Como material preferido para los componentes estructurales del extremo caliente-de los motores aeronáuticos-, las superaleaciones a base de níquel-presentan desafíos importantes para la preparación de orificios de enfriamiento de película de alta-calidad debido a su alta dureza y resistencia inherentes. La tecnología de procesamiento láser-guiada por agua ha mostrado un potencial considerable en la fabricación de orificios de enfriamiento de películas, pero su aplicación en ingeniería está limitada por la coordinación entre la calidad y la eficiencia del procesamiento. Para abordar este problema, este estudio empleó un modo de acoplamiento de luz de agua-de enfoque múltiple para lograr un acoplamiento eficiente de un láser de alta-potencia de 1064 nm con un chorro de agua estable. Además, se introdujo una estrategia de perforación de corte anular de múltiples-pasos desde adentro hacia afuera, y se investigaron los efectos de la energía de un solo-pulso del láser, la velocidad de escaneo y la frecuencia del pulso en la morfología de la superficie del micro-agujero y la precisión geométrica utilizando el método de variable de control. En base a esto, se analizaron y verificaron microagujeros preparados bajo parámetros de proceso optimizados mediante microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de dispersión de energía. Los resultados indican que la energía-de un solo pulso es el parámetro clave para lograr microagujeros pasantes. Al aumentar adecuadamente la velocidad de escaneo y la frecuencia del pulso, los efectos de la deposición de fusión y la acumulación térmica se pueden mitigar de manera efectiva, mejorando así la morfología de la superficie y la precisión del mecanizado de los microagujeros. Específicamente, cuando la energía-de un solo pulso se establece en 0,8 mJ, la velocidad de escaneo en 25 mm/s y la frecuencia del pulso en 300 kHz, se pueden fabricar microagujeros-de alta-calidad con un diámetro de entrada de 820 μm y una conicidad de 0,32 grados en aproximadamente 60 segundos. La microestructura y la distribución elemental de los micro-agujeros confirman que el procesamiento láser-guiado por agua muestra un rendimiento excelente para reducir las capas refundidas, minimizar la zona afectada por el calor-y mantener la suavidad de las paredes del agujero.
Palabras clave: láser-guiado por agua; aleación a base de níquel-; orificios de enfriamiento de la película; corte anular de múltiples pasadas; mecanismo de procesamiento Como material preferido para los componentes estructurales del extremo caliente-de los motores aeronáuticos-, las superaleaciones a base de níquel-presentan desafíos importantes para la preparación de orificios de enfriamiento de película de alta-calidad debido a su alta dureza y resistencia inherentes. La tecnología de procesamiento láser guiado por agua-ha mostrado un potencial considerable en la fabricación de orificios de enfriamiento de películas, pero su aplicación en ingeniería está limitada por la coordinación entre la calidad y la eficiencia del procesamiento. Para abordar este problema, este estudio empleó un modo de acoplamiento de luz de agua-de enfoque múltiple para lograr un acoplamiento eficiente de un láser de alta-potencia de 1064 nm con un chorro de agua estable. Además, se introdujo una estrategia de perforación de corte anular de múltiples-pasos desde adentro hacia afuera, y se investigaron los efectos de la energía de un solo-pulso del láser, la velocidad de escaneo y la frecuencia del pulso en la morfología de la superficie del micro-agujero y la precisión geométrica utilizando el método de variable de control. En base a esto, se analizaron y verificaron microagujeros preparados bajo parámetros de proceso optimizados mediante microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de dispersión de energía. Los resultados indican que la energía-de un solo pulso es el parámetro clave para lograr microagujeros pasantes. Al aumentar adecuadamente la velocidad de escaneo y la frecuencia del pulso, los efectos de la deposición de fusión y la acumulación térmica se pueden mitigar de manera efectiva, mejorando así la morfología de la superficie y la precisión del mecanizado de los microagujeros. Específicamente, cuando la energía de un solo-pulso se establece en 0,8 mJ, la velocidad de escaneo en 25 mm/s y la frecuencia del pulso en 300 kHz, se pueden fabricar microagujeros-de alta-calidad con un diámetro de entrada de 820 μm y una conicidad de 0,32 grados en aproximadamente 60 segundos. La microestructura y la distribución elemental de los micro-agujeros confirman que el procesamiento láser-guiado por agua muestra un rendimiento excelente para reducir las capas refundidas, minimizar la zona afectada por el calor-y mantener la suavidad de las paredes del agujero.
Palabras clave: láser-guiado por agua; aleación a base de níquel-; orificios de enfriamiento de la película; corte anular de múltiples pasadas; mecanismo de procesamiento
Este estudio explora el uso de láser guiado por agua- de longitud de onda de 1064 nm para la perforación anular de Inconel 718. Aclara los mecanismos mediante los cuales los parámetros clave del proceso, como la energía de un solo pulso, la velocidad de escaneo y la frecuencia del pulso, afectan la morfología y la precisión geométrica de los micro-agujeros. En base a estos hallazgos, se determina el enfoque óptimo para lograr una perforación de alta-eficiencia y alta-precisión. Las principales conclusiones se resumen a continuación: (1) La adopción de una estrategia de perforación láser guiada por agua-anular de múltiples-pasos "de adentro hacia afuera" puede mejorar el efecto de fregado del chorro de agua sobre el material fundido, reduciendo la zona afectada por el calor-y el material fundido residual en la superficie de entrada del micro-agujero. (2) Cuando se procesan microagujeros de Inconel 718 con un láser guiado por agua de longitud de onda de 1064 nm, la combinación óptima de parámetros del proceso es: energía de pulso único de 0,8 mJ, velocidad de escaneo de 20 mm/s y frecuencia de pulso del láser de 300 kHz. Con esta configuración de parámetros, se pueden producir microagujeros-de alta-calidad con un diámetro de entrada de 822,7 µm, una circularidad de 0,9893, una conicidad de 0,32 grados y una rugosidad superficial Sa inferior a 9,58 µm. (3) Según las características morfológicas seccionales de los micro-agujeros procesados mediante láser guiado por agua-, la superficie del micro-agujero se puede dividir en cuatro regiones distintas: zona de resolidificación, zona de protrusión, zona de depresión y zona de fractura. La zona de resolidificación y la zona de fractura representan respectivamente la morfología única en la entrada y salida del micro-agujero. La zona de protrusión y la zona de depresión se distribuyen a lo largo de toda la pared del micro-agujero, y su mecanismo de formación está estrechamente relacionado con el efecto fototérmico y las características rápidas de calentamiento y enfriamiento durante el procesamiento con láser guiado por agua-. (4) Las observaciones de la entrada, salida y perfil de la pared del orificio del micro-revelan que el procesamiento láser guiado por agua-exhibe un rendimiento excelente para reducir la capa de refundición y la zona afectada por el calor-y mantener la limpieza de la pared del orificio. Esta tecnología mitiga eficazmente los efectos térmicos y el daño por oxidación asociados con el procesamiento láser de pulso largo-convencional, logrando así un mecanizado de alta-calidad y alta-eficiencia de Inconel 718.
