JP2001252775A - オフセット同時両側面レーザ衝撃ピーニング - Google Patents

オフセット同時両側面レーザ衝撃ピーニング

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、レーザ衝撃ピーニングに関し、よ
り具体的には、オフセットされたレーザビームを用いて
物品の対向する側面を同時にレーザ衝撃ピーニングする
方法、及び、物品の対向する側面にオフセットされた中
央部を持ち、同時にレーザ衝撃ピーニングされたスポッ
トを持つ物品に関する。 【解決手段】 物品（１０８）の対向する側面にあり、
同時にレーザ衝撃ピーニングされ、そして互いに横方向
にオフセット（ＯＳ）されるような、長軸方向に間隔
（ＬＤ）を空けられた第１と第２のレーザ衝撃ピーニン
グされたスポット（１５８、１５９）の対（８８）を形
成するために、物品（１０８）をレーザ衝撃ピーニング
（ＬＳＰ）する方法と物品（１０８）。

Description

【発明の詳細な説明】
本出願は、１９９９年９月３０日出願の米国特許仮出願
第６０／１５６８５０号の特典を請求するものである。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ衝撃ピーニ
ングに関し、より具体的には、オフセットされたレーザ
ビームを用いて物品の対向する側面を同時にレーザ衝撃
ピーニングする方法、及び、物品の対向する側面にオフ
セットされた中央部を持ち、同時にレーザ衝撃ピーニン
グされたスポットを持つ物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ衝撃ピーニングは、またレーザ衝
撃処理とも呼ばれるが、物品の表面範囲をレーザ衝撃ピ
ーニングすることによって与えられる深い圧縮残留応力
の領域を生じる処理である。レーザ衝撃ピーニングは、
「材料特性の変更」という名称の米国特許第３８５０６
９８号、「レーザ衝撃処理」という名称の米国特許第４
４０１４７７号、及び、「材料特性」という名称の米国
特許第５１３ｌ９５７号に開示される方法に類似して、
物品の表面に強い衝撃波を発生させるために強力なパル
スレーザから１つ又はそれ以上の放射線パルスを一般に
用いる。レーザ衝撃ピーニングは、当業分野で理解さ
れ、またここで用いる通り、表面の一部の上に強い局所
的圧縮力を生み出すレーザビーム供給源からのパルスレ
ーザビームを利用することを意味するが、このパルスレ
ーザビームは、前記表面の薄い層、又は、プラズマを形
成する前記表面の薄い層の（テープ又は塗料のような）
被膜の瞬間的な溶解又は蒸発により、レーザビームの衝
突点において爆発力を発生させることによって得られ
る。
【０００３】レーザ衝撃ピーニングは、ガスタービンエ
ンジンの分野における多くの応用のために開発されてお
り、そのうちのいくつかは、下記の米国特許に開示され
ている：すなわち、「オンザフライレーザ衝撃ピーニン
グ」という名称の第５７５６９６５号、「レーザ衝撃ピ
ーニングされたガスタービンエンジンファン翼縁部」と
いう名称の第５５９１００９号、「レーザ衝撃ピーニン
グされたガスタービンエンジン圧縮機翼縁部に対する歪
み制御」という名称の第５５３１５７０号、「レーザ衝
撃ピーニングされたターボ機械用回転翼部品」という名
称の第５４９２４４７号、「粘着テープで覆われたレー
ザ衝撃ピーニング」という名称の第５６７４３２９号、
及び、「ドライテープで覆われたレーザ衝撃ピーニン
グ」という名称の第５６７４３２８号であり、それらの
全ては、本発明の譲受人に付与される。
【０００４】レーザピーニングは、物品の外面において
圧縮応力をかけられた保護層を生成するために利用さ
れ、それは、「レーザピーニングのシステムと方法」と
いう名称の米国特許第４９３７４２１号に開示されてい
るように、物品の疲労破損に対する抵抗力をかなり増大
させることが知られている。これらの方法は、プラズマ
拘束媒体を準備するために、物品を覆うように流される
水のカーテンか、又は何か別の方法を一般に用いる。こ
の媒体は、ＬＳＰ効果を構成する可塑性の変形及び付随
する残留応力パターンを発生する衝撃波圧力を、プラズ
マが急速に達成することを可能にする。この水のカーテ
ンは、有用な圧縮残留応力を作り出すために、処理中発
