[发明专利]轴流叶片盘的表面强化方法、轴流叶片盘及涡轮发动机

说明书

本发明公开了一种轴流叶片盘的表面强化方法，包括以下步骤：基于叶片盘本体不同区域失效模式的差异和/或刚性差异对所述叶片盘进行分区；对每一分区的表面使用不同功率密度的激光强化；对每一分区的表面使用不同强度的机械喷丸进行表面强化。本发明的表面强化方法经二种表面强化工艺复合强化显著提高叶片盘的疲劳性能，并基于复合强化通过激光强化对结构应力集中部位精准强化，通过控制激光强化功率密度、位置，控制机械喷丸强化强度、位置对叶片盘进行梯度式精准分区强化，有效控制叶片变形，提高叶片盘表面质量并大幅提高叶片高周疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及叶片盘表面强化技术领域，特别地，涉及一种轴流叶片盘的表面强化方法。此外，本发明还涉及一种包括上述轴流叶片盘的表面强化方法的轴流叶片盘及涡轮发动机。

背景技术

航空发动机压气机整体叶片盘转速高、应力大，进出口气流马赫数高、盘片耦合振动带来的固有频率的高密集性，以及复杂流场带来的气流激励的多频性导致叶片振动复杂，而多工况的使用特点使得叶片避开各阶共振频率，尤其是高阶频率近乎无法实现。近年来由于压气机叶片高周疲劳断裂而导致的故障在在役、新研的发动机上较高频率出现，严重影响相关型号的研制及发动机的使用，因此，急需推进抗高周疲劳技术研究。

现有技术中的处理方式主要有三种：

一是对叶片和盘体进行加厚处理，提高叶片薄弱区域的结构强度，从而提高高周疲劳性能，延长叶片服役寿命；但叶片加厚会影响压气机的气动性能，难以满足总体的要求，叶片和盘体加厚会导致整体轴流叶片盘重量增加，并对叶片盘的强度和变形有着不利影响；

二是对叶片和盘体进行机械喷丸，通过该方法在叶片和盘体表面产生弹塑性形变层，并形成高幅值的残余压应力层，从而实现改善叶片和盘体表面质量的目标，达到提高叶片和盘体的高周疲劳性能的目的；单一机械喷丸强化难以满足叶片不同区域的强化需求，对叶片高周疲劳性能的提升幅度有限；机械喷丸强化无法对结构应力集中部位的表面进行精准强化，变形控制难度大；

三是无差别激光冲击强化机械喷丸复合强化，全面抑制疲劳裂纹的萌生与扩展，显着提高高周疲劳寿命；对叶片全表面进行激光冲击强化，对于具有复杂曲面和超薄结构的小尺寸整体叶盘，抗疲劳效果提升有限且难以有效控制强化产生的变形，导致无法应用复合强化方式。

发明内容

本发明提供了一种轴流叶片盘的表面强化方法、轴流叶片盘及涡轮发动机，以解决现有强化方法无法满足整体叶片盘抗疲劳效果的提升以及变形控制难度大的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：一种轴流叶片盘的表面强化方法，包括以下步骤：

S1.基于叶片盘本体不同区域失效模式的差异和/或刚性差异对所述叶片盘进行分区；

S2.对每一分区的表面使用不同功率密度的激光强化；

S3.对每一分区的表面使用不同强度的机械喷丸进行表面强化。

作为一种优选方式，

根据本发明的另一方面，还提供了一种轴流叶片盘，应用有以上任一所述轴流叶片盘的表面强化方法

根据本发明的另一方面，还提供了一种涡轮发动机，其包括上述轴流叶片盘。