一种激光辅助制备大块非晶合金的系统及方法转让专利
申请号 : CN202010473795.3
文献号 : CN111590224B
文献日 : 2021-10-26
发明人 : 王成勇 , 唐梓敏 , 杜策之 , 郑李娟 , 杨琮 , 丁峰 , 叶启立
申请人 : 广东工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,包括:装夹系统,其包括第一装夹转盘和第二装夹转盘;所述第一装夹转盘和第二装夹转盘相互独立旋转运动且均可在X方向上平移运动;
激光系统,其位于装夹系统上方;
超声系统,其与所述激光系统联动连接;所述第一装夹转盘的外侧和第二装夹转盘的外侧均设有所述超声系统;
所述激光系统包括激光发生装置及聚焦模组;所述激光发生装置设于所述聚焦模组上;所述激光发生装置及聚焦模组均位于所述装夹系统的上方;
激光辅助制备大块非晶合金的方法使用激光辅助制备大块非晶合金的系统实现,所述激光辅助制备大块非晶合金的方法通过将非晶合金A与非晶合金B装夹于装夹系统上,运行装夹系统、激光系统和超声系统工作,压轧该非晶合金A与非晶合金B形成大块非晶合金;
具体步骤如下:
S1.将非晶合金A与非晶合金B装夹于第一装夹转盘和第二装夹转盘上,调整好工件的初始加工位置;
S2.根据非晶合金A与非晶合金B的交叉过冷液相区计算所需激光参数并输出激光束;
S3.激光系统工作,激光束在非晶合金A与非晶合金B工作接触界面处预热;
S4.装夹系统工作,第一装夹转盘和第二装夹转盘沿a方向旋转,并沿X方向相对平移运动挤压;
S5.超声系统工作,沿X方向定向超声,完成非晶合金A与非晶合金B的连接,形成大块非晶合金。
2.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,在S5步骤后,所述激光辅助制备大块非晶合金的方法还包括:S6.重复步骤S1~S5,完成非晶合金C与已制备成单块的上述大块非晶合金的压轧。
3.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,所述激光系统工作先于或同于所述装夹系统工作;所述激光系统、装夹系统和超声系统彼此之间的调节相互独立。
4.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,所述超声系统的功率范围为0~2kW。
5.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,所述非晶合金A与非晶合金B为具有交叉过冷液相区的同种或异种非晶合金。
6.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,在S4步骤中,所述第一装夹转盘和第二装夹转盘沿a方向的旋转范围为0~360°;所述第一装夹转盘和第二装夹转盘的旋转速度均为0~500rpm;所述第一装夹转盘和第二装夹转盘在X方向上平移运动的移动速度为0~500mm/s。
7.根据权利要求1所述的激光辅助制备大块非晶合金的方法,其特征在于,所述激光束的波长范围为0.35~10.60μm;所述激光束的脉冲宽度范围为0~200ns;所述激光系统的输出功率为0~100W;所述激光系统的频率范围为2~150kHz;所述激光系统的离焦量为‑3~
3mm。
说明书 :
一种激光辅助制备大块非晶合金的系统及方法
技术领域
背景技术
晶合金尺寸多为厘米级或毫米级别,分米级别的非晶合金鲜有报道及商业化,严重制约了
非晶合金的广泛应用。
行制造并回温到室温,非晶合金不会发生晶化,仍保持原有的非晶态及性能。
尺寸多为毫米级或者厘米级。利用传统的焊接工艺将小块非晶焊接成大块非晶合金,但是
该传统的焊接工艺存在一定的焊接缺陷,例如焊接后材料的性能会不同比例的降低。专利