生した衝撃波を拘束し、ＬＳＰされている部品材料のか
さの中に向け直す拘束媒体を準備する。
【０００５】急速に膨張するプラズマからの圧力パルス
は、進行衝撃波を部品内へ伝える。このレーザパルスに
より引き起こされる圧縮性の衝撃波は、部品に深い可塑
性圧縮歪みをもたらす。これらの可塑性歪みは、材料の
力学的係数と一致する残留応力を生じる。両側面同時レ
ーザ衝撃ピーニングは、材料内の圧縮残留応力を増強さ
せるために２つのレーザビームにより物品の両方の側面
に同時に衝突させること含む。それらのレーザビーム
は、材料の変形を最小にするため通常釣り合っている。
初めの圧縮波は、両側面の各々から材料を通過し、初め
の２つの圧縮波の界接面から反射されて戻る。その反射
された波は、張力波に変わる。両側面から反射された張
力波が同じ軸線方向の中間点で出会う時、反射波の結合
された引張応力は、材料が対処できる強さより大きくな
ることがあり、それで２つの衝撃波が出会う中間の平面
で亀裂が始まる恐れがある。
【０００６】ＬＳＰの工学的効果を制限する別の特徴
は、引張歪みを作り出す有害な放出波の形成である。放
出波は、圧縮フロントに続いて自然に形成するか、それ
とも、例えばレーザ衝撃ピーニングされている部品の外
面などにおいて、インピーダンス不整合を持つ表面での
反射からもたらされる可能性がある。多くの開放波が同
時に部品内を伝播する時は、それらは重ね合わせと呼ば
れる方法で加えられる。この張力波の重ね合わせは、有
用な圧縮歪みの効果を減少させる可能性があるし、また
部品内での引張力による破損を引き起こす可能性すらあ
る。
【０００７】従って、この２つの空間的に同心性の波の
重ね合わせは、有用な効果を減少させるが、それは高サ
イクル疲労試験により測定可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、対向する２つ
の側面に同時にレーザ衝撃ピーニングされ、かつ、反射
波の結合引張応力を材料の引張応力の少し下まで下げる
ことにより中央平面亀裂を排除する物品を製作するため
の処理を備えることが大いに望まれる。また、レーザ衝
撃ピーニングによる高サイクル疲労の有利性つまり有用
な圧縮性歪み効果の、張力波の重ね合わせにより引き起
こされる損失を、排除するか、又は減少できるようにす
ることも大いに望まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】物品をレーザ衝撃ピーニ
ングする方法は、第１と第２のレーザ衝撃ピーニングさ
れた表面部分から各々物品内に延在する深い圧縮残留応
力を持つ第１と第２の領域を形成するために、物品の長
軸方向に間隔を空けて置かれた第１と第２の表面部分の
材料を蒸発させるのに十分な出力で第１と第２のレーザ
ビームの狙いを定め、次に同時に発射することを含む。
１つの実施形態において、第１と第２のレーザビームの
第１と第２の中心線が第１と第２のレーザビームの中心
点のところで第１と第２の表面部分に当たり、その点を
通じて各々第１と第２のレーザビームの中心点において
実質的に第１と第２の表面部分に垂直な第１と第２の平
行軸線が通過するように、かつ、第１と第２の軸線がオ
フセットされるように、第１と第２のレーザビームは、
狙いを定められる。本発明の第１のより特定な実施形態
においては、第１と第２のレーザビームは、第１と第２
の中心線が交差し、互に対して角度を持つように狙いが
定められる。本発明の第２のより特定な実施形態におい
ては、第１と第２のレーザビーム及び第１と第２の中心
線は、互に対して平行で、かつ、オフセットされる。
【００１０】本発明のより特定な別の実施形態におい
て、レーザビームは、各々第１と第２のスポットのうち
の重なり合い隣接するスポットの、重なり合い隣接する
列を持つような物品の第１と第２の表面部分に第１と第
２のパターンを生じるような方法で狙いが定められて発
射される。そのパターンは、物品を連続的に動かすこと
によって形成されるが、一方レーザビームは静止した状
態のままに保ち、反復可能なパルスを比較的一定周期で
発射する。また表面部分は、シーケンスの組を用いてレ
ーザ衝撃ピーニングされ、また各々のシーケンスは、レ
ーザ衝撃ピーニングされるスポットに隣接する表面部分
の各々が組の中の異なるシーケンスで命中されるように
