[發明專利]一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法及其應用

有效

• 申請號: 202110206119.4
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113046546B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 盧國鑫;王佃剛;宿慶財;高榮;季忠;杉岡幸次
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 宋海海

1.一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法，其特征在于，所述方法包括對液體約束條件下激光沖擊過程中的液體約束層特征的變化對“等離子體沖擊”與“空化”兩種物理效應的作用規律進行實時監測，并將作用規律及時反饋到激光沖擊工藝參數的調整工序，從而滿足激光沖擊過程中的雙物理效應的定量調節需求；

所述液體約束層特征包括液體約束層厚度、材質和粘度；

當所述液體約束層特征為液體約束層厚度時，所述方法包括：

S1、隨機確定兩個約束層厚度的常規數值，觀測兩個不同液體約束層厚度激光沖擊過程中的空化泡體積變化；

S2、尋找出空化泡體積變化相對較大的工藝，該工藝對應的約束層厚度若是兩個約束層厚度中較大者，則進入步驟S3，反之則進入步驟S4；

S3、繼續增大較大約束層厚度并進行激光沖擊處理，直至觀測到約束層厚度增大某數值后的空化泡體積變化開始下降，確定該約束層厚度數值為空化泡體積變化最大時的約束層厚度的數值“h_{空化（max）}”；若可執行，則進入步驟S6；若無法執行該步驟，則進入步驟S5；

S4、繼續減小較小約束層厚度并進行激光沖擊處理，直至觀測到約束層厚度減小某數值后的空化泡體積變化開始下降，確定該約束層厚度數值為空化泡體積變化最大時的約束層厚度的數值“h_{空化（max）}”；若可執行，則進入步驟S6；若無法執行本步驟，則進入步驟S5；

S5、若步驟S3和步驟S4均未得到空化泡體積變化最大時的約束層厚度，則所述“h_{空化（max）}”處于步驟S 1所選擇的兩個約束層厚度之間，可在所述兩個約束層厚度中間變化參數，直至確定所述的空化泡體積變化最大時的約束層厚度的數值“h_{空化（max）}”；

S6、利用所確定的空化效應最強時的液體約束層厚度“h_{空化（max）}”對待加工材料進行激光沖擊處理，并測試單光斑輻照區域的表面殘余應力分布狀態；

S7、表征步驟S6所獲得殘余應力分布狀態，若不存在殘余應力分布不均勻現象或存在的殘余應力分布不均勻現象為“殘余應力洞”，則確定均勻激光沖擊表面加工的約束層厚度應為“h_{空化（max）}”，并進入步驟S9；若存在殘余應力分布不均勻現象，且為“反‘殘余應力洞’”，則進入步驟S8；

S8、根據加工的便捷性，選擇減小或增大約束層厚度，并利用變化的約束層厚度對待加工材料進行激光沖擊處理，直至選擇的約束層厚度“h_{空化（弱）}”激光沖擊后的材料表面不出現“反‘殘余應力洞’”；

S9、基于目前確定的液體約束層厚度，實現雙物理效應合理控制狀態下的均勻激光沖擊表面加工。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，觀測手段采用高速攝像技術或其他可觀測激光沖擊中空化效應效果的現有技術。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S6中，采用包括X射線衍射的方法來進行殘余應力的測試與表征。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S7中，判斷材料表面單光斑輻照區域的殘余應力分布的均勻性是通過光束中心與周邊區域的殘余應力的差值來表征“殘余應力洞”的有無或發生程度實現的；

具體的，若光束中心的殘余壓應力水平較周邊區域低，則所述殘余應力分布不均勻形式為“殘余應力洞”；若光束中心的殘余壓應力水平較周邊區域高，則所述殘余應力分布不均勻形式為“反‘殘余應力洞’”。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S8中，該步驟要求根據實際加工條件判斷約束層厚度的變化趨勢，若約束層厚度的減小易實現，則選擇逐步減小的約束層厚度進行激光沖擊處理，直至消除“反‘殘余應力洞’”。