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[發(fā)明專利]一種基于激光沖擊強(qiáng)化等離子體沖擊波約束方法有效

專利信息
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> 201711012259.8 申請(qǐng)日: 2017-10-26
公開(公告)號(hào): CN109706309B 公開(公告)日: 2020-10-09
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 陸瑩;喬紅超;趙吉賓;孫博宇;胡太友 申請(qǐng)(專利權(quán))人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
主分類號(hào): C21D10/00 分類號(hào): C21D10/00
代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002 代理人: 王倩
地址: 110016 遼*** 國省代碼: 遼寧;21
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 基于 激光 沖擊 強(qiáng)化 等離子體 沖擊波 約束 方法
【說明書】:

發(fā)明公開了一種激光沖擊強(qiáng)化等離子體沖擊波約束方法。利用強(qiáng)磁場(chǎng)的約束使激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體(正離子、負(fù)離子)分離,使正離子附著在犧牲層(鋁箔或者黑膠帶)表面,形成一種透明帶電的等離子體約束層,主要作用是約束產(chǎn)生的等離子體沖擊波,增強(qiáng)沖擊波對(duì)靶材的作用效果。由于等離子體存在的時(shí)間尺度要遠(yuǎn)大于激光脈沖寬度,所以利用強(qiáng)磁場(chǎng)將激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子正負(fù)離子分離形成一層約束層。本發(fā)明方法工藝簡單,可控性強(qiáng)、效果顯著,相比于傳統(tǒng)的約束層(水或者玻璃),激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子可以對(duì)復(fù)雜曲面、凹槽、榫槽、復(fù)雜內(nèi)壁面的激光沖擊強(qiáng)化進(jìn)行約束,有效地抑制沖擊波向外擴(kuò)散,提高激光沖擊強(qiáng)化效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光沖擊強(qiáng)化等離子體沖擊波約束方法,利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體附著在犧牲層表面,形成一種帶電的等離子體約束層。

背景技術(shù)

激光與材料之間的相互作用是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,包括激光對(duì)物體的熱作用,物質(zhì)對(duì)激光的吸收、反射以及激光在物質(zhì)中的傳播等,激光與物質(zhì)的相互作用機(jī)制非常復(fù)雜,主要包括韌致吸收、光電離、多光子吸收、空穴吸收以及雜志吸收等多種類型,影響這些作用的因素主要包括波長、功率密度、能量密度、脈沖寬度等激光參數(shù)、材料性質(zhì)、狀態(tài)參量等,高功率激光束作用在固體靶材表面時(shí),靶表面吸收大量激光能量引發(fā)的物理現(xiàn)象可歸結(jié)為熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng),當(dāng)功率密度在103~104W/cm2時(shí),激光在材料表面主要是熱效應(yīng),功率密度大于106W/cm2,脈沖持續(xù)時(shí)間大于100μs時(shí),激光與材料的相互作用基本上是氣化構(gòu)成,當(dāng)功率密度大于109W/cm2時(shí),就會(huì)出現(xiàn)等離子體,激光沖擊強(qiáng)化過程屬于最后一種,當(dāng)高功率密度的激光輻照材料表面時(shí),直接使吸收保護(hù)層氣化電離,形成高溫、高壓的等離子體,等離子體是由帶點(diǎn)的正離子、負(fù)離子(其中包括正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)組成)宏觀成電中性,形成的等離子體是沖擊波能量載體。等離子的存在要滿足一定的空間和時(shí)間矢量條件的,才能達(dá)到等離子自持穩(wěn)態(tài)的時(shí)空矢量場(chǎng)。

等離子體中粒子的運(yùn)動(dòng)與電磁場(chǎng)(外場(chǎng)及粒子產(chǎn)生的自洽場(chǎng))的運(yùn)動(dòng)緊密耦合,不可分割。

目前常用的激光沖擊強(qiáng)化約束層主要是K9光學(xué)玻璃和水,起到限制沖擊波向外傳播,增加金屬表面沖擊波壓力的作用。但是使用這兩種材料作為約束層存在諸多缺陷:玻璃作為約束層可能對(duì)人員和設(shè)備產(chǎn)生威脅,沖擊波的作用會(huì)導(dǎo)致玻璃破碎甚至飛濺,容易打壞其他設(shè)備甚至對(duì)人造成傷害,而且約束層無法迅速更換,大大降低了強(qiáng)化效率,而且只能用來加工平面,不能對(duì)榫槽、焊縫等復(fù)雜曲面進(jìn)行加工,無法滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要。以水作為約束層,由于水為液態(tài)流體,其厚度很難調(diào)控,強(qiáng)化效果會(huì)有較大波動(dòng),同時(shí)如果需要加工復(fù)雜曲面或者內(nèi)部結(jié)構(gòu),水流會(huì)存在死角,無法達(dá)到指定位置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新的激光沖擊強(qiáng)化沖擊波約束方法,即利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體附著在犧牲層表面,形成一種帶電的等離子體約束層,由于等離子體存在的時(shí)間尺度要遠(yuǎn)大于激光脈沖寬度,所以利用強(qiáng)磁場(chǎng)將激光誘導(dǎo)的等離子正負(fù)離子分離,形成一層約束層的方法是可行的。

本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于激光沖擊強(qiáng)化等離子體沖擊波約束方法,包括以下步驟:

(1)采用高能激光誘導(dǎo)工件表面吸收層產(chǎn)生等離子體沖擊波,當(dāng)激光輻照工件表面時(shí),使工件表面的吸收保護(hù)層氣化電離,形成的等離子體作為沖擊波能量載體;

(2)利用永磁體形成強(qiáng)磁場(chǎng)約束激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體分離,使正離子附著在犧牲層表面,形成一種帶電的等離子體約束層;

(3)利用強(qiáng)磁場(chǎng)將激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子的正、負(fù)離子分離,形成一層帶電的約束層;

(4)利用機(jī)器人夾持永磁體,使磁場(chǎng)線方向與工件表面一致,等離子體中的正離子作為約束層吸附在犧牲層表面,電子則在磁場(chǎng)的作用下移動(dòng)工件另一側(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)激光沖擊強(qiáng)化的等離子體沖擊波的約束。

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說明:

1、專利原文基于中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利說明書;

2、支持發(fā)明專利 、實(shí)用新型專利、外觀設(shè)計(jì)專利(升級(jí)中);

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