レーザビームを連続的に表面上に発射する段階を含む。
より特定な実施形態は、組のシーケンスの前及びその中
間に、表面部分を溶解被覆で被覆することを含む。
【００１１】本発明の更に別の実施形態において、物品
は、ガスタービンエンジンエーロフォイルであり、第１
と第２の表面部分は、エーロフォイルの前縁に沿ってエ
ーロフォイルの各々正圧側と負圧側とにある。
【００１２】本発明は、各々第１と第２のレーザ衝撃ピ
ーニングされた表面部分から物品の中へ延在する深い圧
縮残留応力を持つ第１と第２の領域を具えるレーザ衝撃
ピーニングされた第１と第２の表面部分を持つレーザ衝
撃ピーニングされた物品を含み、かつ、第１と第２の表
面部分は、いくつかの対の同時にレーザ衝撃ピーニング
されたレーザ衝撃ピーニングからの第１と第２のスポッ
トを含み、そして同時にレーザ衝撃ピーニングされた第
１と第２のスポットの各々の対は、長軸方向に間隔を空
けられ、横方向には互いにオフセットされる。本発明の
１つの実施形態において、同時にレーザ衝撃ピーニング
された第１と第２のスポットの対は実質的に平行であ
る。本発明の更に別の特定な実施形態において、物品の
第１と第２の表面部分は、各々第１と第２のスポットの
うちの重なり合い隣接するスポットの重なり合い隣接す
る列の第１と第２のパターンを含む。
【００１３】本発明は、亀裂が無い両側面同時レーザ衝
撃ピーニングにより、費用や時間や人手やレーザ衝撃ピ
ーニングする複雑さを低減することを含む多くの利点を
持つ。本発明は、反射波の結合された引張応力を材料の
引張応力より下に低下させることにより、中央平面亀裂
を排除することが可能な両側面同時レーザ衝撃ピーニン
グの方法を提供する。本発明は、中央平面に亀裂なしに
同時に両側面レーザ衝撃ピーニングされる物品を提供す
る。本発明はまた、高サイクル疲労の有利性、つまりレ
ーザ衝撃ピーニングからの有利な圧縮歪みの有効性の、
張力波の重ね合わせにより生じる損失を排除するか又は
減少させるために用いられるという理由からも有利であ
る。本発明は、レーザ衝撃ピーニングされた物品、特に
エーロフォイルガスタービンエンジン翼及びベーンのレ
ーザ衝撃ピーニングされた前縁部の高サイクル疲労性能
に対してプラス効果をもたらすのに有効であることを見
出した。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１及び図２に示されるのは、レ
ーザ衝撃ピーニングされるべき当て板１４５を具えるエ
ーロフォイル１３４を持つガスタービンエンジン回転翼
１０８により例示される物品をレーザ衝撃ピーニングす
るのに用いられるレーザ衝撃ピーニングシステム１０の
概略図である。翼１０８は、５軸計算機数値制御（ＣＮ
Ｃ）マニプレータ１２７に取り付けられた取り付け具１
５に搭載され、マニプレータのうちの１つは、サウスカ
ロライナ州２９７１０クローバー、ハフマンウェイ１０
５０所在の事務所を持つハフマンコーポレーションから
市販されている。例示的な実施形態に図示される５つの
運動軸線は、各々従来の並進運動軸Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ
と、従来の第１、第２、及び、第３の回転軸Ａ、Ｂ、及
び、Ｃとであり、ＣＮＣ機械加工で周知である。マニプ
レータ１２７は、本発明の１つの実施形態に従って「オ
ンザフライ」でレーザ衝撃ピーニングを施すために翼を
連続して動かし位置決めをするのに用いられる。レーザ
衝撃ピーニングは、塗料又はテープを溶解媒体として用
いる多くの様々な方法でなされる（特に「粘着テープ被
で覆われたレーザ衝撃ピーニング」という名称の米国特
許第５６７４３２９号を参照）。
【００１５】図５及び図６を参照すれば、翼１０８は、
翼台１３６から翼端１３８へ半径方向外方に延在するエ
ーロフォイル１３４を含む。翼１０８は、翼台１３６か
ら根元部１４０の半径方向内端１３７まで半径方向内方
に延在する根元部１４０を含む。根元部１４０の半径方
向内端１３７には、翼シャンク１４４により翼台１３６
に接続される翼根１４２がある。エーロフォイル１３４
は、エーロフォイルの前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間を翼弦