CN201110221851.5公开了一种非晶基材的激光焊接方法,在惰性气氛保护下将焊接件采用
脉冲激光焊接于待焊基材上,实现了焊接前后无明显晶化现象,且焊接强度较高,但该方法
焊接所得的非晶合金仍存在晶化、强度降低等缺陷。
发明内容
助制备大块非晶合金的系统制备大块非晶合金的激光辅助制备大块非晶合金的方法。
与非晶合金B装夹于装夹系统上,运行装夹系统、激光系统和超声系统工作,压轧该非晶合
金A与非晶合金B形成大块非晶合金。
金B形成大块非晶合金的具体步骤如下:
盘和第二装夹转盘在X方向上平移运动的移动速度为0~500mm/s。
所述激光系统的离焦量为‑3~3mm。
转盘带动非晶合金相互独立旋转且在X方向上调节平移运动,与激光系统和超声系统共同
工作,可以在非晶合金的过冷液相区完成工作,非晶合金不会晶化,确保了制备非晶合金前
后材料的非晶态,非晶合金的性能不会受到影响,克服了传统的焊接方法带来的材料性能
下降的缺点。
非晶合金A与非晶合金B具有粘性流动行为;接着装夹系统工作,第一装夹转盘和第二装夹
转盘沿a方向相对旋转运动,并且沿X方向做相互挤压平移运动;然后超声系统工作,通过超
声系统辅助以X方向的超声振动,非晶合金A和非晶合金B工作接触界面处温度扩散更为均
匀、流动及扩散行为加剧,使非晶合金A与非晶合金B的工作接触界面连接在一起;工作结束
后,温度降低,形成整体的非晶合金块,以此类推,完成大块非晶合金的制备工作。
附图说明
具体实施方式
盘12分别用于装夹非晶合金。所述第一装夹转盘11和第二装夹转盘12相互独立旋转运动且
均可在X方向上平移运动;从而使分别装夹在第一装夹转盘11和第二装夹转盘12的非晶合
金旋转运动,并且沿X方向做相互挤压平移运动。激光系统2位于装夹系统1上方;通过激光
系统2的激光束对装夹在第一装夹转盘11和第二装夹转盘12的非晶合金进行预热,升温快,
工作效率高。超声系统3与所述激光系统2联动连接;所述第一装夹转盘11的外侧和第二装
夹转盘12的外侧均设有所述超声系统3;通过超声系统3辅助以X方向的超声振动,两块非晶
合金工作接触界面处温度扩散更为均匀、流动及扩散行为加剧,使非晶合金A4与非晶合金
B5的工作接触界面连接在一起。
转盘12带动非晶合金相互独立旋转且在X方向上调节平移运动,与激光系统2和超声系统3
共同工作,可以在非晶合金的过冷液相区完成工作,非晶合金不会晶化,确保了制备非晶合
金前后材料的非晶态,非晶合金的性能不会受到影响,克服了传统的焊接方法带来的材料
性能下降的缺点;同时,该激光辅助制备大块非晶合金的系统灵活性高,而且工艺简单。
过聚焦模组22对两块非晶合金工作接触界面精确定位,再利用激光发生装置21激发激光
束,精准对非晶合金进行预热,升温快,工作效率高。
与非晶合金B5装夹于装夹系统1上,运行装夹系统1、激光系统2和超声系统3工作,压轧该非
晶合金A4与非晶合金B5形成大块非晶合金。该激光辅助制备大块非晶合金的方法利用激光
束预热非晶合金A4与非晶合金B5的工作接触界面,使温度达到非晶合金A4与非晶合金B5的
交叉过冷液相区温度,此时,非晶合金A4与非晶合金B5具有粘性流动行为;接着装夹系统1
工作,第一装夹转盘11和第二装夹转盘12沿a方向相对旋转运动,并且沿X方向做相互挤压
平移运动;然后超声系统3工作,通过超声系统3辅助以X方向的超声振动,非晶合金A4和非
晶合金B5工作接触界面处温度扩散更为均匀、流动及扩散行为加剧,使非晶合金A4与非晶
合金B5的工作接触界面连接在一起;工作结束后,温度降低,形成整体的非晶合金块,以此
类推,完成大块非晶合金的制备工作,有助于实现在非晶合金的过冷液相区完成工作,非晶
合金不会晶化,确保了制备非晶合金前后材料的非晶态,非晶合金的性能不会受到影响,克
服了传统的焊接方法带来的材料性能下降的缺点。
围广。
系统2的输出功率为0~100W;所述激光系统2的频率范围为2~150kHz;所述激光系统2的离
