RU2432241C2 - Способ выполнения при помощи лазерного пучка отверстий в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой - Google Patents
Способ выполнения при помощи лазерного пучка отверстий в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432241C2 RU2432241C2 RU2007144482/02A RU2007144482A RU2432241C2 RU 2432241 C2 RU2432241 C2 RU 2432241C2 RU 2007144482/02 A RU2007144482/02 A RU 2007144482/02A RU 2007144482 A RU2007144482 A RU 2007144482A RU 2432241 C2 RU2432241 C2 RU 2432241C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- hole
- axis
- holes
- composite material
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title abstract 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011799 hole material Substances 0.000 description 91
- 230000008569 process Effects 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012210 heat-resistant fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/16—Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
- B23K26/389—Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу выполнения отверстий при помощи лазерного пучка в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой. Способ включает в себя следующие этапы. Первый этап ударного сверления, на котором выполняют исходное отверстие, имеющее начальный диаметр и ось отверстия. Второй этап кольцевого сверления, на котором путем смещения лазерного пучка и вращения его вокруг оси отверстия выполняют промежуточное отверстие, соосное исходному отверстию, но имеющее больший, чем исходное отверстие, диаметр. Третий этап, на котором фокус лазерного пучка смещают вдоль оси отверстия, после чего выполняют окончательное отверстие с использованием импульсного лазерного пучка. Способ предназначен для выполнения отверстий в стенке камеры сгорания, изготовленной из композитного материала с керамической основой, или лопатке турбины турбореактивного двигателя. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области техники выполнения способом, использующим лазерный луч, отверстий в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, к отверстиям, полученным с использованием указанного способа, к детали (например, лопатке турбины или стенке камеры сгорания), изготовленной из композитного материала с керамической основой, содержащей выполненные вышеуказанным способом отверстия, а также турбореактивному двигателю, содержащему вышеуказанную деталь.
На практике известна технология применения лазера для выполнения отверстий в деталях, а именно отверстий для охлаждения деталей, устанавливаемых в высокотемпературных отсеках турбореактивного двигателя, в частности лопаток турбины, стенки или опорного кожуха камеры сгорания.
Известно, что при вырезании при помощи лазера отверстия используются два типа технологических процессов, а именно ударное сверление и кольцевое сверление.
Суть процесса ударного сверления заключается в применении импульсного направленного лазерного пучка для проникновения в глубь материала. В результате образуется отверстие, диаметр которого определяется диаметром лазерного пучка и мощностью лазерного генератора.
Процесс кольцевого сверления состоит в вырезании контура отверстия путем перемещения лазерного пучка по круговой траектории. В результате образуется отверстие, диаметр которого больше диаметра лазерного пучка.
Известно также, что можно комбинировать два типа технологических процессов: вначале в процессе ударного сверления выполняется исходное отверстие с диаметром, практически равным диаметру используемого лазерного пучка, а затем осуществляется кольцевое сверление вокруг данного исходного отверстия, увеличивается сечение вырезаемого в материале отверстия с целью выполнения второго отверстия, диаметр которого больше диаметра используемого лазерного пучка.
Специалисты при сверлении отверстий на этапе кольцевого сверления сталкиваются с проблемой технического порядка, поскольку на стенках отверстия и (или) на выходе из получаемого отверстия, как правило, содержатся окалины. Отрицательным моментом образования таких окалин является невозможность гарантировать геометрию отверстия. Другими словами, отсутствует возможность надежно обеспечить идентичность диаметра отверстий, получаемых в результате технологического процесса кольцевого сверления. Вследствие этого не представляется возможным обеспечить прохождение через выполненные таким образом отверстия гарантированного количества воздуха, что может привести к негативным последствиям при использовании указанных отверстий для охлаждения детали.
В патенте US 5837964 приводится описание способа выполнения при помощи лазера отверстий в детали, изготовленной из суперсплава, в котором применяются технологические процессы ударного сверления и кольцевого сверления. В случае, если по завершении процесса кольцевого сверления в выполненных отверстиях присутствует окалина, предлагается повторить операции ударного сверления, а затем кольцевого сверления; при этом эти процессы следует повторять до тех пор, пока не будут обеспечены заданный диаметр отверстий и их равномерное расположение на всю глубину изготовленного из суперсплава материала, в котором они выполняются.
