[发明专利]双光束协同的激光冲击波结合力检测装置及方法

说明书

本申请提供一种双光束协同的激光冲击波结合力检测方法以及适用于该方法的检测装置，属于激光应用技术领域，通过将现有的单光束改进为双光束，用改进后的双光束按照预设的协同方式冲击待检测复合材料胶粘部件，随后用超声波无损检测装置检测经双光束冲击的区域是否存在层裂缺陷，以此来判断待检测复合材料粘接位置是否满足粘接力标准，本申请的冲击方式包括单面双束延时冲击、双面双束正对冲击和双面双束正对延时冲击三种方式，可检测位于复合材料部件不同深度处胶粘界面的结合力，整个检测方法原理简单、激光参数要求低、操作简易、通用性强、检测快速准确，可适用于树脂基复合材料部件任意深度位置胶粘界面的结合力检测。

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种双光束协同的激光冲击波结合力检测方法。

背景技术

激光冲击波结合力检测技术(Laser Bond Inspection,LBI)，是一种新型界面结合力检测技术，是利用高功率纳秒脉冲激光辐照材料表面，材料表面吸收保护层(黑胶带、铝箔等)吸收激光能量，快速发生爆炸性气化蒸发，形成高压等离子体冲击波，冲击波首先以压缩波形式向材料内部传播，但在背面反射后转变为拉伸波，反射拉伸波会与压缩波的卸载波耦合、并作用于胶粘界面，当耦合拉应力值超过粘接界面的结合强度，即会在该处发生层裂现象，从而可根据拉伸波应力值和层裂现象判断材料结合力是否满足设计标准。激光冲击波结合力检测技术是激光冲击强化技术的衍生技术，后者是利用激光冲击波第一波程(入射压缩波)对金属材料进行表面塑性加工，而后者是利用激光冲击波第二波程(反射拉伸波)对树脂基复合材料胶粘界面进行拉伸检测。激光冲击波结合力检测技术既可以检测复合材料粘接界面的结合力，还可以检测涂层/薄膜、异种材料连接的界面结合力，尤其在复合材料胶粘界面“吻接”和“弱粘接”检测上具有独特优势，在飞机树脂基复合材料、飞机/发动机各部件功能性涂层/薄膜上具有很大应用前景。

激光冲击波结合力检测所能检测的界面位置，取决于反射拉伸波会与压缩波的卸载波的耦合位置。实际工程中，飞机树脂基复合材料部件可能由不同厚度层合板胶粘而成，胶粘界面就会处于不同深度。当需要检测不同胶粘形式复合材料部件，即指胶粘界面位于复合材料部件不同深度处，就需要调控反射拉伸波会与卸载波的耦合位置。根据激光冲击波在复合材料内部的传播规律可知，反射波与卸载波的耦合位置主要取决于激光脉冲宽度，与激光能量、光斑大小等参数无关。但是，目前国内用于激光冲击强化、激光冲击波结合力检测的纳秒脉冲激光器绝大部分都是脉宽固定式，少数脉宽可调幅度也仅为几纳秒，反射拉伸波会与卸载波的耦合位置基本是固定的，导致只能检测特定深度的胶粘界面，无法满足不同胶粘形式复合材料的检测需求。

因此，亟需一种可适用于在脉宽固定式纳秒脉冲激光束条件下，任意深度位置胶粘界面的激光冲击波结合力检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双光束协同的激光冲击波结合力检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1：通过有限元软件进行待检测复合材料胶粘部件单束激光冲击波传播动态仿真，获得待检测复合材料胶粘部件内部单束激光冲击波的衰减规律和反射规律；

S2：依据两束激光冲击波拉应力波耦合位置与胶粘界面的关系，设计双光束协同冲击方式，胶粘界面位于＞1/2深度采用单面双束延时冲击，胶粘界面位于1/2深度采用双面双束正对冲击，胶粘界面位于＜1/2深度采用双面双束正对延时冲击；再根据耦合位置应力值与结合力标准的大小关系，进行激光能量、光斑大小的设计，调节初始冲击波压力幅值，使耦合位置应力值等于结合力标准；

S3：在复合材料胶粘部件上依次施加吸收保护层和约束层，根据步骤S2设定脉冲激光的能量、光斑大小，并根据步骤S2确定的冲击方式对待检测复合材料胶粘部件进行双光束协同冲击；

S4：利用超声波无损检测装置对待检测复合材料胶粘部件进行内部层裂缺陷检测，判断胶粘部件内是否有异常回波，若是，则粘接力不满足标准，若否，则粘接力满足标准。