PL200213B1 - Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu - Google Patents

Abstract

Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu polega na tym, ze nakierowuje si e na cel, a nast epnie równocze snie wystrzeliwuje si e pierwsz a i drug a wi azk e laserow a (102, 103) o ma lej energii, wystarczaj acej do wyparowania materia- lu na pierwszej i drugiej cz esci powierzchni (152, 153) przedmiotu (108) dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru (156, 1 o rozprzestrzenionych w przedmiocie (108) silnie sciskaj acych napr ezeniach cz astkowych na pierwszej i drugiej cz esci powierzchni (152, 153) laserowo m lotkowanych udarowo, podczas nakierowywania na cel oddzia luje si e na pierwsz a i drug a wi azk e laserow a (102, 103) w taki sposób, ze pierwsza i druga o s (CL1, CL2) pierwszej i drugiej wi azki laserowej (102, 103) trafiaj a w pierwszy i drugi srodkowy punkt (A1, A2) wi azki laserowej pierwszej i drugiej cz esci powierzchni (152, 153), przez które to punkty przechodz a równoleg le do siebie pierwsza i druga o s (AX1, AX2) pro- stopad le do pierwszej i drugiej cz esci powierzchni (152, 153) w pierwszym i drugim punkcie srodkowym (A1, A2) wi azki laserowej, tak ze pierwsza i druga o s (AX1, AX2) maj a prze- suni ecie (OS) wzgl edem siebie, a pierwsza i druga o s (CL1, CL2) wi azek laserowych s a niekolinearne, przy czym ka zda wi azka laserowa (102, 103) o ma lej energii ma poziom energii oko lo 1-10 d zuli. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu laserowej obróbki udarowej przedmiotu, zwłaszcza sposobu jednoczesnego laserowego młotkowania udarowego przeciwległych stron przedmiotu za pomocą przesuniętych wiązek laserowych o małej energii.

Znany jest sposób laserowego młotkowania udarowego lub inaczej laserowej obróbki udarowej, który jest procesem wytwarzania obszaru silnie ściskających naprężeń szczątkowych, uzyskiwanych za pomocą udarowego młotkowania powierzchni przedmiotu. Podczas laserowego młotkowania udarowego stosuje się zwykle jeden lub więcej impulsów o dużej energii promieniowania, około 50 dżuli lub więcej, co powoduje, że impulsowe wiązki laserowe wytwarzają na powierzchni przedmiotu silną falę uderzeniową, podobnie jak ma to miejsce w sposobach przedstawionych w opisach patentowych USA nr 3 850 698, nr 4 401 477 i nr 5 131 957. Laserowe młotkowanie udarowe oznacza stosowanie impulsowej wiązki laserowej do wytworzenia ściśle zlokalizowanej siły sprężającej na części powierzchni, poprzez wytworzenie siły wybuchu w punkcie udaru wiązki laserowej za pomocą natychmiastowej ablacji, odparowania cienkiej warstwy tej powierzchni albo powlekania tej powierzchni, podobnie jak przy pokrywaniu taśmą albo farbą, co tworzy plazmę.

Znane jest laserowe młotkowanie udarowe dla wielu zastosowań w dziedzinie turbin gazowych, przedstawione na przykład w opisach patentowych USA nr 5 756 965, nr 5 591 009, nr 5 531 570, nr 5 492 447, nr 5 674 329 i nr 5 674 328.

Znane jest zastosowanie wiązek laserowych o małej energii, przedstawione w opisie patentowym USA nr 5 932 120.

Znane jest laserowe młotkowanie zastosowane do tworzenia ściskającej warstwy ochronnej na zewnętrznej powierzchni przedmiotu, co znacznie zwiększa wytrzymałość przedmiotu na pękanie zmęczeniowe, przedstawione w opisie patentowym USA nr 4 937 421. Sposoby te zwykle stosują kurtynę wodną spływającą po powierzchni przedmiotu albo inny sposób uzyskiwania ośrodka ograniczonej plazmy, który umożliwia to, że plazma gwałtownie osiąga ciśnienie fali uderzeniowej, która wytwarza odkształcenia plastyczne i towarzyszące im wzory naprężenia szczątkowego, tworzące zjawisko laserowego młotkowania udarowego LSP. Kurtyna wodna stanowi ośrodek ograniczający i kierujący tworzone fale uderzeniowe na ten fragment materiału, który jest poddawany zjawisku LSP, tak żeby wytworzyć korzystne ściskające naprężenia cząstkowe.