方向に延在する。エーロフォイル１３４の翼弦ＣＨは、
図６に図示されるように翼の各断面での前縁ＬＥと後縁
ＴＥとの間の線である。エーロフォイル１３４の正圧側
１４６は、矢印Ｖにより示されるように一般の回転方向
に面し、負圧側１４８はエーロフォイルのもう一方の側
にある。中間線ＭＬは、一般に２つの側面の間の翼弦方
向の中間に配置される。
【００１６】翼１０８の前縁部１５０は、エーロフォイ
ル１３４の前縁ＬＥに沿って翼台１３６から翼端１３８
まで延在する。前縁部１５０は、前縁部１５０がエンジ
ン運転中にエーロフォイル１３４の前縁に沿って生じ得
る（細線で示される）刻み目５４と裂け目とを含有する
ように所定の第１の幅Ｗを含む。エーロフォイル１３４
は、エンジン運転中に回転する翼１０８により発生され
る遠心力のためにかなりの引張応力にさらされる。エー
ロフォイル１３４はまたエンジン運転中に発生する振動
にもさらされ、またその刻み目や裂け目がそれらの周り
に追加の応力集中を生じるような、高サイクル疲労応力
発生源として作用する。
【００１７】刻み目や裂け目から発展する可能性がある
亀裂線に沿う翼部分の疲労破損に対処するために、レー
ザ衝撃ピーニングされた当て板１４５が、初期の刻み目
や裂け目が高サイクル疲労のため翼の破損を引き起こす
可能性がある前縁ＬＥの部分に沿って設置される。レー
ザ衝撃ピーニングされた当て板１４５は、破損の典型的
な所定の第１モード線Ｌがファン又は圧縮機翼に対して
始まる可能性がある前縁ＬＥの部分に沿って設置され
る。図６に見られるように、レーザ衝撃ピーニングされ
た表面部分からエーロフォイル１３４中へ延在するレー
ザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）により与えられた深い圧縮
残留応力を各々持つ第１と第２の対向して配置されたレ
ーザ衝撃ピーニングされた表面部分１５２及び１５３
と、予め圧縮応力を掛けられた翼領域１５６及び１５７
とを形成するために、レーザ衝撃ピーニングされた当て
板１４５内に、少なくとも１つ、また好ましくは正圧側
１４６と負圧側１４８との両方が同時にレーザ衝撃ピー
ニングされる。予め圧縮応力を掛けられた翼領域１５６
と１５７とは、前縁部１５０に沿って一部分のみ図示さ
れるが、望むなら前縁全体ＬＥ又はそれより長い部分に
沿って延長されてもよい。
【００１８】第１と第２のレーザビーム１０２と１０３
とは、当て板１４５内の翼１０８のエーロフォイル１３
４の前縁ＬＥに沿って各々長軸方向に離れて対向するよ
うに配置された凸面形の負圧側と凹面形の正圧側１４８
及び１４６を同時にレーザ衝撃ピーニングするように各
々装置される。その方法は、第１と第２のレーザ衝撃ピ
ーニングされたスポット１５８と１５９との対を各々形
成し、１対のスポットは、長軸方向に間隔ＬＤにより離
れており、図３により具体的に示されるように、長軸方
向の距離に対する横方向のオフセットＯＳで示されるよ
うに互いに横方向にオフセットされる。
【００１９】凸面形の負圧側及び凹面形の正圧側１４８
及び１４６は、各々第１と第２のレーザ衝撃ピーニング
する表面１５２及び１５３を翼１０８の対向する側の当
て板１４５内に持つ。米国特許第５６７４３２９号、及
び第５６７４３２８号に開示されるように被覆表面を形
成するために、第１と第２のレーザ衝撃ピーニングする
表面１５２及び１５３は、塗料又は粘着テープのような
溶解被膜で各々覆われる。塗料及びテープは、水流１２
１のような一般に透明な流体カーテンである透明な拘束
媒体がその上に置かれるような溶解媒体を準備する。
【００２０】翼１０８は、レーザ衝撃ピーニング処理中
は連続して動かされるが、一方レーザ衝撃ピーニングシ
ステム１０は、固定式の第１と第２のレーザビーム１０
２及び１０３を、レーザ衝撃ピーニングするスポット１
５８を形成する被覆された第１と第２のレーザ衝撃ピー
ニング表面１５２及び１５３に対して、流水１２１のカ
ーテンを通じて同時に連続して発射するのに用いられ
る。水のカーテン１２１は、水ノズル１２３により送水
管１２０に接続された送水路１１９の終端で供給され
る。制御装置２４は、レーザ衝撃ピーニングシステム１
０を監視、及び／又は、制御するのに用いられる。
【００２１】図１及び図２に示される実施形態は、各々
