[发明专利]一种激光冲击强化标印方法

说明书

本发明涉及一种激光冲击强化标印方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、根据金属零组件所需凹痕和压应力，通过abaqus仿真模拟出激光冲击强化标印，确定激光冲击强化标印所需的初始激光参数；(2)、对金属零组件进行表面洁净处理，再在金属零组件表面依次添加吸收层和约束层；(3)、将步骤(1)中确定的初始激光参数输入激光标印设备，对金属零组件进行激光冲击；(4)、对步骤(3)中金属零组件表面冲击出的标印进行检测；(5)、根据步骤(4)的检测结果，重复步骤(1)，对初始激光参数进行优化；(6)确定最终激光参数。本发明可有效消除传统激光标印中易产生的缺点；且本发明可使标印区域获得抗疲劳性能的强化效果。

技术领域

本发明属于利用激光冲击强化表面处理方法，具体设计一种激光冲击强化标印方法。

背景技术

激光冲击强化标印是激光冲击强化表面处理方式运用的一个分支，是一种使用强脉冲激光辐照金属表面，产生高幅值等离子体冲击波对金属表面强化的新技术。其原理为当高功率密度、短脉冲的激光束透过约束层，作用于金属材料表面的涂层，涂层吸收激光能量气化产生等离子体，形成高强度冲击波作用于金属表面，形成压应力。从而在金属零件表面留下冲击坑，深度为几个微米到十几微米。对材料是否进行表面处理无明显需求。激光冲击强化标印的关键特征在于使用高强度压力脉冲,这种脉冲超过金属零件的屈服强度，短时间内在零件表面压出凹槽；不存在明显温度变化，不会对材料表面产生热效应；不存在材料移除，标印表面也没有发生化学变化；同时，零件表面的高压应力能有效抵抗疲劳失效和应力侵蚀裂缝失效，因此该标印方法同时也适用于关键零部件的标印，将会在航空航天、精密器件有极为重要的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种激光冲击强化标印方法，该方法可有效消除传统激光标印中易产生的缺点：重熔层、残余拉应力、在标印处形成疲劳源(在交变应力作用下，产生裂纹甚至断裂)。且该发明可使标印区域获得对抗疲劳性能的强化效果。

本发明通过如下技术方案实现。

一种激光冲击强化标印方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、根据金属零组件所需凹痕和压应力，通过abaqus仿真模拟出激光冲击强化标印，并进行金属表层微观组织分析、金属表面凹坑轮廓分析、字符尺度精度辨识度分析、激光冲击强化凹痕的疲劳性分析，确定激光冲击强化标印所需的初始激光参数；仿真模拟出的凹坑组成的标印满足肉眼可见；

(2)、对金属零组件进行表面洁净处理，使其表面没有明显污垢，并防止金属零组件与吸收层形成气泡，再在金属零组件表面依次添加吸收层和约束层；

(3)、将步骤(1)中确定的初始激光参数输入激光标印设备，对金属零组件进行激光冲击，采用激光光斑在金属零组件表面进行连续搭建，形成激光强化标印；

(4)、对步骤(3)中金属零组件表面冲击出的标印进行检测，包括标印的凹坑深度以及金属零组件的抗疲劳性能的能力；

(5)、根据步骤(4)的检测结果，重复步骤(1)，对初始激光参数进行优化；

(6)、重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)，直至步骤(4)的中标印检测结果满足生产要求，确定最终激光参数，将最终激光参数输入激光标印设备后可对金属零组件进行批量标印。

进一步，所述步骤(3)还包括激光冲击强化标印的研制，根据仿真所得的初始激光参数，设计出符合所需激光光斑大小和激光能量的专用的加工头。

进一步，所述步骤(4)中还包括对标印的肉眼识别清晰度的检测。

进一步，约束层的材料包括K9光学玻璃、有机玻璃和水流层。约束层能有效增强激光诱导的冲击波的峰值压力,延展冲击波的脉宽。对于要求单次标印效果要求教高时使用玻璃效果更好。对于工业化使用要求时水流层成本更低。

进一步，吸收层的材料包括黑漆、铝箔和黑胶带。