Impuls ciśnienia wywołany gwałtownym rozprężaniem plazmy przekazuje elementowi bieżącą falę uderzeniową. Wywołana impulsem lasera ściskająca fala uderzeniowa powoduje powstawanie w elemencie głębokich trwałych odkształceń, które wytwarzają naprężenia cząstkowe zgodne z modułem materiału. Aby zwiększyć ściskające naprężenie cząstkowe materiału, obustronne jednoczesne laserowe młotkowanie udarowe obejmuje równoczesny udar na obie strony przedmiotu, za pomocą dwu wiązek laserowych. Aby zmniejszyć odkształcenie materiału, wiązki lasera są zwykle symetryzowane. Początkowe fale ściskające przechodzą przez materiał z każdej ze stron i są odbijane od powierzchni rozdziału faz dwu początkowych fal ściskających. Fale odbite zamieniają się w falę rozciągającą, Zespolone naprężenie rozciągające fal odbitych, gdy odbite od obydwu stron fale rozciągające spotykają się w środku w tym samym kierunku osiowym, może być większe od naprężenia, które wytrzymuje materiał i w płaszczyźnie środkowej, tam gdzie spotykają się fale uderzeniowe, może nastąpić pęknięcie.

Cechą zjawiska laserowego młotkowania udarowego, która ogranicza jego techniczna efektywność, jest powstawanie szkodliwych uwolnionych fal, które tworzą naprężenia rozciągające. Uwolnione fale tworzą się samorzutnie, towarzysząc czołu fali ściskającej albo powstają w wyniku odbicia od powierzchni o niedopasowanej impedancji, takiej jak zewnętrzna powierzchnia elementu, który jest laserowo młotkowany udarowo. Gdy zwielokrotnione uwolnione fale jednocześnie rozchodzą się w elemencie, mogą dodawać się w sposób określany jako nakładanie się fal. To nakładanie się uwolnionych fal zmniejsza skuteczność korzystnych odkształceń ściskających albo nawet powoduje pęknięcie elementu. Nałożenie się dwóch koncentrycznych fal zmniejsza korzystne efekty działania, co mierzy się za pomocą badania współczynnika sieci krystalicznej HCF.

Sposób według wynalazku polega na tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się pierwsza i drugą wiązkę laserową o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni przedmiotu dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru o rozprzestrzenionych w przedmiocie silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni laserowo młotkowanych udarowo. Podczas nakierowywania na cel oddziałuje się na pierwszą i drugą wiązkę laserową w taki sposób, że pierwsza i druga oś pierwszej

PL 200 213 B1 i drugiej wią zki laserowej trafiają w pierwszy i drugi ś rodkowy punkt wią zki laserowej pierwszej i drugiej części powierzchni, przez które to punkty przechodzą równoległe do siebie pierwsza i druga oś prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni w pierwszym i drugim punkcie środkowym wiązki laserowej, tak że pierwsza i druga oś mają przesunięcie względem siebie, a pierwsza i druga oś wiązek laserowych są niekolinearne, przy czym każda wiązka laserowa o małej energii ma poziom energii około 1-10 dżuli.

Korzystnie pierwszą i drugą wiązkę laserową nakierowuje się tak, że pierwsza i druga oś przecinają się i są względem siebie ustawione pod kątem.

Korzystnie pierwszą i drugą wiązkę laserową oraz pierwszą i drugą oś ustawia się względem siebie równoległe i przesuwa się względem siebie o przesunięcie.'

Korzystnie kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund,

Korzystnie stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energię wiązek laserowych około 3 dż ule.

Sposób według drugiego przykładu wykonania wynalazku polega na tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się niekolinearne pierwszą i drugą wiązkę laserową o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni przedmiotu dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru o rozprzestrzenionych w przedmiocie silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni laserowo młotkowanych udarowo oraz wytwarza się oddalone wzdłużnie o odcinek pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki przesunięte względem siebie poprzecznie o przesunięcie i niekolinearne, przy czym każda pierwsza i druga wiązką laserowa o małej energii ma poziom energii około 1-10 dżuli.

Korzystnie pierwsze i drugie plamki są równoległe.

Korzystnie wiązki laserowe nakierowuje się i wystrzeliwuje się tak, aby wytwarzały na pierwszej i drugiej części powierzchni przedmiotu pierwszy i drugi wzór mający postać nałożonych na siebie, przyległych rowków wytworzonych przez nałożone na siebie, przyległe pierwsze i drugie plamki.

Korzystnie tworzy się pierwszy i drugi wzór poprzez ruch ciągły przedmiotu podczas utrzymywania w stałej pozycji i ciągłym wystrzeliwaniu wiązek laserowych w postaci impulsów o stałych okresach pomiędzy impulsami, którymi są laserowo młotkowane udarowo pierwsza i druga część powierzchni, przy zastosowaniu sekwencji, a przez każdą z sekwencji obejmuje się poruszanie ruchem ciągłym przedmiotu podczas ciągłego wystrzeliwania na powierzchnie utrzymywanych w stałej pozycji wiązek laserowych, tak że na każdej z części powierzchni przyległe laserowo młotkowane udarowo plamki trafiają w inne plamki wykonywane w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

Korzystnie pokrywa się części powierzchni za pomocą powłoki ablezyjnej, przed i pomiędzy sekwencjami występującymi w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

Korzystnie jako przedmiot stosuje się płat turbiny gazowej, a pierwszą i drugą część powierzchni ustawia się po stronie nacisku i po stronie zasysania płata wzdłuż krawędzi natarcia płata.

