[發明專利]一種含微小裂紋的金屬結構件激光沖擊再制造方法

無效

• 申請號: 200810236286.8
• 申請日: 2008-11-20
• 公開（公告）號: CN101412176A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 任旭東;張永康;周立春;周建忠;馮愛新
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23P6/00
• 分類號: B23P6/00;B23K26/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及機械制造與激光加工應用技術領域，尤其涉及一種激光沖擊再制造處理含微小裂紋金屬結構件的方法。

背景技術

金屬結構件耐久性及其含微小裂紋材料修補問題已越來越成為當今國際機械、材料、結構與力學領域十分關注并迅速發展的課題。金屬結構件在疲勞和腐蝕環境下運行，經過一定的使用周期后，不可避免地出現微小裂紋而需要再制造修復。微小裂紋一旦產生就會順勢延伸，所以有必要在裂紋產生的初期就加以修復，在現有技術中常用的方法是采用焊接修補的方法，利用焊接時對裂紋周圍的金屬表面進行高溫加熱，使之熔化為一體，消除裂紋。由于這種消除裂紋方法只對金屬表面起修補作用，對裂紋兩側壁體產生的牽引力很小，對引發裂紋后的內部應力變化無改善作用，所以雖然修復初期有一定修復效果，但有效時間很短，之后仍然會發生裂紋進一步加劇或重新產生新裂紋的情況。復合材料貼片修補損傷金屬結構件是一種可靠的低成本高效益結構補強方法，該技術比傳統的機械聯接(鉚，焊)修補具有明顯的優越性，如復合材料補片的可設計性，無應力集中引入，密封聯接，增強抗腐蝕能力，修補時間短，成本低等。但是其作用過程中需要進行高溫固化處理，且處理時間較長，工藝煩瑣，不利于現場實時操作。由于金屬結構件工藝非常注重可靠性，所以到目前為止大規模實際用于金屬結構件維修再制造的技術很少，急需要發展新的理論、工藝和技術，豐富金屬結構件維修再制造技術，為人們制定最佳的維修方案提供更多的選擇范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種含微小裂紋的金屬結構件激光沖擊再制造方法，能夠有效修復裂紋并提升含微小裂紋的金屬結構件的機械力學性能。

本發明所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的：它包括以下步驟：(1)無損檢測確定含微小裂紋的金屬結構件損傷部位及裂紋走向，進行表面檢查或磁粉探傷金屬結構件的裂紋缺陷及暗傷，無損檢測傳感器通過誤差分離的方法檢測金屬結構件表面信號；(2)預除銹處理，包括去除油污及表層氧化皮，并在含微小裂紋部分貼覆高聚物材料補丁；(3)激光沖擊再制造修復，在金屬結構件含微小裂紋部分的表面涂覆黑漆涂層，用水做保護層，對金屬結構件含裂紋區域選擇激光工藝參數進行激光沖擊處理，對于金屬結構件表面裂紋較長時，可以分層分批激光沖擊再制造修復；(4)精加工，通過清理刷清理激光沖擊再制造修復后表面，直至處理表面平滑干凈；(5)在修復部位進行表面無損檢測，確認微小裂紋再制造修復完成，檢驗后入庫。

本發明所述的激光工藝參數為：激光輸出波長為1054nm，激光脈寬為20-30ns，沖擊功率選擇2.8～3.6GW/cm²，激光光斑選擇4-10mm。

本發明的有益效果如下：

(1)激光沖擊再制造修復形成的殘余應力層深度比機械噴丸深約10倍左右，金屬結構件的疲勞壽命大大提高。

(2)激光沖擊再制造修復前后在修補部位都進行表面無損檢測，能精確定位損傷部位，有效節約資源和能源，顯著降低生產成本。

(3)通過激光沖擊能量和光斑大小的精確控制，能夠快速將高聚物材料補丁通過激光沖擊作用修補到金屬結構件的裂紋或裂縫中，很好的起到修復裂紋的作用。

(4)激光沖擊再制造修復無需對修補部位進行長時間高溫固化，不僅使用方便，效率高，而且沒有任何污染，是綠色的再制造方法。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

圖1所示為本發明激光沖擊再制造修復裝置方框圖

圖2所示為本發明激光沖擊再制造方法原理示意圖

圖3所示為本發明激光沖擊再制造方法修復示意圖

具體實施方式

如圖1、圖3所示，激光沖擊再制造修復裝置包括：激光沖擊裝置1，光路導出裝置2，定位裝夾機械手4，清理裝置5以及無損檢測傳感器6。定位裝夾機械手4將金屬結構件3定位，無損檢測傳感器6檢測金屬結構件3表面信號，高聚物材料補丁8貼覆在金屬結構件3含微小裂紋部分的表面，再涂覆黑漆涂層7，激光沖擊裝置1發出的激光輸出光束9經過光路導出裝置2聚焦后，光斑匯聚在含微小裂紋部分進行激光沖擊再制造修復，由清理裝置5清理修復后的表面。