阅读说明：本技术 一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统和方法 (System and method for rolling bulk amorphous alloy with assistance of laser ) 是由 王成勇 唐梓敏 杨琮 郑李娟 杜策之 丁峰 陈伟专 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及了一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统,包括压轧系统和激光系统。其中,压轧系统包括工作台和装夹压辊；两非晶合金装夹于所述工作台和装夹压辊之间；所述装夹压辊通过驱动沿所述工作台的一方向滚转平行移动以压轧两非晶合金形成大块非晶合金；激光系统,其与所述压轧系统联动连接且位于所述压轧系统的上方。本发明提供的激光辅助压轧大块非晶合金的系统在非晶合金的过冷液相区完成工作时,非晶合金不会晶化,确保了压轧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；本发明还提供一种使用该激光辅助压轧大块非晶合金的系统实现的激光辅助压轧大块非晶合金的方法。(The invention relates to a system for rolling a large amorphous alloy by laser assistance, which comprises a rolling system and a laser system. The rolling system comprises a workbench and a clamping press roller; the two amorphous alloys are clamped between the workbench and the clamping press roller; the clamping compression roller rolls and moves in parallel along the direction of the workbench by driving so as to roll the two amorphous alloys to form a large amorphous alloy; and the laser system is in linkage connection with the rolling system and is positioned above the rolling system. The system for rolling the massive amorphous alloy under the assistance of the laser provided by the invention has the advantages that when the work of the supercooled liquid region of the amorphous alloy is finished, the amorphous alloy cannot be crystallized, the amorphous state of the material before and after rolling the amorphous alloy is ensured, the performance of the amorphous alloy cannot be influenced, and the defect of material performance reduction caused by the traditional welding method is overcome; the invention also provides a method for realizing laser-assisted rolling of the bulk amorphous alloy by using the system for laser-assisted rolling of the bulk amorphous alloy.)

一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统和方法

技术领域

本发明涉及非晶合金焊接的技术领域，尤其涉及一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统和方法。

背景技术

非晶合金兼具金属和非晶、固体和液体特性，是颠覆性的新一代高性能金属材料。但非晶合金形成能力不足，很难通过传统的铸造凝固方法大批量地做出大尺寸非晶合金构件并对其进一步进行加工制造成复杂形状的产品使其在实际生产中的运用受到了极大的限制。

过冷液相区是衡量非晶合金性能的一重大指标之一。非晶合金在过冷液相区具有超塑性、高扩散性等特点，且当非晶合金温度从过冷液相区降至室温时，非晶态不会发生变化。

目前，非晶合金的制造主要通过压铸成型，且尺寸绝大部分均局限于毫米级别。更大尺寸非晶合金的制造主要通过多块非晶合金之间的互联焊接而形成。专利CN201510375044.7公开了一种固-液态连接异种大块非晶合金的方法，分别制备出大块非晶合金锭A和B，然后采用固-液态连接的方法使大块非晶合金A和B在内部带有支架的模具中实现固-液态连接，该方法实现了固-液态下的异种非晶合金原子尺度的冶金结合，但也存在尺寸的限制，形状受限于模具，加工效率较低等缺点。专利CN201510509650.3公开了一种厘米级尺寸的Ce-Ga-Cu-Ni 系大块非晶合金的制作方法，该制备方法制得的非晶具有较大的尺寸和近100℃的超塑性成型能力，有助于其在精密零部件和微纳米加工方面的广泛应用，但是该方法依赖于传统的试错法，工艺开发时间长，而且易导致材料性能降低，非晶合金成型能力有限。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种克服了传统的焊接方法带来的材料性能下降的缺点的激光辅助压轧大块非晶合金的系统，还提供一种使用该激光辅助压轧大块非晶合金的系统实现的激光辅助压轧大块非晶合金的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统,包括：

压轧系统，其包括工作台和装夹压辊；两非晶合金装夹于所述工作台和装夹压辊之间；所述装夹压辊通过驱动沿所述工作台的一方向滚转平行移动以压轧两非晶合金形成大块非晶合金；

