Als het voorkeursmateriaal voor de warme- structurele componenten van vliegtuig- motoren, vormen op nikkel- gebaseerde superlegeringen aanzienlijke uitdagingen voor de voorbereiding van hoogwaardige- filmkoelgaten vanwege hun inherente hoge hardheid en sterkte. Water-geleide laserverwerkingstechnologie heeft een aanzienlijk potentieel laten zien bij de fabricage van filmkoelgaten, maar de technische toepassing ervan wordt beperkt door de coördinatie tussen verwerkingskwaliteit en efficiëntie. Om dit probleem aan te pakken, werd in dit onderzoek gebruik gemaakt van een multi-focus water-lichtkoppelingsmodus om een efficiënte koppeling van een 1064 nm hoge- laser met een stabiele waterstraal te bereiken. Daarnaast werd een meer-ringssnijdende boorstrategie van binnen naar buiten geïntroduceerd, en werden de effecten van enkele-laserpulsenergie, scansnelheid en pulsfrequentie op de oppervlaktemorfologie en geometrische nauwkeurigheid van de micro-gaten onderzocht met behulp van de controlevariabelemethode. Op basis hiervan werden micro-gaatjes die waren voorbereid onder geoptimaliseerde procesparameters geanalyseerd en geverifieerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie en energiedispersieve spectroscopie. De resultaten geven aan dat enkele-pulsenergie de belangrijkste parameter is voor het bereiken van resultaten door micro-gaatjes. Door de scansnelheid en pulsfrequentie op de juiste manier te verhogen, kunnen smeltafzetting en thermische accumulatie-effecten effectief worden beperkt, waardoor de oppervlaktemorfologie en bewerkingsnauwkeurigheid van de microgaten worden verbeterd. Wanneer de energie van de enkele-puls is ingesteld op 0,8 mJ, de scansnelheid op 25 mm/s en de pulsfrequentie op 300 kHz, kunnen in ongeveer 60 seconden hoogwaardige micro-microgaten met een ingangsdiameter van 820 μm en een tapsheid van 0,32 graden worden vervaardigd. De microstructuur en elementaire verdeling van de micro-gaten bevestigen dat water-geleide laserverwerking uitstekende prestaties levert bij het verminderen van herschikte lagen, het minimaliseren van de door hitte-beïnvloede zone en het behouden van de gladheid van de gatwand.
Trefwoorden: water-geleide laser; legering op nikkel-basis; filmkoelgaten; multi-ringvormig snijden; verwerkingsmechanisme Als het voorkeursmateriaal voor de warme- structurele componenten van vliegtuig-motoren, vormen op nikkel-gebaseerde superlegeringen aanzienlijke uitdagingen voor de voorbereiding van hoogwaardige- filmkoelgaten vanwege hun inherente hoge hardheid en sterkte. Water-geleide laserverwerkingstechnologie heeft een aanzienlijk potentieel laten zien bij de fabricage van filmkoelgaten, maar de technische toepassing ervan wordt beperkt door de coördinatie tussen verwerkingskwaliteit en efficiëntie. Om dit probleem aan te pakken, werd in dit onderzoek gebruik gemaakt van een multi-focus water-lichtkoppelingsmodus om een efficiënte koppeling van een 1064 nm hoge- laser met een stabiele waterstraal te bereiken. Daarnaast werd een meer-ringssnijdende boorstrategie van binnen naar buiten geïntroduceerd, en werden de effecten van enkele-laserpulsenergie, scansnelheid en pulsfrequentie op de oppervlaktemorfologie en geometrische nauwkeurigheid van de micro-gaten onderzocht met behulp van de controlevariabelemethode. Op basis hiervan werden micro-gaten die waren geprepareerd onder geoptimaliseerde procesparameters geanalyseerd en geverifieerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie en energiedispersieve spectroscopie. De resultaten geven aan dat enkele-pulsenergie de belangrijkste parameter is voor het bereiken van resultaten door micro-gaatjes. Door de scansnelheid en pulsfrequentie op de juiste manier te verhogen, kunnen smeltafzetting en thermische accumulatie-effecten effectief worden beperkt, waardoor de oppervlaktemorfologie en bewerkingsnauwkeurigheid van de microgaten worden verbeterd. Als de energie van de enkele-puls is ingesteld op 0,8 mJ, de scansnelheid op 25 mm/s en de pulsfrequentie op 300 kHz, kunnen in ongeveer 60 seconden hoogwaardige micro-microgaten met een ingangsdiameter van 820 μm en een tapsheid van 0,32 graden worden vervaardigd. De microstructuur en elementaire verdeling van de micro-gaten bevestigen dat water-geleide laserverwerking uitstekende prestaties levert bij het verminderen van herschikte lagen, het minimaliseren van de door hitte-beïnvloede zone en het behouden van de gladheid van de gatwand.
Trefwoorden: water-geleide laser; legering op nikkel-basis; filmkoelgaten; multi-ringvormig snijden; verwerkingsmechanisme
Deze studie onderzoekt het gebruik van een water-geleide laser met een golflengte van 1064 nm voor het ringvormig boren van Inconel 718. Het verheldert de mechanismen waarmee belangrijke procesparameters zoals enkelvoudige pulsenergie, scansnelheid en pulsfrequentie de morfologie en geometrische nauwkeurigheid van micro-gaten beïnvloeden. Op basis van deze bevindingen wordt de optimale aanpak voor het bereiken van hoge-efficiëntie en hoge-precisieboringen bepaald. De belangrijkste conclusies kunnen als volgt worden samengevat: (1) Het toepassen van een 'van binnen naar buiten' multi{9}}ringvormige water-geleide laserboorstrategie kan het schurende effect van de waterstraal op gesmolten materiaal versterken, waardoor de door hitte-beïnvloede zone en het resterende gesmolten materiaal bij het ingangsoppervlak van de micro-gaten worden verminderd. (2) Bij het verwerken van Inconel 718 micro-gaten met een water-geleide laser met een golflengte van 1064 nm, is de optimale combinatie van procesparameters: enkele pulsenergie 0,8 mJ, scansnelheid 20 mm/s en laserpulsfrequentie 300 kHz. Onder deze parameterconfiguratie kunnen hoogwaardige micro-gaten worden geproduceerd met een ingangsdiameter van 822,7 µm, een rondheid van 0,9893, een tapsheid van 0,32 graden en een oppervlakteruwheid Sa van minder dan 9,58 µm. (3) Gebaseerd op de sectionele morfologische kenmerken van micro-gaten verwerkt door water-geleide lasers, kan het oppervlak van het micro-gat worden verdeeld in vier verschillende gebieden: resolidificatiezone, uitsteekselzone, depressiezone en breukzone. De resolidificatiezone en de breukzone vertegenwoordigen respectievelijk de unieke morfologie bij de ingang en uitgang van het micro-gat. De uitsteekselzone en de depressiezone zijn verdeeld over de gehele micro-wand van de gaten, en hun vormingsmechanisme hangt nauw samen met het fotothermische effect en de snelle verwarmings- en afkoelingseigenschappen tijdens de water-geleide laserbewerking. (4) Uit observaties van de ingang, uitgang en het wandprofiel van de micro{41}}gaten blijkt dat water-geleide laserverwerking uitstekende prestaties levert bij het reduceren van de herschikte laag en de{43}} door hitte beïnvloede zone en het behouden van de reinheid van de gatwand. Deze technologie vermindert effectief de thermische effecten en oxidatieschade die gepaard gaan met conventionele lange-pulslaserverwerking, waardoor hoge-kwaliteit en hoog-efficiënte bewerking van Inconel 718 wordt bereikt.
