專利名稱：激光沖擊爆炸焊接的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，特指一種激光沖擊爆炸焊接的方法和裝置，尤其適用于在復雜工件表面焊接一層具有特殊要求的材料。
背景技術(shù)：
常見的復合層焊接技術(shù)有壓力焊、爆炸焊接和電阻焊。電阻焊由于熱效應(yīng)影響容易使材料組織發(fā)生變化，而壓力焊需要壓力設(shè)備且對一些形狀復雜的工件表面焊接一層復合層有一定的困難。爆炸焊接沒有上述兩種方法的缺點，可以采用不同的裝藥方式實現(xiàn)在一定形狀的工件表面焊接復合層，但爆炸焊接不易控制，復合層的邊界難以精確成形，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差，只能用于一些形狀比較簡單或焊接后再進行加工的零件。
與本發(fā)明最為接近的技術(shù)是爆炸焊接技術(shù)。爆炸焊接利用炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟波使復合層材料獲得一定的拋飛速度，復合層材料高速運動撞擊基材，引起撞擊點材料濺射從而形成焊接。但爆炸焊接可控性差，對于形狀復雜的工件表面進行焊接不易精確成形，尤其是焊接邊界部分焊接質(zhì)量難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種激光沖擊焊接的方法和裝置，它可以在復雜的工件表面焊接一層有特殊要求的復合層，起到耐磨、防腐等目的。而且焊接不會引起基材性能太大變化，焊接精密可控。
實施該方法的裝置包括激光發(fā)生器控制裝置、激光發(fā)生器及導光系統(tǒng)、吸收層材料和由工件、夾具、工作臺及工作臺控制裝置組成的工件夾具系統(tǒng)，其特征在于在工件外面依次設(shè)有復合層材料，在復合層材料外側(cè)涂布混有炸藥的吸收層材料，在工件的非焊接部位涂布保護層材料。
本發(fā)明方法的特征在于將復合層材料覆蓋在工件表面，并和工件一起通過夾具安裝在工作臺上，在復合層材料外側(cè)涂布吸收層材料，在工件的非焊接部位涂布保護層材料。由激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按優(yōu)化好的參數(shù)產(chǎn)生激光脈沖，照射到涂布在復合層表面的吸收層材料上，吸收層材料汽化產(chǎn)生沖擊波，復合層材料在沖擊波作用下撞擊工件表面產(chǎn)生濺射形成焊點。通過工作臺控制裝置控制工作臺按一定軌跡移動，逐點焊接直至將整個復合層材料全部焊接到工件表面。當焊接到復合層材料邊緣部分時，涂布在工件表面的保護層則保護工件免受激光燒蝕。
本發(fā)明的實施過程如下1.根據(jù)零件要求焊接的復合層尺寸、形狀計算復合層毛坯的尺寸形狀，并裁剪復合層毛坯，把工件、復合層毛坯安裝到夾具上，復合層毛坯與工件之間留有一定間隙。
2.在工件焊接部位之外涂布保護層材料，如油漆、油脂等，避免焊接部位之外的工件材料被激光燒灼。
3.根據(jù)焊接強度要求混合能量轉(zhuǎn)換體和炸藥配置吸收層材料，并涂布或粘貼在復合層材料表面。
4.根據(jù)焊接強度要求編制程序用于激光發(fā)生器控制裝置，控制和調(diào)節(jié)激光參數(shù)；根據(jù)焊接部位形狀編制控制程序用于工作臺控制裝置，控制工件按一定軌跡運動。
5.激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光脈沖經(jīng)導光系統(tǒng)照射到吸收層材料上使其汽化、電離產(chǎn)生沖擊波，同時激光的熱效應(yīng)和沖擊波效應(yīng)引爆吸收層中的炸藥，激光沖擊波和炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟波共同作用，使復合層材料高速運動，撞擊工件，引起撞擊處材料濺射形成焊接。
6.通過工作臺控制裝置控制工件按預定軌跡移動，逐點焊接，實現(xiàn)精密可控焊接成形。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用激光沖擊爆炸焊接可以實現(xiàn)復雜形狀工件的精密焊接，不但復合層和基材之間的結(jié)合強度可控，而且能夠適應(yīng)各種形狀的復合層焊接。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的基于激光沖擊波技術(shù)的激光沖擊焊接裝置示意圖。
1.激光發(fā)生器控制裝置 2.激光束發(fā)生器及導光系統(tǒng) 3.激光束 4.吸收層材料 5.保護層材料 6.復合層材料 7.工件 8.夾具 9.工作臺 10.工作臺控制裝置 11.數(shù)字控制裝置 12.計算機
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明提出的具體裝置的細節(jié)和工作情況。
