本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特指一種利用設(shè)計(jì)的異步雙面激光沖擊強(qiáng)化方法來實(shí)現(xiàn)更好的渦輪葉片主導(dǎo)邊強(qiáng)化效果。技術(shù)背景激光沖擊強(qiáng)化(lasershockpeening/processing,LSP)是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，具有“三高一快”的特點(diǎn)：高能(幾十J)、高壓(GPa-TPa)、高應(yīng)變率(107S-1)和超快(ns)。其主要作用過程是高能、超快的激光穿過透明的約束層輻照在貼有吸收層的金屬材料表面，吸收層吸收激光能量迅速形成爆炸性氣化蒸發(fā)，產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，等離子體吸收激光能量形成向外擴(kuò)張的沖擊波，由于外層約束層的約束，高壓沖擊波向材料內(nèi)部傳播，利用沖擊波的力效應(yīng)在材料表層發(fā)生塑性變形，使得表層材料微觀組織發(fā)生變化，同時(shí)在沖擊區(qū)域引入殘余壓應(yīng)力，提高材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐應(yīng)力腐蝕等性能，尤其能有效改善材料的抗疲勞斷裂性能，提高材料的疲勞壽命。對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，由于葉片主導(dǎo)邊較薄，激光能量較大時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波壓力過大容易使葉片主導(dǎo)邊產(chǎn)生宏觀變形，導(dǎo)致葉片破壞，激光能量較小時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波壓力過小則不能在葉片內(nèi)部形成穩(wěn)定的、最大的塑性變形，強(qiáng)化效果不佳。因此，如何在葉片內(nèi)部產(chǎn)生最大的塑性變形，獲得最好的強(qiáng)化效果同時(shí)又不產(chǎn)生宏觀變形導(dǎo)致葉片破壞成為一個(gè)亟需解決的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化方法。采用相同波長、脈寬、光斑直徑、脈沖能量的兩束激光束異步對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行雙面激光沖擊強(qiáng)化，即用一束激光束沿葉片主導(dǎo)邊正面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，延遲一段時(shí)間在相同位置采用另一束相同參數(shù)的激光束在背面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化的起始點(diǎn)和沖擊路徑相同；對(duì)于主導(dǎo)邊同一位置正面和背面兩束激光的時(shí)間差小于正面沖擊波傳播到葉片背面所需時(shí)間且正面激光束在先，依照這種雙面異步?jīng)_擊方法連續(xù)對(duì)葉片進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，直至葉片主導(dǎo)邊正面和背面全部沖擊區(qū)域沖擊完成。研究表明，當(dāng)峰值壓力P滿足2VHEL<P<2.5VHEL時(shí)，靶材內(nèi)部可以獲得最大的塑性變形。本發(fā)明中葉片主導(dǎo)邊正面激光束主要用來產(chǎn)生塑性變形，延遲的背面激光束主要用來抵消產(chǎn)生宏觀變形的沖擊波壓力，從而獲得最大的塑性變形，同時(shí)，避免了葉片主導(dǎo)邊正面由于沖擊波壓力太大而造成葉片主導(dǎo)邊產(chǎn)生宏觀變形。具體實(shí)施步驟如下：(1)根據(jù)渦輪葉片的材料和厚度確定其主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的延遲時(shí)間t，t0為材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播到材料底部的時(shí)間，由t0＝L/C0，計(jì)算得出，式中，L為葉片厚度，C0為應(yīng)力波的波速，E為彈性模量，υ為泊松比，ρ為材料密度，渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的延遲時(shí)間t取為0<t<t0，從而使得激光在正面和背面誘導(dǎo)的沖擊波在葉片內(nèi)部距葉片正面處相遇，葉片材料在動(dòng)態(tài)載荷下的屈服強(qiáng)度為要發(fā)生永久的塑性變形，激光沖擊強(qiáng)化所產(chǎn)生的峰值壓力必須大于材料的Hugoniot彈性極限(HEL)VHEL，VHEL滿足公式：式中，υ為泊松比。