[发明专利]一种磁致塑性和激光冲击复合的强化装置及方法

说明书

本发明提供了一种电磁铁辅助激光冲击复合的强化装置及方法，涉及激光和磁场加工领域，包括激光发生设备和电磁铁；待加工工件设置在工作台上，两块所述电磁铁分别设置在待加工工件的上方和下方，且待加工工件置于电磁铁形成弧形磁场内；所述激光发生设备和电磁铁同时工作用来对待加工工件复合加工。该方法对工件施以特定的弧形磁场，利用强磁场的磁致塑性效应，降低金属工件表层的塑性变形抗力，减弱工件表层在激光冲击过程中的加工硬化，从而配合激光冲击，以提高激光冲击的影响深度，特别是使残余压应力的深度更大，压应力分布更适应如小孔结构等构件的立体强化的要求，适应更厚工件和更高强度材料的强化。

技术领域

本发明属于材料表面强化处理领域，特别涉及到一种磁致塑性和激光冲击复合的强化装置及方法。

背景技术

在目前的机械行业中，特别是航空航天、工程机械、海洋工程和船舶制造等领域，这些领域对服役机械零部件的可靠性提出越来越高的要求，这就要求机械零部件具有高的表面硬度、高耐磨性、高抗疲劳性、高表面光洁度和良好的耐蚀性等综合性能，这是当下我国机械制造行业所面临的主要问题。

磁致塑性加工是新型的加工及技术，是在普通的金属变形加工过程中施加高强度磁场对所加工的材料进行磁场刺激(磁致塑性加工)，或者在加工前后对金属进行处理(磁致塑性处理)，以获得良好加工性能及综合的机械性能。但是该效应并不能强化金属材料，而只能起辅助强化作用，以降低材料的屈服强度，从而加深激光冲击强化的深度。

单一的激光冲击也存在许多的问题，比如强化过后应力场分布不均匀，应力不能渗入到材料深层等等，存在这些问题的金属强化技术，在很多高要求的场合并不能适用。这就需要将多种技术相结合，来达到金属表面更好的强化效果。

发明专利CN104004901A中公开一种以磁场作为约束层的激光冲击强化装置和方法，是通过圆柱形放电管通电产生与试样表面垂直方向的磁场，这些磁场会对激光冲击过程中产生的高温高压等离子体进行压缩，使得等离子体体积收缩，从而增强激光冲击力的效果，此方法外加变化高强度磁场辅助激光冲击强化，通过对激光冲击过程中产生的高温高压等离子体进行压缩。这种方法没有提及磁场对工件材料的直接影响。

发明专利CN106148672A中提出了一种外加变化磁场辅助激光强化冲击强化方法。本方法主要通过改变电流大小，获得不同的磁场强度，并在相应的磁场强度的辅助作用下，利用激光器对试样进行冲击强化处理。此专利没有明确外加变化磁场作用于等离子体还是作用于工件材料，然而不管作用于等离子体还是作用于材料，都不会有明显的效果，或者无效。因为外加磁场过小，产生的增益效果偏小，且由于施加的磁场为毫特斯拉级，对材料的变形以及力学性能影响较小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种磁致塑性和激光冲击复合的强化装置及方法，本发明通过施加磁场强度为1.0T～4.0T双侧弧形磁场，通过施加高强度磁场改变材料的变形能力和提高可塑性，且采用磁致塑性和激光冲击相结合，以提高激光冲击的影响深度，特别是是残余压应力更大，压应力分布更适合如小孔结构等构件的立体强化的要求，从而适用于更厚工件和更高强度材料的强化。

一种磁致塑性和激光冲击复合的强化装置，包括激光发生设备和电磁铁；待加工工件设置在工作台上，两块所述电磁铁分别设置在待加工工件的上方和下方，且待加工工件置于电磁铁形成弧形磁场内；所述激光发生设备和电磁铁同时工作用来对待加工工件复合加工。

进一步的，所述电磁铁施加在待加工工件上的磁场强度为1.0T～4.0T。

进一步的，所述电磁铁为中空结构，中空结构内设置有聚磁铁芯。

进一步的，待加工工件为小孔试样时，可在小孔内装入防变形芯棒。

进一步的，所述待加工工件下表面与电磁铁之间设置有硬质木板。

进一步的，待加工工件上方涂覆吸收层，吸收层上方设置有水约束层。