[发明专利]一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的装置

说明书

本发明涉及激光冲击强化技术领域，尤其是一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的装置。所述装置包括电脉冲发生装置，温度监测装置，激光冲击装置和控制系统。本发明在进行激光冲击强化的同时引入脉冲电流对材料进行同步强化，实现材料塑性与强度的深度提升；通过控制系统来协调电脉冲，激光冲击单脉冲及工件移动三者的协调关系，真正实现电脉冲与激光冲击波的实时耦合，保证每个激光单脉冲冲击的环境相同，从而保证电脉冲与激光冲击强化效果的均匀性，从而满足工业大面积均匀强化的需求。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化技术领域，尤其是一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的装置。

背景技术

激光冲击强化是一种有效的表面强化技术，主要利用高能激光束在材料表面形成等离子体，诱导激光冲击波传至材料内部，使材料表面发生严重塑性变形，从而在表面诱导较深的残余压应力层，表层晶粒细化，从而延伸疲劳寿命，提升材料的抗腐蚀性能等。激光冲击强化具有如下特点：(1)较深的残余压应力层，(2)加工柔性程度高，(3)精确加工的能力，(4)无损加工。因此，激光冲击强化在工业上得到了广泛的应用。

随着航空航天，海洋工程，汽车工业等行业的发展，关键复杂构件的工况越来越复杂越来越严格，并对复杂构件的抗疲劳性能，耐磨损以及耐腐蚀性能等提出了超高要求，目前普通的表面强化技术已经不能高性能构件的强化要求，激光冲击强化虽然具有提升构件的抗疲劳性能等特点，但仍然存在这些优点，但随着工业的发展，激光冲击强化也渐渐显示出了劣势：(1)残余压应力层深度不够，(2)材料表面的纳米化程度不够，(3)材料表面粗糙度往往达不到工程应用程度等缺点，无法满足现阶段高性能复杂构件的强化要求。

针对上述存在的问题，申请号为CN202110047409.9的中国专利提出了一种脉冲电流耦合激光喷丸强化金属材料的方法及装置，该专利提出的装置满足实验室脉冲电流辅助激光冲击强化工艺的研究，但该专利由于五轴工作台及约束层的限制，不适用于电流辅助激光冲击强化的工业应用，并且不适用在目前的已有的激光冲击强化设备上进行更新，需要重新定制相关设备。再有申请号为202110285517.X的中国专利提出了一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化方法及装置，该专利提出的装置，关于工件的运动，激光冲击波的作用以及电流的作用，三者是独立的，无法实现脉冲电流与激光冲击波的实时耦合，无法实现均匀强化。

发明内容

目前国内外尚无能够应用于工业大规模使用均匀强化的电流辅助激光冲击强化设备。为此，本发明设计了一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的装置，能够对材料进行精准定点双波同时或交替作用，保证最终强化的均匀性；主要利用电流的电致塑性和热效应与激光冲击强化作用进行实时耦合，该装置能够使金属材料表面塑性大幅度提高，强化深度得到加深，强化效果得到大幅度增强，并且使得材料表面的粗糙度得到改善，从而大幅度提升材料的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，还可以对高硬度材料，加工硬化程度高的材料进行激光冲击强化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的装置，包括电脉冲发生装置，温度监测装置、激光冲击装置和控制系统；所述电脉冲发生装置用于产生电脉冲，对工件进行电脉冲处理；所述激光冲击装置用于产生激光，对工件进行激光冲击强化处理；所述温度监测装置用于监测和反馈工件温度；所述控制系统用于实现电脉冲和激光冲击波的实时耦合强化。

所述电脉冲发生装置由脉冲电源，第一铜接头，第二铜接头和工业导线组成，其中脉冲电源正极通过工业导线与第一铜接头的接头连接；脉冲电流的负极通过工业导线与第二铜接头的接头连接；第一铜接头和第二铜接头分别通过第一铜接头的接头和第二铜接头的接头固定于绝缘背板之上；第一铜接头的铜片和第二铜接头的铜片分别固定于工件之上。

所述温度监测装置由热电偶和温度显示器组成，热电偶固定于通用夹具背面；热电偶通过热电偶连接孔与绝缘背板相对固定；热电偶与工件不接触，中间保持空隙，保证绝缘。热电偶反馈信号通过温度显示器显示温度值并将温度信号传至控制器。