[发明专利]一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法

说明书

本发明涉及激光冲击强化技术领域，尤其是一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法。通过控制电脉冲和激光冲击波的起始时刻与持续时间的匹配关系，实现电脉冲和激光冲击波的对材料进行实时耦合强化，使得材料的塑性和强度的双向深度提升，并实现零件的大面积均匀强化。通过在进行脉冲电流辅助激光冲击强化的过程中同时引入电脉冲的效果，实现了短时间内的电脉冲与脉冲电流辅助激光冲击强化的复合深度强化，使得材料的内部缺陷得到一定的愈合，进一步提升材料的疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化技术领域，尤其是一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法领域。

背景技术

激光冲击技术(laser shock peening/processing,LSP)，是利用激光束在材料表面形成冲击波，从而提升材料抗疲劳性能。尽管最近20年国内外在航空构件激光冲击波抗疲劳制造科学和关键技术方面开展了较为系统的研究工作，也在科学前沿和工程应用上取得了巨大的进展，但单一激光束诱导的冲击波仍然面临着巨大的挑战和问题，如大面积激光搭接冲击导致材料表面粗糙度增加，应力集中风险增加；零件表面残余压应力层浅，晶粒细化程度低等问题。

而电脉冲作为一种新型的强化技术，在现在材料成型及强化的研究中得到了广泛的应用。电流可以通过降低流动应力来改善材料的成形性与塑性，该性质成为电致塑性。从目前的研究看来，脉冲电流还对材料的裂纹愈合有着重要的作用，而激光冲击强化也对材料的抗疲劳性能的提升有着重要的作用，因此电流辅助激光冲击对疲劳性能肯定存在着明显的优势。

目前已有中国专利CN12853086A提出一种脉冲电流耦合激光喷丸强化金属材料的方法及装置，实现了脉冲电流辅助冲击激光冲击波作用，并对电脉冲参数进行了优化，利用最佳电脉冲参数进行激光冲击强化，能有效地提升激光冲击的强化效果。但由于电脉冲与激光冲击波之间的关系不明确，无法保证电脉冲和激光冲击波的单脉冲同时作用，因此该发明无法实现电脉冲与激光冲击波的实时耦合，因此无法保证脉冲电流辅助激光冲击过程的稳定性以及冲击效果的均匀性。

因此，本发明基于目前激光冲击强化存在的不足以及关于脉冲电流辅助激光冲击效果在均匀性差的现状下提出了电脉冲与激光冲击波实时耦合强化的方法，能够有效提升材料的力学性能，加深材料表面纳米化化程度，为工业大面积均匀强化的应用提供可能性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法，通过调节电脉冲和激光冲击波的起始时刻及电脉冲与激光器频率的关系以及工件的移动速度的匹配关系，从而实现电脉冲与激光冲击波实时耦合作用，最终实现强度和塑性的深度提升效果。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法，通过调节电脉冲的起始时刻与持续时间、激光器激光的起始时刻与持续时间以及工件的移动速度的匹配关系，从而实现电脉冲与激光冲击波实时耦合强化，最终实现强度和塑性的深度提升效果，具体步骤如下：

(1)调节电脉冲波形；

(2)调节电脉冲和激光器发生频率分别为f₁和f₂，使得f₁＝m*f₂；

(3)调节电脉冲和激光器脉宽分别为τ₁和τ₂，且τ₁τ₂；

(4)调节电脉冲参数：电流幅值为I₀，半峰全高FWHM为τ₃，电流值为I₀/2的时刻分别为t₁和t₄；