激光系统，其与所述压轧系统联动连接且位于所述压轧系统的上方。

进一步地，所述激光系统包括激光发生装置和聚焦模组；所述激光发生装置和聚焦模组均位于所述压轧系统的上方。

进一步地，所述工作台为以平板铺设或以多根可驱动滚转的辊轴铺设形成的工作台。

本发明还提供了一种激光辅助压轧大块非晶合金的方法，使用上述的激光辅助压轧大块非晶合金的系统的实现，所述激光辅助压轧大块非晶合金的方法通过将非晶合金A与非晶合金B装夹于压轧系统上，运行压轧系统和激光系统工作，压轧该非晶合金A与非晶合金B形成大块非晶合金。

进一步地，所述激光辅助压轧大块非晶合金的方法通过将非晶合金A与非晶合金B装夹于压轧系统上，运行压轧系统和激光系统工作，压轧该非晶合金A与非晶合金B形成大块非晶合金的具体步骤如下：

S1.将非晶合金A与非晶合金B装夹于工作台和装夹压辊之间，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.调整激光束入射角度；

S4.激光束在非晶合金A与非晶合金B工作接触界面处预热；

S5.压轧系统工作，装夹压辊在驱动下沿所述工作台的一方向滚转平行移动，将非晶合金 A与非晶合金B压轧成一体；

S6.重复步骤S3～S5，完成非晶合金A与非晶合金B的压轧，形成大块非晶合金。

进一步地，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。

进一步地，所述装夹压锟与工作台之间的相对距离略小于非晶合金A和非晶合金B的厚度和。

进一步地，所述装夹压辊沿X方向滚转平行移动，移动距离为0～20mm；所述装夹压辊的滚转角度为0～360°；所述装夹压辊的滚转速度为0～500rpm。

进一步地，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。

进一步地，所述激光束的入射角度为0°～90°。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统通过设置压轧系统和激光系统，将需要压轧的非晶合金装夹在压轧系统的工作台和装夹压辊之间，通过压轧系统和激光系统相联动连接，先利用激光系统的激光束实时预热两块非晶合金的工作接触界面，使温度达到两块非晶合金的交叉过冷液相区温度，此时，两块非晶合金具有超塑性、高扩散性等特点，通过压轧系统的驱动机构驱动装夹压辊沿所述工作台的一方向滚转平行移动以压轧两块非晶合金的工作接触界面连接在一起，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压轧工作。该激光辅助压轧大块非晶合金的系统在非晶合金的过冷液相区完成工作时，非晶合金不会晶化，确保了压轧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。

2.本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统通过激光系统的激光束进行预热，升温快，工作效率高。

3.本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统灵活性高，且工艺简单。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本申请作进一步详细的说明。

图1是本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统压轧形成大块非晶合金的实施例1的结构示意图。

图2是本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统压轧形成大块非晶合金的实施例2的结构示意图。

图3是本发明的激光辅助压轧大块非晶合金的系统压轧形成大块非晶合金的实施例3的结构示意图。

图中包括：

压轧系统1、工作台11、平板121、辊轴122、装夹压辊12、激光系统2、激光发生装置21、聚焦模组22、非晶合金A3、非晶合金B4。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步描述。

一种激光辅助压轧大块非晶合金的系统,包括压轧系统1和激光系统2。其中，压轧系统 1、包括工作台11和装夹压辊12。其中，两非晶合金装夹于所述工作台11和装夹压辊12之间；所述装夹压辊12通过驱动沿所述工作台11的一方向滚转平行移动以压轧两非晶合金形成大块非晶合金；具体的，装夹压辊12是通过压轧系统1的驱动机构驱动。该驱动机构可以为电机和与该电机的输出轴连接的传动机构。激光系统2与所述压轧系统1联动连接且位于所述压轧系统1的上方。通过激光系统2的激光束对装夹在工作台11和装夹压辊12的非晶合金进行预热，升温快，工作效率高。由于激光系统2与压轧系统1具有联动性，在激光系统2的激光束预热后，同时，压轧系统1立即开始工作，压轧系统1的压轧工艺可以促使两非晶合金之间的相互挤压、流动，可以有效的实现两非晶合金之间的粘合连接。

