[发明专利]一种温度可控的深冷激光冲击强化系统

说明书

本发明提供了一种温度可控的深冷激光冲击强化系统，包括夹具底座、液氮自动补充装置、液位监测装置、第一支撑板、盖板、螺杆压紧装置和周向定位装置。通过自动流量调控漏斗、电动液氮泵、液位监测器与计算机系统相连，保证液氮液位高度保持一定进而实现工件温度可控，通过螺杆压紧机构对工件和约束层进行加紧定位，所述的周向定位装置通过夹紧块和挡块对螺杆实现周向约束。夹紧定位过程快速简单，重复定位精度高，且定位可靠，实现了温度可控、约束效果更佳的深冷激光冲击强化实验效果。

技术领域

本发明涉及深冷处理、激光加工领域，具体地说是一种温度可控的深冷激光冲击强化系统。

背景技术

目前，激光冲击强化技术已经成功应用于航空航天、船舶及汽车等行业，并且激光冲击强化技术的出现很好的解决了传统金属材料强化技术的接触加工、加工时间长等缺陷，但是当前的激光冲击强化技术都是在室温或者高温下进行的，强化之后得到的金属材料强度与塑性之间存在着此消彼长的矛盾，常温下的激光冲击强化技术虽然能够提高材料强度，但是会伴随着塑性的降低，从而达不到航空钛合金的要求。随着深冷激光冲击强化技术的出现，更好的解决了强度与塑性之间的矛盾，即提高强度的同时保证了塑性。但是深冷激光冲击过程中的工件温度可控性、光束质量和约束效果仍然是需要解决的关键问题。

对于国内外相关文献的查询，公开号为CN102492805A的中国专利申请，一种深冷激光冲击强化装置，首次在超低温环境下采用激光冲击强化技术对材料进行强化处理，完毕后，保温一段时间后，让其缓慢升至室温。但是该发明并没有提出材料与约束层的加紧装置，液氮也没有与材料直接接触，而是通过液氮储存腔和深冷腔进行传热，这种传热方式降温效率较差以及不能实现温度可控，也就达不到深冷激光冲击强化对于温度的要求。公开号为CN103525995A的中国专利申请，一种提高合金材料强韧性和抗疲劳寿命的处理方法，对材料依次进行固溶处理、时效处理和激光冲击。但是该发明并没有将深冷处理和激光冲击强化这两种工艺进行复合。公开号为CN105063284A的中国专利申请，一种适用于深冷激光冲击技术的高透光率的深冷激光冲击头及激光冲击系统，但是用静止液氮作为约束层会导致约束效果不佳，不如水等流动液体或者K9光学玻璃约束效果好。

由于深冷激光冲击需要将工件保持在深冷环境下，所以常温激光冲击系统不再适用于深冷激光冲击强化，而且将工件直接暴露在液氮中会导致液氮汽化从而降低透光率和光束质量，本发明通过嵌入式深冷箱盖保持其与液氮接触，用热传导的方式保证工件处于深冷环境下，通过超低温温度计对工件温度进行实时监测，通过液位检测和液氮自动补充装置控制液氮液面高度进而控制深冷箱盖与液氮接触面积，保证传热至工件后使其处于不同深冷温度下，最后通过螺旋压板对工件进行加紧保证约束效果，解决了深冷激光冲击过程中工件与液氮接触而产生的液氮汽化物质导致光束透过率低或者用空气传热效率低的问题，实现了温度可控、约束效果更佳的深冷激光冲击强化实验效果。

通过对国内外文献进行检索，目前还没有通过嵌入式结构和热传导方式设计的温度可控的深冷激光冲击强化系统，也没有螺旋压板加紧装置在深冷激光冲击领域中的应用，本发明为首次提出这种热传导式温度可控的深冷激光冲击强化系统。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种温度可控的深冷激光冲击强化系统，通过嵌入式深冷箱盖与液氮保持接触，用热传导的方式保证工件置于深冷环境下，通过超低温温度计对工件温度进行实时监测，通过液位检测装置和液氮自动补充装置控制液氮液面高度进而控制深冷箱盖与液氮接触面积，进而保证传热至工件后使其处于不同深冷温度下，并且通过螺旋压板对工件进行加紧保证约束效果，解决了深冷激光冲击过程中工件与液氮接触而产生的液氮汽化物质导致光束透过率低或者用空气传热效率低的问题，实现了温度可控、约束效果更佳的深冷激光冲击强化实验效果。该深冷激光冲击强化系统能够高精度和高效地将工件夹持在现有的激光冲击强化设备上进行深冷激光冲击强化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。