过透镜高度调节器进行高度调节；透镜高度调节器安装在L型底座的侧边上；