[发明专利]一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法

说明书

本发明涉及一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，属于激光应用领域。本发明的目的是为了解决传统飞秒激光在涡轮叶片制孔过程中孔口圆度低、孔内壁粗糙度高、孔内壁不均匀等一些列技术问题。本发明首次采用垂直偏振的飞秒激光双脉冲序列加工微孔，并应用于涡轮叶片气膜孔的制备，制备出高质量高精度微孔，有效地提高气膜冷却孔的孔口圆度以及孔壁的均匀性。

技术领域

本发明涉及一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，属于激光应用领域。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机的核心部件，为了提高其工作性能，应用于航空发动机涡轮叶片的气膜冷却技术一直是备受关注的问题。其中，冷却微孔的加工是气膜冷却技术的关键，其加工存在大量挑战，如无微裂纹、无热影响区、极小化重铸层等，传统加工方法如电火花加工、电液束加工、长脉冲激光加工等，存在加工缺陷且无法单步在表面带热障涂层的涡轮叶片上实现高质量微孔加工。

超快激光有超短脉冲持续时间(～10^-15s)、极高的能量密度(10¹⁴W/cm²)等特点，可以有效的抑制热扩散到周围环境，减小热应变，在精密制造中引起了广泛的关注。与传统的制孔方法相比，超快激光能够显著降低或消除了热障涂层(TBC)和粘结层(BC)之间的微裂纹和分层以及重铸层的缺陷，是目前微孔加工的有效方式之一。

然而，与超快激光打孔相关的一些问题正在出现。在文献“Applied SurfaceScience，2021， 537：148001”中，分别使用线偏振和圆偏振飞秒激光在带热障涂层高温合金表面加工微孔结构；在文献“Ceramics International，2021，47：11465-11473”中，采用飞秒激光在空气坏境和水环境下对氧化铝陶瓷进行微孔加工。然而上述方法所制备的微孔结构，存在孔内壁粗糙、微孔内壁不均匀、微孔锥度大以及孔口圆度差等缺陷，难以有效的应用于航空发动机涡轮叶片气膜孔的制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统飞秒激光在涡轮叶片制孔过程中孔口圆度低、孔内壁粗糙度高、孔内壁不均匀等一些列技术问题，提供一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，该方法首次采用垂直偏振的飞秒激光双脉冲序列加工微孔，并应用于涡轮叶片气膜孔的制备，制备出高质量高精度微孔，有效地提高气膜冷却孔的孔口圆度以及孔壁的均匀性

本发明的目的是通过以下技术来实现的：

一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，包括如下步骤：

步骤一：在加工光路中加入YVO4晶体，但不限于产生垂直偏振飞秒激光双脉冲其他装置，飞秒激光垂直入射通过晶体后能够被整形成偏振方向相互垂直的两个子脉冲序列，通过改变晶体厚度来改变子脉冲的时间延时，延时范围为0.2ps-20ps之间，两个子脉冲的能量比保持为1:1。

步骤二：将步骤一中得到垂直偏振飞秒双脉冲序列通过平凸透镜聚焦在工件表面，进行微孔加工；根据孔径及孔深需求，通过对六轴平移台的软件进行预设，实现扫描旋切路径；通过同轴成像系统实时观测加工过程；通过同轴吹气系统排出微孔加工产生的碎屑。

进一步的，步骤一中飞秒激光应垂直入射YVO4晶体，确保产生两个偏振相互垂直的子脉冲；晶体光轴方向与光束偏振方向之间保持45°夹角，确保两个子脉冲的能量比保持1:1；确保晶体厚度满足不同波长入射飞秒激光产生延时范围约为0.2ps-20ps的双脉冲。

步骤二所述成像系统，需要将CCD相机成像焦平面与光束焦平面保持在同一平面。

步骤二所述同轴吹气系统通过施加压缩空气作为保护气，保护气的压强为0.1-0.5Mpa；