渦輪發動機提供非常可靠的動力,可用作航空發動機和動力源。它們(men) 用高鎳和高鈷合金製作以便能夠耐高溫,從(cong) 第一級壓縮機出來的冷空氣對它進行冷 卻,使其具有更好的性能和更長的壽命。這一過程被稱為(wei) 表層冷卻。鑽一些與(yu) 表麵成很小角度的孔,通過孔將冷空氣導入風扇和葉片的中心。激光能夠有效完成這些 鑽孔。

通常,像鉻鎳鐵合金,耐鹽酸鎳基合金,MARM和Haynes這樣的合金要求孔直徑為(wei) 大約400µm 到 900µm,而大部分的孔是在500-600µm之間。即使是用陶瓷隔熱塗層(TBC),也能用激光器在與(yu) 表麵成15度角的情況下,在這些合金上鑽孔。
激光鑽孔有兩(liang) 種方式。大部分是用衝(chong) 擊鑽。將激光器的焦點設置好,這樣就可以鑽出直徑準確的孔,而且發出的激光脈衝(chong) 在鑽孔時不會(hui) 移動。對於(yu) 大於(yu) 0.9mm的孔就需要用環鑽,環鑽時先產(chan) 生一個(ge) 靜態的穿透孔,然後光速移動實現切割成孔。這使激光器能鑽出翼型和其他形狀的孔。衝(chong) 擊鑽是最快的方法,但是 會(hui) 產(chan) 生更大的直徑公差,一般是+/- 50µm,並且重鑄層比環鑽也要厚。環鑽鑽孔公差一般為(wei) 衝(chong) 擊鑽的一半,或更小。用衝(chong) 擊鑽在3mm厚的航空用合金上鑽500µm直徑的孔需要的時間大約為(wei) 0.5秒,用環鑽所需時間大約為(wei) 2.5秒。
因為(wei) 圓圓柱體(ti) 上的孔是對稱的,所以采用了“飛行鑽孔”的特殊的衝(chong) 擊鑽加工。以恒速轉動部件,向係統反饋回編碼器信息,連續在每個(ge) 孔位置啟動激光 器脈衝(chong) ,這樣係統可以以高速完成鑽孔。如果在衝(chong) 擊鑽孔時需要多脈衝(chong) ,工件會(hui) 旋轉多次,係統在和前一個(ge) 孔同樣的位置產(chan) 生脈衝(chong) 進行鑽孔。
鑽孔質量取決(jue) 於(yu) 孔直徑公差,孔壁重鑄層厚度,重鑄層滲透到母材的裂縫,及孔氣流速度。大部分合金的重鑄層厚度應小於(yu) 100um,而環鑽技術要求 小於(yu) 30µm。直徑公差通常是鑽孔尺寸的基本標準。簡單的銷規測試能夠幫助設置加工參數。一般孔的尺寸精確度是由元件的氣流要求決(jue) 定的。渦輪發動機的氣流 量有限,設計者為(wei) 每個(ge) 發動機設置氣流範圍。孔壁的重鑄層和微裂紋是和激光器參數的設置對應的。孔壁的錐度和平行度也是過程設置的一部分。選擇正確的光束直 徑和透鏡焦距來配合激光鑽孔的深度。
激光鑽孔要求激光器有很高的峰值功率和良好的光束質量。大多數高質量的激光鑽孔要求至少10KW的峰值功率,更大直徑或更深穿透性的鑽孔對峰值 功率的要求還要更高。激光器諧振器的設計和特殊鑽孔任務的優(you) 化係統在標準焊接激光器的基礎上改善了光束質量。通過透鏡傳(chuan) 輸的激光光束保持了光束質量,使長 焦距透鏡用於(yu) 最小角度的快速鑽孔加工。在更薄元件上鑽孔可以采用光纖傳(chuan) 輸的激光器。激光鑽孔係統技術可以將鑽孔激光器與(yu) 透鏡傳(chuan) 輸或光纖傳(chuan) 輸相結合。
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