Essendo il materiale preferito per i componenti strutturali hot-end dei motori aero-, le superleghe a base di nichel-presentano sfide significative per la preparazione di fori di raffreddamento a film di alta-qualità a causa della loro elevata durezza e resistenza intrinseche. La tecnologia di lavorazione laser-guidata dall'acqua ha mostrato un notevole potenziale nella realizzazione di fori di raffreddamento della pellicola, ma la sua applicazione ingegneristica è limitata dal coordinamento tra qualità ed efficienza della lavorazione. Per risolvere questo problema, questo studio ha utilizzato una modalità di accoppiamento della luce dell'acqua-multifocale-per ottenere un accoppiamento efficiente di un laser ad alta-potenza da 1064 nm con un getto d'acqua stabile. Inoltre, è stata introdotta una strategia di perforazione con taglio anulare multi-dall'interno verso l'esterno e sono stati studiati gli effetti dell'energia del singolo-impulso, della velocità di scansione e della frequenza degli impulsi sulla morfologia della superficie del micro-foro e sulla precisione geometrica utilizzando il metodo della variabile di controllo. Sulla base di ciò, i micro-fori preparati secondo parametri di processo ottimizzati sono stati analizzati e verificati utilizzando la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia a dispersione di energia. I risultati indicano che l'energia del singolo-impulso è il parametro chiave per ottenere risultati attraverso i micro-fori. Aumentando opportunamente la velocità di scansione e la frequenza degli impulsi, è possibile mitigare efficacemente gli effetti della deposizione di materiale fuso e dell'accumulo termico, migliorando così la morfologia superficiale e la precisione della lavorazione dei micro-fori. Nello specifico, quando l'energia del singolo-impulso è impostata su 0,8 mJ, la velocità di scansione su 25 mm/s e la frequenza dell'impulso su 300 kHz, è possibile realizzare microfori di alta-qualità-con un diametro di ingresso di 820 μm e una conicità di 0,32 gradi in circa 60 secondi. La microstruttura e la distribuzione elementare dei micro-fori confermano che la lavorazione laser-guidata dall'acqua mostra prestazioni eccellenti nel ridurre gli strati rifusi, minimizzare la zona-influenzata dal calore e mantenere la levigatezza delle pareti dei fori.
Parole chiave: laser-guidato dall'acqua; lega a base di nichel-; fori di raffreddamento della pellicola; taglio anulare multi-passaggio; meccanismo di lavorazioneEssendo il materiale preferito per i componenti strutturali hot-end dei motori aeronautici-, le superleghe a base di nichel-presentano sfide significative per la preparazione di fori di raffreddamento a pellicola di alta-qualità a causa della loro elevata durezza e resistenza intrinseche. La tecnologia di lavorazione laser-guidata dall'acqua ha mostrato un notevole potenziale nella realizzazione di fori di raffreddamento della pellicola, ma la sua applicazione ingegneristica è limitata dal coordinamento tra qualità ed efficienza della lavorazione. Per risolvere questo problema, questo studio ha utilizzato una modalità di accoppiamento multi-fuoco dell'acqua-luce per ottenere un accoppiamento efficiente di un laser ad alta-potenza da 1064 nm con un getto d'acqua stabile. Inoltre, è stata introdotta una strategia di perforazione con taglio anulare multi-dall'interno verso l'esterno e sono stati studiati gli effetti dell'energia del singolo-impulso, della velocità di scansione e della frequenza degli impulsi sulla morfologia della superficie del micro-foro e sulla precisione geometrica utilizzando il metodo della variabile di controllo. Sulla base di ciò, i micro-fori preparati secondo parametri di processo ottimizzati sono stati analizzati e verificati utilizzando la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia a dispersione di energia. I risultati indicano che l'energia del singolo-impulso è il parametro chiave per ottenere risultati attraverso i micro-fori. Aumentando opportunamente la velocità di scansione e la frequenza degli impulsi, è possibile mitigare efficacemente gli effetti della deposizione di materiale fuso e dell'accumulo termico, migliorando così la morfologia superficiale e la precisione della lavorazione dei micro-fori. Nello specifico, quando l'energia del singolo-impulso è impostata su 0,8 mJ, la velocità di scansione su 25 mm/s e la frequenza dell'impulso su 300 kHz, è possibile realizzare microfori-di alta qualità con un diametro di ingresso di 820 μm e una conicità di 0,32 gradi in circa 60 secondi. La microstruttura e la distribuzione elementare dei micro-fori confermano che la lavorazione laser-guidata dall'acqua mostra prestazioni eccellenti nel ridurre gli strati rifusi, minimizzare la zona-influenzata dal calore e mantenere la levigatezza delle pareti dei fori.
Parole chiave: laser-guidato dall'acqua; lega a base di nichel-; fori di raffreddamento della pellicola; taglio anulare multi-passaggio; meccanismo di elaborazione
Questo studio esplora l'uso del laser guidato dall'acqua con lunghezza d'onda di 1064 nm-per la perforazione anulare di Inconel 718. Chiarisce i meccanismi attraverso i quali parametri chiave del processo come l'energia del singolo impulso, la velocità di scansione e la frequenza degli impulsi influenzano la morfologia e l'accuratezza geometrica dei micro-fori. Sulla base di questi risultati, viene determinato l'approccio ottimale per ottenere una perforazione ad alta-efficienza e ad alta-precisione. Le principali conclusioni sono riassunte come segue: (1) L'adozione di una strategia di perforazione laser guidata da acqua anulare multi-passo anulare di acqua-"dall'interno all'esterno" può migliorare l'effetto dibrasivo del getto d'acqua sul materiale fuso, riducendo la zona termicamente-influenzata e il materiale fuso residuo sulla superficie di ingresso del micro-foro. (2) Quando si elaborano micro-fori Inconel 718 con un laser guidato dall'acqua con lunghezza d'onda di 1064 nm-, la combinazione ottimale dei parametri di processo è: energia dell'impulso singolo 0,8 mJ, velocità di scansione 20 mm/s e frequenza dell'impulso laser 300 kHz. Con questa configurazione di parametri, è possibile produrre-micro-fori di alta qualità con un diametro di ingresso di 822,7 µm, circolarità di 0,9893, conicità di 0,32 gradi e rugosità superficiale Sa inferiore a 9,58 µm. (3) In base alle caratteristiche morfologiche in sezione dei micro-fori elaborati mediante laser-guidato dall'acqua, la superficie del micro-foro può essere divisa in quattro regioni distinte: zona di risolidificazione, zona di protrusione, zona di depressione e zona di frattura. La zona di risolidificazione e la zona di frattura rappresentano rispettivamente la morfologia unica all'ingresso e all'uscita del micro-foro. La zona di protrusione e la zona di depressione sono distribuite lungo l'intera parete del micro-foro e il loro meccanismo di formazione è strettamente correlato all'effetto fototermico e alle caratteristiche di riscaldamento e raffreddamento rapido durante la lavorazione laser guidata dall'acqua-. (4) Le osservazioni dell'ingresso, dell'uscita e dell'uscita del microforo e del profilo della parete del foro rivelano che la lavorazione laser guidata dall'acqua-mostra prestazioni eccellenti nel ridurre lo strato rifuso e la zona interessata dal calore-e nel mantenere la pulizia della parete del foro. Questa tecnologia mitiga efficacemente gli effetti termici e i danni da ossidazione associati alla lavorazione laser convenzionale a impulsi lunghi-, ottenendo così una lavorazione di alta-qualità ed alta-efficienza dell'Inconel 718.
