[發明專利]一種用于構件連接的高強度小孔的制備方法

有效

• 申請號: 202110873094.3
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113579520B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 盧國鑫;王強;羅學昆;季忠;王佃剛;王欣;趙國群
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/60;C21D10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明屬于孔結構加工與強化技術領域，涉及一種用于構件連接的高強度小孔的制備方法，包括：采用脈沖激光光束對待加工材料的擬制孔區域進行表面沖擊強化處理，使待加工材料表面的擬制孔區域發生宏觀塑性變形；采用連續激光光束對脈沖激光光束輻照區域的中心位置進行鉆孔，形成孔結構。本發明的方法在制孔工序之前便已完成孔結構的強化處理，彌補單純激光鉆孔方法成形孔結構強度低且易失效的弊端；同時，將不利的殘余應力洞現象進行合理利用，殘余應力洞現象越顯著的條件下，擬制備孔結構的孔壁殘余壓應力場分布強度越高。

技術領域

本發明屬于孔結構加工與強化技術領域，具體涉及一種用于構件連接的高強度小孔的制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

緊固件是作緊固連接使用的一類機械零件，其連接過程中往往借助通孔完成鉚接等連接。在機械裝置中，孔結構往往由于應力集中效應的存在而成為疲勞失效的易發區域，在目前的工業應用中，技術人員常通過芯棒擠壓等方式對孔結構進行擠壓強化，進而改善孔結構的服役性能。

隨著工業發展進步，飛機蒙皮等薄板連接的緊固通孔強化受到孔結構形狀尺寸的限制而難以進行。例如，薄板中通孔孔深與孔徑均較小，常規孔擠壓技術所采用的硬質芯棒難以在不對孔結構形成破壞影響的前提下而順利通過孔結構。如何破解孔擠壓強化效果的引入難題，在薄壁構件孔結構孔壁引入高強度殘余壓應力場分布成為技術人員需要解決的問題。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提出一種利用雙光束激光分步加工高強度小孔的方法。該方法可用于構件連接的高強度小尺寸孔結構的制備。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種用于構件連接的高強度小孔的制備方法，包括：

采用脈沖激光光束對待加工材料的擬制孔區域進行表面沖擊強化處理，使待加工材料表面的擬制孔區域發生宏觀塑性變形；

采用連續激光光束對脈沖激光光束輻照區域的中心位置進行鉆孔，形成孔結構。

本發明的技術原理如下：

激光作為綠色能源，在現代工業發展中展示出巨大潛力。脈沖型激光可以實現材料的表面強化與改性處理，在脈沖激光表面加工過程中，脈沖激光誘導形成等離子體沖擊波，在沖擊波形成的力效應作用下，材料表面產生殘余壓應力引入、顯微組織演變等表面強化效果；連續型激光一般基于其自身與物質相互作用而形成的熱效應，實現激光制造、激光焊接、激光打孔等具體應用。本發明高強度小孔的制備方法以脈沖激光表面強化為核心基礎，進而實現提高擬制造小孔的強度的目標。在本發明所涉及的具體加工過程中，脈沖激光光束首先作用于待加工材料的擬制孔區域，并在材料表面形成高強度的殘余壓應力場分布。需要特別指出的是，本發明要求，借助殘余應力洞效應，盡量提高殘余應力分布不均勻水平，從而形成孔周應力大、孔中應力小的制孔區域。

所述殘余應力洞效應是指脈沖激光光束作用于材料表面后，材料表面的激光輻照區域所發生的一種殘余應力分布不均勻現象。在激光沖擊輻照區域，中心位置往往具有相對輻照區域邊緣位置更低的殘余壓應力分布水平。

在雙光束制孔的第二階段，利用連續激光光束的高能束流對脈沖激光光束輻照區域的中心位置進行熱效應堆積的激光打孔效果。在該階段完成后，脈沖激光光束的具有較低水平殘余壓應力分布的中心位置形成小尺寸孔結構。采用激光熱效應制孔可避免機械加工方式制孔對材料表面已有殘余壓應力場分布的破壞，因此本發明所制備小孔的孔壁部位具有高強度的殘余壓應力分布。

本發明的第二個方面，提供了任一上述的方法制備的高強度小孔。