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この記事の紹介
超高速レーザー技術は、非常に短時間で高強度の光パルスを生成する高度な技術であり、航空宇宙分野での応用がますます注目を集めています。{0}この技術は、測定、製造、通信における優れたパフォーマンスで知られており、航空宇宙工学に広く応用されることで、航空機の性能と安全性を向上させる新たな可能性がもたらされます。
超高速レーザーとは一般に、パルス幅が 10^-12 秒未満のレーザーを指し、主にフェムト秒レーザー (1 fs=10^-15 秒) とピコ秒レーザー (1 ps=10^-12 秒) が含まれます。超高速レーザー パルスは非常に短い持続時間で動作するため、非常に高いピーク パワーを瞬時に生成できます。したがって、光熱効果を通じて材料に作用する一般的なレーザー加工方法とは異なり、超高速レーザーの加工メカニズムは直接的な電子状態吸収であり、エネルギーを材料の格子に伝達し、その結合を破壊し、最終的にプラズマとして放出します。さらに、通常の連続レーザーによる熱加工とは異なり、超高速レーザー加工は「冷間加工」方法に近いものになります。レーザーと材料の間の相互作用メカニズムの観点から見ると、フェムト秒レーザー加工は、高精度、最小限の熱影響ゾーン、熱溶融なし、リキャスト層なし、マイクロクラックなしを実現できます。これは、航空エンジンのタービンブレードの膜冷却穴形成の表面の完全性を向上させる最良の方法の 1 つです。
02 具体的な用途 (1) 航空エンジンタービンブレードのガス膜穴加工
航空エンジンの中核コンポーネントであるタービンブレードの設計、製造品質、動作性能は、エンジンの耐用年数に影響を与えます。一般に、ブレードに高靱性、高可塑性、耐食性、および高温耐性を与えるために、高温合金の表面に遮熱コーティングが施されます。-。さらに、表面にはガス膜の穴構造が設計されています。コンポーネント内部から冷気を放出し、小さな穴を通して空気の流れを作り出すことで、表面に保護冷気膜が形成され、高温ガスを隔離してコンポーネントを保護します。しかし、放電加工や長パルスレーザー加工などの現在の加工方法には、非導電性遮熱層、コーティングの層間剥離、亀裂、コーティングの欠けなどの欠点があり、適切な形状の小さな穴を形成することが困難です。-
超高速レーザー加工技術の発展により、フェムト秒レーザーは、コーティングの剥離や亀裂を生じさせることなく、技術要件を満たす寸法でタービンブレードにガス穴を形成するために使用されるようになりました。これにより、航空エンジン部品にガス膜穴を製造するための新しい技術が提供されます。
遮熱{0}}コーティングされたタービンブレードに多数のガス膜冷却穴を加工することは、高推力-重量比-高性能エンジンの用途に不可欠であるため、これらのコーティングされたブレードの加工にはより高い要件が課せられます。フェムト秒レーザー微細孔加工技術は、高精度、高品質、冷間加工という利点を備えており、エンジン用の高品質な微細孔加工を可能にします。{6}{6}フェムト秒レーザー穴あけ技術の継続的な改善により、加工後に遮熱コーティングが黒くなったり剥がれたりすることなく、再溶解層、微小亀裂、熱影響部を生じさせることなく、遮熱コーティングされたブレード上の-ガス膜穴の高精度加工-を実現できるようになりました。-したがって、フェムト秒レーザー微細孔加工技術は、遮熱層-でコーティングされたタービンブレードにガス膜孔を製造するための重要な方法となる準備が整っています。
(2) 航空エンジンの燃焼室におけるフィルム冷却穴の加工
火炎管は航空エンジンの燃焼室の主要コンポーネントであり、最も重要な耐熱部品の 1 つです。{0}}極度の高温条件下で火炎管が安定して継続的に動作するようにするには、火炎管を冷却する必要があります。-現在、一般的な方法には、コーティングと穿孔の組み合わせが含まれます。ロングパルスレーザー加工を使用すると、コーティングの剥離、飛散、エッジの欠けなどの欠陥が発生する可能性があり、火炎管の耐用年数に大きな影響を与えます。現在、ピコ秒レーザー加工を使用すると、図 2 と 3 に示すように、表面に大きな面積の剥離や剥離がなく、技術要件を満たす寸法のフィルム冷却穴を作成できます。-
(3) 航空エンジンの特殊な-形状の溝の加工
シール性能は航空エンジンの性能に重要な影響を与えます。近年、航空産業の発展に伴いエンジンの性能は向上の一途をたどっており、運用条件はますます複雑化しています。エンジンシールの不具合による故障は増加傾向にあり、早急に対応する必要があります。したがって、エンジンのシール技術に対して新たな要件が提案されています。フィンガーチップシールは、航空エンジンのメインベアリングチャンバーと空気流路をシールするために使用できる新しいタイプのデバイスです。指先シール部品の加工には高い精度が要求されます。現在の機械加工や放電加工、ロングパルスレーザー加工では、加工中に発生する反りや変形などの問題を解決できません。ただし、フェムト秒レーザーは、エネルギー密度が非常に高く、加工時間が非常に短いため、加工プロセスにおいて高い効率と精度が保証されます。指先シールのコンポーネントには再鋳造層、亀裂、バリなどの欠陥が発生せず、高精度の航空エンジン部品に特殊な形状の溝を加工するための新しい方法が提供されます。-
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結論と展望
高度な材料処理および製造技術として、超高速レーザー加工は航空宇宙エンジン製造の分野で幅広い応用の可能性を秘めています。超高速レーザー加工のエンジニアリング用途では、プロセスステップを削減し、加工効率を向上させ、材料成形の品質と寸法の精度を確保するために、材料の特性に応じて異なるレーザープロセスパラメータを選択する必要があります。超高速レーザー技術の開発とプロセスの最適化の向上により、低い加工効率や加工可能な厚さの制限などの問題は効果的に解決されるでしょう。さらに、超高速レーザー加工と長パルス レーザー加工を組み合わせたデュアルパルス レーザー加工技術-は、品質と効率を向上させるための将来の方向性となります。
