[发明专利]一种用于激光冲击孔结构的边缘质量控制方法

说明书

本发明涉及一种用于激光冲击孔结构的边缘质量控制方法，包括测量零件待强化孔的孔径和孔深，制备出高度和底面直径略大于待强化孔尺寸的软质弹性圆柱芯；将铝箔胶带平铺粘贴覆盖整个待强化孔，排除铝箔胶带与零件之间的空气；切除待强化孔内悬空的铝箔胶带，并保留待强化孔内剩余一定宽度的铝箔胶带；沿铝箔胶带一周切开规则缺口，再对待强化孔边倒角部分铝箔胶带进行压合；将制备的软质弹性圆柱芯旋入待强化孔内，调整并使软质弹性圆柱芯的高度略超出待强化孔边缘高度；将零件装夹在机械手上，机械手随强化点位的周期变化，直至完成零件的激光冲击强化。本发明步骤简单，操作便捷，效果显著，能够有效解决激光冲击强化过程中的孔边质量控制问题。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化技术领域，特别是涉及一种用于激光冲击孔结构的边缘质量控制方法。

背景技术

激光冲击强化是一种先进的材料表面改性技术，采用一束高能量、短脉冲激光周期性轰击覆盖有吸收层和约束层的金属材料表面，诱导产生高幅值、大深度残余压应力，提高其抗疲劳、耐磨损等综合力学性能，被越来越广泛地应用于框、梁、孔等典型航空构件的疲劳增寿。

激光冲击过程通常采用“激光→去离子水→铝箔胶带→零件”的结构，去离子水主要起约束等激光诱导离子冲击波向外扩散，增大冲击波峰值压力的作用；铝箔胶带则主要起吸收脉冲激光能量，以及防止零件表面烧蚀的作用。然而，铝箔胶带粘贴过程中若与待强化表面存在气泡、褶皱，或者铝箔胶带粘贴于零件的边缘区域，激光冲击过程中则易出现铝箔破损，造成零件表面烧蚀，影响激光冲击强化效果。

当采用激光冲击孔边缘时，若铝箔胶带直接平铺覆盖粘贴，孔边缘吸收层则处于悬空状态；若铝箔胶带弯折90°粘贴于孔内壁，孔边缘则不可避免地留有局部气泡，在后续激光冲击过程中，由于冲击波的峰值压力高达数吉帕级，铝箔胶带极其容易破损。即使铝箔胶带粘贴达到绝对无气泡，由于冲击力的剪切作用，也会导致边缘铝箔胶带剪切撕裂。当铝箔胶带损坏后，激光将直接轰击在零件表面，造成零件表面烧蚀，影响零件最终表面质量，且对其残余应力分布亦会产生不利影响。

通过检索发现，专利CN111235381A公开了一种孔壁强化的防损伤方法及其装置，其针对对象主要为孔壁，且其防护方法室通过遮挡，减少倾斜入射激光的反射，从而防止对称面损伤。

激光强化航空典型孔结构的服役可靠性和安全性与冲击过程的质量控制具有密切的关系。铝箔胶带作为激光强化过程的吸收层，一方面在冲击中吸收激光能量，还发挥着保护零件表面不被烧蚀的重要作用。然而，在实际激光冲击强化过程中，由于铝箔胶带粘贴过程中的弯折、气泡、褶皱，激光冲击强化过程中铝箔胶带极易破损，产生烧蚀，影响强化质量。由于孔边缘几何特性的突变，铝箔胶带粘贴时将不可避免地出现悬空或弯折，强化过程中铝箔胶带极易破损，引起表面烧蚀，破坏表面完整性。然而孔结构具有较高的应力集中系数，在其服役过程中，孔边缘将承受远比外加载荷大的载荷，极易成为裂纹萌生区域，影响服役寿命。

鉴于此，如何提出一种孔边缘激光冲击强化的防铝箔胶带破损方法，进而提高孔边缘的激光冲击强化效果是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种用于激光冲击孔结构的边缘质量控制方法，包括：零件孔径测量及软质弹性圆柱芯制备、采用铝箔胶带粘贴及孔边缘处修饰、软质弹性圆柱芯与零件孔机械过盈装配以及含孔边缘区域的孔表面激光冲击强化等步骤。提高孔边缘质量强化的效果。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种用于激光冲击孔结构的边缘质量控制方法，包括如下步骤：

步骤一：测量零件待强化孔的孔径和孔深，并依据此尺寸制备出高度和底面直径略大于待强化孔尺寸的软质弹性圆柱芯；