[发明专利]一种激光冲击处理曲面的方法

说明书

技术领域

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曲面的方法。

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；激光冲击的原理是利用脉冲激光（能量1~100J，脉宽10~30ns）在约束状态下（水膜或玻璃）跟吸收层（铝箔或其他材料）产生等离子爆炸，可产生强度高达几个吉帕斯卡的压力，该压力通过吸收层传播至工件，可对工件表层产生高幅残余压应力，由于吸收层的保护作用，工件表面不会受到热灼烧，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。

飞机发动机叶片的疲劳断裂是影响发动机正常工作的主要因素之一，激光冲击强化飞机发动机叶片具有无可比拟的优势。发动机叶片的疲劳断裂主要发生在叶片边缘，激光冲击处理主要对叶片边缘区域进行强化。激光冲击处理将使处理区域产生高幅残余压应力，由于叶片边缘区域厚度非常小，残余压应力的释放将会导致叶片边缘产生变形，从而影响发动机叶片的使用性能；发动机叶片是不规则曲面，激光辐照在不同的部位时其投影面积将发生变化，这将导致激光功率密度将发生变化，从而使残余应力场产生不规则变化，引起发动机叶片边缘产生不规则的变形，影响发动机叶片的使用性能，稳定的激光功率密度是发动机叶片产生规则变形的前提条件。

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曲面的方法，在工件的激光冲击处理全过程中，始终获得稳定的激光功率密度，避免了工件产生不规则变形。

本发明的一种激光冲击处理曲面的方法，首先将工件待加工表面三维模型导入PRO/E或者其它三维软件，按照预设的加工路径，将光斑的形状按实际的激光束轴线方向投影到工件表面，通过软件提供的测量功能获得每一个在曲面上的投影的面积S_i（其中，i=1，2…...n），若预设的激光功率密度为I₀，激光的脉宽为τ，则可计算出每一个脉冲所需能量E_i=I₀﹒τ﹒S_i（其中，i=1，2…...n），将获得的每一个脉冲所需能量E_i导入到工控机，由工控机控制脉冲激光器的放电电压，放电电压U_i=αE_i（其中，α是常数，不同的激光器其α也不同，i=1，2…...n）从而精确控制每一个激光脉冲的能量，使整个加工表面在激光冲击过程中每个激光光斑的功率密度精确可控。

实施本发明的有益效果为：利用三维软件对三维表面的操作和测量功能，可以快速模拟获得每一个激光光斑在实际待加工表面上的面积；采用本发明的测量方法，可以快速准确的测量任何形状光斑的面积；通过精确控制每个激光光斑的功率密度，可以使工件的变形可控，避免了工件由于功率密度不一致导致的不规则变形。

附图说明

图1：激光冲击处理曲面的方法示意图；

图2：激光冲击处理整体叶盘的叶片示意图；

图中包括，1激光发生器、2聚焦透镜、3整体叶盘、4六自由度机械手、5水膜、6激光光斑、7喷嘴、8工控机；

图3：激光光斑在三维实体模型曲面上的投影示意图；

图中包括，6激光光斑、61激光束轴线方向、62曲面上的激光光斑一、63曲面上的激光光斑二、64曲面上的激光光斑三、31叶片三维模型。

图4：残余应力测点分布图；

图5：采用本发明和未采用本发明残余应力分布。

具体实施方式

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曲面的方法进行详细说明。