[发明专利]一种气缸盖激光热冲击测试装置及其测试方法

说明书

技术领域：

本发明属于发动机受热零部件热疲劳试验方法技术领域，具体涉及一种气缸盖激光热冲击测试装置及其测试方法。

背景技术

发动机燃烧室部件受到高温燃气周期性的热冲击，承受高的热负荷。而功率大、结构紧凑是发动机的发展趋势，燃烧室部件热负荷问题更加凸出。如何有效评估受热构件的热疲劳抗力已成为高可靠性发动机研发的瓶颈问题。而实现准确评估的关键技术是找到合适的能量空间和时间分布，实现受热构件特定的温度分布和波动。

目前针对发动机受热构件的零部件试验方法有燃气加热、高频感应加热、石英灯加热、激光加热等方法。在这些加热方式中(激光除外)都不能有效的实现受热构件特定的温度分布和波动。而激光具有功率密度高、时间和空间分布可控性好等优点，在实现能量特定分布方面优势凸显。采用激光热源评估受热构件的热疲劳抗力关键技术是如何设置激光在空间的能量分布和受热构件的冷却方式，而目前还没有专利和文献报道气缸盖激光热冲击试验方法。

发明内容：

本发明提供了一种气缸盖激光热冲击测试装置及测试方法，就是要解决现有技术不能有效评估受热构件热疲劳抗力及激光在空间能量分布不均的问题。

本发明可通过以下技术方案实现：一种气缸盖激光热冲击测试装置，包括空压机1、气管2、电磁阀3、流量计4、CCD摄像头5、带光束整形器的激光头6、红外测温仪7、气缸盖8，气缸盖8通过气管2与空压机1连接，气管2上设有电磁阀3、流量计4，在气缸盖8的垂直上方设有激光头6，在带光束整形器的激光头6与气缸盖8之间设有CCD摄像头5和红外测温仪7。

一种气缸盖激光热冲击测试方法，按以下步骤进行：

(1)激光通过光束整形器整形成十字形，分布辐照在气缸盖鼻梁区，即通过光束整形器控制激光能量在空间的分布，

(2)采用集成化激光热负荷软件控制激光能量在时域上的分布，

(3)在气缸盖冷却水腔和火力面通压缩空气冷却，

(4)通过红外测温仪监测受热件温度波动，采用CCD摄像头监控受热件表面状态。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明具有可操作性强、耗用材料少等优点，可以有效的评估气缸盖热强度，其试验结果为气缸盖优化设计提供指导。

附图说明

图1为一种气缸盖激光热冲击测试装置结构示意图，

图2为激光通过光束整形器整形后空间分布示意图。

具体实施方式

一种气缸盖激光热冲击测试装置，包括空压机1、气管2、电磁阀3、流量计4、CCD摄像头5、带光束整形器的激光头6、红外测温仪7、气缸盖8，气缸盖8通过气管2与空压机1连接，气管2上设有电磁阀3、流量计4，在气缸盖8的垂直上方设有激光头6，在带光束整形器的激光头6与气缸盖8之间设有CCD摄像头5和红外测温仪7。

一种气缸盖激光热冲击测试方法，按以下步骤进行：

(1)激光通过光束整形器整形成十字形，分布辐照在气缸盖鼻梁区，即通过光束整形器控制激光能量在空间的分布，

(2)采用集成化激光热负荷软件控制激光能量在时域上的分布，

(3)在气缸盖冷却水腔和火力面通压缩空气冷却，

(4)通过红外测温仪监测受热件温度波动，采用CCD摄像头监控受热件表面状态。

空压机里的压缩空气通过气管输入到气缸盖冷却水腔位置，电磁阀控制气管的开启，流量计控制压缩空气流量。激光头距离气缸盖的垂直距离为1m。通过CCD摄像头监控气缸盖表面状态，采用红外测温仪监测气缸盖关注点温度。

系统工作过程：首先连接非标设计的输气管到气缸盖冷却水腔入口，然后把光束整形器安在激光头位置，调节红外测温仪到气缸盖监测点位置，开启空压机、激光、红外测温仪数据监测器、热负荷集成化软件。测试过程，气缸盖冷却水腔一直通压缩空气冷却，采用整形后的激光加热气缸盖，通过集成化激光热负荷软件采集红外测温仪监测到的数据和协调控制激光与电磁阀的启停。气缸盖热冲击高温点温度波动范围为170℃-350℃，热冲击累计循环次数为2000次。一个热冲击循环周次为通过整形后的激光把气缸盖高温点(通过数值仿真和试验测量可以确定位置)加热到350℃，热负荷集成化软件关掉激光，开启喷头里的压缩空气，温度降到170℃，热负荷集成化软件关掉火力面喷头压缩空气，然后开启激光加热气缸盖到350℃，从而完成一个热循环周次。气缸盖每循环100周次采用荧光粉探伤观察气缸盖是否有损伤，2000次热冲击试验后采用光学显微镜、扫描电镜和硬度仪检测气缸盖的微观损伤及力学特性变化。如通过2000次热冲击试验材料没有出现宏微观损伤及力学特性变化说明气缸盖热疲劳抗力优良。