[發(fā)明專利]一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310061763.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103143835A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志輝;任露泉;王亮;周宏;周倜;張寶玉;林鵬宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/42
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用特殊介質(zhì)條件進(jìn)行激光制備的先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在水介質(zhì)下，通過(guò)自動(dòng)化控制器件及集成，進(jìn)行激光表面制備的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進(jìn)制造技術(shù)，被譽(yù)為“21世紀(jì)的萬(wàn)能加工工具”，“未來(lái)制造技術(shù)的共同加工手段”。與其它加工制造技術(shù)相比，激光加工與制造技術(shù)具有高效率、高精度、高質(zhì)量、應(yīng)用范圍廣、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此，在航天航空、機(jī)械制造、石化、船舶、冶金、電子、信息等領(lǐng)域，激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。與其相關(guān)的各種加工手段也得到了迅速擴(kuò)展，如激光打孔、激光焊接、激光切割、激光相變硬化、激光熔凝、激光毛化、激光熔覆與合金化、激光表機(jī)、激光雕刻等等。

激光與材料交互作用，能夠引起力學(xué)、物理和化學(xué)效應(yīng)的變化，達(dá)到影響材料表面形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和成分的變化，從而使材料的韌性、耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等特性均得以改善。其主要原因是激光加工區(qū)域在基體自冷和表面空冷作用下，較常規(guī)處理具有更高的冷卻速度。傳統(tǒng)的熱處理和凝固理論認(rèn)為，冷卻速度越快，形核率越低，得到的晶粒越細(xì)小，因此激光表面加工能夠獲得精細(xì)的自淬火或非平衡結(jié)晶組織，這使得處理后材料表面具有更加優(yōu)異的功能特性。

近期研究表明，為了進(jìn)一步提高激光處理后的材料冷卻速度，并克服傳統(tǒng)空氣介質(zhì)中激光加工產(chǎn)生的開(kāi)裂、氧化、氣蝕等缺點(diǎn)，獲得較傳統(tǒng)激光加工更加精細(xì)的處理區(qū)組織和特殊表面性能，可以將待加工試件放置在水中，使試件表面與激光終端之間形成一定水膜厚度(處理材料的上表面到水面的距離)進(jìn)行激光加工。從而可以進(jìn)一步拓展激光加工技術(shù)的使用范圍，在傳統(tǒng)空氣介質(zhì)激光加工的基礎(chǔ)上，開(kāi)辟多元化、多介質(zhì)激光加工的新途徑。進(jìn)而使激光加工處理區(qū)組織和整個(gè)加工表面的性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，這對(duì)于滿足更加精細(xì)的激光加工需求，獲得特殊的激光加工表面功能具有重大意義。

然而，水介質(zhì)激光加工的理論與技術(shù)研究尚剛剛開(kāi)始，對(duì)其內(nèi)在規(guī)律與機(jī)制還不清楚，需進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，這使得開(kāi)發(fā)一種專門(mén)的水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置顯得極為重要。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，在利用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，需對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件、參數(shù)等進(jìn)行精確控制，從而獲得精準(zhǔn)、可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這不僅是多元、多介質(zhì)激光制備方法實(shí)現(xiàn)的需要，同時(shí)也是研究水膜介質(zhì)下激光加工材料性能的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能在選定的水膜厚度和介質(zhì)溫度(室溫至100攝氏度)的條件下對(duì)試樣進(jìn)行水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置。

并實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化控制，為實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)條件的獲取提供精確、可靠的外部條件，為液體介質(zhì)下激光表面制備研究奠定基礎(chǔ)。

一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置，主要由實(shí)驗(yàn)水槽16、激光加工終端3和介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9和人機(jī)界面系統(tǒng)1組成，所述激光加工終端3置于實(shí)驗(yàn)水槽16的上方，所述實(shí)驗(yàn)水槽16安裝在數(shù)控工作臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)水槽16內(nèi)設(shè)有試件臺(tái)11，溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9，試件12通過(guò)夾具5固定在試件臺(tái)11上，并浸沒(méi)于水面6以下，所述介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由裝在實(shí)驗(yàn)水槽16內(nèi)的溫度傳感器13、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9、過(guò)濾裝置10和人機(jī)界面系統(tǒng)1組成。

所述試件12為厚度一定的標(biāo)準(zhǔn)試件，且呈水平放置在試件臺(tái)11上，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9成對(duì)角線布置在實(shí)驗(yàn)水槽16底部，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9經(jīng)過(guò)濾裝置10和進(jìn)水口閥體16通過(guò)水管8與外設(shè)的儲(chǔ)水裝置14和水泵15相連接。

所述試件12上表面與水面6之間的距離h為水膜厚度，實(shí)驗(yàn)所需的水膜厚度和介質(zhì)溫度限值由人機(jī)界面系統(tǒng)1設(shè)定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水膜厚度和介質(zhì)溫度應(yīng)保持恒定，并由人機(jī)界面系統(tǒng)1通過(guò)溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制自動(dòng)調(diào)節(jié)。

所述水膜厚度經(jīng)水面高度傳感器2感應(yīng)，通過(guò)程序計(jì)算試件12上表面與水面6的高度差獲得，并由進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制進(jìn)排水量調(diào)節(jié)。

所述水膜介質(zhì)溫度通過(guò)溫度傳感器13感應(yīng)，由進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制進(jìn)排水量實(shí)現(xiàn)冷熱水交換調(diào)節(jié)。

所述人機(jī)界面系統(tǒng)1按所要求的水膜厚度和介質(zhì)溫度在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定。

所述溫度傳感器13通過(guò)簡(jiǎn)易支架4安裝在激光加工終端3上。

本發(fā)明的積極效果在于：可以實(shí)現(xiàn)激光加工的水介質(zhì)溫度在室溫至100攝氏度之間的任意設(shè)定，并在選定的水膜厚度和介質(zhì)溫度的條件下試樣的激光制備，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)條件的精確控制和實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)單易行；此外，本發(fā)明還具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明