光纤激光器：航天领域激光钻孔的技术难点及对策

2013-07-27 08:48

　　6. 介于9-12 kW范围内的QCW激光器可以提高钻孔机效率。事实上这些结果公布后，美国和欧洲许多公司纷纷订购这一系统以进行进一步对焦研究。

　　虽然这些结果非常令人振奋且吃惊，但还有一些有待解决的问题。最重要的一个问题就是，采用冲击钻孔和飞行钻孔技术时如何控制孔大小。

　　Viki译 Alex校对

四、掺镱激光在激光钻孔领域的应用

由于与传统的钻孔技术相比，激光钻孔更有优势，因而在许多领域取得了成功。其优势包括非接触式处理、材料中输入的热量低、钻孔的材料范围广、精确、一致性好，其它优势包括能够打次μm大小的孔、打宽高比较大的小孔和以一定的角度钻孔。

　　常用的钻孔技术有定点冲击钻孔和旋切钻孔。其中，冲击钻孔指在一个位置上用脉冲激光束不停地加工，直至孔通。高速飞行钻孔也是一种定点冲击钻孔技术，通常用于滤光片和导流板钻孔。旋切钻孔指加工孔径较大的孔或者具有一定形状的孔，旋切钻孔的优势包括加工的孔径大、一致性好以及能够加工具有一定形状的孔，旋切钻孔还能够降低孔的锥度。

　　光纤激光形成的光斑直径只有10 – 20μm大小，单模和Q调制光纤激光器具有完美的高斯光束，峰值功率高且脉宽小，非常适用于薄板材、陶瓷和硅材料的钻孔处理。通过改变光学配置可以钻孔孔径的大小获得不同的光斑尺寸。目前，高功率光纤激光器还用于岩石钻孔和油气勘探领域，高功率、高能量激光脉冲还可用于厚金属材料钻孔。

　　应用实例：1.流体过滤片、网钻孔、2.柔性陶瓷辊钻孔（次μm大小）、3.导流板高速钻孔、4.硅材料钻孔、5.钻石除瑕疵钻孔、6.在线冷却微孔、7.岩石钻孔

　　钻孔材料:低碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金、镀锌钢、镍钛合金、铬镍铁合金、陶瓷、钻石。

　　服务市场:工业、医疗、汽车、航空、消费产品、电子、半导体、珠宝、油气勘探。

五、激光钻孔应用于航空制造实例

目前航空领域中用于喷射引擎的气体温度可达到2000℃，这个温度已经超过了涡轮叶片和燃烧室材料，即镍合金的熔点，于是人们一般采用边界层冷却的方法来解决这个问题，即在气压涡轮、喷管叶片和燃烧室表面加工孔，其中每个零件上的孔从25个到4万个不等（具体零件的参数如表1所示)，冷却气体可以通过零件上的小孔覆盖整个零件的表面来隔绝外界的温度，从而起到保护作用。

表1 冷却孔的典型应用