一種熱態激光噴丸裝置及使用方法，包括用于放置試樣的加工座，所述加工座內設有用于對試樣加熱的加熱裝置，加工座上設有用于固定試樣的夾緊裝置；所述加熱裝置電性連接有用于控制加熱裝置溫度的控溫箱，所述加工座和控溫箱電性連接有計算機，且所述計算機連接有激光器；與現有技術相比，在電加熱棒和溫度傳感器共同作用下控制試樣處于穩定的動態應變時效溫度，誘導產生熱穩定性更高且影響深度更深的殘余壓應力，且能夠減少激光噴丸誘發的形變誘導馬氏體相變，使試樣表層的力學性能、抗疲勞性能及抗應力腐蝕性能得以顯著改善。性能及抗應力腐蝕性能得以顯著改善。性能及抗應力腐蝕性能得以顯著改善。
【技術實現步驟摘要】
一種熱態激光噴丸裝置及使用方法
[0001]本專利技術涉及激光沖擊表面強化
，具體涉及一種熱態激光噴丸裝置及使用方法。
技術介紹
[0002]在金屬材料使用越來越廣泛的今天，對于金屬零部件表面性能的要求也越來越嚴苛。激光噴丸作為一種新型表面處理技術，其利用激光誘導形成的等離子體可產生高強的激光沖擊波并向金屬板料內部傳播強應力波。當應力波的峰值壓力超過材料的動態屈服強度時，材料表層將發生嚴重的塑性變形，材料的表層位錯密度增加、表層晶粒細化，材料表層的強度及硬度得以提升。此外，嚴重的塑性變形導致金屬內部產生高強殘余應力，材料的抗應力腐蝕及抗疲勞性能得以提升。相較于其他表面強化工藝，激光噴丸技術的應變率高達107 s
?
1量級，激光噴丸形成的殘余壓應力層深度更深，殘余壓應力的大小及深度隨激光噴丸強化次數的增加而增加。由于激光噴丸會引發形變誘發馬氏體相變，從而減低抗應力腐蝕性能，如果能夠通過某種手段減少激光噴丸后的形變誘發馬氏體相變的含量，對提升激光噴丸的強化效果具有重要意義。在金屬材料動態應變時效溫度下進行激光噴丸，可以結合激光噴丸技術、動態應變時效及動態析出的優點，使靶材金屬獲得更高的表面強度及更大的表層位錯密度，熱穩定性更高且影響深度更深的殘余壓應力，顯著提高材料的機械性能，并且能夠減少激光噴丸誘發的形變誘導馬氏體相變。因此，熱態激光噴丸技術對于提高金屬材料的力學性能及抗疲勞性能，特別是提高抗應力腐蝕性能具有較大的優勢。
[0003]對于熱態激光噴丸的裝置和方法，專利號為CN109811119A的專利技術專利提出了一種熱態激光噴丸裝置，但該裝置存在著一系列問題。在熱態激光噴丸沖擊試驗過程中，當電磁加熱線圈作為加熱元器件時，加熱線圈的大小影響加熱面積的大小，無法保證材料表面溫度均勻；再者，該加熱裝置加熱閾值低范圍小，無法滿足大多數材料動態應變時效溫度的要求；當高溫油作為約束層時，所需輔助元件較多，且在熱態激光噴丸過程中吸收層不易固定，加上高溫油透光率較低的問題，很難保證熱態激光噴丸強化的效果和均勻性。
[0004]專利號為CN101962710A的專利技術專利提出了一種用于硬脆材料激光噴丸強化的裝置及方法，該方法首先使用激光器對工件表面進行加熱，加熱完畢后再進行激光沖擊強化處理，從而完成了材料性能的強化。該方法沒有涉及到沖擊強化過程中的動態應變時效，無法大幅提高材料的性能。該裝置采用激光器加熱，加熱面積小，易導致試樣表面溫度不均勻從而影響強化效果。
[0005]上述專利技術專利，在實際使用過程中裝置較為復雜，不易操作；同時加熱裝置的加熱面積受限，無法保證試樣表面受熱情況，另外現有技術無法確保試樣始終處于動態應變時效溫度下，從而造成激光噴丸效果差。
技術實現思路
