一种多层激光冲击强化方法及装置与流程

文档序号:15457674发布日期:2018-09-15 01:36

本发明涉及材料表面处理技术领域,尤其涉及一种多层激光冲击强化方法及装置。



背景技术:

随着科技的发展,激光逐渐被应用在生活和工业的各个领域。激光冲击是一种利用强激光诱导的冲击波对金属进行表面强化的新技术,能够大幅度增强金属材料的耐久性。与传统的表面强化技术一致,激光冲击处理也通过表面强烈塑性变形的方式实现强化效果。

对于厚壁工件而言,一般采用多层激光冲击方法提高塑性变形量,达到高强度残余应力场的引入。传统的多层激光冲击强化工艺中,每次激光冲击选取相同的工艺参数,前期加工时便使得工件表面形成明显的加工硬化层,塑形和韧性偏低的表面硬化层会对后续激光冲击造成阻碍,影响工件内部变形,降低残余压应力场的引入深度。

因此,导致了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。



技术实现要素:

本发明提供了一种多层激光冲击强化方法及装置,解决了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。

本发明提供了一种多层激光冲击强化方法,包括:

S1:以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击;

S2:以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

优选地,步骤S1之前还包括:步骤S0;

S0:根据待加工工件的目标残余压应力场强度确定第一脉冲能量、第一脉冲宽度、第一预置次数、第二脉冲能量、第二脉冲宽度和第二预置次数。

本发明提供了一种多层激光冲击强化装置,包括:

第一加工单元,用于以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击;

第二加工单元,用于以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

优选地,还包括:参数设置单元;

参数设置单元,用于根据待加工工件的目标残余压应力场强度确定第一脉冲能量、第一脉冲宽度、第一预置次数、第二脉冲能量、第二脉冲宽度和第二预置次数。

从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:

本发明提供了一种多层激光冲击强化方法,其中第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。先以第一脉冲能量和第一脉冲宽度进行激光冲击,通过延长激光冲击波的作用时间增强冲击压力的穿透深度,提高激光冲击诱导工件残余压应力场的引入深度。并且由于前期加工时第一脉冲能量小于第二脉冲能量,所以加工硬化程度较低,可减小对后期加工的阻碍。然后再以第二脉冲能量和第二脉冲宽度进行激光冲击,通过增强脉冲能量的方式调节冲击压力,较大的冲击压力诱导的强烈塑性变形导致表面残余压应力增强。解决了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化方法的一个实施例的流程示意图;

图2为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化方法的另一个实施例的流程示意图;

图3为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化装置的一个实施例的结构示意图;

图4为残余压应力场强度与表面残余压应力和残余压应力深度的关系图;

图5为传统多层激光冲击强化方法的效果图;

图6为本发明实施例提供的多层激光冲击强化方法的效果图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种多层激光冲击强化方法及装置,解决了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1,本发明实施例提供了一种多层激光冲击强化方法的一个实施例,包括:

步骤101:以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击;

需要说明的是,传统的激光冲击强化工艺中,因为采用相同的脉冲能量和脉冲宽度,所以在前期加工(较少加工次数)就已经使得待加工工件表面形成表面硬化层。

本实施例提供的多层激光冲击强化方法中,采取不等脉冲能量和不等脉冲宽度的方式进行多层激光冲击强化。

首先,先以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击。

步骤102:以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

需要说明的是,步骤101中为前期加工,前期加工之后以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

通常加工过程中,激光光斑为圆形,采取的加工方式为逐点加工。

本实施例提供了一种多层激光冲击强化方法,其中第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。先以第一脉冲能量和第一脉冲宽度进行激光冲击,通过延长激光冲击波的作用时间增强冲击压力的穿透深度,提高激光冲击诱导工件残余压应力场的引入深度。并且由于前期加工时第一脉冲能量小于第二脉冲能量,所以加工硬化程度较低,可减小对后期加工的阻碍。然后再以第二脉冲能量和第二脉冲宽度进行激光冲击,通过增强脉冲能量的方式调节冲击压力,较大的冲击压力诱导的强烈塑性变形导致表面残余压应力增强。解决了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。

以上为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化方法的一个实施例,以下为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化方法的另一个实施例。

请参阅图2、图4、图5和图6,本发明实施例提供了一种多层激光冲击强化方法的另一个实施例,包括:

