专利名称：一种激光冲击强度的表征方法
技术领域：
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种表征激光冲击强度的方法。
背景技术：
激光技术是二十世纪六十年代迅速兴起的一门崭新的科学技术，也是本世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围大的综合性高技术。随着激光技术的发展，激光冲击强化和激光冲击成形成为近期研究的热点问题，其主要特征是激光作用于靶材形成冲击波，从而使靶材达到成形和材料改性强化的目的，这种效应的主要因素是激光冲击强度的大小。 因此，对于某种材料，正确依据材料性能和激光冲击强度效应，调整激光冲击参数使材料达到最佳冲击效果，这对于预测材料的成形性和材料表面改性强化的效果具有重要的意义。目前表征激光冲击强度大多数是依靠检测靶材强化层残余应力大小和残余压应力的深度分布，其缺点是这种衡量方法比较繁琐，实验费用昂贵，而且残余应力大小和残余应力深度分布的检测时间长，精确度也不高，在一定程度上限制了激光冲击成形和激光冲击强化的发展和应用。美国的BAILEY PETER GREGORY 等人公开发明的专利 “MEASURING INTENSITY OF SHOT PEENING IN AREAS WITH DIFFICULT ACCESSIBLITY (US20080240185)”，提出用阿尔门试片测量冲击强度，阿尔门强度测量是依据冲击后的形变量大小来表征冲击强度，其方法是打击预先制成一定规格的试片，用试片的弧高值来表征喷击的强弱程度，其缺点是激光喷丸成形属于弯曲成形，测量冲击强度时对所冲击试片的强度和硬度要求很高，否则试片易发生断裂，所以试片的选取受到限制；激光强度的读数值取在“弧高值一时间”的拐点位置，拐点位置不易把握从而导致弧高值出现误差，判定依据的可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点，提供一种表征激光冲击强度的方法，采用标准试片，从而实现不同工艺参数下激光冲击强度的表征，建立可靠性强的冲击强度判断依据，提高冲击强度检测的精确度，降低实验成本。本发明方法的特征在于采用标准试片，标准试片正面附设能量转换体，脉冲激光辐照后产生冲击波，使标准试片的背面涂层产生拱包，通过测量其拱包拱起的高度和面积来表征不同工艺参数下的冲击强度。采用高功率脉冲激光器，选取标准试片，标准试片的材料依据被处理工件的材料来确定，标准试片的正面附设能量转换体，背面附有涂层，调整并设定激光工艺参数进行冲击试验，使标准试片的背面涂层产生拱包，取出冲击后的试片利用CCD图像传感器装置测得其涂层拱起拱包的最大高度和面积，将最大高度和面积相乘得到若干数据，若数据的标准平方差在广20 范围内，那么该数据视为有效数据，取有效数据的平均值作为最终结果，判定依据是最终结果越大说明涂层变形量越大，那么这种激光工艺参数下的冲击强度也越大。
该方法中涉及的能量转换体包括能量吸收层和约束层，其中能量吸收层采用黑漆，约束层采用K9玻璃、流水其中之一，涂层采用铝箔。实施该方法的装置包括计算机中央处理器，激光控制器，激光器，光斑调节装置， 能量转换体，标准试片，冲击装置，其特征是计算机中央处理器发出命令，通过激光控制器调整机构系统使激光器发出脉冲激光，经过光斑调节装置作用在附有能量转换体的标准试片上，使标准试片的背面涂层产生拱包，通过测得其拱包拱起的高度和面积来表征这种激光参数下的冲击强度。本发明具有以下的优势
1.此种表征方法中标准试片的选取范围广，可以采用多种材料作为表征冲击强度的标准试片；
2.此种表征方法采用的冲击强度判定依据可靠性强，操作简单，表征精确度高，实验成本也得到大大的降低；
3.本发明通过调整并设定激光工艺参数来进行冲击试验，将获得不同工艺参数下的冲击效果，这对于激光加工工艺的发展和应用具有指导意义。
图1 一种激光冲击强度表征方法的装置图。图2标准试片结构示意图。图3激光冲击后的试片背面涂层拱起拱包的示意图。图中(1)计算机中央处理器，(2)激光控制器，(3)激光器，(4)光斑调节装置， (6)能量转换体，(7)标准试片，(8)冲击装置。
