[發明專利]一種基于飛秒激光加工的殘余應力測量方法

在審

• 申請號: 202010797567.1
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112082679A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 丁立健;龔超;趙玉順;張松;張子揚;杜斌
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;B23K26/362
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

一種基于飛秒激光加工的殘余應力測量方法，先布置飛秒激光加工的測量系統，然后對樣件待測部位進行打磨；在應變片底面涂抹粘結劑并刮平，對準樣件待測部位，將應變片底面向下平放在樣件上；將接線端子中間的圓孔對準已粘結好的應變片，平放在樣件上，將應變片引線和測試導線分別連接在對應接線端子上；將應變片和補償片分別連接在應變儀的端口上；檢查應變片與樣件絕緣程度和阻值變化情況，設定激光器的相應參數，然后將飛秒激光脈沖聚焦到樣件待測表面進行加工得到線；測得的對應加工區釋放的應變值數據并計算出殘余應力。本發明創新性地運用超短脈沖的飛秒激光來加工材料，實現熱影響區域從幾百微米減小到幾個微米，并且加工精度極高。

技術領域

本發明涉及光學設計技術領域，具體涉及一種基于飛秒激光加工的殘余應力測量方法。

背景技術

殘余應力幾乎存在于所有材料中，會使實際生產過程中的材料出現開裂、變形等問題，殘余應力可能是導致材料失效的主要因素。因此，有效測量材料中的殘余應力十分重要。

傳統的機械加工測量方法因設備與樣件直接接觸會產生額外附加的機械應力，這種附加應力有很大不確定性，影響了殘余應力測量精度。同時，傳統的機械加工還會產生熱效應，一方面會影響材料的性能，另一方面也會產生額外的熱應力。飛秒激光作為一種脈沖寬度在飛秒量級(～10^-15s)的脈沖激光，具有超短脈沖和超強的峰值功率的特點，通過聚焦光學系統與物質相互作用，可以消除傳統機械加工測量過程中產生的熱效應和附加機械應力。同時飛秒加工還具有非接觸、無污染、適應性廣、精度高、效率高等優點，使其在材料加工領域得到廣泛的應用。

發明內容

本發明提出的一種基于飛秒激光加工的殘余應力測量方法，可解決現有技術中的不足之處。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于飛秒激光加工的殘余應力測量方法，包括以下步驟：

步驟一：對樣件待測部位進行打磨，確保表面光滑。隨后用丙酮和乙醇對樣件表面進行清潔、干燥。

步驟二：在應變片底面涂抹一層粘結劑并刮平，立即對準樣件待測部位，將應變片底面向下平放在試件上，輕壓使其與樣件表面緊密結合，經過一段時間使其陰干。

步驟三：將接線端子中間的圓孔對準已粘結好的應變片，平放在樣件上，將應變片引線和測試導線分別連接在對應接線端子上。

步驟四：連接應變儀，將應變片和補償片分別連接在應變儀的端口上。

步驟五：應變儀調零，并檢查應變片與樣件絕緣程度和阻值變化情況，同時還要檢查貼片方位是否正確，有無氣泡、翹曲等。

步驟六：設定激光器的相應參數，然后將飛秒激光脈沖聚焦到樣件待測表面進行加工得到線；

步驟七：當應變儀指示穩定3～5min后，測得的對應加工區釋放的應變值數據，在根據彈性力學的原理計算出殘余應力。

進一步地，步驟一種用砂紙打磨樣件待測部位至表面光潔，擦去磨屑后用脫脂棉球分別沾以丙酮和酒精清洗，清除樣件表面的雜質；

進一步地，步驟二中在應變片底面涂抹一層粘結劑后，用小片塑料薄膜蓋在應變片上，用手擠壓出多余的粘結劑和氣泡，然后輕輕揭掉。

進一步地，步驟三中可以用焊錫的連接方式將應變片引線和測試導線連接在接線端子上，焊點要光滑飽滿，焊接要求準確迅速。

進一步地，所述飛秒激光參數為飛秒激光的中心脈寬為50-400fs、波長為400-1064nm、單脈沖能量為10-1000μj、重復頻率1-100kHz。

進一步地，飛秒激光在測量樣件上的加工線寬d為1-3mm，并且線寬d與試件尺寸相比應很小，試件厚度應不小于4d。