掃描路徑上數(shù)值計(jì)算的溫度分布。
[0044]實(shí)施例2
[0045]如圖1、2、3、5中所示，激光器2發(fā)出水平激光束，通過光束變換器件4將高斯分布光強(qiáng)的圓形光斑變換成均勻分布光強(qiáng)的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強(qiáng)分布，光闌42用于濾除雜散光，45度反射鏡43將激光束反射成垂直，凸面球透鏡44和凹面柱透鏡45對(duì)圓形光斑光束整形成矩形光斑后將光束聚焦在材料5表面。表面拋光的材料5放置在水冷銅塊62上，二者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂層61，保證導(dǎo)熱良好。材料5和冷卻裝置6固定在移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)上。控制裝置I用于控制激光器2和移動(dòng)機(jī)構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)按照箭頭方向移動(dòng)，激光束以掃描的方式加熱材料5的正面。將矩形的強(qiáng)化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，矩形的長(zhǎng)邊與掃描方向垂直，例如激光掃描長(zhǎng)度為10毫米時(shí)，將強(qiáng)化區(qū)放置在7毫米處。移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)移動(dòng)10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，并返回原點(diǎn)。待材料5冷卻到原始溫度后，再開始下一次循環(huán)。圖3中表示了材料5在水冷銅塊表面的安裝方式。通過使用三個(gè)定位銷63，可以對(duì)材料5的位置進(jìn)行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動(dòng)過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。每循環(huán)一定周次后，例如200周次，將材料5取下進(jìn)行觀察、拍照，然后再將材料5背面涂抹導(dǎo)熱硅脂層61，使用定位銷63定位，螺釘64壓緊，進(jìn)行下一次循環(huán)，直到表面氧化膜脫落，開始出現(xiàn)裂紋。通過分析裂紋出現(xiàn)的位置，可以評(píng)價(jià)表面強(qiáng)化的效果。例如當(dāng)裂紋出現(xiàn)在強(qiáng)化區(qū)及其與原始材料過渡區(qū)時(shí)，說明強(qiáng)化區(qū)的總體疲勞抗力小于基體材料。當(dāng)裂紋出現(xiàn)在原始材料區(qū)時(shí)，縮短循環(huán)周次進(jìn)行觀察，例如20周次，研宄裂紋擴(kuò)展到強(qiáng)化區(qū)時(shí)裂紋的擴(kuò)展速度，評(píng)價(jià)強(qiáng)化區(qū)對(duì)裂紋的擴(kuò)展阻力。圖7示意了掃描路徑上數(shù)值計(jì)算的溫度分布。
[0046]實(shí)施例3
[0047]如圖1、2、3、6中所示，激光器2發(fā)出水平激光束，通過光束變換器件4將高斯分布光強(qiáng)的圓形光斑變換成均勻分布光強(qiáng)的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強(qiáng)分布，光闌42用于濾除雜散光，45度反射鏡43將激光束反射成垂直，凸面球透鏡44和凹面柱透鏡45對(duì)圓形光斑光束整形成矩形光斑后將光束聚焦在材料5表面。表面拋光的材料5放置在水冷銅塊62上，二者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂層61，保證導(dǎo)熱良好。材料5和冷卻裝置6固定在移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)上?？刂蒲b置I用于控制激光器2和移動(dòng)機(jī)構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)按照箭頭方向移動(dòng)，激光束以掃描的方式加熱材料5的正面。將矩形的強(qiáng)化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，矩形的長(zhǎng)邊與掃描方向成45度，例如激光掃描長(zhǎng)度為10毫米時(shí)，將強(qiáng)化區(qū)放置在7毫米處。移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)移動(dòng)10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，并返回原點(diǎn)。待材料5冷卻到原始溫度后，再開始下一次循環(huán)。圖3中表示了材料5在水冷銅塊表面的安裝方式。通過使用三個(gè)定位銷63，可以對(duì)材料5的位置進(jìn)行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動(dòng)過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。每循環(huán)一定周次后，例如200周次，將材料5取下進(jìn)行觀察、拍照，然后再將材料5背面涂抹導(dǎo)熱硅脂層61，使用定位銷63定位，螺釘64壓緊，進(jìn)行下一次循環(huán)，直到表面氧化膜脫落，開始出現(xiàn)裂紋。通過分析裂紋出現(xiàn)的位置，可以評(píng)價(jià)表面強(qiáng)化的效果。例如當(dāng)裂紋出現(xiàn)在強(qiáng)化區(qū)及其與原始材料過渡區(qū)時(shí)，說明強(qiáng)化區(qū)的總體疲勞抗力小于基體材料。當(dāng)裂紋出現(xiàn)在原始材料區(qū)時(shí)，縮短循環(huán)周次進(jìn)行觀察，例如20周次，研宄裂紋擴(kuò)展到強(qiáng)化區(qū)時(shí)裂紋的擴(kuò)展速度，評(píng)價(jià)強(qiáng)化區(qū)對(duì)裂紋的擴(kuò)展阻力。圖7示意了掃描路徑上數(shù)值計(jì)算的溫度分布。
[0048]實(shí)施例4
