[发明专利]一种转角边缘激光冲击强化方法及辅助装置

说明书

本发明涉及一种转角边缘激光冲击强化方法，包括：根据转角数模，加工与转角外轮廓相同的辅助装置；根据构件的待强化转角区长度，选择吸收层贴覆在待强化转角区表面的贴覆步骤，贴覆步骤包括：在待强化转角表面先贴吸收层，将加工出的辅助装置放置于待强化转角对应的构件，使辅助装置的外轮廓与待强化转角的外轮廓对齐，向辅助装置施加压紧力；或，将加工出的辅助装置放置于构件上，使辅助装置的外轮廓与待强化转角的外轮廓对齐，向辅助装置施加压紧力，在构件的待强化转角表面贴吸收层；在吸收层的外表面喷去离子水，形成去离子水约束层；朝去离子水约束层发射激光脉冲，完成一个待强化转角位置的强化。其目的是解决构件转角边缘的强化问题。

技术领域

本发明属于先进激光加工和激光应用技术领域，尤其涉及一种转角边缘激光冲击强化方法及辅助装置。

背景技术

激光冲击强化(激光喷丸)技术是利用纳秒级强脉冲激光透过对激光透明的约束介质在被金属表面的吸收层吸收后产生高温高压等离子体，诱导强冲击波使金属材料产生塑性变形并获得表层及近表层残余压应力从而提高金属结构的疲劳性能。具体工艺原理为：从激光器发出的高功率密度(GW/cm2量级)、短脉冲(ns量级)的强激光束穿过透明约束层照射到涂(贴)覆在金属材料表面的能量吸收层上，使其气化、电离，形成高温高压的等离子体，等离子体继续吸收能量发生爆炸并诱发高压冲击波，在约束层的约束作用下产生向材料内部传播的强冲击波，由于冲击波峰值压力达到109Pa量级，远远大于材料的动态屈服强度，从而使材料产生宏观塑性变形，在材料表面诱导残余压应力，从而提高构件的抗疲劳性能。广泛应用于航空航天等领域。

相较于传统强化工艺，激光冲击强化过程为非接触、光束可达即可强化，因此灵活度高，可强化孔、沟、槽、齿、转角等复杂曲面。尤其在强化转角、圆弧面具有独特优势。但在强化敞开面转角曲面边缘棱边时，会面临两个问题：一是强化工艺所需的去离子水约束层在转角边缘由于没有支撑而无法布置，进而影响转角边缘的强化效果；二是强化转角边缘时，由于强冲击波在转角边缘产生的剪切效应，易使棱边的吸收层破损，进而使棱边产生烧蚀，影响棱边强化效果。

发明内容

本发明主要针对以上问题，提出了一种转角边缘激光冲击强化方法及辅助装置，其目的是解决构件转角边缘的强化问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种转角边缘激光冲击强化方法，包括以下步骤：

根据构件的转角数模，加工与所述构件的转角外轮廓相同的辅助装置；

根据所述构件的待强化转角区长度，选择吸收层贴覆在所述待强化转角区表面的贴覆步骤，其中，所述贴覆步骤包括：贴覆方式一，在所述待强化转角表面先贴吸收层，然后将加工出的所述辅助装置放置于所述待强化转角对应的构件上，使所述辅助装置的外轮廓与所述待强化转角的外轮廓对齐，最后向所述辅助装置施加压紧力；或者，贴覆方式二，先将加工出的所述辅助装置放置于所述构件上，使所述辅助装置的外轮廓与所述构件的待强化转角的外轮廓对齐，然后向所述辅助装置施加压紧力，最后在所述构件的待强化转角表面贴吸收层；

在完成上述贴覆步骤后，在所述吸收层的外表面喷去离子水，形成去离子水约束层；

朝所述去离子水约束层发射激光脉冲，完成一个待强化转角位置的强化。

进一步地，在进行所述贴覆步骤前，还包括将所述构件的待强化转角表面和辅助装置用酒精或丙酮擦拭干净。

进一步地，贴覆在所述待强化转角表面的吸收层为具有一定延展性的胶带。

进一步地，所述胶带为铝箔胶带或PVC黑胶带。

进一步地，在所述贴覆方式一的步骤中，所述待强化转角区的长度不超过30mm；在所述贴覆方式二的步骤中，所述待强化转角区的长度超过30mm。