01
Introduktion til denne artikel
Ultrahurtig laserteknologi er en avanceret teknologi, der genererer lysimpulser med høj-intensitet på ekstremt kort tid, og dens applikationer i rumfartsområdet tiltrækker sig i stigende grad opmærksomhed. Denne teknologi er kendt for sin enestående ydeevne inden for måling, fremstilling og kommunikation, og dens udbredte anvendelse inden for rumfartsteknik giver nye muligheder for at forbedre flyets ydeevne og sikkerhed.
Ultrahurtige lasere refererer generelt til lasere med pulsbredder på mindre end 10^-12 sekunder, primært inklusive femtosekundlasere (1 fs=10^-15 s) og picosekundlasere (1 ps=10^-12 s). Fordi ultrahurtige laserimpulser virker i ekstremt kort varighed, kan de øjeblikkeligt producere meget høj spidseffekt. Derfor, i modsætning til almindelige laserbehandlingsmetoder, der virker på materialer gennem fototermiske effekter, er behandlingsmekanismen for ultrahurtige lasere direkte elektronisk tilstandsabsorption, som overfører energi til materialets gitter, bryder dets bindinger og til sidst udstøder det som plasma. Desuden, i modsætning til termisk behandling af almindelige kontinuerlige lasere, er ultrahurtig laserbehandling mere på linje med en "kold behandlingsmetode". Fra perspektivet af interaktionsmekanismen mellem laseren og materialet kan femtosekund laserbehandling opnå høj præcision, minimale termisk påvirkede zoner, ingen termisk smeltning, intet omstøbt lag og ingen mikrorevner. Det er en af de bedste metoder til at forbedre overfladeintegriteten af dannelse af filmkølende turbineblade i flymotorer.
02 Specifikke applikationer (1) Bearbejdning af gasfilmhul af aeromotor-turbineblade
Som en kernekomponent i en flymotor påvirker design, fremstillingskvalitet og driftsydelse af turbineblade motorens levetid. Generelt påføres termiske barrierebelægninger på overfladen af høj-temperaturlegeringer for at give bladene høj sejhed, høj plasticitet, korrosionsbestandighed og høj-temperaturbestandighed. Derudover er der designet gasfilmhulstrukturer på overfladen. Ved at frigive kold luft inde fra komponenten og skabe luftstrøm gennem bittesmå huller, dannes en beskyttende kold luftfilm på overfladen, som isolerer varm gas og beskytter komponenten. Nuværende bearbejdningsmetoder, såsom elektrisk udladningsbearbejdning og lang-impulslaserbearbejdning, har imidlertid ulemper, herunder ikke-ledende termiske barrierelag, belægningsdelaminering, revner og belægningsspåner, hvilket gør det vanskeligt at fremstille vel-dannede små huller.
Med udviklingen af ultrahurtig laserbehandlingsteknologi er femtosekundlasere nu blevet brugt til at skabe gashuller på turbineblade uden belægningsdelaminering eller revner og med dimensioner, der opfylder tekniske krav. Dette giver en ny teknologi til fremstilling af gasfilmhuller i aeromotorkomponenter.
Bearbejdning af adskillige gasfilmkølehuller på termisk barriere-belagte turbinevinger er afgørende for anvendelsen af højtryks--til-vægtforhold, høj-motorer, hvilket stiller højere krav til bearbejdning af disse coatede vinger. Femtosekund laser mikro-bearbejdningsteknologi med dens fordele ved høj præcision, høj kvalitet og kold behandling muliggør høj-kvalitets mikro-hulbearbejdning til motorer. Med kontinuerlige forbedringer i femtosekund laserboreteknologi er det nu muligt at opnå høj-præcisionsbearbejdning af gasfilmhuller på termisk barriere-belagte blade uden gen-smeltede lag, mikro-revner eller varme-berørte zoner, som ikke afbryder eller afbryder den sorte barriere. forarbejdning. Derfor er femtosekund laser mikro-bearbejdningsteknologi klar til at blive en vigtig metode til fremstilling af gasfilmhuller på termisk barriere-belagte turbineblade.
(2) Bearbejdning af filmkølehuller i forbrændingskammeret i flymotorer
Flammerøret er en hovedkomponent i flymotorens forbrændingskammer og en af de vigtigste- varmebestandige dele. For at sikre, at flammerøret fungerer stabilt og kontinuerligt under ekstremt høje-temperaturforhold, skal det afkøles. I øjeblikket involverer en almindelig metode en kombination af belægninger og perforeringer. Brug af laserbearbejdning med lang-puls kan forårsage defekter såsom belægningsablation, sprøjt og kantafskæring, som i væsentlig grad påvirker flammerørets levetid. På nuværende tidspunkt kan brug af picosecond-laserbearbejdning producere filmkølende huller uden store-delaminering eller afskalning på overfladen og dimensioner, der opfylder tekniske krav, som vist i figur 2 og 3.
(3) Bearbejdning af special-formede riller i flyvemotorer
Tætningsevnen har en vigtig indflydelse på flymotorernes ydeevne. I de senere år, med udviklingen af luftfartsindustrien, er motorens ydeevne blevet støt forbedret, og driftsforholdene er blevet mere og mere komplekse. Fejl forårsaget af motortætningsfejl er stigende, og disse problemer skal hurtigst muligt løses. Derfor er der blevet foreslået nye krav til motortætningsteknologi. Fingerspidstætninger er en ny type anordning, der kan bruges til at tætne hovedlejekammeret og luftstrømsbanerne i flymotorer. Bearbejdning af fingerspidstætningskomponenter kræver høj præcision. Nuværende mekanisk bearbejdning, elektrisk udladningsbearbejdning og lang-laserbearbejdning kan ikke løse problemer som f.eks. vridning og deformation, der genereres under behandlingen. Femtosekundlasere sikrer dog på grund af deres ekstremt høje energitæthed og meget korte bearbejdningstid høj effektivitet og præcision i bearbejdningsprocessen. Ingen defekter såsom omstøbte lag, revner eller grater vises på fingerspidsforseglingskomponenter, hvilket giver en ny metode til bearbejdning af specielle-formede riller i-højpræcisions aeromotordele.
03
Konklusioner og Outlook
Som en avanceret materialebehandlings- og fremstillingsteknologi har ultrahurtig laserbehandling brede anvendelsesmuligheder inden for fremstilling af flymotorer. I den tekniske anvendelse af ultrahurtig laserbehandling bør forskellige laserprocesparametre vælges i henhold til materialeegenskaber for at reducere procestrin, forbedre behandlingseffektiviteten og sikre nøjagtigheden af materialedannelseskvalitet og dimensioner. Med udviklingen af ultrahurtig laserteknologi og forbedringen af procesoptimering vil problemer som lav bearbejdningseffektivitet og begrænset bearbejdelig tykkelse blive effektivt løst. Desuden vil den dobbelte-impulslaserbehandlingsteknologi, der kombinerer ultrahurtig laserbehandling med lang-pulslaserbehandling, være den fremtidige retning for forbedring af kvalitet og effektivitet.
