[发明专利]矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统及其运用方法

说明书

本发明涉及一种矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统及其运用方法，所述系统包括：激光产生模块，配置为用于输出纳秒激光脉冲的纳秒激光器；外置光学整形模块，包括整形曲面镜组或整形曲面组合镜，配置为对所述纳秒激光脉冲进行整形，以形成矩形均匀纳秒激光脉冲；样件模块，包括多种待实施激光脉冲喷丸技术的样件及形成所述样件的材料。所述运用方法为采用所述系统对所述样件及形成所述样件的材料实施激光脉冲喷丸技术。本发明解决了现有技术中采用圆形激光光斑而产生的问题和国内现有方形脉冲激光器输出激光脉冲能量低、不适合用于激光脉冲喷丸技术的问题。

技术领域

本发明涉及激光脉冲喷丸和光束整形均匀化技术领域，特别涉及一种矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统及其运用方法。

背景技术

激光脉冲冲击强化与成型(LSP)技术(也称为激光脉冲喷丸技术)是一种先进的材料表面强化处理技术。其机理是：短脉冲(纳秒级)的强激光辐照金属材料表面产生高压冲击波，诱导了材料内部残余压应力和微结构的变化，形成比传统机械喷丸更深的诱导残余压应力层。

但是，目前我国激光脉冲冲击技术大多采用圆形激光光斑，通过调整光斑重叠率避免光斑之间的缝隙，存在主要问题包括：重叠率低会存在未加工区域，重叠率高则会发生过加工，这些因素最终将反映在板料的机械性能上，表现为成形工件的残余应力分布不均匀、表面粗糙，同时也产生了残余应力洞的问题，影响激光脉冲喷丸技术在我国高端技术产业方面的应用，成为激光脉冲喷丸技术发展的羁绊。

并且，我国现有方形激光器输出的激光脉冲能量较低，难以适用于对能量要求高的激光脉冲喷丸技术。

因此有必要提供一种矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统及其运用方法，以解决现有技术中采用圆形激光光斑而产生的问题和国内现有方形脉冲激光器输出激光脉冲能量低、不适合用于激光脉冲喷丸技术的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统及其运用方法，以解决现有技术中采用圆形激光光斑而产生的问题和国内现有方形脉冲激光器输出激光脉冲能量低、不适合用于激光脉冲喷丸技术的问题。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统，包括：

激光产生模块，配置为用于输出纳秒激光脉冲的纳秒激光器；

外置光学整形模块，包括整形曲面镜组或整形曲面组合镜，配置为对所述纳秒激光脉冲进行整形，以形成矩形均匀纳秒激光脉冲；

样件模块，包括多种待实施激光脉冲喷丸技术的样件及形成所述样件的材料。

可选的，在所述矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统中，所述整形曲面镜组或整形曲面组合镜采用高光学损伤阈值光学材料制备，所述高光学损伤阈值光学材料能承受纳秒激光脉冲的能量密度不低于1J/cm²。

可选的，在所述矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统中，所述外置光学整形模块适用于各种重复频率大小和多种能量高低的纳秒激光脉冲。

可选的，在所述矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统中，各种重复频率大小和多种能量高低的纳秒激光脉冲包括：

高重复频率和高能量的纳秒激光脉冲；

低重复频率和低能量的纳秒激光脉冲；

其中，高脉冲重复频率的范围为5-10Hz，低脉冲重复频率的范围为大于0Hz、小于5Hz；低能量激光功率的范围为MW/cm²量级，高能量激光功率的范围为GW/cm²量级。

可选的，在所述矩形均匀激光脉冲冲击强化与成型系统中，激光产生模块产生高斯、类高斯或平顶光束型脉冲；

高斯、类高斯或平顶光束型脉冲为圆形的纳秒激光脉冲。