本裝置包括激光發(fā)生器控制裝置(1)、激光發(fā)生器及導光系統(tǒng)(2)、吸收層材料(4)和工件夾具系統(tǒng)，工件夾具系統(tǒng)包括保護層材料(5)、復合層材料(6)、工件(7)、夾具(8)、工作臺(9)及工作臺控制裝置(10)。
復合層材料(6)覆蓋在工件(7)表面，并和工件(7)一起通過夾具(8)安裝在工作臺(9)上，在復合層材料(6)外側(cè)涂布混有炸藥的吸收層材料(4)，在工件(7)的非焊接部位涂布保護層材料(5)。由激光發(fā)生器控制裝置(1)控制激光發(fā)生器(2)按優(yōu)化好的參數(shù)產(chǎn)生激光脈沖(3)，照射到涂布在復合層(6)表面的吸收層材料(4)上，吸收層材料(4)汽化產(chǎn)生沖擊波，同時激光的熱效應(yīng)和沖擊波效應(yīng)又引爆混合在吸收層材料中的炸藥產(chǎn)生爆轟波，復合層材料(6)在激光誘導的沖擊波和炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟波聯(lián)合作用下高速運動并撞擊工件(7)表面產(chǎn)生濺射形成焊點。通過工作臺控制裝置(10)控制工作臺(9)按一定軌跡移動，逐點焊接直至將整個復合層材料全部焊接到工件表面。當焊接到復合層材料(6)邊緣部分時，涂布在工件表面的保護層(5)則保護工件(7)免受激光燒蝕。
激光發(fā)生器產(chǎn)生能量在10～100焦耳，持續(xù)時間8～80納秒的激光脈沖，激光束的光斑模式可是基模、多模等多種模式，由激光發(fā)生器的控制裝置控制和調(diào)節(jié)。
激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光脈沖光束經(jīng)導光系統(tǒng)照射到吸收層材料上，被其中的能量轉(zhuǎn)換體吸收并引起吸收層材料汽化、電離產(chǎn)生沖擊波，同時激光熱效應(yīng)和沖擊波效應(yīng)引起吸收層中炸藥爆炸產(chǎn)生爆轟波，二者共同作用使復合層材料高速運動，并撞擊工件表面，引起撞擊點材料的濺射從而焊接在一起。
通過工作臺控制裝置控制工件移動，逐點焊接最終使整個復合層材料全部焊接到工件上。
由于激光參數(shù)可控，且吸收層中炸藥種類、含量以及吸收層厚度可以調(diào)節(jié)，因此可以控制復合層與工件之間的焊接強度，而利用工作臺的移動可以適應(yīng)各種形狀復合層的焊接。
權(quán)利要求
1.激光沖擊爆炸焊接的方法，其特征是復合層材料覆蓋在工件表面，并和工件一起通過夾具安裝在工作臺上，在復合層材料外側(cè)涂布混合一定量的炸藥成分的吸收層材料，在工件的非焊接部位涂布保護層材料；由激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按優(yōu)化好的參數(shù)產(chǎn)生激光脈沖，照射到涂布在復合層表面的吸收層材料上，吸收層材料汽化產(chǎn)生沖擊波，復合層材料在沖擊波作用下撞擊工件表面產(chǎn)生濺射形成焊點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光沖擊爆炸焊接的方法，其特征在于通過工作臺控制裝置控制工作臺按一定軌跡移動，逐點焊接直至將整個復合層材料全部焊接到工件表面。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的激光沖擊爆炸焊接的方法的裝置，包括激光發(fā)生器控制裝置(1)、激光發(fā)生器及導光系統(tǒng)(2)、吸收層材料(4)和由工件(7)、夾具(8)、工作臺(9)及工作臺控制裝置(10)組成的工件夾具系統(tǒng)，其特征在于在工件外面依次設(shè)有復合層材料(6)，在復合層材料(6)外側(cè)涂布混有炸藥的吸收層材料(4)，在工件的非焊接部位涂布保護層材料(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光沖擊焊接加工的方法和裝置，特別適用于形狀復雜的工件表面焊接具有特殊要求的復合層材料。該裝置由激光發(fā)生器控制裝置、激光發(fā)生器及導光系統(tǒng)、吸收層材料和工件夾具系統(tǒng)組成。其中吸收層材料是由增強激光吸收效果的能量轉(zhuǎn)換體和炸藥按一定比例混合而成；工件夾具系統(tǒng)則包括復合層材料、保護層材料、工件、夾具、工作臺及工作臺控制裝置。利用激光照射吸收層材料誘導產(chǎn)生沖擊波，同時利用激光熱效應(yīng)和沖擊波效應(yīng)引爆吸收層材料中混合的炸藥產(chǎn)生爆轟波，沖擊波和爆轟波共同作用使復合層材料高速拋飛，并撞擊工件，在撞擊點引起材料濺射從而形成焊接。由于激光參數(shù)精確可控，因此易于實現(xiàn)精密焊接成形。
文檔編號B23K26/20GK1757480SQ20051009415
公開日2006年4月12日 申請日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者張永康, 顧永玉, 葛濤 申請人:江蘇大學