[發明專利]一種飛機葉片榫槽底部平面激光沖擊強化方法和裝置

有效

• 申請號: 201310384555.6
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103468925A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 薛偉;魯金忠;羅密;張永康;戴峰澤
• 申請（專利權）人: 溫州大學;江蘇大學;東南大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

技術領域

本發明涉及激光加工領域，特指一種飛機葉片榫槽底部平面激光沖擊強化技術，提高飛機葉片與葉盤連接的可靠性，延長其使用壽命。

背景技術

發動機是飛機的動力，也是飛機的心臟。葉片是一種特殊的零件，它的數量多，形狀復雜，要求高，加工難度大，一直以來是各發動機廠的生產的關鍵，被稱為“心臟的心臟”。飛機葉片通過葉片底部的榫頭與葉盤上的榫槽連接，因此飛機葉片榫頭的榫槽底部是典型的應力集中區域。發動機工作時，疲勞裂紋容易在榫槽底部平面上萌生和擴展，導致葉片松動、振動或失衡，從而影響發動機的安全性、可靠性和使用壽命大大降低，增加維護的成本。因此，對榫槽底部平面進行表面強化處理，降低磨損，抑制疲勞裂紋的萌生和擴展至關重要。

激光沖擊強化LSP，又叫激光噴丸，是一種新型的材料表面強化技術，利用強激光誘導的沖擊波力學效應對材料進行加工，具有高壓、高能、超快和超高應變率等特點。其形成的殘余壓應力層能有效地消除材料內部的應力集中和抑制裂紋的萌生和擴展，能夠顯著提高金屬零件的疲勞壽命以及抗腐蝕和抗磨損能力。大量的研究證明激光沖擊強化技術是延長裂紋萌生時間降低裂紋擴展速度提高材料壽命的有效手段。

但由于飛機葉片榫頭的榫槽底部通常很窄，只有幾毫米。在進行激光沖擊強化時，激光束會首先照射到榫槽底部側壁產生等離子體，從而形成“等離子體屏蔽”效應，阻礙激光束照射到榫槽底部平面，影響激光沖擊強化的效果。同時，由于水流的附壁效應顯著，在榫槽底部內難以形成均勻穩定的水約束層從而也會對激光沖擊強化效果造成影響。而榫槽底部是容易產生失效的部位，尤其需要進行表面強化處理。

發明內容

本發明的目的在于提供一種飛機葉片榫槽底部平面激光沖擊強化方法和裝置，避免“等離子體屏蔽”現象，且實現均勻穩定的水約束層，提高激光沖擊強化效果。

為解決上述技術問題，本發明根據榫槽底部的幾何特征，采用光路變換系統將激光束的圓形光斑轉換為高功率密度的條形光斑對榫槽底部平面進行激光沖擊強化，且在榫槽底部的兩個端面分別設置導流噴射裝置和抽水裝置以實現均勻穩定的水約束層，具體技術方案如下：

一種飛機葉片榫槽底部激光沖擊強化方法，其特征在于：根據榫槽底部的幾何特征，采用光路變換系統將圓形光斑激光束轉換為高功率密度的條形光斑激光束對覆蓋有吸收層的榫槽底部平面進行激光沖擊強化；同時采用導流噴射裝置和抽水裝置，分別控制榫槽底部進水端和出水端的水流參數，在榫槽底部內形成穩定1-1.5mm均勻的水約束層；

所述的條形光斑激光束寬度為0.5-1mm，長度為7-14mm，脈沖能量為5-12J，脈沖寬度為10-30ns。

一種實施所述飛機葉片榫槽底部平面激光沖擊強化方法的裝置，其特征在于：包括激光器(10)，激光器控制裝置(11)，光路變換系統(13)，五軸工作臺(19)，夾具Ⅰ(23)，夾具Ⅱ(22)，夾具Ⅲ(21)，水箱(27)，導流噴射裝置(26)，輸水軟管(25)，噴頭(24)，抽水管頭(16)，抽水軟管(20)，水泵(17)和水槽(18)；夾具Ⅰ(23)、夾具Ⅱ(22)和夾具Ⅲ(21)安裝在五軸工作臺(19)上，夾具Ⅱ(22)位于夾具Ⅰ(23)與Ⅲ(21)之間，噴頭(24)安裝在夾具Ⅰ(23)頂部，噴頭(24)與導流噴射裝置(26)通過輸水軟管(25)相連，導流噴射裝置(26)的進水管與水箱(27)相接，抽水管頭(16)安裝在夾具Ⅲ(21)頂部，抽水管頭(16)通過抽水軟管(20)與水泵(17)相連，水泵(17)出水口與水槽(18)相連，激光器(10)位于五軸工作臺(19)正上方，光路變換系統(13)位于激光器(10)與五軸工作臺(19)之間。

導流噴射裝置(26)用于控制水流的壓力和流量，控制壓力值范圍在0.1-0.3MPa之間，進口流量范圍在0.8×10^-5-2.0×10^-5m³/s之間。

所述的水泵出口流量范圍為0.8×10^-5-2.0×10^-5m³/s，使榫槽底部內水約束層進出流量相等，確保水膜均勻。

所述的噴頭(24)為扁平狀，所述噴頭(24)的端面出水口寬度為1.5mm，長度為10mm。

所述的抽水管頭(16)為扁平狀，所述抽水管頭(16)的端面出水口寬度為1.5mm，長度為10mm。

使用該裝置的具體步驟為：

·在葉片榫槽底部平面涂上黑漆或鋁箔吸收層，然后將葉片安裝在夾具Ⅱ上，使榫槽底部平面保持水平；