矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，属于机械制造领域与激光加工技术领域。
【背景技术】
[0002]汽车零部件作为汽车工业的基础，是支撑汽车工业持续健康发展的必要因素。轴类零件是汽车传动系统中传递动力的重要部件，特别是分体式传动轴更是重中之重，作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力，因此动平衡是至关重要的。这就对连接杆之间的连接情况有着高要求，传统的连接方式是采用摩擦焊和气保焊，仅满足了基本使用，硬度、应力、抗扭强度等力学性基本能达到要求，在应对较差路况、超载、倒车换挡、操作失误等情况时，由于传动轴要承受很大的瞬时扭矩，焊缝处外圆表面会产生应力集中效应，容易发生塑性变形或开裂，最终导致传动轴零件失效。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，旨在提高焊缝处的硬度、抗扭强度，满足其应对复杂多变情况的能力。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0005]矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，包括以下步骤:
[0006](I)对分体式传动轴连接端面进行激光焊接处理:
[0007]1.1打磨:对焊接端面及其表面轴向附近区域进行打磨，在保持试样外形尺寸下去除多余毛刺、飞边；
[0008]1.2激光焊接:采用激光焊接的方法，对打磨过后的分体式传动轴待焊接区域进行焊接；
[0009]1.3修整:对分体式传动轴激光焊接区域进行修整加工，使其表面光滑，得到待激光冲击强化要求表面；
[0010](2)在分体式传动轴焊接焊缝处进行激光冲击强化处理，得到矩形激光光斑复合强化的分体式传动轴:
[0011]2.1将激光焊接后的分体式传动轴安装在纳秒激光器上，使焦点垂直对准焊缝；
[0012]2.2纳秒激光器工作后，对焊缝区域进行有规律地冲击。
[0013]进一步地，上述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其中，步骤(I)，采用6kW高功率激光器进行焊接，焊接参数为:激光功率4kW，离焦量-3mm，保护气体Ar气。
[0014]更进一步地，上述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其中，步骤(I)，分体式传动轴安装在夹具上进行焊接，焊接时激光头静止，分体式传动轴以I/ (60r)rad/s的角速度转动，转动一周时间为120 π r秒。
[0015]再进一步地，上述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其中，步骤(2)，采用纳秒激光器进行冲击强化处理，冲击参数为:光斑为矩形光斑，尺寸为3_X3_ ；激光波长1064nm，脉宽10ns，能量5J，功率密度2.5GW/cm2。
[0016]再进一步地，上述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其中，步骤
(2)，分体式传动轴安装在夹具上进行冲击强化处理，激光冲击频率为1Hz，传动轴以3mm/s线速度转动，激光冲击光斑覆盖率100%。
[0017]再进一步地，上述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其中，分体式传动轴包括中部空心管以及左右两实心连接杆，左实心连接杆右端预留的配合端和右实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，过盈配合处通过激光焊接连接固定，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。
[0018]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0019]①本发明首先采用高功率激光器对分体式传动轴进行焊接，然后采用脉冲激光器以矩形光斑对焊缝处进行冲击强化处理，使其表面硬度以及抗扭强度等大幅度提高；
[0020]②利用激光束能量与方向高度集中的特性，在激光焊接时，能在室温或特殊条件下进行，速度快、深度大、变形小，对异性材料施焊，效果良好；
[0021]③在激光冲击强化时，利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0023]图1:本发明的工艺流程示意图；
[0024]图2:分体式传动轴激光焊接示意图；
[0025]图3:分体式传动轴焊缝表面激光冲击光斑样式图案照片。
【具体实施方式】
[0026]如图2所示，分体式传动轴包括中部空心管以及左右两实心连接杆，包括中部空心管3以及左右两实心连接杆，左实心连接杆I右端预留的配合端和右实心连接杆2左端预留的配合端分别与中部空心管3过盈配合，过盈配合A处采用激光器5对连接处进行焊接，焊接完成后传动轴具有两处焊缝4。
[0027]如图1所示，矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的具体工艺为:
[0028](I)对分体式传动轴连接端面进行激光焊接处理:
[0029]打磨:对焊接端面及其表面轴向附近区域进行打磨，在保持试样外形尺寸下去除多余毛刺、飞边；
