一種可實現(xiàn)水下激光焊接和激光噴丸的組合裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實現(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)束后直接對工件進行激光超聲檢測。通過設(shè)置不同的激光波長與密封罩腔內(nèi)環(huán)境,可以使用不同的功能;當(dāng)激光焊接時,將氬氣從水-氬氣入口充入密閉罩腔內(nèi);當(dāng)激光噴丸時,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、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)。
【專利說明】一種可實現(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)力腐蝕開裂(SCC)引起的裂紋。裂紋產(chǎn)生大多是狹窄部位,同時在核電廠中工作時的放射性侵害也使得接近施工對象部位比較困難。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),通過想焊接部位輸送保護氣體(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,適于在狹窄部位進行工作,是一種可靠性較高的焊接技術(shù)。
[0004]為了保護焊接構(gòu)件,提高其抗應(yīng)力腐蝕裂紋性能,一般需要對焊縫進行消除表面應(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 光對核反應(yīng)堆壓力容器焊縫、管道接頭的焊縫進行激光沖擊處理,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)對于核反應(yīng)內(nèi)部構(gòu)件的修復(fù)、保護、檢測都很有效,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,可通過將該組合裝置置于水下,通過向密封罩內(nèi)充水或氬氣來改變密封罩內(nèi)加工環(huán)境,再改變激光波長與焦距來實現(xiàn)不同的功能;可以在激光噴丸的光斑基礎(chǔ)上通過水的折射來產(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)需要進行激光超聲檢測。
[0007]為了解決以上技術(shù)問題,本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
一種可實現(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)、超聲檢測裝置(3)和焊條填充裝置(5)分別對準(zhǔn)待加工工件(10)的待加工位置;超聲檢測裝置(3)包括兩個超聲檢測探頭分別安裝于靠近密封罩(I) 一側(cè)的兩個拐角,并垂直對準(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)并向超聲檢測裝置(3)反方向傾斜15° ;水-氬氣入口(2)安裝于靠近超聲檢測裝置(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、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,在沖入水的時候氣閥(14)打開將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)、超聲檢測裝置(3)可聯(lián)接控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動,水-氬氣入口(2)充入水或氬氣,閥門(14)通斷,激光脈沖的焦距、波長、能量,焊條(7)的填充,超聲檢測裝置(3)開關(guān)。
[0012]當(dāng)激光噴丸時,所述激光的脈沖波長為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,所述激光的脈沖波長為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)上通過水的折射來產(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)束后方便的進行激光超聲檢測。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點: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)就可以進行不同加工,操作簡單;本發(fā)明的組合裝置體積小,適應(yīng)性強,可以對小面積工件進行加工;本發(fā)明可以在激光噴丸的光斑基礎(chǔ)上通過水的折射來產(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,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功能,可靠性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[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。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(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、超聲檢測裝置3、焊條填充裝置2對準(zhǔn)待加工工件10需要加工的位置。其中超聲檢測裝置3包括兩個超聲檢測探頭分別安裝于靠近密封罩I其中一側(cè)的兩個拐角,并垂直對準(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)并向超聲檢測裝置3反方向傾斜15° ;水-氬氣入口 2安裝于靠近超聲檢測裝置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長寬高皆為85_,內(nèi)部深度45mm。
[0018]超聲檢測裝置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,在沖入水的時候氣閥14打開可以將氬氣排出;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、超聲檢測裝置3可聯(lián)接控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動,水-氬氣入口 2充入水或氬氣,閥門14通斷,激光脈沖的焦距、波長、能量,焊條7填充,超聲檢測裝置3開關(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,通過水-氬氣入口 2改變密閉罩腔9內(nèi)的環(huán)境,以及通過與激光焊接-噴丸組件4相聯(lián)的控制系統(tǒng)改變激光焦距、波長來實現(xiàn)不同功能。組合裝置主要參數(shù)范圍為:當(dāng)激光噴丸時,激光脈沖波長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,激光波長1064nm,激光輸入功率
0.9-1.2kW,焊接速度 30-50cm/ min。
[0021]實施例1
在316L不銹鋼上作開口寬度0.3mm,長度10臟,深度3mm的預(yù)制人工裂紋,并對該裂紋使用組合裝置進行水下激光焊接。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,通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)激光脈沖波長為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)沒有形成氧化,裂紋得到完全封閉。
[0022]實施例2
對304L不銹鋼上使用組合裝置進行激光噴丸。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;打開閥門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] 實施例3
一塊40X40mm的304L不銹鋼上有一個大小為0.2mm的已知缺陷,對其使用組合裝置進行激光超聲檢測。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;打開閥門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)激光脈沖波長為1064nm,激光能量45mJ/脈沖,移動組合裝置完成整個區(qū)域的檢測,通過觀察兩個與超聲檢測裝置3相連的示波器來定位缺陷位置。當(dāng)激光照射位置與超聲檢測裝置3檢測位置之間存在缺陷時,示波器顯示較大的振幅,通過兩個示波器準(zhǔn)確地定位到缺陷位置。
【權(quán)利要求】
1.一種可實現(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)、超聲檢測裝置(3)和焊條填充裝置(5)分別對準(zhǔn)待加工工件(10)的待加工位置;超聲檢測裝置(3)包括兩個超聲檢測探頭分別安裝于靠近密封罩(I) 一側(cè)的兩個拐角,并垂直對準(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)并向超聲檢測裝置(3)反方向傾斜15° ;水-氬氣入口(2)安裝于靠近超聲檢測裝置(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、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,在沖入水的時候氣閥(14)打開將IS氣排出。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可實現(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)、超聲檢測裝置(3)可聯(lián)接控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)可以控制:組合裝置的移動,水-氬氣入口(2)充入水或氬氣,閥門(14)通斷,激光脈沖的焦距、波長、能量,焊條(7)的填充,超聲檢測裝置⑶開關(guān)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種可實現(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,所述激光的脈沖波長為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,所述激光的脈沖波長為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】B23K26/00GK103521919SQ201310478641
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】羅開玉, 林通, 劉娟, 景祥 申請人:江蘇大學(xué)