CN114574687A - 一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置、系统及方法，涉及激光加工技术领域，包括用于放置工件的加热平台，加热平台安装有能够对工件施加电场的电极，加热平台上方依次设有承接激光束的约束层和能量吸收层。本发明可同时引入热场与电场，实现微尺度激光冲击强化过程中附加热场和电场的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置、系统及方法。
背景技术
微尺度激光冲击强化技术利用高能脉冲激光束替代有质弹丸冲击零件表面，激光光斑尺寸在微米尺度，利用激光诱导的冲击波压力实现材料表面强化改性。但是在强化过程中，高幅的冲击波压力引起材料表面微观组织及应力状态的改变，并导致靶材表面产生剧烈微塑性变形。一方面，激光功率过高将会损伤材料表面，甚至引发微裂纹；另一方面，降低激光功率又无法充分改变材料的微观组织和残余应力，导致工艺效率低下。
CN104195295A公开了一种热影响区可控的激光温喷丸表面强化方法及装置，该装置包括激光器、高频交流电源及高压线圈、红外测温仪、计算机系统等，通过红外测温仪实时监控温度，当温度未达到设定温度时，通过计算机系统控制激光器出光，并通过高频电源与高压线圈实现快速加热。但是该装置结构复杂且无法实现微尺度激光冲击强化。
因此，现有激光冲击强化技术，特别在其应用于微尺度条件下或室温难变形合金材料时，工艺效率降低，强化效果及其稳定性难以保证，适用范围受限。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置、系统及方法，可同时引入热场与电场，实现微尺度激光冲击强化过程中附加热场和电场的精确控制。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，包括用于放置工件的加热平台，加热平台安装有能够对工件施加电场的电极，加热平台上方依次设有承接激光束的约束层和能量吸收层。
作为进一步的实现方式，所述加热平台包括加热板和均匀分布于加热板内的多个加热棒，且加热棒的轴线方向与加热板表面平行。
作为进一步的实现方式，所述加热板和加热棒均采用绝缘导热材料。
作为进一步的实现方式，所述电极相对于约束层和能量吸收层对称分布。
作为进一步的实现方式，所述电极采用耐高温材料制成。
作为进一步的实现方式，所述加热平台还安装有用于夹持工件的夹具，夹具与电极设于约束层和能量吸收层的不同侧。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，包括所述的装置，所述加热平台设于运动平台上侧。
作为进一步的实现方式，所述电极连接脉冲电源，所述加热平台连接温控装置。
作为进一步的实现方式，所述运动平台底部安装支架，脉冲电源和温控装置均设于支架上。
第三方面，本发明的实施例还提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的方法，采用所述的系统，包括：
将工件放置于加热平台表面设定位置，在工件表面依次施加能量吸收层和约束层，通过夹具将工件、能量吸收层和约束层固定于加热平台；将电极安装在加热平台并与工件两端相接触；
调节运动平台，使激光束聚焦于工件待加工区域；调节温控装置，将工件加热至设定温度；按照工件要求调节脉冲电源；
启动脉冲电源、激光器和运动平台，按照设定轨迹对工件进行热/电复合能场辅助微尺度激光冲击强化。
本发明的有益效果如下：
本发明设置加热平台，并在加热平台上安装电极，在微尺度激光冲击强化过程中引入热场，使材料在冲击强化过程中处于高温状态，从而有效降低材料的各向异性效应，使材料流动趋于均匀化，借助动态应变时效和动态析出的综合效应，可以提高强化效果的高温稳定性。在引入热场的同时引入电场，附加电场能够改善金属在变形过程中的塑性、愈合裂纹以及改善材料的微观组织和织构，从而达到提高工艺效率和降低能耗的目的。
本发明的电极采用耐高温材料，不受加热平台温度的影响；加热平台沿其平面方向对工件均匀加热，与电场施加并不相互影响；温控装置和脉冲电源可独立控制，可根据工艺要求单独或复合施加热场和电场。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的强化系统结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的强化装置结构示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的工件安装主视图；
图4是图3中A处的局部放大图。
其中，1.电极；2.约束层；3.夹具；4.加热板；5.运动平台；6.脉冲电源；7.温控装置；8.支架；9.工件；10.能量吸收层；11.激光束；12.加热棒。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，如图2所示，包括加热平台、电极1、约束层2、能量吸收层10，工件9设置于加热平台上表面，通过加热平台对工件9施加热场，电极1用于对工件9施加电场。
加热平台上方依次设有承接激光束的约束层11和能量吸收层10，其中能量吸收层10与工件9上表面贴合。通过加热平台和电极1实现在激光冲击强化过程中引入热场和电场。
加热平台的形状可以任意设置，本实施例以横截面为矩形的加热平台为例进行详细说明。加热平台包括加热板4和加热棒12，加热板4内沿其平面方向设有多个贯穿加热板4的加热棒12，且加热棒12间隔均匀布置，以实现对工件9的均匀加热。
加热板4和加热棒12均采用绝缘导热材料，不影响施加于工件9的电场参数。加热板4的上表面开有若干安装孔，通过安装孔可调整变电极1和夹具3的设置位置。在本实施例中，安装孔为螺纹孔。
如图3和图4所示，将工件9设置于加热板4的设定位置，之后再工件9上侧依次放置能量吸收层10和约束层2，工件9、能量吸收层10和约束层2的两端均通过夹具3固定。与夹具3的不同侧安装电极1，以避免夹具3与电极1的相互干扰。
在本实施例中，工件9的两侧对称分布电极1，以保证施加电场的均匀性。同样，夹具3相对于工件9对称设置。
由于电极1设置在加热平台上，为了避免高温对电极1的影响，电极1采用耐高温材料制成。夹具3采用绝缘材料制成，保证强化过程中施加于工件的电场参数不变。
本实施例在微尺度激光冲击强化过程中引入热场，使材料在冲击强化过程中处于高温状态，从而有效降低材料的各向异性效应，使材料流动趋于均匀化，借助动态应变时效和动态析出的综合效应，可以提高强化效果的高温稳定性。并在引入热场的同时引入电场，附加电场能够改善金属在变形过程中的塑性、愈合裂纹以及改善材料的微观组织和织构，从而达到提高工艺效率和降低能耗的目的。热/电复合能场的引入能够在改善材料表面性能及稳定性的同时保证理想的表面完整性。
实施例二：
本提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，如图1所示，包括实施例一所述的装置，还包括运动平台5、支架8、脉冲电源6和温控装置7，运动平台5固定于支架8顶部，脉冲电源6和温控装置7设置于支架8上。
在本实施例中，支架8设置成双层结构，其中一层放置脉冲电源6，另一层放置温控装置7；调节温控装置7的参数设定加热温度，保证强化过程中工件温度不变。
为了增加支架8的移动特性，可在支架8底部安装滚轮。
脉冲电源6与电极1相连，根据工件材料、尺寸等调节脉冲电源6参数。
如图1所示，加热平台安装于运动平台5上侧，运动平台5与计算机系统相连，通过编程控制运动平台5的空间移动，加热平台随运动平台5一起移动。
本实施例可根据工艺要求移动位置及更换脉冲电源6、温控装置7的规格型号，操作方便。本实施例可以在微尺度激光冲击强化过程中引入单一热场或电场，也可以同时引入两种能场，实现热/电复合能场辅助激光冲击强化。
实施例三：
