[发明专利]用激光器脉冲钻孔工件的方法和装置

说明书

本发明涉及通过脉冲激光器钻孔部件，特别地涡轮发动机部件的方法。

对大量的涡轮发动机部件钻孔以形成，例如用于通过冷却空气流的孔口。这特别地应用于涡轮机固定叶片和叶片，并且也应用于燃烧室壁，该壁可以包括几千个冷却孔口。

为了确保这些部件的有效冷却和为了避免缩短它们的使用期限，钻孔的孔口必须具有特定的形状，并且它们在它们的内壁上必须不能有微裂纹。而且，用于钻孔的技术必须尽可能小的影响部件的材料坚固性。

已知三种不同的技术用于钻孔涡轮发动机部件，目的是形成冷却孔口：通过尖锐的工具钻孔，电火花加工(EDM)和激光器脉冲钻孔。

通过尖锐的工具钻孔不适于制造小直径的孔口(例如，范围位于0.4毫米(mm)到1.5mm)。EDM钻孔适于制造小尺寸的孔口。然而，因为实施这种类型的钻孔是相对昂贵的，它仅用于钻孔具有少数量冷却孔口的部件。

通过激光器脉冲(即，使用YAG类型激光器)钻孔也可以钻孔小尺寸的孔口。然而，现有技术的激光器装置仅用于制造少数量的连续孔口，因为它们是不稳定的，因此这种装置已经使用一定时间长度后，孔口形状的质量和重复性降低。举例说明，已经发现当激光器钻孔装置用于制造圆形截面的孔口时，装置已经使用一定时间长度后钻孔的孔口具有有些椭圆形的截面。该装置因此只能用于相对短的持续时间，并且在两次连续使用之间它需要休息相对长的时间周期。

脉冲激光器通常包括其中已经安装有用于产生激光脉冲的实心棒的腔室。通常地，棒是长形形状和形成增强介质，其中光子从腔室中所安装的至少一个闪光灯发射到该增强介质中。两面镜子，其中一个是部分地反射，设置在棒的纵向端。激光器腔室也具有温度传感器，它连接检测装置，当腔室的温度达到一定阈值时，该检测装置用于警告操作者。为了避免激光器腔室达到阈值，它在工作的同时被冷却。

在现有技术中，激光器腔室的温度由此不考虑用于控制或程序化激光发生器。上述腔室阈值的温度是恒定的，与待要被钻孔的部件或孔口的特征无关，并且它仅仅是为了确保激光发生器的最佳使用寿命而被确定的。

本发明的目的是提供针对上述问题的简单、有效和廉价的方案，该上述问题与使用用于部件中钻孔孔口的脉冲激光器相关。

本发明提供了通过具有(控制温度的)腔室的脉冲激光发生器，钻孔部件，特别地涡轮发动机部件的方法，其中腔室中安装有能够产生激光束的实心棒。

为此，本发明提供了通过包括腔室的脉冲激光发生器，钻孔部件，特别地涡轮发动机部件的方法，其中腔室中安装有实心激光脉冲发生器棒，该方法包括步骤，该步骤包括确定用于在部件中形成预定直径的孔口的激光发生器的大量工作参数的值，并且该方法特征在于它包括根据待要被制造的孔口的特征和/或待要被钻孔的部件的材料的特征，确定用于激光发生器的腔室温度的设定点值，以及在钻孔孔口时伺服控制腔室温度达到该设定点值。

发明人已经发现安装棒的激光发生器腔室的温度对激光发生器所输送的功率有影响，因此对所钻孔的孔口的几何学具有影响，并且对这些孔口内壁中微裂纹的出现有影响。

举例说明，激光发生器的工作参数是脉冲频率(F)，脉冲数量，一次脉冲的持续时间(Tp)，和/或激光发生器的最大功率的百分数(H％)。该功率参数H％是设定点，例如，通过改变供应给它的闪光灯的功率，该设定点能够导致激光发生器以其最大功率的一部分或以全功率(H％＝100)工作。选择相对高的参数H％(至少大于25％)以确保腔室和激光束功率的稳定性可以是有利的。

根据本发明，用于腔室的预定温度加入到控制激光器时需要考虑的参数，并且在整个钻孔过程中维持该温度基本上恒定。

该方法优选地包括步骤，该步骤包括确定用于腔室温度的设定点值，在该设定点值，激光发生器转动和输送用于预定工作参数的最大能量。因此，在用于转动激光器的腔室温度进行钻孔。需要确保该温度在±3℃内。只要满足温度设定点，就可以能够激活激光束的光闸。对于恒定的工艺参数，激光器腔室温度的任何变化(上述范围以外)都可以有激光发生器“不转动”的影响。

当激光器工作时，在设定点值附近调节发生器腔室的温度，因此确保钻孔具有良好的质量和是可重复的。激光发生器可以用于比现有技术中更长的周期。并且只有发现它难以或不可能维持设定点值附近的腔室温度时，它才需要休息(然而，当装置用于冷却腔室时，这发生的风险是小的)。

本发明不同于现有技术，特别地在于发生器腔室的温度构成了可调节的工作参数，控制和调节该可调节的工作参数以最佳化钻孔的特征。