[發明專利]提高激光高溫噴丸約束效果的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310197205.9
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103266204A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 黃舒;孟憲凱;周建忠;盛杰;王宏宇;韓煜航;朱煒立;鐘輝;田清;戴磊
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D7/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種提高激光高溫噴丸約束效果的方法，其特征是利用高壓脈沖氣體產生的沖擊壓力對激光溫噴丸誘導產生的壓力進行約束，高壓脈沖氣體的脈沖頻率與激光器脈沖頻率相等且高壓脈沖氣體與激光同時到達工件表面，這樣可以在不影響等離子體凝聚的同時應用于高溫（100~450℃）下的激光噴丸，以保證激光高溫噴丸約束層的有效性和可靠性。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是它包括以下具體步驟：

A）將涂有黑漆的工件安置在加熱平臺上，同時開啟計算機系統和氣壓泵；

B）旋轉壓力傳感器下方的螺柱，使壓力傳感器上表面與工件上表面處于同一水平面；調節五軸工作臺，將噴嘴的噴孔對準壓力傳感器，計算機系統開啟電磁開關，自動統計激光脈沖信號的延遲時間；同時調節調壓閥的壓力，使壓力傳感器檢測的壓力維持在0.5~2GPa之間；調節完畢后，計算機控制五軸工作臺將噴嘴中心對準噴丸區域，同時關閉電磁開關進入噴丸程序；

C）在計算機系統上調節激光器的能量和脈沖頻率，同時根據激光器頻率調節電磁開關的脈沖頻率和脈沖寬度，保證高壓脈沖氣體覆蓋整個等離子爆炸過程；

D）利用計算機系統和加熱平臺數控系統調節加熱平臺的溫度至20~600℃；

E）待加熱平臺到達指定溫度后，計算機系統控制激光器和電磁開關以及五軸工作臺按照指定軌跡進行噴丸；

F）噴丸完畢后，計算機系統控制激光器關閉，同時關閉氣壓泵并開啟電磁開關對氣壓系統進行卸壓，最后關閉五軸工作臺和計算機系統，取下工件。

3.一種提高激光高溫噴丸約束效果的裝置，其特征是它包括調焦裝置、約束裝置、工件平臺和高壓脈沖氣體產生裝置，所述的調焦裝置包括透鏡系統和夾具，透鏡系統夾裝在夾具上，夾具與導軌之間采用絲杠連接，絲杠與步進電動機的輸出軸剛性連接，步進電動機通過絲杠和導軌帶動夾具和透鏡系統上下運動實現調焦；約束裝置包括頂蓋與噴頭，它們之間采用螺栓連接，中間安裝有橡膠墊片以保證結合的緊密性，頂蓋將耐高壓透鏡夾緊橡膠墊片8上；噴嘴與噴頭之間采用螺紋連接；左、右端蓋通過螺栓連接與噴頭左右表面相連，中間采用橡膠墊片增加密封性，在噴頭上開有供激光通過的垂直通道及兩個與激光通道相貫通的斜置的高壓脈沖氣體通道，高壓脈沖氣體通道與氣壓管路相連通；高壓脈沖氣體產生裝置包括氣壓泵、蓄壓器、溢流閥、電磁開關以及左、右端蓋，它們通過氣壓管路連接，連接部分采用管螺紋連接以增加密封性；工件平臺包括位于約束平臺下方的工件加熱平臺和五軸工作臺，工件加熱平臺位于五軸工作臺的上方，五軸工作臺上設置有溫度傳感器和高度可調的壓力傳感器；所述的步進電動機、工件加熱平臺以及五軸工作臺通過導線與各自的數控系統相連，各數控系統以及溫度傳感器和壓力傳感器又通過導線與集成控制器相連，所述的激光器、電磁開關均與集成控制器電氣連接。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征是計算機根據脈沖氣體在氣道中的傳播時間設置激光脈沖信號相對于高壓脈沖氣體信號的延遲時間，以保證兩者同時到達工件表面，具體過程為：在噴丸之前，將噴嘴噴孔中心對準壓力傳感器，計算機系統開啟電磁開關，并記錄時間，壓力傳感器接收到脈沖氣體壓力，并向計算機系統發送信號，計算機系統記錄時間，從而計算出氣體在氣道中的傳播時間，并自動將其設置為激光脈沖信號的延遲時間。

5.根據權利要求3所述的裝置，其特征是所述電磁開關到左、右端蓋的管道距離相等，以保證左右端蓋輸入到噴頭的高壓脈沖氣體同時到達待加工工件表面。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征是所述的高壓脈沖氣體到達待加工工件表面的壓力通過壓力傳感器測量，并顯示在計算機上，同時通過調節蓄壓器上方的調壓閥控制高壓脈沖氣體壓力的大小。

7.根據權利要求3所述的裝置，其特征是所述噴頭中斜置的供高壓脈沖氣體通過的高壓脈沖氣體通道與水平位置的夾角為45~60度，以保證高壓脈沖氣體的傳播方向，減少高速氣體撞擊導致的能量損失和響應時間，同時降低高壓脈沖氣體對耐高壓透鏡底面的沖擊作用。

8.根據權利要求3所述的裝置，其特征是所述的高壓脈沖氣體的作用區域通過更換不同噴孔直徑的噴嘴實現調節，或通過調節調壓閥的壓力以及噴嘴到待沖擊成形工件上表面的距離進行調節。