[发明专利]一种外加强电场的激光冲击强化方法及装置

权利要求书

1.一种外加强电场的激光冲击强化方法，其特征在于：该方法是对激光冲击强化加工形成的等离子体团(6)外加一个与激光束(1)冲击方向同轴或与激光束(1)冲击方向成0°～60°夹角的电场(3)，使待强化位置产生的等离子体(6)处于该电场高场强分布的区域内，该区域内的场强大于10万伏/米，小于300万伏/米，该电场(3)的两个电极之间的电压范围为2000V～30000V，待强化金属工件(8)作为电场(3)的一个电极板通过导线Ⅰ(11)与高压电源(12)的接地端连接，电场(3)的另一个电极板(2)通过导线Ⅱ(13)与高压电源(12)的高压端连接，高压端电压可以设置2000V～30000V或者-2000V～-30000V，以改变电场强度和方向，电场(3)的电极板(2)与待强化金属工件(8)之间的距离根据约束材料(5)确定，约束材料为水时，间距2～5cm，采用不容易电离的光学玻璃作为约束层时，距离为2～20mm；

电场(3)的电极板(2)的中心处加工一个通光孔(18)，通光孔(18)为圆形或者椭圆形，通光孔(18)的直径比激光束(1)在通光孔(18)处的光斑直径大0.5～3mm，激光束(1)穿过通光孔(18)作用在待强化金属工件(8)的表面，激光束(1)与通光孔(18)中心重合，激光束(1)与待强化金属工件(8)的表面法线方向成0°～60°夹角。

2.根据权利要求1所述的外加强电场的激光冲击强化方法，其特征在于：电场(3)的电极板(2)采用铜、银、金或铂材料制成。

3.根据权利要求1所述的外加强电场的激光冲击强化方法，其特征在于：该电场(3)的两个电极之间的电压在激光冲击强化之前加压并维持稳定到激光冲击强化过程结束，或在激光冲击强化出光瞬间加载脉冲电压，电压脉冲与激光脉冲同步，脉冲电压的峰值提前激光脉冲峰值0.1ms以下，脉冲电压维持时间在0.2ms以上。

4.一种适用于权利要求1所述外加强电场的激光冲击强化方法的装置，其特征在于：该装置包括大功率调Q激光冲击强化电源(16)、调Q高脉冲能量激光器(17)、高压电源(12)，6轴机械手(10)，工作台(15)，待强化金属工件(8)和高压电极板(2)，高压电源(12)高压端A通过导线Ⅱ(13)与电极板(2)连接，电极板(2)通过采用聚四氟材料制成的第一夹具(14)固定在工作台(15)上，电极板(2)中心开有通光孔(18)以保证激光通过，工作台(15)上固定调Q高脉冲能量激光器(17)，自动喷水装置(4)向待强化金属工件(8)的表面上喷去离子水作为激光冲击处理的约束层(5)，或采用预先覆盖在待强化金属工件(8)的表面上的电离的光学玻璃作为激光冲击处理的约束层(5)，高压电源(12)接地端B通过导线Ⅰ(11)与待强化金属工件(8)相连，金属工件(8)表面用铝箔、黑漆或者胶带覆盖成吸收层(7)，吸收层(7)的厚度小于0.2mm，粘贴平整，待强化金属工件(8)固定于6轴机械手(10)的第二夹具(9)上，6轴机械手(10)固定在地面上，大功率调Q激光冲击强化电源(16)给调Q高脉冲能量激光器(17)提供电源，并通过DSP控制系统控制高压电源(12)、激光器(17)、机械手(10)、自动喷水装置(5)的启动时序。