[发明专利]一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法及装置

说明书

本发明公开了一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法及装置,该方法首先对尾喷管进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的焊缝区域，接着激光冲击强化单元根据薄壁板的冲击强化加工参数对需要强化的焊缝区域进行冲击强化，然后借助光学测量仪器在线测量激光冲击强化区域材料动态应变场，计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据,同时借助三维轮廓扫描仪将尾喷管测量模型与CAD模型对齐，分别计算尾喷管强化区域的弯曲度误差和扭曲度误差，接着将测量的所有数据传递给整机控制系统，并调整冲击强化的激光参数以及确定需要校形的激光参数和校形路径，再通过激光冲击强化单元实现尾喷管强化过程中发生扭转和弯曲的校形。

技术领域

本发明涉及航空发动机尾喷管加工技术领域，尤其涉及一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法及装置。

背景技术

尾喷管是发动机的关键部件之一，由薄壁板焊接而成，喷管裂纹是尾喷管最为常见的失效形式，对喷管的可靠性造成极大影响。由于分叉尾喷管的结构具有一定的振动固有频率，在干扰力或力矩作用下工作时，会按激励的频率进行强迫振动，当激振频率与其固有频率相同时，就会产生共振现象，由此造成尾喷管裂纹故障。分叉尾喷管的裂纹故障主要发生在尾喷管前转接段焊缝区域。裂纹故障的存在会导致发动机排向大气中的尾气可能会扩散到发动机周围，发生漏气事故。由于尾气温度仍然很高，尾喷管内的气压大于尾喷管周围的气压，尾气将扩散出去，发动机的燃油管道和减速器会受到很强的热辐射，将会烧坏发动机，最后可能酿成惨重事故。因此，提高尾喷管焊缝区的强度和抗疲劳能力，防止因持续共振造成尾喷管的结构破坏，成为了当下急需解决的重要课题。

分叉尾喷管在焊接过程中会产生焊接应力且焊缝的焊接强度低。焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力称为瞬态焊接应力；焊接温度场消失后的应力称为残余焊接应力。在薄壁焊件中，焊接残余应力基本上是平面应力，厚度方向的应力很小。焊接残余应力会影响焊件的强度、刚度、受压稳定性、加工精度、尺寸稳定性以及耐腐蚀性等。为了进一步消除焊接过程产生的焊接应力带来的影响，提高尾喷管焊缝强度以及使用寿命等，激光冲击强化技术成为了有效且高效的首选加工工艺。激光冲击强化技术是利用强短脉冲激光束产生的等离子冲击波作用在待加工零件表面，以激光的力效应对材料进行改性，从而提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀性能的一种高新表面加工技术。然而，尾喷管是薄壁件，壁厚仅约为0.25mm，在对尾喷管焊缝区域进行激光冲击强化过程中，难免会造成尾喷管的变形，因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种优化发动机分叉尾喷管激光冲击强化的方法。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述方法的装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤S1：对尾喷管进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的焊缝区域。

步骤S2：将尾喷管夹装于尾喷管专用工装夹具上。

步骤S3：开启辅助照明LED灯组提供加工过程中高质量的观测光源，涂水机器人控制系统开启并控制涂水机器人为加工区域提供稳定的涂水层。

步骤S4：激光冲击强化单元产生冲击波并作用于所述尾喷管焊缝区域进行冲击强化。

步骤S5：所述尾喷管激光冲击强化过程中，采用光学测量仪实时在线测量激光冲击强化区域材料动态应变场，由光学设备控制系统计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，通过数据采集系统采集并反馈至整机控制系统。