[發(fā)明專利]一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710065831.0
• 申請(qǐng)日: 2017-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN106893855B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯金忠;段海峰;盧海飛;羅開玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D10/00
• 分類號(hào): C21D10/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及了一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化方法。采用相同波長(zhǎng)、脈寬、光斑直徑、脈沖能量的兩束激光束異步對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行雙面激光沖擊強(qiáng)化，即用一束激光束沿葉片主導(dǎo)邊正面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，延遲一段時(shí)間在相同位置采用另一束相同參數(shù)的激光束在背面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化的起始點(diǎn)和沖擊路徑相同；對(duì)于主導(dǎo)邊同一位置正面和背面兩束激光的時(shí)間差小于正面沖擊波傳播到葉片背面所需的時(shí)間且正面激光束在先，依照這種雙面異步?jīng)_擊方法連續(xù)對(duì)葉片進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，直至葉片主導(dǎo)邊正面和背面全部沖擊區(qū)域沖擊完成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特指一種利用設(shè)計(jì)的異步雙面激光沖擊強(qiáng)化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的渦輪葉片主導(dǎo)邊強(qiáng)化效果。

技術(shù)背景

激光沖擊強(qiáng)化(laser shock peening/processing,LSP)是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，具有“三高一快”的特點(diǎn)：高能(幾十J)、高壓(GPa-TPa)、高應(yīng)變率(10⁷S^-1)和超快(ns)。其主要作用過(guò)程是高能、超快的激光穿過(guò)透明的約束層輻照在貼有吸收層的金屬材料表面，吸收層吸收激光能量迅速形成爆炸性氣化蒸發(fā)，產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，等離子體吸收激光能量形成向外擴(kuò)張的沖擊波，由于外層約束層的約束，高壓沖擊波向材料內(nèi)部傳播，利用沖擊波的力效應(yīng)在材料表層發(fā)生塑性變形，使得表層材料微觀組織發(fā)生變化，同時(shí)在沖擊區(qū)域引入殘余壓應(yīng)力，提高材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐應(yīng)力腐蝕等性能，尤其能有效改善材料的抗疲勞斷裂性能，提高材料的疲勞壽命。

對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，由于葉片主導(dǎo)邊較薄，激光能量較大時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波壓力過(guò)大容易使葉片主導(dǎo)邊產(chǎn)生宏觀變形，導(dǎo)致葉片破壞，激光能量較小時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波壓力過(guò)小則不能在葉片內(nèi)部形成穩(wěn)定的、最大的塑性變形，強(qiáng)化效果不佳。因此，如何在葉片內(nèi)部產(chǎn)生最大的塑性變形，獲得最好的強(qiáng)化效果同時(shí)又不產(chǎn)生宏觀變形導(dǎo)致葉片破壞成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化方法。采用相同波長(zhǎng)、脈寬、光斑直徑、脈沖能量的兩束激光束異步對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行雙面激光沖擊強(qiáng)化，即用一束激光束沿葉片主導(dǎo)邊正面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，延遲一段時(shí)間在相同位置采用另一束相同參數(shù)的激光束在背面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化的起始點(diǎn)和沖擊路徑相同；對(duì)于主導(dǎo)邊同一位置正面和背面兩束激光的時(shí)間差小于正面沖擊波傳播到葉片背面所需時(shí)間且正面激光束在先，依照這種雙面異步?jīng)_擊方法連續(xù)對(duì)葉片進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，直至葉片主導(dǎo)邊正面和背面全部沖擊區(qū)域沖擊完成。研究表明，當(dāng)峰值壓力P滿足2V_HEL<P<2.5V_HEL時(shí)，靶材內(nèi)部可以獲得最大的塑性變形。本發(fā)明中葉片主導(dǎo)邊正面激光束主要用來(lái)產(chǎn)生塑性變形，延遲的背面激光束主要用來(lái)抵消產(chǎn)生宏觀變形的沖擊波壓力，從而獲得最大的塑性變形，同時(shí)，避免了葉片主導(dǎo)邊正面由于沖擊波壓力太大而造成葉片主導(dǎo)邊產(chǎn)生宏觀變形。

具體實(shí)施步驟如下：

(1)根據(jù)渦輪葉片的材料和厚度確定其主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的延遲時(shí)間t，t₀為材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播到材料底部的時(shí)間，由t₀＝L/C₀，計(jì)算得出，式中，L為葉片厚度，C₀為應(yīng)力波的波速，E為彈性模量，υ為泊松比，ρ為材料密度，渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的延遲時(shí)間t取為0<t<t₀，從而使得激光在正面和背面誘導(dǎo)的沖擊波在葉片內(nèi)部距葉片正面處相遇，葉片材料在動(dòng)態(tài)載荷下的屈服強(qiáng)度為要發(fā)生永久的塑性變形，激光沖擊強(qiáng)化所產(chǎn)生的峰值壓力必須大于材料的Hugoniot彈性極限(HEL)V_HEL，V_HEL滿足公式：式中，υ為泊松比。