第１と第２のレーザビームの第１と第２の中央線ＣＬ１
及びＣＬ２が、ここで各々第１と第２の表面部分１５２
及び１５３と呼ぶ第１と第２の表面部分に、エーロフォ
イル１３４の対向する凸面形の負圧側及び凹面形の正圧
側１４８及び１４６の当て板１４５内に衝突するように
設定される、つまり狙いを定められるような、長軸方向
に平行でかつ横方向に間隔を持つ第１と第２のレーザビ
ーム１０２及び１０３を用いる。第１と第２のレーザ衝
撃ピーニングされた表面部分から翼１０８のエーロフォ
イル１３４又は他の物品内に各々延在する深い圧縮残留
応力を持つ第１と第２の領域を形成するために、第１と
第２のレーザビーム１０２及び１０３は、次に第１と第
２の表面部分１５２及び１５３上の材料を蒸発させるの
に十分な出力で同時に発射される。
【００２２】第１と第２のレーザビーム１０２及び１０
３は、第１と第２の中央線ＣＬ１及びＣＬ２が第１と第
２の表面部分１５２及び１５３に第１と第２のレーザビ
ーム中央点Ａ１及びＡ２において衝突し、その点を通っ
て、第１と第２のレーザビームの中央点において第１と
第２の表面部分と実質的に垂直な第１と第２の平行軸線
ＡＸ１及びＡＸ２が通過するように、かつ、図３に更に
示す通り第１と第２の軸が横方向のオフセットＯＳだけ
オフセットされるように、狙いを定められる。１つの実
施形態において、約０．０７５インチのオフセットＯＳ
と約０．２５インチの円形スポットの直径Ｄとを用いて
良い結果が得られた。良い結果を出した他の試験は、エ
ーロフォイルの前縁を模擬するために平坦な矩形クーポ
ンを用い、０．１００，０．１２０，０．１５０、及
び、０．１８７インチのオフセットＯＳで行なわれた。
【００２３】図４に示す本発明の別の実施形態におい
て、第１と第２の中央線ＣＬ１及びＣＬ２は、尖端９０
で交差して互いに対して角度を持ち、かつ、第１と第２
のレーザビーム中央点Ａ１及びＡ２において第１と第２
の表面部分１５２及び１５３と各々実質的に垂直である
ような第１と第２の平行軸ＡＸ１及びＡＸ２に対して第
１と第２の角度９４及び９６を形成するように、第１と
第２のレーザビーム１０２及び１０３は狙いを定められ
る。現在使われている１つのレーザ衝撃ピーニングシス
テムは、そのレーザビームを物品のレーザ衝撃ピーニン
グ表面の垂線から６度の角度で衝突させる。物品つまり
翼１０は、細線９８で描かれた翼により示される通り、
ビームの中心線が尖端のところで交差するビーム交差点
内に送られる。物品が交点に送られると、第１と第２の
レーザ衝撃ピーニングされたスポット１５８及び１５９
は、両側に同時に形成され、同じ長軸方向経路に沿って
中心に置かれるが、これは言い替えれば、第１と第２の
軸線ＡＸ１及びＡＸ２は同一直線上にあるということで
ある。本発明については、翼はレーザビームのうちの１
つの側に長軸方向にオフセットされて送られ、次に両側
からのレーザスポットが異なる長軸方向の経路に形成さ
れ、第１と第２のＡＸ１及びＡＸ２は、横方向にオフセ
ットされて一直線上ではなくなる。
【００２４】概して、しかし必ずしもそうとは限らない
が、第１と第２の表面部分１５２及び１５３、従って第
１と第２のレーザ衝撃ピーニングされたスポット１５８
及び１５９は、実質的に平行である。第１と第２のレー
ザ衝撃ピーニングされたスポット１５８及び１５９は、
円形であるものとして図示されているが、楕円形、長円
形、又は他の形状を持つことが可能である。本発明は、
レーザ衝撃ピーニングされた第１と第２の表面部分１５
２及び１５３を各々持つレーザ衝撃ピーニングされた物
品を含む。深い圧縮残留応力を持つ第１と第２の領域１
５６及び１５７は、各々第１と第２のレーザ衝撃ピーニ
ングされた表面部分から翼１０８内に延在する。同時に
レーザ衝撃ピーニングされた第１と第２のスポット１５
８及び１５９の対８８は、同時にレーザ衝撃ピーニング
された第１と第２のスポットのある特定の対の各々が長
軸方向の距離に関して互に横方向にオフセットＯＳを持
つように、各々長軸方向距離ＬＤの間隔を空けられ、第
１と第２の表面部分１５２及び１５３上のレーザ衝撃ピ
ーニング処理により形成される。
【００２５】図７は、重なり合う第１のレーザ衝撃ピー
ニングスポット１５８のうちの９つの合い重なる列Ｒ、
より多い列又は少ない列も用いられるが、及び、レーザ
