【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光冲击强化，涉及一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置及方法。
技术介绍
1、激光冲击强化技术(laser shockpeening,lsp)是一种表面塑性强化技术，是通过短脉冲(纳秒量级、甚至皮秒/飞秒量级)、高功率(gw级)激光与物质相互作用产生高压(gpa量级)等离子体冲击波，利用冲击波力学效应使金属材料表层发生塑性变形，形成残余压应力和微观组织改善，从而显著提升材料的抗疲劳、抗磨损、抗应力腐蚀等性能。
2、激光冲击强化技术的组成由脉冲激光、吸光的吸收保护层(常用黑色胶带)、透明的约束层(常用水幕)和金属材料/工件等组成；吸收保护层贴覆在金属材料/工件的表面，吸收保护层主要功能是吸收激光能量、保护金属材料/工件不被激光烧蚀；约束层施加在吸收保护层上，主要功能是约束等离子体膨胀过程、显著提升金属材料/工件所受的冲击波压力幅值。激光冲击强化的基本物理过程是脉冲激光穿过透明约束层辐照在吸收保护层上，激光能量被吸收保护层吸收，发生爆炸性气化蒸发形成高温高压等离子体，等离子体继续吸收激光能量膨胀，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。
3、隔框、桁梁等飞机内部主承力结构，服役过程中容易在严重疲劳载荷谱作用下发生疲劳裂纹故障，尤其军用飞机，影响结构服役寿命、甚至威胁飞行安全。利用激光冲击强化对上述主承力结构疲劳薄弱部位进行预处理，可达到提高疲劳强度、延长服役寿命的效果。但是，隔框、桁梁等结构位于飞机内部、甚至属于隔舱、油箱等，激光冲击强化
4、为解决以上问题，急需一种可控、精准、快速的水约束层施加方法装置和施加方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置及方法，该装置的结构封闭模块可以提供一个前侧开口且开合角度可调、后侧封闭的隔离腔，可在飞机内部结构上施加水约束层的同时保证水流可控不外流并能适应不同曲率的待处理部位，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术公开了一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，包括：
3、结构封闭模块，所述结构封闭模块包括壳体和变形罩，所述变形罩的后端固定安装于所述壳体，所述变形罩的前端的开合角度可调，所述壳体和变形罩构成前侧开口且开合角度可调，后侧封闭的隔离腔；
4、角度调节模块，所述角度调节模块安装于壳体用于调节变形罩的开合角度。
5、水约束层施加模块，包括用于向隔离腔内输送去离子水的抽水泵和用于将隔离腔内的去离子水抽出的真空泵。
6、进一步，还包括光学调控模块，所述结构封闭模块还包括透光隔板，所述透光隔板设置于隔离腔，并将所述隔离腔分隔为水约束层腔和光学镜腔，所述光学调控模块包括传输光缆、聚焦光镜和光学振镜，所述传输光缆有壳体的外部穿过所述壳体并延伸至光学镜腔以用于发射激光，所述聚焦光镜和光学振镜沿激光的传输方向依次且同轴设置。
7、进一步，所述水约束层施加模块还包括入口阀和入水管，所述抽水泵通过入水管与所述水约束层腔连通，以向水约束层腔内输送去离子水，所述入口阀安装于入水管用于控制入水管的通断。
8、进一步，所述水约束层施加模块还包括出口阀和出水管，所述真空泵通过出水管与所述水约束层腔连通，以将水约束层腔内的去离子水抽出，所述出口阀安装于出水管用于控制出水管的通断。
9、进一步，所述结构封闭模块还包括用于将壳体固定于设定位置的固定组件，所述固定组件包括固定杆和固定吸盘，所述固定杆长度可调，固定杆安装于壳体，所述固定吸盘安装于固定杆的末端。
10、进一步，所述壳体的周缘还设置有用于提高密封性的密封圈和便于持握的把手。
11、进一步，所述角度调节模块由多个伸缩杆构成，所述伸缩杆具有固定端和驱动端，所述固定端安装于所述壳体，所述驱动端安装于变形罩的前端周缘，多个所述伸缩杆分别伸缩以改变所述变形罩的前端的开合角度。
12、本专利技术还公开了一种封闭式激光冲击强化水约束层施加方法，该方法基于前述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，该方法具体包括以下步骤：
13、s1：确认待处理部位的位置，通过角度调节模块调节变形罩以使得隔离腔的前侧与待处理部位相适形；
14、s2：通过把手向壳体施压以使得固定吸盘和密封圈贴合于待处理部位的表面；
15、s3：打开入口阀和抽水泵，通过抽水泵将去离子水送入水约束层腔，并充满水约束层腔以形成水约束层；
16、s4：将传输光缆连接至激光冲击强化设备，激光冲击强化设备产生的脉冲激光经传输光纤、聚焦光镜、光学振镜、透光隔板、水约束层后辐照在待处理部位的表面上，实时调整光学振镜对待处理位置进行激光冲击强化；
