一種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光沖擊強(qiáng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，提高金屬材料的 抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術(shù)。它具有非接觸、無(wú)熱影響區(qū)、可控性強(qiáng)以及 強(qiáng)化效果顯著等突出優(yōu)點(diǎn)。目前，作為薄壁結(jié)構(gòu)的大多數(shù)工程材料的高應(yīng)變率條件下抗壓 能力比抗拉能力強(qiáng)，它們往往可承受相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)壓應(yīng)力，但不能承受較大的動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力。 因此在激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，需要控制好沖擊波傳播和反射特征使靶材正面獲得塑性應(yīng)變和殘 余壓應(yīng)力，又不能在靶材背面反射時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)拉力波使靶材產(chǎn)生層裂。
[0003] 然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)，由于沖擊波在傳播過(guò)程中衰減較 小，當(dāng)幅值很大的壓力波傳播到薄壁結(jié)構(gòu)背面后產(chǎn)生波的反射作用時(shí)，沖擊波由高壓力波 轉(zhuǎn)換成強(qiáng)拉力波，尤其薄壁結(jié)構(gòu)正面或背面存在大曲率曲面（曲率半徑R較小，如小于6mm) 時(shí)，存在沖擊波和反射拉力波聚焦效應(yīng)，當(dāng)拉力波強(qiáng)度高于薄壁結(jié)構(gòu)層裂強(qiáng)度時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu) 背面就會(huì)產(chǎn)生層裂現(xiàn)象。
[0004] 可見(jiàn)，當(dāng)前在激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)，容易造成薄壁結(jié)構(gòu)背面發(fā)生層裂現(xiàn)象，損 壞薄壁結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂方法及裝置，以解決當(dāng) 前在激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)，容易造成薄壁結(jié)構(gòu)背面發(fā)生層裂現(xiàn)象，損壞薄壁結(jié)構(gòu)的問(wèn) 題。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂裝置，包括:調(diào)Q脈沖激光器、含通孔窗口、光 束整形系統(tǒng)、六自由度機(jī)械手、夾具、第一噴嘴以及多層吸波層結(jié)構(gòu)；
[0008] 所述六自由度機(jī)械手連接所述夾具，所述夾具的下端夾住一待沖擊強(qiáng)化的薄壁結(jié) 構(gòu)；
[0009] 所述調(diào)Q脈沖激光器用于發(fā)射激光束，使得所述激光束穿過(guò)所述含通孔窗口到達(dá) 所述光束整形系統(tǒng)；
[0010] 所述光束整形系統(tǒng)將圓形光斑的激光束轉(zhuǎn)換為條狀矩形光斑或橢圓形光斑，并照 射所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面;在所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面還設(shè)置有鋁箱吸收層；
[0011]所述第一噴嘴設(shè)置于所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面處，以向所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面提供連續(xù) 的水約束層；
[0012] 所述多層吸波層結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面處。
[0013] 具體的，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑小于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值;所述 薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑大于等于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值，或者所述薄壁結(jié)構(gòu)的 背面為平面；
[0014] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑大于等于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值或者 所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面為平面;所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑小于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半 徑閾值；
[0015] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑小于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值;所述薄 壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑小于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值；
[0016] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑大于等于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值或者 所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面為平面;所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑大于等于所述預(yù)先設(shè)置的曲 率半徑閾值，或者所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面為平面。
[0017] 具體的，所述多層吸波層結(jié)構(gòu)包括:第一吸波材料層和第二噴嘴;所述第一吸波材 料層貼合于所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面;所述第二噴嘴用于向薄壁結(jié)構(gòu)的背面噴射連續(xù)流體；
