[发明专利]一种带热障涂层涡轮叶片气膜孔激光复合加工装置与方法

说明书

一种带热障涂层涡轮叶片气膜孔激光复合加工装置与方法，包括大理石底座，大理石底座中部设有第一、第二龙门柱，第一龙门柱上设置水导激光加工系统，第二龙门柱上设置飞秒激光加工系统；大理石底座的一侧设有激光器系统，大理石底座的另一侧安装有X轴平台；X轴平台上安装有Y轴平台，Y轴平台上安装有B轴平台，B轴平台上安装有C轴平台，C轴平台放置有水箱和夹具；第一龙门柱和第二龙门柱组合形成双工位加工装置；加工时，先利用水导激光进行带热障涂层涡轮叶片气膜群孔的预制加工，孔壁残留的重铸层和加工余量等缺陷再由飞秒激光进行去除；本发明整合了水导激光加工效率高和飞秒激光加工质量好的优点，实现了涡轮叶片气膜孔的高效高质加工。

技术领域

本发明涉及涡轮叶片的激光加工技术领域，具体涉及一种带热障涂层涡轮叶片气膜孔激光复合加工装置与方法。

背景技术

随着航空技术的快速发展，高推重比、高燃烧效率和低油耗成为发动机的发展趋势，这对发动机涡轮叶片的性能要求越来越高。当前，为了提高涡轮叶片的抗热冲击、耐高温、耐腐蚀和复杂应力能力，采用热障涂层技术和气膜孔冷却方式对涡轮叶片进行加工处理。

涡轮叶片气膜孔主要分布在叶片边缘、叶片型面等部位，其加工质量将直接影响涡轮叶片的使用寿命和稳定性。带热障涂层涡轮叶片气膜孔的高效高质加工成为国内外研究的一大难题。针对带热障涂层涡轮叶片气膜孔的加工，主要采取电加工工艺的方式，如电火花加工、电液束流加工技术等，然而，考虑到热障涂层具有不导电的特性，因而电加工方法无法实现陶瓷涂层的加工。激光加工技术因具有加工效率高、热影响区小、非接触加工等优势，成为了气膜孔加工的重要手段。

水导激光加工技术是将高能激光束耦合进微细水射流，水射流作为光纤使激光在水束内形成全反射，实现在水射流的传播，并由水射流将激光引导到工件表面实现对材料的去除。该方法具有很多优点，如无热损伤区、加工效率高、可加工大深径比结构。但水导激光加工孔壁质量较差。飞秒激光具有超快、高峰值功率的特性，几乎可以加工所有材料，飞秒激光加工的微小孔孔壁熔渣少、质量好，但效率较低、加工微孔锥度较大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是在于提供一种带热障涂层涡轮叶片气膜孔激光复合加工装置与方法，能够整合水导激光加工效率高和飞秒激光加工质量好的优点，实现带热障涂层涡轮叶片气膜孔的高效高质加工。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种带热障涂层涡轮叶片气膜孔激光复合加工装置，包括大理石底座1，大理石底座1中部设有第一龙门柱10和第二龙门柱3，第一龙门柱10和第二龙门柱3顶部通过龙门横梁9连接，第一龙门柱10上设置水导激光加工系统，第二龙门柱3上设置飞秒激光加工系统；大理石底座1的一侧设有激光器系统4，大理石底座1的另一侧安装有X轴平台20；

所述的激光器系统4包括安装在大理石底座1上的底板21，底板21上安装有纳秒激光光路系统22、飞秒激光光路系统23、纳秒激光器24和飞秒激光器25，纳秒激光光路系统22的输入和纳秒激光器24的输出连接，飞秒激光光路系统23的输入和飞秒激光器25的输出连接；

所述的X轴平台20上安装有Y轴平台2，Y轴平台2上安装有B轴平台19，B轴平台19上安装有C轴平台18，C轴平台18放置有水箱17和夹具16；

所述的水导激光加工系统包括第一龙门柱10上设置的Z1轴平台11，Z1轴平台11上放置有第一光路传输系统12，第一光路传输系统12和纳秒激光光路系统22的输出连接，第一光路传输系统12上方设置有水导耦合装置15、反射镜14、第一CCD相机和镜头13，第一CCD相机和镜头13与水导耦合装置15同轴安装；水导耦合装置15上设置有两个进液道，进液道用于输送高压水流，水流与纳秒激光复合实现水导激光加工；