一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置，涉及激光冲击强化领域。该装置包括：调Q脉冲激光器、含通孔窗口、光束整形系统、六自由度机械手、夹具、第一喷嘴以及多层吸波层结构；六自由度机械手连接夹具，夹具的下端夹住一待冲击强化的薄壁结构；调Q脉冲激光器发射激光束，使得激光束穿过含通孔窗口到达光束整形系统；光束整形系统将圆形光斑激光束转换为条状矩形光斑或椭圆形光斑，并照射薄壁结构的正面；在薄壁结构的正面还设置有铝箔吸收层；第一喷嘴设置于薄壁结构的正面处，以提供连续的水约束层；多层吸波层结构设置于薄壁结构的背面。本发明专利技术能够解决在激光冲击强化薄壁结构时，容易造成薄壁结构背面发生层裂现象的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置
本专利技术涉及激光冲击强化领域，尤其涉及一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置。
技术介绍
当前，激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。目前，作为薄壁结构的大多数工程材料的高应变率条件下抗压能力比抗拉能力强，它们往往可承受相当大的动态压应力，但不能承受较大的动态拉应力。因此在激光冲击强化时，需要控制好冲击波传播和反射特征使靶材正面获得塑性应变和残余压应力，又不能在靶材背面反射时产生强拉力波使靶材产生层裂。然而，在现有技术中，激光冲击强化薄壁结构时，由于冲击波在传播过程中衰减较小，当幅值很大的压力波传播到薄壁结构背面后产生波的反射作用时，冲击波由高压力波转换成强拉力波，尤其薄壁结构正面或背面存在大曲率曲面(曲率半径R较小，如小于6mm)时，存在冲击波和反射拉力波聚焦效应，当拉力波强度高于薄壁结构层裂强度时，薄壁结构背面就会产生层裂现象。可见，当前在激光冲击强化薄壁结构时，容易造成薄壁结构背面发生层裂现象，损坏薄壁结构。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置，以解决当前在激光冲击强化薄壁结构时，容易造成薄壁结构背面发生层裂现象，损坏薄壁结构的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，包括：调Q脉冲激光器、含通孔窗口、光束整形系统、六自由度机械手、夹具、第一喷嘴以及多层吸波层结构；所述六自由度机械手连接所述夹具，所述夹具的下端夹住一待冲击强化的薄壁结构；所述调Q脉冲激光器用于发射激光束，使得所述激光束穿过所述含通孔窗口到达所述光束整形系统；所述光束整形系统将圆形光斑的激光束转换为条状矩形光斑或椭圆形光斑，并照射所述薄壁结构的正面；在所述薄壁结构的正面还设置有铝箔吸收层；所述第一喷嘴设置于所述薄壁结构的正面处，以向所述薄壁结构的正面提供连续的水约束层；所述多层吸波层结构设置于所述薄壁结构的背面处。具体的，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面。具体的，所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和第二喷嘴；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面；所述第二喷嘴用于向薄壁结构的背面喷射连续流体；或者，所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和第二吸波材料层；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面，所述第二吸波材料层贴合于所述第一吸波材料层上；或者，所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和固定支撑体；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面，所述固定支撑体与所述第一吸波材料层贴合。具体的，所述第一吸波材料层和第二吸波材料层为声阻抗与薄壁结构的声阻抗之间的差值小于等于一预设声阻抗阈值的固体材料制成。具体的，所述固定支撑体为声阻抗与与薄壁结构的声阻抗之间的差值小于等于一预设声阻抗阈值的材料制成。进一步的，该激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，还包括一设置于所述薄壁结构下方的回收容器。具体的，所述光束整形系统产生的条状矩形光斑的长边长度与短边长度的比值大于等于3；所述短边长度为薄壁结构的正面和背面的曲率半径的较小值的10％至33％；所述光束整形系统产生的椭圆形光斑的长轴长度与短轴长度的比值大于等于3；所述短轴长度为薄壁结构的正面和背面的曲率半径的较小值的10％至33％。具体的，所述第一喷嘴提供的水约束层的厚度为1mm至2mm。具体的，所述铝箔吸收层的厚度为0.1mm至0.2mm。具体的，所述第二喷嘴喷射的连续流体为去离子水或全氟三丁胺，所述连续流体的厚度为1mm至4mm。