专利名称：一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及激光冲击强化技术领域，具体地是指一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法。
背景技术：
激光冲击强化是一种新型的材料表面强化技术，可以在金属制件表面获得高幅残余压应力层，大大提高制件的疲劳寿命，与常规喷丸技术相比，其残余压应力层更深；21世纪初，美国将激光冲击技术应用到F101、F119和F414发动机叶片的强化和再制造上。整体叶盘可以大大简化航空发动机的结构，可以使压气机减重30%，提高发动机的推重比，同时可以提高启动效率，此外，整体叶盘的刚性好，平衡精度高，提高了压气机的使用寿命；然而，整体叶盘的叶片边缘的疲劳断裂问题制约了其使用寿命，激光冲击处理整体叶盘边缘部分，可以大大提高叶片的疲劳寿命，从而提高整体叶盘的使用寿命，由于叶片边缘非常薄，容易变形，在激光冲击处理叶片过程中，稳定的水膜对激光冲击效果的稳定性非常重要。整体叶盘的叶片的密度大，扭角大，无法拆卸下来单独处理，在激光冲击处理过程中，经常需要手动调节喷嘴的位置，这样，水膜的形态在每一次调整中就有很大的随机性，影响了处理工艺的一致性，而且大大降低了处理效率；国内发明专利ZL200510094810.9“基于激光冲击技术的新型水约束层增压的方法和装置”中提出利用随行控制器控制水喷嘴与激光光斑的联动，实现对水约束层的实时控制，并应用于发动机叶片激光冲击处理；在实际激光冲击处理中，需要采用长焦透镜，其焦距一般都超过I米，如果采用激光移动的方式来处理整体叶盘，将导致控制系统和光路系统异常复杂；因此，在激光冲击处理整体叶盘中，激光光斑的位置和水喷嘴的位置是固定不动的，一般多自由度采用机械手实现整体叶盘的运动，从而完成激光冲击处理 ，这就需要采用合适的工艺来获得稳定的水膜。
发明内容
本发明针对以上技术的不足，提供了一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法,在整体叶盘的激光冲击处理全过程中，始终获得稳定的水膜,保证了激光冲击处理效果的一致性。本发明的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，整体叶盘装夹在六自由度机械手上，在激光冲击处理过程中，喷嘴的位置保持不变，并且通过六自由度机械手保证激光光斑的位置保持不变，以及保证由喷嘴喷出的水流在叶片的触点位置及水流和触点切平面的夹角保持不变，以此来保证在激光光斑的位置获得稳定的水膜；为保证全过程都获得稳定水膜，本发明将待处理叶片区域分成两部分分别进行处理。所述的触点为水流与叶片表面接触的位置，激光光斑与触点的距离为15 20mm，喷嘴的中心线与水流中心线所构成的平面是铅垂面，激光光斑位于该铅垂面内，且激光光斑位于触点下方；激光光斑所在位置的切平面与水平面成7(T80度夹角；先将所有叶片的一部分区域处理完毕，然后翻转整体叶盘，继续处理所有叶片的另外一部分，且这两部分区域的交界部分重叠。实施本发明的有益效果为:激光光斑与水流和叶片的触点的距离为15 20mm，使激光光斑避开了水流触点附近的紊流区；将待处理叶片区域分成两部分分别进行处理，可以保证整个激光冲击处理过程中激光光斑和水流触点的距离固定；喷嘴的中心线与水流中心线所构成的平面是铅垂面，激光光斑位于该铅垂面内(如图3所示)，且激光光斑位于触点下方，保证了水膜中心部分始终位于激光光斑位置；激光光斑所在位置的切平面与水平面成7(T80度夹角(如图5所示)，保证了在一定的水流条件下，覆盖在叶片表面的水膜流速和流向也一定，从而获得稳定水膜。
图1:激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法示意 图中包括，I聚焦后的激光束、2整体叶盘、3六自由度机械手、4水膜、5激光光斑、6触点、7水流、8夹角、9喷嘴；
图2:激光冲击处理整体叶盘中发动机叶片需要处理的区域；
图中包括，21未处理区域、22激光冲击处理边缘区域；
图3:第一处理区域示意 图中包括，23整体叶盘上端面、24第一处理区域、25叶片上边缘、51激光光斑中心线、71水流中心线、91喷嘴中心线、10铅垂面；
图4:第二处理区域示意图； 图中包括，23整体叶盘上端面、25叶片上边缘、26第二处理区域；
图5:激光光斑所在位置的切平面与水平面夹角示意 图中包括，11激光光斑所在位置的切平面、12水平面、13夹角、27叶片截面。
具体实施例方式为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图对本发明的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法进行详细说明。本发明的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，包括聚焦后的激光束1、整体叶盘2、六自由度机械手3、水膜4、激光光斑5、触点6、水流7、夹角8、喷嘴9。以整体叶盘2的叶片21的凸面的激光冲击处理为例，实施本发明需要对整体叶盘2凸面的所有叶片21的边缘区域22进行激光冲击强化处理，如图1和图3和图4。实施本发明的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法执行以下步骤:
