具体实施方式

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下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

在激光冲击处理过程中，作用到材料表面的冲击波大小是由激光光束能量密度直接决定的。激光能量密度是材料表面在单位时间单位面积接收到的激光能量，当激光光束的辐照面积发生变化时，激光能量密度必然发生相应改变。激光冲击表面处理所采用的激光光束属于汇聚光束，即激光光束聚焦位置的辐照面积代表最小光斑大小，而偏离光束焦点的距离越大，激光光束的辐照面积也越大。

如图1-2所示为具有不同区域不同厚度分布的变截面特征典型构件-航空发动机叶片构件，其中，叶片边缘部位1一般具有较小的厚度，在激光冲击过程中需对应相对较低的加工强度，叶片中间部位2一般具有较大的厚度，在激光冲击过程中需对应相对较高的加工强度；以往对变截面形状构件进行激光冲击处理时，待加工构件表面均接受相同离焦量的脉冲激光光束作用，如图3所示，对待加工变截面厚度构件4施加具有相同离焦量的脉冲激光光束3。

本实施例针对对象为不同部位厚度差最大值不小于3mm的变截面厚度构件，提供一种基于变化离焦量的不等强度激光冲击加工方法，采用非单一离焦量的脉冲激光加工方式，针对待加工构件具有不同截面厚度的部位设定不同的激光光束离焦量，使待加工构件不同部位获得不同强度的激光冲击作用效果；具体步骤包括：

将待加工构件根据厚度划分为不敏感区域和敏感区域；

根据不敏感区域的目标强化效果确定所需的脉冲激光参数；

根据敏感区域的目标强化效果和所述脉冲激光参数确定敏感区域最小厚度位置所需的激光离焦量；

根据不敏感区域的厚度、敏感区域厚度以及敏感区域最小厚度位置确定的激光离焦量，得到待加工构件任一厚度位置的激光离焦量；

根据待加工构件任一厚度位置的激光离焦量对待加工构件进行不同厚度位置的不等强度激光冲击加工处理。

具体地，本实施例利用激光光束离焦量大小决定光束辐照面积的物理条件，通过实时调整变截面厚度部件与激光发射装置的相对距离来改变激光光束离焦量，通过改变变截面厚度部件不同位置的激光光束离焦量来获得不同的激光能量密度，进而在不同冲击波压力作用下，材料表面不同位置获得与其厚度匹配的加工效果。在本实施例中具体分为以下几个步骤：

S1：根据厚度确定待加工构件对激光冲击的厚度不敏感区域；

所述激光冲击的厚度不敏感区域指：在激光冲击过程中无激光冲击波的穿透现象发生，且在激光冲击处理后具有相对一致的残余压应力场分布状态的区域。

本实施例设定临界厚度，厚度大于等于临界厚度的区域为厚度不敏感区域，否则为厚度敏感区域；本实施例默认待加工构件厚度大于等于3mm的区域均为激光冲击的厚度不敏感区域。

需要指出的是，为更加精确表示厚度不敏感区域的范围，技术人员可以通过不同厚度的待加工构件的激光冲击效果对比来精确量化激光冲击不敏感区域的具体厚度。

S2：确定激光冲击厚度不敏感区域的目标强化效果以及实现该效果所需的脉冲激光参数；

本步骤要求确定变截面厚度构件的较厚区域的目标强化效果，并依据目标强化效果确定所需的激光冲击处理工艺，得出实现目标强化效果所需的脉冲激光参数。

优选地，所需的脉冲激光参数指可实现目标强化效果的垂直入射脉冲激光的激光能量、脉冲宽度等。

需要说明的是，脉冲激光是在激光光束与材料表面不存在离焦的情况下对材料进行表面处理，即脉冲激光的聚焦位置位于待处理材料表面。

S3：确定待加工构件敏感区域中厚度最小部位(厚度为X_min)的目标强化效果以及实现该效果所需的脉冲激光的正离焦量数值；

本步骤要求确定变截面厚度构件最薄区域的目标强化效果；变截面厚度构件的最薄区域一般位于构件边缘位置，为保持边缘薄壁的形状尺寸与力学性能协调等，该区域一般具有相对较厚区域的较小的目标强化效果。

需要指出的是，目标强化效果主要指残余应力场强度等，包括表面残余应力大小以及残余应力分布深度等。

本步骤还要求确定实现所述目标强化效果的所需的正离焦量数值；由于变截面构件的边缘薄壁区域的目标强化效果比厚度不敏感区域低，与厚度不敏感区域相对的厚度敏感区域采用改变激光光束相对材料表面的正离焦量来不同程度削弱其所承受的实际激光冲击强度。

