控制装置2调节激光器I的光斑尺寸参数，使其光斑形状方形，方形光斑尺寸为a/2，相邻方形光斑紧挨不搭接，其他参数不变。
[0032](6)通过数控系统8调节五轴工作台7使方形激光束3角点位置与网格状吸收层5的单个网格偏移点位置B点重合，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致。
[0033](7)采用流水约束层4，打开激光器1，采用逐行加工的方法通过数控系统8控制五轴工作台7的移动和转动实现对工件6待加工表面进行第二层激光冲击强化。
[0034](8)通过数控系统8调节五轴工作台7使方形激光束3的角点位置由步骤(6)中B点偏移到C点重合，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致。
[0035](9)采用流水约束层4，打开激光器I，采用逐行加工的方法通过数控系统8控制五轴工作台7的移动和转动实现对工件6待加工表面进行第三层激光冲击强化。
[0036]本发明所采用的激光冲击强化用的脉冲激光束为正方形光斑，边长为2-8 mm，频率为1-5 Hz，脉宽为8-30 ns，脉冲能量3-15 J ;所述的网格吸收层的设计为相邻方形。
[0037]光斑紧挨不搭接；采用不同尺寸多层交错激光冲击强化，第一层激光冲击处理光斑尺寸不同于第二，三层，第二，三层光斑尺寸相同，三层激光冲击处理的其他工艺参数相同；并且每一层激光冲击强化处理起始点位置与前一层激光冲击强化处理起始点位置在X方向上向外相差a/3，Y方向上向外相差a/3。
[0038]本发明采用吸收层制备方法为:将GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯、甲基叔丁基醚按照质量比5:3:2的比例混合后在70-90°C反应10 min~30 min，正面根据方形光斑边长和搭接率制凸模压制，背面为平面，冷却以后形成0.8-1 _厚度的网格吸收层。
[0039]实施实例
如图3对65mmX32 mmX2 mm的LY2招合金的中心24 mmX 18 mm区域进行激光冲击强化；激光器的工艺参数为:脉宽10ns，频率5Hz，脉冲能量6J，光斑形状为方形，光斑尺寸a为6 mm，相邻方形光斑的紧挨不搭接，具体操作步骤如下:
(I)以图3-a，3-b方式制备24 mmX18 mm (网格数4X 3)网格状吸收层，单个吸收层网格边长为6 mm,以及24 mmX18 mm (网格数8X6)网格状吸收层，单个吸收层网格边长为 3 mm。
[0040](2)将工件清洗抛光处理并把待加工表面覆盖上网格状吸收层，再将工件安装于五轴工作台，以流水作为约束层。
[0041](3)使激光束起始位置与网格状吸收层拐角的单个网格角点重合在A点，并沿网格约束层的X轴和Y轴精确定位，采用逐行加工的方法对工件待加工表面进行第一层激光冲击强化。
[0042](4)通过激光器控制装置调节激光器光斑尺寸参数为3 _，其他参数不变。
[0043](5)将冲击过的网格吸收层去除，在工件表面覆盖新的24 mmX18 mm (网格数8X6)网格状吸收层，其中激光冲击光斑角点位置B点从网格吸收层中A点位置向在X方向上向外偏移a/3，Y方向上向外偏移a/3，并沿网格约束层的X轴和Y轴精确定位，采用逐行加工的方法对工件待加工表面进行第二层激光冲击强化直到整个加工区域加工完成，形成如图3-b所示的27 mmX21 mm (光斑数9X7)的第二层激光冲击区域，单个激光光斑边长为 3 mm。
[0044](6)将冲击过的网格吸收层去除，在工件表面覆盖新的24 mmX18 mm (网格数8X6)网格状吸收层，其中冲击光斑角点起始位置位于C点，即从B点位置向在X方向上向外偏移a/3，在Y方向上向外偏移a/3，并沿网格约束层的X轴和Y轴精确定位，采用逐行加工的方法对工件待加工表面进行第三层激光冲击强化直到整个加工区域加工完成。形成如图3-b所示的30 mmX24 mm (光斑数10X8)第三层激光冲击区域，单个激光光斑边长为3mmD
[0045]本例的实施使的材料表面相对与相同参数下单层逐点的激光冲击模式有效的消除光斑边界效应，表面粗糙度拥有良好的一致性，表面粗糙度Rz约为2.6，晶粒进一步细化如图5，细化后晶粒尺寸大约3_5um ;从而在工件表面及较大深度形成大面积均匀强化的效果。
【主权项】