具体实施例方式下面结合图1、图2、图3和图4对本发明做进一步详细说明。本发明是一种激光冲击强度表征的新方法，使用输出峰值功率为IO9 W以上的强脉冲激光器对标准试片进行激光冲击处理，标准试片正面附设能量转换体，脉冲激光辐照后产生冲击波，使标准试片的背面涂层产生拱包，通过测量其拱包拱起的高度和面积来表征不同工艺参数下的冲击强度， 其操作步骤α)选取背面附有涂层的标准试片，在标准试片的正面附设能量转换体，并安装在冲击装置(8)上；(2)启动激光器，调整并设定工艺参数；(3)进行冲击试验；(4)取出冲击后的试片，测量试片背面涂层拱起拱包的最大高度和面积；(5)重复(1) (4)试验至少3次；(6)进行数据处理。实施例1 选取0. 5 mm厚的TA2钛合金作为标准试片，正面附设能量吸收层和约束层，其中能量吸收层为黑漆，厚度为0. 01 mm,约束层为K9玻璃，厚度为3 mm,背面附有涂层铝箔，将标准试片固定在冲击装置上，调整脉冲宽度和激光器输出能量工艺参数，设定激光参数为脉冲宽度22ns和激光器输出能量30J，进行冲击试验，取出冲击后的试片，利用 CCD图像传感器装置测量出试片背面涂层拱起拱包的最大高度和面积，将最大高度和面积相乘得到若干数据，若数据的标准平方差在广20 m 3范围内，那么该数据视为有效数据，取有效数据的平均值作为最终结果，通过这个结果来表征激光参数为脉冲宽度22ns和激光器输出能量30J时的激光冲击强度。
实施例2 选取1 mm厚的20 铝合金作为标准试片，正面附设能量吸收层和约束层，其中能量吸收层为黑漆，厚度为0.01 mm，约束层为流水，水流厚为3 mm，背面附有涂层铝箔，将标准试片固定在冲击装置上，调整脉冲宽度和激光器输出能量工艺参数，设定激光参数为脉冲宽度20ns和激光器输出能量35J，进行冲击试验，取出冲击后的试片，利用 CCD图像传感器装置测量出试片背面涂层拱起拱包的最大高度和面积，将最大高度和面积相乘得到若干数据，若数据的标准平方差在广20 ·3范围内，那么该数据视为有效数据，取有效数据的平均值作为最终结果，通过这个结果来表征激光参数为脉冲宽度20ns和激光器输出能量35J时的激光冲击强度。
权利要求
1.一种激光冲击强度表征的方法，其特征在于，采用标准试片，标准试片正面附设能量转换体，脉冲激光辐照后产生冲击波，使标准试片的背面涂层产生拱包，通过测量其拱包拱起的高度和面积来表征不同工艺参数下的冲击强度，其具体步骤A)选取背面附有涂层的标准试片，在标准试片的正面附设能量转换体，并安装在冲击装置(8)上；B)启动激光器，调整并设定工艺参数；C)进行冲击试验；D)取出冲击后的试片，测量试片背面涂层拱起拱包的最大高度和面积；E)重复(1) (4)试验至少3次；F)进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种激光冲击强度表征的方法，其特征在于，所述标准试片的材料依据被处理工件的材料来确定，标准试片的尺寸是长度为30 全0. 1 mm，宽度为30±0. 1 mm，厚度根据估计的冲击波压力来确定，规格分别为0. 5 mm、1 mm、 2 mm、3 mm、4 mm，标准试片背面粗糙度为1. 6 _，并涂附涂层，其余部位粗糙度为3. 2 —。
3.据权利要求1所述的一种激光冲击强度表征的方法，其特征在于，所述能量转换体包括能量吸收层和约束层，能量吸收层采用黑漆，约束层采用K9玻璃或者流水。
4.根据权利要求1所述的一种激光冲击强度表征的方法，其特征在于，标准试片背面附有的涂层采用铝箔。
5.根据权利要求1所述的一种激光冲击强度表征的方法，其特征在于，CCD图像传感器装置测量冲击后试片的背面涂层拱起拱包的最大高度和面积，将最大高度和面积相乘得到的数据作为冲击强度的表征值。
6.根据权利要求1所述的一种激光冲击强度表征方法的装置，它包括计算机中央处理器(1)，激光控制器(2)，激光器(3)，光斑调节装置(4)，能量转换体(6)，标准试片(7)，冲击装置(8 )，计算机中央处理器(1)分别连接激光控制器(2 )和光斑调节装置(4 )，激光控制器(2)与激光器(3)相连，激光器(3)发出脉冲激光经光斑调节装置(4)作用在附有能量转换体(6)的标准试片(7)上，标准试片(7)安装在冲击装置(8)上。
全文摘要
本发明涉及激光加工领域，特指一种表征激光冲击强度的方法。其特征在于采用标准试片，标准试片正面附设能量转换体，脉冲激光辐照后产生冲击波，使标准试片的背面涂层产生拱包，通过测量其拱包拱起的高度和面积来表征不同工艺参数下的冲击强度。本发明方法简单易行，判定依据可靠性强，实验成本低，能应用于不同工艺参数下冲击强度的表征。
文档编号G01N21/00GK102519876SQ201110448740
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者万里, 周群立, 姜文帆, 姜银方, 崔会杰, 张梦蕾, 汪建敏, 程科升, 赵龑 申请人:江苏大学