[发明专利]一种针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法有效

专利信息
申请号: 201911081694.5 申请日: 2019-11-07
公开(公告)号: CN110788486B 公开(公告)日: 2022-04-15
发明(设计)人: 曹思洋;王雪辉;王玉莹;胡雪娇;吴巍;喻浩;王建刚 申请(专利权)人: 武汉华工激光工程有限责任公司
主分类号: B23K26/24 分类号: B23K26/24;B23K26/60;C03B25/00;C30B33/02
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 徐瑛
地址: 430223 湖北省武汉市*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 针对 脆性 透明 材料 异形 结构 系统 精密 加工 方法
【权利要求书】:

1.一种针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,包括:

搭建异形3D结构的激光焊接平台,所述平台包括激光器、激光光路、同轴视觉系统、旁轴视觉系统、焊接头、夹具、水平调整支架和运动平台;

利用夹具进行样品夹合;

将夹合样品后的夹具安装至运动平台,利用同轴视觉系统和水平调整支架对夹具进行调整;

利用旁轴视觉系统抓取焊接轮廓,在激光加工辅助绘图软件中生成焊接界面内、外边缘轮廓,根据这组轮廓自定义焊接轨迹数量,自动填充生成若干条焊接轨迹,每条焊接轨迹起始点与终点闭合,最靠近内/外侧轮廓焊接轨迹与材料轮廓间距大于二分之一熔池宽度10-70微米,焊接轨迹间距大于熔池宽度10-40微米,进行轮廓定位和加工轨迹制定;

激光器产生激光,经激光光路、焊接头聚焦至焊接界面进行焊接,运动平台根据制定好的轮廓定位和加工轨迹运动,直至完成焊接;

完成焊接后的焊接样品放入退火炉中,按照升温-恒定退火温度-降温的温度曲线进行退火;

退火后的焊接样品放入强化炉中进行强化。

2.根据权利要求1所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,在利用夹具进行样品夹合前,对样品及夹具进行表面清洁。

3.根据权利要求2所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,对样品及夹具进行表面清洁进一步包括:首先利用超声波清洗机对样品及夹具进行清洗;然后利用离子风枪对样品及夹具的表面进行持续吹洗。

4.根据权利要求1所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,利用夹具进行样品夹合时,夹具上半部分所在平面为基准面,下半部分施加压力使待焊接的材料紧密贴合,形成的待焊区域间隙小于200纳米,待焊区域左右延展10毫米区域内间隙小于1微米。

5.根据权利要求1所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,进行焊接时,每条焊接轨迹起始3-10毫米处与终点3-10毫米发生首尾连接重合。

6.根据权利要求1所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,所述激光器为超短脉冲激光器,所述超短脉冲激光器产生脉宽200-800飞秒、单脉冲能量0.5-5微焦、重复频率175-2000千赫兹的超短脉冲激光。

7.根据权利要求6所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,所述运动平台的运动速度为10mm/s-100mm/s,根据所述运动平台的运动速度和激光重复频率得到激光加工的点间距。

8.根据权利要求1所述的针对脆性透明材料异形3D结构的系统精密加工方法,其特征在于,按照升温-恒定退火温度-降温的温度曲线进行退火时,升温过程满足:

其中,a是样品的半厚,单位厘米;恒定退火温度高于焊接样品材料软化温度20-50℃;降温温度速率2-4℃/分钟。

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