在本实施例中，确定边缘薄壁区域实现目标强化效果所需要的正离焦量数值为nmm。

需要指出的是，本实施例默认激光光束与材料表面不存在离焦的情况下，材料表面接收脉冲激光诱导的最大冲击波强度；激光光束与材料表面存在离焦的情况下，材料表面接收的激光冲击波强度发生降低。

需要指出的是，本实施例以正离焦量变化对应的冲击效果降低为基本原理，实现材料的不同强度激光冲击表面加工，但技术人员根据具体加工条件，也可选择以负离焦量变化对应的冲击效果降低为基本原理，实现材料的不同强度激光冲击表面加工，如图4所示为正、负离焦条件下的激光光束与材料表面的相对位置示意图。

S4：确定激光冲击的光斑搭接率，并计算变截面构件任一厚度位置所需的激光正离焦量；

本步骤要求已经确定激光冲击不敏感区域的具体厚度为3mm，或者技术人员已通过试验手段测定待加工构件的激光冲击不敏感区域的具体厚度为X_maxmm；以已确定待加工构件的不敏感区域的具体厚度为X_maxmm，敏感区域中厚度最小为X_minmm，则变截面构件任一厚度为A的位置的正离焦量数值为

S5：采用待加工构件任一厚度位置的激光离焦量以及光斑搭接率对需进行不等强度激光冲击处理的变截面厚度构件进行激光冲击处理；

本步骤进行之前默认已完成待加工构件的装夹以及吸收层与约束层材料的涂覆；如图5所示，对待加工构件的不同厚度部位采用不同正离焦量的脉冲激光光束进行激光冲击处理，在不同离焦状态的脉冲激光冲击过程中，待加工构件的不同厚度部位具有变化的激光辐照面积。

在本实施例中，变截面厚度构件不同位置的激光光斑的搭接率由技术人员根据实际加工经验而确定，其确定原则为相同或不同尺寸的光斑的搭接使得材料表面被冲击区域完全覆盖。本实施例中定义相邻圆形光斑相交交点连线长度与相邻圆形光斑直径的平均值的比值为激光光束辐照区域的光斑搭接率。

本实施例以加工航空发动机叶片构件为例，说明基于变化离焦量的变截面厚度构件不等强度激光冲击加工方法的实施过程。

(1)基于实际加工经验，确定待加工构件厚度大于3mm的区域均为激光冲击的厚度不敏感区域，认为待加工材料厚度在3mm以上时，不会发生脉冲激光冲击波的穿透现象，同时不会导致待加工材料的整体变形。

(2)依据待加工构件截面厚度大于3mm区域的需引入0.6mm残余应力深度分布的加工目标，确定脉冲激光强化工艺所选择的垂直入射的无离焦量激光光束的参数为：激光能量4J，脉冲宽度18ns，光束直径1.2mm。

(3)依据待加工构件截面厚度约1mm区域的需引入0.2mm残余应力深度分布的加工目标，通过多组变正离焦量数值的对比试验，确定脉冲激光强化工艺所选择激光光束参数为：激光能量4J，脉冲宽度18ns，光束直径1.2mm时，激光光束的正离焦量数值为1.8mm(相对激光光束无离焦情况下的正离焦量数值为0而言)。

(4)本实施例通过线性插值关系确定特定截面厚度部位的对应脉冲激光光束的正离焦量数值；

举例来讲，当边缘截面厚度为1mm且其对应脉冲激光正离焦量为1.8mm，中部截面厚度为3mm且其对应脉冲激光正离焦量为0，则上述两位置区间内截面厚度为2mm的部位则可判定其对应脉冲激光正离焦量约为0.9mm。

(5)确定相同尺寸激光光束的光斑搭接率为30％，不同尺寸激光光束的光斑搭接率为40％，定义相邻圆形光斑相交交点连线长度与相邻圆形光斑直径的平均值的比值为激光光束辐照区域的光斑搭接率；

采用已确定的不同部位的对应激光光束正离焦量，对需进行不等强度激光冲击处理的变截面厚度构件进行激光冲击处理，完成待加工变截面特征构件的基于变辐照面积的变离焦状态的不等强度激光冲击表面处理，且其不同截面厚度区域获得如图6所示的“形状尺寸”与“力学性能”相匹配的残余应力分布特征。

另外，若在上述采用非固定离焦状态激光冲击处理变截面厚度构件的过程中，将激光离焦状态统一设定为无离焦图3，则待加工构件极易形成如图7所示的表面加工效果，即待加工构件的边缘薄壁部位承受与较厚截面区域相同的激光冲击压力，导致薄壁部位的宏观变形，进行影响待加工构件的尺寸控制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。