[發明專利]一種小孔強化方法

有效

• 申請號: 201110448751.6
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102517423A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 姜銀方;黃宇;井然;張永康;張青來;黃立偉;郭振寧;姜文帆
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及激光加工領域，特指用采用大光斑大能量激光沖擊與小光斑小能量激光沖擊相結合的方法對金屬板件進行強化，特別適合于需要進行開孔的金屬板件的強化。

背景技術

在機械領域中，孔占有重要的位置，很多機械零件都需要進行開孔處理，特別是飛機上的零件更是要開上千個孔，這些孔就成了零件的薄弱環節，因此需要采用一定的方法進行強化。傳統采用機械噴丸的方法對孔壁進行強化，即在孔內設置一帶有錐角的反射裝置，將高速運動的彈丸噴射到反射裝置上，使彈丸在反射錐及孔壁之間進行撞擊，從而對孔壁起到強化效果。但該方法受孔徑尺寸的限制，進入孔中彈丸的數量及孔壁的強化位置均不易控制，其強化層的分布可能不均勻，特別是當孔徑小到一定程度時，就不能進行機械噴丸強化了，所以這種強化方法存在著一定的局限性。

激光沖擊強化是一種先進的材料強化方法，可以通過調節激光的光斑、能量等參數來控制強化深度和效果。通過實驗發現，先強化后開孔的效果要好于先開孔后強化的效果。

專利申請號為200610096476.5的發明專利，發明名稱為：一種基于激光沖擊波技術孔壁的強化方法和裝置，提出了在已開孔的金屬板件孔徑內插入反射錐，在反射錐的錐面上涂上能量吸收層和約束層，再對孔壁進行激光沖擊強化。該方法與機械噴丸相比不受孔徑大小的限制，且可使得強化層均勻，但由于是先開孔再強化，激光會對小孔造成一定的變形，從而影響孔的精度。從實驗結果來看，若采用大光斑、大能量激光進行強化，則金屬板件孔壁較深處會取得較好的殘余壓應力，但金屬板件表面可能會產生有害的殘余拉應力；若采用小光斑、小能量的激光進行強化，則金屬板件孔壁較深處起不到強化效果，因此該方法不能使金屬板件表面到孔壁較深處同時獲得較好的殘余壓應力。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的小孔強化方法，克服了傳統機械噴丸強化受孔徑大小控制的局限性和強化層位置難以控制的缺點，解決了先開孔后激光沖擊強化可能會對小孔造成的變形的問題，由于單一使用大光斑、大能量激光或小光斑、小能量激光進行強化無法實現金屬板件從表面到孔壁較深處均產生較好的殘余壓應力效果，對這一問題提出了一種新的強化方法，即先采用大光斑大能量的激光對金屬板件待開孔表面進行強化，使金屬板件沿厚度方向較深處產生殘余壓應力，再用小光斑小能量的激光對金屬板件待開孔位置四周的表面進行二次強化，使其表面產生較好的殘余壓應力，最后進行孔加工，這樣金屬板件小孔從表面到內壁較深處都獲得較好的殘余壓應力。

本發明的具體步驟是：首先對金屬板件進行預處理，在其要開孔部位貼上能量吸收層，在能量吸收層外貼上約束層，用夾具將金屬板件固定在數控工作臺上；調節激光器的參數至大光斑大能量，并編程控制數控工作臺的運行路徑，對金屬板件待開孔部位進行一次或數次激光沖擊強化；強化完成后調節激光器的參數至小光斑小能量，通過編程控制數控工作臺的運行路徑，使激光的沖擊過程繞待開小孔位置一周，且小光斑呈多點搭接分布，對金屬板件表面進行二次強化；強化完成后對金屬板件進行后處理；最后用鉆床對金屬板件預定位置進行開孔。

本發明的有益效果是：?

（1）采用大光斑大能量的激光對金屬板件待開孔表面進行強化，使金金屬板件沿厚度方向較深處產生殘余壓應力，然后進行開孔，再用小光斑小能量的激光對金屬板件小孔四周的表面進行二次強化，使金屬板件表面產生較好的殘余壓應力，這樣金屬板件小孔從表面到內壁較深處都獲得了較好的殘余壓應力；

（2）采用先強化后開孔的方法，避免了先強化后開孔過程中激光可能會對小孔造成的變形；

（3）采用激光沖擊強化的方法，激光的參數和強化位置都可以方便進行調節，可以滿足不同的強化需要；

（4）解決了采用單一大光斑大能量激光對小孔進行強化可能會在金屬板件表面產生殘余拉應力的問題，提供了一種新的小孔強化工藝，提高了金屬板件上小孔的疲勞壽命和抗應力腐蝕性能；

（5）操作簡單方便、效率高。

附圖說明

圖1?激光沖擊強化示意圖。

圖2激光沖擊強化大光斑、小光斑及小孔位置分布示意圖。

圖3厚度方向激光沖擊強化后殘余應力分布曲線。

圖4上表面激光沖擊強化后殘余應力分布曲線。

圖中標記：1、激光束，2、鋁箔，3、水，4、金屬板件，5、大光斑，6、小光斑，7、小孔，