1)将整体叶盘2安装在六自由度机械手3上，整体叶盘的上端面23朝上；
2)调节六自由度机械手3，打开喷嘴9，使水流7喷向叶片21的表面；调节喷嘴9位置，使水流7和触点6的切平面的夹角8为1(T15度；使激光光斑5与水流7和叶片21形成的触点5的距离为15 20_ ;使喷嘴9的中心线与水流7中心线所构成的平面是铅垂面10，激光光斑5位于该铅垂面内，且激光光斑5位于触点6下方；使激光光斑5所在位置的切平面11与水平面12的夹角13为7(T80度；此时可得到一个稳定的水膜4 ；3)首先对叶片21的第一处理区域24进行激光冲击处理；通过六自由度机械手3控制系统始终保持如步骤2所述的参数，完成第一处理区域24的激光冲击处理；依次对其余所有叶片都按照前述方法完成第一处理区域24的处理；
4)然后对叶片21的第二处理区域26进行激光冲击处理；将整体叶盘2拆卸下来后重新进行安装，此时将整体叶盘的上端面23朝下安装，此时上边缘25位于下方，如图4所示，其安装参数如步骤2所述；
5)依次对整体叶盘2的所有第二处理区26进行激光冲击处理，其处理方法如步骤3所
述；
6)通过以上步骤，可 完成整体叶盘2的所有叶片21凸面的激光冲击处理。
权利要求
1.一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法,其特征在于:整体叶盘(2)装夹在六自由度机械手(3)上，在激光冲击处理过程中，喷嘴(8)的位置保持不变，并且通过六自由度机械手(3)保证激光光斑(5)的位置保持不变，以及保证由喷嘴(9)喷出的水流(7)在叶片(21)上的触点(6)位置及水流(7)和触点(6)切平面的夹角(8)保持不变，以此来保证在激光光斑(5 )的位置获得稳定的水膜(4 )。
2.根据权利要求1所述的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，其特征在于:将待处理叶片区域分成第一处理区域(24)和第二处理区域(26)两部分分别进行处理，先将所有叶片的第一处理区域(24)部分处理完毕，然后翻转整体叶盘(2)，继续处理所有叶片的第二处理区域(26)部分，保证在整个处理过程中水膜的稳定。
3.根据权利要求1所述的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，其特征在于:激光光斑(5)与触点(6)的距离为15 20mm，水流(7)和触点(6)切平面的夹角(8)为1(T20度，喷嘴(9)的中心线(91)与水流(7)中心线(71)所构成的平面是铅垂面(10)，激光光斑(5)中心线(51)位于该铅垂面内，且激光光斑(5)位于触点(6)下方。
4.根据权利要求1所述的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，其特征在于:激光光斑(5)所在位置的切平面(11)与水平面(12)的夹角(13)为7(T80度； 根据权利要求1所述的一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)将整体叶盘安装在六自由度机械手上，整体叶盘的上端面朝上； 2)调节六自由度机械手，打开喷嘴，使水流喷向叶片的表面；调节喷嘴位置，使水流和触点的切平面的夹角为10 15度；使激光光斑与水流和叶片形成的触点的距离为15 20_ ；使喷嘴的中心线与水流中心线所构成的平面是铅垂面，激光光斑位于该铅垂面内，且激光光斑位于触点下方；使激 光光斑所在位置的切平面与水平面的夹角为7(T80度；此时可得到一个稳定的水膜； 3)首先对叶片的第一处理区域进行激光冲击处理；通过六自由度机械手控制系统始终保持如步骤2所述的参数，完成第一处理区域的激光冲击处理；依次对其余所有叶片都按照前述方法完成第一处理区域的处理； 4)然后对叶片的第二处理区域进行激光冲击处理；将整体叶盘拆卸下来后重新进行安装，此时将整体叶盘的上端面朝下安装，此时上边缘位于下方，如图所示，其安装参数如步骤所述； 5)依次对整体叶盘的所有第二处理区进行激光冲击处理，其处理方法如步骤3所述； 6)通过以上步骤，可完成整体叶盘的所有叶片的激光冲击处理。
全文摘要
本发明提供一种激光冲击处理整体叶盘中获得稳定水膜的方法；在激光冲击处理过程中，喷嘴的位置保持不变，并且通过六自由度机械手保证激光光斑的位置保持不变，以及保证由喷嘴喷出的水流在叶片的触点位置及水流和触点切平面的夹角保持不变，以此来保证在激光光斑的位置获得稳定的水膜；为保证全过程都获得稳定水膜，本发明将待处理叶片区域分成两部分分别进行处理。
文档编号C21D9/00GK103205546SQ20131004085
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者巩水利, 戴峰泽, 张永康, 邹世坤, 鲁金忠 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所, 东南大学, 江苏大学