1.一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法，其特征在于:使用相邻光斑紧挨不搭接的方式，进行多次不同光斑尺寸的层间交错冲击，冲击层数为三层，第一层激光光斑尺寸为a，第二层和第三层激光光斑尺寸为a/2，并且每一层激光冲击强化处理起始点位置在X方向相差a/3，Y方向相差a/3 ;其他激光冲击强化参数不变。2.如权利要求1所述的一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)在工件待加工表面覆盖网格状吸收层，并将工件安装五轴工作台上，单个网格的边长为a ； (2)通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数，使其光斑形状为方形，边长尺寸同样为a，相邻方形光斑紧挨不搭接； (3)通过数控系统调节五轴工作台使激光束位置与网格状吸收层角点的单个网格重合，作为第一层的激光冲击强化处理起始点位置，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致； (4)采用流水作为约束层，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动和转动实现对工件待加工表面进行第一层激光冲击强化； (5)通过激光器控制装置改变激光器光斑尺寸参数，使其光斑形状为方形，边长尺寸为a/2，相邻方形光斑紧挨不搭接，其他工艺参数不变； (6)通过数控系统调节五轴工作台使激光束位置与偏移位置重合，偏移点从步骤(3)中的冲击区域起始点在X方向向冲击区域外偏移a/3，Y方向向冲击区域外偏移a/3，作为第2层的激光冲击强化处理起始点位置，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致； (7)采用流水作为约束层，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动和转动实现对工件待加工表面进行第2层激光冲击强化； (8)通过数控系统调节五轴工作台使激光束位置与偏移位置重合，偏移点从步骤(6)中的冲击区域起始点位置在X方向向冲击区域外偏移a/3，Y方向向冲击区域外偏移a/3，作为第3层的激光冲击强化处理起始点位置，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致；激光器的工艺参数同步骤(5); (9)采用流水作为约束层，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动和转动实现对工件待加工表面进行第三层激光冲击强化。3.如权利要求1或2所述的一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法，其特征在于:所采用的激光冲击强化用的脉冲激光束为正方形光斑，边长a为2-8 mm，频率为1-5 Hz，脉宽为8-30 ns，脉冲能量3-15 J04.如权利要求2所述的一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法，其特征在于所述的网格状吸收层的设计为:网格吸收层单位网格的设计与每一次激光冲击光斑尺寸大小相同；网格吸收层背面具有粘性，能够吸附在光滑工件表面。5.如权利要求2或4所述的一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法，其特征在于所述网格状吸收层的制备方法为:将GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯、甲基叔丁基醚按照质量比5:3:2的比例混合后在70-90°C反应10 min~30 min，正面根据方形光斑边长和搭接率制凸模压制，背面为平面，冷却以后形成0.8-1 _厚度的网格吸收层。
【专利摘要】本发明涉及到激光表面冲击强化技术，是一种变光斑多层交错激光冲击均匀强化叶片的方法。利用激光冲击强化过程中材料的塑形变形以及晶粒细化的性质，使用相邻光斑紧挨不搭接的方式，进行多次变光斑的层间交错冲击，第一层大光斑主要用于激光冲击产生较深残余应力层，第二和第三层交错冲击用于消除光斑边界效应，减少加工表面的粗糙度。该方法能获得均匀强化的较深残余应力层，实现金属工件表面和深度强化的一致性，提高金属工件表层机械性能，并且加工效率高。该发明可用于汽轮机低压过渡区叶片、燃气轮机叶片、飞机涡轮等叶片类零件边缘均匀强化处理。
【IPC分类】C21D10/00
【公开号】CN105002349
【申请号】CN201510426730
【发明人】鲁金忠, 刘月, 罗开玉, 王志龙
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月21日