[發明專利]一種激光沖擊強化薄壁結構的防層裂方法及裝置

有效

• 申請號: 201510971593.0
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105483359B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 鄒世坤;吳俊峰;鞏水利;曹子文;車志剛
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 王濤

技術領域

本發明涉及激光沖擊強化領域，尤其涉及一種激光沖擊強化薄壁結構的防層裂方法及裝置。

背景技術

當前，激光沖擊強化技術是利用強激光束產生的等離子沖擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術。它具有非接觸、無熱影響區、可控性強以及強化效果顯著等突出優點。目前，作為薄壁結構的大多數工程材料的高應變率條件下抗壓能力比抗拉能力強，它們往往可承受相當大的動態壓應力，但不能承受較大的動態拉應力。因此在激光沖擊強化時，需要控制好沖擊波傳播和反射特征使靶材正面獲得塑性應變和殘余壓應力，又不能在靶材背面反射時產生強拉力波使靶材產生層裂。

然而，在現有技術中，激光沖擊強化薄壁結構時，由于沖擊波在傳播過程中衰減較小，當幅值很大的壓力波傳播到薄壁結構背面后產生波的反射作用時，沖擊波由高壓力波轉換成強拉力波，尤其薄壁結構正面或背面存在大曲率曲面(曲率半徑R較小，如小于6mm)時，存在沖擊波和反射拉力波聚焦效應，當拉力波強度高于薄壁結構層裂強度時，薄壁結構背面就會產生層裂現象。

可見，當前在激光沖擊強化薄壁結構時，容易造成薄壁結構背面發生層裂現象，損壞薄壁結構。

發明內容

本發明的實施例提供一種激光沖擊強化薄壁結構的防層裂方法及裝置，以解決當前在激光沖擊強化薄壁結構時，容易造成薄壁結構背面發生層裂現象，損壞薄壁結構的問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種激光沖擊強化薄壁結構的防層裂裝置，包括：調Q脈沖激光器、含通孔窗口、光束整形系統、六自由度機械手、夾具、第一噴嘴以及多層吸波層結構；

所述六自由度機械手連接所述夾具，所述夾具的下端夾住一待沖擊強化的薄壁結構；

所述調Q脈沖激光器用于發射激光束，使得所述激光束穿過所述含通孔窗口到達所述光束整形系統；

所述光束整形系統將圓形光斑的激光束轉換為條狀矩形光斑或橢圓形光斑，并照射所述薄壁結構的正面；在所述薄壁結構的正面還設置有鋁箔吸收層；

所述第一噴嘴設置于所述薄壁結構的正面處，以向所述薄壁結構的正面提供連續的水約束層；

所述多層吸波層結構設置于所述薄壁結構的背面處。

具體的，所述薄壁結構的正面的曲率半徑小于一預先設置的曲率半徑閾值；所述薄壁結構的背面的曲率半徑大于等于所述預先設置的曲率半徑閾值，或者所述薄壁結構的背面為平面；

或者，所述薄壁結構的正面的曲率半徑大于等于一預先設置的曲率半徑閾值或者所述薄壁結構的正面為平面；所述薄壁結構的背面的曲率半徑小于所述預先設置的曲率半徑閾值；

或者，所述薄壁結構的正面的曲率半徑小于一預先設置的曲率半徑閾值；所述薄壁結構的背面的曲率半徑小于所述預先設置的曲率半徑閾值；

或者，所述薄壁結構的正面的曲率半徑大于等于一預先設置的曲率半徑閾值或者所述薄壁結構的正面為平面；所述薄壁結構的背面的曲率半徑大于等于所述預先設置的曲率半徑閾值，或者所述薄壁結構的背面為平面。

具體的，所述多層吸波層結構包括：第一吸波材料層和第二噴嘴；所述第一吸波材料層貼合于所述薄壁結構的背面；所述第二噴嘴用于向薄壁結構的背面噴射連續流體；

或者，所述多層吸波層結構包括：第一吸波材料層和第二吸波材料層；所述第一吸波材料層貼合于所述薄壁結構的背面，所述第二吸波材料層貼合于所述第一吸波材料層上；

或者，所述多層吸波層結構包括：第一吸波材料層和固定支撐體；所述第一吸波材料層貼合于所述薄壁結構的背面，所述固定支撐體與所述第一吸波材料層貼合。

具體的，所述第一吸波材料層和第二吸波材料層為聲阻抗與薄壁結構的聲阻抗之間的差值小于等于一預設聲阻抗閾值的固體材料制成。

具體的，所述固定支撐體為聲阻抗與與薄壁結構的聲阻抗之間的差值小于等于一預設聲阻抗閾值的材料制成。

進一步的，該激光沖擊強化薄壁結構的防層裂裝置，還包括一設置于所述薄壁結構下方的回收容器。

具體的，所述光束整形系統產生的條狀矩形光斑的長邊長度與短邊長度的比值大于等于3；所述短邊長度為薄壁結構的正面和背面的曲率半徑的較小值的10％至33％；

所述光束整形系統產生的橢圓形光斑的長軸長度與短軸長度的比值大于等于3；所述短軸長度為薄壁結構的正面和背面的曲率半徑的較小值的10％至33％。

具體的，所述第一噴嘴提供的水約束層的厚度為1mm至2mm。

具體的，所述鋁箔吸收層的厚度為0.1mm至0.2mm。