[发明专利]基于动态应变时效的激光喷丸航空钛合金的方法及装置

权利要求书

1.一种基于动态应变时效的激光喷丸航空钛合金的方法，其特征在于：首先对航空钛合金工件进行加热并使用激光器进行一次喷丸，以使材料内部发生动态应变时效来强化材料表面，并利用温度效应降低机械损伤，其次采用低于一次喷丸的能量和小于一次喷丸的光斑及工件温度进行二次激光喷丸，利用第二次喷丸的温度效应以及冲击效应修复材料表面损伤；最后利用XRD衍射检测装置对喷丸表面进行探测，对应力集中区域进行局部喷丸降低应力集中，达到大幅提高航空钛合金疲劳强度及其可靠性以及高温力学性能稳定性的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的采用激光器进行一次喷丸时采用5~20 J能量及3~5 mm光斑，以25%~50%搭接率在200~300℃下对工件表面进行喷丸强化。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的采用激光器进行二次喷丸时采用1~2 J能量及0.5~1 mm光斑以50%~75%搭接率，在100~150℃下对工件表面进行二次喷丸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的局部喷丸采用的激光器能量为2~3 J，光斑直径为0.5 mm，搭接率为50%~75%，工件温度为150℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：

首先，在将航空钛合金工件加热前，先涂覆黑漆，再安置在加热平台上，并加热平台与工件之间设有温度传感器，黑漆上方安置耐高温玻璃作为约束层；

其次，开启计算机控制系统和加热平台，由计算机系统控制加热平台的温度保持在200~300℃；达到所述的温度后，开启激光器、步进电动机以及五轴工作台，计算机系统设置激光器能量为5~20 J，激光束光斑直径为3~5 mm，并控制五轴工作台以25%~50%搭接率开始一次激光喷丸；

第三，光斑覆盖整个喷丸区域以后，计算机控制系统调整加热平台温度保持在100~150℃，再由计算机系统调节激光器能量为1~2 J,激光光斑直径为0.5~1 mm，并控制五轴工作台以50%~75%搭接率进行第二次激光喷丸；

第四，使用XRD衍射探头检测工件表面的残余应力状态以及大小，计算机系统调节五轴工作台和激光器对应力集中的区域进行局部激光喷丸；局部激光喷丸参数为：能量2~3 J，光斑直径为0.5 mm，搭接率为50%~75%，工件温度为150℃；

最后，喷丸结束后，关闭激光器、加热平台、步进电动机以及五轴工作台，待工件空冷到室温后取下工件。

6.一种基于动态应变时效的激光喷丸航空钛合金的装置，其特征在于它包括激光器（1），反光镜（2），光斑调节装置（3）， XRD衍射探头（4），XRD分析仪（5），耐高温玻璃（6），温度传感器（9），加热平台（10），五轴工作台（11），工作台脚架（12），步进电动机（13），导轨（14），导轨数控系统（15），加热平台控制系统（16），五轴工作台数控系统（17），集成控制器（18），计算机控制系统（19），工件（8）安装在加热平台（10）上，在工件（8）的待处理表面上预置有黑漆层（7），黑漆层（7）的上方设置耐高温玻璃（6）作为约束层；位于耐高温玻璃（6）上方的光斑调节装置（3）通过夹具与导轨（14）相连，步进电动机（13）与夹具之间通过丝杠连接，光斑调节装置（3）可以随夹具在导轨（14）上移动；温度传感器（9）安装在加热平台（10）面向工件（8）的平面上；加热平台（10）安装在五轴工作台（11）上，五轴工作台（11）安装在工作台脚架（12）上；温度传感器（9）与加热平台控制系统（16）之间、步进电动机（13）与导轨数控系统（15）之间、五轴工作台（11）与五轴工作台数控系统（17）电气连接，导轨数控系统（15）、加热平台控制系统（16）和五轴工作台数控系统（17）均受控于集成控制器（18），集成控制器（18）受控于计算机系统（19）；可移动的XRD衍射探头（4）与XRD分析仪（5）相连，XRD分析仪（5）通过数据导线与计算机系统（19）相连，XRD衍射探头（4）测得的应力数据传送到XRD分析仪（5），XRD分析仪（5）分析应力数据并记录下应力集中点的精确位置，同时将坐标传送到计算机系统（19），计算机系统（19）根据XRD分析仪（5）传送的坐标，调节五轴工作台（11）的位置，使应力集中区域对准激光光路，进行局部喷丸以降低应力集中。