سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل بهعنوان ماده ترجیحی برای-قطعات ساختاری داغ موتورهای هوا-، چالشهای مهمی را برای تهیه سوراخهای خنککننده فیلم با کیفیت بالا به دلیل سختی و استحکام ذاتی خود ایجاد میکنند. فناوری پردازش لیزر هدایت شونده با آب پتانسیل قابل توجهی در ساخت سوراخ های خنک کننده فیلم نشان داده است، اما کاربرد مهندسی آن به دلیل هماهنگی بین کیفیت پردازش و کارایی محدود شده است. برای پرداختن به این مشکل، این مطالعه از یک حالت جفت نوری-چند فوکوس-برای دستیابی به جفت کارآمد لیزر با قدرت 1064 نانومتر با جت آب پایدار استفاده کرد. علاوه بر این، یک استراتژی حفاری برش حلقوی چند گذری از داخل به بیرون معرفی شد و اثرات انرژی تک پالس لیزر، سرعت اسکن و فرکانس پالس بر روی مورفولوژی سطح سوراخ و دقت هندسی با استفاده از روش متغیر کنترل بررسی شد. بر این اساس، حفرههای میکرو{16} تهیهشده تحت پارامترهای فرآیند بهینهشده، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیفسنجی پراکنده انرژی، تجزیه و تحلیل و تأیید شدند. نتایج نشان میدهد که انرژی تک پالس پارامتر کلیدی برای دستیابی به سوراخهای کوچک است. با افزایش مناسب سرعت اسکن و فرکانس پالس، رسوب مذاب و اثرات انباشت حرارتی را می توان به طور موثر کاهش داد، در نتیجه مورفولوژی سطح و دقت ماشینکاری ریز{21}}سوراخ ها را بهبود داد. به طور خاص، وقتی انرژی تک پالس روی 0.8 میلی ژول تنظیم شود، سرعت اسکن روی 25 میلیمتر بر ثانیه، و فرکانس پالس روی 300 کیلوهرتز، سوراخهای میکرو{28} با کیفیت بالا با قطر ورودی 820 میکرومتر و مخروطی 0.32 ثانیه در حدود 0 درجه قابل ساخت هستند. ریزساختار و توزیع عنصری ریز-سوراخها تأیید میکند که پردازش لیزری هدایتشونده با آب عملکرد عالی در کاهش لایههای ریختهشده مجدد، به حداقل رساندن ناحیه تحت تأثیر حرارت-و حفظ صافی دیواره سوراخ از خود نشان میدهد.
کلمات کلیدی: لیزر هدایت شونده با آب. آلیاژ مبتنی بر نیکل-. سوراخ های خنک کننده فیلم؛ برش حلقوی چند-; مکانیزم پردازش بهعنوان ماده ترجیحی برای اجزای ساختاری داغ-موتورهای هوا-، سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل-به دلیل سختی و استحکام ذاتی بالا، چالشهای مهمی را برای تهیه سوراخهای خنککننده فیلم با کیفیت بالا ایجاد میکنند. فناوری پردازش لیزر هدایت شونده با آب پتانسیل قابل توجهی در ساخت سوراخ های خنک کننده فیلم نشان داده است، اما کاربرد مهندسی آن به دلیل هماهنگی بین کیفیت پردازش و کارایی محدود شده است. برای پرداختن به این مشکل، این مطالعه از یک{10}}حالت جفت نور{11}}چند فوکوس آب برای دستیابی به جفت کارآمد لیزر با قدرت 1064 نانومتر با جت آب پایدار استفاده کرد. علاوه بر این، یک استراتژی حفاری برش حلقوی چند پاسی از داخل به بیرون معرفی شد و اثرات انرژی تک پالس لیزر، سرعت اسکن و فرکانس پالس بر روی مورفولوژی سطح سوراخ و دقت هندسی با استفاده از روش متغیر کنترل بررسی شد. بر این اساس، حفرههای ریز تهیهشده تحت پارامترهای فرآیند بهینهسازی شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیفسنجی پراکنده انرژی آنالیز و تأیید شدند. نتایج نشان میدهد که انرژی تک پالس پارامتر کلیدی برای دستیابی به سوراخهای کوچک است. با افزایش مناسب سرعت اسکن و فرکانس پالس، رسوب مذاب و اثرات انباشت حرارتی را می توان به طور موثر کاهش داد، در نتیجه مورفولوژی سطح و دقت ماشینکاری سوراخ های ریز را بهبود داد. به طور خاص، هنگامی که انرژی تک پالس روی 0.8 میلی ژول تنظیم شود، سرعت اسکن روی 25 میلیمتر بر ثانیه، و فرکانس پالس روی 300 کیلوهرتز، سوراخهای میکرو{31} با کیفیت بالا با قطر ورودی 820 میکرومتر و مخروطی 0.32 ثانیه در حدود 0 درجه قابل ساخت هستند. ریزساختار و توزیع عنصری ریز{36}}سوراخها تأیید میکند که پردازش لیزری هدایتشونده با آب عملکرد عالی در کاهش لایههای ریختهشده مجدد، به حداقل رساندن منطقه تحت تأثیر حرارت-و حفظ صافی دیواره سوراخ از خود نشان میدهد.
