CN101126117A - 一种孔结构的激光冲击处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光加工技术，涉及对孔结构激光冲击处理方法的改进。激光冲击处理的步骤如下：放置芯棒或者衬套；设置吸收层和约束层；激光冲击处理；清理吸收层和约束层；从被处理孔结构中取出芯棒或者衬套。本发明能提高孔角部位的强化效果，从而提高了飞机的结构寿命。特别是对于直径小于2.5mm的小孔，现有技术难以对其进行强化处理，本发明解决了对小孔实施强化的难题。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术，涉及对孔结构激光冲击处理方法的改进。
背景技术
航空飞机上拥有数以万计的孔结构，这些孔结构成为典型的应力集中结构细节，在交变载荷作用下极易产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹源多分布于孔角边缘处，对整机的疲劳性能影响很大。目前，对孔结构的强化手段为喷丸和冷挤压，但对于2.5mm以下的孔结构，喷丸和冷挤压工艺的强化效果不理想。美国曾经采用激光冲击处理的办法对孔结构进行强化。其方式为通过稍大于孔直径的环形光斑对孔结构进行同心冲击处理。为避免孔洞对压力的释放和孔角产生变形，环形光斑仅在孔角外围进行冲击处理。这种方法对孔角的强化效果不明显。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能提高孔角部位强化效果的孔结构激光冲击处理方法。
本发明的技术方案是：一种孔结构的激光冲击处理方法，使用输出峰值功率为109W以上的强脉冲激光器对孔结构进行冲击处理，处理时在被处理孔结构的表面涂敷吸收激光的黑漆或者墨汁涂料、或者粘贴铝箔胶带作为吸收层，吸收层的厚度为0.01～0.02mm；在上述吸收层的上面设置对激光透明的约束层，约束层的厚度为1～2mm，约束层采用去离子水、玻璃、透明胶或者硅油其中之一；其特征在于，激光冲击处理的步骤如下：
1、放置芯棒或者衬套；向被激光冲击处理的孔内放置与孔直径相等的、由不低于被处理孔结构硬度的材料制成的芯棒或者衬套，芯棒或者衬套的上表面与被处理孔结构的表面齐平；
2、设置吸收层和约束层；按照上述要求在被处理表面设置吸收层和约束层；
3、激光冲击处理；按照下述步骤之一进行处理：
3.1、当圆形或者环形激光光斑能覆盖被处理孔结构的直径时，直接对被处理孔结构进行同心覆盖冲击处理；
3.2、当被处理孔结构的直径大于激光光斑时，采用光斑沿孔结构圆周搭接的方法进行冲击处理；
4、清理吸收层和约束层；将被处理孔结构表面的吸收层和约束层清理干净；
5、从被处理孔结构中取出芯棒或者衬套。
本发明的优点是：能提高孔角部位的强化效果，从而提高了飞机的结构寿命。特别是对于直径小于2.5mm的小孔，现有技术难以对其进行强化处理，本发明解决了对小孔实施强化的难题。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。本发明的孔结构的激光冲击处理方法，使用输出峰值功率为109W以上的强脉冲激光器对孔结构进行冲击处理，处理时在被处理孔结构的表面涂敷吸收激光的黑漆或者墨汁涂料、或者粘贴铝箔胶带作为吸收层，吸收层的厚度为0.01～0.02mm；在上述吸收层的上面设置对激光透明的约束层，约束层的厚度为1～2mm，约束层采用去离子水、玻璃、透明胶或者硅油其中之一；其特征在于，激光冲击处理的步骤如下：
1、放置芯棒或者衬套；向被激光冲击处理的孔内放置与孔直径相等的、由不低于被处理孔结构硬度的材料制成的芯棒或者衬套，芯棒或者衬套的上表面与被处理孔结构的表面齐平。