[0006]本專利技術是為了克服上述現有技術中的缺陷，提供一種提高材料表層力學性能、抗
疲勞性能及抗應力腐蝕性能的熱態激光噴丸裝置及使用方法。
[0007]為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：一種熱態激光噴丸裝置，包括用于放置試樣的加工座，所述加工座內設有用于對試樣加熱的加熱裝置，加工座上設有用于固定試樣的夾緊裝置；所述加熱裝置電性連接有用于控制加熱裝置溫度的控溫箱，所述加工座和控溫箱電性連接有計算機，且所述計算機連接有激光器，激光器產生有朝向試樣的激光束；所述試樣上設有用于壓緊試樣的光學玻璃，光學玻璃與試樣之間設有覆蓋于試樣表面的鋁箔，激光束穿過光學玻璃照射在鋁箔上產生作用于試樣上的激光沖擊波；所述加熱裝置包括電加熱棒和電加熱棒電源導線，電加熱棒電源導線連接于電加熱棒兩端，電加熱棒電源導線與所述溫控箱電性連接；所述電加熱棒一側設置有溫度傳感器，溫度傳感器與溫控箱電性連接。
[0008]作為本專利技術的一種優選方案，所述加工座包括自下而上依次堆疊設置的工作臺、隔熱板和鑄銅板，試樣放置于鑄銅板上，加熱裝置設置于鑄銅板內，夾緊裝置鎖緊式設置于鑄銅板上，計算機控制工作臺移動。
[0009]作為本專利技術的一種優選方案，所述加熱裝置包括設置于鑄銅板內部的電加熱棒和電加熱棒電源導線，電加熱棒電源導線連接于電加熱棒兩端，電加熱棒兩端設有套接于電加熱棒電源導線上的絕緣套。
[0010]作為本專利技術的一種優選方案，所述鑄銅板一側形成有測溫孔，溫度傳感器安裝于測溫孔內，溫度傳感器與溫控箱之間通過溫度傳感器導線電性連接。
[0011]作為本專利技術的一種優選方案，所述電加熱棒在鑄銅板內呈弓形分布，且所述試樣放置在鑄銅板的中部。
[0012]作為本專利技術的一種優選方案，夾緊裝置壓緊式設置于光學玻璃上，夾緊裝置包括對應試樣設置的兩塊壓板，兩塊壓板分別壓緊式設置于光學玻璃的相對兩端。
[0013]作為本專利技術的一種優選方案，所述壓板下方設有支撐壓板的墊片。
[0014]作為本專利技術的一種優選方案，鑄銅板上形成有與壓板相對應的兩行螺紋孔組，螺紋孔組包括若干沿鑄銅板橫向排列的螺紋孔。
[0015]一種熱態激光噴丸裝置的使用方法，包括以下步驟：S1、放置試樣，首先將試樣、鋁箔和光學玻璃從下到上依次疊放在鑄銅板的中間位置；S2、壓緊試樣，根據試樣、鋁箔及光學玻璃的疊加厚度選取合適數量的墊片，利用壓板將試樣、鋁箔及光學玻璃壓緊于鑄銅板上，將墊片放置于壓板下方，對壓板高度進行支撐，擰緊螺栓，完成試樣固定；S3、調整試樣位置，根據強化目標區域位置信息，通過計算機控制工作臺移動試樣至激光束輻照區域；S4、試樣加熱，通過計算機控制加熱裝置，加熱試樣至動態應變時效溫度，保溫一段時間后，控制激光器發射激光束；S5、噴丸作業，激光束穿過光學玻璃輻照在吸收層鋁箔上，誘導產生的高強激光沖擊波作用于試樣表面，工作臺按預定激光噴丸強化路徑移動，對試樣進行熱態激光噴丸強化；S6、作業結束，強化結束后，利用計算機關閉激光器、加熱裝置及工作臺，卸載壓緊
力，取下光學玻璃及鋁箔，待試樣空冷至室溫后取下試樣。
