01
Introducere la acest articol
Tehnologia laser ultrarapidă este o tehnologie avansată care generează impulsuri de lumină de-intensitate mare într-un timp extrem de scurt, iar aplicațiile sale în domeniul aerospațial atrag din ce în ce mai mult atenția. Această tehnologie este renumită pentru performanța sa remarcabilă în măsurare, producție și comunicare, iar aplicarea sa pe scară largă în ingineria aerospațială oferă noi posibilități de îmbunătățire a performanței și siguranței aeronavei.
Laserele ultrarapide se referă, în general, la lasere cu lățimi ale impulsurilor mai mici de 10^-12 secunde, incluzând în principal laserele femtosecunde (1 fs=10^{-15 s) și laserele picosecunde (1 ps=10^-12 s). Deoarece impulsurile laser ultrarapide acționează pentru o durată extrem de scurtă, ele pot produce instantaneu o putere de vârf foarte mare. Prin urmare, spre deosebire de metodele obișnuite de procesare cu laser care acționează asupra materialelor prin efecte fototermale, mecanismul de procesare al laserelor ultrarapide este absorbția directă a stării electronice, care transferă energie în rețeaua materialului, rupe legăturile acestuia și, în final, o ejectează sub formă de plasmă. În plus, spre deosebire de procesarea termică a laserelor continue obișnuite, procesarea laser ultrarapidă se aliniază mai mult cu o metodă de „procesare la rece”. Din perspectiva mecanismului de interacțiune dintre laser și material, procesarea laser cu femtosecunde poate obține o precizie ridicată, zone afectate termic minim, fără topire termică, fără strat de turnare și fără microfisuri. Este una dintre cele mai bune metode de îmbunătățire a integrității suprafeței formării găurilor de răcire a filmului paletei turbinei în motoarele de aviație.
02 Aplicații specifice (1) Prelucrarea găurilor pentru peliculă de gaz a palelor de turbine de aeromotoare
Ca o componentă de bază a unui motor de aeronavă, designul, calitatea producției și performanța operațională a palelor turbinei afectează durata de viață a motorului. În general, acoperirile de barieră termică sunt aplicate pe suprafața aliajelor-la temperatură înaltă pentru a oferi lamelor rezistență ridicată, plasticitate ridicată, rezistență la coroziune și rezistență la temperatură-înaltă. În plus, structurile de găuri ale filmului de gaz sunt proiectate la suprafață. Prin eliberarea aerului rece din interiorul componentei și prin crearea unui flux de aer prin găuri minuscule, se formează o peliculă protectoare de aer rece la suprafață, izolând gazul fierbinte și protejând componenta. Cu toate acestea, metodele actuale de procesare, cum ar fi prelucrarea cu descărcare electrică și prelucrarea cu laser cu impulsuri lungi-, au dezavantaje, inclusiv straturi de barieră termică ne-conductoare, delaminarea acoperirii, fisuri și ciobirea acoperirii, ceea ce face dificilă producerea de găuri mici- bine formate.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei de procesare cu laser ultrarapidă, laserele femtosecunde au fost acum utilizate pentru a crea găuri de gaz pe paletele turbinei fără delaminare sau fisuri ale acoperirii și cu dimensiuni care îndeplinesc cerințele tehnice. Aceasta oferă o nouă tehnologie pentru fabricarea găurilor de peliculă de gaz în componentele motoarelor aeronautice.
Prelucrarea numeroaselor găuri de răcire a peliculei de gaz pe paletele turbinei acoperite cu barieră termică-este crucială pentru aplicarea motoarelor cu performanță ridicată-la-greutate, stabilind astfel cerințe mai mari pentru prelucrarea acestor pale acoperite. Tehnologia de prelucrare cu micro-găuri cu laser de femtosecundă, cu avantajele sale de înaltă precizie, calitate înaltă și procesare la rece, permite prelucrarea de-calitate înaltă a micro-găurilor pentru motoare. Cu îmbunătățiri continue ale tehnologiei de găurire cu laser în femtosecundă, este acum posibilă prelucrarea de înaltă-precizie a găurilor de peliculă de gaz pe lamele acoperite cu barieră termică-fără straturi topite{-, micro{-fisuri sau zonele afectate-de căldură, asigurându-se în același timp că stratul de acoperire nu dezactivează bariera sau decojirea. Prin urmare, tehnologia de procesare cu micro-găuri cu laser de femtosecundă este pe cale să devină o metodă importantă pentru fabricarea găurilor de peliculă de gaz pe paletele de turbine acoperite cu barieră termică-.