[0049]如圖1、2、3、4中所示，激光器2發(fā)出水平激光束，通過光束變換器件4將高斯分布光強(qiáng)的圓形光斑變換成均勻分布光強(qiáng)的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強(qiáng)分布，光闌42用于濾除雜散光，45度反射鏡43將激光束反射成垂直，凸面球透鏡44和凹面柱透鏡45對(duì)圓形光斑光束整形成矩形光斑后將光束聚焦在材料5表面。表面粗糙的材料5放置在水冷銅塊62上，例如材料5的表面粗糙度為Ra2.0, 二者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂層61，保證導(dǎo)熱良好。材料5和冷卻裝置6固定在移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)上?？刂蒲b置I用于控制激光器2和移動(dòng)機(jī)構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)移動(dòng)，激光束以掃描的方式加熱材料5表面。將圓形的強(qiáng)化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，例如激光掃描長(zhǎng)度為10毫米時(shí)，將強(qiáng)化區(qū)放置在7毫米處。移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)移動(dòng)10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時(shí)令移動(dòng)機(jī)構(gòu)3的滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，并返回原點(diǎn)。待材料5冷卻到原始溫度后，再開始下一次循環(huán)。圖3中表示了材料5在水冷銅塊表面的安裝方式。通過使用三個(gè)定位銷63，可以對(duì)材料5的位置進(jìn)行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動(dòng)過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。循環(huán)一定周次后，例如3000周次，將材料5取下，表面拋光后進(jìn)行觀察、拍照，通過對(duì)比基體和強(qiáng)化點(diǎn)的裂紋密度，可以評(píng)價(jià)表面強(qiáng)化的效果。例如當(dāng)強(qiáng)化區(qū)的裂紋密度小于原始材料時(shí)，說明強(qiáng)化區(qū)的疲勞抗力大于基體材料。如果基體未開裂或者裂紋未擴(kuò)展到強(qiáng)化區(qū)，則更換試塊，增加循環(huán)周次，例如5000次，再次將材料5表面拋光進(jìn)行觀察、拍照，直到基體和強(qiáng)化點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)裂紋，并比較裂紋密度，對(duì)強(qiáng)化區(qū)域的疲勞抗力進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0050]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:其包括以下步驟: (1)使用勾束器件將激光光斑的光強(qiáng)分布從高斯分布轉(zhuǎn)變成均勾分布； (2)使用光束整形器件將激光光斑的形狀從圓形變換成矩形； (3)改變光束整形器件參數(shù)調(diào)節(jié)矩形光斑的長(zhǎng)寬比； (4)激光光斑沿指定路徑掃描過強(qiáng)化區(qū)，對(duì)表面離散強(qiáng)化材料的正面加熱，使之達(dá)到表面離散強(qiáng)化材料的實(shí)際使用溫度； (5)在表面離散強(qiáng)化材料的背面使用水冷銅塊來冷卻； (6)激光停止，材料冷卻到原始溫度后，再次循環(huán)，一直加熱到裂紋形成； (7)通過記錄材料表面氧化膜的變化、裂紋萌生位置和強(qiáng)化區(qū)域?qū)α鸭y擴(kuò)展的阻滯作用，以及對(duì)比原始材料和強(qiáng)化區(qū)域的裂紋密度，對(duì)表面離散強(qiáng)化的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:測(cè)試在空氣中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:表面離散強(qiáng)化材料的正面拋光或磨削成具有一定粗糙度，背面涂抹硅脂貼到水冷銅塊上，水冷銅塊通恒溫冷卻水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:激光束垂直聚焦在表面離散強(qiáng)化材料的正面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:激光沿直線在材料正面掃描一定距離后停止，返回原點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:激光的掃描范圍覆蓋原始材料和強(qiáng)化區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法，其特征在于:激光光斑在垂直掃描方向上的尺寸大于強(qiáng)化區(qū)的尺寸。
8.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法的裝置，其特征在于:該裝置包括:控制裝置(1)、激光器(2)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、光束變換器件(4)、冷卻裝置(6)，控制裝置⑴令激光器(2)發(fā)出水平出射的激光并令移動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)的滑臺(tái)移動(dòng)，冷卻裝置￠)固定在滑臺(tái)上，表面離散強(qiáng)化材料(5)放在冷卻裝置(6)上，激光通過光束變換器件(4)后垂直照射到表面離散強(qiáng)化材料(5)的正面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述光束變換器件(4)包括勻束器件(41)、光闌(42)、45度反射鏡(43)、凸面球透鏡(44)、凹面柱透鏡(45)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述冷卻裝置(6)包括導(dǎo)熱硅脂層(61)、水冷銅塊(62)，導(dǎo)熱硅脂層￠1)涂抹在表面離散強(qiáng)化材料(5)的背面和水冷銅塊之間。
【專利摘要】公開一種表面離散強(qiáng)化材料熱疲勞性能的激光測(cè)試方法,其能夠定向誘導(dǎo)裂紋擴(kuò)展、原位觀察裂紋、對(duì)強(qiáng)化點(diǎn)本身的熱疲勞性能和強(qiáng)化點(diǎn)對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻滯作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。包括步驟：(1)使用勻束器件將激光光斑的光強(qiáng)分布從高斯分布轉(zhuǎn)變成均勻分布；(2)使用光束整形器件將激光光斑的形狀從圓形變換成矩形；(3)改變光束整形器件參數(shù)調(diào)節(jié)矩形光斑的長(zhǎng)寬比；(4)激光光斑沿指定路徑掃描過強(qiáng)化區(qū)，對(duì)材料的正面加熱，使之達(dá)到表面離散強(qiáng)化材料的實(shí)際使用溫度；(5)在材料的背面使用水冷銅塊來冷卻；(6)激光停止，材料冷卻到原始溫度后，再次循環(huán)，一直加熱到裂紋形成；(7)對(duì)表面離散強(qiáng)化的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。還提供采用這種測(cè)試方法的裝置。
【IPC分類】G01N25-00, G01N25-72
【公開號(hào)】CN104713898
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510100325
【發(fā)明人】王之桐, 李文, 彭林華, 楊明江, 覃志康, 邵鑫
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日