[發明專利]一種超聲波輔助激光溫噴丸強化細管件的組合方法

在審

• 申請號: 201810161759.6
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108285971A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 魯金忠;季仕杰;吳劉軍;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及表面工程技術與激光加工技術領域，具體涉及一種超聲波輔助激光溫噴丸強化細管件的組合方法。采用壓電陶瓷作為振動部件，經過極化后連接超聲波發生器，根據超聲波原理，沿壓電陶瓷柱產生低頻振動位移波，利用其產生的徑向振動撞擊細管件內壁，使細管件內壁產生一定的塑形變形，在細管件內壁引入殘余應力，使細管件內壁得到強化并降低表面粗糙度，同時對細管件外壁進行激光溫噴丸強化，最終使細管件內外壁均產生強化效果。

技術領域

本發明涉及表面工程技術與激光加工技術領域，具體涉及一種超聲波輔助激光溫噴丸強化細管件的組合方法。

背景技術

在工業應用中有大量金屬管件的內外表面需要改性處理，例如油田上的輸油管道、化工管道、航空、汽車發動機在高溫、腐蝕等惡劣環境下工作的內外壁亟待強化處理的管狀零部件，普通處理方法無法滿足其表面強化要求。這些工件常因內外表面磨損、腐蝕、氧化而發生早期失效，因此開發具有抗磨損、抗腐蝕、抗氧化的內外表面改性技術及工藝，是目前表面改性領域亟需解決的難題。

激光沖擊強化(Laser shock peening,LSP)是一種新型的表面強化技術，可以提高材料的強度、硬度、耐磨性和耐應力腐蝕性能，尤其能有效改善材料的抗疲勞斷裂性能。但是，研究表明，LSP誘導的殘余壓應力在高溫服役條件下會發生釋放，嚴重降低疲勞壽命。溫度輔助下的激光沖擊強化(Warm laser shock peening,WLSP)較傳統LSP工藝而言，可通過在位錯周圍誘導高致密的納米級析出物，對其進行釘扎，阻礙位錯滑動，從而獲得更穩定的位錯組織、更優的機械性能。

同時激光沖擊強化技術只能對管件外表面進行沖擊，相比于工件的外表面而言，管狀工件內壁改性處理主要存在以下幾個技術難題。一是受到內腔形狀和尺寸的限制，一些處理方法很難實施，或者是即使能實施也很難得到良好的改性效果，尤其是對于一些細長的管件更是如此。二是受到內腔形狀和尺寸的限制，一些處理介質很難進入管腔內部，或者是即使進入也難以保證改性層的均勻性。

本方法利用極化后的壓電陶瓷柱激勵超聲波產生徑向位移撞擊細管件內壁。控制頻率實現激勵出徑向振動的波，旋轉振動過程中，對細管件內壁進行光整加工，降低表面粗糙度。將壓電陶瓷柱緊貼細管件內壁不僅可以實現對細管件內壁的強化，同時也避免了對外壁進行激光溫噴丸強化時引起的管件尺寸變形。

發明內容

本發明提出了一種超聲波輔助激光溫噴丸強化細管件的組合方法。本方法主要是采用壓電陶瓷作為振動部件，經過極化后連接超聲波發生器，沿壓電陶瓷柱產生低頻振動位移波，利用其產生的徑向振動撞擊細管件內壁，同時轉動需強化的細管件，保證細管件內壁得到均勻的珩磨和強化，降低內壁的表面粗糙度和引入殘余應力，同時對管道外壁進行激光溫噴丸強化，對細管件內外壁均產生強化效果。

所述內壁強化處理過程中：先對PZT系壓電陶瓷柱進行極化，極化電場為1.5-5kv/mm，極化溫度為100-180℃，極化時間為10-60min，采用空氣極化法。

所述內壁強化處理過程中：保護套由具有振動能力強，高硬度和耐反復沖擊性強等優點的POM材料并且添加碳釬維制成，保護套可以防止在振動時壓電陶瓷柱的脆裂，同時根據管件內徑尺寸大小調節保護套厚度，保證強化效果。

所述內壁強化處理過程中：壓電陶瓷柱極化后激勵超聲波，激勵的信號為窄帶半正弦脈沖信號，幅值為20V，激勵頻率為20kHz-60kHz。

所述內壁強化處理過程中：壓電陶瓷柱產生徑向振動對管件內壁進行撞擊，同時以每次旋轉2/D rad的方式不連續轉動樣件，使小孔內壁產生一定的塑性變形從而引入殘余應力，使管件內壁得到均勻強化。

所述激光溫噴丸強化處理過程中：實驗前，采用1200#的SiC砂紙對試樣外表面進行打磨，直至表面光亮，并用去離子水對細管件進行超聲清洗，清洗后，將鋁箔吸收層緊密覆蓋于試樣表面，以水作為約束層。