[發明專利]一種孔結構的激光沖擊處理方法

有效

• 申請號: 200710143348.6
• 申請日: 2007-08-22
• 公開（公告）號: CN101126117A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 鄒世坤;曹子文
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第一集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09
• 代理公司: 中國航空專利中心
• 代理人: 梁瑞林

技術領域

本發明屬于激光加工技術，涉及對孔結構激光沖擊處理方法的改進。

背景技術

航空飛機上擁有數以萬計的孔結構，這些孔結構成為典型的應力集中結構細節，在交變載荷作用下極易產生疲勞裂紋，這些疲勞裂紋源多分布于孔角邊緣處，對整機的疲勞性能影響很大。目前，對孔結構的強化手段為噴丸和冷擠壓，但對于2.5mm以下的孔結構，噴丸和冷擠壓工藝的強化效果不理想。美國曾經采用激光沖擊處理的辦法對孔結構進行強化。其方式為通過稍大于孔直徑的環形光斑對孔結構進行同心沖擊處理。為避免孔洞對壓力的釋放和孔角產生變形，環形光斑僅在孔角外圍進行沖擊處理。這種方法對孔角的強化效果不明顯。

發明內容

本發明的目的是：提出一種能提高孔角部位強化效果的孔結構激光沖擊處理方法。

本發明的技術方案是：一種孔結構的激光沖擊處理方法，使用輸出峰值功率為10⁹W以上的強脈沖激光器對孔結構進行沖擊處理，處理時在被處理孔結構的表面涂敷吸收激光的黑漆或者墨汁涂料、或者粘貼鋁箔膠帶作為吸收層，吸收層的厚度為0.01～0.02mm；在上述吸收層的上面設置對激光透明的約束層，約束層的厚度為1～2mm，約束層采用去離子水、玻璃、透明膠或者硅油其中之一；其特征在于，激光沖擊處理的步驟如下：

1、放置芯棒或者襯套；向被激光沖擊處理的孔內放置與孔直徑相等的、由不低于被處理孔結構硬度的材料制成的芯棒或者襯套，芯棒或者襯套的上表面與被處理孔結構的表面齊平；

2、設置吸收層和約束層；按照上述要求在被處理表面設置吸收層和約束層；

3、激光沖擊處理；按照下述步驟之一進行處理：

3.1、當圓形或者環形激光光斑能覆蓋被處理孔結構的直徑時，直接對被處理孔結構進行同心覆蓋沖擊處理；

3.2、當被處理孔結構的直徑大于激光光斑時，采用光斑沿孔結構圓周搭接的方法進行沖擊處理；

4、清理吸收層和約束層；將被處理孔結構表面的吸收層和約束層清理干凈；

5、從被處理孔結構中取出芯棒或者襯套。

本發明的優點是：能提高孔角部位的強化效果，從而提高了飛機的結構壽命。特別是對于直徑小于2.5mm的小孔，現有技術難以對其進行強化處理，本發明解決了對小孔實施強化的難題。

具體實施方式

下面對本發明做進一步詳細說明。本發明的孔結構的激光沖擊處理方法，使用輸出峰值功率為10⁹W以上的強脈沖激光器對孔結構進行沖擊處理，處理時在被處理孔結構的表面涂敷吸收激光的黑漆或者墨汁涂料、或者粘貼鋁箔膠帶作為吸收層，吸收層的厚度為0.01～0.02mm；在上述吸收層的上面設置對激光透明的約束層，約束層的厚度為1～2mm，約束層采用去離子水、玻璃、透明膠或者硅油其中之一；其特征在于，激光沖擊處理的步驟如下：

1、放置芯棒或者襯套；向被激光沖擊處理的孔內放置與孔直徑相等的、由不低于被處理孔結構硬度的材料制成的芯棒或者襯套，芯棒或者襯套的上表面與被處理孔結構的表面齊平。

2、設置吸收層和約束層；按照上述要求在被處理表面設置吸收層和約束層。

3、激光沖擊處理；按照下述步驟之一進行處理：

3.1、當圓形或者環形激光光斑能覆蓋被處理孔結構的直徑時，直接對被處理孔結構進行同心覆蓋沖擊處理；

3.2、當被處理孔結構的直徑大于激光光斑時，采用光斑沿孔結構圓周搭接的方法進行沖擊處理。

4、清理吸收層和約束層；將被處理孔結構表面的吸收層和約束層清理干凈。

5、從被處理孔結構中取出芯棒或者襯套。

實施例1，對3mm厚2024鋁合金φ2.5mm的孔進行激光沖擊處理，采用同材料的φ2.5mm的鉚釘過渡配合放入孔中，釘頭與待處理面平齊，孔周邊及平齊的鉚釘斷面涂大約0.01mm厚的黑漆大約φ15mm的范圍，黑漆放干后將工件平放固定，用水龍頭引去離子水在黑漆部分流動，水流層約1mm厚，采用30J、30ns的脈沖激光在工件表面聚成φ6mm左右光斑進行激光沖擊處理，沖擊后由于塑性變形，鉚釘與孔配合更加緊密，但小心取出鉚釘后內孔孔的尺寸變化很小，并得到有效的強化。強化一面后對另一面進行同樣過程的強化，但不能采用已用過的鉚釘。