[發明專利]激光強化葉片邊緣性能測試方法

在審

• 申請號: 202110304535.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113075066A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 何衛鋒;周留成;羅思海;聶祥樊;李才智;汪世廣;張一豪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N1/28;C21D10/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種激光強化葉片邊緣性能測試方法，S1：葉片邊緣激光沖擊強化；S2：在葉片邊緣處制作缺口；S3：判斷缺口深度是否達到葉片所需的最大深度，若達到或超過最大深度，則執行步驟S7，若未超過最大深度，則執行步驟S4；S4：對葉片邊緣缺口處進行受迫振動疲勞試驗，并設定疲勞循環次數；S5：葉片疲勞試驗通過所要求的循環次數，則增大缺口深度，重復步驟S3，若疲勞試驗未通過所要求的循環次數，則執行步驟S6；S6：更換葉片，優化激光沖擊強化的參數，并對更換后的葉片邊緣激光沖擊強化，執行步驟S2；S7：停止疲勞試驗；本發明激光強化工藝與疲勞試驗相結合，可以在某一缺口深度時通過不同的強化工藝，達到所要求的疲勞壽命，或者是在同一強化工藝條件下，獲得葉片可以承受的最大缺口深度。

技術領域

本發明涉及機械制造技術領域，特別涉及一種激光強化葉片邊緣性能測試方法。

背景技術

航空發動機、地面燃氣輪機和風機等高速旋轉的葉輪機械中，旋轉葉片或整體葉盤是其重要的部件，葉片高速旋轉壓縮氣體做功。在葉輪機械工作過程中，高速的旋轉和振動在葉片中產生較大的應力，該應力是隨著工作狀態，如轉速、氣流等的變化而變化的，從而容易誘發疲勞裂紋，甚至破壞。尤其是一些隨著氣流運動的物體，如沙子、石頭、金屬小塊等進入到葉輪機械的流道中，可能沖擊到葉片上，形成缺口。缺口的出現改變葉片的應力場分布，增大應力的幅值，葉片邊緣的缺口將會嚴重降低其疲勞壽命。因此，在受到損傷后對整體葉盤或者葉片的更換費時費力，代價高昂；因此，提升葉片疲勞強度尤為重要。

在不改變葉片材料、結構和尺寸等前提條件下，激光沖擊強化、噴丸、低塑性滾光等表面改性方法已經被試驗證明可顯著提升金屬材料的疲勞強度。激光沖擊技術采用脈沖寬度為數納秒的高能激光輻照在材料表面，通過黑色的吸收保護層吸收激光的能量，瞬間形成高壓等離子體，進一步通過約束層(通常為水)提升等離子體的壓力，形成一道沖擊波向材料內部傳播，經過沖擊波的一次或者多次反復作用，使得材料性能提升。激光沖擊強化的方法已經在葉輪機械的轉子葉片上得到了應用，可以提高葉片的疲勞強度或者耐磨性能等。

在激光沖擊強化后，除了測試表層的硬度、殘余應力以外，通常需要采用疲勞試驗的方法驗證強化效果，獲得在交變載荷作用下材料抵抗破壞的能力。對疲勞性能的強化效果考核目前主要是采用拉伸或者振動疲勞的試驗方法。而目前的發動葉片疲勞試驗主要是在振動臺上完成，往往需要數十件葉片才能得到比較好的數據，每個葉片試驗時間較長，全部完成試驗耗時長達數月。對于缺口疲勞來說，由于葉片缺口形狀、尺寸變化大，缺口疲勞試驗的工作量更加復雜。另一個方面，葉片振動疲勞的考核部位只能位于一階彎曲節線，由于缺口位置及尺寸的變化使得葉片的固有頻率和振型發生改變，試驗設計十分復雜。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種激光強化葉片邊緣性能測試方法，采用激光沖擊強化等表面改性方法以后，通過試驗快速得到葉片邊緣缺口部位的疲勞性能，從而可以進一步優化激光沖擊強化等工藝及參數。

本發明的激光強化葉片邊緣性能測試方法，包括以下步驟：

S1：葉片邊緣激光沖擊強化；

S2：在葉片邊緣處制作缺口；

S3：判斷缺口深度是否達到葉片所需的最大深度，若達到或超過最大深度，則執行步驟S7，若未超過最大深度，則執行步驟S4；

S4：對葉片邊緣缺口處進行受迫振動疲勞試驗，并設定疲勞循環次數；

S5：葉片疲勞試驗通過所要求的循環次數，則增大缺口深度，重復步驟S3，若疲勞試驗未通過所要求的循環次數，則執行步驟S6；

S6：更換葉片，優化激光沖擊強化的參數，并對更換后的葉片邊緣激光沖擊強化，執行步驟S2；

S7：停止疲勞試驗；

進一步，所述葉片缺口通過線切割方式制作。