[0016]與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、在電加熱棒和溫度傳感器共同作用下控制試樣處于穩定的動態應變時效溫度，從而產生更好的噴丸效果；在激光器和鋁箔的作用下形成高強激光沖擊波，在高強激光沖擊波及動態應變時效的共同作用下，熱態激光噴丸較傳統激光噴丸的晶粒細化程度更高，位錯密度更大，誘導產生的殘余應力數值更大且熱穩定性更高，材料表層的強度及硬度得以提升；2、在激光噴丸的作用下造成對試樣的高應變率，并在高應變率作用下的嚴重塑性變形與動態應變時效形成的柯垂爾氣團的共同作用下，試樣表層位錯受到釘扎作用，位錯增殖加速，進而形成高密度及均勻排列的位錯，晶粒得以細化，并形成高強的殘余壓應力層。此外，在動態應變時效溫度下，使試樣金屬獲得更高的表面強度及更大的表層位錯密度，熱穩定性更高且影響深度更深的殘余壓應力，顯著提高材料的機械性能，并且能夠減少激光噴丸誘發的形變誘導馬氏體相變，馬氏體相變驅動力減弱，相變形核位置減少，馬氏體長大受阻，馬氏體相變行為因此被抑制，由上，試樣表層的力學性能、抗疲勞性能及抗應力腐蝕性能得以改善；3、鑄銅板的熔點本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種熱態激光噴丸裝置，包括用于放置試樣(19)的加工座，其特征在于，所述加工座內設有用于對試樣(19)加熱的加熱裝置，加工座上設有用于固定試樣(19)的夾緊裝置；所述加熱裝置電性連接有用于控制加熱裝置溫度的控溫箱(15)，所述加工座和控溫箱(15)電性連接有計算機(16)，且所述計算機(16)連接有激光器(1)，激光器(1)產生有朝向試樣(19)的激光束(2)；所述試樣(19)上設有用于壓緊試樣(19)的光學玻璃(17)，光學玻璃(17)與試樣(19)之間設有覆蓋于試樣(19)表面的鋁箔(18)，激光束(2)穿過光學玻璃(17)照射在鋁箔(18)上產生作用于試樣(19)上的激光沖擊波；所述加熱裝置包括電加熱棒(7)和電加熱棒電源導線(14)，電加熱棒電源導線(14)連接于電加熱棒(7)兩端，電加熱棒電源導線(14)與所述溫控箱(15)電性連接；所述電加熱棒(7)一側設置有溫度傳感器(9)，溫度傳感器(9)與溫控箱(15)電性連接。2.根據權利要求1所述的一種熱態激光噴丸裝置，其特征在于，所述加工座包括自下而上依次堆疊設置的工作臺(20)、隔熱板(4)和鑄銅板(3)，試樣(19)放置于鑄銅板(3)上，加熱裝置設置于鑄銅板(3)內，夾緊裝置鎖緊式設置于鑄銅板(3)上，計算機(16)控制工作臺(20)移動。3.根據權利要求1所述的一種熱態激光噴丸裝置，其特征在于，所述電加熱棒(7)兩端設有套接于電加熱棒電源導線(14)上的絕緣套(8)。4.根據權利要求2所述的一種熱態激光噴丸裝置，其特征在于，所述鑄銅板(3)一側形成有測溫孔(6)，溫度傳感器(9)安裝于測溫孔(6)內，溫度傳感器(9)與溫控箱(15)之間通過溫度傳感器導線(13)電性連接。5.根據權利要求3所述的一種熱態激光噴丸裝置，其特征在于，所述電加熱棒(7)在鑄銅板(3)內呈弓形分布，且所述試樣(19)放置在鑄銅板(3)的中部。6.根據權利要求1所述的一種熱態激光噴丸裝置，其特征在于，夾緊裝置壓緊式設置于光學玻璃(17)上，夾緊裝置包括對應試樣(19)設置的兩塊壓板(10...
【專利技術屬性】
技術研發人員：盧志明，林上昆，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
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