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专利号: 2017103514316
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铁的冶金
更新日期:2023-09-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,包括以下步骤:将小孔构件(4)的表面进行预处理,然后在小孔构件(4)待开孔部位的表面设能量吸收层(3),在吸收层(3)表面设约束层(2),将预处理后的小孔构件(4)固定在数控工作台上,使用激光器对小孔构件(4)的待开孔区域进行冲击强化,对不同厚度小孔构件(4)采用不同的激光冲击强化工艺参数,其工艺参数选择与确定方法如下:

1)依据小孔构件(4)屈服强度和材料厚度来选择功率密度,功率密度与小孔构件(4)厚度的关系由公式 确定,式中I0为激光功率密度,σs为材料的屈服强度,t为板厚,2/Z=1/Z1+1/Z2,Z1是小孔构件(4)材料的声阻抗,Z2是约束层(2)的声阻抗,A为综合作用系数,且与小孔构件(4)的材料、约束层(2)和吸收层(3)相关,B为厚度影响系数,且与小孔构件(4)的材料和厚度相关;

2)以上确定的I0值,其下限值应该满足 和P>2*σs,P为作用在小孔构件(4)材料上的激光冲击载荷的峰值压力,σs材料的屈服强度,k为常数、与约束层(2)和吸收层(3)相关;

3)依据公式 确定光斑直径D和脉冲激光能量E,tp为激光脉宽;光斑直径D的取值范围在2mm~6mm,激光能量E为2J~35J,激光脉宽tp为10ns~30ns;

4)确定激光能量E、激光脉宽tp、光斑直径D后,选择搭接率ψ和冲击层数n;冲击层数n为1层~6层;搭接率ψ=相邻光斑重复距离l/光斑直径D。

2.根据权利要求1所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述搭接率ψ和冲击层数n与平均覆盖率η相关;

所述平均覆盖率η=N*s1/S,N为一面冲击总光斑数,s1为一个光斑的面积,S为孔位置冲击区域的面积;平均覆盖率η取200%~800%,如果平均覆盖率η不在200%~800%范围内,需要重新选择所述搭接率ψ和冲击层数n。

3.根据权利要求1所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述公式中当小孔构件(4)为铝合金,厚度影响系数B=6;

当约束层(2)为水、K9光学玻璃、有机玻璃、硅胶或合成树脂中的任意一种,吸收层(3)为铝箔时,综合作用系数A的取值范围在2~5。

4.根据权利要求1所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述公式中,当小孔构件(4)为钛合金时,厚度影响系数B=2.6;

当约束层(2)为水、K9光学玻璃、有机玻璃、硅胶或合成树脂中的任意一种,吸收层(3)为铝箔时,综合作用系数A的取值范围在0.5~1.25。

5.根据权利要求1所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述激光器激光的冲击区域的取值范围在2.8d~3.8d,d为孔径大小。

6.根据权利要求5所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述激光器激光冲击区域距材料边界,或激光冲击区域与另激光冲击区域之间的距离应不小于3mm。

7.根据权利要求1所述的不同厚度小孔构件激光冲击强化方法,其特征在于,所述激光器冲击方式为双面冲击。