一種水介質激光制備實驗裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種水介質激光制備實驗裝置。該裝置，主要由實驗水槽、激光加工終端和介質溫度控制系統，進排水和單片機控制器和人機界面系統組成，所述激光加工終端置于實驗水槽的上方，所述實驗水槽安裝在數控工作臺上，實驗水槽內設有試件臺，溫度傳感器、水面高度傳感器和進排水和單片機控制器，試件通過夾具固定在試件臺上，并浸沒于水面以下，所述介質溫度控制系統由裝在實驗水槽內的溫度傳感器、進排水和單片機控制器、過濾裝置和人機界面系統組成。該裝置可在室溫至100℃范圍內實現待處理試件表面水膜厚度和介質溫度的自動調節，在選定的水膜厚度和介質溫度下對試樣進行激光制備，獲得更加優異的激光處理區組織和特殊性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及利用特殊介質條件進行激光制備的先進制造
，特別涉及一種在水介質下，通過自動化控制器件及集成，進行激光表面制備的實驗裝置。
技術介紹
激光加工技術是一種高度柔性和智能化的先進制造技術，被譽為“21世紀的萬能加工工具”，“未來制造技術的共同加工手段”。與其它加工制造技術相比，激光加工與制造技術具有聞效率、聞精度、聞質量、應用范圍廣、節能環保等優點，因此，在航天航空、機械制造、石化、船舶、冶金、電子、信息等領域，激光加工技術得到了廣泛的應用。與其相關的各種加工手段也得到了迅速擴展，如激光打孔、激光焊接、激光切割、激光相變硬化、激光熔凝、激光毛化、激光熔覆與合金化、激光表機、激光雕刻等等。激光與材料交互作用，能夠引起力學、物理和化學效應的變化，達到影響材料表面形態、組織結構、應力狀態和成分的變化，從而使材料的韌性、耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等特性均得以改善。其主要原因是激光加工區域在基體自冷和表面空冷作用下，較常規處理具有更高的冷卻速度。傳統的熱處理和凝固理論認為，冷卻速度越快，形核率越低，得到的晶粒越細小，因此激光表面加工能夠獲得精細的自淬火或非平衡結晶組織，這使得處理后材料表面具有更加優異的功能特性。近期研究表明，為了進一步提高激光處理后的材料冷卻速度，并克服傳統空氣介質中激光加工產生的開裂、氧化、氣蝕等缺點，獲得較傳統激光加工更加精細的處理區組織和特殊表面性能，可以將待加工試件放置在水中，使試件表面與激光終端之間形成一定水膜厚度(處理材料的上表面到水面的距離)進行激光加工。從而可以進一步拓展激光加工技術的使用范圍，在傳統空氣介質激光加工的基礎上，開辟多元化、多介質激光加工的新途徑。進而使激光加工處理區組織和整個加工表面的性能得到進一步優化，這對于滿足更加精細的激光加工需求，獲得特殊的激光加工表面功能具有重大意義。然而，水介質激光加工的理論與技術研究尚剛剛開始，對其內在規律與機制還不清楚，需進行大量的試驗研究，這使得開發一種專門的水介質激光制備實驗裝置顯得極為重要。進一步來說，在利用該裝置進行實驗的過程中，需對實驗的條件、參數等進行精確控制，從而獲得精準、可靠的實驗結果，這不僅是多元、多介質激光制備方法實現的需要，同時也是研究水膜介質下激光加工材料性能的需要。
技術實現思路
本專利技術的目標是提供一種能在選定的水膜厚度和介質溫度(室溫至100攝氏度)的條件下對試樣進行水介質激光制備實驗裝置。并實現裝置的自動化控制，為實驗參數、實驗條件的獲取提供精確、可靠的外部條件，為液體介質下激光表面制備研究奠定基礎。一種水介質激光制備實驗裝置，主要由實驗水槽16、激光加工終端3和介質溫度控制系統，進排水和單片機控制器9和人機界面系統I組成，所述激光加工終端3置于實驗水槽16的上方，所述實驗水槽16安裝在數控工作臺上，實驗水槽16內設有試件臺11，溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進排水和單片機控制器9，試件12通過夾具5固定在試件臺11上，并浸沒于水面6以下，所述介質溫度控制系統由裝在實驗水槽16內的溫度傳感器13、進排水和單片機控制器9、過濾裝置10和人機界面系統I組成。所述試件12為厚度一定的標準試件，且呈水平放置在試件臺11上，所述進排水和單片機控制器9成對角線布置在實驗水槽16底部，所述進排水和單片機控制器9經過濾裝置10和進水口閥體16通過水管8與外設的儲水裝置14和水泵15相連接。所述試件12上表面與水面6之間的距離h為水膜厚度，實驗所需的水膜厚度和介質溫度限值由人機界面系統I設定，實驗過程中水膜厚度和介質溫度應保持恒定，并由人機界面系統I通過溫度傳感器13、水面高度傳感器2和進排水和單片機控制器9控制自動調節。 所述水膜厚度經水面高度傳感器2感應，通過程序計算試件12上表面與水面6的高度差獲得，并由進排水和單片機控制器9控制進排水量調節。所述水膜介質溫度通過溫度傳感器13感應，由進排水和單片機控制器9控制進排水量實現冷熱水交換調節。所述人機界面系統I按所要求的水膜厚度和介質溫度在一定范圍內任意設定。所述溫度傳感器13通過簡易支架4安裝在激光加工終端3上。