[发明专利]一种适用于均匀激光冲击的单光束双物理效应协调分配方法及其应用

说明书

本发明提供一种适用于均匀激光冲击的单光束双物理效应协调分配方法及其应用，属于激光冲击效应控制技术领域。本发明不规定具体的调节分配手段，只提供协调原则和方法。且本发明给出适用于液体约束条件的大批量激光冲击均匀强化的吸收层特征参数设定的普适性和系统性方法，从而方便相关技术人员快速获得符合其双物理效应的分配比例的液体约束激光冲击加工工艺，从而有利于激光冲击强化处理的开展和应用，因此具有良好的实际应用之价值。

技术领域

本发明属于激光冲击效应控制技术领域，具体涉及一种适用于均匀激光冲击的单光束双物理效应协调分配方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

脉冲激光可导致材料表面发生等离子体爆炸，从而形成GPa量级的冲击压力。以此为物理基础，研究人员发展了先进的激光冲击强化技术。然而，激光冲击过程中，靶材表面往往会发生一种“残余应力洞”现象，即激光光束的几何中心位置具有较小的残余压应力分布，甚至出现残余拉应力。“残余应力洞”的形成导致材料表面残余应力分布的不均匀，会对其服役性能产生不利影响。最大程度弱化“残余应力洞”效应成为研究人员需要解决的技术难题。

技术人员目前提出一种利用液体约束激光冲击过程中的空化效应来抑制或消除“残余应力洞”的新技术(CN 202010014492.5)，该技术挖掘液体约束条件下的激光冲击过程中的“等离子体冲击”以及“空化”两种物理效应，通过所述两种物理效应的发生强度的分配来实现材料表面的均匀强化或改性。发明人发现，如何精准分配和调节“等离子体冲击”以及“空化”两种效应在单次激光冲击过程中的作用强度是本领域技术人员将该技术真正应用于实际生产的技术关键。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于均匀激光冲击的单光束双物理效应协调分配方法及其应用。本发明提出适用于液体约束条件的大批量激光冲击均匀强化的吸收层特征参数设定的普适性和系统性方法，具有良好的实际应用之价值。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种适用于均匀激光冲击的单光束双物理效应协调分配方法，所述方法包括：

S1、确定固体约束层条件下，单光斑辐照区域的残余应力分布状态；

S2、设定多组具有不同液体约束层特征的激光冲击加工工艺，测定单光斑辐照区域的残余应力分布状态；

S3、以步骤S1所获得固体约束条件下的单光斑区域残余应力分布状态为基准，确定采用液体约束层时，可获得所述基准残余应力分布状态的液体约束层特征；

S4、在步骤S3的液体约束层特征的基础上，采用变化的液体约束层特征对材料表面进行激光冲击处理；

S5、对变化液体约束层特征的激光冲击处理后的材料表面的单光斑辐照区域进行残余应力的测试；

S6、通过对比所述基准残余应力分布状态与步骤S5获得的不同残余应力分布状态，确定具有最优的均匀强化效果的液体约束层特征；

S7、通过控制变量的方式，获得“等离子体冲击”与“空化”效应的发生强度之比由1：0向0.5：0.5转变时，液体约束层特征的变化规律；

S8、获得以多光斑区域激光冲击均匀强化为目标时，所需改变的液体约束层特征条件的调整原则。

本发明的第二个方面，提供上述单光束双物理效应协调分配方法在材料表面强化处理中的应用；

所述材料表面强化处理具体为激光冲击强化处理技术；

激光冲击过程采用ns量级及更快的(ps量级、fs量级)超快脉冲激光光束。