[发明专利]一种基于激光冲击波技术改变裂纹扩展路径的方法及装置

说明书

本发明公开一种基于激光冲击波技术改变裂纹扩展路径的方法及装置，属于金属构件表面处理技术领域。该方法首先将待处理金属构件的强化位置表面进行脱脂、去污、打磨、清洗并干燥，利用激光诱导冲击波的方法，强化处理金属构件的裂纹表面，改变金属构件表面应力强度的分布情况，从而达到改变裂纹扩展路径的目的。实现该方法的装置包括激光发生器、导光分光系统、喷水系统、工件夹具系统及控制系统。本发明方法不但可以改变金属构件裂纹的扩展路径，而且可以提高金属构件表面的强度、硬度以及表面的残余压应力，增加金属构件的抗应力腐蚀能力和疲劳寿命，本发明装置具有结构简单、操作方便、能耗少、效率高的特点。

技术领域：

本发明属于金属构件表面处理技术领域，具体涉及一种利用激光诱导冲击波技术强化处理含裂金属构件表面以改变裂纹扩展路径的方法及装置，从而延长金属薄板类构件的剩余疲劳寿命，特别适合于改变变截面薄板类金属构件上裂纹扩展路径。

背景技术：

金属薄板由于其重量较轻、易于成形为复杂形状的构件等优点被广泛地用在航空、汽车等领域。当构件出现微裂纹后，在疲劳载荷作用下，裂纹将会沿着截面强度较小和拉应力较大的路径扩展，从而导致构件过早失效，致使设备提前报废。裂纹扩展路径的长短对应着构件的剩余疲劳寿命的长短，因此在构件裂纹萌生后，采取有效的方法改变裂纹的扩展路径，对延长构件的剩余疲劳寿命和使用寿命有着很大的工程应用价值。

专利CN103868786A提供一种预测疲劳裂纹扩展规律的方法，介绍了一种根据一段时间内对裂纹扩展情况的跟踪观测，推断裂纹扩展规律，预测构件寿命的方法，此专利提供了一种预测疲劳裂纹扩展快慢的方法，但没有涉及到裂纹扩展路径对剩余疲劳寿命的影响。发明专利CN105067396A介绍一种控制金属构件疲劳裂纹扩展路径的方法，该方法是通过改变试样的几何形状特征来控制疲劳裂纹前缘的应力分布，从而来控制裂纹的扩展路径，该方法解决了试样疲劳裂纹扩展路径在表面的扩展长度与内部的扩展长度不一致的问题，但不涉及到采用表面处理的方法来改变裂纹的扩展路径，它的适用范围也十分有限。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于激光冲击波技术改变裂纹扩展路径的方法及装置，以延长含裂构件的剩余疲劳寿命，本发明提供的一种基于激光冲击波技术的改变裂纹扩展路径的方法，该方法具体步骤如下：

(1)微裂纹在薄板类的金属构件24上形成以后，在循环疲劳载荷的作用下，裂纹容易在应力较大或强度较低的区域扩展，通过计算分析，确定裂纹扩展的方向。

(2)根据裂纹扩展方向，在裂纹前端和应力较大的一侧，确定激光冲击强化的位置，并对所述金属构件24上两侧待强化处理区域进行脱脂、去污、打磨、清洗并干燥。

(3)在金属构件24两侧待强化处理区域上分别涂覆黑漆作为激光的第一能量吸收层12及第二能量吸收层21，然后将带有能量吸收层的金属构件24装夹在夹具25上，夹具25固定在工作台26上。

(4)通过控制器2调整工作台26的位置，使金属构件24两侧待强化的区域分别对着第一激光冲击头9和第二激光冲击头18；打开第一喷水头22和第二喷水头23，流水在金属构件24的两侧形成第一约束层11和第二约束层20。