В последнее время при производстве деталей отдавалось предпочтение деталям из композитных материалов с керамической основой (КМКО) перед деталями из жаропрочных металлических сплавов. Преимуществом КМКО является то, что они легче металла. Композитные материалы с керамической основой представляют собой материалы, содержащие термическую структуру, т.е. они обладают хорошими механическими свойствами и возможностью их сохранения в условиях повышенных температур. Данные материалы содержат волокнистые элементы упрочения, образованные жаропрочными волокнами (как правило, углеродными или керамическими) и спрессованные холодным способом с керамической основой или смешанной углеродно-керамической основой.
В случае использования композитных материалов с керамической основой для производства деталей, предназначенных для установки в высокотемпературных отсеках турбореактивных двигателей, необходимо предусмотреть отверстия для прохождения охлаждающего воздуха, аналогичные отверстиям, просверливаемым в деталях, которые изготавливаются из жаропрочного металлического сплава.
Недостатком вырезания при помощи лазера отверстий в композитном материале с керамической основой является открытие внутренней структурной составляющей данных материалов. Существует также опасность, что соприкосновение атмосферного кислорода с данной внутренней структурой способно привести к окислению поверхности керамической основы. Данный недостаток удалось устранить за счет применения так называемых «самовосстанавливающихся» КМКО, т.е. материалов, способных при температуре материала в процессе эксплуатации перейти в вязкое состояние, обладающее достаточной степенью текучести и позволяющее перекрыть поступление атмосферного кислорода. Таким образом, образуется защитный слой, например, состоящий из SiC/Si-B-C.
Способ выполнения при помощи лазера отверстий по патенту US 5837964 не мог бы применяться при сверлении детали, изготовленной из КМКО, даже если речь идет о «самовосстанавливающемся» композитном материале с керамической основой. Действительно, повторное выполнение технологических процессов ударного и кольцевого сверления могло бы привести к значительному нагреванию композитного материала с керамической основой и его разрушению в результате расслоения.
В патенте US 6441341 приводится описание способа выполнения отверстий в предназначенных для установки в высокотемпературных отсеках турбореактивных двигателей деталях, которые изготовлены из композитных материалов с керамической основой; при этом КМКО содержит, по меньшей мере, один окисляемый компонент. Этот способ заключается в выполнении отверстий при помощи лазера, нагревающего материал основной структурной составляющей с целью его окисления и образования двуокиси кремния. Данная двуокись кремния подвергается обработке при соответствующих температурах, в результате чего она нагревается и плавится. После этого она быстро затвердевает до того момента, пока не попала внутрь отверстий. Такое быстрое и контролируемое затвердевание двуокиси кремния позволяет получить отверстия с гладкими стенками и без окалин, а также создать барьер на пути окисления, ограничивающий возможность окисления в любом виде в процессе последующей эксплуатации турбореактивного двигателя. Преимуществом данного способа вырезания отверстий при помощи лазера является то, что не образуются окалины. Вместе с тем он обладает недостатком, который заключается в том, что его применение ограничено композитным материалом с керамической основой, содержащей, по меньшей мере, один окисляемый компонент.
В патенте ЕР 0826457 приводится описание способа выполнения при помощи лазера отверстия в лопатке турбины, которая содержит суперсплав в качестве основы, слой связующего вещества и тепловой барьер в виде керамического покрытия. Первое отверстие выполняется методом ударного сверления путем фокусировки лазерного пучка на поверхности детали. Затем лазерный пучок меняет фокус, удаляясь от детали для того, чтобы просверлить второе отверстие методом импульсного ударного сверления, при этом данное второе отверстие располагается соосно с первым отверстием, но имеет больший диаметр и меньшую глубину. Наличие первого отверстия меньшего диаметра позволяет удалять расплавляемые в процессе вырезания второго отверстия материалы. Способ, описание которого приведено в данном патенте, не позволяет выполнять отверстия в детали, полностью изготовленной из композитного материала с керамической основой. Задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков. В нем предлагается способ выполнения при помощи лазера отверстий в деталях, изготовленных из КМКО (композитных материалов с керамической основой), предназначенных, в частности, для установки в высокотемпературных отсеках турбореактивных двигателей, включающий в себя технологические процессы ударного сверления и кольцевого сверления, а также операции, позволяющие удалить окалины, образующиеся в процессе кольцевого сверления.
