以水为约束层的温控激光冲击强化装置及加工方法

本申请涉及激光冲击强化的，尤其涉及以水为约束层的温控激光冲击强化装置及加工方法。

背景技术：

1、激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波来强化金属表面的新技术，他具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。将抛光清洗后的工件表面紧密覆盖一层铝箔或涂覆一层炭黑作为烧蚀层，再烧蚀层上覆盖有约束层，激光脉冲通过约束层加载到工件上。烧蚀层瞬间吸收激光能量后，转化为等离子体并迅速膨胀，产生巨大的压力。等离子体膨胀产生的激波传播到工件上，引起材料的塑性变形。该工艺可以消除工件表面和工件表面的拉伸残余应力，从而提高工件的表面强度和疲劳性能。而通过对工件预先加热再进行激光冲击强化往往会得到意想不到的结果，例如会在金属中析出增强相产生钉扎效应，高温可以软化金属使其更易产生塑性形变从而更大程度上提高金属的强度以及疲劳性能等。

2、然而，在实际工作中，常常使用高强玻璃为约束层，由于高温的影响，高强玻璃在高温下的强度以及激光的透射率都会有所下降，冲击过程中往往会产生约束层玻璃破裂的情况，对实验结果产生不良影响，且实验后的工件很难清洗。而且对于一些工件表面不是平面的工件，以高强玻璃作为约束层难以实现激光冲击强化。如果以水为约束层则可以避免上述问题，但由于常温常压下高温水会蒸发，又不适合作为高温激光冲击强化的约束层。因此高温激光冲击强化往往较难实施而且成本偏高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供以水为约束层的温控激光冲击强化装置及加工方法，能够将水作为高温激光冲击强化的约束层，不仅可以对不同形状的工件进行加工，还便于加工过后的清洗。

2、第一方面，本申请提供一种以水为约束层的温控激光冲击强化装置，包括：

3、密封仓体，具有加压装置，用以为待激光冲击加工的工件提供密闭的高压环境；

4、水循环装置，用以提供循环流水；

5、加热平台，用以至少为加工工件和循环流水加热，以形成能够覆盖于所述工件上的水约束层；

6、移动平台，所述移动平台上被配置有加热平台和密封仓体，以至少驱动加热平台的移动。

7、可选地，所述密封仓体的材质或构造被配置成承受0.1mpa-600mpa。

8、可选地，所述水循环装置中设有冷却组件，用以对工件进行冷却。

9、可选地，所述移动平台被xyz移动平台，x方向行程为1000mm以下，y方向行程为1000mm以下，z方向行程为1000mm以下。

10、可选地，所述加热平台连接有平台控制器，用以控制加热平台的温度并测试循环流水的水温，所述加热平台的温度被控制为600℃以下。

11、可选地，所述移动平台连接有用以控制移动平台移动的移动平台控制器。

12、可选地，所述工件上覆盖有烧蚀层，所述烧蚀层的材料为碳黑、石墨、黑漆或铝箔。

13、可选地，所述密封仓体的外壁上设有用以供激光透过的通光镜。

14、第二方面，本申请提供一种激光冲击强化的加工方法，采用如上述以水为约束层的温控激光冲击强化装置对工件实施激光冲击。

15、可选地，所述激光激光冲击的参数为：激光波长532-1064nm，脉冲宽度为10fs-100ns，激光频率1-20hz，单脉冲激光能量0.1-10j，光斑直径0.01-10mm。

16、通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

17、1.本申请将整个加工过程置于密闭仓体内，通过加压装置提高水的沸点，使水可以在高温下作为激光冲击强化的约束层，节约了实验成本。

18、2.本申请将水作为约束层后不会出现约束层破裂的问题，实验过程更加稳定。

19、3.本申请将水作为约束层后可以加工的工件形状更加灵活，不必拘泥于抛光平面，适用范围更广泛。

20、4.本申请将水作为约束层后加工后的工件更易清洗，加工效率更高，过程更简便。

技术特征：

1.一种以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述密封仓体的材质或构造被配置成承受0.1mpa-600mpa。

3.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述水循环装置中设有冷却组件，用以对工件进行冷却。

4.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述移动平台被xyz移动平台，x方向行程为1000mm以下，y方向行程为1000mm以下，z方向行程为1000mm以下。

5.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述加热平台连接有平台控制器，用以控制加热平台的温度并测试循环流水的水温，所述加热平台的温度被控制为600℃以下。

6.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述移动平台连接有用以控制移动平台移动的移动平台控制器。

7.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述工件上覆盖有烧蚀层，所述烧蚀层的材料为碳黑、石墨、黑漆或铝箔。

8.根据权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置，其特征在于，所述密封仓体的外壁上设有用以供激光透过的通光镜。

9.一种激光冲击强化的加工方法，其特征在于，采用如权利要求1所述以水为约束层的温控激光冲击强化装置对工件实施激光冲击。

10.根据权利要求9所述加工方法，其特征在于，所述激光激光冲击的参数为：激光波长532-1064nm，脉冲宽度为10fs-100ns，激光频率1-20hz，单脉冲激光能量0.1-10j，光斑直径0.01-10mm。

技术总结
本申请公开了以水为约束层的温控激光冲击强化装置及加工方法。本装置包括：密封仓体，具有加压装置，用以为待激光冲击加工的工件提供密闭的高压环境；水循环装置；加热平台，为加工工件和循环流水加热，以形成能够覆盖于工件上的水约束层；移动平台，被配置有加热平台和密封仓体，以驱动加热平台的移动。使用该装置实施激光冲击，可消除工件表面和工件表面的拉伸残余应力，提高工件的表面强度和疲劳性能。而且更大程度上提高金属的强度以及疲劳性能等。由于水的沸点最高可达374℃，通过在密封仓体内引入超高压避免水的蒸发，从而成功的将水作为高温激光冲击强化的约束层，不仅可以对不同形状的工件进行加工，还便于加工过后的清洗。

技术研发人员：程佳瑞,舒坦,刘锋
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13