Korzystnie wiązki laserowe nakierowuje się i wystrzeliwuje się tak, żeby wytwarzały na pierwszej i drugiej części powierzchni płata pierwszy i drugi wzór, które mają postać nałożonych na siebie, przyległych rowków wytworzonych przez nałożone na siebie, przyległe pierwsze i drugie plamki.

Korzystnie tworzy się pierwszy i drugi wzór przez ruch ciągły przedmiotu, podczas utrzymywania w stałej pożyć i ciągłym wystrzeliwaniu wiązek laserowych w postaci impulsów o stałych okresach pomiędzy impulsami, którymi są laserowo młotkowane udarowo pierwsza i druga część powierzchni, przy zastosowaniu sekwencji, a przez każdą z sekwencji obejmuje się poruszanie ruchem ciągłym przedmiotu podczas ciągłego wystrzeliwania na powierzchnie utrzymywanych w stałej pozycji wiązek laserowych, tak że na każdej z części powierzchni przyległe laserowo, młotkowane udarowo plamki trafiają w inne plamki wykonywane w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

Korzystnie pokrywa się części powierzchni za pomocą powłoki ablezyjnej, przed i pomiędzy sekwencjami występującymi w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

Korzystnie kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund.

Korzystnie stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energię wiązek laserowych około 3 dż ule.

Sposób według trzeciego przykładu wykonania wynalazku polega na tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się pierwszą i drugą wiązkę laserową o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni przedmiotu dla

PL 200 213 B1 wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru rozprzestrzenionych w przedmiocie silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni laserowo młotkowanych udarowo. Podczas nakierowywania na cel oddziałuje się na pierwszą i drugą wiązkę laserową w taki sposób, że pierwsza i druga oś pierwszej i drugiej wiązki laserowej trafiają w pierwszy i drugi środkowy punkt wiązki laserowej pierwszej i drugiej części powierzchni, przez które to punkty przechodzą równoległe do siebie pierwsza i druga oś prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni w pierwszym i drugim punkcie środkowym wiązki laserowej, tak że pierwsza i druga oś mają przesuniecie względem siebie, a pierwsza i druga oś wiązek laserowych są niekolinearne, przy czym każda wiązka laserowa o małej energii ma poziom energii około 3-7 dżuli.

Korzystnie pierwszą i drugą wiązkę laserową nakierowuje się tak, że pierwsza i druga oś przecinają się i są względem siebie ustawione pod kątem.

Korzystnie pierwszą i drugą wiązkę laserową oraz pierwszą i drugą oś ustawia się względem siebie równolegle i przesuwa się względem siebie o przesunięcie.

Sposób według czwartego przykładu wykonania wynalazku polega na tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się niekolinearne pierwszą i drugą wiązkę laserową o ma ł ej energii, wystarczają cej do wyparowania materiał u na pierwszej i drugiej części powierzchni przedmiotu dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru o rozprzestrzenionych w przedmiocie silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni laserowo młotkowanych udarowo oraz wytwarza się oddalone wzdłużnie o odcinek pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki przesunięte względem siebie poprzecznie o przesunięcie i niekolinearne, przy czym każda pierwsza i druga wiązka laserowa o małej energii ma poziom energii około 3-7 dżuli.

Korzystnie kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund.

Korzystnie stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energie wiązek laserowych około 3 dż ule.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie sposobu umożliwiającego jednoczesne młotkowanie udarowe dwu przeciwległych stron przedmiotu, który zapobiega pęknięciom w jego płaszczyźnie środkowej, poprzez zmniejszenie naprężenia rozciągającego fal odbitych, dokładnie poniżej maksymalnego albo dopuszczalnego naprężenia rozciągającego materiału. Dzięki wynalazkowi następuje wyeliminowanie lub zmniejszenie strat HCF albo skuteczności odkształceń przy ściskaniu, powodowanych przez nakładanie się sił rozciągających.

