Jako preferowany materiał na-najwyższe elementy konstrukcyjne silników lotniczych-, nadstopy-na bazie niklu stwarzają poważne wyzwania przy wytwarzaniu-o wysokiej jakości otworów chłodzących folię ze względu na ich naturalną wysoką twardość i wytrzymałość. Technologia obróbki laserowej-z naprowadzaniem wody wykazała znaczny potencjał w wytwarzaniu otworów chłodzących folię, ale jej zastosowanie inżynieryjne jest ograniczone ze względu na koordynację jakości przetwarzania i wydajności. Aby rozwiązać ten problem, w badaniu wykorzystano tryb sprzęgania-ogniskowego-światła wodnego z wieloma ogniskami, aby uzyskać skuteczne połączenie lasera-o dużej mocy 1064 nm ze stabilnym strumieniem wody. Ponadto wprowadzono strategię wieloprzejściowego wiercenia pierścieniowego od wewnątrz na zewnątrz i zbadano wpływ energii pojedynczego-impulsu lasera, szybkości skanowania i częstotliwości impulsów na morfologię powierzchni mikro-otworu i dokładność geometryczną, stosując metodę zmiennej kontrolnej. Na tej podstawie przeanalizowano-mikrodziury przygotowane w zoptymalizowanych parametrach procesu i zweryfikowano je za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej i spektroskopii dyspersyjnej energii. Wyniki wskazują, że energia pojedynczego-impulsu jest kluczowym parametrem osiąganym przez mikrodziury. Odpowiednio zwiększając prędkość skanowania i częstotliwość impulsów, można skutecznie złagodzić skutki osadzania się stopu i akumulacji termicznej, poprawiając w ten sposób morfologię powierzchni i dokładność obróbki mikro-otworów. W szczególności, gdy energia pojedynczego{{23}impulsu jest ustawiona na 0,8 mJ, prędkość skanowania na 25 mm/s i częstotliwość impulsu na 300 kHz, wysokiej-mikro-otwory o średnicy wejściowej 820 μm i zbieżności 0,32 stopnia można wytworzyć w około 60 sekund. Mikrostruktura i rozkład pierwiastków w mikro{33}}otworach potwierdzają, że obróbka laserem-z naprowadzaniem wody wykazuje doskonałą wydajność w zakresie redukcji warstw przetopu, minimalizowania-strefy wpływu ciepła i utrzymywania gładkości ścianek otworu.
Słowa kluczowe: laser-naprowadzany wodą; stop na bazie niklu-; otwory chłodzące folię; wieloprzejściowe-cięcie pierścieniowe; mechanizm przetwarzania Jako preferowany materiał na-gorące elementy konstrukcyjne silników lotniczych-, nadstopy-na bazie niklu stwarzają poważne wyzwania w zakresie przygotowania-o wysokiej jakości otworów chłodzących folię ze względu na ich naturalną wysoką twardość i wytrzymałość. Technologia obróbki laserowej-z naprowadzaniem wody wykazała znaczny potencjał w wytwarzaniu otworów chłodzących folię, ale jej zastosowanie inżynieryjne jest ograniczone ze względu na koordynację jakości przetwarzania i wydajności. Aby rozwiązać ten problem, w badaniu wykorzystano tryb sprzęgania-ogniskowego-światła wodnego, aby uzyskać skuteczne połączenie lasera o dużej mocy 1064 nm-ze stabilnym strumieniem wody. Ponadto wprowadzono strategię wieloprzejściowego wiercenia pierścieniowego od wewnątrz na zewnątrz i zbadano wpływ energii pojedynczego-impulsu lasera, szybkości skanowania i częstotliwości impulsów na morfologię powierzchni mikro-otworu i dokładność geometryczną, stosując metodę zmiennej kontrolnej. Na tej podstawie przeanalizowano i zweryfikowano mikrodziury-przygotowane przy zoptymalizowanych parametrach procesu za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej i spektroskopii dyspersyjnej energii. Wyniki wskazują, że energia pojedynczego-impulsu jest kluczowym parametrem osiąganym przez mikro{22}}dziury. Odpowiednio zwiększając prędkość skanowania i częstotliwość impulsów, można skutecznie złagodzić skutki osadzania się stopu i akumulacji termicznej, poprawiając w ten sposób morfologię powierzchni i dokładność obróbki mikro-otworów. W szczególności, gdy energia pojedynczego{{26}impulsu jest ustawiona na 0,8 mJ, prędkość skanowania na 25 mm/s i częstotliwość impulsu na 300 kHz, wysokiej jakości-mikro-otwory o średnicy wejściowej 820 μm i zbieżności 0,32 stopnia można wytworzyć w około 60 sekund. Mikrostruktura i rozkład pierwiastków w mikro{36}}otworach potwierdzają, że obróbka laserowa-z naprowadzaniem wody wykazuje doskonałą wydajność w zakresie redukcji warstw przetopu, minimalizowania-strefy wpływu ciepła i utrzymywania gładkości ścianek otworu.
