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CN106148672B - 一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法 - Google Patents

一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法 Download PDF

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CN106148672B CN201610687959.6A CN201610687959A CN106148672B CN 106148672 B CN106148672 B CN 106148672B CN 201610687959 A CN201610687959 A CN 201610687959A CN 106148672 B CN106148672 B CN 106148672B
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    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
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Abstract

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种改变辅助磁场强度，得出最佳外加辅助磁场范围，并明显提高冲击强化效果的激光冲击强化方法。本方法主要是通过在通过改变电流大小，获得不同的磁场强度，并在相应磁场强度的辅助作用下，利用激光器对试样需要强化的区域进行激光冲击强化处理，最后对各个试样进行相关处理并对比得出外加变化磁场辅助激光冲击强化处理的最佳磁场强度范围，从而明显提高外加磁场对激光冲击强化的作用效果，增强其对试样的处理效果。

Description

一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种改变辅助磁场强度，得出最佳外加辅助磁场范围，并明显提高冲击强化效果的激光冲击强化方法。
背景技术
激光冲击强化(laser shock peening/processing,LSP)是一种新型的表面强化技术，主要是采用短脉冲(几十纳秒)、高峰值功率密度(>109W/cm2)的激光辐照在金属表面，激光束通过约束层之后被吸收层吸收，吸收层从而获得能量形成爆炸性气化蒸发，产生高温高压的等离子体，由于外层约束层的约束，等离子体形成高压冲击波从而向材料内部传播，利用冲击波的力效应在材料表层发生塑性变形，使得表层材料微观组织发生变化，同时在冲击区域产生残余压应力，提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐应力腐蚀性能，尤其能有效改善材料的抗疲劳断裂性能。
在激光冲击强化过程中施加磁场是增强激光冲击力效果的有效方法之一。发明专利CN104004901A中公开了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，其主要优点是解决实体约束层所存在飞溅安全隐患、效率低下、冲击力增效受局限、均匀性不足、装置复杂、操作繁杂等缺点。而本方法主要是外加变化磁场辅助激光冲击强化，获取磁场辅助的最佳磁场强度范围，从而明显提高冲击强化的作用效果。
发明内容
本发明提出了一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法。本方法主要是通过改变电流大小，获得不同的磁场强度，并在相应磁场强度的辅助作用下，利用激光器对试样需要强化的区域进行激光冲击强化处理，最后对各个试样进行相关处理并对比得出外加变化磁场辅助激光冲击强化处理的最佳磁场强度范围，从而明显提高外加磁场对激光冲击强化的作用效果，增强其对试样的处理效果。
其具体实施步骤如下：
(1)选取N个需要冲击强化的试样，置于磁场发生装置下方，且其中N≥10。
(2)通过控制电路调节电流大小，使变化磁场发生装置的磁场强度为A1，其中磁场强度A1为初始值，即磁场强度为0mT，在此磁场强度下，对需要强化的部位进行激光冲击强化处理，激光光斑为圆形，激光冲击强化参数如下：光斑直径为3mm，脉宽为8-30ns，脉冲能量3-15J，横向和纵向搭接率均为50％。
(3)改变电流大小，使磁场强度为A2，其中A2＝A1+5mT，并对需要强化的部位进行激光冲击强化处理，激光光斑为圆形，激光冲击参数与步骤(2)相同。
(4)依照步骤(3)，改变电流大小，使磁场强度为Ai，其中Ai＝Ai-1+5mT，i的初始值为3，且3≤i≤N，进行激光冲击强化处理，激光光斑为圆形，激光冲击参数与步骤(2)相同。
(5)每次使i增加1，循环进行步骤(4)。
(6)对冲击后的N个试样进行残余压应力测试。
附图说明
图1为变化磁场发生装置以及试样放置位置。
图2为本文具体实施案例试样示意图。
图中：1.试样，2.工作台。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明，但本发明不应仅限于实施例。
本实施例所采用的试样，具体尺寸如图2所示，试样基体材料为AM50镁合金。
一种使用上述强化处理方法进行处理的试样的实例，其步骤为：
(1)选取13个需要冲击强化的试样，置于磁场发生装置下方，磁场发生装置以及试样放置位置如图1所示，磁场发生装置位于试样正上方，试样位于工作台上，试样、试样尺寸以及冲击区域如图2所示，冲击区域为中间区域20×10mm。
(2)首先在磁场强度初始值0mT下，对需要强化的部位进行激光冲击强化处理，其中激光冲击强化用的脉冲激光束为圆形光斑，光斑直径为3mm，脉宽为10ns，脉冲能量5J，横向纵向搭接率均为50％。
(3)改变电流大小，使磁场强度为5mT，并对需要强化的部位进行激光冲击强化处理，其激光冲击参数同步骤(2)一致：脉冲激光束为圆形光斑，光斑直径为3mm，脉宽为10ns，脉冲能量5J，横向纵向搭接率均为50％。
(4)依照步骤(3)，改变电流大小，使磁场强度分别为10mT，15mT，20mT，25mT，30mT，35mT，40mT，45mT，50mT，55mT，60mT，并分别进行激光冲击强化处理，其激光冲击参数同步骤(2)一致：脉冲激光束为圆形光斑，光斑直径为3mm，脉宽为10ns，脉冲能量5J，横向纵向搭接率均为50％。
(5)将冲击后的13个试样进行处理，分别进行残余压应力测试。
如表1所示，0mT～20mT的残余压应力范围为-64Mpa～-193Mpa，25mT～35mT的残余压应力范围为-211Mpa～-257Mpa，40mT～60mT的残余压应力范围为-73Mpa～-182Mpa，由此可得出最佳磁场强度辅助范围为25mT到35mT。
表1为本文具体实施案例不同磁场强度辅助冲击后的残余压应力表。
0mT～20mT -64Mpa～-193Mpa
25mT～35mT -211Mpa～-257Mpa
40mT～60mT -73Mpa～-182Mpa

Claims (4)

1.一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法，其特征在于：通过改变电流大小，获得不同的磁场强度，并在相应磁场强度的辅助作用下，利用激光器对试样需要强化的区域进行激光冲击强化处理，对试样进行激光冲击强化处理并对比得出外加变化磁场辅助激光冲击强化处理的最佳磁场强度范围，提高冲击强化的作用效果，具体步骤如下：
(1)选取N个需要冲击强化的试样，置于磁场发生装置下方；
(2)通过控制电路调节电流大小，使磁场发生装置的磁场强度为A1，其中磁场强度A1为初始值，在此磁场强度下，对需要强化的部位进行激光冲击强化处理；
(3)改变电流大小，使磁场强度为A2，其中A2＝A1+5mT，并对需要强化的部位进行激光冲击强化处理，激光冲击参数与步骤(2)相同；
(4)依照步骤(3)，改变电流大小，使磁场强度为Ai，其中Ai＝Ai-1+5mT，i的初始值为3，且3≤i≤N，进行激光冲击强化处理，激光冲击参数与步骤(2)相同；
(5)每次使i增加1，循环进行步骤(4)；
(6)对冲击后的N个试样进行残余压应力测试。
2.如权利要求1所述的一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法，其特征在于：激光光斑为圆形，激光冲击强化参数如下：光斑直径为3mm，脉宽为8-30ns，脉冲能量3-15J，横向和纵向搭接率均为50％。
3.如权利要求1所述的一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法，其特征在于：步骤(1)中，N≥10。
4.如权利要求1所述的一种外加变化磁场辅助激光冲击强化的方法，其特征在于：步骤(2)中，A1为0mT。
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