Zaletą wynalazku jest także skrócenie czasu i złożoności, wykonywania laserowego młotkowania udarowego, poprzez zastosowanie dwustronnego jednoczesnego laserowego młotkowania udarowego nie powodującego pęknięć. Wynalazek umożliwia eliminację pęknięć wewnętrznych poprzez zmniejszenie zespolonego naprężenia rozciągającego, spowodowanego przez fale odbite, poniżej maksymalnego albo dopuszczalnego naprężenia rozciągającego materiału. Wynalazek jest przydatny przy uzyskiwaniu pozytywnego wyniku dla strat HCF laserowo młotkowanych udarowo przedmiotów, a szczególnie laserowo mł otkowanych udarowo krawę dzi skrzydeł i ł opatek płatów turbiny gazowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia łopatkę turbiny gazowej, zamocowaną w układzie laserowego młotkowania udarowego, fig. 2 - przekrój poprzeczny części łopatki, przedstawiający przesunięcie wiązek laserowych i plamek laserowego młotkowania udarowego, fig. 3 - przesunięcie plamek laserowego młotkowania udarowego, fig. 4 - sposób tworzenia przesuniętych plamek laserowego młotkowania udarowego za pomocą lekko odchylonych i zbieżnych wiązek laserowych, fig. 5 - widok perspektywiczny łopatki wirnika przedstawionej na fig. 1, fig. 6 - przekrój poprzeczny łopatki wirnika, wykonany wzdłuż linii 6-6 na fig. 5 i fig. 7 - schematyczne rozmieszczenie plamek laserowego młotkowania udarowego na łacie przedstawionej na fig. 5.

Figura 1 i fig. 2 schematycznie przedstawiają układ laserowego młotkowania udarowego 10 przedmiotów, zilustrowany na przykładzie łopatek wirnika 108 mającego płat 134 z miejscem łączenia 145, które ma być poddane laserowemu młotkowaniu udarowemu. Układ laserowego młotkowania udarowego 10 zawiera generator 31 składający się z oscylatora, przedwzmacniacza i układu rozdzielania wiązki, który doprowadza wstępnie wzmocnioną wiązkę do dwóch obwodów optycznego przesyłania wiązki i układów optycznych 35, które przesyłają i skupiają pierwszą i drugą wiązkę laserową 102 i 103 o małej energii. Łopatka 108 jest zamontowana w uchwycie 15, który jest dołączony do układu wykonawczego 127 komputerowego układu sterowania numerycznego CNC, działającego w pięciu osiach. Pięć osi ruchu, które są przedstawione w przykładzie wykonania wynalazku, to konwencjonalne osie X, Y i Z oraz odpowiadające im pierwsza, druga i trzecia osie obrotowe A, B i C, poddawane obróbce z zastosowaniem

PL 200 213 B1 układów CNC. Układ wykonawczy 127 jest stosowany do ciągłego poruszania i pozycjonowania łopatki w taki sposób, aby uzyskać laserowe młotkowanie udarowe wykonywane w locie, zgodnie z jednym przykładem wykonania wynalazku. Laserowe młotkowanie udarowe jest wykonywane na wiele sposobów, przy użyciu farby albo taśmy jako ośrodka ablacyjnego.

Na fig. 5 i fig. 6 łopatka 108 zawiera płat 134 odchodzący promieniowo zewnętrznie od platformy 136 do końcówki 138 łopatki. Łopatka 108 zawiera sekcje podstawy 140 odchodzącą promieniowo do wewnątrz od platformy 136 do promieniowo wewnętrznego końca 137 sekcji podstawy 140. Na promieniowo wewnętrznym końcu 137 sekcji podstawy 140 występuje podstawa łopatki 142, która jest połączona z platformą 136 poprzez trzon 144 łopatki. Płat 134 rozciąga się podłużnie pomiędzy jego krawędzią natarcia LE a krawędzią spływu TE. Na fig. 6 cięciwa CH płata 134 jest linią przebiegającą pomiędzy krawędzią natarcia LE a krawędzią spływu TE dla każdego przekroju poprzecznego łopatki. Strona nacisku 146 płata 134 jest zwrócona w kierunku podstawowego kierunku obrotu, co oznaczono za pomocą strzałki V, a strona zasysania 148 występuje po drugiej stronie płata. Linia środkowa ML przebiega wzdłużnie, w połowie drogi pomiędzy obydwiema stronami.

Sekcja krawędzi natarcia 150 łopatki 108 przebiega wzdłuż krawędzi natarcia LE płata 134, od platformy 136 do końcówki 138 łopatki. Sekcja krawędzi natarcia 150 ma określoną z góry, pierwszą szerokość W, tak że sekcja krawędzi natarcia 150 zawiera obszar, gdzie podczas działania urządzenia, wzdłuż krawędzi natarcia płata 134, mogą pojawić się szczerby 54 i rozdarcia pokazane w widoku dodatkowym. Płat 134 jest poddawany działaniu znacznego pola sił naprężeń rozciągających, powodowanych siłami odśrodkowymi, tworzonymi przez obracającą się podczas działania urządzenia łopatkę 108. Płat 134 poddawany jest także wibracjom wytwarzanym podczas pracy silnika, a szczerby i rozdarcia działają jak silne cykliczne naprężenia zmęczeniowe, wytwarzając wokół dodatkowe ogniska naprężeń.