Первый объект предлагаемого изобретения относится к способу выполнения отверстий при помощи лазерного пучка в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, который включает в себя:
- первый этап ударного сверления, на котором путем фокусировки лазерного пучка вглубь детали, в которой будет вырезаться отверстие, выполняют исходное отверстие, имеющее начальный диаметр и ось отверстия;
- второй этап кольцевого сверления, на котором путем смещения лазерного пучка и вращения его вокруг оси отверстия выполняют промежуточное отверстие, соосное исходному отверстию, но имеющее больший, чем исходное отверстие, диаметр;
- третий этап, на котором фокус лазерного пучка смещают вдоль оси отверстия, после выполняют окончательное отверстие с помощью импульсного лазерного луча.
Предпочтительно, чтобы перемещение фокуса лазерного пучка осуществлялось путем его удаления от положения, которое он занимал на первом и втором этапах. Предпочтительно также, чтобы перемещение фокуса лазерного пучка осуществлялось путем его приближения к положению, которое он занимал на первом и втором этапах.
Под понятием «расфокусировка» понимаются действия по перемещению фокальной точки лазерного пучка вдоль оси отверстия.
С технической точки зрения, импульсный лазерный пучок, расфокусированный по оси отверстия на третьем этапе, обеспечивает удаления окалин, которые могли образоваться в процессе кольцевого сверления.
Второй объект предлагаемого изобретения относится к отверстию, выполняемому способом согласно первому объекту в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой. В соответствии с одним вариантом осуществления отверстие ориентировано вдоль оси, перпендикулярной поверхности данной детали. Согласно другому варианту реализации отверстие ориентировано вдоль оси, расположенной под углом относительно поверхности данной детали.
Третий объект предлагаемого изобретения относится к детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, отличающейся тем, что она содержит, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное способом согласно первому объекту. В соответствии с одним вариантом осуществления данная деталь является стенкой камеры сгорания. Согласно другому варианту осуществления изобретения данная деталь является лопаткой турбины.
Четвертый объект предлагаемого изобретения относится к турбореактивному двигателю, содержащему, по меньшей мере, одну деталь согласно третьему объекту.
Преимуществом способа согласно настоящему изобретению является то, что он может применяться в композитных материалах с керамической основой, не содержащих окисляемых компонентов.
Другое преимущество способа согласно настоящему изобретению заключается в том, что несколько расфокусированных импульсов практически не могут привести к разрушению композитного материала с керамической основой в результате расслоения или других причин теплового воздействия.
Изобретение станет более понятным после изучения прилагаемого детального описания варианта его осуществления, который представлен в качестве примера и не носит ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:
Фиг.1 изображает в схематичном виде первый технологический процесс реализации способа и полученное в результате этого исходное отверстие;
Фиг.2 - в схематичном виде этап второго технологического процесса реализации способа и первое промежуточное отверстие;
Фиг.3 - в схематичном виде другой этап второго технологического процесса реализации способа и второе промежуточное отверстие;
Фиг.4 - в схематичном виде третье промежуточное отверстие, получаемое по завершении второго технологического процесса реализации способа;
Фиг.5 - в схематичном виде окончательное отверстие, получаемое по завершении третьего технологического процесса реализации способа;
Фиг.6 - схематичный вид в изометрии возможных направлений расположения отверстий, получаемых таким способом.
На всех фигурах чертежа представлен участок 10 поверхности детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, а также две оси 12, 14, располагаемые перпендикулярно к плоскости данного участка 10. Способ согласно предлагаемому изобретению направлен на выполнение окончательного отверстия, центрированного по оси 16, которая перпендикулярна двум осям 12 и 14. Элементы 10, 12, 14, 16 являются едиными для фиг.1-5.
При реализации способа согласно изобретению используется обычная лазерная система, снабженная лазерным генератором, формирующим лазерный пучок.
