一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和噴丸的組合裝置，將激光焊接-噴丸組件、超聲檢測(cè)裝置、水-氬氣入口、焊條填充裝置安裝于同一密閉罩，密封罩置于水下；擁有激光焊接、激光噴丸兩種功能，并能在處理結(jié)束后直接對(duì)工件進(jìn)行激光超聲檢測(cè)。通過(guò)設(shè)置不同的激光波長(zhǎng)與密封罩腔內(nèi)環(huán)境，可以使用不同的功能；當(dāng)激光焊接時(shí)，將氬氣從水-氬氣入口充入密閉罩腔內(nèi)；當(dāng)激光噴丸時(shí)，則將水從水-氬氣入口充入密閉罩腔內(nèi)。本發(fā)明的組合裝置結(jié)構(gòu)巧妙、易于操作、適應(yīng)性強(qiáng)、加工效率高，可應(yīng)用于水下焊接和激光噴丸交替或連續(xù)作業(yè)，特別適用于特殊環(huán)境下工作，缺陷所在面面積較小的缺陷修復(fù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特指一種集水下激光焊接和激光噴丸于一體的組合裝置，特別適用于特殊環(huán)境下工作，缺陷所在面面積較小的缺陷修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0003]在核電廠中，反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件是最重要的部件之一，據(jù)報(bào)告，近年在反應(yīng)堆(壓力)容器內(nèi)安裝的堆內(nèi)構(gòu)件中，發(fā)現(xiàn)有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)引起的裂紋。裂紋產(chǎn)生大多是狹窄部位，同時(shí)在核電廠中工作時(shí)的放射性侵害也使得接近施工對(duì)象部位比較困難。2005年，日本東芝公司的M.Tamura等人發(fā)明了一種水下激光焊接技術(shù),通過(guò)想焊接部位輸送保護(hù)氣體(Ar)以形成局部的空腔，然后在空腔中使用激光器發(fā)射激光束，并同時(shí)添加絲狀填充金屬，從而形成堆焊層的焊接技術(shù)。該技術(shù)具有熱輸入低，設(shè)備小型化的特點(diǎn)，適于在狹窄部位進(jìn)行工作，是一種可靠性較高的焊接技術(shù)。
[0004]為了保護(hù)焊接構(gòu)件，提高其抗應(yīng)力腐蝕裂紋性能，一般需要對(duì)焊縫進(jìn)行消除表面應(yīng)力的后續(xù)處理，2007年日本東芝公司的Sano Y, Adachi T在維修核電站反應(yīng)堆壓力容器和管道焊縫中開(kāi)發(fā)了一種激光噴丸設(shè)備與工藝。即采用小能量和小光斑(光斑Φ0.8mm，能量200mJ，脈寬8nm)激 光對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器焊縫、管道接頭的焊縫進(jìn)行激光沖擊處理，以提高焊縫的抗壓力腐蝕裂紋性能。由于核反應(yīng)堆中空間限制，不能像常規(guī)的激光沖擊處理那樣布置吸收層，該公司采用的是無(wú)吸收層的激光沖擊處理技術(shù)，并采用光纖傳導(dǎo)激光的方式，直接在作為約束介質(zhì)的水中沖擊。
[0005]以上技術(shù)對(duì)于核反應(yīng)內(nèi)部構(gòu)件的修復(fù)、保護(hù)、檢測(cè)都很有效，但是每次修復(fù)工件，激光焊接、激光噴丸以及之后的檢測(cè)作業(yè)連續(xù)性差，這大大的增加了操作的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，即擁有激光焊接和激光噴丸兩種功能，可通過(guò)將該組合裝置置于水下，通過(guò)向密封罩內(nèi)充水或氬氣來(lái)改變密封罩內(nèi)加工環(huán)境，再改變激光波長(zhǎng)與焦距來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能；可以在激光噴丸的光斑基礎(chǔ)上通過(guò)水的折射來(lái)產(chǎn)生激光焊接需要的正離焦量，在棱鏡位置不變的情況下，可選擇不同作業(yè)。在處理結(jié)束后，還可以根據(jù)需要進(jìn)行激光超聲檢測(cè)。