Aby zapobiec uszkodzeniu zmęczeniowemu części łopatki wzdłuż możliwych linii pękania, które może rozwijać się i którego przyczyną są szczerby i rozdarcia, wzdłuż części krawędzi natarcia LE, tam gdzie stadium początkowe powstawania szczerb i rozdarć powoduje uszkodzenie łopatki powodowane dużym cyklicznym zmęczeniem materiału, jest umieszczana laserowo młotkowana udarowo łata 145. Laserowo młotkowana udarowo łata 145 jest umieszczana wzdłuż części krawędzi natarcia LE, tam gdzie rozpoczyna się przewidywana linia uszkodzenia pierwszego rodzaju LM wirnika albo łopatki kompresora. W laserowo młotkowanej łacie 145 co najmniej jedna ze stron, a korzystnie obie strony, strona nacisku 146 i strona zasysania, są jednocześnie laserowo młotkowane udarowo tak, że tworzą przeciwległe położone pierwszą i drugą część 152, 153 powierzchni laserowo młotkowanej udarowo i wstępnie naprężone obszary 156, 157 o silnie ściskających naprężeniach cząstkowych, wynikających z laserowego młotkowania udarowego LSP, rozciągających się na płacie 134, jak na fig. 6. Wstępnie naprężone obszary 156 i 157 łopatki są przedstawione tylko wzdłuż części sekcji krawędzi natarcia 150, ale mogą rozprzestrzeniać się wzdłuż całej krawędzi natarcia LE albo na dłuższej jej części, jeśli zachodzi taka potrzeba.

Pierwsza i druga wiązka laserowa 102 i 103 o małej energii są przystosowane do jednoczesnego laserowego młotkowania udarowego umieszczonych wzdłużnie obok, przeciwległych - wypukłej ściany zasysania 148 i wklęsłej ściany nacisku 146 - wzdłuż krawędzi natarcia LE płata 134 łopatki 108 w obrę bie ł aty 145. Wedł ug wynalazku są tworzone pary albo wią zania pierwszych i drugich laserowo młotkowanych udarowo plamek 158, 159, a pary plamek są rozstawione wzdłużnie w odległości LD i przesunię te poprzecznie wzglę dem siebie o przesunię cie OS w zwią zku z odległ o ś cią wzdł u ż n ą , co bardziej szczegółowo pokazano na fig. 3.

Wypukła strona zasysania 148 i wklęsła strona nacisku 146 mają pierwszą i drugą powierzchnię 152 i 153 laserowo młotkowane udarowo, znajdujące się wewnątrz łaty 145, na przeciwległych bokach łopatki 108. Aby utworzyć powierzchnię powleczoną, laserowo młotkowane udarowo powierzchnie 152 i 153 są powlekane za pomocą pokrycia ablacyjnego, takiego jak farba albo taśma klejąca. Farba i taśma klejącą tworzą ośrodek ablacyjny, nad którym jest umieszczona przezroczysta obudowa bezpieczeństwa, która zazwyczaj jest przezroczystą kurtyną utworzoną z cieczy, taką jaką tworzy przepływ wody 121.

Podczas procesu laserowego młotkowania udarowego łopatka 108 porusza się ruchem ciągłym, podczas gdy układ laserowego młotkowania udarowego w sposób ciągły wystrzeliwuje na powleczone powierzchnie laserowego młotkowania udarowego, pierwszą powierzchnię 152 i drugą powierzchnię 153, poprzez kurtynę z przepływającej wody 121, stacjonarną pierwszą wiązkę laserową 102 i drugą wiązkę laserową 103 tworzące plamki 158 laserowego młotkowania udarowego. Kurtyna wodna 121 jest wytwarzana przez dyszę wodną 123 umieszczoną na końcu instalacji wodnej 119 dołączonej do

PL 200 213 B1 rury doprowadzającej 120. Sterownik 24 służy do kontroli i/albo sterowania układu laserowego młotkowania udarowego 10.

Na fig. 1 i fig. 2 zastosowano wzdłużnie równoległe i rozstawione poprzecznie pierwszą i drugą wiązkę laserową 102 i 103 o małej energii, które są ustawione tak, że osie CL 1 i CL 2 pierwszej i drugiej wią zki laserowej trafiają na pierwszą i drugą część powierzchni 152 i 153 znajdują cych się w obrębie łaty 145, po przeciwległych stronach płata 134, to znaczy wypukłej strony zasysania 148 i wklę s ł ej strony nacisku 146. Pierwsza i druga wią zka laserowa 102 i 103 są nastę pnie wystrzeliwane równocześnie i mają energię wystarczającą do odparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni 152 i 153, tak żeby utworzyć pierwszy i drugi obszar, które mają silne ściskające naprężenia cząstkowe rozprzestrzenione na płacie 134 łopatki 108 albo innym przedmiocie, na pierwszej i drugiej części powierzchni laserowo młotkowanej udarowo.

