一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法与流程

技术特征：

1.一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于：在叶片主导边8～10mm的范围内的每一个点正面和背面采用相同直径、不同脉冲能量的两束激光同步进行冲击，且正面激光脉冲能量大于背面激光脉冲能量，其中正面采用的激光功率密度，用来使整个激光冲击光斑区域产生动态塑性变形，背面采用的激光功率密度用来抵消正面冲击光斑中心区域过大的冲击波压力，避免在正面冲击光斑中心区域叶片产生宏观变形，最终达到最佳的强化效果。

2.如权利要求1所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，具体步骤如下：夹具固定涡轮叶片，以流水作为约束层，其中通过定位装置，使叶片正面的每一个冲击点的激光光斑和对应的叶片反面的每一个冲击点的激光光斑处于一条垂直于叶片表面的直线上，通过激光控制系统，使叶片正反面的两束激光能够同步进行冲击，最终采用两种不同激光功率密度I₁和I₂的脉冲激光双面同步冲击涡轮叶片主导边。

3.如权利要求1或2所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，正反面的峰值压力分别为P₁、P₃，正反面光斑边缘的压力分别为P₂、P₄，为使整个激光冲击光斑区域产生动态塑性变形，而光斑中心区域叶片不产生宏观变形，满足P₁＞2.5σ_H，2σ_H≤P₁-P₃≤2.5σ_H，P₂-P₄≥σ_H；σ_H为涡轮叶片材料的Hugoniot弹性极限。

4.如权利要求1-3任一所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，所述涡轮叶片材料为铝合金、不锈钢、钛合金或镍基合金；涡轮叶片材料的Hugoniot弹性极限定义为：式中v为材料的泊松比，为动态屈服强度。

5.如权利要求1或2中所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于：激光冲击路径为往复直线型或弓字形；激光光斑为圆形，激光冲击强化参数如下：光斑直径为3mm，脉宽为8-30ns，脉冲能量2-15J，横向和纵向搭接率均为50％。

6.如权利要求1或2所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，在涡轮叶片主导边正面采用激光功率密度I₁进行搭接激光冲击强化，其中式中E₁为正面冲击的激光脉冲能量，τ为激光脉宽，d为光斑直径；而在涡轮叶片主导边背面采用的激光功率密度I₂用来抵消正面冲击光斑中心区域过大的冲击波压力，其中式中E₂为背面冲击的激光脉冲能量，τ为激光脉宽，d为光斑直径。

7.如权利要求3所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，根据圆形光斑高斯分布规律以及峰值压力计算公式，得到正面峰值压力式中α为等离子体–材料相互作用系数，Z为折合声阻抗，I₁为激光功率密度，正面光斑边缘压力式中P₁(t)为正面峰值压力，R为光斑直径；根据圆形光斑高斯分布规律以及峰值压力计算公式，得到背面峰值压力式中α为等离子体–材料相互作用系数，Z为折合声阻抗，I₂为激光功率密度，背面光斑边缘压力式中P₂(t)为背面峰值压力，R为光斑直径，其中E₁为正面冲击的激光脉冲能量，E₂为背面冲击的激光脉冲能量，P₁为正面峰值压力。

8.如权利要求3所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于，所述α为等离子体–材料相互作用系数，为经验系数，取0.1～0.25；其中Z₁为靶材的声阻抗、Z₂为约束层的声阻抗。

9.如权利要求1中所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于：材料宏观变形所需的压力与材料厚度t₀和动态屈服强度的关系：式中K_F为系数，取1.1，t₀为材料的厚度(mm)，为材料的动态屈服强度(GPa)，d为光斑直径。

10.如权利要求1中所述的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，其特征在于：激光光强服从高斯分布，压力脉冲的时空分布情况用如下准高斯公式表示：式中x，y是表面坐标，R是光斑直径。