因此，激光辅助压轧大块非晶合金的系统通过设置压轧系统1和激光系统2，将需要压轧的非晶合金装夹在压轧系统1的工作台11和装夹压辊12之间，通过压轧系统1和激光系统2相联动连接，先利用激光系统2的激光束实时预热两块非晶合金的工作接触界面，使温度达到两块非晶合金的交叉过冷液相区温度，此时，两块非晶合金具有超塑性、高扩散性等特点，通过压轧系统1的驱动机构驱动装夹压辊12沿所述工作台11的一方向滚转平行移动以压轧两块非晶合金的工作接触界面连接在一起，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压轧工作。该激光辅助压轧大块非晶合金的系统在非晶合金的过冷液相区完成工作时，非晶合金不会晶化，确保了压轧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，该激光辅助压轧大块非晶合金的系统灵活性高，而且工艺简单。

其中，所述激光系统2包括激光发生装置21和聚焦模组22；所述激光发生装置21和聚焦模组22均位于所述压轧系统1的上方。通过聚焦模组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。

在本具体实施方式中，所述工作台11为以平板121铺设或以多根可驱动滚转的辊轴122 铺设形成的工作台11。根据需求，当所述工作台11为以平板121铺设形成的工作台11时，利用工作台11支撑非晶合金，通过可滚转的装夹压辊12提供动力，装夹压辊12和工作台11共同作用，压轧两非晶合金形成大块非晶合金有助于确保了压轧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。当所述工作台11为以多根可驱动滚转的辊轴122铺设形成的工作台11时，利用工作台11用于支撑非晶合金，但是可驱动滚转的辊轴122和可滚转的装夹压辊12共同提供动力，压轧两非晶合金形成大块非晶合金有助于确保了压轧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，提高了生产的效率。

本发明还提供了一种激光辅助压轧大块非晶合金的方法，使用上述的激光辅助压轧大块非晶合金的系统的实现，所述激光辅助压轧大块非晶合金的方法通过将非晶合金A3与非晶合金B4装夹于压轧系统1上，运行压轧系统1和激光系统2工作，压轧该非晶合金A3与非晶合金B4形成大块非晶合金。该激光辅助压轧大块非晶合金的方法将需要压轧的非晶合金A3 与非晶合金B4装夹在压轧系统1的工作台11和装夹压辊12之间，通过压轧系统1和激光系统2相联动连接，先利用激光系统2的激光束实时预热非晶合金A3与非晶合金B4的工作接触界面，使温度达到非晶合金A3与非晶合金B4的交叉过冷液相区温度，此时，非晶合金A3与非晶合金B4具有超塑性、高扩散性等特点，通过压轧系统1的驱动机构驱动装夹压辊12沿所述工作台11的一方向滚转平行移动以压轧非晶合金A3与非晶合金B4的工作接触界面连接在一起，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压轧工作。该激光辅助压轧大块非晶合金的系统在非晶合金的过冷液相区完成工作时，非晶合金不会晶化，确保了压轧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。

优选的，所述非晶合金A3与非晶合金B4为具有交叉过冷液相区的同种或异种非晶合金。该激光辅助制备大块非晶合金的方法适用于不同种类的非晶合金，灵活性高，制备范围广。

该激光辅助压轧大块非晶合金的方法的具体步骤如下：

S1.将非晶合金A3与非晶合金B4装夹于工作台11和装夹压辊12之间，调整好工件的初始加工位置。

S2.根据非晶合金A3与非晶合金B4的交叉过冷液相区计算所需激光参数并输出激光束。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。

