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Introducción a este artículo
La tecnología láser ultrarrápida es una tecnología avanzada que genera pulsos de luz de alta-intensidad en un tiempo extremadamente corto, y sus aplicaciones en el campo aeroespacial están atrayendo cada vez más atención. Esta tecnología es reconocida por su excelente desempeño en medición, fabricación y comunicación, y su aplicación generalizada en ingeniería aeroespacial brinda nuevas posibilidades para mejorar el desempeño y la seguridad de las aeronaves.
Los láseres ultrarrápidos generalmente se refieren a láseres con anchos de pulso de menos de 10^-12 segundos, e incluyen principalmente láseres de femtosegundos (1 fs=10^-15 s) y láseres de picosegundos (1 ps=10^-12 s). Debido a que los pulsos láser ultrarrápidos actúan durante una duración extremadamente corta, pueden producir instantáneamente una potencia máxima muy alta. Por lo tanto, a diferencia de los métodos comunes de procesamiento con láser que actúan sobre los materiales a través de efectos fototérmicos, el mecanismo de procesamiento de los láseres ultrarrápidos es la absorción directa del estado electrónico, que transfiere energía a la red del material, rompe sus enlaces y finalmente lo expulsa en forma de plasma. Además, a diferencia del procesamiento térmico de los láseres continuos ordinarios, el procesamiento con láser ultrarrápido se alinea más con un método de "procesamiento en frío". Desde la perspectiva del mecanismo de interacción entre el láser y el material, el procesamiento con láser de femtosegundo puede lograr alta precisión, zonas mínimas afectadas térmicamente, sin fusión térmica, sin capa refundida y sin microfisuras. Es uno de los mejores métodos para mejorar la integridad de la superficie de la formación de orificios de enfriamiento de la película de las palas de turbinas en motores de aviación.
02 Aplicaciones específicas (1) Mecanizado de orificios de película de gas de álabes de turbinas de motores de aeronaves
Como componente central de un motor aeronáutico, el diseño, la calidad de fabricación y el rendimiento operativo de las palas de la turbina afectan la vida útil del motor. Generalmente, los recubrimientos de barrera térmica se aplican sobre la superficie de aleaciones de alta-temperatura para dar a las hojas alta tenacidad, alta plasticidad, resistencia a la corrosión y alta-resistencia a la temperatura. Además, en la superficie están diseñadas estructuras de agujeros de película de gas. Al liberar aire frío desde el interior del componente y crear un flujo de aire a través de pequeños orificios, se forma una película protectora de aire frío en la superficie, que aísla el gas caliente y protege el componente. Sin embargo, los métodos de procesamiento actuales, como el mecanizado por descarga eléctrica y el mecanizado por láser de pulso largo-, tienen desventajas, incluidas las capas de barrera térmica no-conductoras, la delaminación del revestimiento, las grietas y el desconchado del revestimiento, lo que dificulta la producción de pequeños orificios bien-formados.
Con el desarrollo de la tecnología de procesamiento láser ultrarrápido, los láseres de femtosegundo se han utilizado ahora para crear orificios de gas en las palas de las turbinas sin delaminación ni grietas en el recubrimiento y con dimensiones que cumplen con los requisitos técnicos. Esto proporciona una nueva tecnología para fabricar agujeros en películas de gas en componentes de motores de aviones.
El mecanizado de numerosos orificios de enfriamiento de película de gas en álabes de turbina revestidos con barrera térmica-es crucial para la aplicación de motores de alto-relación-a-peso y alto-rendimiento, lo que establece mayores requisitos para el mecanizado de estos álabes revestidos. La tecnología de procesamiento de micro-agujeros con láser de femtosegundo, con sus ventajas de alta precisión, alta calidad y procesamiento en frío, permite el mecanizado de microagujeros-de alta-calidad para motores. Con mejoras continuas en la tecnología de perforación con láser de femtosegundo, ahora es posible lograr un mecanizado de alta-precisión de orificios de película de gas en hojas recubiertas con barrera térmica-sin volver a-capas fundidas, micro-fisuras o zonas afectadas por el calor- y, al mismo tiempo, garantizar que el revestimiento de barrera térmica no se vuelva negro ni se desprenda después del procesamiento. Por lo tanto, la tecnología de procesamiento de micro-agujeros con láser de femtosegundo está preparada para convertirse en un método importante para fabricar agujeros de película de gas en álabes de turbina revestidos con una barrera térmica-.
(2) Mecanizado de orificios de enfriamiento de película en la cámara de combustión de motores aeronáuticos
El tubo de llama es un componente principal de la cámara de combustión del motor aeronáutico y una de las piezas resistentes al calor-más importantes. Para garantizar que el tubo de llama funcione de manera estable y continua en condiciones de temperatura extremadamente alta-, se debe enfriar. Actualmente, un método común implica una combinación de revestimientos y perforaciones. El uso de mecanizado láser de pulso largo-puede causar defectos como ablación del recubrimiento, salpicaduras y astillas de bordes, que afectan significativamente la vida útil del tubo de llama. En la actualidad, el uso del mecanizado por láser de picosegundos puede producir orificios de enfriamiento de películas sin delaminación o descamación en áreas grandes-en la superficie y con dimensiones que cumplen con los requisitos técnicos, como se muestra en las Figuras 2 y 3.
(3) Mecanizado de ranuras de formas-especiales en motores aeronáuticos
El rendimiento del sellado tiene un impacto importante en el rendimiento de los motores aeronáuticos. En los últimos años, con el desarrollo de la industria de la aviación, el rendimiento del motor ha mejorado constantemente y las condiciones operativas se han vuelto cada vez más complejas. Las fallas causadas por mal funcionamiento de los sellos del motor están aumentando y es necesario abordar estos problemas con urgencia. Por lo tanto, se han propuesto nuevos requisitos para la tecnología de sellado de motores. Los sellos de punta de dedo son un nuevo tipo de dispositivo que se puede utilizar para sellar la cámara del cojinete principal y las rutas de flujo de aire de los motores aeronáuticos. El mecanizado de componentes de sellos dactilares requiere una alta precisión. El mecanizado mecánico actual, el mecanizado por descarga eléctrica y el mecanizado por láser de pulso largo-no pueden resolver problemas como la deformación y la deformación generadas durante el procesamiento. Sin embargo, los láseres de femtosegundo, debido a su altísima densidad de energía y a su muy corto tiempo de procesamiento, garantizan una alta eficiencia y precisión en el proceso de mecanizado. No aparecen defectos como capas refundidas, grietas o rebabas en los componentes del sello de la punta del dedo, lo que proporciona un nuevo método para mecanizar ranuras con formas especiales-en piezas de motores aeronáuticos de alta-precisión.
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Conclusiones y perspectivas
Como tecnología avanzada de fabricación y procesamiento de materiales, el procesamiento láser ultrarrápido tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de la fabricación de motores aeroespaciales. En la aplicación de ingeniería del procesamiento láser ultrarrápido, se deben seleccionar diferentes parámetros del proceso láser de acuerdo con las características del material para reducir los pasos del proceso, mejorar la eficiencia del procesamiento y garantizar la precisión de la calidad y las dimensiones del conformado del material. Con el desarrollo de la tecnología láser ultrarrápida y la mejora de la optimización de los procesos, se resolverán eficazmente problemas como la baja eficiencia del procesamiento y el espesor mecanizable limitado. Además, la tecnología de procesamiento láser de pulso dual-, que combina el procesamiento láser ultrarrápido con el procesamiento láser de pulso largo-, será la dirección futura para mejorar la calidad y la eficiencia.
