[實用新型]一種高頻脈沖激光植入壓應力快速成形系統

有效

• 申請號: 202023295245.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN214443063U
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 孫福臻;劉陽;姜波;李巖
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司煙臺分公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C21D10/00;B33Y30/00;B33Y10/00;B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 李萍

本實用新型涉及一種高頻脈沖激光植入壓應力快速成形系統，成形系統包括激光控制系統，用于獲取預成形件的數據，并將該數據轉換為控制指令，用于控制運動系統的運動模式和運動路徑；高頻脈沖激光發生器，與運動系統連接，用于發出指定頻率的激光脈沖，并利用激光脈沖向熔覆點植入壓應力；送粉器，與運動系統連接，用于提供熔覆粉末，所述送粉器上設有電磁開關；運動系統，與同軸送粉激光熔覆頭連接，用于對同軸送粉激光熔覆頭的運動狀態進行控制；同軸送粉激光熔覆頭，用于向金屬基板同軸輸送激光脈沖和熔覆粉末；惰性氣源，與送粉器和運動系統連接，用于提供惰性氣體防止熔覆粉末氧化。本實用新型實現了在激光熔覆過程中同時植入壓應力快速成形。

技術領域

本實用新型涉及快速成型技術領域，具體涉及一種高頻脈沖激光植入壓應力快速成形系統。

背景技術

激光噴丸強化技術是一種有效的金屬疲勞解決方案，與常規噴丸類似，也是通過在金屬表面引入殘余壓應力而增強金屬零件的抗疲勞性能。不同的是，激光噴丸是利用高能高頻脈沖激光在零件表面誘導產生沖擊波，沖擊波作用于金屬表面產生塑性變形的同時植入壓應力，而殘余壓應力增強了零件材料對表面相關破壞的抵抗能力。

激光噴丸強化技術最早發生于20世紀70年代初的美國貝爾實驗室， 1972年，Fairand BP等首次利用高功率脈沖激光誘導的沖擊波改變7075鋁合金的顯微結構組織以提高其機械性能，從此揭開了激光沖擊應用研究的序幕。20世紀90年代以來，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)與GE、MIC等公司聯合深入開展了激光噴丸強化技術的理論、工藝和設備的研究工作，使該項技術逐步應用于F110、F101、F414等發動機關鍵零部件的表面改性和強化。

國內有關激光沖擊波技術的抗疲勞制造應用基礎研究始于1992年，南京航空航天大學于中國科學技術大學合作開展了航空結構抗疲勞斷裂的激光噴丸強化機理研究，就激光噴丸的物理過程、涂層約束層技術、表面微觀組織和形貌、抗疲勞性能以及噴丸效果的評價方法等進行了較為系統的研究。

長期以來，激光噴丸技術一直以“約束模式”為主要路線，即：在靶材表面預先覆蓋上一層約束介質，通過約束層產生的反沖作用提高激光沖擊波壓力峰值和持續作用時間。雖然這一技術路線提高了激光加工效率，然而卻因為約束層的局限，使激光噴丸技術難以與激光增材制造技術如激光熔覆成形等結合起來，嚴重限制了激光沖擊波效應在激光熔覆成形中的有益應用。一直以來，包括激光熔覆在內的激光增材技術都以連續激光為能量源，而脈沖激光在金屬件快速成形領域的應用極為有限。

因此，如何將激光噴丸與激光增材有機結合起來，成為需要解決的技術問題。

實用新型內容

本實用新型針對現有的技術問題，提供一種高頻脈沖激光植入壓應力快速成形系統。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種高頻脈沖激光植入壓應力快速成形系統，包括：

激光控制系統，用于獲取預成形件的數據，并將該數據轉換為控制指令，用于控制運動系統的運動模式和運動路徑；

高頻脈沖激光發生器，與運動系統連接，用于發出指定頻率的激光脈沖，并利用激光脈沖向熔覆點植入壓應力；

送粉器，與運動系統連接，用于提供熔覆粉末，所述送粉器上設有電磁開關；

運動系統，與同軸送粉激光熔覆頭連接，用于對同軸送粉激光熔覆頭的運動狀態進行控制；

同軸送粉激光熔覆頭，用于向金屬基板同軸輸送激光脈沖和熔覆粉末；

惰性氣源，與送粉器和運動系統連接，用于提供惰性氣體防止熔覆粉末氧化。