[发明专利]一种航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术装置及方法

说明书

本发明属于电磁复合场耦合领域，具体涉及一种航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术装置及方法。包括电场生成装置、磁场生成装置、执行装置、监测装置；通过电‑磁复合能量诱发叶片材料非均匀微区快速靶向相变，从而均化材料残余应力分布，增加行核自由能，降低相变热驱动力的效应，解决航发钛合金叶片材料基体组织损伤缺陷与残余应力分布不均等难题，实现现有航发叶片服役性能与疲劳寿命的提升。

技术领域

本发明属于电磁复合场耦合领域，具体涉及一种航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术装置及方法。

背景技术

叶片是航空发动机的核心部件，叶片材料一般由钛合金、镍基高温合金等高比强度材料加工制造。当前叶片面临结构强韧性差、制造工艺复杂、疲劳寿命低等制造领域技术问题的挑战。已有研究表明，航空发动机叶片的主要失效形式为疲劳、超应力、蠕变、腐蚀及磨损。现有的制造成形工艺及热处理方法很难实现对航发叶片进行原位调控，通过优化叶片残余应力分布来达到对已有微纳缺陷进行修复的目的，导致航发叶片的可靠性及疲劳寿命受到极大制约，成为制约我国高性能航发叶片制造的“卡脖子”问题。

本发明提出基于航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术新方法。利用电磁复合场能量耦合作用下航发钛合金叶片基体材料的焦耳热效应、趋肤效应、电子风效应来对缺陷微区进行原位调控，优化残余应力分布，原位修复微纳损伤，定向强化组织性能弱区。发明航发叶片的“原位调控”新型技术，实现现有航发钛合金叶片服役性能与疲劳寿命的突破。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对目前加工制造后的航发钛合金叶片材料残余应力分布不均、微纳损伤缺陷难以原位修复等问题，提供一种航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术装置及方法，通过电-磁复合能量诱发叶片材料非均匀微区快速靶向相变，从而均化材料残余应力分布，增加行核自由能，降低相变热驱动力的效应，解决航发钛合金叶片材料基体组织损伤缺陷与残余应力分布不均等难题，实现现有航发叶片服役性能与疲劳寿命的提升。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种航发钛合金叶片材料电磁复合场原位调控技术装置，包括电场生成装置、磁场生成装置、执行装置、监测装置；

所述电场生成装置主要有电脉冲发生器和霍尔电流传感器组成，其中电脉冲发生器的输出端接触点与上导电轴输入端接触点连接，用于提供不同脉冲波形电流信号；霍尔电流传感器输入端接触点与下导电轴输出端接触点连接，用于实时收集电脉冲发生器发送的电脉冲信号数据；

所述磁场发生装置包括磁脉冲波形发生器、高压输出电源、励磁线圈、线圈支撑平台。所述线圈支撑平台固定不动，用于为线圈固定与安装，所述脉冲波形发生器输出端接触点与高压输出电源输入端接触点连接，用于提供不同脉冲波形以便激发不同强度梯度磁场；所述高压输出电源输入端接触点和输出端接触点分别与励磁线圈的两端连接，用于将脉冲波形的电压进行放大，从而为励磁线圈提供高电压脉冲波形；所述励磁线圈外形为螺旋形，励磁线圈接通高电压脉冲波形将会在其附件空间激发磁场，励磁线圈和航发钛合金叶片材料垂直方向以中轴线重合来进行布置安装。

所述执行装置包括液压气缸、联轴器、传动轴、传动支架、上导电轴、上导电电极、下导电电极、下导电轴。所述固定支架、下导电轴、下导电电极位置固定不动，用于航发钛合金叶片材料初始定位与安装；所述液压气缸、联轴器、传动轴、传动支架、上导电轴、上导电电极为可移动部件，通过控制液压气缸来调节上导电电极与下导电电极之间的间距，用于航发钛合金叶片材料的定位与固定；

所述监测装置包括示波器、红外热像仪、个人计算机。所述示波器用于实时监测电脉冲信号，用于确定电流脉冲信号是否失真；所述红外热像仪在水平方向与航发钛合金叶片材料安装，用于实时收集叶片材料构件表面温度数据；所述个人计算机与电脉冲发生器连接，用于编辑合适电脉冲波形并将波形发送到电脉冲发生器；所述个人计算机同时可与红外热像仪连接，用于将红外热像仪的数据实时传输给个人计算机，以实时显示航发钛合金叶片材料表面温度变化过程。