基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101482542A
(43)申请公布日2009.07.15

(21)申请号CN200910024714.5

(22)申请日2009.02.11

(71)申请人江苏大学
地址212013江苏省镇江市学府路301号

(72)发明人张永康秦海永李杨周立春张朝阳

(74)专利代理机构南京知识律师事务所

代理人汪旭东

(51)Int.CI
G01N29/34
G01N27/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
基于冲击波波形特征的激光冲击强
化在线检测方法和装置

(57)摘要
本发明涉及机械制造及激光器件领
域，特指一种基于冲击波波形特征的激光
冲击强化在线检测方法和装置，主要适用
于为提高关键零部件机械性能的激光冲击
强化工艺。本发明通过检测在空气中传播
的冲击波的振幅和脉冲宽度，实现激光冲
击强化效果的在线检测。该装置由控制系
统；光电触发电路；声传感电路，包括三
个声传感器和声波吸收装置；冲击波采样
电路以及其它一些附属部分组成。本发明
可以在复杂环境下，判断冲击强化的处理
效果，实现激光冲击强化的有效在线检
测，提高加工的自动化程度。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测方法，其特征在于：当激光冲
击材料表面产生的等离子体发光时，对空气中传播的冲击波进行采样并存储，再将
冲击波的采样数据传送到控制系统中，由控制系统对采集到的波形数据分析，并判
断冲击强化的效果。

2.一种基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测装置，包括控制系统、声传感
电路、冲击波接收采样电路、光电触发电路；其中

光电触发电路：用于在激光冲击材料表面产生的等离子体发光时，产生电脉冲信号
触发冲击波接收采样电路工作；

声传感电路：用于接收空气中传播的冲击波并去除干扰，把接收到的冲击波的信号
转换成电信号，并把模拟电信号传送至冲击波接收采样电路；

冲击波接收采样电路：用于采样存储由声传感器电路传送的模拟电压信号，并将存
储的数据转移到控制系统；

控制系统：用于控制在线检测装置的全部设备；接收来自冲击波接收采样电路的数
据并进行数据分析，判断出冲击强化效果。

3.根据权利要求2所述的基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测装置，其特

征在于：光电触发电路设置距离激光冲击点5cm～15cm的位置。

4.根据权利要求3所述的基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测装置，其特
征在于：光电触发电路由光敏元件与其外围电路组成。

5.根据权利要求2所述的基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测装置，其特

征在于：冲击波采样电路的采样频率为88KHz～94KHz。

6.根据权利要求2所述的基于冲击波波形特征的激光冲击强化在线检测装置，其特

征在于：声传感器电路由三个声压传感器组成，响应频率为10Hz～50KHz，谐振
频率为35KHz～39KHz。

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造及激光器件领域，特指一种基于冲击波波形特征的激光冲击强
化在线检测方法和装置，主要适用于为提高关键零部件机械性能的激光冲击强化工
艺。

背景技术

随着航空、航天、汽车、能源、医药等技术的发展，激光冲击强化技术得到了广泛
的研究和应用。激光冲击强化，就是用短脉冲高峰值功率的激光照射金属表面吸收
层，吸收层吸收激光能量发生瞬时的汽化蒸发、电离，产生高温高压的等离子体。
由于受到约束层的限制，等离子体会产生高压冲击波作用于金属表面，使金属表面
材料瞬时屈服，产生应变硬化并形成残留的压应力。同时，高温、膨胀的等离子体
会通过约束层形成冲击波向空气中传播。在激光冲击强化的过程中，对于不同的材
料，在一定的激光功率密度范围内，激光功率密度越高，提高材料性能的效果越明
显。即激光辐照的能量不同，对材料的冲击强化效果也不相同，同时在空气中传播
的冲击波的声学特征，如冲击波的传播速度(飞行时间)和波形特征(如振幅和脉冲宽
度)等也不相同。

激光冲击强化技术能有效的改善材料的机械性能，特别是能显著地延长材料的疲劳
寿命并提高抗应力腐蚀性能。例如对用于核反应堆中型芯零件和焊接构件的强化，
可以减小应力腐蚀裂纹的敏感性以提高零件的疲劳强度；对飞机涡轮发动机的涡轮
风扇叶片的激光冲击强化，可以使它的服役时间成倍增长，从而降低飞行成本和提
高飞行安全性。然而，目前仅有美国把激光冲击强化应用于军用和民用飞机的生产
线，我国对于相关方面的研究虽然取得了一定的成果，但是并没有将它应用与生产
实践。其原因主要有以下两点：

第一，激光器输出激光能量不稳定。由