2、设置吸收层和约束层；按照上述要求在被处理表面设置吸收层和约束层。
3、激光冲击处理；按照下述步骤之一进行处理：
3.1、当圆形或者环形激光光斑能覆盖被处理孔结构的直径时，直接对被处理孔结构进行同心覆盖冲击处理；
3.2、当被处理孔结构的直径大于激光光斑时，采用光斑沿孔结构圆周搭接的方法进行冲击处理。
4、清理吸收层和约束层；将被处理孔结构表面的吸收层和约束层清理干净。
5、从被处理孔结构中取出芯棒或者衬套。
实施例1，对3mm厚2024铝合金φ2.5mm的孔进行激光冲击处理，采用同材料的φ2.5mm的铆钉过渡配合放入孔中，钉头与待处理面平齐，孔周边及平齐的铆钉断面涂大约0.01mm厚的黑漆大约φ15mm的范围，黑漆放干后将工件平放固定，用水龙头引去离子水在黑漆部分流动，水流层约1mm厚，采用30J、30ns的脉冲激光在工件表面聚成φ6mm左右光斑进行激光冲击处理，冲击后由于塑性变形，铆钉与孔配合更加紧密，但小心取出铆钉后内孔孔的尺寸变化很小，并得到有效的强化。强化一面后对另一面进行同样过程的强化，但不能采用已用过的铆钉。
实施例2，对4mm厚7050铝合金φ4mm的孔进行激光冲击处理，采用φ4mm的钢销钉过渡配合放入孔中，钉头与待处理面平齐，粘0.02mm厚的铝箔胶带大约15×15mm的范围，试件垂直放置，用水龙头引去离子水在铝箔胶带部分流动，水流层约1.5mm厚，采用40J、30ns的脉冲激光在工件表面聚成φ6mm左右光斑进行激光冲击处理，冲击后由于塑性变形，销钉与孔配合更加紧密，但挤压取出销钉后内孔的尺寸几乎没有变化，但强化压痕明显。强化一面后对另一面进行同样过程的强化，但不能采用已用过的销钉。
实施例3，对20mm厚TC4钛合金φ20mm的孔进行激光冲击处理，采用定制的φ20×20mm的45号钢棒配合放入孔中，两边平齐，两边粘0.02mm厚的铝箔胶带大约φ50mm的范围，试件水平放置，用水龙头引去离子水在铝箔上流动，水流层约2mm厚，采用45J、30ns的脉冲激光在工件表面聚成φ5mm左右光斑进行激光冲击处理，光斑圆心在φ20mm的圆周上，光斑与光斑距离约2.5mm，进行25次光斑搭接后完成一面的强化，然后进行另一面。冲击后由于塑性变形，钢棒与孔配合更加紧密，需要小心敲打取出钢棒，钛合金和钢棒表面强化压痕都很明显。
Claims (1)
1.一种孔结构的激光冲击处理方法，使用输出峰值功率为109W以上的强脉冲激光器对孔结构进行冲击处理，处理时在被处理孔结构的表面涂敷吸收激光的黑漆或者墨汁涂料、或者粘贴铝箔胶带作为吸收层，吸收层的厚度为0.01～0.02mm；在上述吸收层的上面设置对激光透明的约束层，约束层的厚度为1～2mm，约束层采用去离子水、玻璃、透明胶或者硅油其中之一；其特征在于，激光冲击处理的步骤如下：
1.1、放置芯棒或者衬套；向被激光冲击处理的孔内放置与孔直径相等的、由不低于被处理孔结构硬度的材料制成的芯棒或者衬套，芯棒或者衬套的上表面与被处理孔结构的表面齐平；
1.2、设置吸收层和约束层；按照上述要求在被处理表面设置吸收层和约束层；
1.3、激光冲击处理；按照下述步骤之一进行处理：
1.3.1、当圆形或者环形激光光斑能覆盖被处理孔结构的直径时，直接对被处理孔结构进行同心覆盖冲击处理；
1.3.2、当被处理孔结构的直径大于激光光斑时，采用光斑沿孔结构圆周搭接的方法进行冲击处理；
1.4、清理吸收层和约束层；将被处理孔结构表面的吸收层和约束层清理干净；
1.5、从被处理孔结构中取出芯棒或者衬套。
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