[發明專利]一種基于相對激光沖擊強度的表征方法

有效

• 申請號: 201310737194.9
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103712724A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 姜銀方;姜文帆;李娟;潘禺
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N21/00
• 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，具體涉及一種激光沖擊單擺擺錘，通過單擺擺錘沖量大小衡量激光沖擊強度的方法。

背景技術

激光技術是二十世紀六十年代迅速興起的一門嶄新的科學技術，也是本世紀發展快、成果多、學科滲透廣、應用范圍大的綜合性高技術。隨著激光技術的發展，激光沖擊成形和激光沖擊強化日益成為人們研究的熱點課題，其主要特征是依靠激光沖擊波作用靶材形成爆炸能量波，沖擊后使靶材達到成形和材料改性強化的目的，這種效應的主要因素是激光沖擊強度大小。所以，對某一材料，正確依據材料性能和激光沖擊強度效應，調整激光沖擊參數，沖擊靶材使其達到最佳的沖擊效果，這對于預測板料的成形性、材料表面改性強化程度和效果、合理優化的工藝參數，使激光沖擊生產化，具有重要的理論意義和現實意義。

經檢索有LU等人采用靶擺偏移技術測量了高功率激光與靶相互作用時的靶表面的位移，獲得了不同條件下的靶沖量和沖量耦合系數。ZHU等人采用懸擺法運動，建立懸擺運動方程，計算靶擺的初始速度，得到懸擺在激光作用下獲得的沖量。WEN等人利于復擺模型，測量出沖量耦合系數。目前表征激光沖擊強度大多數是依靠用相同參數的激光沖擊靶材，檢測靶材強化層殘余應力大小和殘余壓應力的深度分布，以及依據激光沖擊后形變量的大小來衡量其對應激光沖擊強度效果，這些測量方法比較繁瑣，實驗費用昂貴，而且殘余應力大小和殘余應力深度分布的檢測時間長，精確度也不高，在一定的程度上限制了激光沖擊成形和激光沖擊強化的發展和應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種表征激光沖擊強度的新方法，該方法原理簡單、經濟易行，裝置結構設計簡單，操作方便，能較精確衡量不同靶材激光沖擊強度效果，實現對激光沖擊強度的表征，而且通過單擺擺錘沖量大小可以衡量激光系統工作狀態穩定性和激光能量大小，對激光系統調節和激光沖擊、激光強化等試驗研究有很好的指導意義。

本發明是按下述技術方案實現的：

采用大功率脈沖激光器，調整激光沖擊參數，在激光系統工作狀態連續穩定的情況下，沖擊單擺靶材，通過擺錘的沖量大小衡量激光沖擊強度的大小。一方面，選取標準靶材，按質量標準，分為不同等級：5g,10g,50g,100g，150g，不同等級的靶材按照形狀相同、尺寸不同進行設計，根據幾何尺寸擺放，以懸掛點為基準，保證擺錘與支撐架臨界接觸。調整激光參數，沖擊標準靶材，通過不同質量標準靶材的沖量大小衡量不同激光參數下對應激光沖擊強度效果。選擇靶材重量，使其沖擊后擺動角度適中。另一方面，選取幾種不同材料的靶材，如鋁合金，鎂合金，外形與標準靶材相同。同一尺寸標準下，保證不同材料靶材其激光工作系統和激光沖擊參數相同。由激光器發出脈沖激光束沖擊各靶材，測量并計算各靶材下對應激光參數下的沖量大小計為P_實際，標準靶材在激光沖擊下對應沖量大小計為P_標準。由于不同材料，其表面硬度、強度、塑性變形以及激光沖擊表現的沖量不同，因此，不同材料靶材激光沖擊下激光沖擊強度效果表現不同，將同一質量標準下各種靶材的激光沖擊強度與對應標準靶材的激光沖擊強度進行對比，將此差值與標準靶材在激光沖擊下對應沖量的比值定義為激光沖擊強度相對系數Δ，即：

Δ=（P_標準-P_實際）/P_{標準?????????????????????????????}（1）

通過對比不同材料激光沖擊強度相對系數，說明不同靶材對應激光沖擊強度效果。

選取一組標準靶材，由激光器發出脈沖激光波作用于附有黑漆和玻璃（吸收層+約束層）的標準靶材擺錘上，根據激光參數和靶材質量以及激光能量與靶材的耦合系數的大致范圍，估算出此激光參數下沖量的大致范圍，如果沖擊后靶材沖量不在此范圍之內，說明激光系統工作狀態不正常；如果在沖擊范圍之內，說明激光系統工作狀態正常，同時，在此參數下進行多次沖擊，可驗證激光系統工作狀態穩定連續性。

標準靶材，可定義一種理想材料，即材料塑性變形極小，對激光能量的吸收為零，激光對其沖擊為一種理想沖擊效果，現實材料與其對比時，具有很好的可比意義。