基于声波信号能量的激光冲击强化在线检测方法
【中科院沈阳自动化所赵吉宾研究员团队】


        激光冲击强化,又称激光喷丸,是一种通过激光诱导等离子体冲击波来提高金属材料疲劳寿命以及材料表面改性的先进技术,具有强化效果显著、可控性强、适用性好的优点。激光冲击强化对提高结构可靠性和部件疲劳强度,延长材料使用寿命具有重要作用,在航空航天、高铁、核电、国防军工等领域有着广泛应用。等离子体冲击波是材料强化的直接原因,此外,冲击波在空气中传播,进而衰减成声波,该声波可综合反映强化过程中参数变化特性,因此对声波特征的分析和提取可用于强化过程一致性的实时在线检测。

 
激光冲击强化声波检测系统示意图


        中国科学院沈阳自动化研究所的赵吉宾研究员团队针对激光冲击强化过程中产生的等离子体声波现象,提出了一种基于声波信号能量的激光冲击强化在线检测方法。利用波长1064 nm、脉冲宽度9~21 ns、单脉冲能量1~7 J的Nd:YAG激光器对TiAl合金试件进行激光冲击强化处理;在强化过程中,固定位置放置的声发射传感器采集在空气中传播的等离子体声波信号,用数据采集卡对获取的信号进行采样、存储,再将采样数据传送至计算机进行数字滤波和数据分析,从中提取声波信号能量。用X射线应力分析仪测量试件表面激光冲击强化区域的残余应力,分别建立了材料表面残余应力与激光脉冲能量,声波信号能量与激光脉冲能量之间的对应关系。结果表明,经激光冲击强化后,材料表面产生残余应力;且随着激光脉冲能量的增加,材料表面残余应力及声波信号能量均增加,且二者的增加趋势一致。最后通过多项式拟合,得到了材料表面残余应力与声波信号能量之间的经验公式,为激光冲击强化在线检测技术的发展提供了一定的理论参考。

研究团队简介
       中国科学院沈阳自动化研究所赵吉宾研究员科研团队长期致力于高端装备先进制造技术及工艺的研究,在激光冲击强化、精密测量技术、复杂曲面数控加工与研抛、增材制造等领域取得了丰富成果。该团队现有在岗教师36人、在读硕士/博士研究生34人。该团队结合国家发展装备制造业的重大战略,坚持“应用基础研究与高技术开发相结合,高技术开发与成果推广与应用相结合”,承担并完成多项国家973计划、国家重大专项、国家863计划、国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向项目、国家中小企业技术创新基金及省市科技计划项目。2011年,该团队成功开发了整体叶盘激光冲击强化系统,该系统是我国第一台工业应用激光冲击强化设备,填补了我国在该领域的空白。近年来,团队共发表论文近200篇,其中SCI收录60余篇,EI收录100余篇;发明专利50余项。

相关论文
Wu J J, Zhao J B, Qiao H C, Liu X J, Zhang Y N et al. Acoustic wave detection of laser shock peening. Opto-Electronic Advances 1, 180016 (2018).
DOI:10.29026/oea.2018.180016