预冲击强化处理：脉宽为12ns、波长为1064nm、激光能量为5J、重复频率为2Hz、光 束直径为2mm的激光束进行预冲击强化处理，其中搭接率为30%，冲击1遍；
[0054] 再以脉宽为12ns、波长为1064nm、激光能量为6. 5J、重复频率为2Hz、光束直径为 2_的激光束进行冲击延寿处理，其中搭接率为35%，冲击3遍。
[0055] 本发明所述的黑胶带对于1064nm的激光束不透明，当激光束辐照在黑胶带表面 时，黑胶带能够吸收激光能量，产生高温高压的等离子体，并防止激光束烧伤结构件表面。 例如3M公司的3M471号胶带、3M425胶带，鹿头42m胶带。
[0056] 本发明所述的洁净间为万级洁净间（又称为无尘室或清净室），根据GB/ T16292-1996,空气洁净度分级标准如表1 :
[0057] 表1GB/T16292-1996中空气洁净度分级标准
[0058]
[0060] 实施例1
[0061] 试件材料（即结构件，如图3A、3B所示）：长度为55mm、厚度为3mm的6082铝合金 标准拉压疲劳试样，0. 1mm长的划痕损伤；
[0062] 在结构件强化表面覆盖吸收层之前，将结构件放入装有水温为22°C去离子水的超 声清洗机中，超声频率为38kHz，清洗15-20min;再用0. 4-0. 8MPa的干燥氮气吹干，然后放 入70°C的干燥箱中干燥20min。
[0063] 在钛合金结构件的表面覆盖一层120μm后的黑胶带，然后在黑胶带表面施加一 层2mm后的去离子水约束层，预冲击强化处理：脉宽为12ns、波长为532nm、激光能量为5J、 重复频率为2Hz、光束直径为2mm的激光束进行预冲击强化处理，其中搭接率为30%，冲击 1遍。再以脉宽为12ns、波长为1064nm、激光能量为6. 5J、重复频率为2Hz、光束直径为2mm 的激光束进行冲击延寿处理，其中搭接率为35%，冲击3遍。
[0064] 在结构件激光冲击强化处理后，去除结构件表面涂覆的吸收层，将经冲击强化处 理后的结构件放入装有温度为22°C、酒精浓度为75 %的超声清洗机中，超声频率为47kHz， 清洗20min，然后利用去离子水冲洗2min后，用干燥的氮气吹干。
[0065] 实施例2
[0066] 试件材料：长度为55mm、厚度为3mm的6082铝合金标准拉压疲劳试样， 0. 05X0. 05X0. 05mm大小的缺口损伤；
[0067] 在结构件强化表面覆盖吸收层之前，将结构件放入装有水温为24°C去离子水的超 声清洗机中，超声频率为47kHz，清洗20min;再用0. 8MPa的干燥氮气吹干，然后放入70°C的干燥箱中干燥20min。
[0068] 在钛合金结构件的表面覆盖一层120 μm后的黑胶带，然后在黑胶带表面施加一 层2mm后的去离子水约束层，预冲击强化处理：脉宽为12ns、波长为532nm、激光能量为5J、 重复频率为2Hz、光束直径为2mm的激光束进行预冲击强化处理，其中搭接率为30%，冲击 1遍。再以脉宽为12ns、波长为1064nm、激光能量为6. 5J、重复频率为2Hz、光束直径为2mm 的激光束进行冲击延寿处理，其中搭接率为35%，冲击3遍。
[0069] 在结构件激光冲击强化处理后，去除结构件表面涂覆的吸收层，将经冲击强化处 理后的结构件放入装有温度为22°C、酒精浓度为95%的超声清洗机中，超声频率为38kHz， 清洗15min，然后利用去离子水冲洗lmin后，用干燥的氮气吹干。
[0070] 实施例3
[0071] 试件材料：长度为55mm、厚度为3mm的6082铝合金标准拉压疲劳试样，直径为 0. 09mm深为1mm的坑蚀；
[0072] 在结构件强化表面覆盖吸收层之前，将结构件放入装有水温为24°C去离子水的超 声清洗机中，超声频率为47kHz，清洗20min;再用0. 8MPa的干燥氮气吹干，然后放入70°C 的干燥箱中干燥20min。
[0073] 在钛合金结构件的表面覆盖一层120μm后的黑胶带，然后在黑胶带表面施加一 层2mm后的去离子水约束层，预冲击强化处理：脉宽为12ns、波长为532nm、激光能量为 5. 5J、重复频率为2Hz、光束直径为2mm的激光束进行预冲击强化处理，其中搭接率为30%， 冲击1遍。再以脉宽为l〇ns、波长为1064nm、激光能量为7J、重复频率为2Hz、光束直径为 2mm的激光束进行冲击延寿处理，其中搭接率为40%，冲击3遍。
[0074] 在结构件激光冲击强化处理后，去除结构件表面涂覆的吸收层，将经冲击强化处 理后的结构件放入装有温度为22°C、酒精浓度为95%的超声清洗机中，超声频率为38kHz， 清洗15min，然后利用去离子水冲洗lmin后，用干燥的氮气吹干。
[0075] 将以上实施例1~3处理后的试样进行疲劳寿命测试。同时对无损伤点的未经激 光冲击强化试样的疲劳寿命进行测试。
