[发明专利]一种激光冲击温强化系统及方法

说明书

一种激光冲击温强化系统及方法，系统中计算机通过激光控制器和激光器连接，激光器的激光通过聚焦透镜产生激光脉冲照射在样件上，样件上覆盖吸收层和约束层；样件固定于夹具上，夹具上设置加热器，加热器外侧设有保护罩，夹具、加热器、保护罩连接在五轴联动工作台上，五轴联动工作台通过电机驱动器和计算机连接；样件上方设有喷嘴，喷嘴通过抽液泵、过滤器和储液槽连通，约束层的介质回流至储液槽；加热器通过恒温控制系统和计算机连接；方法是激光器发射激光，聚焦于已通过夹具预热样件表面及进行激光冲击温强化；驱动五轴联动工作台移动，实现样件表面不同位置的激光冲击温强化；本发明具有加热模具散热快、实验时间短的优点。

技术领域

本发明涉及激光加工中的激光冲击强化(Laser Shock Peening)技术领域，特别涉及一种激光冲击温强化系统及方法。

背景技术

激光冲击强化技术是利用高能短脉冲激光诱导的高幅冲击波压力实施表面改性，可有效改善金属材料中的应力分布和微观组织结构，从而有效延缓裂纹扩展速率、提高零件的疲劳寿命。激光光斑的大小和位置可以精确控制，所以激光冲击强化技术可以实现传统工艺不能或难以处理的部位，如小孔、倒角、焊缝、沟槽等。

激光冲击温强化是先将工件加热到动态应变时效温度(0.2～0.5T_m，T_m为材料熔点)，并在该温度下对其进行激光冲击强化的一门新技术，其显著特点是整合了激光冲击强化和动态应变时效的双重优势，使材料表层发生位错增殖、高密度位错缠结和纳米级析出，析出物使得运动的位错钉扎，从而阻止位错的滑动，得到稳定的位错组织，改善了材料在高温条件下的热稳定性。

现有激光冲击温强化方法是首先将靶材固定在专用加热模具上，再把靶材和模具一起加热到预设定温度，保温一段时间使模具均匀受热，再分别将吸收层、约束层施加到靶材上，最后对靶材进行激光冲击强化。但是，现有激光冲击温强化方法由于加热、保温等步骤，且加热模具散热慢等因素，具有实验时间较长的缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种激光冲击温强化系统及方法，在激光器和五轴联动工作台基础上增加约束层循环系统和恒温控制系统；约束层采用耐高温性和流动性较好的硅油，保护层采用耐热性较好的铝箔；此外，也可将该激光冲击温强化系统的约束层循环系统去除，采用常用的石英玻璃做约束层进行激光冲击温强化实验，即本发明系统既可使用液体约束层(硅油等)也可使用固体约束层(石英玻璃等)进行实验，具有加热模具散热快、实验时间短的优点，

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种激光冲击温强化系统1，包括计算机2，计算机2通过激光控制器3和激光器4连接，激光器4发出的激光通过聚焦透镜6产生激光脉冲21，并照射在样件17上，样件17上方样件17上覆盖了吸收层19和约束层18；

样件17固定在夹具16上，夹具16上设置有加热器15，加热器15外侧设有保护罩20，夹具16、加热器15、保护罩20连接在五轴联动工作台13上，五轴联动工作台13通过电机驱动器12和计算机2连接；

所述的样件17的上方设有喷嘴11，喷嘴11通过抽液泵10、过滤器9和储液槽8连通，约束层18的介质回流至储液槽8；抽液泵10、过滤器9和储液槽8构成约束层循环系统7；

所述的加热器15通过恒温控制系统14和和计算机2连接。

所述的激光控制器3包括比较器，其从解调器接收信号并且将信号编程进入激光控制器3的一个或多个预定极限比较；如果信号超过预定极限，由激光器4沉积在样件17中的能量的量是足够的，激光控制器3指示激光冲击温强化系统1正常工作；相反，如果信号不超过预定极限中的一个或多个，由激光器4沉积在样件17中的能量的量是不足的，激光控制器3指示激光冲击温强化系统1发生故障，实现激光冲击温强化系统1提供激光冲击温强化工艺的效果和效率的实时监测。