(2) Prelucrarea orificiilor de răcire a filmului din camera de ardere a motoarelor aero
Tubul de flacără este o componentă principală a camerei de ardere a motorului aerodinamic și una dintre cele mai importante părți rezistente la căldură{0}}. Pentru a vă asigura că tubul de flacără funcționează stabil și continuu în condiții de temperatură extrem de ridicată-, acesta trebuie să fie răcit. În prezent, o metodă comună implică o combinație de acoperiri și perforații. Utilizarea prelucrării cu laser cu impulsuri lungi-poate cauza defecte precum ablația acoperirii, stropirea și ciobirea marginilor, care afectează în mod semnificativ durata de viață a tubului de flacără. În prezent, utilizarea prelucrării cu laser în picosecunde poate produce găuri de răcire a filmului fără delaminare sau descuamare cu suprafață mare-și dimensiuni care îndeplinesc cerințele tehnice, așa cum se arată în figurile 2 și 3.
(3) Prelucrarea canelurilor cu formă-specială în motoarele Aero
Performanța de etanșare are un impact important asupra performanței motoarelor aero. În ultimii ani, odată cu dezvoltarea industriei aviației, performanța motoarelor s-a îmbunătățit constant, iar condițiile de funcționare au devenit din ce în ce mai complexe. Defecțiunile cauzate de defecțiunile etanșării motorului sunt în creștere, iar aceste probleme trebuie rezolvate urgent. Prin urmare, au fost propuse noi cerințe pentru tehnologia de etanșare a motorului. Garniturile cu vârful degetelor sunt un nou tip de dispozitiv care poate fi utilizat pentru etanșarea camerei principale a rulmenților și a căilor de flux de aer ale motoarelor aero. Prelucrarea componentelor de etanșare cu vârful degetelor necesită o precizie ridicată. Prelucrarea mecanică actuală, prelucrarea cu descărcare electrică și prelucrarea cu laser cu impulsuri lungi-nu pot rezolva probleme precum deformarea și deformarea generate în timpul procesării. Cu toate acestea, laserele femtosecunde, datorită densității lor extrem de ridicate de energie și a timpului de procesare foarte scurt, asigură o eficiență și precizie ridicate în procesul de prelucrare. Pe componentele de etanșare cu vârful degetelor nu apar defecte, cum ar fi straturi turnate, fisuri sau bavuri, oferind o nouă metodă de prelucrare a canelurilor cu formă-specială în piesele de-motoare aero de înaltă precizie.
03
Concluzii și perspective
Ca tehnologie avansată de prelucrare și fabricare a materialelor, procesarea laser ultrarapidă are perspective largi de aplicare în domeniul producției de motoare aerospațiale. În aplicația de inginerie a prelucrării cu laser ultrarapide, diferiți parametri ai procesului cu laser ar trebui selectați în funcție de caracteristicile materialelor pentru a reduce etapele procesului, pentru a îmbunătăți eficiența prelucrării și pentru a asigura acuratețea calității și dimensiunilor formării materialului. Odată cu dezvoltarea tehnologiei laser ultrarapide și îmbunătățirea optimizării procesului, probleme precum eficiența scăzută a procesării și grosimea prelucrabilă limitată vor fi rezolvate în mod eficient. În plus, tehnologia de procesare cu laser cu dublu-impuls, care combină procesarea laser ultrarapidă cu procesarea cu laser cu-impuls lung, va fi direcția viitoare pentru îmbunătățirea calității și eficienței.
