本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置，主要由實(shí)驗(yàn)水槽、激光加工終端和介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)排水和單片機(jī)控制器和人機(jī)界面系統(tǒng)組成，所述激光加工終端置于實(shí)驗(yàn)水槽的上方，所述實(shí)驗(yàn)水槽安裝在數(shù)控工作臺上，實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)設(shè)有試件臺，溫度傳感器、水面高度傳感器和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器，試件通過夾具固定在試件臺上，并浸沒于水面以下，所述介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由裝在實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的溫度傳感器、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器、過濾裝置和人機(jī)界面系統(tǒng)組成。該裝置可在室溫至100℃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)待處理試件表面水膜厚度和介質(zhì)溫度的自動調(diào)節(jié)，在選定的水膜厚度和介質(zhì)溫度下對試樣進(jìn)行激光制備，獲得更加優(yōu)異的激光處理區(qū)組織和特殊性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及利用特殊介質(zhì)條件進(jìn)行激光制備的先進(jìn)制造
，特別涉及一種在水介質(zhì)下，通過自動化控制器件及集成，進(jìn)行激光表面制備的實(shí)驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進(jìn)制造技術(shù)，被譽(yù)為“21世紀(jì)的萬能加工工具”，“未來制造技術(shù)的共同加工手段”。與其它加工制造技術(shù)相比，激光加工與制造技術(shù)具有聞效率、聞精度、聞質(zhì)量、應(yīng)用范圍廣、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此，在航天航空、機(jī)械制造、石化、船舶、冶金、電子、信息等領(lǐng)域，激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。與其相關(guān)的各種加工手段也得到了迅速擴(kuò)展，如激光打孔、激光焊接、激光切割、激光相變硬化、激光熔凝、激光毛化、激光熔覆與合金化、激光表機(jī)、激光雕刻等等。激光與材料交互作用，能夠引起力學(xué)、物理和化學(xué)效應(yīng)的變化，達(dá)到影響材料表面形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和成分的變化，從而使材料的韌性、耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等特性均得以改善。其主要原因是激光加工區(qū)域在基體自冷和表面空冷作用下，較常規(guī)處理具有更高的冷卻速度。傳統(tǒng)的熱處理和凝固理論認(rèn)為，冷卻速度越快，形核率越低，得到的晶粒越細(xì)小，因此激光表面加工能夠獲得精細(xì)的自淬火或非平衡結(jié)晶組織，這使得處理后材料表面具有更加優(yōu)異的功能特性。近期研究表明，為了進(jìn)一步提高激光處理后的材料冷卻速度，并克服傳統(tǒng)空氣介質(zhì)中激光加工產(chǎn)生的開裂、氧化、氣蝕等缺點(diǎn)，獲得較傳統(tǒng)激光加工更加精細(xì)的處理區(qū)組織和特殊表面性能，可以將待加工試件放置在水中，使試件表面與激光終端之間形成一定水膜厚度(處理材料的上表面到水面的距離)進(jìn)行激光加工。從而可以進(jìn)一步拓展激光加工技術(shù)的使用范圍，在傳統(tǒng)空氣介質(zhì)激光加工的基礎(chǔ)上，開辟多元化、多介質(zhì)激光加工的新途徑。進(jìn)而使激光加工處理區(qū)組織和整個(gè)加工表面的性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，這對于滿足更加精細(xì)的激光加工需求，獲得特殊的激光加工表面功能具有重大意義。然而，水介質(zhì)激光加工的理論與技術(shù)研究尚剛剛開始，對其內(nèi)在規(guī)律與機(jī)制還不清楚，需進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，這使得開發(fā)一種專門的水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置顯得極為重要。進(jìn)一步來說，在利用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，需對實(shí)驗(yàn)的條件、參數(shù)等進(jìn)行精確控制，從而獲得精準(zhǔn)、可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這不僅是多元、多介質(zhì)激光制備方法實(shí)現(xiàn)的需要，同時(shí)也是研究水膜介質(zhì)下激光加工材料性能的需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目標(biāo)是提供一種能在選定的水膜厚度和介質(zhì)溫度(室溫至100攝氏度)的條件下對試樣進(jìn)行水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置。并實(shí)現(xiàn)裝置的自動化控制，為實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)條件的獲取提供精確、可靠的外部條件，為液體介質(zhì)下激光表面制備研究奠定基礎(chǔ)。