本專利技術的積極效果在于:可以實現激光加工的水介質溫度在室溫至100攝氏度之間的任意設定，并在選定的水膜厚度和介質溫度的條件下試樣的激光制備，實現了實驗條件的精確控制和實驗操作的簡單易行；此外，本專利技術還具有成本低，結構簡單，易于推廣的優點。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖。圖2為本專利技術的工作流程圖。1-人機界面系統2-水面高度傳感器3-激光加工終端4-簡易支架5-夾具6_水面7-數控工作臺8-水管9-進排水和單片機控制器10-過濾裝置11-試件臺12-試件13-溫度傳感器14-儲水裝置15-水泵16-實驗水槽具體實施例方式下面結合圖1進一步說明本專利技術的具體內容及其實施方式。本專利技術的實驗裝置由實驗水槽、溫度傳感器、水面高度傳感器、進、排水閥、單片機控制器、試件臺、人機界面系統組成。其中水面高度傳感器安裝在水槽內壁上，同進排水閥、單片機控制器、人機界面系統以及試件臺一起構成水膜厚度控制系統；溫度傳感器通過支架安裝在激光器上，與進排水閥、單片機控制器、人機界面系統組成水介質溫度控制系統。人機界面系統由LCD界面和單片機程序組成，并與水膜厚度控制系統和水介質溫度控制系統進行信息傳輸，系統留有計算機控制連接接口。所述的水膜厚度控制系統由人機界面系統中的控制模塊進行控制，通過高度傳感器感應水面高度并計算與標準件加工表面之間的高度差得出水膜的厚度；控制系統在試樣制備過程中可以時時檢測水膜厚度，并根據檢測信號控制進、排水閥的開閉來調節流量的大小，從而保證實驗在選定的水膜厚度下進行。所述的水介質溫度控制系統由人機界面系統中的控制模塊進行控制，在實驗的過程中由溫度傳感器感應水介質的溫度，并通過信號的反饋來控制進、排水閥的開啟實現冷熱水交換，保證實驗在設定的溫度范圍內進行。參閱圖1所示，本專利技術由實驗水槽16、溫度傳感器13、水面高度傳感器2、進排水和單片機控制器9、試件臺11、人機界面系統I組成。其中安裝在水槽內壁的水面高度傳感器2、水平放置在水槽中的試件臺11、試件12、水槽底部成對角線布置的進排水和單片機控制器9、過濾裝置10以及人機界面系統I構成了水膜厚度控制系統；通過簡易支架4安裝在激光加工終端3上的溫度傳感器13、進排水和單片機控制器9，過濾裝置10以及人機界面系統I構成水膜介質溫度控制系統。所述試件臺11上設有夾具5，所述試件12為厚度一定的標準試件且呈水平放置；所述進排水和單片機控制器9通過橡膠水管8與外設的儲水裝置14、水泵15相連接。工作流程本專利技術的具體實施方式參閱如圖2所示。將實驗水槽16水平放置在數控工作臺7上，然后將標準試樣12水平安置在試件臺11上，并用夾具將其固定好。通過人機界面系統輸入實驗所需的水膜厚度和水介質的溫度限值，控制系統通過這兩個信號使小功率水泵開始工作，液體介質水在水泵的驅動下從水箱經水管8、進水口閥體、過濾裝置10輸送到實驗水槽16當中，通過水膜厚度控制系統來控制介質水的供給是否滿足要求。水膜厚度控制系統是通過水面高度傳感器2測出實驗水槽16當中水面的高度H，通過系統計算出水膜的厚度，即水面高度H減去試件臺11和標準試樣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水介質激光制備實驗裝置，主要由實驗水槽(16)、激光加工終端(3)和介質溫度控制系統，進排水和單片機控制器(9)和人機界面系統(1)組成，其特征在于：所述激光加工終端(3)置于實驗水槽(16)的上方，所述實驗水槽(16)安裝在數控工作臺上，實驗水槽(16)內設有試件臺(11)，溫度傳感器(13)、水面高度傳感器(2)和進排水和單片機控制器(9)，試件(12)通過夾具(5)固定在試件臺(11)上，并浸沒于水面(6)以下，所述介質溫度控制系統由裝在實驗水槽(16)內的溫度傳感器(13)、進排水和單片機控制器(9)、過濾裝置(10)和人機界面系統(1)組成。

【技術特征摘要】
1.一種水介質激光制備實驗裝置，主要由實驗水槽(16)、激光加工終端(3)和介質溫度控制系統，進排水和單片機控制器(9)和人機界面系統(I)組成，其特征在于:所述激光加工終端(3)置于實驗水槽(16)的上方，所述實驗水槽(16)安裝在數控工作臺上，實驗水槽(16)內設有試件臺(11)，溫度傳感器(13)、水面高度傳感器(2)和進排水和單片機控制器(9)，試件(12)通過夾具(5)固定在試件臺(11)上，并浸沒于水面(6)以下，所述介質溫度控制系統由裝在實驗水槽(16)內的溫度傳感器(13)、進排水和單片機控制器(9)、過濾裝置(10)和人機界面系統(I)組成。2.根據權利要求1所述的一種水介質激光制備實驗裝置，其特征在于: 所述試件(12)為厚度一定的標準試件，且呈水平放置在試件臺(11)上，所述進排水和單片機控制器(9)成對角線布置在實驗水槽(16)底部，所述進排水和單片機控制器(9)經過濾裝置(10)和進水口閥體(16)通過水管(8)與外設的儲水裝置(14)和水泵(15)相連接。3.根據權利要求1所述的一種水介質激光制備實驗裝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志輝，任露泉，王亮，周宏，周倜，張寶玉，林鵬宇，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：