[發明專利]一種飛機受損件激光噴丸修復過程的殘余應力調控方法

有效

• 申請號: 202110677367.7
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113528777B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張俊豪;程秀全;夏琴香;程思竹
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C21D11/00;C22F1/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發明公開了一種飛機受損件激光噴丸修復過程的殘余應力調控方法；根據飛機受損件表面形狀建立基于ABAQUS軟件的激光噴丸有限元模型，依托該模型建立各個表面形狀分區的殘余應力與激光光斑搭接率之間的擬合關系式；結合受損件表面形狀及受力情況，設計出能與外載荷相抵消的預期殘余應力場，并以此求解具有非均勻分布特點的激光噴丸搭接率；在飛機受損件實際修復過程中采用該非均勻搭接率實現對殘余應力的調控，得到與預期相吻合的殘余應力場。本發明充分利用非均勻搭接率對殘余應力的影響，獲得可使受損件在外載荷下表面處于近似無受力的狀態，極大地提升飛機受損件激光噴丸修復效果。

技術領域

本發明涉及機械工程的激光加工領域，尤其涉及一種飛機受損件激光噴丸修復過程的殘余應力調控方法。

背景技術

飛機受損件是指受到腐蝕損傷的飛機結構件。

當腐蝕深度較小時，飛機受損件經過修復后仍可繼續使用。修復過程中，通過打磨處理去除被腐蝕的材料，形成具有復雜表面形狀的打磨件(包含平面、凸圓弧面、斜面、凹圓弧面等，如圖1所示)；隨后，為了補強打磨區域的抗腐蝕性能和延長疲勞壽命，需要對打磨件進行表面強化處理如機械噴丸和激光噴丸等(如圖2和圖3所示)。

與機械噴丸相比，激光噴丸具有殘余壓應力大、影響深度大、精確可控等優勢，在飛機受損件修復中具備廣闊的應用前景。

激光噴丸主要的工藝參數包括搭接率、激光能量、沖擊次數等。

這些工藝參數對修復后的殘余應力具有直接影響。

然而，在傳統的飛機受損件激光噴丸修復中，各個位置的激光噴丸工藝參數是保持一致的。但由于相同工藝參數的激光噴丸作用在不同表面形狀上所得到的殘余應力值是不同的。因此均勻的工藝參數激光噴丸處理具有復雜表面形狀的受損件后，得到的殘余應力場往往非均勻分布的。

若采用統一的激光噴丸參數進行激光噴丸處理，則難以滿足飛機受損件各個位置對殘余應力的需求，導致需要高殘余壓應力的位置殘余應力不足(激光噴丸不足)，而對殘余應力要求不高的位置殘余應力過剩(激光噴丸過剩)。殘余應力不足則會降低修復強化效果使得疲勞壽命達不到修復預期。殘余應力過剩的區域則會因為過渡噴丸而可能引起表面微缺陷。

避免飛機受損件出現部分區域激光噴丸不足而部分區域激光噴丸過剩，關鍵在于根據零件各個區域對殘余壓應力的需求而通過激光噴丸工藝參數靈活調控得到預期的殘余應力場。

殘余應力調控通過激光噴丸參數的連續變化得以實現。

在激光噴丸試驗中，光斑能量調整時較為費時(需要先將激光器停止后再調整輸入電壓方能實現光斑能量的調整)、沖擊次數作為調整參數時，可能會因多次激光噴丸導致試樣表面損傷；過大的激光入射角會在沖擊面引入殘余拉應力和降低殘余壓應力，可調角度范圍較小。

搭接率的調整則僅需要通過機器人預先編寫運動點軌跡，屬于容易調整且對殘余應力影響效果較明顯的參數。因此通過改變搭接率來控制目標位置的殘余應力大小具有調整方便的優勢。根據受損件形狀特點和所受載荷情況，獲得各個位置對殘余應力的需求情況并對該位置的激光噴丸參數進行設計，定量獲得預期的殘余應力場，對于飛機受損結構件修復技術的完善和提高飛機持續適航性具有重要的理論價值和實踐意義。

發明內容

本發明的目的在于為了獲取飛機受損件激光噴丸良好修復效果，克服現有均勻工藝參數激光噴丸所帶來的殘余應力分布不合理、資源浪費等缺陷，提供一種飛機受損件激光噴丸修復過程的殘余應力調控方法。

本發明通過對激光噴丸搭接率與殘余壓應力之間的關系，進行擬合得到數學表達式，實現根據零件預期殘余應力場進行搭接率設計，獲得受損件激光噴丸光斑路徑，實現殘余應力的調控。

本發明通過下述技術方案實現：

一種飛機受損件激光噴丸修復過程的殘余應力調控方法，包括如下步驟：