[发明专利]一种具有离焦量的双物理效应脉冲激光冲击方法

说明书

本发明涉及一种具有离焦量的双物理效应脉冲激光冲击方法，属于激光加工技术领域。通过提前对试样材料进行激光空化试验确定最优激光参数和实际加工液体介质厚度，然后采用确定的最优激光参数和实际加工液体介质厚度对待加工材料进行激光冲击处理。本发明通过改变激光冲击工艺条件调节“空化效应”作用强度，在脉冲激光诱导的“等离子体冲击效应”作用强度不发生明显变化的工艺条件范围内，采用对“空化效应”定量调节的方式来实现脉冲激光冲击冲击过程中“等离子体冲击”与“空化”两种物理效应的协同调配，使液体约束激光冲击单光斑范围的残余应力分布水平更协调和均匀。

技术领域

本发明涉及一种具有离焦量的双物理效应脉冲激光冲击方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

激光冲击强化是一种新型表面强化技术，该技术采用短脉冲激光为介质，利用激光诱导冲击波的力学效应，在金属表面形成较大、较深的残余压应力和组织结构变化，从而显著提高金属材料抗疲劳、抗应力腐蚀和抗微动磨损等服役性能。在激光冲击强化生产和加工中，为了降低设备成本，往往采用圆光斑激光器。

激光冲击过程中，激光光束的能量分布一般采用平顶或高斯形式，理论上，激光能量分布为平顶分布时，圆光斑辐照区域获得相等的冲击压力，激光能量分布为高斯分布时，圆光斑辐照的中心区域获得最大的冲击压力。然而，实际操作过程中不论激光光束的能量分布方式为上述的哪一种，光斑的中心往往并不是残余压应力最大值位置，相反，光斑中心仅会形成较低的残余压应力，即形成“残余应力洞”现象。“残余应力洞”的出现影响激光冲击处理的强化效果，造成残余应力场分布不均，影响材料抗疲劳、抗腐蚀性能，而且不利于激光能量的充分利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有离焦量的双物理效应脉冲激光冲击方法，通过改变激光冲击工艺条件调节“空化效应”作用强度，在脉冲激光诱导的“等离子体冲击效应”作用强度不发生明显变化的工艺条件范围内，采用对“空化效应”定量调节的方式来实现脉冲激光冲击冲击过程中“等离子体冲击”与“空化”两种物理效应的协同调配，使液体约束激光冲击单光斑范围的残余应力分布水平更协调和均匀。

本发明的技术方案如下：

一种具有离焦量的双物理效应脉冲激光冲击方法，步骤如下：

(1)搭建激光诱导空化试验装置，激光诱导空化试验装置包括激光冲击实验平台，激光冲击实验平台为现有常规使用激光冲击实验平台，激光冲击实验平台上设置试样材料，试样材料表面设置涂覆装置，涂覆装置内设置液体介质。

(2)启动激光器进行激光空化试验，调整激光参数，使液体介质内的空化泡形成强度最大，空化泡形成强度最大时对应的激光参数为最优激光参数，当空化泡形成强度最大时，空化效应形成的冲击压力最大；

(3)激光冲击实验平台上重新设置试样材料，采用步骤(2)中的最优激光参数，调整不同的液体介质厚度进行激光空化试验，观测空化泡的位置与试样材料的相对距离，测试空化泡位置与试样材料的相对距离在1-3mm时激光空化的试样材料的性能变化，在1-3mm这个范围内，空化效应对材料表面才能产生表面冲击的效果，并且作用效果在这个范围内变化，性能提高最大的试样材料对应最优相对距离，最优相对距离对应的液体介质厚度为最优液体介质厚度；

(4)激光冲击实验平台上重新设置试样材料，试样材料表面涂覆吸收层，采用步骤(2) 中的最优激光参数，步骤(3)中的最优液体介质厚度进行激光冲击处理，然后对获得的试样材料表面的单光斑区域内的残余应力进行测量和判断，判断原则为：

获得的残余应力分布状态中，当显示单光斑的中心区域相对于周边区域具有相同或较低程度的残余压应力分布时，则实际加工液体介质厚度选择目前确定的最优液体介质厚度，当显示单光斑的中心区域相对于周边区域具有更高程度的残余压应力分布时，则进入下一步，继续调整液体介质厚度。