焦量为‑3~3mm。
~360°;所述第一装夹转盘11和第二装夹转盘12的旋转速度均为0~500rpm;所述第一装夹
转盘11和第二装夹转盘12在X方向上平移运动的移动速度为0~500mm/s。
装夹系统1工作;所述激光系统2、装夹系统1和超声系统3彼此之间的调节相互独立。
晶合金的过冷液相区完成工作,非晶合金不会晶化,确保了制备非晶合金前后材料的非晶
态,非晶合金的性能不会受到影响,克服了传统的焊接方法带来的材料性能下降的缺点。
Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10。其中,Tg为405℃,Tx为470℃。非晶合金B5的组分为
Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3。其中,Tg为400℃,Tx为480℃。根据非晶合金A4与非晶合
金B5的交叉过冷液相区计算加工时温度设定为450℃,进而计算输出波长1030nm、脉冲宽度
170fs、功率4W、频率100kHz的激光束,激光束在非晶合金A4与非晶合金B5工作接触界面处
预热,装夹系统1工作,第一装夹转盘11沿a方向逆时针旋转,旋转速度为200rpm,第二装夹
转盘12沿a方向顺时针旋转,旋转速度为200rpm,并沿X方向相对平移运动挤压,同时,超声
系统3工作,功率为800W,沿X方向定向超声,完成非晶合金与非晶合金的连接。
均为Pd43Ni10Cu27P20。其中,Tg为305℃,Tx为406℃。根据非晶合金A4与非晶合金B5的交叉
过冷液相区计算加工时温度设定为380℃,进而计算输出波长1064nm、脉冲宽度240ps、功率
3W、频率200kHz的激光束,激光束在非晶合金A4与非晶合金B5工作接触界面处预热,装夹系
统1工作,第一装夹转盘11沿X方向相对平移运动与第二装夹转盘12相挤压,同时,超声系统
3工作,功率为800W,沿X方向定向超声,完成非晶合金A4与非晶合金B5的连接。
均为Ca65Li14.54Mg12.46Zn8。其中,Tg为35℃,Tx为105℃。根据非晶合金A4与非晶合金B5
的交叉过冷液相区计算加工时温度设定为50℃,由于温度较低,此时激光束输出为0W,装夹
系统1工作,第一装夹转盘11沿a方向逆时针旋转,旋转速度为200rpm,第二装夹转盘12沿a
方向顺时针旋转,旋转速度为200rpm,摩擦生热,同时,超声系统34工作,功率为1000W,沿X
方向定向超声,完成非晶合金A4与非晶合金B5的连接。
装夹于装夹系统1的第一装夹转盘11和第二装夹转盘12上,调整好工件的初始加工位置,非
晶合金A4的组分为Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10。其中,Tg为405℃,Tx为470℃。非晶合金B5 6
的组分为Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3。其中,Tg为400℃,Tx为480℃。根据非晶合金A4
与非晶合金B5的交叉过冷液相区计算加工时温度设定为450℃,进而计算输出波长1030nm、
脉冲宽度170fs、功率4W、频率100kHz的激光束2,激光束在非晶合金A4与非晶合金B5工作接
触界面处预热,装夹系统1工作,第一装夹转盘11沿a方向逆时针旋转,旋转速度为200rpm,
第二装夹转盘12沿a方向顺时针旋转,旋转速度为200rpm,并沿X方向相对平移运动挤压,同
时,超声系统34工作,功率为800W,沿X方向定向超声,完成非晶合金A4与非晶合金B5的连
接。
前后材料的非晶态,非晶合金的性能不会受到影响,克服了传统的焊接方法带来的材料性
能下降的缺点。
当理解,可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本申请技术方案的实
质和范围。