[发明专利]飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法

权利要求书

1.一种飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.定位：对待加工空心涡轮叶片进行姿态调整，对制孔位置进行精确定位和坐标记录；

S2.分步进行飞秒激光旋切，包括飞秒激光快速旋切通孔和飞秒激光精细旋切目标孔。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，

所述S1前还包括以下步骤：S0.对待加工空心涡轮叶片的空腔使用填充物进行填充，用以避免激光对叶片后壁的损伤，所述S2后还包括以下步骤：S3.去除填充物。

3.根据权利要求1或2所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：

S21.第一步飞秒激光快速旋切：进行第一步飞秒激光旋切快速预制通孔；

S22.第二步飞秒激光精细旋切：优化加工参数，进行第二步飞秒激光旋切制备规定尺寸的目标孔。

4.根据权利要求2所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在所述S3后还包括以下步骤：

S4.对加工形成的气膜孔几何尺寸和表面质量检测。

5.根据权利要求2所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S0中，所述的填充物为刚玉砂；定位的夹具根据涡轮叶片的榫头尺寸设计。

6.根据权利要求1所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S1中，通过调整x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度α、β、γ，用以实现待加工叶片的任意姿态调整。

7.根据权利要求6所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S2中，螺旋旋切扫描的直径可以通过起始孔径角𝜃1和结束孔径角𝜃2进行调节，加工气膜孔孔径范围为0.2-1.4mm；扫描孔径和孔径角的关系为：，式中，f：聚焦镜焦距，单位为mm；a：光楔角，单位为°；n：折射率；𝜃：孔径角，也称偏转光楔组相位差。

8.根据权利要求3所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S21中，预制通孔的尺寸小于目标孔尺寸，并且可采用较为激进的加工参数，以快速实现第一步旋切通孔。

9.根据权利要求3所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S22中，优化的加工参数主要有激光器功率P、激光重复频率F、激光离焦量b、起始孔径角𝜃1、结束孔径角𝜃2、旋转速度V、螺旋扫描线间距l、单层螺旋扫描时间t、单层扫描焦点下移量h，在制孔的过程中调整这些参数。

10.根据权利要求4所述的飞秒激光分步旋切加工高质量涡轮叶片冷却气膜孔的方法，其特征在于，在步骤S4中，几何尺寸包括气膜孔的孔径、圆度、锥度指标，表面质量包括再铸层、热影响区、微裂纹、孔壁粗糙度指标。