[发明专利]适用于大型零部件的现场激光冲击水约束层施加装置及施加方法

说明书

本发明公开了一种适用于大型零部件的现场激光冲击水约束层施加装置及施加方法，水约束层施加装置包括安装组件、管道组件和旋转组件，安装组件包括用于将整个装置安装在大型零件上的夹紧件；管道组件包括若干根出液管，待强化的区域被分为多处子区域，各出液管的出液口一一对应的向子区域施加水约束层；旋转组件可转动的设置在夹紧件上，旋转组件用于带动各出液管远离或靠近过渡区；安装组件上设置有限位面，当旋转组件运动至限位面上时，各出液管的出液口朝向相应的子区域，本发明的施加方法采用本发明的施加装置，使得强化过程中水约束层施加装置是静态的，能够在现场对大型零件的复杂型面全面、均匀、稳定施加水约束层，保证激光冲击强化效果。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化技术领域，具体涉及一种适用于大型零部件的现场激光冲击水约束层施加装置及方法。

背景技术

激光冲击强化（Laser Shock Processing, LSP）是一种新型表面强化技术，是利用激光诱导等离子体冲击波力学效应使金属材料表层产生超高应变率塑性变形（106/s量级），改变材料微观组织、形成残余应力，从而显著提高金属材料抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能。相比传统机械喷丸、滚压等表面强化技术，激光冲击强化具有精确可控、残余应力层深、表面状态好、抗疲劳效果好等优势，已成功应用于航空航天、能源动力和轨道交通等领域。激光冲击强化技术原理是采用高功率（GW级）、短脉宽（ns级）强激光束辐照金属材料表面，材料表面贴覆有用于吸收激光能量的吸收保护层，吸收保护层吸收激光能量后发生爆炸性气化蒸发形成高温高压等离子体并剧烈膨胀，在约束层作用下形成向材料内部传播的高压冲击波，当冲击波压力高于材料动态屈服极限即会造成塑性变形。

相比于无约束层，约束层的存在使等离子体产生的冲击波具有更高的峰值压力与更大的脉宽，因此，约束层的施加质量是影响激光冲击强化效果的重要因素之一。约束层常采用玻璃等固体约束层和水等液体约束层，由于玻璃在较高能量的激光冲击下容易发生炸裂故安全风险较高，且玻璃不适用于复杂型面的处理。

目前，对于复杂型面结构而言，通常采用的水约束层施加方式是：激光束光路和水约束层施加装置固定不动，利用多自由度机械臂夹持待强化件，使待强化件在机械臂的控制和运动条件下适应于激光束施加位置和水约束层施加位置进行移动。上述水约束层施加方式能够适用于对尺寸相对较小、质量较轻的部件，但对于体积大、重量大的部件，机械臂往往难以夹持待强化件，尤其飞机、航天器、高铁等装备的大型零部件需要在现场、不拆卸条件下进行强化处理，导致该水约束层施加方式不适用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种现场激光冲击水约束层施加装置及方法，以适用于飞机、高铁、航天器等装备的大型零部件的复杂型面的现场激光冲击，提高水约束层现场施加质量，保证激光冲击强化效果。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种适用于大型零部件的现场激光冲击水约束层施加装置，所述零部件上凸设有凸起件，所述凸起件为凸块或凸板，所述水约束层施加装置包括：

安装组件，所述安装组件用于将整个水约束层施加装置安装在所述凸起件上，所述安装组件包括至少一对夹紧件及夹紧螺栓，所述夹紧螺栓贯穿两件所述夹紧件，并两件所述夹紧件固定在所述凸起件的两侧；

管道组件，所述管道组件包括若干根出液管，待施加水约束层的区域划分为多处子区域，各所述出液管的出液口一一对应的用于向所述子区域施加水约束层；

旋转组件，各所述出液管均设置在所述旋转组件上，所述旋转组件可转动的设置在所述夹紧件上，所述旋转组件通过转动带动各所述出液管远离或靠近待施加水约束层的区域；

其中，所述安装组件上设置有用于限制所述旋转组件的极限转动位置的限位面，当所述旋转组件运动至所述限位面处时，各所述出液管的出液口朝向相应的子区域，当所述旋转组件在外力作用下旋转离开所述限位面时，各所述出液管的出液口远离相应的子区域。