[0030]激光焊接:采用激光焊接的方法，对打磨过后的分体式传动轴待焊接区域进行焊接；利用6kW高功率激光器进行焊接，焊接参数为:激光功率4kW，离焦量-3mm，保护气体Ar气；分体式传动轴安装在夹具上进行焊接，焊接时激光头静止，分体式传动轴以l/(60r)rad/s的角速度转动，转动一周时间为120 π r秒；
[0031]修整:对分体式传动轴激光焊接区域进行修整加工，使其表面光滑，得到待激光冲击强化要求表面；
[0032](2)在分体式传动轴焊接焊缝处进行激光冲击强化处理，得到矩形激光光斑复合强化的分体式传动轴:
[0033]将激光焊接后的分体式传动轴安装在纳秒激光器上，使焦点垂直对准焊缝；
[0034]纳秒激光器工作后，对焊缝区域进行有规律地冲击；纳秒激光器进行冲击强化处理，冲击参数为:光斑为矩形光斑，尺寸为3mmX3mm ;激光波长1064nm，脉宽10ns，能量5J，功率密度2.5GW/cm2;分体式传动轴安装在夹具上进行冲击强化处理，激光冲击频率为1Hz，传动轴以3mm/s线速度转动，激光冲击光斑覆盖率100%。
[0035]如图3所示的分体式传动轴焊缝表面激光冲击光斑样式图案照片，通过检测强化后的焊缝力学性能，焊缝处硬度梯次分布均匀，最高处硬度HRC60左右；扭转试验的最大扭矩达到5000N.m左右，超过一般传动轴，可应对更复杂多变使用情况。
[0036]综上所述，本发明矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，首先采用高功率激光器对分体式传动轴进行焊接，然后采用脉冲激光器以矩形光斑对焊缝处进行冲击强化处理，使其表面硬度以及抗扭强度等大幅度提高。
[0037]利用激光束能量与方向高度集中的特性，在激光焊接时，能在室温或特殊条件下进行，速度快、深度大、变形小，对异性材料施焊，效果良好；在激光冲击强化时，利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
[0038]需要理解到的是:以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)对分体式传动轴连接端面进行激光焊接处理: 1.1打磨:对焊接端面及其表面轴向附近区域进行打磨，在保持试样外形尺寸下去除多余毛刺、飞边； 1.2激光焊接:采用激光焊接的方法，对打磨过后的分体式传动轴待焊接区域进行焊接; 1.3修整:对分体式传动轴激光焊接区域进行修整加工，使其表面光滑，得到待激光冲击强化要求表面； (2)在分体式传动轴焊接焊缝处进行激光冲击强化处理，得到矩形激光光斑复合强化的分体式传动轴: 2.1将激光焊接后的分体式传动轴安装在纳秒激光器上，使焦点垂直对准焊缝； 2.2纳秒激光器工作后，对焊缝区域进行有规律地冲击。
2.根据权利要求1所述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于:步骤(1)，采用6kW高功率激光器进行焊接，焊接参数为:激光功率4kW，离焦量-3mm，保护气体Ar气。
3.根据权利要求1所述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于:步骤(I)，分体式传动轴安装在夹具上进行焊接，焊接时激光头静止，分体式传动轴以l/(60r)rad/s的角速度转动，转动一周时间为120 π r秒。
4.根据权利要求1所述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于:步骤(2)，采用纳秒激光器进行冲击强化处理，冲击参数为:光斑为矩形光斑，尺寸为3mmX 3mm ;激光波长1064nm，脉宽10ns，能量5J，功率密度2.5GW/cm2。
5.根据权利要求1所述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于:步骤(2)，分体式传动轴安装在夹具上进行冲击强化处理，激光冲击频率为1Hz，传动轴以3mm/s线速度转动，激光冲击光斑覆盖率100%。
6.根据权利要求1所述的矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，其特征在于:分体式传动轴包括中部空心管以及左右两实心连接杆，左实心连接杆右端预留的配合端和右实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，过盈配合处通过激光焊接连接固定，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。
【专利摘要】本发明涉及矩形激光光斑复合强化分体式传动轴焊缝的方法，首先采用高功率激光器对分体式传动轴进行焊接，然后采用脉冲激光器以矩形光斑对焊缝处进行冲击强化处理，使其表面硬度以及抗扭强度等大幅度提高；利用激光束能量与方向高度集中的特性，在激光焊接时，能在室温或特殊条件下进行，速度快、深度大、变形小，对异性材料施焊，效果良好；在激光冲击强化时，利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
【IPC分类】B23K26-70, B23K26-24, B23K26-60
【公开号】CN104874918
【申请号】CN201510323902
【发明人】冯爱新, 薛伟, 陈风国, 朱德华, 曹宇, 李峰平, 瞿建武, 周俭, 许炎
【申请人】温州大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月12日