01
Introduktion till denna artikel
Ultrasnabb laserteknik är en avancerad teknik som genererar hög-intensiva ljuspulser på extremt kort tid, och dess tillämpningar inom flyg- och rymdområdet väcker alltmer uppmärksamhet. Denna teknik är känd för sin enastående prestanda inom mätning, tillverkning och kommunikation, och dess utbredda tillämpning inom flygteknik ger nya möjligheter för att förbättra flygplanens prestanda och säkerhet.
Ultrasnabba lasrar avser i allmänhet lasrar med pulsbredder på mindre än 10^-12 sekunder, huvudsakligen inklusive femtosekundslasrar (1 fs=10^-15 s) och pikosekundlasrar (1 ps=10^-12 s). Eftersom ultrasnabba laserpulser verkar under en extremt kort varaktighet, kan de omedelbart producera mycket hög toppeffekt. Därför, till skillnad från vanliga laserbearbetningsmetoder som verkar på material genom fototermiska effekter, är bearbetningsmekanismen för ultrasnabba lasrar direkt elektronisk tillståndsabsorption, som överför energi till materialets gitter, bryter dess bindningar och slutligen skjuter ut det som plasma. Dessutom, till skillnad från termisk bearbetning av vanliga kontinuerliga lasrar, överensstämmer ultrasnabb laserbearbetning mer med en "kall bearbetningsmetod". Ur perspektivet av interaktionsmekanismen mellan lasern och materialet kan femtosekundlaserbearbetning uppnå hög precision, minimala termiskt påverkade zoner, ingen termisk smältning, inget omgjutet lager och inga mikrosprickor. Det är en av de bästa metoderna för att förbättra ytintegriteten hos turbinbladsfilmkylningshålbildning i flygmotorer.
02 Specifika tillämpningar (1) Bearbetning av gasfilmshål för aeromotors turbinblad
Som en kärnkomponent i en flygmotor påverkar designen, tillverkningskvaliteten och driftsprestanda hos turbinbladen motorns livslängd. I allmänhet appliceras termiska barriärbeläggningar på ytan av hög-temperaturlegeringar för att ge bladen hög seghet, hög plasticitet, korrosionsbeständighet och hög-temperaturbeständighet. Dessutom designas gasfilmhålstrukturer på ytan. Genom att släppa ut kall luft från insidan av komponenten och skapa luftflöde genom små hål, bildas en skyddande kall luftfilm på ytan som isolerar het gas och skyddar komponenten. Men nuvarande bearbetningsmetoder, såsom elektrisk urladdningsbearbetning och lång-pulslaserbearbetning, har nackdelar, inklusive icke-ledande termiska barriärlager, beläggningsdelaminering, sprickor och beläggningsflisning, vilket gör det svårt att producera väl-formade små hål.
Med utvecklingen av ultrasnabb laserbehandlingsteknik har femtosekundlasrar nu använts för att skapa gashål på turbinblad utan beläggningsdelaminering eller sprickor, och med dimensioner som uppfyller tekniska krav. Detta ger en ny teknik för tillverkning av gasfilmhål i flygmotorkomponenter.
Bearbetningen av många gasfilmkylhål på termisk barriär-belagda turbinblad är avgörande för appliceringen av motorer med hög dragkraft-till-vikt och hög-prestanda, vilket ställer högre krav för bearbetning av dessa belagda blad. Femtosekundlaserteknik för mikro-hålsbearbetning, med dess fördelar med hög precision, hög kvalitet och kall bearbetning, möjliggör hög-kvalitets mikro-hålsbearbetning för motorer. Med kontinuerliga förbättringar av femtosekundlaserborrningsteknik är det nu möjligt att uppnå hög-precisionsbearbetning av gasfilmshål på värmebarriär-belagda blad utan åter-smälta lager, mikro-sprickor eller värme-påverkade zoner som inte stänger av eller pekar av den svarta barriären. bearbetning. Därför är femtosekund lasermikro{15}}bearbetningsteknik redo att bli en viktig metod för att tillverka gasfilmshål på termisk barriär-belagda turbinblad.
(2) Bearbetning av filmkylhål i förbränningskammaren för flygmotorer
Flamröret är en huvudkomponent i flygmotorns förbränningskammare och en av de viktigaste värmebeständiga delarna-. För att säkerställa att flamröret fungerar stabilt och kontinuerligt under extremt höga-temperaturförhållanden måste det kylas. För närvarande involverar en vanlig metod en kombination av beläggningar och perforeringar. Användning av lång-laserbearbetning kan orsaka defekter som beläggningsablation, stänk och kantflisning, vilket avsevärt påverkar flamrörets livslängd. För närvarande kan användning av picosecond-laserbearbetning producera filmkylningshål utan stor-delaminering eller flagning på ytan, och dimensioner som uppfyller tekniska krav, som visas i figurerna 2 och 3.
(3) Bearbetning av special-formade spår i flygmotorer
Tätningsprestanda har en viktig inverkan på prestandan hos flygmotorer. Under de senaste åren, med utvecklingen av flygindustrin, har motorprestanda stadigt förbättrats, och driftsförhållandena har blivit allt mer komplexa. Fel som orsakas av funktionsfel i motortätningen ökar, och dessa problem måste åtgärdas omedelbart. Därför har nya krav föreslagits för motortätningsteknik. Fingertoppstätningar är en ny typ av anordning som kan användas för att täta huvudlagerkammaren och luftflödesbanorna i flygmotorer. Bearbetningen av fingertoppstätningskomponenter kräver hög precision. Nuvarande mekanisk bearbetning, elektrisk urladdningsbearbetning och lång-laserbearbetning kan inte lösa problem som varp och deformation som genereras under bearbetning. Femtosekundlasrar säkerställer dock, på grund av sin extremt höga energitäthet och mycket korta bearbetningstid, hög effektivitet och precision i bearbetningsprocessen. Inga defekter som omgjutna lager, sprickor eller grader uppstår på fingertoppstätningskomponenter, vilket ger en ny metod för att bearbeta special-formade spår i flygmotordelar med hög-precision.
03
Slutsatser och Outlook
Som en avancerad materialbearbetnings- och tillverkningsteknik har ultrasnabb laserbearbetning breda tillämpningsmöjligheter inom tillverkning av flygmotorer. I den tekniska tillämpningen av ultrasnabb laserbearbetning bör olika laserprocessparametrar väljas enligt materialegenskaper för att minska processtegen, förbättra bearbetningseffektiviteten och säkerställa noggrannheten i materialformningskvalitet och dimensioner. Med utvecklingen av ultrasnabb laserteknik och förbättringen av processoptimering kommer problem som låg bearbetningseffektivitet och begränsad bearbetningsbar tjocklek att lösas effektivt. Dessutom kommer den dubbla-pulslaserbehandlingstekniken, som kombinerar ultrasnabb laserbehandling med lång-pulslaserbehandling, att vara den framtida riktningen för att förbättra kvalitet och effektivitet.