На фиг.1 изображено исходное отверстие 20, получаемое по завершении технологического процесса ударного сверления, осуществляемого при помощи лазерного пучка. Лазерный пучок фокусируется в глубь детали, в которой выполняется отверстие таким образом, чтобы диаметр этого исходного отверстия 20 был фактически равен диаметру лазерного пучка. При этом исходное отверстие 20 центрировано по оси 16.
На фиг.2 изображено первое промежуточное отверстие 22, получаемое по завершении первого этапа технологического процесса кольцевого сверления, осуществляемого при помощи лазерного пучка. Лазерный пучок был перемещен в плоскости, фактически перпендикулярной к плоскости отверстия, по прямой линии, обозначенной на фиг.2 стрелкой 80. В результате лазерный пучок оказался в положении, обозначенном цифрой 50. Первое промежуточное отверстие имеет вытянутую форму, при этом ее длина фактически равна расстоянию перемещения лазерного пучка, а ширина - диаметру лазерного пучка.
На фиг.3 показано второе промежуточное отверстие 24, получаемое по завершении второго этапа технологического процесса кольцевого сверления при помощи лазерного пучка. Лазерный пучок перемещается в той же, как и в предыдущем случае, плоскости по круговой траектории, обозначенной на фиг.3 стрелкой 82. На данном этапе пройденное расстояние соответствует отрезку круга.
На фиг.4 изображено третье промежуточное кольцо 26, полученное по завершении технологического процесса кольцевого сверления, выполненного при помощи лазерного пучка. Лазерный пучок перемещался по круговой траектории, которая обозначена на фиг.3 стрелкой 82, до момента замыкания всего круга. При этом лазерный пучок оказывается в положении, обозначенном цифрой 50. Диаметр третьего промежуточного отверстия 26 фактически равен диаметру круга, который был описан лазерным пучком. На практике для получения заданного диаметра третьего промежуточного отверстия 26 проводится регулировка длины вытянутой траектории 80, представленной на фиг.2.
Вместе с тем отмечается наличие окалин 28, которые задерживаются на стенках и (или) на выходе из получаемого таким образом отверстия 26 в результате технологического процесса кольцевого сверления. Окалины нарушают точность диаметра отверстия 26, в результате чего не представляется возможным точно определить количество воздуха, проходящего через данное отверстие. В некоторых случаях желательно точно знать количество проходящего через данное отверстие воздуха, которое было бы одинаковым для всех отверстий. В связи с этим возникает необходимость в удалении окалины с целью получения окончательных отверстий, диаметр которых можно было контролировать. Это позволит добиться одинакового эффективного сечения для всех располагаемых рядом друг с другом отверстий и одинаковой пропускной способности всех в совокупности выполненных отверстий.
В процессе третьего технологического процесса реализации способа согласно изобретению производится удаление окалин 28 (фиг.5).
На первом этапе данного третьего технологического процесса лазерный пучок возвращается в свое первоначальное положение (на фиг.1 обозначено цифрой 50). Данное положение центрировано относительно оси 16.
На втором этапе выполнения третьего технологического процесса фокус лазерного пучка перемещают вдоль оси отверстия, т.е. вдоль оси 16. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения фокальная точка несколько удаляется от участка поверхности 10. Согласно другому варианту осуществления изобретения фокальная точка несколько приближается к участку поверхности 10. Следствием данного перемещения фокальной точки является незначительное изменение, точнее, определенное увеличение диаметра лазерного пучка на уровне участка поверхности 10. После перемещения фокальной точки вдоль оси 16 лазерный пучок занимает положение, обозначенное на фиг.5 цифрой 50. На третьем этапе выполнения третьего технологического процесса генерируется несколько (предпочтительно, 1-5) импульсов лазера. Следствием данного третьего этапа является разрушение имеющихся внутри третьего промежуточного отверстия 26 окалин 28 путем фокусировки лазерного пучка в глубь детали, в которой выполняется отверстие, и получение окончательного отверстия 30 с очищенными стенками. Как это показано на фиг.5, диаметр окончательного отверстия 30 имеет соответствующий и контролируемый размер. Оно обладает постоянным размером на всю глубину просверленной детали.