(2)用激光束對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊正面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，激光沖擊強(qiáng)化加工參數(shù)為：激光脈沖能量為1-50J、激光脈寬為10-40ns、重復(fù)頻率為0.5-10Hz；光斑直徑D＝1-6mm，激光沖擊強(qiáng)化峰值壓力由得出，其中，α為內(nèi)能的分配系數(shù)，取為0.1，I0為激光功率密度，E為激光能量(J)，d為光斑直徑(cm)，τ為激光脈寬(ns)，Z為折合聲阻抗，Ztarget為靶材聲阻抗，Zoverlay為約束層聲阻抗，滿足激光光強(qiáng)服從高斯分布,壓力脈沖的時(shí)空分布情況用如下準(zhǔn)高斯公式表示：P(x,y,t)＝Pexp[-(x2+y2)/2R2]，式中，x，y為表面坐標(biāo)，R為光斑半徑；研究表明，當(dāng)峰值壓力P滿足2VHEL<P<2.5VHEL時(shí)，工件可以獲得最大的塑性變形，為獲得更好的激光沖擊強(qiáng)化效果，使沖擊波峰值壓力滿足2VHEL<P<2.5VHEL，且光斑邊緣的壓力值P(R)>VHEL，從而使葉片獲得最大的塑性變形，激光沖擊強(qiáng)化的橫向、縱向搭接率為50％。(3)葉片主導(dǎo)邊正面激光沖擊強(qiáng)化的起始點(diǎn)沖擊后開始計(jì)時(shí)，延遲t秒后，第二束激光束開始對(duì)葉片主導(dǎo)邊背面相同位置進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化；葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化所用激光束的參數(shù)相同，葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化起始點(diǎn)和沖擊路徑相同，橫向、縱向搭接率均為50％。(4)依照這種雙面異步?jīng)_擊方法連續(xù)對(duì)葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，直至葉片主導(dǎo)邊正面和背面全部沖擊區(qū)域沖擊完成，整個(gè)激光沖擊強(qiáng)化過程結(jié)束。附圖說明為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。圖1為渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化示意圖。圖2為飛機(jī)渦輪葉片平面圖。圖3為渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的波形示意圖(圖中激光束2在激光束1發(fā)出后延遲t秒發(fā)出，激光束1誘導(dǎo)的沖擊波先在葉片主導(dǎo)邊內(nèi)部傳播，然后與激光束2誘導(dǎo)的沖擊波在葉片主導(dǎo)邊內(nèi)部距葉片正面處相遇，其中L為葉片厚度，C0為應(yīng)力波的波速，方向相反的沖擊波相互抵消)。表1為不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下材料殘余應(yīng)力的對(duì)比圖中各標(biāo)號(hào)的含義如下：圖1：1、激光束；2、噴水系統(tǒng)；3、第二束激光束；4、葉片。圖2：4A、葉片正面；4B、葉片背面。圖3：1、激光束；3、第二束激光束；4、葉片；5、吸收層；6、約束層；7、等離子體沖擊波。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明不應(yīng)僅限于實(shí)施例。本實(shí)施例所采用的渦輪葉片雙面異步雙面激光沖擊強(qiáng)化方法如圖1所示，試樣材料為TC4。一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強(qiáng)化方法，其具體步驟為：(1)選取TC4為實(shí)施例試樣，葉片厚度為1mm，TC4的彈性模量為110GPa，泊松比為0.34，密度為4.5g·cm-3，由公式計(jì)算得，C0＝6132m/s，代入公式t0＝L/C0，得t0＝16ns，式中，L為葉片厚度，C0為應(yīng)力波的波速，E為彈性模量，υ為泊松比，ρ為材料密度，取延遲時(shí)間t＝8ns，則激光在正面和背面誘導(dǎo)的沖擊波在葉片內(nèi)部距葉片正面3L/4處相遇，TC4泊松比為υ＝0.34，動