Pierwsza i druga wiązka laserowa 102 i 103 są kierowane tak, że pierwsza i druga oś CL 1 i CL 2 trafiają w pierwszy i drugi punkt środkowy A1 i A2 pierwszej i drugiej części powierzchni 152 i 153, przez które przechodzą równoległe do siebie pierwsza oś AX1 i druga oś AX2 prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni dla punktów środkowych pierwszej i drugiej wiązki laserowej, tak że pierwsza i druga oś są przesunięte poprzecznie o odcinek OS, co przedstawiono na fig. 3. Zadawalające wyniki uzyskano, stosując przesunięcie OS wynoszące 1,905 mm cala i średnicę plamki D równą 6,35 mm. Inne badania dały dobre wyniki przy przesunięciach OS wynoszących 2,54 mm, 3,05 mm, 3,81 mm i 4,75 mm, przy użyciu próbek symulujących kąt natarcia płata.

Na fig. 4 pokazano inny przykład wykonania wynalazku, w którym pierwsza i druga wiązka laserowa 102 i 103 są ustawione tak, że pierwsza i druga oś CL 1 i CL 2 przecinają się w wierzchołku 90 i są wzglę dem siebie skierowane pod ką tem, tworząc pierwszy i drugi kąt 94 i 96, z równoległymi względem siebie pierwszą i drugą osią AX1 i AX2, które są prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni 152 i 153, w punktach środkowych A1 i A2 pierwszej i drugiej wiązki laserowej. Jeden z obecnie stosowanych układów laserowego mł otkowania udarowego kieruje wią zki lasera pod ką tem sześciu stopni w stosunku do normalnej powierzchni laserowo młotkowanego udarowo przedmiotu. Przedmiot albo łopatka są doprowadzane do punktu przecięcia wiązek, w którym osie tych wiązek przecinają się w punkcie wierzchołkowym, co pokazano za pomocą łopatki narysowanej linią przerywaną 98. Gdy przedmiot jest doprowadzony do punktu przecięcia wiązek, na obydwu stronach są tworzone jednocześnie i ześrodkowywane wzdłuż tego samego podłużnego odcinka pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki 158 i 159, innymi słowy pierwsza i druga oś AX1 i AX2 są kolinearne. W przedstawionym wynalazku łopatka jest przesunięta wzdłużnie w stosunku do jednej z wiązek laserowych, a nastę pnie na obydwu stronach przedmiotu są wytwarzane podłużne odcinki plamek laserowych, a pierwsza i druga oś AX1 i AX2 są przesunięte poprzecznie i nie są kolinearne.

Zazwyczaj, ale niekoniecznie, pierwsza i druga część powierzchni 152 i 153, a stąd pierwsze i drugie laserowo mł otkowane udarowo plamki 158 i 159 są z zasady równoległ e. Pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki 158 i 159 są przedstawione jako kołowe, chociaż mogą być eliptyczne, owalne albo mają inny kształt. Przedstawiony wynalazek obejmuje laserowo młotkowany udarowo przedmiot, który ma pierwszą i drugą laserowo młotkowaną udarowo część powierzchni 152 i 153. Na pierwszej i drugiej części laserowo młotkowanej udarowo powierzchni łopatki 108 występują pierwszy i drugi obszar 156 i 157, które mają silne ściskające naprężenia cząstkowe. Pary 88 jednocześnie laserowo młotkowanych udarowo pierwszych i drugich plamek 158 i 159 są oddalone od siebie na odległość LD i są wytwarzane w wyniku procesu laserowego młotkowania udarowego pierwszej i drugiej części powierzchni 152 i 153, tak że każda para jednocześnie laserowo młotkowanych pierwszych i drugich plamek danej pary jest względem siebie przesunięta poprzecznie o przesunięcie OS w odniesieniu do odległości wzdłużnej.

Pierwsza i druga wiązka laserowa 102 i 103 o małej energii mają mały poziom energii wynoszący 3-10 dżuli, a nawet 1-10 dżuli, co umożliwia stosowanie mniejszych laserów. Za szczególnie efektywny przedział poziomu energii został uznany przedział 3-7 dżuli, a w nim poziom około 3 dżuli. Aby wytworzyć małą średnicę pierwszych i drugich kołowych plamek laserowych 158 i 159 o średnicy D wynoszącej od około 1 mm do 2 mm, wiązki laserowe o małej energii są ogniskowane. Powierzchnia plamek wynosi 0,79 - 3,14 mm². Mniejszy poziom energii daje bardzo dobre wyniki, a laser o energii 3 dżuli okazuje się właściwy, ponieważ daje dobre efekty laserowego młotkowania udarowego, jest bardzo ekonomiczny, dostępny i powszechnie stosowany. Te zakresy poziomu energią dają gęstość energii od około 100 do 400 dżuli/cm².

