Som det foretrukne materiale til de varme-ende strukturelle komponenter i fly-motorer udgør nikkel-baserede superlegeringer betydelige udfordringer ved fremstillingen af filmkølehuller af høj-kvalitet på grund af deres iboende høje hårdhed og styrke. Vand-styret laserbehandlingsteknologi har vist et betydeligt potentiale i fremstillingen af filmkølehuller, men dens tekniske anvendelse er begrænset af koordineringen mellem behandlingskvalitet og effektivitet. For at løse dette problem brugte denne undersøgelse en multi-fokusvand-lyskoblingstilstand for at opnå effektiv kobling af en 1064 nm høj-effektlaser med en stabil vandstråle. Derudover blev der introduceret en fler-gennemløbs ringformet skæreborestrategi indefra og ud, og virkningerne af laserenkelt-pulsenergi, scanningshastighed og impulsfrekvens på mikro-hullets overflademorfologi og geometriske nøjagtighed blev undersøgt ved hjælp af den variable kontrolmetode. Baseret på dette blev mikro-huller forberedt under optimerede procesparametre analyseret og verificeret ved hjælp af scanningselektronmikroskopi og energidispergerende spektroskopi. Resultaterne indikerer, at enkelt-pulsenergi er nøgleparameteren for at opnå gennem mikro-huller. Ved passende at øge scanningshastigheden og pulsfrekvensen kan smelteaflejring og termiske akkumuleringseffekter effektivt afbødes, og derved forbedre overflademorfologien og bearbejdningsnøjagtigheden af mikro-hullerne. Specifikt, når den enkelte-pulsenergi er indstillet til 0,8 mJ, scanningshastigheden til 25 mm/s, og pulsfrekvensen til 300 kHz, kan mikrohuller af høj-kvalitet- med en indgangsdiameter på 820 μm og en tilspidsning på 0,32 grader fremstilles i ca. 60 sekunder. Mikrostrukturen og elementærfordelingen af mikro-hullerne bekræfter, at vand-styret laserbehandling udviser fremragende ydeevne til at reducere omstøbte lag, minimere den varme-påvirkede zone og opretholde glathed af hulvæggen.
Nøgleord: vand-styret laser; nikkel-baseret legering; film kølehuller; multi-ringformet skæring; behandlingsmekanismeSom det foretrukne materiale til de varme-strukturkomponenter i fly-motorer udgør nikkel-baserede superlegeringer betydelige udfordringer ved fremstillingen af filmkølehuller af høj-kvalitet på grund af deres iboende høje hårdhed og styrke. Vand-styret laserbehandlingsteknologi har vist et betydeligt potentiale i fremstillingen af filmkølehuller, men dens tekniske anvendelse er begrænset af koordineringen mellem behandlingskvalitet og effektivitet. For at løse dette problem brugte denne undersøgelse en multi-vand{11}}lyskoblingstilstand med flere fokus for at opnå effektiv kobling af en 1064 nm høj-effektlaser med en stabil vandstråle. Derudover blev der introduceret en fler--ringformet skæreborestrategi indefra og ud, og virkningerne af laserenkelt-pulsenergi, scanningshastighed og impulsfrekvens på mikro-hullets overflademorfologi og geometriske nøjagtighed blev undersøgt ved hjælp af den variable kontrolmetode. Baseret på dette blev mikro-huller forberedt under optimerede procesparametre analyseret og verificeret ved hjælp af scanningelektronmikroskopi og energidispergerende spektroskopi. Resultaterne indikerer, at enkelt-pulsenergi er nøgleparameteren for at opnå gennem mikro-huller. Ved passende at øge scanningshastigheden og pulsfrekvensen kan smelteaflejring og termiske akkumuleringseffekter effektivt afbødes og derved forbedre overflademorfologien og bearbejdningsnøjagtigheden af mikro-hullerne. Specifikt, når den enkelte-pulsenergi er indstillet til 0,8 mJ, scanningshastigheden til 25 mm/s og pulsfrekvensen til 300 kHz, kan mikrohuller af høj-kvalitet-med en indgangsdiameter på 820 μm og en tilspidsning på 0,32 grader fremstilles i ca. 60 sekunder. Mikrostrukturen og elementalfordelingen af mikro-hullerne bekræfter, at vand-styret laserbehandling udviser fremragende ydeevne til at reducere omstøbte lag, minimere den varme-påvirkede zone og opretholde glathed af hulvæggene.
Nøgleord: vand-styret laser; nikkel-baseret legering; film kølehuller; multi-ringformet skæring; behandlingsmekanisme
Denne undersøgelse udforsker brugen af 1064 nm bølgelængde vand-laser til ringformet boring af Inconel 718. Den belyser de mekanismer, hvorved nøgleprocesparametre såsom enkeltpulsenergi, scanningshastighed og impulsfrekvens påvirker mikrohullernes morfologi og geometriske nøjagtighed{{3}. Baseret på disse resultater bestemmes den optimale tilgang til at opnå høj-effektivitet og høj-præcisionsboring. Hovedkonklusionerne er opsummeret som følger: (1) Vedtagelse af en "indefra og udefra" multi-ringformet vand-styret laserborestrategi kan forbedre skureeffekten af vandstrålen på smeltet materiale, hvilket reducerer den varme-berørte zone og resterende smeltet materiale ved mikrohullets indgangsoverflade.{{12} (2) Ved behandling af Inconel 718 mikro-huller med en 1064 nm bølgelængde vand-laser er den optimale kombination af procesparametre: enkeltpulsenergi 0,8 mJ, scanningshastighed 20 mm/s og laserimpulsfrekvens 300 kHz. Under denne parameterkonfiguration kan mikro-huller af høj-kvalitet fremstilles med en indgangsdiameter på 822,7 µm, cirkulæritet på 0,9893, tilspidsning på 0,32 grader og overfladeruhed Sa mindre end 9,58 µm. (3) Baseret på sektionsmorfologiske karakteristika for mikro-huller behandlet af vand-styret laser, kan overfladen af mikro-hullet opdeles i fire adskilte områder: genstørkningszone, fremspringszone, fordybningszone og brudzone. Genstørkningszonen og frakturzonen repræsenterer henholdsvis den unikke morfologi ved indgangen og udgangen af mikro-hullet. Fremspringszonen og fordybningszonen er fordelt langs hele mikro-hullets væg, og deres dannelsesmekanisme er tæt forbundet med den fototermiske effekt og hurtige opvarmnings- og afkølingsegenskaber under den vandstyrede-laserbehandling. (4) Observationer af mikro-indgangs-, udgangs- og hulvægsprofilen afslører, at vand-styret laserbehandling udviser fremragende ydeevne til at reducere det omstøbte lag og den varme-påvirkede zone og vedligeholde hulvæggens renhed. Denne teknologi afbøder effektivt de termiske virkninger og oxidationsskader forbundet med konventionel lang-pulslaserbehandling og opnår derved høj-kvalitet og høj-bearbejdning af Inconel 718.