[0018] 或者，所述多層吸波層結(jié)構(gòu)包括:第一吸波材料層和第二吸波材料層;所述第一吸 波材料層貼合于所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面，所述第二吸波材料層貼合于所述第一吸波材料層 上；
[0019] 或者，所述多層吸波層結(jié)構(gòu)包括:第一吸波材料層和固定支撐體;所述第一吸波材 料層貼合于所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面，所述固定支撐體與所述第一吸波材料層貼合。
[0020] 具體的，所述第一吸波材料層和第二吸波材料層為聲阻抗與薄壁結(jié)構(gòu)的聲阻抗之 間的差值小于等于一預(yù)設(shè)聲阻抗閾值的固體材料制成。
[0021] 具體的，所述固定支撐體為聲阻抗與與薄壁結(jié)構(gòu)的聲阻抗之間的差值小于等于一 預(yù)設(shè)聲阻抗閾值的材料制成。
[0022] 進(jìn)一步的，該激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂裝置，還包括一設(shè)置于所述薄壁結(jié) 構(gòu)下方的回收容器。
[0023] 具體的，所述光束整形系統(tǒng)產(chǎn)生的條狀矩形光斑的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度與短邊長(zhǎng)度的比值大 于等于3;所述短邊長(zhǎng)度為薄壁結(jié)構(gòu)的正面和背面的曲率半徑的較小值的10%至33%;
[0024] 所述光束整形系統(tǒng)產(chǎn)生的橢圓形光斑的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度與短軸長(zhǎng)度的比值大于等于3; 所述短軸長(zhǎng)度為薄壁結(jié)構(gòu)的正面和背面的曲率半徑的較小值的10%至33%。
[0025] 具體的，所述第一噴嘴提供的水約束層的厚度為1mm至2_。
[0026] 具體的，所述錯(cuò)箱吸收層的厚度為0.1mm至0.2mm。
[0027] 具體的，所述第二噴嘴噴射的連續(xù)流體為去離子水或全氟三丁胺，所述連續(xù)流體 的厚度為lmm至4mm 〇
[0028] -種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂方法，應(yīng)用于上述的激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu) 的防層裂裝置，該方法包括：
[0029] 調(diào)Q脈沖激光器發(fā)射激光束穿過(guò)含通孔窗口到達(dá)光束整形系統(tǒng)；
[0030] 所述光束整形系統(tǒng)將所述圓形光斑的激光束轉(zhuǎn)化為條狀矩形光斑或橢圓形光斑， 經(jīng)過(guò)水約束層輻射到薄壁結(jié)構(gòu)的正面上的鋁箱吸收層，產(chǎn)生等離子體，進(jìn)而等離子體膨脹 爆炸產(chǎn)生沖擊波；
[0031] 激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂裝置控制六自由度機(jī)械手?jǐn)y帶夾有待沖擊強(qiáng)化 的薄壁結(jié)構(gòu)的夾具以預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使得所述薄壁結(jié)構(gòu)接收所述沖擊波；
[0032] 多層吸波層結(jié)構(gòu)接收經(jīng)過(guò)薄壁結(jié)構(gòu)的沖擊波，并對(duì)所述沖擊波進(jìn)行吸收。
[0033] 具體的，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑小于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值;所述 薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑大于等于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值，或者所述薄壁結(jié)構(gòu)的 背面為平面；
[0034] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑大于等于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值或者 所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面為平面;所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑小于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半 徑閾值；
[0035] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑小于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值;所述薄 壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑小于所述預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值；
[0036] 或者，所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面的曲率半徑大于等于一預(yù)先設(shè)置的曲率半徑閾值或者 所述薄壁結(jié)構(gòu)的正面為平面;所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面的曲率半徑大于等于所述預(yù)先設(shè)置的曲 率半徑閾值，或者所述薄壁結(jié)構(gòu)的背面為平面。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光沖擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂方法及裝置，該激光沖 擊強(qiáng)化薄壁結(jié)構(gòu)的防層裂裝置能夠通過(guò)光束整形系統(tǒng)將調(diào)Q脈沖激光器發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)化 為條狀矩形光斑或橢圓形光斑，以照射附有水約束層和鋁箱吸收層的薄壁結(jié)構(gòu)，形成沖擊 波，進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。同時(shí)，在薄壁結(jié)構(gòu)的背面設(shè)置有多層吸波層結(jié)構(gòu)。這樣，由于條狀矩 形光斑寬度較窄，或橢圓形光斑短軸較短，小部分沖擊波因曲率半徑較小產(chǎn)生聚焦效應(yīng)，降 低反射拉力波強(qiáng)度;而通過(guò)多層吸波層結(jié)構(gòu)，使大部分沖擊波傳入多層吸波層內(nèi)被吸收能 量，降低拉力波強(qiáng)度，從而避免了薄壁結(jié)構(gòu)背面發(fā)生層裂現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使