衝撃ピーニングスポット１５８のうちの隣接するスポッ
トは、異なる経路においてレーザ衝撃ピーニングされ、
当て板１４５は、経路の間で再被覆されるような本発明
の１つの実施形態を示す。重なり合うレーザ衝撃ピーニ
ングスポット１５８の列Ｒの隣接する列と、合い重なる
レーザ衝撃ピーニングスポットの隣接するスポットと
は、通常約３０％の重なり部分を持ち、レーザ衝撃ピー
ニングスポットは、通常約０．２５インチである。
【００２６】従って、第１と第２のレーザビーム１０２
及び１０３は、第１と第２のスポットのうちの重なり合
い隣接するスポットの各々重なり合い隣接する列を持つ
物品の、各々第１と第２の表面部分１５２及び１５３に
第１と第２のパターンを生成するような方法で狙いを定
め発射される。より特定な実施形態においては、第１と
第２のパターンは、繰り返し可能なパルスにより、比較
的一定周期のパルス間隔で、レーザビームを固定させて
連続発射し、連続して物品を動かすことによって形成さ
れ、表面部分は、各々第１のシーケンスＳ１から第４の
シーケンスＳ４までの組を用いてレーザ衝撃ピーニング
される。第１のシーケンスＳ１から第４のシーケンスＳ
４までのうちの各々は、レーザ衝撃ピーニングされるス
ポットのうちで隣接するスポットの表面部分の各々がシ
ーケンスの組の異なるシーケンスで命中されるように、
平面部分にレーザビームを連続発射することを含む。各
々のスポットが一度より多くレーザビームを命中される
ように、１つより多い組を用いることができる。より特
定な実施形態は、組内のシーケンスの各々の前とその間
に、溶解被覆で表面部分を被覆する段階を含む。
【００２７】本発明の好ましい実施形態がその原理を説
明するために十分に述べられたが、請求項に記載の本発
明の範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態に対
する様々な修正又は変更が可能であることは理解され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法の例示的な実施形態を用い
てレーザ衝撃ピーニングするために準備された、レーザ
衝撃ピーニングシステムに取り付けられたガスタービン
エンジン翼の概略図。
【図２】 本発明による方法の例示的な実施形態のオフ
セットされたレーザビーム、及び、オフセットされてレ
ーザ衝撃ピーニングされたスポットを示す翼の一部の概
略断面図。
【図３】 オフセットされてレーザ衝撃ピーニングされ
たスポットの線図。
【図４】 本発明による方法の別の例示的な実施形態に
従い、僅かに角度を持って収束するレーザビームを使用
して、オフセットされてレーザ衝撃ピーニングされたス
ポットを形成する方法の線図。
【図５】 図１のファン翼の斜視図。
【図６】 図５において線６−６で切断されたファン翼
の断面図。
【図７】 図５の当て板上のレーザ衝撃ピーニングされ
るスポット位置の概略配置図。
【符号の説明】
Ａ１ 第１のレーザビームの中心点 Ａ２ 第２のレーザビームの中心点 ＡＸ１ 第１の平行軸線 ＡＸ２ 第２の平行軸線 ＣＬ１ 第１のレーザビームの中心線 ＣＬ２ 第２のレーザビームの中心線 ＬＤ 長軸方向の間隔 ＯＳ オフセット量

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１と第２のレーザ衝撃ピーニングされ
    た表面部分（１５２，１５３）から、各々物品（１０
    ８）内に延在する深い圧縮残留応力を持つ第１と第２の
    領域（１５６，１５７）を形成するために、前記物品
    （１０８）の第１と第２の表面部分（１５２，１５３）
    の材料を蒸発させるのに十分な出力で第１と第２のレー
    ザビーム（１０２，１０３）の狙いを定めて、次に同時
    に発射する段階を含み、かつ、前記狙いを定める段階
    は、 前記第１と第２のレーザビーム（１０２，１０３）の第
    １と第２の中心線（ＣＬ１，ＣＬ２）は、第１と第２の
    レーザビームの中心点（Ａ１，Ａ２）において前記第１
    と第２の表面部分（１５２，１５３）に衝突し、その点
    を通って、各々前記第１と第２のレーザビームの中心点
    （Ａ１，Ａ２）において前記第１と第２の表面部分（１
    ５２，１５３）と実質的に垂直な第１と第２の平行軸線
