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(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210581780.8 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 星控激光科技 (上海) 有限公司 地址 201100 上海市闵行区剑川路6 00号第 1幢 (72)发明人 徐红星 张福平 贾天卿 杨坚 王文强 曹凯强 陈龙 索梦琦 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11562 专利代理师 刘芳 (51)Int.Cl. B23K 26/082(2014.01) B23K 26/0622(2014.01) B23K 26/06(2014.01) B23K 26/382(2014.01)B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式 气膜孔加工方法 (57)摘要 本发明公开用 于抑制热障涂层剥离的纳秒 激光间歇式气膜孔加工方法, 包括以下步骤: 步 骤一: 矫正脉冲激光并将激光汇聚在工件上; 步 骤二: 开启脉冲激光, 利用扫描振镜光学控制系 统控制光束沿填充的螺旋线运动; 步骤三: 停止 扫描振镜光学控制系统以及脉冲激光, 启动辅助 吹气系统进行间歇冷却; 步骤四: 间歇冷却完成 后, 重复步骤二以及步骤三, 完成气膜孔的加工; 本发明对喷涂有热障涂层的工件加工质量得到 显著提升, 气膜孔周围热影响区小, 且热障涂层 和工件基底的剥离情况得到了极大的改善, 显著 提高了气膜 孔的加工质量, 大幅提升了航空发动 机气膜孔激光加工的稳定性和可靠性。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114850663 A 2022.08.05 CN 114850663 A 1.用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于, 包括以下 步骤: 步骤一: 矫 正脉冲激光并将激光汇聚在工件上; 步骤二: 开启脉冲激光, 利用扫描振镜光学控制系统控制光束沿填充的螺 旋线运动; 步骤三: 停止扫描振镜光学控制系统以及脉冲激光, 启动辅助吹气系统进行间歇冷却; 步骤四: 间歇冷却完成后, 重复步骤二以及步骤三, 完成气膜孔的加工 。 2.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述工件为厚度为2mm的高温合金, 所述工件表面涂覆有热障涂层, 所述热障 涂层为350 μm的陶瓷热障涂层, 所述热障涂层与所述工件之间喷涂有粘接层, 所述粘接层厚 度为150 μm, 所述 步骤二中完成一个螺 旋线运动 后, 去除工件表面 一层热障涂层。 3.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述脉冲激光功率为150 ‑300W, 脉宽为200 ‑240ns, 单脉冲能量为1 ‑2mJ, 重复 频率为100‑150kHz, 所述脉冲激光的间歇时间为6 ‑10 μs。 4.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述螺旋线最大直径 为0.2‑0.8mm, 所述扫描振镜光学控制系统控制光束的移 动速度为20 0‑1000mm/s, 所述螺 旋线间隔为2 ‑5 μm, 所述螺 旋线加工时间为0.0 5‑0.2s。 5.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述辅助吹气系统的压力为0.6 ‑0.8MPa, 所述辅助吹气系统的间歇冷却时间 为0.1‑0.3s。 6.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述 步骤四中重复步骤二以及步骤三的次数为10 ‑50次。 7.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述 步骤二中工件倾 斜0‑75°进行加工 。 8.根据权利要求1所述的用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 其特征在于: 所述步骤一中汇 聚脉冲激光的装置为聚焦透镜, 所述步骤二中发射脉冲激光 的设备为纳秒脉冲光纤激光器, 所述步骤二中控制脉冲激光沿螺旋线运动的设备为扫描振 镜光学控制系统。权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 114850663 A 2用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间 歇式气膜孔加工方 法 技术领域 [0001]本发明涉及激光加工技术领域, 特别是涉及一种用于抑制热障涂层剥离的纳秒激 光间歇式气膜孔加工方法。 背景技术 [0002]为提高航空发动机、 燃气轮机 的燃油效率和推重比, 一般采用提高内部燃烧室的 温度的方法, 然而现有工件材料的耐受温度有限。 因此, 冷却法在航空发动机、 燃气轮机上 广泛使用, 在 进行冷却的过程中一般需要用到气膜孔, 气膜 孔一般采用激光加工, 在激光加 工气膜孔时, 高能激光束聚焦在工件表面, 材料吸收激光能量快速转化成热能, 其中一部分 热量用以提供材料的液化/气化热, 被加工喷出物带走, 同时另一部 分热量在工件表面进 行 积累, 并通过工件材料缓慢热传导, 被辅助吹气系统缓慢冷却。 加工过程中热量不断累积, 会使孔周围的材料温度长时间处于较高水平, 孔周围材料易与空气发生反应, 形成氧化层, 且现有技术中, 在加工覆盖有 热障涂层的工件时, 由于涂层和基体材料的热胀系数、 弹性模 量等差距大, 当热量积累引起界面的温度超过一个阈值后, 就会对孔周围的热障涂层与基 底界面造成很大的损伤, 导致涂层和基底的粘附性下降, 容易导致涂层剥离, 导致气膜孔质 量下降, 影响发动机稳定性和工作寿命。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工 方法, 以解决上述现有技 术存在的问题。 [0004]为实现上述目的, 本发明提供了如下方案: 本发明提供一种用于抑制 热障涂层剥 离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法, 包括以下步骤: [0005]步骤一: 矫 正脉冲激光并将激光汇聚在工件上; [0006]步骤二: 开启脉冲激光, 利用扫描振镜光学控制系统控制光束沿填充的螺旋线运 动; [0007]步骤三: 停止扫描振镜光学控制系统 以及脉冲激光, 启动辅助吹气系统进行间歇 冷却; [0008]步骤四: 间歇冷却完成后, 重复步骤二以及步骤三, 完成气膜孔的加工 。 [0009]优选的, 所述工件为厚度为2mm的高温合金, 所述工件表面涂覆有热障涂层, 所述 热障涂层为350 μm的陶瓷热障涂层, 所述热障涂层与所述工件之间喷涂有粘接层, 所述粘接 层厚度为15 0 μm, 所述 步骤二中完成一个螺 旋线运动 后, 去除工件表面 一层热障涂层。 [0010]优选的, 所述脉冲激光功率为150 ‑300W, 脉宽为200 ‑240ns, 单脉冲能量为1 ‑2mJ, 重复频率 为100‑150kHz, 所述脉冲激光的间歇时间为6 ‑10 μs。 [0011]优选的, 所述螺旋线最大直径为0.2 ‑0.8mm, 所述扫描振镜光学控制系统控制光束 的移动速度为20 0‑1000mm/s, 所述螺 旋线间隔为2 ‑5 μm, 所述螺 旋线加工时间为0.0 5‑0.2s。 [0012]优选的, 所述辅助吹气系统的压力为0.6 ‑0.8MPa, 所述辅助吹气系统的间歇冷却说 明 书 1/4 页 3 CN 114850663 A 3
专利 用于抑制热障涂层剥离的纳秒激光间歇式气膜孔加工方法
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