Jako preferovaný materiál pro horké-konstrukční součásti leteckých-motorů představují superslitiny na bázi niklu- značné problémy při přípravě-kvalitních otvorů pro chlazení filmu, a to díky jejich vysoké tvrdosti a pevnosti. Technologie vodního-laserového zpracování prokázala značný potenciál při výrobě otvorů pro chlazení filmu, ale její technické využití je omezeno koordinací mezi kvalitou zpracování a efektivitou. K vyřešení tohoto problému tato studie použila režim multi{7}}fokusace vodního{8}}světla, aby bylo dosaženo účinného spojení 1064 nm vysokého-laseru se stabilním vodním paprskem. Kromě toho byla představena více{12}}průchodová kruhová řezací strategie vrtání zevnitř ven a pomocí metody řídicí proměnné byly zkoumány účinky laserové energie jednoho-pulsu, rychlosti skenování a frekvence impulsů na morfologii povrchu mikro{14}}otvorů a geometrickou přesnost. Na základě toho byly mikrootvory připravené za optimalizovaných procesních parametrů analyzovány a ověřeny pomocí rastrovací elektronové mikroskopie a energeticky disperzní spektroskopie. Výsledky naznačují, že energie jediného-pulsu je klíčovým parametrem pro dosažení mikro-otvorů. Vhodným zvýšením rychlosti skenování a frekvence pulzů lze účinně zmírnit účinky usazování taveniny a tepelné akumulace, čímž se zlepší morfologie povrchu a přesnost obrábění mikro-otvorů. Konkrétně, když je energie jednoho-pulsu nastavena na 0,8 mJ, rychlost skenování na 25 mm/s a frekvence pulsu na 300 kHz, lze vysoce kvalitní -mikro{28}}otvory se vstupním průměrem 820 μm a zúžením 0,32 stupně vyrobit za přibližně 60 sekund. Mikrostruktura a elementární distribuce mikro-otvorů potvrzují, že vodní-laserové zpracování vykazuje vynikající výkon při zmenšování přetavených vrstev, minimalizaci tepelně-ovlivněné zóny a udržování hladkosti stěny otvoru.
Klíčová slova: vodní-naváděný laser; slitina na-niklové bázi; otvory pro chlazení filmu; víceprůchodové prstencové řezání; mechanismus zpracování Jako preferovaný materiál pro horké-konstrukční součásti leteckých-motorů představují superslitiny na bázi niklu-významné výzvy pro přípravu vysoce kvalitních otvorů pro chlazení filmu-kvůli jejich vysoké tvrdosti a pevnosti. Technologie vodního-laserového zpracování prokázala značný potenciál při výrobě otvorů pro chlazení filmu, ale její technické využití je omezeno koordinací mezi kvalitou zpracování a efektivitou. K vyřešení tohoto problému tato studie použila režim multi{10}}fokusace vodního{11}}světla, aby bylo dosaženo účinného spojení 1064 nm vysokého-laseru se stabilním vodním paprskem. Kromě toho byla představena více{15}}průchodová kruhová řezná vrtací strategie zevnitř ven a pomocí metody řídicí proměnné byly zkoumány účinky laserové energie jednoho-pulsu, rychlosti skenování a frekvence impulsů na morfologii povrchu mikro{17}}otvorů a geometrickou přesnost. Na základě toho byly mikrootvory připravené za optimalizovaných procesních parametrů analyzovány a ověřeny pomocí rastrovací elektronové mikroskopie a energeticky disperzní spektroskopie. Výsledky naznačují, že energie jednoho-pulsu je klíčovým parametrem pro dosažení mikro-otvorů. Vhodným zvýšením rychlosti skenování a frekvence pulzů lze účinně zmírnit účinky usazování taveniny a tepelné akumulace, čímž se zlepší morfologie povrchu a přesnost obrábění mikro-otvorů. Konkrétně, když je energie jednotlivého-pulsu nastavena na 0,8 mJ, rychlost skenování na 25 mm/s a frekvence pulsu na 300 kHz, lze vysoce kvalitní -mikro{31}}otvory se vstupním průměrem 820 μm a zúžením 0,32 stupně vyrobit přibližně za 60 sekund. Mikrostruktura a elementární rozložení mikro-otvorů potvrzují, že vodní-laserové zpracování vykazuje vynikající výkon při zmenšování přetavených vrstev, minimalizaci tepelně-ovlivněné zóny a udržování hladkosti stěny otvoru.
Klíčová slova: vodní-naváděný laser; slitina na-niklové bázi; otvory pro chlazení filmu; víceprůchodové prstencové řezání; mechanismus zpracování
Tato studie zkoumá použití vodního -naváděného laseru o vlnové délce 1064 nm pro prstencové vrtání Inconel 718. Objasňuje mechanismy, kterými klíčové parametry procesu, jako je energie jednoho pulzu, rychlost skenování a frekvence pulzů, ovlivňují morfologii a geometrickou přesnost mikro-otvorů. Na základě těchto zjištění je určen optimální přístup k dosažení vysoké-efektivity a vysoké{6}}přesnosti vrtání. Hlavní závěry jsou shrnuty takto: (1) Přijetí strategie více-průchodového prstencového vodního{10} vrtání s laserovým vrtáním „zevnitř ven“ může zvýšit účinek praní vodního paprsku na roztavený materiál, snížit tepelně-ovlivněnou zónu a zbytkový roztavený materiál na vstupním povrchu mikro-otvoru. (2) Při zpracování mikrootvorů Inconel 718 pomocí vodního-laseru s vlnovou délkou 1064 nm je optimální kombinace parametrů procesu: energie jednoho pulzu 0,8 mJ, rychlost skenování 20 mm/s a frekvence laserových pulzů 300 kHz. V rámci této konfigurace parametrů lze vytvořit vysoce kvalitní -mikro-otvory se vstupním průměrem 822,7 µm, kruhovitostí 0,9893, kuželovitostí 0,32 stupně a drsností povrchu Sa menší než 9,58 µm. (3) Na základě průřezových morfologických charakteristik mikro-otvorů zpracovaných vodou-naváděným laserem lze povrch mikro-otvorů rozdělit do čtyř odlišných oblastí: zóna opětovného tuhnutí, zóna protruze, zóna deprese a zóna lomu. Zóna opětovného tuhnutí a zóna lomu představují jedinečnou morfologii na vstupu a výstupu z mikro-otvoru. Zóna výčnělku a zóna prohlubně jsou rozmístěny po celé stěně mikro-otvoru a mechanismus jejich tvorby úzce souvisí s fototermickým efektem a rychlými charakteristikami ohřevu a ochlazování během vodního-laserového zpracování. (4) Pozorování mikro-vstupu, výstupu a profilu stěny otvoru odhaluje, že vodní-laserové zpracování vykazuje vynikající výkon při snižování přetavené vrstvy a tepelně{43}}zasažené oblasti a udržování čistoty stěny otvoru. Tato technologie účinně zmírňuje tepelné efekty a oxidační poškození spojené s konvenčním zpracováním laserem s dlouhým-pulsem, čímž se dosahuje vysoce-kvalitního a vysoce-efektivního obrábění stroje Inconel 718.
