[发明专利]一种含微小裂纹的金属结构件激光冲击再制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造与激光加工应用技术领域，尤其涉及一种激光冲击再制造处理含微小裂纹金属结构件的方法。

背景技术

金属结构件耐久性及其含微小裂纹材料修补问题已越来越成为当今国际机械、材料、结构与力学领域十分关注并迅速发展的课题。金属结构件在疲劳和腐蚀环境下运行，经过一定的使用周期后，不可避免地出现微小裂纹而需要再制造修复。微小裂纹一旦产生就会顺势延伸，所以有必要在裂纹产生的初期就加以修复，在现有技术中常用的方法是采用焊接修补的方法，利用焊接时对裂纹周围的金属表面进行高温加热，使之熔化为一体，消除裂纹。由于这种消除裂纹方法只对金属表面起修补作用，对裂纹两侧壁体产生的牵引力很小，对引发裂纹后的内部应力变化无改善作用，所以虽然修复初期有一定修复效果，但有效时间很短，之后仍然会发生裂纹进一步加剧或重新产生新裂纹的情况。复合材料贴片修补损伤金属结构件是一种可靠的低成本高效益结构补强方法，该技术比传统的机械联接(铆，焊)修补具有明显的优越性，如复合材料补片的可设计性，无应力集中引入，密封联接，增强抗腐蚀能力，修补时间短，成本低等。但是其作用过程中需要进行高温固化处理，且处理时间较长，工艺烦琐，不利于现场实时操作。由于金属结构件工艺非常注重可靠性，所以到目前为止大规模实际用于金属结构件维修再制造的技术很少，急需要发展新的理论、工艺和技术，丰富金属结构件维修再制造技术，为人们制定最佳的维修方案提供更多的选择范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种含微小裂纹的金属结构件激光冲击再制造方法，能够有效修复裂纹并提升含微小裂纹的金属结构件的机械力学性能。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：它包括以下步骤：(1)无损检测确定含微小裂纹的金属结构件损伤部位及裂纹走向，进行表面检查或磁粉探伤金属结构件的裂纹缺陷及暗伤，无损检测传感器通过误差分离的方法检测金属结构件表面信号；(2)预除锈处理，包括去除油污及表层氧化皮，并在含微小裂纹部分贴覆高聚物材料补丁；(3)激光冲击再制造修复，在金属结构件含微小裂纹部分的表面涂覆黑漆涂层，用水做保护层，对金属结构件含裂纹区域选择激光工艺参数进行激光冲击处理，对于金属结构件表面裂纹较长时，可以分层分批激光冲击再制造修复；(4)精加工，通过清理刷清理激光冲击再制造修复后表面，直至处理表面平滑干净；(5)在修复部位进行表面无损检测，确认微小裂纹再制造修复完成，检验后入库。

本发明所述的激光工艺参数为：激光输出波长为1054nm，激光脉宽为20-30ns，冲击功率选择2.8～3.6GW/cm²，激光光斑选择4-10mm。

本发明的有益效果如下：

(1)激光冲击再制造修复形成的残余应力层深度比机械喷丸深约10倍左右，金属结构件的疲劳寿命大大提高。

(2)激光冲击再制造修复前后在修补部位都进行表面无损检测，能精确定位损伤部位，有效节约资源和能源，显著降低生产成本。

(3)通过激光冲击能量和光斑大小的精确控制，能够快速将高聚物材料补丁通过激光冲击作用修补到金属结构件的裂纹或裂缝中，很好的起到修复裂纹的作用。

(4)激光冲击再制造修复无需对修补部位进行长时间高温固化，不仅使用方便，效率高，而且没有任何污染，是绿色的再制造方法。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1所示为本发明激光冲击再制造修复装置方框图

图2所示为本发明激光冲击再制造方法原理示意图

图3所示为本发明激光冲击再制造方法修复示意图

具体实施方式

如图1、图3所示，激光冲击再制造修复装置包括：激光冲击装置1，光路导出装置2，定位装夹机械手4，清理装置5以及无损检测传感器6。定位装夹机械手4将金属结构件3定位，无损检测传感器6检测金属结构件3表面信号，高聚物材料补丁8贴覆在金属结构件3含微小裂纹部分的表面，再涂覆黑漆涂层7，激光冲击装置1发出的激光输出光束9经过光路导出装置2聚焦后，光斑汇聚在含微小裂纹部分进行激光冲击再制造修复，由清理装置5清理修复后的表面。