一种激光冲击精密成形方法及装置

我校“激光冲击精密成形方法及装置”获得发明专利 ,该发明适用于金属薄板的成形 ,特别是常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形 其装置由激光器、外光路系统、工装夹具系统、控制系统组成 ,工装夹具系统由工作台、夹具座、上夹板、试样体系组成 成形采用由激光器发出的激光束通过外光路系统传输到安装在夹具中的工件表面 ,粘贴在工件表面的柔性贴膜受到激光诱导的冲击波作用而压向工件 ,并使工件产生快速的塑性变形 该发明能实现三维立体冲击 ,既能进行大板的复杂成形 ,又可以进行局部微细成形 ,可实现定量精确成形 ,重复性好、易实…     

激光冲击强化技术的理论模型及参数优化研究

为了提高激光冲击强化的效果,研究了一维激光冲击强化理论模型及关键参数的优化方法。根据激光冲击强化技术的原理,建立了一维激光冲击强化理论模型,推导了激光束透射系数的解析表达式。利用Matlab软件得到了约束层的相对介电常数、约束层厚度、等离子体厚度,以及吸收涂层相对介电常数、吸收涂层厚度等关键参数对透射系数的影响曲线,并根据厚度对透射系数的影响曲线来确定约束层、等离子体层和吸收涂层的厚度。研究表明,通过透射系数的影响曲线对关键参数进行优化后,对铝合金板进行激光冲击强化处理,可使铝合金板表面变形深度增加3倍多,从而为激光冲击强化技术中关键参数的选取提供了理论指导。     

激光偏振特性在微尺度工件激光弯曲成形中的作用

根据激光的偏振特性影响金属材料对激光的吸收这一特点,通过改变激光扫描工件表面的入射角,提高了金属表面对CO2激光能量的吸收率,使厚度为0.1 mm的微尺度不锈钢工件在未进行黑化处理的情况下获得了弯曲变形.实验结果表明,在采用线偏振激光对具有吸收层的工件进行多次扫描时,由于变形部分入射角增大引起激光吸收率提高,以及光斑面积增大引起激光功率下降,从而导致作用于工件表面的激光能量因素改变,这是弯曲角度发生变化的主要原因.     

航空钛合金的激光冲击研究

介绍了用激光冲击处理航空材料钛合金TC4提高其力学性能的技术.当利用强激光冲击钛合金表面时,涂层表面形成高幅值冲击波.在冲击波的高压作用下,钛合金表面发生微塑性变形,形成高幅值残余压应力层.激光冲击后,表面压应力层厚度达1 mm以上,压应力达200 MPa以上.随着激光能量的增加,冲击区域的残余应力有增大的趋势,在功率密度由1 GW/cm2增加到5 GW/cm2过程中,其冲击波峰值处的压力线性增加,表面最大残余压应力也相应线性增加;在功率密度为2 GW/cm2时,残余压应力随着次数增加而升高,而且表面硬度也大大提高,从而有效地改善了材料的机械性能,大幅度提高航空材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能.     

界面结合强度的激光冲击定量测定装置

我校“界面结合强度的激光冲击定量测定装置”被授予实用新型专利．其涉及激光技术和材料性能测试领域，装置包括激光器、外光路系统、工装夹具系统、试样体系、干涉仅、示波器、控制系统、计算机处理终端，试样体系为等边直角三棱柱或其变形体．试样体系表面贴设由透明约束层和能量吸收层组成的一体式柔性贴膜，示波器为双通道示波器，工装夹具系统由安装试样体系的下夹板和上夹板及带直角凹槽的压紧螺杆组成．应用本装置可利用试样斜面上应力波形的转换，在待测直角乃至整个下部区域形成单纯拉伸应力区，在此区域内设计待测界面，界面将产生单纯拉伸剥离，可以更直接、更准确地实现界面结合强度的定量测定．     

