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发动机叶片冷却孔激光加工方法分析

导读: 激光加工发动机叶片冷却成形孔与电火花加工相比不仅加工速度快,而且制造过程灵活性更强,是较经济性的加工方法。

  北美LASERDYNE SYSTEMS激光加工公司的技术主管称,激光加工发动机叶片冷却成形孔与电火花加工相比不仅加工速度快,而且制造过程灵活性更强,是较经济性的加工方法。

  电火花加工采用成形电极,电极采用铜条很容易成形,经济性好。但是其生产周期长,孔角度和位置变量不易控制,返工率高。此外,发动机涡轮部件采用热障涂层后也致使电火花加工不能使用。热障涂层由各种成份组成,大部分无导电性。而电火花加工则需要材料具有导电性。因此,激光钻热障涂层零件孔成为广泛接受的加工方法。

  该公司研究了双激光源加工叶片成形孔的方法。第一个激光源用于成形校准孔。这束激光理想特征是具有高脉冲能量(45焦耳),脉冲重复频率在200Hz量级以及高亮度(束质量)。采用Nd:YAG激光器时,参数选择如下:

  200mm 焦距镜头

  1 毫秒脉冲宽度
  
  180 瓦功率

  12 Hz脉冲频率

  这些参数一般会使激光束聚焦在直径0.015 英寸(0.38 mm)上,且峰值功率密度达1.25 x 107瓦/cm2

  第二束激光源用于融化或去除微米厚度的材料,形成孔的扩散部分。这部分一般采用短脉冲(微米或几十纳秒),低功率和高频率(kHz)激光器加工。这种激光器会慢慢融化热障涂层和金属,其加工参数类似于激光打标记时所用参数。

  从上述加工过程可以看出,第二个激光源去除材料的过程较慢,相对于第一束激光很快的成形校准孔的过程来说,使双束激光加工效率受到限制,而且从设备投资角度来说也较大。

  北美LASERDYNE SYSTEMS公司介绍了一种CONVERGENT LASERS CL50k激光器,可同时产生钻孔所需的高能量较长脉冲,以及加工孔扩散部分的较短、较高频和低功率脉冲,从而避免使用双激光源所带来的上述弊端。此外,他们还介绍了使用双信息处理器和LASERDYNE CylPerf应用程序,对激光加工路径进行编程和计算,从而提高加工效率。

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