[發明專利]一種用于激光沖擊孔結構的邊緣質量控制方法

有效

• 申請號: 202110581230.1
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113502387B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 孫汝劍;曹子文;車志剛;鄒世坤;吳俊峰;蘇巖
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于激光沖擊孔結構的邊緣質量控制方法，包括測量零件待強化孔的孔徑和孔深，制備出高度和底面直徑略大于待強化孔尺寸的軟質彈性圓柱芯；將鋁箔膠帶平鋪粘貼覆蓋整個待強化孔，排除鋁箔膠帶與零件之間的空氣；切除待強化孔內懸空的鋁箔膠帶，并保留待強化孔內剩余一定寬度的鋁箔膠帶；沿鋁箔膠帶一周切開規則缺口，再對待強化孔邊倒角部分鋁箔膠帶進行壓合；將制備的軟質彈性圓柱芯旋入待強化孔內，調整并使軟質彈性圓柱芯的高度略超出待強化孔邊緣高度；將零件裝夾在機械手上，機械手隨強化點位的周期變化，直至完成零件的激光沖擊強化。本發明步驟簡單，操作便捷，效果顯著，能夠有效解決激光沖擊強化過程中的孔邊質量控制問題。

技術領域

本發明涉及激光沖擊強化技術領域，特別是涉及一種用于激光沖擊孔結構的邊緣質量控制方法。

背景技術

激光沖擊強化是一種先進的材料表面改性技術，采用一束高能量、短脈沖激光周期性轟擊覆蓋有吸收層和約束層的金屬材料表面，誘導產生高幅值、大深度殘余壓應力，提高其抗疲勞、耐磨損等綜合力學性能，被越來越廣泛地應用于框、梁、孔等典型航空構件的疲勞增壽。

激光沖擊過程通常采用“激光→去離子水→鋁箔膠帶→零件”的結構，去離子水主要起約束等激光誘導離子沖擊波向外擴散，增大沖擊波峰值壓力的作用；鋁箔膠帶則主要起吸收脈沖激光能量，以及防止零件表面燒蝕的作用。然而，鋁箔膠帶粘貼過程中若與待強化表面存在氣泡、褶皺，或者鋁箔膠帶粘貼于零件的邊緣區域，激光沖擊過程中則易出現鋁箔破損，造成零件表面燒蝕，影響激光沖擊強化效果。

當采用激光沖擊孔邊緣時，若鋁箔膠帶直接平鋪覆蓋粘貼，孔邊緣吸收層則處于懸空狀態；若鋁箔膠帶彎折90°粘貼于孔內壁，孔邊緣則不可避免地留有局部氣泡，在后續激光沖擊過程中，由于沖擊波的峰值壓力高達數吉帕級，鋁箔膠帶極其容易破損。即使鋁箔膠帶粘貼達到絕對無氣泡，由于沖擊力的剪切作用，也會導致邊緣鋁箔膠帶剪切撕裂。當鋁箔膠帶損壞后，激光將直接轟擊在零件表面，造成零件表面燒蝕，影響零件最終表面質量，且對其殘余應力分布亦會產生不利影響。

通過檢索發現，專利CN111235381A公開了一種孔壁強化的防損傷方法及其裝置，其針對對象主要為孔壁，且其防護方法室通過遮擋，減少傾斜入射激光的反射，從而防止對稱面損傷。

激光強化航空典型孔結構的服役可靠性和安全性與沖擊過程的質量控制具有密切的關系。鋁箔膠帶作為激光強化過程的吸收層，一方面在沖擊中吸收激光能量，還發揮著保護零件表面不被燒蝕的重要作用。然而，在實際激光沖擊強化過程中，由于鋁箔膠帶粘貼過程中的彎折、氣泡、褶皺，激光沖擊強化過程中鋁箔膠帶極易破損，產生燒蝕，影響強化質量。由于孔邊緣幾何特性的突變，鋁箔膠帶粘貼時將不可避免地出現懸空或彎折，強化過程中鋁箔膠帶極易破損，引起表面燒蝕，破壞表面完整性。然而孔結構具有較高的應力集中系數，在其服役過程中，孔邊緣將承受遠比外加載荷大的載荷，極易成為裂紋萌生區域，影響服役壽命。

鑒于此，如何提出一種孔邊緣激光沖擊強化的防鋁箔膠帶破損方法，進而提高孔邊緣的激光沖擊強化效果是本領域技術人員亟需解決的技術難題。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種用于激光沖擊孔結構的邊緣質量控制方法，包括：零件孔徑測量及軟質彈性圓柱芯制備、采用鋁箔膠帶粘貼及孔邊緣處修飾、軟質彈性圓柱芯與零件孔機械過盈裝配以及含孔邊緣區域的孔表面激光沖擊強化等步驟。提高孔邊緣質量強化的效果。

(2)技術方案

本發明的實施例提出了一種用于激光沖擊孔結構的邊緣質量控制方法，包括如下步驟：

步驟一：測量零件待強化孔的孔徑和孔深，并依據此尺寸制備出高度和底面直徑略大于待強化孔尺寸的軟質彈性圓柱芯；