无约束层激光冲击薄板的疲劳寿命

探讨激光冲击对无约束层铝合金薄板试样疲劳寿命的影响。结果表明 ,无约束层磷化薄板试样冲击后的疲劳寿命与未磷化未冲击处理的比较 ,寿命提高 62 .8% ;与有约束层经磷化冲击处理的比较 ,寿命也提高51 .2 %。说明在本试验条件下 ,激光冲击处理用于提高材料疲劳寿命 ,无需在冲击部位表面覆盖约束层     

激光冲击强化对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响

采用高能量纳秒级脉冲激光,对42CrMo合金钢表面进行激光冲击强化处理,测定42CrMo钢在激光冲击强化后的残余应力、硬度及粗糙度,并对试样进行高温腐蚀试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面的微观形貌,研究激光冲击强化处理对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响.结果表明:激光冲击强化后试样表面腐蚀形貌明显比未进行激光冲击处理试样更好.激光冲击强化后42CrMo钢耐高温腐蚀性能得到提升,主要是由于材料表面残余压应力层能够抑制材料表面氧化膜的脱落,提高其耐高温腐蚀性能.与小能量激光冲击相比,大能量冲击可以大幅度提高试样表层的残余压应力值,并提高残余压应力的影响深度.     

涂层对钛合金激光冲击效果的影响

激光冲击波可以用来对比较难成形的材料进行精密成形，而材料表面的涂层在激光冲击过程中起到重要的作用，因而研究了涂层对零件，中击效果的影响．试验中，当激光功率密度达到10^9W／cm^2以上，脉宽为22．1ns，波长为1．06μm时，分别对黑漆涂层以及不加涂层的钛合金TA2进行激光冲击，发现涂层不仅能提高激光能量的吸收，而且能显著地提高冲击压力．通过激光冲击后的形变测量。发现使用黑添涂层，相对于不加涂层，其变形量提高了471％，表面残余压应力达到-212．2MPa，有效改善了钛合金的疲劳寿命．采用涂层可以延长航空工业上许多关键零部件的服役寿命．     

强激光冲击锻铝薄板的实验

进行了锻铝合金(LD31)薄板试样在短脉冲强激光冲击下的实验研究.结果表明:在强激光冲击下,试样发生显著的塑性变形,变形后轴截面形状为类圆锥形;试样塑性变形量随激光能量的增加而增加,随着试样的厚度增加而减小;在其他工艺参数相同的情况下,圆形试样比正方形试样更容易发生塑性变形;试样冲击变形区正反二面表面粗糙度值下降,表面光洁度得到明显提高;试样冲击区的硬度没有得到显著提高,这和冲击强化有着很大不同;当激光能量的增加或者试样厚度减薄到一定程度时,试样将发生层裂,从其断口的形貌来看,其断裂方式属于韧性断裂.     

30CrMnSiNi2A高强度钢激光冲击强化试验研究

利用激光冲击强化工艺对30CrMnSiNi2A高强度钢进行1次冲击试验,然后在优选的搭接率下进行了2次重复冲击处理,并对试件表面残余压应力进行了测量和对比.结果显示经激光冲击强化处理后试件表面具有较高的残余压应力,可达-1 250 MPa.最后对高强度钢激光冲击强化处理下的残余压应力影响层进行了预测.     

QT700球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验

选用不同涂层对QT700曲轴激光冲击处理,研究激光冲击强化条件下,QT700曲轴的硬度和表面残余应力等力学性能的变化.发现在激光冲击过程中,黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂涂层均能有效提高冲击试样的表面硬度和表面应力.经过激光连续冲击后,在曲轴试件表面能形成1.0 mm厚的硬化层,其表面硬度最大能达到590 HV.激光脉冲功率从2.8 GW/cm2提高到3.6GW/cm2时,轴颈表面残余压应力相应由326 MPa提高到495 MPa,两次冲击后提高幅值更大.     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

摩擦副表面的激光复合处理方法

日前由江苏大学完成的“摩擦副表面的激光复合处理方法”被授予发明专利，该发明适用于摩擦副表面的激光复合处理，特别是内燃机气缸孔表面的处理，可在气缸孔表面形成耐磨的硬化层和可供润滑的微观几何形貌．该技术对磨损最严重的区域进行激光复合处理，形成具有微压力室效的一系列微观凹腔和耐磨抗冲     

