專利名稱：一種多光路組合沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是一種新型的材料表面處理工藝，它利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，在材料表面產(chǎn)生一定厚度的殘余應(yīng)力層，并改變表面材料組織結(jié)構(gòu)，從而提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力。與以往噴丸等強(qiáng)化工藝相比，激光沖擊強(qiáng)化具有非接觸、無熱影響區(qū)、可控性強(qiáng)、殘余應(yīng)力層深及強(qiáng)化效果顯著等突出優(yōu)點。激光沖擊強(qiáng)化的主要原理是一束高能量密度激光照射在靶體材料表面附著的吸收層上，吸收層吸收激光能量迅速生成高壓等離子體，等離子體產(chǎn)生的高壓受到約束層的作用不會很快衰減，受到高壓作用，材料表面會產(chǎn)生沖·擊波并向內(nèi)部傳播。由于壓力超過材料的屈服強(qiáng)度，沖擊波作用的部分材料會產(chǎn)生塑性變形，在材料表層形成具有一定分布狀態(tài)的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力分布能有效的阻止表面裂紋的生成。同時材料受高壓作用會產(chǎn)生一定的相變從而形成硬化層，提高表面抗腐蝕能力。激光沖擊強(qiáng)化作為一種新型的材料處理工藝，其沖擊強(qiáng)化效果主要取決于激光參數(shù)、約束層厚度以及吸收層質(zhì)量。為了使沖擊強(qiáng)化作用于整個結(jié)構(gòu)表面，對于圓形光斑來說，應(yīng)具有一定的重疊率。這對表面吸收層提出了很大的考驗，因為在第一次激光光斑作用后，吸收層往往全部或部分被消耗掉，如果沖擊光斑具有重疊率的話，下一發(fā)激光光斑作用區(qū)域的吸收層就很不均勻，從而導(dǎo)致壓力在作用區(qū)域內(nèi)分布不均勻，強(qiáng)化效果就會受影響。通常采用的方法是多次更換吸收層以及改變沖擊強(qiáng)化激光頭移動規(guī)則，這給沖擊強(qiáng)化操作帶來一定的繁瑣性。激光沖擊強(qiáng)化效果重要的評估指標(biāo)是試件表層的殘余壓應(yīng)力分布狀態(tài)，激光光斑的重疊率會直接影響到殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，如果重疊率不佳，甚至可能在表面形成殘余拉應(yīng)力，嚴(yán)重影響沖擊強(qiáng)化效果。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的沖擊強(qiáng)化，結(jié)構(gòu)特定位置需要不同大小的激光光斑作用區(qū)，但卻不能改變激光能量密度。想要實現(xiàn)上述工況，除了調(diào)節(jié)激光聚焦鏡的位置，還需要改變激光輸出的能量。而激光器諧振腔只有針對特定的輸出能量(一般是最大輸出能量)才能達(dá)到最好的激光分布，改變能量會影響激光空間分布狀態(tài)，從而影響激光沖擊強(qiáng)化的效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多光路組合沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)，能夠更好地對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化。本發(fā)明的一種多光路組合沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)包括第一激光發(fā)生器和第二激光發(fā)生器，所述第一激光發(fā)生器用于產(chǎn)生預(yù)定參數(shù)指標(biāo)的激光，在所述第一激光發(fā)生器的輸出激光光路上依次設(shè)置有可移動的第一全反射鏡架和聚焦鏡架，所述第一激光發(fā)生器輸出的激光透過聚焦鏡架照射到待處理的器件表面上；所述第二激光發(fā)生器用于產(chǎn)生與所述第一激光器產(chǎn)生的功率密度相同但參數(shù)指標(biāo)不同的激光，在所述第二激光發(fā)生器的輸出激光光路上設(shè)置有第二全反射鏡架，所述第二全反射鏡架將所述第二激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光全反射至所述第一全反射鏡架上，與所述第一激光發(fā)生器輸出的激光光路重合，并透過所述聚焦鏡架照射到所述待處理的器件表面上。優(yōu)選地，所述參數(shù)指標(biāo)包括單脈沖能量、重復(fù)頻率、脈沖寬度和光斑大小。本發(fā)明通過將兩臺不同參數(shù)指標(biāo)的激光發(fā)生器組合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件不同光斑大小但功率密度相同的激光沖擊強(qiáng)化。從而可以利用不同的光斑大小實現(xiàn)表面沖擊強(qiáng)化軌跡的優(yōu)化，使表面殘余應(yīng)力均勻化；減少吸收層更換次數(shù)，且簡化操作程序。另外，本發(fā)明還可以可實現(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件拐角位置的激光沖擊強(qiáng)化。