[发明专利]一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法

说明书

本发明涉及了一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其主要是在叶片主导边8～10mm的范围内的每一个点正面和背面采用相同直径、不同脉冲能量的两束激光同步进行冲击，且正面激光脉冲能量大于背面激光脉冲能量，其中正面采用的激光功率密度，用来使整个激光冲击光斑区域产生动态塑性变形，背面采用的激光功率密度主要用来抵消正面冲击光斑中心区域过大的冲击波压力，避免在正面冲击光斑中心区域叶片产生宏观变形，最终可以达到最佳的强化效果，是一种针对涡轮叶片和薄壁零件强化的有效方法。本发明可以应用到航空和民用中飞机涡轮、整体叶盘、汽轮机和水轮机等多个领域。

技术领域

本发明涉及表面工程技术与激光加工技术领域，具体涉及一种涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法。

背景技术

激光冲击强化(laser shock peening/processing,LSP)是一种新型的表面强化技术，主要是采用短脉冲(几十纳秒)、高峰值功率密度(>10⁹W/cm²)的激光辐照在金属表面，激光束通过约束层之后被吸收层吸收，吸收层从而获得能量形成爆炸性气化蒸发，产生高温高压的等离子体，由于外层约束层的约束，等离子体形成高压冲击波从而向材料内部传播，利用冲击波的力效应在材料表层发生塑性变形，使得表层材料微观组织发生变化，同时在冲击区域产生残余压应力，提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐应力腐蚀性能，主要用于提高航空发动机关键构件关键部位的疲劳强度。

涡轮叶片是发动机重要的零部件之一，具有结构复杂、品种多、数量大、对发动机性能影响大、设计制造周期长等特点，涡轮叶片一般承受较大的工作应力和较高的工作温度，且应力和温度的变化比较频繁和剧烈，此外还有腐蚀和磨损的问题，对其工作条件的要求非常苛刻。因此，需要提高涡轮叶片表面性能，增加飞机涡轮叶片的服役寿命。通常国际上在涡轮叶片正反面采用双面同时激光冲击强化，即在涡轮叶片某一点的正反面采用相同激光冲击工艺参数(包括脉宽、脉冲能量、光斑直径)，但是这种方法会在叶片中间位置产生较大的拉应力，同时也会带来整个叶片主导边不均匀强化效果。叶片单面受冲也是叶片强化的一种方式，由于脉冲激光属于高斯分布，当光斑中心区域达到强化作用时，光斑边缘区域无法达到，而当光斑边缘区域达到强化作用时，光斑中心区域会能量过高，容易造成叶片的宏观变形与破坏，无法实现最佳的强化效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，即在叶片主导边8～10mm的范围内的每一个点正面和背面采用相同直径、不同脉冲能量的两束激光同步进行冲击，且正面激光脉冲能量大于背面激光脉冲能量，其中正面采用的激光功率密度，用来使整个激光冲击光斑区域产生动态塑性变形，背面采用的激光功率密度，用来抵消正面冲击光斑中心区域过大的冲击波压力，避免在正面冲击光斑中心区域叶片产生宏观变形。