基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法及装置，通过对加工表面温度历史的监测，采用多参数协同调整的方法，实现了激光感应复合强化过程整体温度演变历史的精准控制，从而达到对激光

【技术实现步骤摘要】
基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法及装置


[0001]本专利技术涉及材料表面处理领域，特别涉及基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法及装置
。

技术介绍

[0002]激光感应复合强化是一种先进的表面强化技术，将激光和电磁感应两种热源耦合，可以弥补单一激光淬火功率不足，强化层深度浅的缺点
。
复合淬火在晶粒度和显微组织形态在深度方向上的变化趋势与激光淬火相似，但具有更高的淬硬层平均硬度
。
在加工过程中，激光与电磁感应两种加工方式对加工距离有很高要求，其中电磁感应强化装置与工件的距离出现误差，感应区温度大幅偏差，直接影响强化后性能
。
[0003]在激光感应复合加工强化过程中，存在两个热源的共同作用，激光的输出功率
、
感应的输出功率
、
感应与工件的距离
、
热源间距
、
扫描速度
、
光斑尺寸等都可以影响激光感应复合强化过程的温度，而且热源之间还存在相互作用的因素，以及外界环境因素，零件的形状
、
散热情况等不可控因素的影响
。
激光加工温度的误差会造成材料温度达不到相变条件或者材料表面熔化等问题，感应加工区域温度的误差会影响后续组织相变过程，冷却速度的误差会影响硬化层深度以及组织转变
。
这些情况都会影响复合强化过程的质量
。
同时由于复合强化过程参数的影响因素多，工艺参数调整复杂
。
[0004]目前对于激光感应复合强化过程的温度控制没有系统的研究，大多采用单独的温度值的控制，由于不考虑整体的温度变化过程
。
而在对不同散热条件下的工件进行加工时，只对控制激光加工区域温度值进行控制，会导致强化后硬化层深度不均匀
。
如公开号
CN110592329B
的中国专利公开了一种基于干扰观测器补偿的激光淬火温度控制方法，该制作方法通过将激光淬火过程中工件表面因面几何形状
、
表面污渍
、
工件散热条件变化等因素引起的温度值波动以干扰信号的形式进行补偿，结合
PID
控制律使钢轨表面光斑区域内的材料温度轨迹稳定于工艺要求的期望温度，能够使表面温度保持稳定，但在散热条件不同时表面温度稳定，硬化层深度还是会存在误差，不能保证整体强化后的质量
。
[0005]因此，需要对激光感应复合强化过程中工件表面整体温度演变过程进行精准控制，达到对激光感应复合强化过程中工件表面温度以及深度方向温度梯度的控制，进而对工艺参数进行精确快速调节，实现对工件强化质量的精准可控
。

