[發明專利]一種溫控激光沖擊強化高溫維穩方法和裝置

在審

• 申請號: 201611032046.7
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108085479A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 陸瑩;趙吉賓;喬紅超
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及一種溫控激光沖擊強化高溫維穩方法和裝置，裝置包括保護罩以及保護罩內的加熱棒、卡具、熱電偶和氧氣傳感器，與保護罩連接的氬氣瓶；卡具上固定有加熱棒，加熱棒上設有試樣；激光經保護罩上的入射鏡入射至試樣表面；加熱棒還連有熱電偶，用于檢測溫度；保護罩通過入氣口與氬氣瓶連接。方法包括向保護罩內通入氬氣，電熱棒開始加熱；通過熱電偶所測溫度保持不變達到設定時間，并且氧氣傳感器測得的氧氣濃度降低至閾值時，開始強化；調節激光沖擊強化工藝參數，通過機器人夾持試樣移動，完成強化。本發明可有效的提高激光沖擊強化高溫穩定性，抑制激光沖擊強化誘導形成的殘余壓應力層高溫失效，是一種有效的激光沖擊高溫維穩方法。

技術領域

本發明針對激光沖擊強化誘導殘余壓應力高溫失效溫度，提出溫控激光沖擊強化，有效的提高了材料表面殘余壓應力層高溫穩定性。

背景技術

目前激光沖擊強化技術已經成功的應用于航空發動機冷端葉片的表面加工過程，使冷端處發動機的使用壽命提高3倍以上，有效提高了其表面抗異物損傷的能力。但是研究發現，激光沖擊強化后形成的殘余壓應力在高溫(200℃以上)條件下保溫，會導致殘余應力部分釋放，若保溫時間較長或溫度較高，殘余應力幾乎全部消失。這就意味著，激光沖擊強化技術很難應用于航空發動機熱端的葉片延壽。針對航空發動機熱端葉片延壽的實際問題，我們提出在高溫下進行激光沖擊強化，通過提高溫度降低材料的流變應力，使其在激光沖擊過程中形成更深的殘余應力層，有效的抑制強化效果高溫失穩，有效的提高了材料表面殘余壓應力層高溫穩定性。

發明內容

本發明的目的是提供一種溫控激光沖擊強化高溫維穩裝置及方法，抑制激光沖擊強化誘導的殘余應力層高溫失效，有效的提高其高溫穩定性。該方法操作相對簡單，無污染，高溫維穩效果顯著。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種溫控激光沖擊強化高溫維穩裝置，包括保護罩以及保護罩內的加熱棒、卡具、熱電偶和氧氣傳感器，與保護罩連接的氬氣瓶；

卡具與機械人連接；卡具上固定有加熱棒，加熱棒上設有試樣；激光經保護罩上的入射鏡入射至試樣表面；加熱棒還連有熱電偶，用于檢測溫度；保護罩通過入氣口與氬氣瓶連接。

所述試樣表面依次設有犧牲層、約束層。

所述激光經保護罩上的入射鏡入射至試樣表面的約束層。

所述犧牲層為玻璃。

所述約束層為鉑。

一種溫控激光沖擊強化高溫維穩方法，包括以下步驟：

(1)試樣預處理；

(2)高溫激光沖擊準備：向保護罩內通入氬氣，電熱棒開始加熱；通過熱電偶所測溫度保持不變達到設定時間，并且氧氣傳感器測得的氧氣濃度降低至閾值時，開始強化；

(3)激光沖擊強化：調節激光沖擊強化工藝參數，通過機器人夾持試樣移動，完成強化；

(4)試樣后處理：將表面約束層、犧牲層去掉，并用酒精清洗并吹干，待用。

所述激光沖擊強化工藝參數包括：激光波長為1064nm，脈沖寬度為5-20ns，激光能量0.5-10J、重復頻率0.5-2Hz，形成的光斑直徑約為0.5-3mm之間。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明可有效的提高激光沖擊強化高溫穩定性，抑制激光沖擊強化誘導形成的殘余壓應力層高溫失效，是一種有效的激光沖擊高溫維穩方法。

2.本發明采用能實時監測保護罩內氧氣含量和加熱溫度，防止試樣由于高溫氧化影響材料高溫強化效果。

3.通過該高溫激光沖擊強化方法對航空發動機常用材料鈦合金和耐高溫不銹鋼的激光沖擊強化高溫穩定性能有明顯的提高。

附圖說明