掃描路徑上數(shù)值計算的溫度分布。
[0044]實施例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將高斯分布光強的圓形光斑變換成均勻分布光強的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強分布，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固定在移動機構(gòu)3的滑臺上?？刂蒲b置I用于控制激光器2和移動機構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺按照箭頭方向移動，激光束以掃描的方式加熱材料5的正面。將矩形的強化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，矩形的長邊與掃描方向垂直，例如激光掃描長度為10毫米時，將強化區(qū)放置在7毫米處。移動機構(gòu)3的滑臺移動10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺停止運動，并返回原點。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。通過使用三個定位銷63，可以對材料5的位置進行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動過程中產(chǎn)生相對滑動。每循環(huán)一定周次后，例如200周次，將材料5取下進行觀察、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，可以評價表面強化的效果。例如當(dāng)裂紋出現(xiàn)在強化區(qū)及其與原始材料過渡區(qū)時，說明強化區(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，縮短循環(huán)周次進行觀察，例如20周次，研宄裂紋擴展到強化區(qū)時裂紋的擴展速度，評價強化區(qū)對裂紋的擴展阻力。圖7示意了掃描路徑上數(shù)值計算的溫度分布。
[0046]實施例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將高斯分布光強的圓形光斑變換成均勻分布光強的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強分布，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固定在移動機構(gòu)3的滑臺上?？刂蒲b置I用于控制激光器2和移動機構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺按照箭頭方向移動，激光束以掃描的方式加熱材料5的正面。將矩形的強化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，矩形的長邊與掃描方向成45度，例如激光掃描長度為10毫米時，將強化區(qū)放置在7毫米處。移動機構(gòu)3的滑臺移動10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺停止運動，并返回原點。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。通過使用三個定位銷63，可以對材料5的位置進行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動過程中產(chǎn)生相對滑動。每循環(huán)一定周次后，例如200周次，將材料5取下進行觀察、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，可以評價表面強化的效果。例如當(dāng)裂紋出現(xiàn)在強化區(qū)及其與原始材料過渡區(qū)時，說明強化區(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，縮短循環(huán)周次進行觀察，例如20周次，研宄裂紋擴展到強化區(qū)時裂紋的擴展速度，評價強化區(qū)對裂紋的擴展阻力。圖7示意了掃描路徑上數(shù)值計算的溫度分布。
[0048]實施例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將高斯分布光強的圓形光斑變換成均勻分布光強的矩形光斑46。其中，勻束器件41改變光束的光強分布，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固定在移動機構(gòu)3的滑臺上?？刂蒲b置I用于控制激光器2和移動機構(gòu)3。首先控制裝置I令激光器2發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺移動，激光束以掃描的方式加熱材料5表面。將圓形的強化區(qū)7放置在激光掃描路徑上，例如激光掃描長度為10毫米時，將強化區(qū)放置在7毫米處。移動機構(gòu)3的滑臺移動10毫米后，控制裝置I令激光器2停止發(fā)出激光，同時令移動機構(gòu)3的滑臺停止運動，并返回原點。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。通過使用三個定位銷63，可以對材料5的位置進行定位，然后使用螺釘64將材料5與水冷銅塊62壓緊，避免移動過程中產(chǎn)生相對滑動。循環(huán)一定周次后，例如3000周次，將材料5取下，表面拋光后進行觀察、拍照，通過對比基體和強化點的裂紋密度，可以評價表面強化的效果。例如當(dāng)強化區(qū)的裂紋密度小于原始材料時，說明強化區(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展到強化區(qū)，則更換試塊，增加循環(huán)周次，例如5000次，再次將材料5表面拋光進行觀察、拍照，直到基體和強化點同時出現(xiàn)裂紋，并比較裂紋密度，對強化區(qū)域的疲勞抗力進行評價。
[0050]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，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)矩形光斑的長寬比； (4)激光光斑沿指定路徑掃描過強化區(qū)，對表面離散強化材料的正面加熱，使之達到表面離散強化材料的實際使用溫度； (5)在表面離散強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、裂紋萌生位置和強化區(qū)域?qū)α鸭y擴展的阻滯作用，以及對比原始材料和強化區(qū)域的裂紋密度，對表面離散強化的效果進行評價。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，其特征在于:測試在空氣中進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，其特征在于:表面離散強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所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，其特征在于:激光束垂直聚焦在表面離散強化材料的正面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，其特征在于:激光的掃描范圍覆蓋原始材料和強化區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法，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所述的表面離散強化材料熱疲勞性能的激光測試方法的裝置，其特征在于:該裝置包括:控制裝置(1)、激光器(2)、移動機構(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機構(gòu)(3)的滑臺移動，冷卻裝置￠)固定在滑臺上，表面離散強化材料(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化材料熱疲勞性能的激光測試方法,其能夠定向誘導(dǎo)裂紋擴展、原位觀察裂紋、對強化點本身的熱疲勞性能和強化點對裂紋擴展的阻滯作用進行評價。包括步驟：(1)使用勻束器件將激光光斑的光強分布從高斯分布轉(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)矩形光斑的長寬比；(4)激光光斑沿指定路徑掃描過強化區(qū)，對材料的正面加熱，使之達到表面離散強化材料的實際使用溫度；(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)對表面離散強化的效果進行評價。還提供采用這種測試方法的裝置。
【IPC分類】G01N25-00, G01N25-72
【公開號】CN104713898
【申請?zhí)枴緾N201510100325
【發(fā)明人】王之桐, 李文, 彭林華, 楊明江, 覃志康, 邵鑫
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月6日