[0007]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:包括激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)、水-氬氣入口(2)、焊條填充裝置(5)安裝于密閉罩(I)上；激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)和焊條填充裝置(5)分別對(duì)準(zhǔn)待加工工件(10)的待加工位置；超聲檢測(cè)裝置(3)包括兩個(gè)超聲檢測(cè)探頭分別安裝于靠近密封罩(I) 一側(cè)的兩個(gè)拐角，并垂直對(duì)準(zhǔn)待加工工件(10)，探頭與待加工工件(10)表面距離5mm;激光焊接-噴丸組件(4)安裝于密封罩(I)另一側(cè)并向超聲檢測(cè)裝置(3)反方向傾斜15° ;水-氬氣入口(2)安裝于靠近超聲檢測(cè)裝置(3) —側(cè)側(cè)面、焊條填充裝置(5)安裝于靠近激光焊接-噴丸組件(4) 一側(cè)側(cè)面；密閉罩(I)長(zhǎng)、寬、高均為85mm，內(nèi)部深度為45mm。
[0008]所述激光焊接-噴丸組件⑷內(nèi)部為棱鏡，并設(shè)有光纖連接裝置(11)以聯(lián)接激光器，可以將外部激光脈沖接入并聚焦。
[0009]所述超聲檢測(cè)裝置(3)內(nèi)部為超聲傳感器，并可以與示波器相聯(lián)接；水-氬氣入口
(2)包括一個(gè)氣閥(14)，與氣閥(14)聯(lián)通的氣管(15)與密封罩腔(9)頂部相通，在沖入水的時(shí)候氣閥(14)打開(kāi)將IS氣排出。
[0010]所述密封罩(I)底部裝有橡膠密封圈(6);激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)、水-氬氣入口(2)、焊條填充裝置(5)、氣管(15)與密閉罩(I)連接處均分別使用塑料密封圈(6)密封。
[0011]所述密封罩(I)、水-氬氣入口(2)、激光噴丸激光-焊接組件(4)、焊條填充裝置
(5)、超聲檢測(cè)裝置(3)可聯(lián)接控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動(dòng)，水-氬氣入口(2)充入水或氬氣，閥門(mén)(14)通斷，激光脈沖的焦距、波長(zhǎng)、能量，焊條(7)的填充，超聲檢測(cè)裝置(3)開(kāi)關(guān)。
[0012]當(dāng)激光噴丸時(shí)，所述激光的脈沖波長(zhǎng)為532nm、脈寬范圍為8_20ns、脈沖能量范圍為30-300mJ、光斑直徑0.2-2mm ;當(dāng)激光焊接時(shí)，所述激光的脈沖波長(zhǎng)為1064nm、激光輸入功率范圍為0.9-1.2kW、焊接速度范圍為30-50cm/ min。
[0013]本發(fā)明的創(chuàng)新在于將激光焊接和激光噴丸集中一個(gè)組合裝置內(nèi)，只需要改變少量參數(shù)就可以使用不同功能；可以在激光噴丸的光斑基礎(chǔ)上通過(guò)水的折射來(lái)產(chǎn)生激光焊接需要的正離焦量，在棱鏡位置不變的情況下，可選擇不同作業(yè)；在處理結(jié)束后方便的進(jìn)行激光超聲檢測(cè)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明結(jié)構(gòu)巧妙，集兩種功能于一身，僅需要改變密封罩內(nèi)環(huán)境以及部分參數(shù)就可以進(jìn)行不同加工，操作簡(jiǎn)單；本發(fā)明的組合裝置體積小，適應(yīng)性強(qiáng)，可以對(duì)小面積工件進(jìn)行加工；本發(fā)明可以在激光噴丸的光斑基礎(chǔ)上通過(guò)水的折射來(lái)產(chǎn)生激光焊接需要的正離焦量，在棱鏡位置不變的情況下，可選擇不同作業(yè)，連續(xù)性強(qiáng)，加工效率高；本發(fā)明可以在加工結(jié)束后直接使用激光超聲檢測(cè)功能，可靠性強(qiáng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置示意圖；
圖2是本發(fā)明的激光焊接(a)與激光噴丸(b)焦距示意圖；
圖中:1.密封罩，2.水-氬氣入口，3.超聲檢測(cè)裝置，4.激光焊接-噴丸組件，5.焊條填充裝置，6.塑料密封圈，7.焊條，8.熔池，9.密封罩腔，10.待加工工件，11.光纖連接裝置，12.水，13.激光，14.氣閥，15.氣管。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提出的具體組合裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。