[0076] 疲劳寿命测试采用MTS880型疲劳试验机，轴向加载，应力比为-1，应力水平为 140MPa〇
[0077] 上述实施例1-3试样寿命如表2所示。
[0078] 表2损伤试件激光冲击后寿命与完好试件未经激光冲击强化的寿命对比
[0079]
[0080] 从表2的试验数据中可知，具有损伤点的试件在激光冲击后，其疲劳寿命与未经 激光冲击强化的无损伤点的试件相当，甚至高于未经激光冲击强化的无损伤点的试件。
【主权项】
1. 一种基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其特征在于包括以 下步骤： 对有损伤点的结构件进行前处理； 对结构件损伤点强化表面覆盖吸收层； 对覆盖吸收层后的结构件施加约束层； 对结构件进行预冲击强化处理； 对结构件进行冲击强化处理； 对强化处理后的结构件进行后处理。2. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其 特征在于对有损伤点的结构件进行前处理为：将结构件放入装有水温为22±2°C去离子水 的超声清洗机中，超声频率为38-47kHz，清洗15-20min;再用0. 4-0. 8MPa的干燥氮气吹干， 然后放入70°C的干燥箱中干燥20min。3. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其 特征在于对结构件损伤点强化表面覆盖吸收层为：在洁净间中，在结构件损伤点周围覆盖 一层厚度为100-200μm的黑胶带作为吸收层。4. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法， 其特征在于对覆盖吸收层后的结构件施加约束层为：覆盖有黑胶带的结构件安装在工作台 上，在黑胶带上施加一层厚度为l_2mm的水作为约束层。5. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法， 其特征在于对结构件进行预冲击强化处理为：将损伤点所在结构件表面朝向激光束，以 脉宽为8-20ns、波长为532~1064nm、激光能量为5-10J、重复频率为l-2Hz、光束直径为 0. 5-3mm的激光束进行预冲击延寿处理，其中搭接率为0-50%，冲击1-2遍。6. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法， 其特征在于对结构件进行冲击强化处理为：预冲击强化处理后，以脉宽为8-20ns、波长为 535~1064nm、激光能量为7-15J、重复频率为l-2Hz、光束直径为0. 5-3mm的激光束进行冲 击延寿处理，其中搭接率为0-50%，冲击2-5遍。7. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其 特征在于：所述损伤点为结构件豁口、蚀坑、烧伤或划伤位置。8. 按权利要求1所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其 特征在于：对损伤点进行分区，包括第一强化区和第二强化区，其中第一强化区在损伤点的 周边，距损伤点小于8mm距离的范围内；第二强化在第一强化区的外围，距所述损伤点小于 18mm距离的范围内。9. 按权利要求8所述的基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，其 特征在于：第一强化区和第二强化区的预冲击强化处理参数和冲击强化处理参数不同，第 二强化区的强化所用的激光能量比第一强化区强化所用的能量至少大20% -40% ;第二强 化区强化所用的搭接率比第一强化区强化所用的搭接率至少大15% -25%。
【专利摘要】本发明涉及一种基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法，包括以下步骤：对有损伤点的结构件进行前处理；对结构件损伤点强化表面覆盖吸收层；对覆盖吸收层后的结构件施加约束层；对结构件进行预冲击强化处理；对结构件进行冲击强化处理；对强化处理后的结构件进行后处理；对结构件进行冲击强化处理为：以脉宽为8-20ns、波长为535～1064nm、激光能量为7-15J、重复频率为1-2Hz、光束直径为0.5-3mm的激光束进行冲击延寿处理。发明方法减少了金属结构件上的划痕、缺口裂纹的形成以及抑制减缓裂纹的扩展，有效防止结构件损伤点处的微裂纹萌生，且不改变损伤区域的金相组织、形貌，也无需进行机加工。
【IPC分类】C21D1/09
【公开号】CN105349736
【申请号】CN201510825260
【发明人】高宇, 乔红超, 张恭轩, 李伟剑, 陈亚莉
【申请人】沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月22日