[发明专利]管状构件的激光表面处理方法及导波体

说明书

本发明公开了一种管状构件的激光表面处理方法及导波体，在实施强化过程中在管状构件内部填充一种与管状构件材料阻抗匹配的导波弹性体，控制冲击波传播，实现耦合应力场分布和宏观变形控制，用于包括航空液压导管在内的薄壁管状构件的激光表面强化处理，能够基本消除或减弱激光在管内壁形成反射、折射，避免与入射波系耦合，从而避免形成复杂的应力场分布及宏观变形，保证管状构件抗疲劳性能，最终降低使用故障率；以航空薄壁细管为例，本发明在航空用薄壁细导管危险部位形成不小于数值为200MPa分布均匀的残余压应力层，且影响层内无残余拉应力，同时变形量满足使用要求，能够解决飞机液压导管由于振动导致高周疲劳裂纹的问题。

技术领域

本发明涉及一种管状构件激光强化加工工艺，特别涉及一种管状构件的激光表面处理方法及导波体。

背景技术

管状构件是工业生产、航空航天必不可少的构件之一，主要作为输送介质以及能量传递。在航空领域，液压导管是保证飞机正常运行的必要条件之一，是飞机液压系统介质传输和能量传递的通道，飞机液压导管系统具有“散、乱、长、杂”点，是飞机最常见的故障之一，导管的断裂和泄露将直接影响作动性能和飞机安全性，检查维修十分复杂。随着飞机液压系统的高压化，液压导管的强度提升越来越重要。近年来，飞机发生多起薄壁导管疲劳裂纹故障，导致飞机空中警告而紧急着陆，严重影响了飞机的正常使用。已有研究表明，飞机飞行过程中管路系统会受到多种激励源和激励频段，包括发动机开车时振动，液压泵脉动以及液压冲击等，导致液压导管发生振动破坏，出现疲劳裂纹。由于飞机液压导管布局复杂，不可能通过调整整个管系整体动态特性来避免局部故障问题。

为解决上述问题，现有技术中为了解决飞机液压导管出现的疲劳断裂以及破坏问题，采用激光冲击强化技术进行表面强化，以增加导管的强度；作为一项表面强化技术，采用短脉宽(ns量级)、高功率(＞1GW/cm2)激光诱导等离子体冲击波(＞1GPa)的力学效应，引起金属材料超高应变率(＞106/s)塑性变形，并形成残余压应力和梯度微观组织变化，抑制疲劳裂纹萌生和扩展，从而提高结构件疲劳性能。

但针对航空的液压导管等薄壁细管件的强化，存在以下问题：通常的薄壁细管件疲劳裂纹位置壁厚仅为0.8mm，属于超薄构件，激光冲击波传播深度大于1mm，会在管内壁形成反射、折射与入射波系耦合，从而形成复杂的应力场分布及宏观变形，一定程度上还会降低疲劳性能，使得激光表面强化的应用并不理想。

因此，需要对现有的管状构件的激光表面强化加工工艺进行改进，用于包括航空液压导管在内的薄壁管状构件的激光表面强化处理，能够基本消除或减弱激光在管内壁形成反射、折射，避免与入射波系耦合，从而避免形成复杂的应力场分布及宏观变形，保证管状构件抗疲劳性能，最终降低使用故障率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种管状构件的激光表面处理方法及导波体，用于包括航空液压导管在内的薄壁管状构件的激光表面强化处理，能够基本消除或减弱激光在管内壁形成反射、折射，避免与入射波系耦合，从而避免形成复杂的应力场分布及宏观变形，保证管状构件抗疲劳性能，最终降低使用故障率。

本发明的管状构件的激光表面处理方法，包括下列步骤：

a.前期处理：

a1.确定管状构件须激光强化区域；

b.至少将管状构件须激光强化区域内部填充导波体，所述导波体具有可方便填充在管状构件须激光强化部位内部的物理特性以及具有将激光冲击波从管状构件内壁导出并吸收的物理特性；

c.对填充好的管状构件须激光强化区域进行激光强化表面处理。

进一步，步骤a中，还包括步骤a2，分析不同强化工艺对填充导波体和没有填充导波体的管状构件应力场分布和宏观变形影响规律。