Słowa kluczowe: laser-naprowadzany wodą; stop na bazie niklu-; otwory chłodzące folię; wieloprzejściowe-cięcie pierścieniowe; mechanizm przetwarzania
W tym badaniu zbadano zastosowanie lasera-naprowadzanego wodą o długości fali 1064 nm do wiercenia pierścieniowego Inconelu 718. Wyjaśniono mechanizmy, dzięki którym kluczowe parametry procesu, takie jak energia pojedynczego impulsu, prędkość skanowania i częstotliwość impulsów, wpływają na morfologię i dokładność geometryczną mikro-otworów. Na podstawie tych ustaleń określa się optymalne podejście umożliwiające osiągnięcie wysokiej-wydajności i wysokiej-precyzyjności wiercenia. Główne wnioski podsumowano w następujący sposób: (1) Przyjęcie strategii „od wewnątrz na zewnątrz” z wieloma-przejściami pierścieniowymi-wiercenia laserowego pod przewodnictwem laserowym może zwiększyć efekt szorowania strumienia wody na stopiony materiał, zmniejszając-strefę wpływu ciepła i resztki stopionego materiału na powierzchni wejściowej mikro{12}}otworu. (2) Podczas obróbki mikrootworów Inconel 718 za pomocą lasera-naprowadzanego wodą o długości fali 1064 nm optymalna kombinacja parametrów procesu to: energia pojedynczego impulsu 0,8 mJ, prędkość skanowania 20 mm/s i częstotliwość impulsu lasera 300 kHz. W ramach tej konfiguracji parametrów można wytwarzać wysokiej jakości mikro-otwory o średnicy wejściowej 822,7 µm, kołowości 0,9893, zbieżności 0,32 stopnia i chropowatości powierzchni Sa mniejszej niż 9,58 µm. (3) W oparciu o charakterystykę morfologii przekroju mikro-dziur przetwarzanych za pomocą lasera-naprowadzanego wodą, powierzchnię mikro-dziury można podzielić na cztery odrębne obszary: strefę ponownego zestalenia, strefę występu, strefę zagłębienia i strefę pęknięcia. Strefa ponownego zestalenia i strefa pękania reprezentują odpowiednio unikalną morfologię na wejściu i wyjściu mikro-dziury. Strefa występu i strefa zagłębienia są rozmieszczone wzdłuż całej ściany mikro-otworu, a mechanizm ich powstawania jest ściśle powiązany z efektem fototermicznym oraz charakterystyką szybkiego nagrzewania i chłodzenia podczas-przetwarzania laserowego pod kontrolą wody. (4) Obserwacje wejścia, wyjścia i profilu ściany otworu mikro-otworu wykazały, że obróbka laserowa-naprowadzana wodą wykazuje doskonałą skuteczność w zmniejszaniu warstwy przetworzonego-strefy wpływu ciepła oraz utrzymywaniu czystości ścianek otworu. Technologia ta skutecznie łagodzi skutki termiczne i uszkodzenia spowodowane utlenianiem związane z konwencjonalną obróbką laserem-impulsowym, umożliwiając w ten sposób wysoką-jakość i wysoką-wydajność obróbki Inconel 718.
