01
Bevezetés e cikkhez
Az ultragyors lézertechnológia egy olyan fejlett technológia, amely rendkívül rövid idő alatt nagy{0}}intenzitású fényimpulzusokat generál, és alkalmazásai a repülőgépiparban egyre nagyobb figyelmet kapnak. Ez a technológia a mérésben, a gyártásban és a kommunikációban nyújtott kiemelkedő teljesítményéről híres, az űrtechnikában pedig széles körben elterjedt alkalmazása új lehetőségeket kínál a repülőgépek teljesítményének és biztonságának javítására.
Az ultragyors lézerek általában a 10^-12 másodpercnél kisebb impulzusszélességű lézereket jelentik, főleg a femtoszekundumos lézereket (1 fs=10^-15 s) és a pikoszekundumos lézereket (1 ps=10^-12 s). Mivel az ultragyors lézerimpulzusok rendkívül rövid ideig hatnak, azonnal nagyon magas csúcsteljesítményt tudnak produkálni. Ezért az elterjedt lézeres feldolgozási módszerekkel ellentétben, amelyek fototermikus hatásokon keresztül hatnak az anyagokra, az ultragyors lézerek feldolgozási mechanizmusa a közvetlen elektronikus állapotelnyelés, amely energiát ad át az anyag rácsának, megbontja annak kötéseit, végül plazmaként kilöki azt. Ezenkívül a hagyományos folyamatos lézerek hőfeldolgozásától eltérően az ultragyors lézeres feldolgozás inkább a "hidegfeldolgozási" módszerhez igazodik. A lézer és az anyag közötti kölcsönhatási mechanizmus szempontjából a femtoszekundumos lézeres feldolgozás nagy pontosságot, minimális hőhatást okozó zónákat érhet el, nincs termikus olvadás, nincs újraöntött réteg, és nincsenek mikrorepedések. Ez az egyik legjobb módszer a turbinalapátok felületi integritásának javítására a repülőgép-hajtóművekben a filmhűtő furatok kialakítása során.
02 Speciális alkalmazások (1) Légimotor-turbinalapátok gázfilm-lyuk megmunkálása
A repülőgépmotorok alapvető összetevőjeként a turbinalapátok tervezése, gyártási minősége és működési teljesítménye befolyásolja a motor élettartamát. Általában a magas hőmérsékletű ötvözetek felületére hőzáró bevonatot alkalmaznak, hogy a pengék nagy szívósságot, nagy plaszticitást, korrózióállóságot és magas hőmérsékleti ellenállást biztosítsanak. Ezenkívül a felületen gázfólia lyukszerkezetek vannak kialakítva. A hideg levegő kibocsátásával az alkatrész belsejéből, és az apró lyukakon keresztül légáramlást hozva létre a felületen védő hideg levegő filmréteg képződik, amely elszigeteli a forró gázt és védi az alkatrészt. A jelenlegi feldolgozási eljárásoknak, például az elektromos kisüléses megmunkálásnak és a hosszú-impulzusos lézeres megmunkálásnak azonban vannak hátrányai, beleértve a nem-vezető hőzáró rétegeket, a bevonat leválását, repedéseit és a bevonat forgácsolását, ami megnehezíti a jól-formázott kis lyukak létrehozását.
Az ultragyors lézeres megmunkálási technológia fejlődésével a femtoszekundumos lézereket a turbinalapátokon bevonatleválás vagy repedés nélküli, műszaki követelményeknek megfelelő méretű gázlyukak kialakítására alkalmazzák. Ez új technológiát biztosít a gázfólia lyukak előállításához a repülőgépmotor-alkatrészekben.
A hőgáttal bevont turbinalapátokon található számos gázfólia hűtőfurat megmunkálása kulcsfontosságú a nagy tolóerő-/-tömeg arányú, nagy-teljesítményű motorok alkalmazásához, így magasabb követelményeket támasztanak a bevonatos lapátok megmunkálásával szemben. A femtoszekundumos lézeres mikro{5}}lyukmegmunkálási technológia a nagy pontosság, a kiváló minőség és a hidegmegmunkálás előnyeivel kiváló-minőségű mikro-lyukmegmunkálást tesz lehetővé a motorok számára. A femtoszekundumos lézeres fúrási technológia folyamatos fejlesztésével most már lehetséges a gázfólia lyukak nagy-precíziós megmunkálása a hőgáttal bevont pengéken újraolvadt rétegek, mikro-repedések vagy hő{13}}mentesen, miközben gondoskodik arról, hogy a fekete feldolgozás után ne vonja le a feketés gátat vagy bevonatot. Ezért a femtoszekundumos lézeres mikro{15}}lyukfeldolgozási technológia fontos módszerré válhat a hőgáttal bevont turbinalapátokon lévő gázfilm-lyukak előállításához.