本实施例提供了一种热电复合能场辅助激光冲击强化的方法，采用实施例二所述的系统，包括：
将工件9放置在加热平台合适位置，在工件9上依次施加能量吸收层10和约束层2，通过螺栓将夹具3安装在加热板4上，从而使工件9、能量吸收层10和约束层2紧密结合并固定在加热板4上，通过螺栓将电极1安装在加热板4上，分别与工件9两端相连。
调节运动平台5，使激光束11聚焦于工件9的待加工区域，通过计算机系统编程设定运动平台5的移动轨迹。调节温控装置7参数，设定加热温度，为加热棒12供电进行预热。根据工件9材料、尺寸等因素调节脉冲电源6参数。
待加热板4和工件9达到设定温度后，启动脉冲电源6、激光器和运动平台5，按照设定轨迹对工件9进行热/电复合能场辅助微尺度激光冲击强化。
温控装置7和脉冲电源6为独立控制，热场和电场可根据工艺要求单独或复合施加。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，其特征在于，包括用于放置工件的加热平台，加热平台安装有能够对工件施加电场的电极，加热平台上方依次设有承接激光束的约束层和能量吸收层。
2.根据权利要求1所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，其特征在于，所述加热平台包括加热板和均匀分布于加热板内的多个加热棒，且加热棒的轴线方向与加热板表面平行。
3.根据权利要求2所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，其特征在于，所述加热板和加热棒均采用绝缘导热材料。
4.根据权利要求1所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，其特征在于，所述电极相对于约束层和能量吸收层对称分布。
5.根据权利要求1所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，其特征在于，所述电极采用耐高温材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的装置，其特征在于，所述加热平台还安装有用于夹持工件的夹具，夹具与电极设于约束层和能量吸收层的不同侧。
7.一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的装置，所述加热平台设于运动平台上侧。
8.根据权利要求7所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，其特征在于，所述电极连接脉冲电源，所述加热平台连接温控装置。
9.根据权利要求8所述的一种热电复合能场辅助激光冲击强化的系统，其特征在于，所述运动平台底部安装支架，脉冲电源和温控装置均设于支架上。
10.一种热电复合能场辅助激光冲击强化的方法，其特征在于，采用如权利要求8或9所述的系统，包括：
将工件放置于加热平台表面设定位置，在工件表面依次施加能量吸收层和约束层，通过夹具将工件、能量吸收层和约束层固定于加热平台；将电极安装在加热平台并与工件两端相接触；
调节运动平台，使激光束聚焦于工件待加工区域；调节温控装置，将工件加热至设定温度；按照工件要求调节脉冲电源；
启动脉冲电源、激光器和运动平台，按照设定轨迹对工件进行热/电复合能场辅助微尺度激光冲击强化。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103911505A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-09 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种外加强电场的激光冲击强化方法及装置 |
| US20160237521A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Ningbo Institute Of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy Of Sciences | Laser Shock Peening Apparatus for Surface of Workpiece, and Laser Shock Peening Method |
| CN109454334A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-12 | 西安交通大学 | 一种激光冲击温强化系统及方法 |
| CN112877519A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-01 | 上海交通大学 | 对金属工件施加多重物理场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法 |
| CN113151665A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-23 | 江苏大学 | 一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化方法及装置 |
| CN113462883A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-10-01 | 武汉大学 | 一种面向大型结构件热源辅助激光冲击强化方法 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160237521A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Ningbo Institute Of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy Of Sciences | Laser Shock Peening Apparatus for Surface of Workpiece, and Laser Shock Peening Method |
| CN103911505A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-09 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种外加强电场的激光冲击强化方法及装置 |
| CN109454334A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-12 | 西安交通大学 | 一种激光冲击温强化系统及方法 |
| CN112877519A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-01 | 上海交通大学 | 对金属工件施加多重物理场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法 |
| CN113151665A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-23 | 江苏大学 | 一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化方法及装置 |
| CN113462883A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-10-01 | 武汉大学 | 一种面向大型结构件热源辅助激光冲击强化方法 |
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