[发明专利]一种基于液体约束层特征调整的激光冲击“空化”效应控制方法及其应用

权利要求书

1.一种基于液体约束层特征调整的激光冲击“空化”效应控制方法，其特征在于，所述方法包括对液体约束条件下激光冲击过程中的液体约束层特征的变化对“等离子体冲击”与“空化”两种物理效应的作用规律进行实时监测，并将作用规律及时反馈到激光冲击工艺参数的调整工序，从而满足激光冲击过程中的双物理效应的定量调节需求；

所述液体约束层特征包括液体约束层厚度、材质和粘度；

当所述液体约束层特征为液体约束层厚度时，所述方法包括：

S1、随机确定两个约束层厚度的常规数值，观测两个不同液体约束层厚度激光冲击过程中的空化泡体积变化；

S2、寻找出空化泡体积变化相对较大的工艺，该工艺对应的约束层厚度若是两个约束层厚度中较大者，则进入步骤S3，反之则进入步骤S4；

S3、继续增大较大约束层厚度并进行激光冲击处理，直至观测到约束层厚度增大某数值后的空化泡体积变化开始下降，确定该约束层厚度数值为空化泡体积变化最大时的约束层厚度的数值“h_{空化（max）}”；若可执行，则进入步骤S6；若无法执行该步骤，则进入步骤S5；

S4、继续减小较小约束层厚度并进行激光冲击处理，直至观测到约束层厚度减小某数值后的空化泡体积变化开始下降，确定该约束层厚度数值为空化泡体积变化最大时的约束层厚度的数值“h_{空化（max）}”；若可执行，则进入步骤S6；若无法执行本步骤，则进入步骤S5；

S5、若步骤S3和步骤S4均未得到空化泡体积变化最大时的约束层厚度，则所述“h_{空化（max）}”处于步骤S 1所选择的两个约束层厚度之间，可在所述两个约束层厚度中间变化参数，直至确定所述的空化泡体积变化最大时的约束层厚度的数值“h_{空化（max）}”；

S6、利用所确定的空化效应最强时的液体约束层厚度“h_{空化（max）}”对待加工材料进行激光冲击处理，并测试单光斑辐照区域的表面残余应力分布状态；

S7、表征步骤S6所获得残余应力分布状态，若不存在残余应力分布不均匀现象或存在的残余应力分布不均匀现象为“残余应力洞”，则确定均匀激光冲击表面加工的约束层厚度应为“h_{空化（max）}”，并进入步骤S9；若存在残余应力分布不均匀现象，且为“反‘残余应力洞’”，则进入步骤S8；

S8、根据加工的便捷性，选择减小或增大约束层厚度，并利用变化的约束层厚度对待加工材料进行激光冲击处理，直至选择的约束层厚度“h_{空化（弱）}”激光冲击后的材料表面不出现“反‘残余应力洞’”；

S9、基于目前确定的液体约束层厚度，实现双物理效应合理控制状态下的均匀激光冲击表面加工。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，观测手段采用高速摄像技术或其他可观测激光冲击中空化效应效果的现有技术。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用包括X射线衍射的方法来进行残余应力的测试与表征。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S7中，判断材料表面单光斑辐照区域的残余应力分布的均匀性是通过光束中心与周边区域的残余应力的差值来表征“残余应力洞”的有无或发生程度实现的；

具体的，若光束中心的残余压应力水平较周边区域低，则所述残余应力分布不均匀形式为“残余应力洞”；若光束中心的残余压应力水平较周边区域高，则所述残余应力分布不均匀形式为“反‘残余应力洞’”。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中，该步骤要求根据实际加工条件判断约束层厚度的变化趋势，若约束层厚度的减小易实现，则选择逐步减小的约束层厚度进行激光冲击处理，直至消除“反‘残余应力洞’”。