一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置，主要由實(shí)驗(yàn)水槽16、激光加工終端3和介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9和人機(jī)界面系統(tǒng)I組成，所述激光加工終端3置于實(shí)驗(yàn)水槽16的上方，所述實(shí)驗(yàn)水槽16安裝在數(shù)控工作臺上，實(shí)驗(yàn)水槽16內(nèi)設(shè)有試件臺11，溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9，試件12通過夾具5固定在試件臺11上，并浸沒于水面6以下，所述介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由裝在實(shí)驗(yàn)水槽16內(nèi)的溫度傳感器13、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9、過濾裝置10和人機(jī)界面系統(tǒng)I組成。所述試件12為厚度一定的標(biāo)準(zhǔn)試件，且呈水平放置在試件臺11上，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9成對角線布置在實(shí)驗(yàn)水槽16底部，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9經(jīng)過濾裝置10和進(jìn)水口閥體16通過水管8與外設(shè)的儲水裝置14和水泵15相連接。所述試件12上表面與水面6之間的距離h為水膜厚度，實(shí)驗(yàn)所需的水膜厚度和介質(zhì)溫度限值由人機(jī)界面系統(tǒng)I設(shè)定，實(shí)驗(yàn)過程中水膜厚度和介質(zhì)溫度應(yīng)保持恒定，并由人機(jī)界面系統(tǒng)I通過溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制自動調(diào)節(jié)。 所述水膜厚度經(jīng)水面高度傳感器2感應(yīng)，通過程序計(jì)算試件12上表面與水面6的高度差獲得，并由進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制進(jìn)排水量調(diào)節(jié)。所述水膜介質(zhì)溫度通過溫度傳感器13感應(yīng)，由進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9控制進(jìn)排水量實(shí)現(xiàn)冷熱水交換調(diào)節(jié)。所述人機(jī)界面系統(tǒng)I按所要求的水膜厚度和介質(zhì)溫度在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定。所述溫度傳感器13通過簡易支架4安裝在激光加工終端3上。本專利技術(shù)的積極效果在于:可以實(shí)現(xiàn)激光加工的水介質(zhì)溫度在室溫至100攝氏度之間的任意設(shè)定，并在選定的水膜厚度和介質(zhì)溫度的條件下試樣的激光制備，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)條件的精確控制和實(shí)驗(yàn)操作的簡單易行；此外，本專利技術(shù)還具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)的工作流程圖。1-人機(jī)界面系統(tǒng)2-水面高度傳感器3-激光加工終端4-簡易支架5-夾具6_水面7-數(shù)控工作臺8-水管9-進(jìn)排水和單片機(jī)控制器10-過濾裝置11-試件臺12-試件13-溫度傳感器14-儲水裝置15-水泵16-實(shí)驗(yàn)水槽具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1進(jìn)一步說明本專利技術(shù)的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式。本專利技術(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)水槽、溫度傳感器、水面高度傳感器、進(jìn)、排水閥、單片機(jī)控制器、試件臺、人機(jī)界面系統(tǒng)組成。其中水面高度傳感器安裝在水槽內(nèi)壁上，同進(jìn)排水閥、單片機(jī)控制器、人機(jī)界面系統(tǒng)以及試件臺一起構(gòu)成水膜厚度控制系統(tǒng)；溫度傳感器通過支架安裝在激光器上，與進(jìn)排水閥、單片機(jī)控制器、人機(jī)界面系統(tǒng)組成水介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)。人機(jī)界面系統(tǒng)由LCD界面和單片機(jī)程序組成，并與水膜厚度控制系統(tǒng)和水介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸，系統(tǒng)留有計(jì)算機(jī)控制連接接口。所述的水膜厚度控制系統(tǒng)由人機(jī)界面系統(tǒng)中的控制模塊進(jìn)行控制，通過高度傳感器感應(yīng)水面高度并計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)件加工表面之間的高度差得出水膜的厚度；控制系統(tǒng)在試樣制備過程中可以時(shí)時(shí)檢測水膜厚度，并根據(jù)檢測信號控制進(jìn)、排水閥的開閉來調(diào)節(jié)流量的大小，從而保證實(shí)驗(yàn)在選定的水膜厚度下進(jìn)行。所述的水介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由人機(jī)界面系統(tǒng)中的控制模塊進(jìn)行控制，在實(shí)驗(yàn)的過程中由溫度傳感器感應(yīng)水介質(zhì)的溫度，并通過信號的反饋來控制進(jìn)、排水閥的開啟實(shí)現(xiàn)冷熱水交換，保證實(shí)驗(yàn)在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。