[发明专利]分步式电子束熔焊与激光冲击强化复合制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种分步式电子束熔焊与激光冲击强化复合制造装置及方法，装置包括工作台；工作台顶面固定有基板；基板顶面固定有焊接台和强化台；真空焊接室固定在基板上，且罩住焊接台；电子束加工组件用于向焊接台方向发射电子束；激光束加工组件用于向强化台方向发射激光束；计算机用于在真空焊接室处于真空状态下，控制电子束加工组件向焊接件发射电子束，以及控制激光束加工组件发射激光束对完成电子束焊接后的焊接件进行强化。本发明能够消除经电子束焊接过程形成的焊缝产生的残余拉应力，显著的降低了裂纹的倾向性，有效地解决传统焊缝残余拉应力导致的疲劳性能下降问题以及抑制焊缝缺陷对产品性能的影响，适用于制备高可靠性的焊接件。

技术领域

本发明涉及电子束焊接和激光冲击强化技术领域，更具体的说是涉及一种分步式电子束熔焊与激光冲击强化复合制造装置及方法。

背景技术

电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25～300kV)加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。其实，高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100kV加速电压下仅能穿透0.025mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一深而窄的焊缝。电子束焊接技术以其高能量密度、高熔透性、焊接变形区小、易于控制、能焊接难熔及异种金属等优点在工业上得到了广泛的应用。但其存在焊缝力学性能较低，强度、拉伸及疲劳性能低于焊接母材等缺点。

激光冲击强化(Laser shock peening，LSP)作为一种新型的表面改性技术，其主要利用高功率密度(GW·cm^-2量级)、短脉宽(ns量级)的激光束辐照材料表面，使吸收层吸收激光能量发生爆炸性气化并形成高温高压等离子体，等离子体受到隔离层的限制形成高压冲击波，作用于金属表面并向内部传播。由于这种冲击波压力高达数个兆帕，其峰值应力远大于材料的动态屈服强度，从而使材料产生均匀密集的位错结构。同时在成型区域产生有益的残余压应力，能够有效抵消工件因机械加工形成的有害拉应力，从而提高金属构件的强度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命。

因此，如何消除经电子束焊接过程形成的焊缝产生的残余拉应力，降低裂纹的倾向性，有效地解决传统焊缝残余拉应力导致的疲劳性能下降问题以及抑制焊缝缺陷对产品性能的影响，适用于高可靠性的焊接工艺，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分步式电子束熔焊与激光冲击强化复合制造装置及方法，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

分步式电子束熔焊与激光冲击强化复合制造装置，包括：

工作台；所述工作台顶面固定有基板；所述基板顶面固定有焊接台和强化台；

真空焊接室；所述真空焊接室固定在所述基板上，且罩住所述焊接台；

电子束加工组件；所述电子束加工组件安装在所述真空焊接室的顶部，且用于向所述焊接台方向发射电子束；

激光束加工组件；所述激光束加工组件固定在所述强化台的上方；所述激光束加工组件用于向所述强化台方向发射激光束；

计算机；所述计算机用于在所述真空焊接室处于真空状态下，控制所述电子束加工组件向焊接件发射电子束，以及控制所述激光束加工组件发射激光束对完成电子束焊接后的焊接件进行强化。