01
Úvod k tomuto článku
Ultrarýchla laserová technológia je pokročilá technológia, ktorá generuje- svetelné impulzy s vysokou intenzitou v extrémne krátkom čase, a jej aplikácie v oblasti letectva a kozmonautiky čoraz viac priťahujú pozornosť. Táto technológia je známa svojim vynikajúcim výkonom pri meraní, výrobe a komunikácii a jej široké uplatnenie v leteckom inžinierstve poskytuje nové možnosti na zlepšenie výkonu a bezpečnosti lietadiel.
Ultrarýchlymi lasermi sa vo všeobecnosti rozumejú lasery so šírkou impulzu menšou ako 10^-12 sekúnd, vrátane femtosekundových laserov (1 fs=10^- 15 s) a pikosekundových laserov (1 ps=10^-12 s). Pretože ultrarýchle laserové impulzy pôsobia extrémne krátko, môžu okamžite produkovať veľmi vysoký špičkový výkon. Preto na rozdiel od bežných metód laserového spracovania, ktoré pôsobia na materiály prostredníctvom fototermálnych efektov, procesným mechanizmom ultrarýchlych laserov je priama absorpcia elektronického stavu, ktorá prenáša energiu do mriežky materiálu, láme jeho väzby a nakoniec ho vyvrhne ako plazmu. Navyše, na rozdiel od tepelného spracovania bežných kontinuálnych laserov, ultrarýchle laserové spracovanie je viac v súlade s metódou „studeného spracovania“. Z pohľadu mechanizmu interakcie medzi laserom a materiálom môže femtosekundové laserové spracovanie dosiahnuť vysokú presnosť, minimálne tepelne ovplyvnené zóny, žiadne tepelné tavenie, žiadnu pretavenú vrstvu a žiadne mikrotrhliny. Je to jedna z najlepších metód na zlepšenie povrchovej integrity tvorby chladiacich otvorov na lopatkách turbíny v leteckých motoroch.
02 Špecifické aplikácie (1) Obrábanie otvorov plynovým filmom lopatiek turbín leteckých motorov
Konštrukcia, kvalita výroby a prevádzkový výkon lopatiek turbíny, ako základnej súčasti leteckého motora, ovplyvňujú životnosť motora. Vo všeobecnosti sa na povrchy vysokoteplotných zliatin nanášajú povlaky tepelnej bariéry, aby čepele poskytli vysokú húževnatosť, vysokú plasticitu, odolnosť proti korózii a odolnosť voči vysokým -teplotám. Okrem toho sú na povrchu navrhnuté štruktúry otvorov pre plynový film. Uvoľnením studeného vzduchu zvnútra komponentu a vytvorením prúdenia vzduchu cez malé otvory sa na povrchu vytvorí ochranný film studeného vzduchu, ktorý izoluje horúci plyn a chráni komponent. Súčasné metódy spracovania, ako je obrábanie elektrickým výbojom a obrábanie laserom s dlhými-pulzmi, však majú nevýhody vrátane -nevodivých vrstiev tepelnej bariéry, delaminácie povlaku, trhlín a odlupovania povlaku, čo sťažuje výrobu dobre- malých otvorov.
S rozvojom technológie ultrarýchleho laserového spracovania sa teraz femtosekundové lasery používajú na vytváranie plynových otvorov na lopatkách turbíny bez delaminácie povlaku alebo trhlín a s rozmermi spĺňajúcimi technické požiadavky. To poskytuje novú technológiu na výrobu otvorov pre plynový film v komponentoch leteckých motorov.
