本发明专利技术公开了本发明专利技术提供了一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，包括：密封载物台、激光力加载装置、光电控制系统和材料，激光力加载装置包括激光发生器和光路控制系统，激光发生器的输出端与密封载物台连接，输入端与光路控制系统的输出端连接，光路控制系统的输入端与光电控制系统的输出端连接，光电控制系统的输入端与光电控制系统连接，光电控制系统的输入端与密封载物台远离激光力加载装置的一端连接，所述材料设于密封载物台内。本发明专利技术采用高能脉冲热加载与激光冲击力加载连续交替作用的方法处理金属材料，利用高能脉冲电流瞬态热效应在材料内部引入热应力及电子风力，降低材料流变应力，提升材料塑性。提升材料塑性。提升材料塑性。
【技术实现步骤摘要】
一种热力载荷连续交替冲击强化的装置及其工作方法
[0001]本专利技术属于激光非传统加工制造领域，特别涉及多工艺复合加工制造领域，公开了一种对金属材料采用脉冲电流热加载和激光冲击力加载连续交替冲击的装置及方法，具体为一种热力载荷连续交替冲击强化的装置及其工作方法。
技术介绍
[0002]飞机和航空发动机等关键零部件大量采用金属材料，金属材料的主要失效形式疲劳和腐蚀都发生在材料的表面，因此材料表面结构和性能直接影响材料的综合性能和使用范围。激光冲击强化技术是利用强激光诱导冲击波作用于金属表面，使材料发生塑性变形，促进晶粒细化，并在材料表层诱导生成一定厚度的残余压应力层，从而提高材料的塑性和疲劳性能。但是由于激光冲击强化影响层深度较浅(约1mm)，并且主要通过冲击波力学作用促进材料发生塑性变形，加工效率低，对材料内部结构强化和微裂纹等缺陷修复效果微弱。
[0003]高能脉冲电流在提升材料塑性、促进晶粒回复与再结晶以及晶粒细化等方面具有显著作用。此外，由于高能脉冲电流的瞬态热效应可以向金属材料同时输入较高的热能和应变能，有助于提高原子迁移速率，改善材料内部的微裂纹、孔洞等微观缺陷。相比于其他工艺，高能脉冲电流具有高效、节能等显著优点。但高能脉冲的热效应显著，在极短的时间内便能够使材料发生相变析出、在空气中发生高温氧化反应及局部高温熔化现象。
[0004]专利技术专利CN111822578A公开了一种电致塑性辅助激光冲击拉深成形装置及方法，在金属板件拉伸成形过程中采用脉冲电流电致塑性和激光冲击强化作用提升材料的塑性，提高了板料拉深成形的成形能力及效率。专利技术专利CN110315210A公开了一种脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法，在进行薄板零件成型过程中持续脉冲电流和激光冲击强化作用，从而实现金属薄板的多工位微成形。上述专利均是采用的是持续脉冲电流与激光冲击强化复合作用提高材料的塑性，但是并未考虑脉冲电流焦耳热产生的材料与空气发生的氧化反应，并且在拉伸成型折弯处容易产生材料局部高温软化、甚至熔化现象。专利技术专利CN105177479B公开了一种Ti
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6Al
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4V合金新型复合显微组织的光电脉冲复合处理方法，对Ti
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6Al
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4V合金材料采取激光冲击强化后再进行脉冲电流处理，最后退火处理改变材料的显微组织类型，获得全新的力学性质。该方法将激光冲击强化作用和脉冲电流处理分开进行，削弱了热效应对激光冲击强化效果的加强作用，只是单纯的多种材料处理工艺叠加使用。
[0005]综上所述，该技术还有待于改进。
技术实现思路
[0006]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，采用高能脉冲电流热加载与激光力加载连续交替冲击作用金属材料，引入瞬态热应力的同时有效避免长时间的电流焦耳热效应，可以实现金属表面及内部的晶粒细化、微缺陷闭合及残余应力引入，从而显著提升材料强韧性及疲劳性能。
[0007]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术提供了一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，包括：密封载物台、激光力加载装置、光电控制系统和材料，其中，所述激光力加载装置包括激光发生器和光路控制系统，所述激光发生器的输出端与密封载物台连接，输入端与光路控制系统的输出端连接，所述光路控制系统的输入端与光电控制系统的输出端连接，所述光电控制系统的输入端与光电控制系统连接，所述光电控制系统的输入端与密封载物台远离激光力加载装置的一端连接，所述材料设于密封载物台内。本专利技术采用高能脉冲热加载与激光冲击力加载连续交替作用的方法处理金属材料，利用高能脉冲电流瞬态热效应在材料内部引入热应力及电子风力，降低材料流变应力，提升材料塑性；在此基础上开展激光力冲击可以实现材料表层更大厚度的塑性形变层晶粒细化，同时采用连续交替冲击加载动作，缩短脉冲电流作用频率，并将材料放置于密封充满N2的环境中，可以避免高能脉冲电流连续作用产生的焦耳热引起的材料相变析出、与空气发生高温氧化反应及局部结构高温熔化等现象。
[0008]进一步的，所述密封载物台包括大理石平台、一组电极板、一组夹持装置和密封罩，其中，所述夹持装置包括夹持安装板和螺旋推进杆，所述电极板相对设于大理石平台上，所述夹持安装板设于大理石平台上，并设于电极板的外侧，所述螺旋推进杆一端穿过夹持安装板后与电极板连接，所述密封罩设于大理石平台上，所述材料设于大理石平台上，并设于两电极板之间。