کلمات کلیدی: لیزر هدایت شونده با آب. آلیاژ مبتنی بر نیکل-. سوراخ های خنک کننده فیلم؛ برش حلقوی چند-; مکانیزم پردازش
این مطالعه استفاده از لیزر هدایتشونده آب 1064 نانومتری را برای حفاری حلقوی Inconel 718 مورد بررسی قرار میدهد. مکانیسمهایی را که توسط آن پارامترهای فرآیند کلیدی مانند انرژی تک پالس، سرعت اسکن و فرکانس پالس بر مورفولوژی و دقت هندسی میکروچالهها تأثیر میگذارند، توضیح میدهد. بر اساس این یافته ها، رویکرد بهینه برای دستیابی به حفاری با راندمان بالا و دقت بالا تعیین می شود. نتیجهگیریهای اصلی به شرح زیر خلاصه میشوند: (1) اتخاذ استراتژی حفاری لیزری هدایتشونده -از داخل به خارج از آب حلقوی چند پاسی{10}}میتواند اثر شستشوی جت آب بر روی مواد مذاب را افزایش دهد، و گرما-منطقه تحتتاثیر و سطح مواد مذاب باقیمانده در ورودی{2}} را کاهش دهد. (2) هنگام پردازش حفرههای Inconel 718 میکرو{16}}با یک لیزر هدایتشونده آب با طول موج 1064 نانومتر، ترکیب بهینه پارامترهای فرآیند عبارتند از: انرژی تک پالس 0.8 میلیژول، سرعت اسکن 20 میلیمتر بر ثانیه، و فرکانس پالس لیزر 300 کیلوهرتز. تحت این پیکربندی پارامتر، سوراخهای میکرو{24} با کیفیت بالا با قطر ورودی 822.7 میکرومتر، دایرهای 0.9893، مخروطی 0.32 درجه و زبری سطح Sa کمتر از 9.58 میکرومتر قابل تولید هستند. (3) بر اساس ویژگیهای مورفولوژی مقطعی سوراخهای کوچک پردازششده توسط لیزر هدایتشونده آب، سطح سوراخ ریز را میتوان به چهار ناحیه متمایز تقسیم کرد: منطقه تحکیم مجدد، منطقه برآمدگی، منطقه فرورفتگی و ناحیه شکست. ناحیه انجماد مجدد و ناحیه شکست به ترتیب مورفولوژی منحصر به فرد در ورودی و خروجی ریز{35}}سوراخ را نشان می دهند. ناحیه برآمدگی و ناحیه فرورفتگی در امتداد کل دیواره ریز{37}}حفره توزیع شدهاند و مکانیسم تشکیل آنها ارتباط نزدیکی با اثر فتوترمال و ویژگیهای گرمایش و سرمایش سریع در طول پردازش لیزر هدایتشونده دارد. (4) مشاهدات میکرو{41}ورودی، خروجی، و نمایه دیوار سوراخ نشان میدهد که پردازش لیزر هدایتشونده با آب، عملکرد عالی در کاهش لایههای بازسازیشده و گرما{43} و حفظ پاکیزگی دیواره سوراخ از خود نشان میدهد. این فناوری به طور موثر اثرات حرارتی و آسیب اکسیداسیون مرتبط با{45}}پردازش لیزر پالس معمولی را کاهش میدهد و در نتیجه به ماشینکاری با کیفیت{46} و کارایی بالا- Inconel 718 دست مییابد.
