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光纤激光器:航天范畴激光钻孔的技能难点及对策

  ——在工业加工范畴,光纤激光器已成功招引了许多激光器用户的目光。在激光焊接、符号和切开运用中,光纤激光器已成为标准化配备。值得关的是,光纤激光器走入运用这个进程只发生在十分短的时间内。但在涡轮发动机组件溢出冷却孔的钻孔上,光纤激光器遭受了一些难以解决的问题。本文将与您一起讨论其个中缘由,并为您呈现Nd:YAG激光器在这种杂乱加工工艺中的一些最新发现。

  一、Nd:YAG激光钻孔工艺

  运用Nd:YAG激光钻孔技能,能够在机器上加工出极小、极为准确且与外表成法角或极点视点的孔洞,可完结各种形状、方向加工,且适用于各式各样的资料,包含极难加工的航天合金。例如,Prima Power Laserdyne公司(Prima Power North America Inc.旗下)就已在全球规模内安装了750多台航天制作专用体系。最常运用的是高功率(200-400 W平均功率)脉冲Nd:YAG激光器。经过冲击钻孔(图1)或穿孔完结加工。在激光钻孔工艺中,高功率密度经过0.05 mm至0.75 mm的对焦光斑巨细完结。

  冲击钻孔是指从激光器宣布一束或多束激光脉冲,激光光束和加工部件都是固定的。是否需求多束脉冲,取决于加工的孔深。冲击钻孔的另一个变型是飞翔钻孔,由固定的激光器向加工部件宣布激光脉冲,一起旋转加工部件。孔定位是旋转速度和激光器脉冲频率的一个函数。假如需求多束脉冲,可运用相关软件(例如由Laserdyne开发的CylPerf软件)来同步部件运动和激光脉冲,保证多束脉冲准确射向所需的方位。经过更改激光脉冲能量,能够调整脉冲频率、镜头焦距、孔尺度或锥度特性以满意孔规划要求。

图1. 左:泻流冷却孔的QCW光纤激光穿孔;右:运用Laserdyne BeamDirector 3

可轻松完结浅角碰击钻孔

  另一种钻孔工艺是穿孔。其间,加工部件坚持停止,激光光束移动并经过切开形状来生成孔洞或特征。这种"钻孔"办法一般适用于一起进行冲击和钻孔的运用。而超准确、可重复性激光定位体系的面世,使得共同、准确的穿孔加工成为可能。

  激光器平均功率由脉冲频率、脉冲能量所决议,而功率又受激光器不呈现功能下降的作业周期所约束。冲击钻孔工艺一般运用<100 W至400 W的平均功率。而脉宽的挑选关系到钻孔的质量,较短的脉宽可能会约束单束脉冲可完结的最大能量;典型的脉宽规模为0.5-2 ms。

  脉冲能量是用以区别钻孔激光器与其他加工运用激光器的一项特征。脉冲能量越高,钻孔速度越快,但可能会对孔洞质量形成晦气影响。大多情况下,所需的脉冲能量由试验成果、资料厚度、成分以及所需的孔直径所决议。

  关于特定的激光器配备,聚集透镜将决议光斑巨细。冲击钻孔工艺中的光斑巨细与待钻的孔直径相关:关于较薄的资料(<0.5 mm),光斑巨细几近等于孔尺度;而跟着金属厚度增加,可经过冲击钻孔完结的孔直径规模逐步缩小。这时穿孔工艺(图2)就派上用场了。

图2. Laserdyne体系可提供共同孔/形状特征的穿孔功能

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