步骤201:根据待加工工件的目标残余压应力场强度确定第一脉冲能量、第一脉冲宽度、第一预置次数、第二脉冲能量、第二脉冲宽度和第二预置次数;

需要说明的是,可以根据目标残余压应力场强度制定前期加工和后期加工的前期目标和后期目标,从而分别确定前期加工和后期加工的激光加工工艺参数。前期以低脉冲能量进行加工,减小加工硬化层的厚度;后期以高脉冲能量进行加工,增加待加工工件表面残余压应力,得到第一脉冲能量、第一脉冲宽度、第一预置次数、第二脉冲能量、第二脉冲宽度和第二预置次数。具体制定方法为本领域技术人员的常用技术手段,在此不再赘述。

步骤202:以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击;

需要说明的是,前期加工采用小脉冲能量长脉冲宽度的方式进行加工,采用第一脉冲能量(小脉冲能量)进行加工,可以减少加工硬化层的产生,减小加工硬化层的厚度;并且以第一脉冲宽度(长脉冲宽度)进行加工,可以增加冲击压力的穿透深度,提高激光冲击诱导工件残余压应力场的引入深度。

步骤203:以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

需要说明的是,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

后期加工中以第二脉冲能量(大脉冲能量)进行加工,可以用较大的冲击压力诱导待加工工件的强烈塑性变形导致表面残余压应力增强。

本实施例提供了一种多层激光冲击强化方法,其中第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度,即前期加工时采用小脉冲能量和长脉冲宽度的加工工艺参数进行加工,后期加工采用大脉冲能量和短脉冲宽度的加工工艺参数进行加工。

如图4所示,待加工工件的表面残余压应力和残余压应力深度直接决定了残余压应力场强度的大小,残余压应力场强度为表面残余压应力和残余压应力深度的关系曲线(曲线1)在第三象限的积分值。

传统的多层激光冲击强化如图5所示,采用相同的脉冲能量和脉冲宽度进行前期加工和后期加工。前期加工后的效果和后期加工后的效果如图5中的曲线2和曲线3所示,前期加工诱导待加工工件内部形成一定强度残余压应力场,由于表面硬化层的引入,后期加工时的冲击压力难以穿透工件内部更大深度,导致残余压应力深度并未有效增加。

本实施例提供的多层激光冲击强化方法先以第一脉冲能量和第一脉冲宽度进行激光冲击,通过延长激光冲击波的作用时间增强冲击压力的穿透深度,提高激光冲击诱导工件残余压应力场的引入深度。并且由于前期加工时第一脉冲能量小于第二脉冲能量,所以加工硬化程度较低,减小对后期加工的阻碍,效果如图6的曲线4所示。

然后再以第二脉冲能量和第二脉冲宽度进行激光冲击,通过增强脉冲能量的方式调节冲击压力,较大的冲击压力诱导的强烈塑性变形导致表面残余压应力增强,效果如图6的曲线5所示。综合曲线4和曲线5可知,采用了本实施例的多层激光冲击强化方法,由于前期加工时并未产生较厚的加工硬化层,所以后期加工时依然能够有效增加残余压应力深度和表面残余压应力。

通常加工过程中,激光光斑为圆形,采取的加工方式为逐点加工。

综上所述,本实施例提供的多层激光冲击强化方法解决了当前的激光冲击强化工艺中,容易在前期加工时产生加工硬化层,阻碍后续激光冲击加工时工件的内部变形,降低残余压应力场的引入深度的技术问题。

以上为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化方法的另一个实施例,以下为本发明实施例提供的一种多层激光冲击强化装置的一个实施例。

请参阅图3,本发明实施例提供了一种多层激光冲击强化装置的一个实施例,包括:

第一加工单元301,用于以第一脉冲能量和第一脉冲宽度对待加工工件进行第一预置次数的激光冲击;

第二加工单元302,用于以第二脉冲能量和第二脉冲宽度对待加工工件进行第二预置次数的激光冲击,其中,第二脉冲能量大于第一脉冲能量,第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。

进一步地,还包括:参数设置单元300;

参数设置单元300,用于根据待加工工件的目标残余压应力场强度确定第一脉冲能量、第一脉冲宽度、第一预置次数、第二脉冲能量、第二脉冲宽度和第二预置次数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

再多了解一些
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