PL 200 213 B1

Figura 7 przedstawia dziewięć nakładających się rzędów R pierwszych laserowo młotkowanych udarowo plamek 158, których może być więcej albo mniej, a w jednym przykładzie wykonania wynalazku przylegające do siebie plamki są laserowo młotkowane udarowo w różnych odstępach i pomiędzy tymi odstępami jest powtórnie pokrywana łata 145. Przylegające do siebie rzędy R laserowo młotkowanych, udarowo nakładających się plamek 158 i przylegające do siebie plamki zakładkowego laserowego młotkowania udarowego zwykle zachodzą na siebie w około 30%, a średnica plamek młotkowanych laserowo ma zwykle około 6,35 mm.

Pierwsza i druga wiązka laserowa 102 i 103 są kierowane i wystrzeliwane w taki sposób, że wytwarzają, na pierwszej i drugiej części powierzchni 152 i 153 przedmiotu pierwszy i drugi wzór zawierający zachodzące na siebie przyległe rowki utworzone z zachodzących na siebie przyległych, pierwszych i drugich plamek. W bardziej szczegółowym przykładzie wykonania pierwszy i drugi wzór są tworzone przez przesuwanie przedmiotu ruchem ciągłym, podczas gdy wiązki laserowe są utrzymywane nieruchomo i wystrzeliwane w sposób ciągły w postaci ciągu impulsów ze stosunkowo stałymi okresami pomiędzy tymi ciągami, a części powierzchni są laserowo młotkowane udarowo za pomocą ciągów od pierwszej do czwartej sekwencji S1 do S4. W każdej z sekwencji od pierwszej do czwartej sekwencje S1 - S2 obejmują ciągłe wystrzeliwanie wiązek laserowych na części powierzchni tak, że każda z przyległych plamek trafia w inną plamkę utworzoną za pomocą ciągów sekwencji. Można użyć więcej niż jednego ciągu sekwencji, tak że każda plamka trafiana jest wiązką laserową więcej niż jednokrotnie. Bardziej szczegółowy przykład wykonania obejmuje powlekanie części powierzchni pokryciem ablacyjnym przed i pomiędzy każdą z sekwencji ciągu.

Claims (22)

1. Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu, znamienny tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni (152,153) przedmiotu (108) dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru (156, 157) o rozprzestrzenionych w przedmiocie (108) silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) laserowo młotkowanych udarowo, podczas nakierowywania na cel oddziałuje się na pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) w taki sposób, że pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) pierwszej i drugiej wiązki laserowej (102, 103) trafiają w pierwszy i drugi środkowy punkt (A1, A2) wiązki laserowej pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153), przez które to punkty przechodzą równoległe do siebie pierwsza i druga oś (AX1, AX2) prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) w pierwszym i drugim punkcie środkowym (A1, A2) wiązki laserowej, tak że pierwsza i druga oś (AX1, AX2) mają przesunięcie (OS) względem siebie, a pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) wiązek laserowych są niekolinearne, przy czym każda wiązka laserowa (102, 103) o małej energii ma poziom energii około 1-10 dżuli.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) nakierowuje się tak, że pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) przecinają się i są względem siebie ustawione pod kątem.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) oraz pierwszą i drugą oś (CL 1, CL 2) ustawia się względem siebie równoległe i przesuwa się względem siebie o przesunięcie (OS).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energię wiązek laserowych około 3 dżule.

6. Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu, znamienny tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się niekolinearne pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) o ma ł ej energii, wystarczają cej do wyparowania materiał u na pierwszej i drugiej części powierzchni (152,153) przedmiotu (108) dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru (156, 157) o rozprzestrzenionych w przedmiocie (108) silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) laserowo młotkowanych udarowo oraz wytwarza się oddalone wzdłużnie o odcinek (LD) pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki (158, 159) przesunięte

PL 200 213 B1 względem siebie poprzecznie o przesunięcie (OS) i niekolinearne, przy czym każda pierwsza i druga wiązka laserowa (102, 103) o małej energii ma poziom energii około 1-10 dżuli.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwsze 1 drugie plamki (158, 159) są równoległe.

8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wiązki laserowe nakierowuje się i wystrzeliwuje się tak, aby wytwarzały na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) przedmiotu (108) pierwszy i drugi wzór mający postać nałożonych na siebie, przyległych rowków (R) wytworzonych przez nałożone na siebie, przyległe pierwsze i drugie plamki (158, 159).

