CN103898313B - 一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法 - Google Patents

一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于激光表面处理技术，涉及一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法。激光冲击强化的步骤如下：清洁零件；设置吸收层；设置约束层；零件装夹；调整激光冲击强化角度；确定激光冲击工艺参数；进行激光冲击。本发明提出了一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，激光强化的优点是残余应力影响层可达1毫米以上（机械喷丸一般不超过0.5毫米），从而导致疲劳寿命增加幅度更大，另外，激光可以对强化区域进行有选择的强化，即可实现小区域的精确控制和应力调控。

Description

一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法
技术领域
本发明属于激光表面处理技术，涉及一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法。
背景技术
发动机涡轮盘榫槽的工作面由于在高速旋转状态下工作，不仅承受高的离心力负荷、振动负荷和热负荷，还要承受环境介质与氧化，其工作条件十分恶劣，因而出现失效的概率较高。航空发动机涡轮盘在服役过程中曾经出现涡轮盘榫齿开裂，严重影响飞行安全。目前通用的强化方法是机械喷丸表面强化处理。但是针对榫槽结构来说机械喷丸丸粒打不到，即使有勉强能打到的，也会造成丸粒污染；而激光强化的优点是残余应力影响层可达1毫米以上（机械喷丸一般不超过0.5毫米），从而导致疲劳寿命增加幅度更大，另外，激光可以对强化区域进行有选择的强化，即可实现小区域的精确控制和应力调控。
发明内容
本发明的目的是：提出一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，以填补涡轮盘榫槽工作面表面激光强化方法的空白，同时增加榫槽结构工作面的残余应力影响层深度，显著提高涡轮盘疲劳寿命，进而提高发动机使用寿命。
本发明的技术方案是：一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，采用法国THALES固体激光器进行激光冲击强化，其特征在于，激光冲击强化的步骤如下：
1、清洁零件：使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；
2、设置吸收层：在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.05mm～0.3mm；
3、设置约束层：在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为0.5mm～2mm；
4、零件装夹：将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；
5、调整激光冲击强化角度：通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角为25°～90°；
6、确定激光冲击工艺参数：激光脉冲能量为5J～22J，光斑搭接率5%～60%，激光扫描速度0.01m/s～0.2m/s，激光脉冲频率0.5Hz～10Hz；
7、进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。
本发明的优点是：提出一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，以填补涡轮盘榫槽工作面表面激光强化方法的空白，同时增加榫槽结构工作面的残余应力影响层深度，显著提高涡轮盘疲劳寿命，进而提高发动机使用寿命。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，采用法国THALES固体激光器进行激光冲击强化，其特征在于，激光冲击强化的步骤如下：
1、清洁零件：使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；
2、设置吸收层：在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.05mm～0.3mm；
3、设置约束层：在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为0.5mm～2mm；
4、零件装夹：将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；
5、调整激光冲击强化角度：通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角为25°～90°；
6、确定激光冲击工艺参数：激光脉冲能量为5J～22J，光斑搭接率5%～60%，激光扫描速度0.01m/s～0.2m/s，激光脉冲频率0.5Hz～10Hz；
7、进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。
实施例1，首先使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.05mm；在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为0.5mm；将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角，选取强化光路角度25°；激光脉冲能量为5J，光斑搭接率60%，激光扫描速度0.01m/s，激光脉冲频率5Hz；进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。
实施例2，首先使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.1mm；在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为1mm；将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角，选取强化光路角度45°；激光脉冲能量为10J，光斑搭接率30%，激光扫描速度0.035m/s，激光脉冲频率2Hz；进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。
实施例3，首先使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.3mm；在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为2mm；将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角，选取强化光路角度70°；激光脉冲能量为20J，光斑搭接率10%，激光扫描速度0.15m/s，激光脉冲频率1Hz；进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。

Claims (1)

1.一种涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化方法，采用法国THALES固体激光器进行激光冲击强化，其特征在于，激光冲击强化的步骤如下：
1.1、清洁零件：使用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭清洁零件表面，去除零件表面的油污；
1.2、设置吸收层：在待激光冲击强化处理的榫齿槽表面粘贴铝箔胶带作为吸收层，铝箔胶带的厚度为0.05mm～0.3mm；
1.3、设置约束层：在激光强化过程中，需使用约束层覆盖于吸收层上，采用向吸收层喷射去离子水的方法设置约束层，约束层厚度为0.1mm～0.5mm；
1.4、零件装夹：将涡轮盘固定在能相对激光器做转动的夹具上；
1.5、调整激光冲击强化角度：通过夹具调整涡轮盘榫槽结构表面与激光光路的夹角为25°～90°；
1.6、确定激光冲击工艺参数：激光脉冲能量为5J～22J，光斑搭接率5%～60%，激光扫描速度0.01m/s～0.2m/s，激光脉冲频率0.5Hz～10Hz；
1.7、进行激光冲击，完成涡轮盘榫槽结构的激光冲击强化。
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