[发明专利]整体叶盘遮蔽部位激光冲击强化用激光头

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机整体叶盘叶片强化处理领域，具体地说是一种用于航空发动机的整体叶盘遮蔽部位激光冲击强化用激光头。

背景技术

整体叶盘把叶片和轮盘设计为一个零件，代替通常叶片榫齿与轮盘榫槽再加锁片的连接结构，提高了发动机的气动效率、推重比及可靠性。单个叶片的传统强化技术是喷丸强化，喷丸强化对表面不规则部件实施困难，容易引起薄壁件的变形，对表面粗糙度和尺寸可能产生影响。激光冲击强化可以克服喷丸强化的不足，尤其适用于结构形状复杂的整体叶盘。

激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。由于它与现有的冷挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点，自产生之日起就得到了广泛的关注和研究。

但是，随着航空发动机性能要求的不断提高，对航空发动机整体叶盘的结构要求也更为苛刻，为了进一步提高效率和推重比，叶片扭曲越来越大、叶片越来越密集，以直径约1m的三级叶盘为例，叶片数目达到了40多个，从而使得激光束无法进入叶片间的狭小空间，使得遮蔽部位无法进行激光冲击强化，针对目前整体叶盘激光冲击强化存在的问题，本发明开发的航空发动机整体叶盘遮蔽部位激光冲击强化用激光头，解决了航空发动机整体叶盘遮蔽部位无法加工的问题，可以大幅度提高航空发动机整体叶盘的激光冲击强化效率和航空发动机整体叶盘的抗疲劳性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整体叶盘激光冲击强化用激光头。该航空发动机整体叶盘激光冲击强化用激光头能够有效地将激光束引入航空发动机整体叶盘的遮蔽部位，解决航空发动机整体叶盘遮蔽部位无法加工的问题，提高航空发动机叶盘的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能指标。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种整体叶盘遮蔽部位激光冲击强化用激光头，该激光头包括数控转台、摆臂、激光头末端、大聚焦镜、小聚焦镜、小反射镜及小反射镜镜座；其中：数控转台和大聚焦镜分别通过螺钉和镜架安装在光学平台上，摆臂的一端固定安装在数控转台上；摆臂的另一端与激光头末端相连接，小反射镜镜座固定在激光头末端的端部，小反射镜镶嵌在小反射镜镜座的槽中，激光头末端的端部侧面上设置出光口，小聚焦镜固定在激光头末端的出光口处；小反射镜镜座与出光口设置的位置使得照射到小反射镜上的入射光与通过小反射镜反射出的反射光之间夹角为30-34°。

所述摆臂由连接板、连接管和导光管组成；其中：连接板与数控转台之间通过螺钉固定；连接板与连接管之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定；导光管与连接管之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定。

所述连接板与数控转台固定前在其之间垫一层胶垫保证摆臂水平；所述导光管与连接管连接前，在连接管内转动导光管，用于调整激光头末端的出光口处输出激光的方向，然后再拧紧螺钉进行固定。

所述摆臂的导光管与激光头末端之间通过轴肩定位，并由锁定螺钉A紧固。

在数控转台上通过螺钉安装有配重块，用于平衡摆臂的重量，摆臂、激光头末端和小反射镜镜座均采用铝合金材料，配重块采用不锈钢材料。

所述小反射镜镜座通过M3的平头螺钉固定在激光头末端的端部；其中：小反射镜镜座采用沉头孔结构设计；拧紧平头螺钉之前，在螺钉螺纹处、小反射镜镜座与激光头末端的端部的结合面处涂一层紫外固化胶，拧紧螺钉后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封。

所述小反射镜镀高反射膜，反射膜R＞99.8@1064nm，反射膜损伤阈值为脉冲25J/cm²、10ns、2Hz；入射角为α=16±2°，波长532nm及1064nm激光在其上的16±2°角反射率达到99.5%以上。

所述小聚焦镜通过锁定螺钉B固定在激光头的末端的出光口处，采用轴肩定位的方式进行定位；其中：拧紧锁定螺钉B之前，在锁定螺钉B螺纹处、小聚焦镜边缘与激光头末端出光口处的结合面处涂一层紫外固化胶，拧紧锁定螺钉B后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封。

所述小聚焦镜的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm²、10ns、2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率达到99.5%以上。

用于将大聚焦镜固定在光学平台上的镜架其装调机构均采用4维调整机构，大聚焦镜的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm²、10ns、2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率达到99.5%以上。