[发明专利]一种激光再制造金属薄板焊接件的方法和装置

权利要求书

1.一种激光再制造金属薄板焊接件的方法，其特征在于：首先利用裂纹检测仪检测金属薄板焊接件接头表面的裂纹，利用连续激光对裂纹进行重熔修复，然后将修复后的薄板焊接件接头表面进行打磨抛光处理；再在薄板焊接件上下表面粘附吸收层，采用工件夹具将薄板焊接件固定在真空箱中进行加热，使其温度上升至金属动态应变时效温度区域，采用脉冲激光双面同时冲击薄焊接件接头上下两表面，在高能冲击力作用下，冲击区域的金属表层产生严重塑性变形并且内部微观组织结构发生演变，最终导致焊接件接头处表层晶粒细化，并在冲击区域诱导高幅残余压应力，从而提高接头处的机械性能。

2.如权利要求1所述的一种激光再制造金属薄板焊接件的方法，其特征在于：所述的连续激光参数为：脉宽为50μs- 20 ms，功率为1-5 kW，光斑直径2-10 mm，搭接率为50%；所述脉冲激光参数范围为：脉宽8-30 ns，重复频率为1-100 Hz，脉冲能量为1-20 J，光斑大小为3-10 mm。

3.如权利要求1所述的一种激光再制造金属薄板焊接件的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将焊接件固定在真空箱底部，盖上上透视窗，将真空箱抽至真空，采用裂纹检测仪检测金属薄板焊接件接头处的裂纹，然后通过控制系统控制激光器激发重熔激光束聚焦在焊接裂纹表面，采用毫秒连续激光束瞬间照射裂纹处，使裂纹区域重熔并闭合裂纹；

（2）将薄板焊接件取出，磨平抛光激光重熔区域后，在接头上下两表面均粘附吸收层，边缘采用耐高温密封胶带密封，采用工件夹具将薄板焊接件固定在真空箱底部，薄板焊接件接头下表面对准真空箱下透视窗，使激光器激发的纳秒脉冲激光束能够透过真空箱下透视窗冲击强化薄板焊接件接头下表面，向真空箱中注入710型高温硅油，使油面高出焊接件上表面1-2 mm，关闭真空箱上透视窗，将真空箱抽至真空，先预热薄板焊接件，将温度提高到动态应变时效温度；利用控制系统控制加热板，对真空箱中内部环境加热，通过温度传感器将数据反馈给控制系统，从而控制箱内温度，将薄板焊接件加热到动态时效温度区域；

（3）根据薄板焊接件的厚度和材料特性设置连续激光参数，采用双面脉冲激光同时冲击激光重熔区域；

（4） 通过表面轮廓监测仪反馈系统，测量冲击过程中表面的变形量，把信息反馈给控制系统，根据反馈信息调节激光冲击工艺参数，实现金属薄板焊接件的再制造。

4.一种激光再制造金属薄板焊接件的方法的装置，其特征在于：所述装置包括控制系统、激光器、真空箱、裂纹检测仪、表面轮廓监测仪、工件夹具、薄板焊接件、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、激光发射头Ⅰ、激光发射头Ⅱ和五轴联动工作台，真空箱位于五轴工作台上由真空箱夹具固定，真空箱顶端和底端中间均设有上透视窗和下透视窗、真空箱内设有加热板、用于测量薄板焊接件温度的温度传感器和液位计，真空箱一侧设有加液阀门和排液阀门，真空箱顶端一侧设有抽真空阀门，真空箱内部四周设有隔热层，当真空箱内焊接接头的温度处于金属动态应变时效温度时，加热板停止加热，薄板焊接件被固定在真空箱内部底座上，薄板焊接件上依次设有吸收层和约束层；用耐高温密封胶带将吸收层与薄板焊接件密封并用工件夹具固定；表面轮廓监测仪和裂纹检测仪安装在真空箱上透视窗上方；激光器发出的连续激光由激光发射头Ⅰ通过上透视窗照射在薄板焊接件上表面；；激光器发出的脉冲激光一路由激光发射头Ⅰ通过上透视窗照射在薄板焊接件上表面，另一路经反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、激光发射头Ⅱ通过下透视窗照射在薄板焊接件下表面。

5.如权利要求4所述的一种激光再制造金属薄板焊接件的方法的装置，其特征在于：所述吸收层为美国3M公司的铝箔，其厚度为0.3 mm，所述约束层为710型高温硅油，利用液位计监测焊接件上表面约束层的厚度，通过加液阀门和排液阀门来控制焊接件上表面的约束层厚度为1-2mm；所述支撑焊接件的底座为厚度可调的调节板，控制焊接件下表面与下透视窗的距离为1-2 mm，保证焊接件下表面的约束层厚度。