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专利号: 2018109711026
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的装置,其特征在于,包括激光加载系统、控制系统、放置转换系统、焊接系统、中间层自动喷涂系统和三维移动平台系统;所述中间层自动喷涂系统中的中间层喷涂笔(37)将喷涂液喷涂到放置转换系统中一侧的基板(23)上;所述放置转换系统中另一侧的基板(23)置于焊接系统正下方位置;所述激光加载系统发射出的激光束辐照到焊接系统中的约束层(6)上;

所述三维移动平台系统包括L型底座(1)和三维移动平台(2);所述三维移动平台(2)安装在L型底座(1)的上面;

所述激光加载系统包括聚焦透镜(11)、透镜支架(10)、透镜高度调节器(9)、反射镜(12)和强脉冲激光器(13);所述强脉冲激光器(13)发出激光束辐照到45°布置的反光镜(12)上,经反光镜(12)反射到聚焦透镜(11)上进行聚焦,聚焦后的激光束打到焊接系统中约束层(6)的正上方;所述聚焦透镜(11)安装在透镜支架(10)上,透镜支架(10)安装在透镜高度调节器(9)上,且透镜支架(10)可通过透镜高度调节器(9)进行高度调节;透镜高度调节器(9)安装在L型底座(1)的竖直侧边上;

所述控制系统包括计算机(15)、强脉冲激光控制器(14)、中间层喷涂控制器(16)、气压控制器(17)、步进电机控制器(18)、和三维移动平台控制器(19);所述强脉冲激光控制器(14)、中间层喷涂控制器(16)、气压控制器(17)、步进电机控制器(18)和三维移动平台控制器(19)的一端均与计算机(15)通过电信号相连接;所述强脉冲激光控制器(14)的另一端与强脉冲激光器(13)通过电信号相连接;所述中间层喷涂控制器(16)的另一端与中间层喷涂机(41)通过电信号相连接;所述气压控制器(17)的另一端与第一气缸(29)、第二气缸(34)、第三气缸(40)通过电信号相连接;所述步进电机控制器(18的另一端与转换电机(31)通过电信号相连接;所述三维移动平台控制器(19)另一端与三维移动平台(2)通过电信号相连接;

所述焊接系统包括约束层(6)、约束层支架(5)、约束层高度调节器(4)、吸收层(23)和焊接加工底座(3);所述约束层(6)置于约束层支架(5)上,约束层支架(5)安装在约束层高度调节器(4)上,约束层支架(5)可通过约束层高度调节器(4)进行高度调节;约束层高度调节器(4)安装在L型底座(1)的竖直侧边上;所述焊接加工底座(3)安装在三维移动平台(2)上;

所述放置转换系统包括基板安放平台(24)、销钉(25)、平行连杆(26)、放置平台(27)、第一推杆(28)、第一气缸(29)、转换支架(30)、转换电机(31)、转换平台(32);所述转换平台(32)安装在三维移动平台(2)上;所述转换电机(31)安装在转换平台(32)上并控制转换支架(30)的旋转;所述第一气缸(29)安装在转换支架(30)上,并随转换支架(30)旋转;第一气缸(29)控制第一推杆(28)的伸缩移动;所述放置平台(27)与第一推杆(28)相连接;所述放置平台(27)两侧左右对称设置有平行连杆(26)的一端;平行连杆(26)的另一端通过销钉(25)与基板安放平台(24);所述基板安放平台(24)上放置有基板(23);

所述中间层自动喷涂系统包括自动喷涂平台(33)、第二气缸(34)、第二推杆(35)、滑块(36)、中间层喷涂笔(37)、喷涂笔夹持器(38)、第三推杆(39)、第三气缸(40)和中间层喷涂机(41);所述自动喷涂平台(33)安装在三维移动平台(2)上;所述第二气缸(34)和滑块(36)安装在自动喷涂平台(33)上并通过第二推杆(35)相连接;所述滑块(36)在第二气缸(34)的带动下,可沿自动喷涂平台(33)左右移动;

所述第三气缸(40)安装在滑块(36)上;第三气缸(40)带动第三推杆(39)运动;所述第三推杆(39)与喷涂笔夹持器(38)相连,所述中间层喷涂笔(37)安装在喷涂笔夹持器(38)上。

2.根据权利要求1所述的基于自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的装置,其特征在于,所述基板安放平台(24)的凹槽的尺寸为20mm×20mm×2mm,凹槽内放置有基板(23)。

3.根据权利要求1所述的基于自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的装置,其特征在于,所述焊接加工底座(3)上端面中心位置开设有凹槽,尺寸为60mm×35mm×7mm,该凹槽与基板安放平台(24)外轮廓的尺寸相匹配。

4.根据权利要求1所述的基于自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的装置,其特征在于,所述中间层喷涂笔(37)垂直于基板安放平台(24)。

5.自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、用砂纸将焊接件复板(8)和基板(23)的待焊接区域进行打磨以去除杂质和氧化层,用酒精作为清洗剂将焊接件复板(8)和基板(23)擦拭干净,自然晾干以获得清洁的表面;

S2、在约束层(6)下面喷涂一层黑漆,作为吸收层(7),将步骤S1中预处理的焊接件复板(8)贴在吸收层(7)的下表面;

S3、将基板(23)放置在基板安放平台(24)的凹槽内,通过计算机(15)控制气缸控制器(17),通过气缸控制器(17)分别控制第二气缸(34)和第三气缸(40),使得中间层喷涂笔(37)位于基板(23)的边缘处,控制中间层喷涂控制器(16)使得中间层喷涂机(41)工作,随后重新通过计算机(15)控制气缸控制器(17)使中间层喷涂笔(37)循环运动,将整个基板(23)上表面都喷上中间层;

S4、通过步进电机控制器(18)控制转换电机(31)旋转180°,使已经喷涂中间层的复板(23)位于焊接加工底座(2)的正上方,控制第一气缸(29)使第一推杆(28)收缩,使基板安放平台(24)卡在焊接加工底座(2)的凹槽内;与此同时,在放置转换系统(22)的另一边重复S3的步骤;

S5、调节透镜高度调节器(9)使得激光聚焦在步骤S2中的吸收层(7)上,调节光斑直径;

在达到要求一定的超声波振动时间后,控制强脉冲激光器(13)对复板(8)进行单次冲击,激光到达吸收层(7)上表面,吸收层(7)表面部分被气化和电离后产生高温高压等离子体,等离子体迅速向外喷溅膨胀,其反作用力可形成冲击波,焊接件复板(8)在冲击波作用下,高速撞击到焊接件基板(23)上,在碰撞界面的强塑性剪切变形和高温高压的作用发生固态冶金结合;

S6、完成一次焊接之后,计算机(15)控制气压控制器(17),气压控制器(17)控制第一气缸(29)伸出,使得基板安放平台(24)远离焊接加工底座(3),通过步进电机控制器(18)控制转换电机(31)旋转180°;重复步骤S2、S3、S4、S5即可得到所需要的焊接试样;

S7、清除焊接表面的黑漆,即得到光滑的焊接试样。

6.根据权利要求5所述的自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的方法,其特征在于,所述焊接件复板(8)的厚度为20μm~40μm,焊接件基板(23)的厚度为50μm~100μm。

7.根据权利要求5所述的自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的方法,其特征在于,所述焊接件复板(8)和基板(23)为异种金属材料。

8.根据权利要求5所述的自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的方法,其特征在于,所述约束层(6)为K9玻璃。

9.根据权利要求8所述的自动喷涂中间层的激光冲击焊接金属箔板的方法,其特征在于,所述K9玻璃为3mm厚。