[发明专利]一种温度可控的低温激光冲击强化的装置与方法

说明书

本发明涉及一种温度可控的低温冲击强化的装置与方法，包括激光冲击强化系统、夹具、计算机控制系统以及制冷系统，涉及极端工况激光加工处理领域。所述制冷系统可以在激光冲击过程中向夹具内充入液氮，提供‑70—‑300°±3°的低温环境；工件与约束层贴合避免液氮对激光束的散射。所述工件固定在夹具上；所述夹具与三维移动平台相连；所述三维移动平台可以带动所述夹具上下左右前后运动，完成激光冲击强化。本发明操作便捷，适用范围广，结构简单，可以加工大小各异的块状零件，可以实现更优的低温冲击强化试验效果。

技术领域

本发明属于激光加工处理领域，具体的说是一种温度可控的低温激光冲击强化装置与方法。

技术背景

激光冲击强化概念的出现可以追溯到20世纪60年代，但真正开始研究则是70年代的事情，在90年代则引起学者的高度关注并开始被大规模研究。激光冲击强化技术是一种表面处理技术，它利用短脉冲、高峰值功率密度的激光辐照金属表面，诱发等离子体，等离子体在约束层的约束下，产生高压冲击波轰击靶材。在经过激光冲击强化处理后，会在材料表面产生极高的残余压应力和细化晶粒，以此来改变材料的力学性能。但是其产生的残余压应力和微观结构会在高温交变载荷下产生松弛与失效，降低材料的力学性能。为了改善激光冲击强化后表面的高温性能，有学者在2012年提出了低温激光冲击强化的概念，低温激光冲击强化需要先将工件降温到一定程度，然后再对其进行冲击强化处理，它结合了激光冲击强化超高应变率与低温的体积收缩效应，可以使得工件表面产生密度更大的机械孪晶、超细晶粒、高密度位错结构与更加高的残余应力，从而极大的加强材料的表面硬度与韧性，以此来提高材料表面的高温摩擦磨损与疲劳性能。但是目前关于采用低温激光冲击强化的装置及方法很少有学者进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度可控的低温激光冲击强化的装置与方法，实现对工件的低温激光冲击强化。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种温度可控的低温激光冲击强化的装置，包括激光发生器和三维移动平台，所述三维移动平台上安装有激光冲击夹具，所述激光冲击夹具包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板上设置有透光孔，所述透光孔内固定安装有K9玻璃，所述透光孔的孔壁上设置有两个通孔，储氮罐通过绝热管道与其中一个通孔连通，另外一个通孔上密封安装有气动减压阀，所述第二连接板的两侧分别固定在第一电动伸缩柱和第二电动伸缩柱上，所述第二连接板的中部安装有第三电动伸缩柱，所述第三电动伸缩柱位于所述第一连接板的透光孔内，所述第三电动伸缩柱的表面装有压力传感器与温度传感器，工件固定在所述第三电动伸缩柱的伸缩面末端，所述激光发生器发出的激光经K9玻璃聚焦到所述工件上。

上述方案中，所述激光发生器、所述三维移动平台、所述第一电动伸缩柱、所述第二电动伸缩柱、所述第三电动伸缩柱、所述压力传感器、所述温度传感器均与计算机控制系统连接。

上述方案中，所述K9玻璃通过压块固定在所述第一连接板的透光孔内，所述压块通过第一螺钉与第二螺钉固定在所述第一连接板的透光孔端面壁上。

上述方案中，所绝热述管道入口处安装有节流阀。

上述方案中，所述激光发生器发出的激光通过由导光系统和聚焦透镜构成的光路聚焦到所述工件上。