激光薄膜层裂技术的理论建模及相关诊析技术

以定量检测Al2 O3薄膜 /steel体系薄膜界面动态结合强度为目的 ,应用改进激光层裂装置 ,利用高功率脉冲激光冲击薄膜表面能量吸收层产生向基体内部传播的高幅应力波 在自由表面应用激光探针对心记录到达该面的应力波引起的振动位移 通过应力波分析、数据处理和数值模拟 ,建立了应力波传播与衰减模型 经过应力波相关技术表征 ,建立了关于界面损伤发展的 3个阶段 :初始脱粘、裂纹扩展、薄膜剥离的新的层裂判别准则 同时 ,根据应力波的到达时间和衰减方式 ,提出估计层裂面尺寸的计算方法     

TC4激光冲击表面处理及疲劳性能分析

表面微晶化是提高材料疲劳寿命的主要方法之一,本文钛合金金属构件抗疲劳处理为应用背景,研究了TC4钛合金激光冲击表面微晶化处理方法,试验分析其表面组织和疲劳寿命。结果表明：激光冲击处理后,在材料表面形成了一层厚度约为10μm的细晶组织,材料疲劳寿命提高9-10倍,疲劳断裂开裂源的位置为激光冲击难于冲击到的边角地区和应力集中区域。     

一种基于激光冲击波技术的快速制造模具装置

我校开发的机械加工方面的又一重要成果“一种基于激光冲击波技术的快速制造模具装置”获得实用新型专利，其特别适用于厚金属板料直接制成拉深模和弯曲模，可用于汽车覆盖件等零件的小批量生产．该装置由激光发生器、导光系统、冲击头、工件夹具系统、控制系统组成．激光发生器经导光系统连接冲击头，控制系统分别控制激光发生器、冲击头、工件夹具系统．其中导光系统由导光管、全反镜、聚焦镜、移动座反射镜、球形关节头组成连接激光发生器与冲击头的多轴系统，工件夹具系统包括覆盖能量转换体的工件、工件夹具、工作台．控制系统由激光位移探针、控制器、计算机、激光控制器组成．由于激光参数精确可控，所以重复性好，易实现自动化生产，既能进行大板的复杂成形又可进行局部微细的定量精确成形．     

圆管吸能装置抗冲击波的分析研究

本研究将针对结构抗爆炸冲击这一需求,提出了一种圆管吸能装置,并与横卧单、双圆管吸能装置进行比较。通过计算分析证明了该系统在冲击波作用下能够有效的吸收外来冲击能量,削弱冲击波荷载峰值,降低对下部结构的损伤破坏,提高结构抗力,是一种性能优良的抗冲击能量吸收装置。     

激光热应力切割玻璃实验与分析

CO２激光器平均输出功率为１００W时,通过聚焦光路在玻璃表面形成圆型的聚焦点。玻璃强烈地吸 收１０畅６μm的激光,激光能量被玻璃表面１５μm厚的吸收层吸收,形成局部的应力纹样分布（设定的切割线）。 介绍了淬火气嘴将冷空气吹到玻璃表面对受热区域进行快速淬火;１００W的激光能量照射玻璃表面,产生高于玻 璃软化的温度;吹气冷却形成应力集中的热应力层,使玻璃从切开的断口沿切割线断开,断口光洁。实验证明, 激光热应力切割玻璃的最佳速度是４００mm桙s。     

激光冲压钛板小曲率成形技术研究

采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形试验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23 ns,能量35 J左右,有效光斑直径为8 mm,脉冲的重复率为0.5 Hz。探讨了激光连续冲击条件下板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。研究结果表明,激光冲击路径不同,产生的最大变形量不同;受冲击区域表面光洁度有明显提高;随激光冲击次数的增加,板料塑性变形越大,成形深度越深。     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8%.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.