[发明专利]一种提高回转体零件焊缝力学性能的装置与方法

说明书

本发明涉及一种提高回转体零件焊缝力学性能的装置与方法。包括激光冲击强化系统、PLC控制系统与夹具装置，滚珠丝杠机构与伺服电机相连来调整工件高度，喷水装置给激光冲击强化焊缝时提供流水作为约束层；回转体零件被位于两端的机械手加紧，机械手与步进电机相连可通过PLC控制系统控制转动角度，步进电机下方的转动机构调整工件倾斜角度，使得光斑能冲击到焊缝的不同位置，达到冲击强化的目的。本发明可加工回转体零件范围广，焊缝位置不限，冲击诱导的高温等离子产生高压冲击波作用在焊缝上，可以产生较深的残余应力并细化晶粒，表面产生纳米晶，能够显著提升焊缝的力学性能，延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于激光加工处理技术领域，特制提高回转体焊缝力学性能的装置与方法。

背景技术

焊接是在当今工业领域最为常见的加工方式，按照焊接程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。这些工艺广泛地应用于造船，航空航天，汽车、电子等领域，可见焊接在国民经济中占有很重要的地位。相比普通连接方式大多需要消耗额外的材料，而焊接件可以相对节省15%-20%的材料;对于一些结构比较复杂的工件不能通过铸造、锻造等方法直接加工制成，采用焊接的方式可以大大节省生产周期。

然而焊接件不可避免具有一定的缺陷，由焊接热引起的焊接残余应力、低微观硬度以及粗微观组织的存在大大削弱了焊接件焊缝处的机械性能与耐腐蚀性能等。

传统方法比如轧制、爆炸冲击或热处理等可以用来提高焊接件薄弱区的强度，但这些方法往往不切合实际或者不合乎要求。因此，采用何种类型的新型方法提高焊接处焊缝的力学性能，成为目前技术领域人员亟待解决的问题。

激光冲击强化技术作为一种先进的具有很高效率的高应变强化技术，可以针对工件具体的某个区域进行局部强化，激光照射吸收层爆发出的高能量冲击波可以在基体金属表面

激发出一定深度的残余压应力层，并有效减小或消除焊接件焊缝表面的残余拉应力，同时可以细化焊缝表面及焊缝区域的粗微观组织，抑制裂纹源的产生，大幅提升焊接件焊缝处的机械性能。

一般的企业使使用多轴机械手进行焊接处的激光冲击强化处理，但是该方法定位精度较差，对细长零件的挠度要求较高。在处理细长零件激光冲击时会产生轻微晃动，不利于产生良好的强化效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高回转体零件焊缝力学性能的装置与方法，用来提高回转体零件的使用寿命与用于更加严苛的工况。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为: 一种提高回转体零件焊缝力学性能的装置，包括激光发生装置和导轨，导轨右侧装有第一伺服电机，左侧装有第二伺服电机，所述第一伺服电机控制第一工作台在所述导轨上左右运动，所述第二伺服电机控制第二工作台在所述导轨上左右运动；所述第一工作台上连接有第三伺服电机，所述第三伺服电机通过第一联轴器与第一滚珠丝杠机构相连。所述第一滚珠丝杠机构与第一连接板在滚珠螺母上相连；所述第一连接板上装有第一旋转机构；所述第一旋转机构与第一步进电机在底部相连；所述第一步进电机与第一机械手相连；所述第二工作台上连接有第四伺服电机，所述第四伺服电机通过第二联轴器与第二滚珠丝杠机构相连。所述第二滚珠丝杠机构与第二连接板在滚珠螺母上相连；所述第二连接板上装有第二旋转机构；所述第二旋转机构与第二步进电机在底部相连；所述第二步进电机与第二机械手相连。

上述方案中，所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转机构、第二旋转机构通过数据连接线与PLC控制系统相连。

上述方案中，激光发生装置包括激光发生器，扩束透镜位于激光发生器的正右侧，用来将入射高能激光扩展为平行激光束；导光系统将所述平行激光束反射到聚焦透镜上，所述聚焦透镜将所述平行激光束聚焦成光斑。

上述方案中，还包括喷水装置。