[0017]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置如圖1所示，包括激光焊接-噴丸組件4、超聲檢測(cè)裝置3、水-氬氣入口 2、焊條填充裝置5、密閉罩I。其中，激光焊接-噴丸組件4、超聲檢測(cè)裝置3、水-氬氣入口 2、焊條填充裝置5安裝于密閉罩上；激光焊接-噴丸組件4、超聲檢測(cè)裝置3、焊條填充裝置2對(duì)準(zhǔn)待加工工件10需要加工的位置。其中超聲檢測(cè)裝置3包括兩個(gè)超聲檢測(cè)探頭分別安裝于靠近密封罩I其中一側(cè)的兩個(gè)拐角，并垂直對(duì)準(zhǔn)待加工工件10，探頭與待加工工件表面距離5mm ;激光焊接-噴丸組件4安裝于密封罩I另一側(cè)并向超聲檢測(cè)裝置3反方向傾斜15° ;水-氬氣入口 2安裝于靠近超聲檢測(cè)裝置3 —側(cè)側(cè)面、焊條填充裝置5安裝于靠近激光焊接-噴丸組件4 一側(cè)側(cè)面，密封罩I長(zhǎng)寬高皆為85_，內(nèi)部深度45mm。
[0018]超聲檢測(cè)裝置3內(nèi)部為超聲傳感器，并可以與示波器相聯(lián)接；激光焊接-噴丸組件4內(nèi)部為棱鏡，并設(shè)有光纖連接裝置(11)以聯(lián)接激光器，可以將外部激光脈沖接入并聚焦；水-氬氣入口 2包括一個(gè)氣閥14，氣閥14聯(lián)通的氣管15與密封罩腔9頂部相通，在沖入水的時(shí)候氣閥14打開(kāi)可以將氬氣排出；密封罩底部裝有塑料密封圈6 ;激光焊接-噴丸組件4、超聲檢測(cè)裝置3、水-氬氣入口 2、焊條填充裝置5、氣管15與密閉罩I連接處皆需使用密封圈密封。
[0019]該組合裝置中的密封罩1、水-氬氣入口 2、激光噴丸激光-焊接組件4、焊條填充裝置5、超聲檢測(cè)裝置3可聯(lián)接控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動(dòng)，水-氬氣入口 2充入水或氬氣，閥門(mén)14通斷，激光脈沖的焦距、波長(zhǎng)、能量，焊條7填充，超聲檢測(cè)裝置3開(kāi)關(guān)。
[0020]本發(fā)明的原理為將激光焊接-噴丸組件4、超聲檢測(cè)裝置3、水-氬氣入口 2、焊條填充裝置5安裝于密閉罩I上，將密閉罩I置于水下，通過(guò)水-氬氣入口 2改變密閉罩腔9內(nèi)的環(huán)境，以及通過(guò)與激光焊接-噴丸組件4相聯(lián)的控制系統(tǒng)改變激光焦距、波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能。組合裝置主要參數(shù)范圍為:當(dāng)激光噴丸時(shí)，激光脈沖波長(zhǎng)532nm，激光脈寬8-20ns，脈沖能量30-300mJ，光斑直徑0.2-2mm ;當(dāng)激光焊接時(shí)，激光波長(zhǎng)1064nm，激光輸入功率
0.9-1.2kW，焊接速度 30-50cm/ min。
[0021]實(shí)施例1
在316L不銹鋼上作開(kāi)口寬度0.3mm,長(zhǎng)度10臟，深度3mm的預(yù)制人工裂紋，并對(duì)該裂紋使用組合裝置進(jìn)行水下激光焊接。首先將組合裝置與外部設(shè)備包括控制系統(tǒng)，激光發(fā)生器和示波器連接，選擇82鋁合金作為焊條填充進(jìn)焊條填充裝置5，將組合裝置置于水下，罩住需要加工的位置，并使密封罩腔9內(nèi)氣管15 口總是在上方以確保密封罩腔9內(nèi)空氣可以排出；控制水-氬氣入口 2向密封罩腔9內(nèi)充入氬氣作為保護(hù)氣體，待密閉罩腔9內(nèi)水排空后，焊條填充裝置5將焊條伸至需焊接位置，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)激光脈沖波長(zhǎng)為1060nm，激光能量1100W,焊接速度40 cm/ min,気氣流速501/min,焊條填充速度501/min。焊接結(jié)果表明，組合裝置內(nèi)沒(méi)有形成氧化，裂紋得到完全封閉。
[0022]實(shí)施例2
對(duì)304L不銹鋼上使用組合裝置進(jìn)行激光噴丸。首先將組合裝置與外部設(shè)備包括控制系統(tǒng)，激光發(fā)生器和示波器連接，將組合裝置置于水下，罩住需要加工的位置，并使密封罩腔9內(nèi)氣管15 口總是在上方以確保密封罩腔9內(nèi)空氣可以排出；打開(kāi)閥門(mén)14，控制水氬氣入口 2向密封罩腔9內(nèi)充入水作為約束層，待氣體排出后，調(diào)節(jié)激光脈沖波長(zhǎng)為532nm，脈寬8ns，光斑直徑0.7mm,脈沖能量70mJ，能量密度7000脈沖/cm2。激光噴丸后，304L不銹鋼的殘余應(yīng)力顯著增加。[0023] 實(shí)施例3
