1.一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,包括电流施加组件、激光组件和喷水组件;
所述电流施加组件用来提供电流从而使得待加工工件(6)电致塑性;
所述激光组件用来提供激光能量从而加工待加工工件(6);
所述喷水组件在待加工工件(6)形成平整的水帘作为激光冲击处理的约束层;
所述电流施加组件包括脉冲电流发生器(12)、固定电极(8)和电流收集器(3);所述脉冲电流发生器(12)的一端与固定电极(8)导线连接,另一端与电流收集器(3)导线连接;所述电流收集器(3)与固定电极(8)之间设置有代加工工件(6),待加工工件(6)设置在固定电极(8)上,且电流收集器(3)与固定电极(8)之间的距离可调;
所述激光组件包括激光发生设备(1)和控制平台(13);所述控制平台(13)可调节激光发生设备(1)在竖直方向上的位置。
2.根据权利要求1所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述电流收集器(3)包括汇流排(15)、紧固螺栓(16)、圆柱状电极(17)、压紧弹簧(19)、可拆卸电极头(20)和支撑柱(21);所述汇流排(15)上通过紧固螺栓(16)固定连接有三个所述圆柱状电极(17),其中,一个所述圆柱状电极(17)上滑动连接有可拆卸电极头(20),且圆柱状电极(17)和可拆卸电极头(20)之间设置有压缩弹簧(19),圆柱状电极(17)与可拆卸电极头(20)之间相对滑动时可压缩或者拉伸压缩弹簧(19);另外二个所述圆柱状电极(17)上滑动连接有支撑柱(21),且圆柱状电极(17)和支撑柱(21)之间设置有压缩弹簧(19),圆柱状电极(17)与支撑柱(21)之间相对滑动时可压缩或者拉伸压缩弹簧(19);所述支撑柱(21)用来支撑和导向;所述可拆卸电极头(20)用来加工待加工工件(6)。
3.根据权利要求2所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述电流收集器(3)还包括绝缘外壳(14),所述绝缘外壳(14)内设置有汇流排(15)和固定钢板(18),且固定钢板(18)用来支撑固定圆柱状电极(17),圆柱状电极(17)与固定钢板(18)位置保持不变;所述支撑柱(21)和可拆卸电极头(20)通过绝缘外壳(14)支撑,且一端凸出于绝缘外壳(14)。
4.根据权利要求2或者3任一项所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述支撑柱(21)不导电。
5.根据权利要求3所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述激光发生设备(1)发出的激光束(2)通过绝缘外壳(14)上开设的孔辐照到待加工工件(6)上。
6.根据权利要求2所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述汇流排(15)与脉冲电流发生器(12)的一端导通。
7.根据权利要求1所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述喷水组件包括柔性喷嘴(5)、蓄水桶(11)和水泵(10);所述水泵(10)将蓄水桶(11)内的流体泵出,流体经柔性喷嘴(5)喷出到待加工工件(6)上。
8.根据权利要求7所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置,其特征在于,所述柔性喷嘴(5)与激光束(2)的竖直距离不小于40mm,通过调节柔性喷嘴(5)与激光束(2)的竖直距离及柔性喷嘴(5)的喷水方向,使得水流作用在工件表面形成平整的水帘作为激光冲击处理约束层。
9.根据权利要求1所述的一种针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置的强化方法,其特征在于,在不停止通电的情况下加上激光冲击,使用复合强化,从材料内部和外部同时处理,其具体步骤如下:
S1.通过第二机械手(9)对待加工工件(6)和固定电极(8)的进行装夹;
S2.通过第一机械手(4)将电流收集器(3)移动至待加工工件(6)的加工区域,对脉冲电流发生器(12)设置电流参数,进行待加工工件(6)预处理;
S3.更换脉冲电流发生器(12)电流参数的设置,同时加入激光发生设备(1)和喷水系统(7),设置激光参数,进行电致塑性与激光冲击的复合强化,强化时柔性喷嘴(5)喷射高纯度的水,在加工区域表面流动形成稳定的水帘,作为约束层,从而实现带工件的复合强化。
10.根据权利要求9所述的针对大工件的电致塑性和激光冲击复合强化装置的强化方法,其特征在于,
步骤S2)中,电流参数为:电流大小2000‑4000A,占空比50%,脉冲频率50‑1500Hz;步骤S3中的电流参数为:电流大小2000‑4000A,占空比50%,脉冲频率1500‑3000HZ,预处理时间为一次是800μs,每隔3~6s重复一次,一共重复2~3次;
步骤S3)中,采用去离子水喷射,并且做绝缘处理,同时保证其独立运行,防止在设备干涉的情况下水流导电损坏设备;激光参数为:摄入角为90°,光斑直径为3mm,光斑搭接率为
50%,再根据具体材料特性选择激光能量大小。