Obrábanie mnohých otvorov na chladenie plynovým filmom na lopatkách turbíny s tepelnou bariérou potiahnutými{0}}je rozhodujúce pre použitie vysokovýkonných motorov s vysokým ťahom-k-hmotnosti-, čím sa kladú vyššie požiadavky na opracovanie týchto potiahnutých lopatiek. Technológia spracovania mikro-otvorov femtosekundovým laserom so svojimi výhodami vysokej presnosti, vysokej kvality a spracovania za studena umožňuje vysokokvalitné-obrábanie mikro-otvorov pre motory. S neustálym zdokonaľovaním technológie vŕtania femtosekundovým laserom je teraz možné dosiahnuť vysoko-precízne opracovanie otvorov v plynovej fólii na čepeľiach s tepelnou bariérou{10}}bez pretavených vrstiev, mikro-trhlín alebo tepelne{13}}ovplyvnených zón, pričom sa zabezpečí, že tepelná bariérová vrstva po spracovaní nesčernie ani sa neodlupuje. Technológia spracovania mikro-dier femtosekundovým laserom je preto pripravená stať sa dôležitou metódou výroby otvorov pre plynový film na lopatkách turbíny potiahnutých tepelnou{16}zábranou.
(2) Obrábanie otvorov na chladenie filmu v spaľovacej komore leteckých motorov
Plameň je hlavnou súčasťou spaľovacej komory leteckého motora a je jednou z najdôležitejších tepelne-častí odolných voči teplu. Aby sa zabezpečilo, že plameňová trubica bude fungovať stabilne a nepretržite pri extrémne vysokých-teplotných podmienkach, musí sa ochladiť. V súčasnosti bežná metóda zahŕňa kombináciu povlakov a perforácií. Použitie laserového obrábania s dlhým{5}}pulzom môže spôsobiť chyby, ako je odstraňovanie povlaku, striekanie a odlamovanie hrán, ktoré výrazne ovplyvňujú životnosť plameňovej trubice. V súčasnosti je možné pomocou pikosekundového laserového obrábania vytvoriť otvory na chladenie filmu bez veľkej-delaminácie alebo odlupovania na povrchu a s rozmermi, ktoré spĺňajú technické požiadavky, ako je znázornené na obrázkoch 2 a 3.
(3) Obrábanie špeciálnych-drážok v leteckých motoroch
Výkon tesnenia má dôležitý vplyv na výkon leteckých motorov. V posledných rokoch s rozvojom leteckého priemyslu sa výkon motora neustále zlepšuje a prevádzkové podmienky sú čoraz zložitejšie. Poruchy spôsobené poruchami tesnenia motora sú na vzostupe a tieto problémy je potrebné urýchlene riešiť. Preto boli navrhnuté nové požiadavky na technológiu tesnenia motora. Prstové tesnenia sú novým typom zariadenia, ktoré možno použiť na utesnenie hlavnej ložiskovej komory a dráh prúdenia vzduchu leteckých motorov. Obrábanie súčiastok tesnenia prstov vyžaduje vysokú presnosť. Súčasné mechanické obrábanie, obrábanie elektrickým výbojom a obrábanie laserom s dlhými{6}impulzmi nedokáže vyriešiť problémy, ako sú deformácie a deformácie vznikajúce počas spracovania. Femtosekundové lasery však vďaka extrémne vysokej hustote energie a veľmi krátkej dobe spracovania zaisťujú vysokú účinnosť a presnosť v procese obrábania. Na súčastiach tesnenia na koncoch prstov sa neobjavujú žiadne chyby, ako sú pretavené vrstvy, praskliny alebo otrepy, čo predstavuje novú metódu na obrábanie špeciálnych-drážok tvaru vo vysoko presných{10}}súčiastkach leteckých motorov.
03
Závery a výhľad
Ako pokročilá technológia spracovania a výroby materiálov má ultrarýchle laserové spracovanie široké uplatnenie v oblasti výroby leteckých motorov. Pri inžinierskej aplikácii ultrarýchleho laserového spracovania by sa mali zvoliť rôzne parametre laserového procesu podľa materiálových charakteristík, aby sa znížili kroky procesu, zlepšila sa účinnosť spracovania a zabezpečila sa presnosť kvality a rozmerov formovania materiálu. S rozvojom ultrarýchlych laserových technológií a zlepšením optimalizácie procesov budú efektívne vyriešené problémy ako nízka efektivita spracovania a obmedzená obrobiteľná hrúbka. Okrem toho technológia dvojitého-pulzného laserového spracovania, ktorá kombinuje ultrarýchle laserové spracovanie s dlho{4}}pulzným laserovým spracovaním, bude budúcim smerom zlepšovania kvality a efektívnosti.
