[发明专利]低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置

说明书

本发明公开了低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置，属于激光焊接领域，包括高温锻造步骤，焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，同时短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接的零件焊缝区，对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打；低温锻造步骤，在高温锻造步骤之后进行，利用激光束对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行冲击锻打。通过两束激光连续对焊接表面的激光高温锻造，细化具有不同比容组织的晶粒和消除焊接缺陷，将焊接应力降低至最低点；通过对焊缝区的激光的低温锻造，重构残余应力分布状态，将焊缝的残余拉应力转变成残余压应力，进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置。

背景技术；

普通的焊接方法都有一个共性缺点：焊接过程中会产生焊接应力且焊缝“铸态组织”的焊接强度低。焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在厚度不大的焊件中，焊接残余应力基本上是平面应力，厚度方向的应力很小。焊接残余应力会影响焊件的强度、刚度、受压稳定性、加工精度、尺寸稳定性以及耐腐蚀性等。

2017104401245公开了利用双激光冲击锻打的焊接方法和装置，其利用高能激光束利用热效应辐射加热金属工件表面继续宁焊接，同时第二束短脉冲激光利用冲击波力学效应对快速冷却到最佳温度的焊接区进行冲击锻打，由此使得焊接应力低。

然而，这种方式仍存在较多的残余应力，对焊件依然存在不利。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，能够进一步消除或减少了焊接应力产生的危害。

本发明所采用的技术方案是：

一种低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法，包括：

高温锻造步骤，焊接激光束照射到材料表面，通过材料表面吸收激光能量使辐照位置熔化形成焊接熔池，同时短脉冲激光束直接作用在高温激光焊接的零件焊缝区，对易塑性变形的高温区金属进行冲击锻打；

低温锻造步骤，在高温锻造步骤之后进行，利用激光束对快速冷却到最佳低温锻造温度的焊缝区进行冲击锻打。

作为本发明的进一步改进，高温锻造步骤中，尚处于高温的焊接区域经过短脉冲激光束冲击锻打后逐层堆叠完成高温焊接。

作为本发明的进一步改进，焊接激光束和短脉冲激光束在焊接强化过程中始终保持位置不变，且两束激光同时作用在待焊接强化区域，直到整个零件焊接工作完成。

作为本发明的进一步改进，计算与测量高温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控高温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得高温锻造过程精准进行。

作为本发明的进一步改进，计算与测量低温锻造区温度由最高点冷却到最低点的时间分布以及焊接的厚度，合理分配调控低温锻造区需要激光冲击锻打的参数，根据该参数计算出激光的重复频率和功率，由此进行实时调控，使得低温锻造过程精准进行。

作为本发明的进一步改进，低温锻造区以及高温锻造区需要激光冲击锻打的参数包括冲击次数和冲击力大小。

本发明还公开利用实施上述方法的装置，其采用的技术方案是：

包括：

激光焊接系统，用以提供所述焊接激光束；