(2) Fólia hűtőfuratainak megmunkálása a repülőgép-hajtóművek égésterében
A lángcső a repülőgép-motor égésterének fő alkotóeleme, és az egyik legfontosabb hőálló alkatrésze{0}. Annak érdekében, hogy a lángcső stabilan és folyamatosan működjön extrém magas hőmérsékleti viszonyok között is, le kell hűteni. Jelenleg egy általános módszer a bevonatok és a perforációk kombinációját foglalja magában. A hosszú-impulzusú lézeres megmunkálás olyan hibákat okozhat, mint például a bevonat ablációja, fröccsenése és az élek letöredezése, amelyek jelentősen befolyásolják a lángcső élettartamát. Jelenleg a pikoszekundumos lézeres megmunkálással olyan filmhűtő lyukakat lehet előállítani, amelyeknél nincs nagy-felületi rétegvesztés vagy hámlás, és amelyek mérete megfelel a műszaki követelményeknek, amint az a 2. és 3. ábrán látható.
(3) Különleges alakú hornyok megmunkálása -aeromotorokban
A tömítési teljesítmény jelentős hatással van a repülőgép-hajtóművek teljesítményére. Az elmúlt években a repülési ipar fejlődésével a hajtóművek teljesítménye folyamatosan javult, az üzemeltetési feltételek pedig egyre bonyolultabbá váltak. A motortömítések meghibásodása miatti meghibásodások egyre nőnek, és ezeket a problémákat sürgősen orvosolni kell. Ezért új követelményeket javasoltak a motortömítési technológiára vonatkozóan. Az ujjhegyes tömítések egy új típusú eszköz, amely a repülőgép-hajtóművek fő csapágykamrájának és légáramlási útvonalainak tömítésére használható. Az ujjhegyes tömítés alkatrészek megmunkálása nagy pontosságot igényel. A jelenlegi mechanikai megmunkálás, az elektromos kisüléses megmunkálás és a hosszú{6}}impulzusú lézeres megmunkálás nem képes megoldani az olyan problémákat, mint a feldolgozás során keletkező vetemedés és deformáció. A femtoszekundumos lézerek azonban rendkívül nagy energiasűrűségüknek és nagyon rövid feldolgozási idejüknek köszönhetően nagy hatékonyságot és pontosságot biztosítanak a megmunkálási folyamatban. Nem jelennek meg olyan hibák, mint például újraöntött rétegek, repedések vagy sorja az ujjheggyel rendelkező tömítések alkatrészein, így új módszert biztosítanak a speciális -formájú hornyok megmunkálására a nagy pontosságú{10}}repülőmotor-alkatrészekben.
03
Következtetések és kilátások
Fejlett anyagfeldolgozási és gyártási technológiaként az ultragyors lézeres feldolgozás széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik a repülőgép-hajtóművek gyártása területén. Az ultragyors lézeres feldolgozás mérnöki alkalmazása során különböző lézeres folyamatparamétereket kell kiválasztani az anyagjellemzők szerint, hogy csökkentsék a folyamatlépéseket, javítsák a feldolgozási hatékonyságot, valamint biztosítsák az anyagképző minőség és méretek pontosságát. Az ultragyors lézertechnológia fejlesztésével és a folyamatoptimalizálás fejlesztésével hatékonyan megoldódnak az olyan problémák, mint az alacsony feldolgozási hatékonyság és a korlátozott megmunkálható vastagság. Ezenkívül a kettős-impulzuslézeres feldolgozási technológia, amely ötvözi az ultragyors lézeres feldolgozást a hosszú-impulzuslézeres feldolgozással, a minőség és a hatékonyság javításának jövőbeli iránya lesz.