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że tworzy się pierwszy i drugi wzór poprzez ruch ciągły przedmiotu (108) podczas utrzymywania w stałej pozycji i ciągłym wystrzeliwaniu wiązek laserowych w postaci impulsów o stałych okresach pomiędzy impulsami, którymi są laserowo młotkowane udarowo pierwsza i druga część powierzchni (152, 153), przy zastosowaniu sekwencji (S1-S4), a przez każdą z sekwencji obejmuje się poruszanie ruchem ciągłym przedmiotu (108) podczas ciąg łego wystrzeliwania na powierzchnie utrzymywanych w stałej pozycji wiązek laserowych, tak że na każdej z części powierzchni przyległe laserowo młotkowane udarowo plamki trafiają w inne plamki wykonywane w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że pokrywa się części powierzchni za pomocą powłoki ablezyjnej, przed i pomiędzy sekwencjami występującymi w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

11. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako przedmiot (108) stosuje się płat (134) turbiny gazowej, a pierwszą i drugą część powierzchni (152, 153) ustawia się po stronie nacisku i po stronie zasysania (146, 148) płata (134) wzdłuż krawędzi natarcia (LE) płata (134).

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wiązki laserowe nakierowuje się i wystrzeliwuje się tak, żeby wytwarzały na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) płata (134) pierwszy i drugi wzór, które mają postać nałożonych na siebie, przyległych rowków (R) wytworzonych przez nałożone na siebie, przyległe pierwsze i drugie plamki (158, 159).

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że tworzy się pierwszy i drugi wzór przez ruch ciągły przedmiotu (108) podczas utrzymywania w stałej pozycji i ciągłym wystrzeliwaniu wiązek laserowych w postaci impulsów o stałych okresach pomiędzy impulsami, którymi są laserowo młotkowane udarowo pierwsza i druga część powierzchni (152, 153), przy zastosowaniu sekwencji (S1-S4), a przez każ d ą z sekwencji obejmuje si ę poruszanie ruchem cią g ł ym przedmiotu (108) podczas ciąg ł ego wystrzeliwania na powierzchnie utrzymywanych w stałej pozycji wiązek laserowych, tak że na każdej z części powierzchni przyległe laserowo, młotkowane udarowo plamki trafiają w inne plamki wykonywane w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że pokrywa się części powierzchni za pomocą powłoki ablezyjnej, przed i pomiędzy sekwencjami występującymi w ciągu sekwencji laserowego młotkowania udarowego.

15. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund.

16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energię wiązek laserowych około 3 dżule.

17. Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu, znamienny tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) przedmiotu (108) dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru (156, 157) o rozprzestrzenionych w przedmiocie (108) silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) laserowo młotkowanych udarowo, podczas nakierowywania na cel oddziałuję się na pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) w taki sposób, że pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) pierwszej i drugiej wiązki laserowej (102, 103) trafiają w pierwszy i drugi środkowy punkt (A1, A2) wiązki laserowej pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153), przez które to punkty przechodzą równoległe do siebie pierwsza i druga oś (AX1, AX2) prostopadłe do pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) w pierwszym i drugim punkcie środkowym (A1, A2) wiązki laserowej, tak że pierwsza i druga oś (AX1, AX2) mają przesunięcie (OS) względem siebie, a pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) wiązek laserowych są niekolinearne, przy czym każda wiązka laserowa (102, 103) o małej energii ma poziom energii około 3-7 dżuli.

PL 200 213 B1

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) nakierowuje się tak, że pierwsza i druga oś (CL 1, CL 2) przecinają się i są względem siebie ustawione pod kątem.

19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) oraz pierwszą i drugą oś (CL 1, CL 2) - ustawia się względem siebie równolegle i przesuwa się względem siebie o przesunięcie (OS).

20. Sposób laserowej obróbki udarowej przedmiotu, znamienny tym, że nakierowuje się na cel, a następnie równocześnie wystrzeliwuje się niekolinearne pierwszą i drugą wiązkę laserową (102, 103) o małej energii, wystarczającej do wyparowania materiału na pierwszej i drugiej części powierzchni (152,153) przedmiotu (108) dla wytworzenia pierwszego i drugiego obszaru (156, 157) o rozprzestrzenionych w przedmiocie (108) silnie ściskających naprężeniach cząstkowych na pierwszej i drugiej części powierzchni (152, 153) laserowo młotkowanych udarowo oraz wytwarza się oddalone wzdłużnie o odcinek (LD) pierwsze i drugie laserowo młotkowane udarowo plamki (158, 159) przesunięte względem siebie poprzecznie o przesunięcie (OS) i niekolinearne, przy czym każda pierwsza i druga wiązka laserowa (102, 103) o małej energii ma poziom energii około 3-7 dżuli.

21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że kształtuje się przebieg czasowy każdego impulsu, który ma czas trwania w zakresie od około 20 do 30 nanosekund i czas narastania mniejszy od około 10 nanosekund.

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się czas narastania około 4 nanosekundy i energię wiązek laserowych około 3 dżule.