    （ＡＸ１，ＡＸ２）が通過するように、かつ、前記第１
    と第２の軸線（ＡＸ１，ＡＸ２）がオフセット（ＯＳ）
    されるように、前記第１と第２のレーザビーム（１０
    ２，１０３）の狙いを定める段階を含むことを特徴とす
    る物品（１０８）をレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）す
    る方法。
  2. 【請求項２】 前記第１と第２のレーザビーム（１０
    ２、１０３）は、前記第１と第２の中心線（ＣＬ１、Ｃ
    Ｌ２）が交差し、かつ、互いに対して角度を持つように
    狙いが定められることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１と第２のレーザビーム（１０
    ２、１０３）と前記第１と第２の中心線（ＣＬ１、ＣＬ
    ２）とは、平行で、かつ、互いに関してオフセット（Ｏ
    Ｓ）されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１と第２のレーザ衝撃ピーニング
    された表面部分（１５２，１５３）から、各々前記物品
    （１０８）内に延在する深い圧縮残留応力を持つ第１と
    第２の領域（１５６，１５７）を形成するために、前記
    物品（１０８）の第１と第２の表面部分（１５２，１５
    ３）の材料を蒸発させるのに十分な出力で第１と第２の
    レーザビーム（１０２，１０３）の狙いを定めて、次に
    同時に発射する段階と、 互いに横方向にオフセット（ＯＳ）され、長軸方向に間
    隔（ＬＤ）を空けられた第１と第２のレーザ衝撃ピーニ
    ングされたスポット（１５８、１５９）を生成する段階
    とを含むことを特徴とする物品（１０８）をレーザ衝撃
    ピーニング（ＬＳＰ）する方法。
  5. 【請求項５】 前記第１と第２のスポット（１５８、１
    ５９）は、実質的に平行であることを特徴とする請求項
    ４記載の方法。
  6. 【請求項６】 レーザビームは、各々前記第１と第２の
    スポット（１５８，１５９）のうちの重なり合い隣接す
    るスポットの、重なり合い隣接する列（Ｒ）を持つよう
    な前記物品（１０８）の前記第１と第２の表面部分（１
    ５２，１５３）に第１と第２のパターンを生成するよう
    な方法で狙いが定められて発射されることを特徴とする
    請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第１と第２のパターンを形成する段
    階は、 前記物品（１０８）を、一方で前記レーザビームを静止
    した状態のままに保ち、かつ、反復可能なパルスで比較
    的一定なパルス間の周期により連続的に発射しながら、
    連続的に動かす段階を更に含み、かつ、 前記第１と第２の表面部分（１５２，１５３）は、シー
    ケンス（Ｓ１−Ｓ４）の各々が一方で前記レーザ衝撃ピ
    ーニングされるスポットに隣接する前記表面部分の各々
    が前記シーケンスの組の中の異なるシーケンスで命中さ
    れるように前記静止したレーザビームを前記表面に連続
    的に発射しながら前記物品（１０８）を連続的に動かす
    段階を含むような、前記シーケンス（Ｓ１−Ｓ４）を使
    用してレーザ衝撃ピーニングされることを特徴とする請
    求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記組の前記シーケンスの前とその間と
    に前記表面部分を溶解被覆で被覆する段階を更に含むこ
    とを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記物品（１０８）は、ガスタービンエ
    ンジンエーロフォイル（１３４）であり、かつ、前記第
    １と第２の表面部分（１５２、１５３）は、前記エーロ
    フォイル（１３４）の前縁（ＬＥ）に沿う前記エーロフ
    ォイル（１３４）の各々正圧側及び負圧側（１４６、１
    ４８）上であることを特徴とする請求項４記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記レーザビームは、各々前記第１と
