飞秒激光脉冲烧蚀涡轮叶片材料的仿真和实验

为研究飞秒激光脉冲对涡轮叶片材料的冲击打孔特性,使用双脉冲改写方程的激光光源项,并对涡轮叶片材料进行数值模拟,得到了镍基高温合金在飞秒激光双脉冲冲击打孔下的晶格和电子温度。通过对比单脉冲的模拟结果发现:双脉冲烧蚀情况下,材料电子和晶格出现2个峰值温度,且电子和晶格的平衡温度相比单脉冲提高345 k,平衡时间延长了5 ps,使用美国Ray Corp生产的飞秒脉冲激光器,对镍基高温合金材料在不同的激光参数下:激光脉冲宽度、激光能量、激光频率、脉冲间隔对材料的烧蚀进行双脉冲打孔,得到孔的形貌特征,并与单脉冲打孔对比发现双脉冲打孔的质量和效率优于单脉冲。

基于改进型控制变量法的脉冲激光打孔研究

使用毫秒脉冲激光精密打孔系统,在厚度为2 mm的镍基高温合金GH4037上进行通孔加工。针对传统控制变量法中通孔加工脉冲个数设定值过盈会造成诸多不利影响等问题,利用穿透检测技术建立脉冲个数阈值的数学模型,并使用基于此模型得到的改进型控制变量法研究了激光的离焦量、扩束比和脉冲重复频率对出入口孔径、锥度和打孔效率的影响。研究表明,当离焦量为-2~0 mm、扩束比为2~4、重复频率为45~85 Hz、辅助气体为氧气时能够得到较高的打孔效率,与传统控制变量法相比,打孔效率最高可提升89.09%。

高峰值功率自准直脉冲Nd:YAG激光加工无锥度直孔研究

利用改进的脉冲Nd：YAG激光器,对激光冲击打孔加工无锥度直孔进行了实验研究。在优化激光脉冲峰值功率和脉冲能量、辅助气压参数的基础上,通过比较实验证明,能量递增组合脉冲是实现无锥度直孔加工的有效方式,增加脉冲组合中脉冲的个数可加工出负锥度的孔;激光焦点位置是影响孔锥度的重要因素,焦点位于材料表面上方1.1~1.7 mm有利于减小锥度。在厚度为1.5,3.0 mm的镍基高温合金材料上,获得孔径分别为480,510μm的直孔,重复打孔孔径误差约30μm,孔锥度〈1%。给出了可实用于激光冲击打孔的直孔加工方法和脉冲激光器,并可用于其他材料的加工。