[發(fā)明專利]一種電脈沖和激光沖擊波實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化的裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210329192.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN114686675A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧維維;魯金忠;羅開玉;盧海飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D10/00
• 分類號(hào): C21D10/00;C22F3/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電脈沖和激光沖擊波實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化的裝置。所述裝置包括電脈沖發(fā)生裝置，溫度監(jiān)測(cè)裝置，激光沖擊裝置和控制系統(tǒng)。本發(fā)明在進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化的同時(shí)引入脈沖電流對(duì)材料進(jìn)行同步強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)材料塑性與強(qiáng)度的深度提升；通過控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)電脈沖，激光沖擊單脈沖及工件移動(dòng)三者的協(xié)調(diào)關(guān)系，真正實(shí)現(xiàn)電脈沖與激光沖擊波的實(shí)時(shí)耦合，保證每個(gè)激光單脈沖沖擊的環(huán)境相同，從而保證電脈沖與激光沖擊強(qiáng)化效果的均勻性，從而滿足工業(yè)大面積均勻強(qiáng)化的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電脈沖和激光沖擊波實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化的裝置。

背景技術(shù)

激光沖擊強(qiáng)化是一種有效的表面強(qiáng)化技術(shù)，主要利用高能激光束在材料表面形成等離子體，誘導(dǎo)激光沖擊波傳至材料內(nèi)部，使材料表面發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，從而在表面誘導(dǎo)較深的殘余壓應(yīng)力層，表層晶粒細(xì)化，從而延伸疲勞壽命，提升材料的抗腐蝕性能等。激光沖擊強(qiáng)化具有如下特點(diǎn)：(1)較深的殘余壓應(yīng)力層，(2)加工柔性程度高，(3)精確加工的能力，(4)無損加工。因此，激光沖擊強(qiáng)化在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著航空航天，海洋工程，汽車工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵復(fù)雜構(gòu)件的工況越來越復(fù)雜越來越嚴(yán)格，并對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的抗疲勞性能，耐磨損以及耐腐蝕性能等提出了超高要求，目前普通的表面強(qiáng)化技術(shù)已經(jīng)不能高性能構(gòu)件的強(qiáng)化要求，激光沖擊強(qiáng)化雖然具有提升構(gòu)件的抗疲勞性能等特點(diǎn)，但仍然存在這些優(yōu)點(diǎn)，但隨著工業(yè)的發(fā)展，激光沖擊強(qiáng)化也漸漸顯示出了劣勢(shì)：(1)殘余壓應(yīng)力層深度不夠，(2)材料表面的納米化程度不夠，(3)材料表面粗糙度往往達(dá)不到工程應(yīng)用程度等缺點(diǎn)，無法滿足現(xiàn)階段高性能復(fù)雜構(gòu)件的強(qiáng)化要求。

針對(duì)上述存在的問題，申請(qǐng)?zhí)枮镃N202110047409.9的中國專利提出了一種脈沖電流耦合激光噴丸強(qiáng)化金屬材料的方法及裝置，該專利提出的裝置滿足實(shí)驗(yàn)室脈沖電流輔助激光沖擊強(qiáng)化工藝的研究，但該專利由于五軸工作臺(tái)及約束層的限制，不適用于電流輔助激光沖擊強(qiáng)化的工業(yè)應(yīng)用，并且不適用在目前的已有的激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備上進(jìn)行更新，需要重新定制相關(guān)設(shè)備。再有申請(qǐng)?zhí)枮?02110285517.X的中國專利提出了一種針對(duì)大工件的電致塑性和激光沖擊復(fù)合強(qiáng)化方法及裝置，該專利提出的裝置，關(guān)于工件的運(yùn)動(dòng)，激光沖擊波的作用以及電流的作用，三者是獨(dú)立的，無法實(shí)現(xiàn)脈沖電流與激光沖擊波的實(shí)時(shí)耦合，無法實(shí)現(xiàn)均勻強(qiáng)化。

發(fā)明內(nèi)容

目前國內(nèi)外尚無能夠應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模使用均勻強(qiáng)化的電流輔助激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種電脈沖和激光沖擊波實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化的裝置，能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行精準(zhǔn)定點(diǎn)雙波同時(shí)或交替作用，保證最終強(qiáng)化的均勻性；主要利用電流的電致塑性和熱效應(yīng)與激光沖擊強(qiáng)化作用進(jìn)行實(shí)時(shí)耦合，該裝置能夠使金屬材料表面塑性大幅度提高，強(qiáng)化深度得到加深，強(qiáng)化效果得到大幅度增強(qiáng)，并且使得材料表面的粗糙度得到改善，從而大幅度提升材料的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，還可以對(duì)高硬度材料，加工硬化程度高的材料進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種電脈沖和激光沖擊波實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化的裝置，包括電脈沖發(fā)生裝置，溫度監(jiān)測(cè)裝置、激光沖擊裝置和控制系統(tǒng)；所述電脈沖發(fā)生裝置用于產(chǎn)生電脈沖，對(duì)工件進(jìn)行電脈沖處理；所述激光沖擊裝置用于產(chǎn)生激光，對(duì)工件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理；所述溫度監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)和反饋工件溫度；所述控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)電脈沖和激光沖擊波的實(shí)時(shí)耦合強(qiáng)化。

所述電脈沖發(fā)生裝置由脈沖電源，第一銅接頭，第二銅接頭和工業(yè)導(dǎo)線組成，其中脈沖電源正極通過工業(yè)導(dǎo)線與第一銅接頭的接頭連接；脈沖電流的負(fù)極通過工業(yè)導(dǎo)線與第二銅接頭的接頭連接；第一銅接頭和第二銅接頭分別通過第一銅接頭的接頭和第二銅接頭的接頭固定于絕緣背板之上；第一銅接頭的銅片和第二銅接頭的銅片分別固定于工件之上。

所述溫度監(jiān)測(cè)裝置由熱電偶和溫度顯示器組成，熱電偶固定于通用夾具背面；熱電偶通過熱電偶連接孔與絕緣背板相對(duì)固定；熱電偶與工件不接觸，中間保持空隙，保證絕緣。熱電偶反饋信號(hào)通過溫度顯示器顯示溫度值并將溫度信號(hào)傳至控制器。