    第２のスポット（１５８，１５９）のうちの重なり合い
    隣接するスポットの、重なり合い隣接する列（Ｒ）を持
    つような前記エーロフォイル（１３４）の前記第１と第
    ２の表面部分（１５２，１５３）に第１と第２のパター
    ンを生成するような方法で狙いが定められて発射される
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１と第２のパターンを形成する
    段階は、 前記物品（１０８）を、一方で前記レーザビームを静止
    した状態のままに保ち、かつ、反復可能なパルスで比較
    的一定なパルス間の周期により連続的に発射しながら、
    連続的に動かす段階を更に含み、かつ、 前記第１と第２の表面部分（１５２，１５３）は、シー
    ケンス（Ｓ１−Ｓ４）の各々が一方で前記レーザ衝撃ピ
    ーニングされるスポットに隣接する前記表面部分の各々
    が前記シーケンスの組の中の異なるシーケンスで命中さ
    れるように前記静止したレーザビームを前記表面に連続
    的に発射しながら前記物品（１０８）を連続的に動かす
    段階を含むような、前記シーケンス（Ｓ１−Ｓ４）を使
    用してレーザ衝撃ピーニングされることを特徴とする請
    求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記組の前記シーケンスの前とその間
    とに前記表面部分を溶解被覆で被覆する段階を更に含む
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第１と第２のレーザ衝撃ピーニングさ
    れた表面部分（１５２，１５３）から各々前記物品（１
    ０８）の中へ延在する深い圧縮残留応力を持つ第１と第
    ２の領域（１５６，１５７）を具えるレーザ衝撃ピーニ
    ングされた第１と第２の表面部分（１５２，１５３）を
    含み、かつ、 前記第１と第２の表面部分（１５２，１５３）は、レー
    ザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）から、同時にレーザ衝撃ピ
    ーニングされた第１と第２のスポット（１５８，１５
    ９）の対（８８）を含み、そして前記同時にレーザ衝撃
    ピーニングされた第１と第２のスポット（１５８，１５
    ９）の各々の対は、長軸方向に間隔（ＬＤ）を空けら
    れ、かつ、横方向に互いにオフセット（ＯＳ）されるこ
    とを特徴とするレーザ衝撃ピーニングされた物品（１０
    ８）。
  14. 【請求項１４】 前記同時にレーザ衝撃ピーニングされ
    た第１と第２のスポット（１５８、１５９）の前記対
    は、実質的に平行であることを特徴とする請求項１３記
    載の物品（１０８）。
  15. 【請求項１５】 前記物品（１０８）の前記第１と第２
    の表面部分（１５２、１５３）は、各々前記第１と第２
    のスポット（１５８、１５９）のうちの重なり合い隣接
    するスポットの、重なり合い隣接する列（Ｒ）の第１と
    第２のパターンを含むことを特徴とする請求項１３記載
    の物品（１０８）。
  16. 【請求項１６】 前記物品（１０８）は、ガスタービン
    エンジンエーロフォイル（１３４）であり、かつ、前記
    第１と第２の表面部分（１５２、１５３）は、前記エー
    ロフォイル（１３４）の前縁（ＬＥ）に沿う前記エーロ
    フォイル（１３４）の各々正圧側及び負圧側（１４６、
    １４８）上であることを特徴とする請求項１３記載の物
    品（１０８）。
  17. 【請求項１７】 前記物品（１０８）の前記第１と第２
    の表面部分（１５２、１５３）は、各々前記第１と第２
    のスポット（１５８、１５９）のうちの重なり合い隣接
    するスポットの、重なり合い隣接する列（Ｒ）の第１と
    第２のパターンを含むことを特徴とする請求項１６記載
    の物品（１０８）。
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