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度為1.43GPa，得TC4的Hugoniot彈性極限：(2)用激光束1對(duì)渦輪葉片主導(dǎo)邊正面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，激光沖擊強(qiáng)化加工參數(shù)為：激光脈沖能量為7J、激光脈寬為10ns、重復(fù)頻率為1Hz；光斑直徑d＝3mm；激光沖擊強(qiáng)化峰值功率由下式得出：其中，代入，E＝10J，d＝3mm，τ＝10ns，α取0.1，Zwater＝1.14×106g·cm-2·s-1，Ztarget＝2.75×106g·cm-2·s-1，解得P的值為7.02GPa，滿足5.9GPa＝2VHEL<P<2.5VHEL＝7.375GPa。光斑邊緣的沖擊波壓力P＝7.02×exp(-R2/2R2)＝4.26GPa＞2.95GPa＝VHEL，滿足條件，激光沖擊強(qiáng)化的橫向、縱向搭接率為50％。(3)葉片主導(dǎo)邊正面激光沖擊強(qiáng)化的起始點(diǎn)沖擊后開始計(jì)時(shí)，延遲10ns后，第二束激光束3開始對(duì)葉片主導(dǎo)邊背面相同位置進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化；葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化所用激光束的參數(shù)(如波長、脈寬、光斑直徑、激光能量等)相同，葉片主導(dǎo)邊正面和背面激光沖擊強(qiáng)化起始點(diǎn)和沖擊路徑相同，橫向、縱向搭接率均為50％。(4)依照這種雙面異步?jīng)_擊方法連續(xù)對(duì)葉片主導(dǎo)邊進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，直至葉片主導(dǎo)邊正面和背面全部沖擊區(qū)域沖擊完成，整個(gè)激光沖擊強(qiáng)化過程結(jié)束。表1為不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下殘余應(yīng)力的對(duì)比，分為單面激光沖擊強(qiáng)化，雙面同步激光沖擊強(qiáng)化和本方法設(shè)計(jì)的雙面異步激光沖擊強(qiáng)化，三種激光沖擊強(qiáng)化所用的參數(shù)均為：激光脈沖能量為7J、激光脈寬為10ns、重復(fù)頻率為1Hz；光斑直徑d＝3mm；雙面異步激光沖擊強(qiáng)化的延遲時(shí)間為8ns，激光沖擊強(qiáng)化后進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，每個(gè)試樣測(cè)試了5個(gè)點(diǎn)處的殘余應(yīng)力，分別為表面處，距表面L/4，L/2，3L/4，L處的殘余應(yīng)力值。從表1中的殘余應(yīng)力對(duì)比可以看出，單面激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，表面處為殘余壓應(yīng)力，且殘余壓應(yīng)力的值隨離表面深度的增加而逐漸減?。浑p面激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，表面和深度L處的殘余壓應(yīng)力最大，L/4和3L/4處的應(yīng)力大致相同，均小于表面處的殘余壓應(yīng)力值，而L/2處出現(xiàn)了殘余拉應(yīng)力，即在沖擊波相遇的位置出現(xiàn)了殘余拉應(yīng)力；雙面異步激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，表面和深度L處存在最大的殘余壓應(yīng)力，深度L/4，L/2，3L/4處均表現(xiàn)為殘余壓應(yīng)力；相比于單面激光沖擊強(qiáng)化，該方法在表面和深度L處均產(chǎn)生了較大的殘余壓應(yīng)力，相比于雙面同步激光沖擊強(qiáng)化，該方法在沖擊波相遇的區(qū)域沒有殘余拉應(yīng)力產(chǎn)生，因此，可以看出該方法可以產(chǎn)生更好的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，殘余壓應(yīng)力與葉片疲勞壽命的提高有直接的關(guān)系，所以經(jīng)過該方法處理的葉片可以獲得更好的疲勞壽命。表1狀態(tài)表面L/4L/23L/4L單面沖擊-703MPa-501MPa-201MPa-90MPa12MPa雙面同時(shí)沖擊-712MPa-493MPa73MPa-482MPa-707MPa雙面異步?jīng)_擊-709MPa-512MPa-287MPa-334MPa-720MPa當(dāng)前第1頁1 2 3