[实用新型]一种带热障涂层叶片气膜孔飞秒激光加工装置

说明书

本实用新型属于飞秒激光加工技术领域，特别涉及一种带热障涂层叶片气膜孔飞秒激光加工装置。包括光束扫描系统、光束检测成像系统及控制系统；光束扫描系统包括沿光路依次设置的飞秒激光器、扫描系统及聚焦镜；光束检测成像系统包括光谱仪及CCD；还包括位于光路中的第一半透镜与第二半透镜；光谱仪位于第二半透镜的反射光路中，CCD位于第一半透镜的反射光路中；飞秒激光器、扫描系统光谱仪及CCD均与控制系统连接，控制系统用于接收并分析光谱仪及CCD的数据，根据分析数据调整飞秒激光器及扫描系统的加工工艺参数。实现制孔过程中涂层及过渡层的无损伤加工以及叶片腔体对面壁无损伤加工。

技术领域

本实用新型属于飞秒激光加工技术领域，特别涉及一种采用飞秒激光实现带热障涂层叶片气膜孔加工装置。

背景技术

随着对飞机性能的要求越来越高，航空发动机的要求也是越来越高，目前发动机涡轮前温度已超过1900K，未来推重比12～15一级航空发动机涡轮进口温度可高达2100K～2300K，这将远远超过目前导向叶片高温合金材料的耐温水平，一般通过采用热障涂层技术及优质的气膜孔冷却技术来解决这一问题。由于热障涂层无法采用电加工方法，限制了电火花制孔技术、电液束流制孔技术的应用，并且如果采用先加工气膜孔再涂层的方法在涂层过程中存在气膜孔尺寸缩小、甚至堵孔等问题；

因为飞秒激光对涂层材料、单晶材料均可无缺陷加工且加工表面光洁度好，所以还可以利用飞秒激光加工热障涂层叶片气膜孔。然而在加工带涂层叶片气膜孔的过程中，加工涂层材料和叶片单晶基体材料的工艺有明显的区别，但叶片不同部位涂层的厚度有差异，所以飞秒激光加工过程中需要识别涂层是否加工完成来实现工艺的有机过渡；另外在飞秒激光加工叶片气膜孔时，为了防止对面壁损伤在叶片腔体内填充填充材料，填充材料和叶片单晶基体材料也有明显的区别。

因此，目前亟需一种针对带热障涂层叶片气膜孔的加工方法，能够在飞秒激光加工过程中避免内壁面损伤。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种采用飞秒激光实现带热障涂层叶片气膜孔直接加工装置，解决飞秒激光叶片气膜孔加工过程中产生的叶片腔体对面壁损伤问题，同时避免了先制孔再涂层带来的缩孔、堵孔等技术问题。

本实用新型的技术解决方案是提供一种带热障涂层叶片气膜孔飞秒激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照加工区域材料性质将叶片加工区域分为不同的加工段；

步骤二、设置不同加工段的飞秒激光加工工艺参数；

步骤三、加工过程中，光谱仪采集加工面的反射光线，通过分析加工面反射光线的光谱特性判断制孔所处的加工段，自动调用适应当前加工段的飞秒激光加工工艺参数。

优选地，步骤三还包括利用CCD拍摄加工面成像的步骤，将成像结果与光谱特性结合，分析当前加工所在加工段，自动调用适应当前加工段的飞秒激光加工工艺参数。

本实用新型在带热障涂层叶片气膜孔飞秒激光加工过程中，采用同轴光谱检测和CCD成像的功能。将带涂层气膜孔加工过程自动分为三段：涂层及过渡层段，气膜孔未打穿前的单晶基体段，以及气膜孔打穿后的单晶基体残余段，根据分析光谱仪和CCD采集的数据和图像，分别自动在不同的阶段调用不同的制孔工艺，实现制孔过程中涂层及过渡层的无损伤加工以及叶片腔体对面壁无损伤加工。

优选地，步骤一中将叶片加工区域分为涂层及过渡层段、气膜孔未打穿前的叶片基体段及气膜孔打穿后的叶片基体残余段三个加工段。

优选地，上述步骤三具体为：

首先调用涂层及过渡层段的飞秒激光加工工艺参数，加工涂层及过渡层段，当光谱仪捕捉不到涂层材料的光谱信号，且CCD拍摄加工面的图像为正圆形时，持续加工设定时间后，结束涂层及过渡层段的加工；