技术实现思路

[0006]（一）要解决的技术问题为解决激光感应复合强化过程参数的影响因素多，工艺参数调整复杂和对不同散热条件下的工件进行加工时，只对温度值进行控制，会导致强化后硬化层深度不均匀的问题
。
本专利技术公开了一种基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法及装置，通过对加工表面温度历史的监测，采用多参数协同调整的方法，实现了激光感应复合强化过程整体温度演变历史的精准控制，从而达到对激光感应复合强化过程中工件表面温度以及深度方向温
度梯度的控制；对激光感应复合强化中各个输入量进行控制，结合所设计装置能实现各工艺参数的精确快速调节，同时设备能够调节工作角度，适用于不同角度平面的加工
。
设备适应性较强，适合于大型零部件的表面强化；能够实现激光加工区与感应加工区的温度动态控制，保证强化质量精确可控，为大型零部件的激光感应复合强化提供行之有效的解决方案
。
[0007]（二）技术方案本专利技术提供如下技术方案实现：基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，包括运动调节装置
、
激光感应复合强化装置
、
温度控制系统以及控制装置；所述运动调节装置，用于对激光感应复合强化装置的位置及角度进行调节；激光感应复合强化装置，用于对工件进行激光感应复合强化操作；温度控制系统，用于对激光感应复合强化中工件表面温度进行监测；控制装置，用于对整个调控装置进行控制
。
[0008]进一步的，所述的激光感应复合强化装置包括：装置底板：用于搭载激光淬火装置与感应淬火装置；激光淬火底座：用于搭载激光淬火装置，通过控制装置控制激光淬火装置在激光淬火底座上移动，用于控制与感应淬火装置之间的间距；激光淬火装置：设置在激光淬火底座上，用于传输高功率激光以及激光焦距的控制；感应淬火底座：用于搭载感应淬火装置；感应淬火装置：设置在感应淬火底座上，用于产生高频感应电流
。
[0009]进一步的，所述激光感应复合强化装置还包括承接板，所述承接板与装置底板垂直固定设置，承接板上设置有导轨，导轨的两端设置有止挡块，所述激光淬火底座设置在导轨上，感应淬火装置通过感应淬火底座设置在装置底板上
。
[0010]进一步的，所述激光感应复合强化装置还包括位置监测装置，设置在激光淬火装置的激光器上，用于监测激光器与工件的垂直距离
。
[0011]进一步的，所述运动调节装置包括：垂直运动装置：用于搭载角度调节装置，实现垂直方向的调节；角度调节装置：用于搭载激光感应复合强化装置，实现角度的偏转
。
[0012]进一步的，所述角度调节装置可移动地设置在垂直运动装置上，垂直运动装置设置在安装架上；进一步的，所述角度调节装置包括连接板
、
保护壳板
、
转轴
、
涡轮涡杆装置以及固定装置，连接板与垂直运动装置可移动连接，转轴和涡轮涡杆装置配合连接，转轴和涡轮涡杆装置设置在保护壳板的内部，固定装置与装置底板固定连接
。
当需要进行角度调节以适应不同角度的加工平面时，通过涡轮涡杆装置转动带动转轴转动，进而带动装置底板和承接板转动，从而实现角度的调节
。
[0013]进一步的，所述的温度控制系统包括红外测温装置，红外测温装置设置在装置底板上，用于检测激光感应复合强化过程中的工件的温度
。
[0014]本专利技术还公开了基于激光感应复合强化的温度曲线调控方法，所述方法包括以下
步骤：（1）温度系统建立；使用恒定工艺参数扫描材料表面，记录材料表面的温度随时间变化曲线；以激光功率
、
感应功率
、
扫描速度为输入值，以材料表面温度为输出值建立温度系统，通过所述曲线计算得到所述温度系统的传递函数；（2）温度系统解耦；温度系统参数之间存在耦合关系，使用前馈解耦法根据不变性原则将温度系统解耦处理，使温度等效为激光功率
‑
激光加工区温度
、
扫描速度
‑
冷却速度
、
感应功率
‑
感应温度三个独立回路的温度系统，建立解耦后等效的传递函数；（3）制定模糊规则；温度控制基于模糊...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，包括运动调节装置（2）
、
激光感应复合强化装置（3）
、
温度控制系统以及控制装置；所述运动调节装置（2），用于对激光感应复合强化装置（3）的位置及角度进行调节；激光感应复合强化装置（3），用于对工件进行激光感应复合强化操作；温度控制系统，用于对激光感应复合强化中工件表面温度进行监测；控制装置，用于对整个调控装置进行控制
。2.
根据权利要求1所述的基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，所述的激光感应复合强化装置（3）包括：装置底板（
14
）：用于搭载激光淬火装置（7）与感应淬火装置（8）；激光淬火底座（5）：用于搭载激光淬火装置（7），通过控制装置控制激光淬火装置（7）在激光淬火底座（5）上移动，用于控制与感应淬火装置（8）之间的间距；激光淬火装置（7）：设置在激光淬火底座（5）上，用于传输高功率激光以及激光焦距的控制；感应淬火底座（6）：用于搭载感应淬火装置（8）；感应淬火装置（8）：设置在感应淬火底座（6）上，用于产生高频感应电流
。3.
根据权利要求2所述的基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，所述激光感应复合强化装置（3）还包括承接板（
15
），所述承接板（
15
）与装置底板（
14
）垂直固定设置，承接板（
15
）上设置有导轨（
151
），导轨（
151
）的两端设置有止挡块（
152
），所述激光淬火底座（5）设置在导轨（
151
）上，感应淬火装置（8）通过感应淬火底座（6）设置在装置底板（
14
）上
。4.
根据权利要求2所述的基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，所述激光感应复合强化装置（3）还包括位置监测装置，设置在激光淬火装置（7）的激光器上，用于监测激光器与工件的垂直距离
。5.
根据权利要求1所述的基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，所述运动调节装置（2）包括：垂直运动装置（9）：用于搭载角度调节装置（
10
），实现垂直方向的调节；角度调节装置（
10
）：用于搭载激光感应复合强化装置（3），实现角度的偏转
。6.
根据权利要求5所述的基于激光感应复合强化的温度曲线调控装置，其特征在于，所述角度调节装置（
10
）可移动地设置在垂直运动装置（9）上，垂直运动装置（9）设置在安装架（1）上
。7.

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建华，毕学基，陈智君，张群莉，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：