[0009]更进一步的，所述光电控制系统包括逻辑电路和计时器，所述逻辑电路的一端与光路控制系统连接，另一端与计时器连接。
[0010]此外，还包括脉冲电流发生装置和脉冲信号监测装置，所述脉冲电流发生装置一端与逻辑电路连接，另一端与脉冲信号监测装置连接，所述脉冲信号监测装置远离脉冲电流发生装置的另一端通过导线穿过螺旋推进杆后与电极板连接，且所述逻辑电路根据计时器信号控制热、力加载装置连续交替输出。
[0011]进一步的，所述光电信号控制系统采用的是“或门”逻辑电路，所述“或门”逻辑电路分别与脉冲电流发生装置和激光力加载装置串联，通过逻辑信号控制激光力加载和脉冲电流热加载交替动作。
[0012]更进一步的，所述计时器采用超高精度计时器，其能够实现ns级的时间计数；
[0013]并根据计时器输出信号控制激光力加载装置和脉冲电流热加载装置作用时间。
[0014]优选的，所述脉冲信号监测控制装置对脉冲电流发生装置发出锯齿形脉冲信号波形、峰值电流强度及脉冲宽度进行动态监测。
[0015]进一步优选的，所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置的工作方法，该热力载荷连续交替冲击强化的装置实施热力连续交替冲击加载的方法如下：
[0016]1)：将材料放置在密封载物台内的夹持装置上，调节左右两个电极板位置，使其与材料两侧完全贴合，并填充N2起到隔绝氧气作用；
[0017]2)：根据材料参数确定脉冲电流发生装置参数、激光力加载装置参数及单次作用脉冲宽度和频率；
[0018]3)：开启脉冲电流发生装置，“或门”逻辑电路开始处于接通脉冲电流热加载回路，超高精度计时器开始记录脉冲电流热加载作用时间，脉冲信号监测控制装置调节脉冲波形、峰值电流强度及脉冲宽度参数；
[0019]4)：达到预设脉冲电流单次热加载时间后，计时器触发“或门”逻辑电路，断开脉冲电流热加载回路，激光力加载装置启动，开始激光冲击加载动作；
[0020]231)：计时器与逻辑电路共同作用实现脉冲电流热加载和激光冲力加载往复连续作用，从而完成整个强化过程。
[0021]更进一步优选的，该热力载荷连续交替冲击强化的装置实施热力连续交替冲击加载的方法的步骤(2)中，所述脉冲电流发生装置(231)参数设置根据公式：
[0022]ΔT＝ρj2t
p
(C
P
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(1)
[0023]式中ΔT表示脉冲电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：包括：密封载物台(1)、激光力加载装置(2)、光电控制系统(3)和材料(4)，其中，所述激光力加载装置(2)包括激光发生器(21)、光路控制系统(22)和脉冲电流发生装置(23)，所述激光发生器(21)的输出端与密封载物台(1)连接，输入端与光路控制系统(22)的输出端连接，所述光路控制系统(22)的输入端与光电控制系统(3)的输出端连接，所述光电控制系统(3)的输入端与光电控制系统(3)连接，所述光电控制系统(3)的输入端与密封载物台(1)远离激光力加载装置(2)的一端连接，所述材料(4)设于密封载物台(1)内。2.根据权利要求1所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：所述密封载物台(1)包括大理石平台(11)、一组电极板(12)、一组夹持装置(13)和密封罩(14)，其中，所述夹持装置(13)包括夹持安装板(131)和螺旋推进杆(132)，所述电极板(12)相对设于大理石平台(11)上，所述夹持安装板(131)设于大理石平台(11)上，并设于电极板(12)的外侧，所述螺旋推进杆(132)一端穿过夹持安装板(131)后与电极板(12)连接，所述密封罩(13)设于大理石平台(11)上，所述材料(4)设于大理石平台(11)上，并设于两电极板(12)之间。3.根据权利要求1所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：所述光电控制系统(3)包括逻辑电路(31)和计时器(32)，所述逻辑电路(31)的一端与光路控制系统(22)连接，另一端与计时器(32)连接。4.根据权利要求1所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：所述脉冲电流发生装置(23)包括脉冲电流发生装置(231)和脉冲信号监测装置(232)，所述脉冲电流发生装置(231)一端与逻辑电路(31)连接，另一端与脉冲信号监测装置(232)连接，所述脉冲信号监测装置(232)远离脉冲电流发生装置(231)的另一端通过导线穿过螺旋推进杆(132)与电极板(12)连接，且所述逻辑电路(31)根据计时器信号控制热、力加载装置连续交替输出。5.根据权利要求1所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：所述光电信号控制系统(3)采用的是“或门”逻辑电路，所述“或门”逻辑电路分别与脉冲电流发生装置(231)和激光力加载装置(2)串联，通过逻辑信号控制激光力加载和脉冲电流热加载交替动作。6.根据权利要求3所述的一种热力载荷连续交替冲击强化的装置，其特征在于：所述计时器(32)采用超高精度计时器，其能够实现ns级的时...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪飞飞，周晓刚，倪红海，王洪磊，
申请(专利权)人：苏州健雄职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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