一塊40X40mm的304L不銹鋼上有一個(gè)大小為0.2mm的已知缺陷，對(duì)其使用組合裝置進(jìn)行激光超聲檢測(cè)。首先將組合裝置與外部設(shè)備包括控制系統(tǒng)，激光發(fā)生器和示波器連接，將組合裝置置于水下，罩住需要檢測(cè)的位置，并使密封罩腔9內(nèi)氣管15 口總是在上方以確保密封罩腔9內(nèi)空氣可以排出；打開(kāi)閥門(mén)14，控制水氬氣入口 2向密封罩腔9內(nèi)充入水作為約束層，待氣體排出后，調(diào)節(jié)激光脈沖波長(zhǎng)為1064nm，激光能量45mJ/脈沖，移動(dòng)組合裝置完成整個(gè)區(qū)域的檢測(cè)，通過(guò)觀察兩個(gè)與超聲檢測(cè)裝置3相連的示波器來(lái)定位缺陷位置。當(dāng)激光照射位置與超聲檢測(cè)裝置3檢測(cè)位置之間存在缺陷時(shí)，示波器顯示較大的振幅，通過(guò)兩個(gè)示波器準(zhǔn)確地定位到缺陷位置。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:包括激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)、水-氬氣入口(2)、焊條填充裝置(5)安裝于密閉罩(I)上；激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)和焊條填充裝置(5)分別對(duì)準(zhǔn)待加工工件(10)的待加工位置；超聲檢測(cè)裝置(3)包括兩個(gè)超聲檢測(cè)探頭分別安裝于靠近密封罩(I) 一側(cè)的兩個(gè)拐角，并垂直對(duì)準(zhǔn)待加工工件(10)，探頭與待加工工件(10)表面距離5mm;激光焊接-噴丸組件(4)安裝于密封罩(I)另一側(cè)并向超聲檢測(cè)裝置(3)反方向傾斜15° ;水-氬氣入口(2)安裝于靠近超聲檢測(cè)裝置(3) —側(cè)側(cè)面、焊條填充裝置(5)安裝于靠近激光焊接-噴丸組件(4) 一側(cè)側(cè)面；密閉罩(I)長(zhǎng)、寬、高均為85mm，內(nèi)部深度為45mm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:所述激光焊接-噴丸組件(4)內(nèi)部為棱鏡，并設(shè)有光纖連接裝置(11)以聯(lián)接激光器，可以將外部激光脈沖接入并聚焦。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:所述超聲檢測(cè)裝置(3)內(nèi)部為超聲傳感器，并可以與示波器相聯(lián)接；水-氬氣入口(2)包括一個(gè)氣閥(14)，與氣閥(14)聯(lián)通的氣管(15)與密封罩腔(9)頂部相通，在沖入水的時(shí)候氣閥(14)打開(kāi)將IS氣排出。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:所述密封罩(I)底部裝有橡膠密封圈(6);激光焊接-噴丸組件(4)、超聲檢測(cè)裝置(3)、水-氬氣入口(2)、焊條填充裝置(5)、氣管(15)與密閉罩(I)連接處均分別使用塑料密封圈⑶密封。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:密封罩(I)、水-氬氣入口(2)、激光噴丸激光-焊接組件(4)、焊條填充裝置(5)、超聲檢測(cè)裝置(3)可聯(lián)接控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動(dòng)，水-氬氣入口(2)充入水或氬氣，閥門(mén)(14)通斷，激光脈沖的焦距、波長(zhǎng)、能量，焊條(7)的填充，超聲檢測(cè)裝置⑶開(kāi)關(guān)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種可實(shí)現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置，其特征在于:當(dāng)激光噴丸時(shí)，所述激光的脈沖波長(zhǎng)為532nm、脈寬范圍為8_20ns、脈沖能量范圍為30-300mJ、光斑直徑范圍為0.2-2mm ;當(dāng)激光焊接時(shí)，所述激光的脈沖波長(zhǎng)為1064nm、激光輸入功率范圍為0.9-1.2kW、焊接速度范圍為30-50cm/ min。
【文檔編號(hào)】B23K26/00GK103521919SQ201310478641
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】羅開(kāi)玉, 林通, 劉娟, 景祥 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)