Для реализации третьего технологического процесса способа нет необходимости, чтобы энергия лазерного пучка была больше энергии лазерного пучка, использованного в ходе предыдущих первого и второго технологических процессов, поскольку собственно отверстие уже вырезано, и энергии должно быть достаточно только для удаления окалин 28 из третьего промежуточного отверстия 26.
Со ссылкой на фиг.1-4 был описан способ, позволяющий выполнить окончательные отверстия 30, ось 16 которых перпендикулярна участку поверхности 10 детали, в которой выполняется отверстие 30. Способ также применим при изготовлении отверстий 30, ось 18 которых, как это показано на фиг.6, располагается не перпендикулярно, а под углом α к данному участку поверхности 10. Для реализации способа согласно изобретению лазерная система устанавливается таким образом, чтобы лазерный пучок был направлен не в направлении 16, а в направлении 18, при этом данное направление 18 имеет заданный угол наклона относительно участка поверхности 10. Согласно предпочтительным вариантам осуществления угол α равен 20-40, в частности 30.
Способ, описание которого со ссылкой на фиг.1-6 приведено выше, наиболее эффективен, когда желательно выполнить отверстия, диаметр которых больше диаметра используемого лазерного пучка. Например, при помощи данного способа, используя лазерный пучок с начальным диаметром 0,7 мм, можно вырезать окончательные отверстия диаметром 0,8 мм, или 0,9 мм, или 1,0 мм.
Ниже приводятся технические характеристики лазера типа LASER SLAB YAG 1064 nm марки MLS P1000, продаваемого компанией Munich Laser System:
- диаметр лазерного пучка - 0,5 мм
Первый технологический процесс: ударное сверление
- продолжительность импульсов - 2 мсек
- частота импульсов - 12 Гц
- мощность импульсов - 17 Дж
- количество импульсов - 5
Второй технологический процесс:
- прямолинейное перемещение - 0,8 мм
- продолжительность импульса - 1,5 мсек
- частота импульсов - 14,8 Гц
- мощность импульсов - 14 Дж
- скорость очистки - 15 мм/мин
Третий технологический процесс:
- удаленность фокальной точки - 3 мм
- продолжительность импульса - 2 мсек
- частота импульсов - 12 Гц
- мощность импульсов - 17 Дж
- количество импульсов - 5.
Claims (11)
1. Способ выполнения отверстий (30) при помощи лазерного пучка в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, отличающийся тем, что включает в себя: первый этап ударного сверления, на котором путем фокусировки лазерного пучка в глубь детали, в которой будет вырезаться отверстие, выполняют исходное отверстие (20), имеющее начальный диаметр и ось отверстия (16, 18); второй этап кольцевого сверления, на котором путем смещения лазерного пучка и вращения его вокруг оси (16, 18) отверстия выполняют промежуточное отверстие (26), соосное исходному отверстию (20), и имеющее больший, чем исходное отверстие (20) диаметр;
третий этап, на котором фокус лазерного пучка смещают вдоль оси (16, 18) отверстия, после чего выполняют окончательное отверстие (30) с использованием импульсного лазерного пучка.
третий этап, на котором фокус лазерного пучка смещают вдоль оси (16, 18) отверстия, после чего выполняют окончательное отверстие (30) с использованием импульсного лазерного пучка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество импульсов составляет от 1 до 5.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение фокуса лазерного пучка осуществляют путем его удаления от положения, которое он занимал во время первого и второго этапов выполнения отверстий.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что перемещение фокуса лазерного пучка осуществляют путем его удаления от положения, которое он занимал во время первого и второго этапов выполнения отверстий.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение фокуса лазерного пучка осуществляют путем его приближения к положению, которое он занимал на первом и втором этапах выполнения отверстий.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что перемещение фокуса лазерного пучка осуществляют путем его приближения к положению, которое он занимал на первом и втором этапах выполнения отверстий.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстие ориентируют вдоль оси (16), перпендикулярной к поверхности (10) данной детали.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстие ориентируют вдоль оси (18), расположенной под углом к поверхности (10) данной детали.
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что отверстие располагают под углом (α), равным 20-40°, к поверхности (10) данной детали.
