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光纤激光器对航天钻孔的重要影响

时间:2014-1-3 14:08:38     来源:汕头市博特激光电子科技有限公司  

     光纤激光器

     

     光纤激光器能够很容易的达到Nd:YAG激光器加工过程的各种参数指标,而且,光纤激光器具有高速、极大地降低维护成本的优势,并提高加工参数标准。 20kW的光纤激光器在连续功率为20kW和调制频率>5000Hz时可实现运作。这种激光器价格昂贵,难以发挥高重复率的优势。专门为满足航空钻孔需要 而研发的一款新型准连续QCW高脉冲能量光纤激光器应用而生。其具有极其出色的脉冲功率和能量稳定性,同时兼具高峰值功率,极佳的光束质量和优异的加工表 现,这些均超过了当今航天工业钻孔的要求。此款光纤激光器提供5 种型号, 峰值功率涵盖从9kW-20kW、实际连续功率从900W-2kW。同时成本效益也远远低于传统的灯泵浦Nd:YAG激光器。

     

    当代航天工业中,涡轮发动机的制造过程中通常需要钻出数量多达成千上万的孔。这些孔被钻成不同的形状、厚度和大小,分散在涡轮发动机的叶片、螺旋桨、汽 缸、燃烧室中,从而用来给各种器件散热。这些由超耐热不锈钢制成的器件表面覆盖着若干层热障涂层(TBC)材料。如今的钻孔技术还满足不了引擎制造在商业 和军事方面的需求,光纤激光器的出现弥补了这个不足且使钻孔工艺水平得到提高。

    冲击钻孔所用的Nd:YAG激光器一般平均功率是200W,其峰值功率可达到20kW。与此同时,激光脉冲宽度一般从600微秒到1毫秒,伴随的峰值功率为10-20kW。  一些孔要求脉冲功率为20焦耳,这一限度的脉冲重复率为10pps。这些激光的脉冲持续时间可以更长并产生更快的钻孔速度。然而,再生层的趋势使得形成特定规格孔状变得越来越难

     

    当使用光纤激光器时,不同的脉冲宽度会形成一种新的控制特征。不同于在穿透之后采用额外脉冲排列孔的大小,以提高对背侧钻击的关注,现在,一个新的脉冲宽 度参数可被编程并限制背侧的损坏。截面分析表明,当使用多重脉冲激光来钻孔时,如果激光在盲孔底部钻透前停止了,那么其形状将呈现顶盖轮廓。在类似实验中 采用Nd:YAG激光器,底部的孔轮廓呈现一个高斯型热中心,这种曲线很难形成更大直径的孔,不过仍然满足当前需要的要求。而光纤激光器在钻透时其孔大小 恰好满足特定规格要求。

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