S3.调整激光束入射角度。所述激光束的入射角度为0°～90°。

S4.激光束在非晶合金A3与非晶合金B4工作接触界面处预热。

S5.压轧系统1工作，装夹压辊12在驱动下沿所述工作台11的一方向滚转平行移动，将非晶合金A3与非晶合金B4压轧成一体。所述装夹压辊12沿X方向滚转平行移动，移动距离为0～20mm；所述装夹压辊12的滚转角度为0～360°；所述装夹压辊12的滚转速度为0～500rpm。

S6.重复步骤S3～S5，完成非晶合金A3与非晶合金B4的压轧，形成大块非晶合金。

在本具体实施方式中，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：

S7.重复步骤S1～S6，也可以完成非晶合金C与上述已压轧成单块的大块非晶合金的压轧。

优选的，所述装夹压锟与工作台11之间的相对距离略小于非晶合金A3和非晶合金B4的厚度和。通过设置装夹压锟与工作台11之间的相对距离略小于非晶合金A3和非晶合金B4的厚度和，有助于压轧非晶合金A3与非晶合金B4形成整体的大块非晶合金，使块非晶合金的紧密性更好，避免大块非晶合金存在缺陷。

通过上述的激光辅助压轧大块非晶合金的方法可以完成实施例1～3的同种或异种非晶合金之间相压轧形成的大块非晶合金。

实施例1：

在实施例1中，如图1，将非晶合金A3与非晶合金B4装夹于工作台11和装夹压辊12之间，并调整好初始装夹位置，非晶合金A3的组分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5。其中，Tg为349℃，Tx为426℃。非晶合金B4的组分为Zr44Ti11Cu10Ni10Be25。其中，Tg为 350℃，Tx为471℃。根据非晶合金A3与非晶合金B4的交叉过冷液相区计算加工时温度设定为400℃，进而计算输出波长1030nm、脉冲宽度170fs、功率3W、频率100kHz的激光束，激光束沿非晶合金A3与非晶合金B4的工作接触界面预热，同时装夹压辊12相对于以平板121 铺设形成的工作台11滚转，将非晶合金A3与非晶合金B4压轧成一体，重复上述工艺，完成整体的大块非晶合金的压轧。

实施例2：

在实施例2中，如图2，将非晶合金A3与非晶合金B4装夹于工作台11和装夹压辊12之间，并调整好初始装夹位置，非晶合金A3与非晶合金B4的组分均为Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3。其中，Tg为400℃，Tx为480℃。根据非晶合金A3与非晶合金B4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355nm、脉冲宽度20ns、功率4W、频率100kHz的激光束，激光束沿非晶合金A3与非晶合金B4的工作接触界面预热，同时装夹压辊12相对于以多根可驱动滚转的辊轴122铺设形成的工作台11滚转，装夹压辊12和辊轴122均滚转，将非晶合金A3与非晶合金B4压轧成一体，重复上述工艺，完成整体的大块非晶合金的压轧。

实施例3：

在实施例3中，如图3，为了实现非晶合金A3与非晶合金B4之间的结合，在非晶合金A3与非晶合金B4表面加工出微结构，然后激光辅助压轧大块非晶合金的方法如实施例1所述，将非晶合金A3与非晶合金B4装夹于工作台11和装夹压辊12之间，并调整好初始装夹位置，非晶合金A3与非晶合金B4均组分为Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3。其中，Tg为 400℃，Tx为480℃。根据非晶合金A3与非晶合金B4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355nm、脉冲宽度20ns、功率4W、频率100kHz的激光束，激光束沿非晶合金A3与非晶合金B4的工作接触界面预热，同时装夹压辊12相对于以平板121铺设形成的工作台11滚转，将非晶合金A3与非晶合金B4压轧成一体，重复上述工艺，完成整体的大块非晶合金的压轧。

通过上述的激光辅助压轧大块非晶合金的方法完成实施例1～3的同种或异种非晶合金之间相压轧形成的大块非晶合金的工作，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。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，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。