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為利用本發(fā)明組合光路實現(xiàn)的對平板沖擊的示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括第一激光發(fā)生器I和第二激光發(fā)生器2，第一激光發(fā)生器I用于產(chǎn)生預(yù)定參數(shù)指標(biāo)的激光，在第一激光發(fā)生器I的輸出激光光路上依次設(shè)置有第一全反射鏡架3和聚焦鏡架4。第一激光發(fā)生器I輸出的激光透過聚焦鏡架4照射到待處理的具有復(fù)雜表面的器件6表面上。第二激光發(fā)生器2用于產(chǎn)生與第一激光器I產(chǎn)生的功率密度相同但參數(shù)指標(biāo)不同的激光，在第二激光發(fā)生器2的輸出激光光路上設(shè)置有第二全反射鏡架5，第二全反射鏡架5將第二激光發(fā)生器2產(chǎn)生的激光全反射至第一全反射鏡架3上，與第一激光發(fā)生器I輸出的激光光路重合，并透過聚焦鏡架4照射到待處理的器件6表面上。在本發(fā)明實施例中，第一全反射鏡架3還可沿第二全反射鏡架5反射的激光的光路上移動預(yù)定距離，其作用是在第一激光發(fā)生器I進(jìn)行激光照射時，第一全反射鏡架3移至第一激光發(fā)生器I照射的激光的光路之外的地方，讓第一激光發(fā)生器I照射的激光直接透過聚焦鏡架4對器件6表面進(jìn)行照射，而當(dāng)需要用第二激光發(fā)生器2進(jìn)行對器件6的表面進(jìn)行照射時，則將第一全反射鏡架3移至第一激光發(fā)生器I的激光光路上，使得第二激光發(fā)生器2產(chǎn)生的激光依次通過第二全反射鏡架5、第一全反射鏡架3及聚焦鏡架4照射到器件6的表面。由于本發(fā)明通過將兩臺不同參數(shù)指標(biāo)的激光發(fā)生器組合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件不同光斑大小但功率密度相同的激光沖擊強(qiáng)化。從而可以利用不同的光斑大小實現(xiàn)表面沖擊強(qiáng)化軌跡的優(yōu)化，使表面殘余應(yīng)力均勻化；減少吸收層更換次數(shù)，且簡化操作程序。另外，還可以可實現(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件拐角位置的激光沖擊強(qiáng)化。下面列舉具體例子進(jìn)行說明。第一激光發(fā)生器I的參數(shù)為單脈沖能量2.5J，重復(fù)頻率5Hz，脈沖寬度IOns ;第二激光發(fā)生器2的單脈沖能量20J，重復(fù)頻率0. 5Hz，脈沖寬度 20nso
第一全反射鏡架3的初始位置為0，第一激光發(fā)生器I發(fā)射的指示光到達(dá)器件6特
定位置，這一位置為作用點。調(diào)節(jié)聚焦鏡架4位置，使得作用于作用點上的光斑達(dá)到預(yù)估尺
寸，從而獲得預(yù)定功率密度，功率密度計算公式為
權(quán)利要求
1.一種多光路組合沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，包括第一激光發(fā)生器和第二激光發(fā)生器，所述第一激光發(fā)生器用于產(chǎn)生預(yù)定參數(shù)指標(biāo)的激光，在所述第一激光發(fā)生器的輸出激光光路上依次設(shè)置有可移動的第一全反射鏡架和聚焦鏡架，所述第一激光發(fā)生器輸出的激光透過聚焦鏡架照射到待處理的器件表面上；所述第二激光發(fā)生器用于產(chǎn)生與所述第一激光器產(chǎn)生的功率密度相同但參數(shù)指標(biāo)不同的激光，在所述第二激光發(fā)生器的輸出激光光路上設(shè)置有第二全反射鏡架，所述第二全反射鏡架將所述第二激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光全反射至所述第一全反射鏡架上，與所述第一激光發(fā)生器輸出的激光光路重合，并透過所述聚焦鏡架照射到所述待處理的器件表面上。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)指標(biāo)包括單脈沖能量、重復(fù)頻率、脈沖寬度和光斑大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多光路組合沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)，包括第一激光發(fā)生器和第二激光發(fā)生器，第一激光發(fā)生器用于產(chǎn)生預(yù)定參數(shù)指標(biāo)的激光，在第一激光發(fā)生器的輸出激光光路上依次設(shè)置有可移動的第一全反射鏡架和聚焦鏡架，第一激光發(fā)生器輸出的激光透過聚焦鏡架照射到待處理的器件表面上；第二激光發(fā)生器用于產(chǎn)生與第一激光器產(chǎn)生的功率密度相同但參數(shù)指標(biāo)不同的激光，在第二激光發(fā)生器的輸出激光光路上設(shè)置有第二全反射鏡架。本發(fā)明通過將兩臺不同參數(shù)指標(biāo)的激光發(fā)生器組合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件不同光斑大小但功率密度相同的激光沖擊強(qiáng)化。從而可以利用不同的光斑大小實現(xiàn)表面沖擊強(qiáng)化軌跡的優(yōu)化，使表面殘余應(yīng)力均勻化。
文檔編號C22F3/00GK102747214SQ20121022352
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者吳先前, 宋宏偉, 魏延鵬, 黃晨光 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所