[发明专利]一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺有效

专利信息
申请号: 202110871266.3 申请日: 2021-07-30
公开(公告)号: CN113817914B 公开(公告)日: 2023-04-07
发明(设计)人: 李国杰;何艳磊;王亚洲;姜楠;李庆;毋乃靓 申请(专利权)人: 西安天瑞达光电技术股份有限公司
主分类号: C21D10/00 分类号: C21D10/00;C22F3/00
代理公司: 北京科家知识产权代理事务所(普通合伙) 11427 代理人: 郭晶
地址: 710077 陕西省西安市市辖区高新区*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 压气 叶片 激光 冲击 强化 工艺
【说明书】:

本发明提出了一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺,确定叶片的激光冲击强化工艺,包括按照叶片材料的力学性能,确定激光工艺参数,并确定叶片激光冲击强化区域对叶片变形进行控制;按照确定的激光冲击强化工艺,对叶片进行加工;对激光冲击强化区域进行抛光打磨,去除表面烧蚀层。本发明工艺解决了大能量激光冲击强化厚度小于2mm压气机叶片时,由于入射压缩波与反射拉伸波的耦合,引入拉应力,降低叶片的疲劳性能,以及激光冲击强化导致叶片变形量比较大的难题。

技术领域

本发明涉及激光强化领域,特别涉及一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺。

背景技术

激光冲击强化技术是目前最先进的提高金属材料力学性能的表面处理技术。在航空、兵器、石油、医疗器械等领域都有应用,特别在提高航空发动机零部件使用寿命上起到了非常重要的作用。

激光冲击强化冲击比较薄的零件时,冲击压缩波穿过材料在自由表面反射的是拉伸波,在材料内部产生残余拉应力,且反射拉伸波与入射波相互耦合,产生复杂的残余应力分布,影响强化效果。而且在激光冲击强化时,薄件的变形也是不可忽视的问题。

目前,所有薄件激光冲击强化的文献中,均采用大能量(1J以上)的激光冲击强化工艺,未见报道本发明工艺采用的低能量(100mJ以内)小光斑(直径小于1mm)的激光工艺参数。申请公布号CN108728782A《纳秒脉冲激光冲击强化钛合金薄叶片冲击波吸收的方法》,激光冲击强化工艺参数为激光能量2J~5J,光斑直径1mm~2mm,在薄叶片背面和侧面安装能量陷阱装置实现导出冲击波,难点是需要找到与叶片材料声阻抗相匹配的材料,需要根据叶片的形貌制备导波模型,且此专利只解决了反射拉伸波问题,叶片的变形仍然没有解决。

发明内容

本发明提出一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺,解决了现有技术中大能量激光冲击强化厚度小于2mm压气机叶片时,由于入射压缩波与反射拉伸波的耦合,引入拉应力,会降低叶片的疲劳性能,以及激光冲击强化导致叶片变形量比较大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的:

一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺,包括以下步骤:

S1:根据压气机叶片薄弱区域,确定激光冲击强化区域:压气机叶片的进气边、排气边在叶盆和叶背上的对称区域为激光冲击强化区域;

S2:确认叶片控制变形区域:应用Abaqus仿真软件,输入材料的力学性能参数,在叶片三维模型叶盆和叶背两者的进气边及排气边载入激光冲击强化参数,计算变形,通过多次选择不同控制变形区域的仿真分析,确认叶片控制变形区,在三维模型对应的压气机薄叶片的叶背中间区域载入相同的激光冲击强化参数,并在计算分析后确认控制变形量范围;

S3:根据压气机薄叶片的材料力学性能制定激光冲击强化激光参数:激光工艺参数为激光单脉冲能量≤100mJ、聚焦光斑直径≤1mm和激光脉宽≤10ns;

S4:设置激光冲击强化路径程序:根据叶片的冲击区域,在激光冲击强化设备上设置激光冲击强化路径程序。

S5:清洗压气机叶片表面;

S6:通过夹具将叶片固定,将激光器对准叶片,调用设置好的激光冲击强化路径程序,采用无吸收保护层的强化形式进行加工;

S7:对激光冲击强化区域进行抛光打磨,去除表面烧蚀层。

优选的,步骤S1中压气机叶片的进气边及排气边的激光冲击强化区域的宽度为5mm±1mm。

优选的,步骤S2中叶片控制变形区为叶背中间宽度为10mm±1m的区域。

优选的,步骤S2中叶片控制变形量的范围为0-0.2mm。

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