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что отверстие располагают под углом (α), фактически равным 30°, к поверхности (10) данной детали.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия выполняют в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой, турбореактивного двигателя, например в стенке камеры сгорания или лопатке турбины.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0655240 | 2006-11-30 | ||
| FR0655240A FR2909297B1 (fr) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Procede de percage laser d'une piece en materiau composite a matrice ceramique, trou obtenu par ce procede, piece en materiau composite a matrice ceramique le comportant, turboreacteur comportant une telle piece. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007144482A RU2007144482A (ru) | 2009-06-10 |
| RU2432241C2 true RU2432241C2 (ru) | 2011-10-27 |
Family
ID=38137467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007144482/02A RU2432241C2 (ru) | 2006-11-30 | 2007-11-29 | Способ выполнения при помощи лазерного пучка отверстий в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7837925B2 (ru) |
| EP (1) | EP1927426B1 (ru) |
| JP (1) | JP5303141B2 (ru) |
| CA (1) | CA2612744C (ru) |
| DE (1) | DE602007006134D1 (ru) |
| FR (1) | FR2909297B1 (ru) |
| RU (1) | RU2432241C2 (ru) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1391409B1 (it) * | 2008-10-15 | 2011-12-23 | Quadrana | Processo ed apparecchiatura per laser-foratura orbitante. |
| EP2286955B1 (de) | 2009-08-17 | 2012-06-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Lochs unter Verwendung verschiedener Laserstellungen |
| EP2712700A1 (de) * | 2010-05-04 | 2014-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Laserbohren ohne Gratbildung |
| FR2960242B1 (fr) | 2010-05-18 | 2015-05-01 | C R M A | Procede de fabrication de pieces multicouches comportant des trous inclines et devant resister a des contraintes thermiques elevees et utilisation du procede pour la reparation de pieces |
| JP5627434B2 (ja) * | 2010-12-10 | 2014-11-19 | 三菱重工業株式会社 | コーティング部材の孔位置特定装置 |
| FR2970666B1 (fr) * | 2011-01-24 | 2013-01-18 | Snecma | Procede de perforation d'au moins une paroi d'une chambre de combustion |
| US8631557B2 (en) | 2011-07-19 | 2014-01-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| US8624151B2 (en) | 2011-07-19 | 2014-01-07 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| US9434025B2 (en) | 2011-07-19 | 2016-09-06 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| CN103706953A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-04-09 | 天津中杰科技发展有限公司 | 一种陶瓷激光精密打孔方法 |
| US9662743B2 (en) * | 2014-01-27 | 2017-05-30 | General Electric Company | Method for drilling a hole in an airfoil |
| US9797263B2 (en) | 2015-05-26 | 2017-10-24 | Rolls-Royce Corporation | Monolithic ceramic rods to enable cooling holes in CMC |
| JP6432467B2 (ja) * | 2015-08-26 | 2018-12-05 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法 |
| US10376985B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-08-13 | General Electric Company | System and method for shaping a ceramic matrix composite (CMC) sheet |
| CN108971775B (zh) * | 2017-06-02 | 2021-05-18 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种用于金属的激光打孔方法及设备 |
| CN107695544A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-16 | 袁卉 | 激光打孔方法及装置 |
| JP7431493B1 (ja) | 2022-10-13 | 2024-02-15 | 株式会社新来島サノヤス造船 | 楕円ホール（傾斜貫通孔）の穿孔切断方法及びｎｃ切断機による同穿孔切断方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3211525B2 (ja) * | 1993-04-22 | 2001-09-25 | オムロン株式会社 | 薄材メッシュ、その製造方法及びその製造装置 |
| US5593606A (en) * | 1994-07-18 | 1997-01-14 | Electro Scientific Industries, Inc. | Ultraviolet laser system and method for forming vias in multi-layered targets |
| GB9617093D0 (en) * | 1996-08-14 | 1996-09-25 | Rolls Royce Plc | A method of drilling a hole in a workpiece |
| US5837964A (en) * | 1998-01-16 | 1998-11-17 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Laser drilling holes in components by combined percussion and trepan drilling |
