[发明专利]一种激光打孔背伤防护方法及其装置

说明书

本发明公开了一种激光打孔背伤防护方法及其装置，属于激光加工技术领域，能够解决现有的防护方法防护能力较弱，防护可靠性不足的问题。所述方法包括：根据待加工孔所在腔体的内腔高度确定高速流体的工作流速、工作浓度以及延时关闭激光的工作时长；向腔体通入满足工作流速和工作浓度的高速流体；利用激光加工组件对腔体的腔壁进行激光加工；当检测到腔体的腔壁被击穿时，利用激光加工组件继续进行加工，并在工作时长后关闭激光加工组件的激光器。本发明用于小孔的激光加工。

技术领域

本发明涉及一种激光打孔背伤防护方法及其装置，属于激光加工技术领域。

背景技术

激光打孔技术具有材料去除效率高、加工精度高及材料适应性好等优势，广泛应用于航空、航天、高端装备等领域中的关键部件精密小孔加工上。在进行具有中空复杂结构或内腔部件的小孔激光加工时，当激光束穿过前壁进入内腔时，激光可能在内腔的另一侧壁面即背壁上继续加工，形成背伤。激光加工背伤易引起应力集中，影响加工部件的疲劳寿命。激光打孔背伤问题在航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔制孔领域显得尤为突出。叶片背伤会严重降低叶片在高温、高压及交变载荷等极端环境下应用的可靠性和使役寿命。解决背伤问题是激光打孔工艺应用于叶片气膜冷却孔加工的前提。

以航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔激光加工为例。涡轮叶片是中空复杂结构，曲面上加工倾斜的气膜孔，需要兼顾充分打透又避免内腔对面损伤问题。目前，航空发动机涡轮叶片的内腔在靠近尾缘部分内腔高度更窄。为应对激光打孔背面损伤挑战，国内外主要采取先制孔后去除陶瓷型芯、填充保护材料和鼓入流体降低激光能量等方法进行防护。但现有的防护方法都存在防护能力较弱，防护可靠性不足的问题。

发明内容

本发明提供了一种激光打孔背伤防护方法及其装置，能够解决现有的防护方法防护能力较弱，防护可靠性不足的问题。

一方面，本发明提供了一种激光打孔背伤防护方法，所述方法包括：根据待加工孔所在腔体的内腔高度确定高速流体的工作流速、工作浓度以及延时关闭激光的工作时长；其中，所述腔体具有所述高速流体流入的入口和流出的出口；所述高速流体的工作浓度为制作所述待加工孔时所述高速流体中微纳米颗粒的含量比例；所述微纳米颗粒用于散射激光；所述延时关闭激光的工作时长为制作所述待加工孔时所述腔体的腔壁被击穿到完全形成所述待加工孔的时长；向所述腔体通入满足所述工作流速和所述工作浓度的高速流体；利用激光加工组件对所述腔体的腔壁进行激光加工；当检测到所述腔体的腔壁被击穿时，利用所述激光加工组件继续进行加工，并在所述工作时长后关闭所述激光加工组件的激光器。

可选的，所述方法还包括：根据平板实验建立在不同工件上制作加工孔时，加工孔所在腔体的内腔高度与所需的高速流体流速、高速流体浓度以及延时关闭激光时长之间的对应关系；所述根据待加工孔所在腔体的内腔高度确定高速流体的工作流速、工作浓度以及延时关闭激光的工作时长具体为：根据所述对应关系，确定所述待加工孔所在腔体的内腔高度对应的高速流体的工作流速、工作浓度以及延时关闭激光的工作时长。

可选的，在所述根据所述对应关系，确定所述待加工孔所在腔体的内腔高度对应的高速流体的工作流速、工作浓度以及延时关闭激光的工作时长之前，所述方法还包括：对工件的CAD模型进行分析，确定所述待加工孔所在腔体的内腔高度。

可选的，在所述向所述腔体通入满足所述工作流速和所述工作浓度的高速流体之后，所述方法还包括：检测所述腔体的出口处高速流体的流体压力；当所述流体压力小于预设阈值时，调高所述高速流体的流体压力。

可选的，在所述利用激光加工组件对所述腔体的腔壁进行加工之后，所述方法还包括：利用传感器检测所述腔壁的加工状态，以判断所述腔体的腔壁是否被击穿。

可选的，所述利用传感器检测所述腔壁的加工状态，以判断所述腔体的腔壁是否被击穿具体为：利用声音传感器检测所述腔体的腔壁周围的声音信号；当所述声音信号发生突变时，判定所述腔体的腔壁被击穿。

可选的，所述高速流体为气体或液体。