一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法，应用于上述的激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，该方法包括：调Q脉冲激光器发射激光束穿过含通孔窗口到达光束整形系统；所述光束整形系统将所述圆形光斑的激光束转化为条状矩形光斑或椭圆形光斑，经过水约束层辐射到薄壁结构的正面上的铝箔吸收层，产生等离子体，进而等离子体膨胀爆炸产生冲击波；激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置控制六自由度机械手携带夹有待冲击强化的薄壁结构的夹具以预设运动轨迹进行运动，使得所述薄壁结构接收所述冲击波；多层吸波层结构接收经过薄壁结构的冲击波，并对所述冲击波进行吸收。具体的，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面。本专利技术实施例提供的一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂方法及装置，该激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置能够通过光束整形系统将调Q脉冲激光器发射的激光束转化为条状矩形光斑或椭圆形光斑，以照射附有水约束层和铝箔吸收层的薄壁结构，形成冲击波，进行激光冲击强化。同时，在薄壁结构的背面设置有多层吸波层结构。这样，由于条状矩形光斑宽度较窄，或椭圆形光斑短轴较短，小部分冲击波因曲率半径较小产生聚焦效应，降低反射拉力波强度；而通过多层吸波层结构，使大部分冲击波传入多层吸波层内被吸收能量，降低拉力波强度，从而避免了薄壁结构背面发生层裂现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中的薄壁结构处的结构放大示意图；图3为本专利技术实施例中的一种薄壁结构的示意图；图4为本专利技术实施例中的又一种薄壁结构的示意图；图5为本专利技术实施例中的另一种薄壁结构的示意图；图6为本专利技术实施例中的再一种薄壁结构的示意图；图7为本专利技术实施例中的一种多层吸波层结构的示意图；图8为本专利技术实施例中的又一种多层吸波层结构的示意图；图9为本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，其特征在于，包括：调Q脉冲激光器、含通孔窗口、光束整形系统、六自由度机械手、夹具、第一喷嘴以及多层吸波层结构；所述六自由度机械手连接所述夹具，所述夹具的下端夹住一待冲击强化的薄壁结构；所述调Q脉冲激光器用于发射激光束，使得所述激光束穿过所述含通孔窗口到达所述光束整形系统；所述光束整形系统将圆形光斑的激光束转换为条状矩形光斑或椭圆形光斑，并照射所述薄壁结构的正面；在所述薄壁结构的正面还设置有铝箔吸收层；所述第一喷嘴设置于所述薄壁结构的正面处，以向所述薄壁结构的正面提供连续的水约束层；所述多层吸波层结构设置于所述薄壁结构的背面处。

【技术特征摘要】
1.一种激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，其特征在于，包括：调Q脉冲激光器、含通孔窗口、光束整形系统、六自由度机械手、夹具、第一喷嘴以及多层吸波层结构；所述六自由度机械手连接所述夹具，所述夹具的下端夹住一待冲击强化的薄壁结构；所述调Q脉冲激光器用于发射激光束，使得所述激光束穿过所述含通孔窗口到达所述光束整形系统；所述光束整形系统将圆形光斑的激光束转换为条状矩形光斑或椭圆形光斑，并照射所述薄壁结构的正面；在所述薄壁结构的正面还设置有铝箔吸收层；所述第一喷嘴设置于所述薄壁结构的正面处，以向所述薄壁结构的正面提供连续的水约束层；所述多层吸波层结构设置于所述薄壁结构的背面处；所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和第二喷嘴；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面；所述第二喷嘴用于向薄壁结构的背面喷射连续流体；或者，所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和第二吸波材料层；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面，所述第二吸波材料层贴合于所述第一吸波材料层上；或者，所述多层吸波层结构包括：第一吸波材料层和固定支撑体；所述第一吸波材料层贴合于所述薄壁结构的背面，所述固定支撑体与所述第一吸波材料层贴合。2.根据权利要求1所述的激光冲击强化薄壁结构的防层裂装置，其特征在于，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径小于一预先设置的曲率半径阈值；所述薄壁结构的背面的曲率半径小于所述预先设置的曲率半径阈值；或者，所述薄壁结构的正面的曲率半径大于等于一预先设置的曲率半径阈值或者所述薄壁结构的正面为平面；所述薄壁结构的背面的曲率半径大于等于所述预先设置的曲率半径阈值，或者所述薄壁结构的背面为平面。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹世坤，吴俊峰，巩水利，曹子文，车志刚，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11