17、s5：激光冲击强化完成后，打开出口阀和真空泵，真空泵将水约束层腔里的去离子水快速排出水约束层腔。
18、进一步，s1中，所述的待处理部位的表面覆盖设置有吸收保护层。
19、进一步，s4中，所述透光隔板为透光玻璃。
20、本专利技术的有益效果：
21、本专利技术公开了一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置及方法，通过结构封闭模块与待处理部位的表面完全贴合，实现了水约束层的封闭式施加；设置光学调控模块便于进行激光冲击；通过抽水泵、真空泵实现水约束层的快速施加与去除；本专利技术实现了飞机内部结构激光冲击强化过程中水约束层的快速施加和水流的封闭可控；整个装置及方法具有原理简单、操作性强、水流可控、结构适用性广、工程实用性好等特点。
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1.一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：还包括光学调控模块，所述结构封闭模块还包括透光隔板，所述透光隔板设置于隔离腔，并将所述隔离腔分隔为水约束层腔和光学镜腔，所述光学调控模块包括传输光缆、聚焦光镜和光学振镜，所述传输光缆有壳体的外部穿过所述壳体并延伸至光学镜腔以用于发射激光，所述聚焦光镜和光学振镜沿激光的传输方向依次且同轴设置。
3.根据权利要求2所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述水约束层施加模块还包括入口阀和入水管，所述抽水泵通过入水管与所述水约束层腔连通，以向水约束层腔内输送去离子水，所述入口阀安装于入水管用于控制入水管的通断。
4.根据权利要求2所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述水约束层施加模块还包括出口阀和出水管，所述真空泵通过出水管与所述水约束层腔连通，以将水约束层腔内的去离子水抽出，所述出口阀安装于出水管用于控制出水管的通断。
5.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层
6.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述壳体的周缘还设置有用于提高密封性的密封圈和便于持握的把手。
7.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述角度调节模块由多个伸缩杆构成，所述伸缩杆具有固定端和驱动端，所述固定端安装于所述壳体，所述驱动端安装于变形罩的前端周缘，多个所述伸缩杆分别伸缩以改变所述变形罩的前端的开合角度。
8.一种封闭式激光冲击强化水约束层施加方法，该方法基于权利要求1-7任一项所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加方法，其特征在于：S1中，所述的待处理部位的表面覆盖设置有吸收保护层。
10.根据权利要求8所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加方法，其特征在于：S4中，所述透光隔板为透光玻璃。
...【技术特征摘要】
1.一种封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：还包括光学调控模块，所述结构封闭模块还包括透光隔板，所述透光隔板设置于隔离腔，并将所述隔离腔分隔为水约束层腔和光学镜腔，所述光学调控模块包括传输光缆、聚焦光镜和光学振镜，所述传输光缆有壳体的外部穿过所述壳体并延伸至光学镜腔以用于发射激光，所述聚焦光镜和光学振镜沿激光的传输方向依次且同轴设置。
3.根据权利要求2所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述水约束层施加模块还包括入口阀和入水管，所述抽水泵通过入水管与所述水约束层腔连通，以向水约束层腔内输送去离子水，所述入口阀安装于入水管用于控制入水管的通断。
4.根据权利要求2所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特征在于：所述水约束层施加模块还包括出口阀和出水管，所述真空泵通过出水管与所述水约束层腔连通，以将水约束层腔内的去离子水抽出，所述出口阀安装于出水管用于控制出水管的通断。
5.根据权利要求1所述的封闭式激光冲击强化水约束层施加装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂祥樊，李阳，何卫锋，汤毓源，徐明，李鸿柄，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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