參閱圖1所示，本專利技術(shù)由實(shí)驗(yàn)水槽16、溫度傳感器13、水面高度傳感器2、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9、試件臺11、人機(jī)界面系統(tǒng)I組成。其中安裝在水槽內(nèi)壁的水面高度傳感器2、水平放置在水槽中的試件臺11、試件12、水槽底部成對角線布置的進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9、過濾裝置10以及人機(jī)界面系統(tǒng)I構(gòu)成了水膜厚度控制系統(tǒng)；通過簡易支架4安裝在激光加工終端3上的溫度傳感器13、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9，過濾裝置10以及人機(jī)界面系統(tǒng)I構(gòu)成水膜介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)。所述試件臺11上設(shè)有夾具5，所述試件12為厚度一定的標(biāo)準(zhǔn)試件且呈水平放置；所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器9通過橡膠水管8與外設(shè)的儲水裝置14、水泵15相連接。工作流程本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式參閱如圖2所示。將實(shí)驗(yàn)水槽16水平放置在數(shù)控工作臺7上，然后將標(biāo)準(zhǔn)試樣12水平安置在試件臺11上，并用夾具將其固定好。通過人機(jī)界面系統(tǒng)輸入實(shí)驗(yàn)所需的水膜厚度和水介質(zhì)的溫度限值，控制系統(tǒng)通過這兩個(gè)信號使小功率水泵開始工作，液體介質(zhì)水在水泵的驅(qū)動下從水箱經(jīng)水管8、進(jìn)水口閥體、過濾裝置10輸送到實(shí)驗(yàn)水槽16當(dāng)中，通過水膜厚度控制系統(tǒng)來控制介質(zhì)水的供給是否滿足要求。水膜厚度控制系統(tǒng)是通過水面高度傳感器2測出實(shí)驗(yàn)水槽16當(dāng)中水面的高度H，通過系統(tǒng)計(jì)算出水膜的厚度，即水面高度H減去試件臺11和標(biāo)準(zhǔn)試樣本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置，主要由實(shí)驗(yàn)水槽(16)、激光加工終端(3)和介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)和人機(jī)界面系統(tǒng)(1)組成，其特征在于：所述激光加工終端(3)置于實(shí)驗(yàn)水槽(16)的上方，所述實(shí)驗(yàn)水槽(16)安裝在數(shù)控工作臺上，實(shí)驗(yàn)水槽(16)內(nèi)設(shè)有試件臺(11)，溫度傳感器(13)、水面高度傳感器(2)和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)，試件(12)通過夾具(5)固定在試件臺(11)上，并浸沒于水面(6)以下，所述介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由裝在實(shí)驗(yàn)水槽(16)內(nèi)的溫度傳感器(13)、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)、過濾裝置(10)和人機(jī)界面系統(tǒng)(1)組成。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置，主要由實(shí)驗(yàn)水槽(16)、激光加工終端(3)和介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)和人機(jī)界面系統(tǒng)(I)組成，其特征在于:所述激光加工終端(3)置于實(shí)驗(yàn)水槽(16)的上方，所述實(shí)驗(yàn)水槽(16)安裝在數(shù)控工作臺上，實(shí)驗(yàn)水槽(16)內(nèi)設(shè)有試件臺(11)，溫度傳感器(13)、水面高度傳感器(2)和進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)，試件(12)通過夾具(5)固定在試件臺(11)上，并浸沒于水面(6)以下，所述介質(zhì)溫度控制系統(tǒng)由裝在實(shí)驗(yàn)水槽(16)內(nèi)的溫度傳感器(13)、進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)、過濾裝置(10)和人機(jī)界面系統(tǒng)(I)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于: 所述試件(12)為厚度一定的標(biāo)準(zhǔn)試件，且呈水平放置在試件臺(11)上，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)成對角線布置在實(shí)驗(yàn)水槽(16)底部，所述進(jìn)排水和單片機(jī)控制器(9)經(jīng)過濾裝置(10)和進(jìn)水口閥體(16)通過水管(8)與外設(shè)的儲水裝置(14)和水泵(15)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水介質(zhì)激光制備實(shí)驗(yàn)裝...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張志輝，任露泉，王亮，周宏，周倜，張寶玉，林鵬宇，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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