| US6441341B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-08-27 | General Electric Company | Method of forming cooling holes in a ceramic matrix composite turbine components |
| US6627019B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-09-30 | David C. Jarmon | Process for making ceramic matrix composite parts with cooling channels |
| US6420677B1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-16 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Laser machining cooling holes in gas turbine components |
| US6864459B2 (en) * | 2001-02-08 | 2005-03-08 | The Regents Of The University Of California | High precision, rapid laser hole drilling |
| CN1287945C (zh) * | 2001-03-22 | 2006-12-06 | 埃克赛尔技术有限公司 | 激光加工系统和方法 |
| JP2002299793A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | セラミックスグリーンシートのレーザ加工方法およびセラミックス多層装置の製造方法 |
| US7357486B2 (en) * | 2001-12-20 | 2008-04-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of laser machining a fluid slot |
| JP2005205902A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | General Electric Co <Ge> | 向上した層強度を有するセラミックマトリックス複合材及びそのための方法 |
-
2006
- 2006-11-30 FR FR0655240A patent/FR2909297B1/fr active Active
-
2007
- 2007-11-26 EP EP07121549A patent/EP1927426B1/fr active Active
- 2007-11-26 DE DE602007006134T patent/DE602007006134D1/de active Active
- 2007-11-27 JP JP2007305424A patent/JP5303141B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-27 US US11/945,567 patent/US7837925B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-28 CA CA2612744A patent/CA2612744C/fr not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-29 RU RU2007144482/02A patent/RU2432241C2/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2612744A1 (fr) | 2008-05-30 |
| EP1927426B1 (fr) | 2010-04-28 |
| US7837925B2 (en) | 2010-11-23 |
| FR2909297A1 (fr) | 2008-06-06 |
| JP2008155283A (ja) | 2008-07-10 |
| RU2007144482A (ru) | 2009-06-10 |
| EP1927426A1 (fr) | 2008-06-04 |
| DE602007006134D1 (de) | 2010-06-10 |
| FR2909297B1 (fr) | 2010-03-05 |
| JP5303141B2 (ja) | 2013-10-02 |
| CA2612744C (fr) | 2014-09-16 |
| US20080128952A1 (en) | 2008-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2432241C2 (ru) | Способ выполнения при помощи лазерного пучка отверстий в детали, изготовленной из композитного материала с керамической основой | |
| US6670026B2 (en) | Ceramic matrix composite turbine components | |
| US7411150B2 (en) | Method of producing a composite component | |
| US7019257B2 (en) | Laser drilling shaped holes | |
| Dubey et al. | Experimental study of Nd: YAG laser beam machining—An overview | |
| JP3719466B2 (ja) | 非円形開口のレーザー加工 | |
| RU2393072C2 (ru) | Наконечник для головки для выполнения отверстий или обработки лазерным лучом | |
| US20140076868A1 (en) | System and method for manufacturing an airfoil | |
| JP2004511350A (ja) | 熱バリアコーティングを有する金属加工物に穴をドリル加工する方法 | |
| Marimuthu et al. | Water-jet guided laser drilling of thermal barrier coated aerospace alloy | |
| WO2015112388A1 (en) | Method for processing a part with an energy beam | |
| JP2004533932A (ja) | 硬質な非金属基板における開口部の加熱形成方法 | |
| JP6887406B2 (ja) | セラミックマトリックス複合材構成要素用の冷却孔の製造 | |
| US20180023399A1 (en) | Forming cooling passages in thermal barrier coated, combustion turbine superalloy components | |
| CA2211965A1 (en) | A method of drilling a hole in a workpiece | |
| KR101872503B1 (ko) | 가스 터빈 엔진 컴포넌트를 형성하기 위한 방법 | |
| JP2024095734A (ja) | コンクリートの表面処理方法 | |
| CA2487913C (en) | Method of producing a composite component | |
| Liu et al. | Research on hole depth in femtosecond laser deep micropore processing technology based on filament effect | |
| Deepu et al. | Investigations into morphology and surface integrity of micro-hole during femtosecond laser drilling of titanium alloy | |
| Haehnel et al. | Production of microstructures in wide-band-gap and organic materials using pulsed laser ablation at 157 nm wavelength | |
| JP4088407B2 (ja) | ガスタービン部材の製造方法 | |
| JP6212051B2 (ja) | 高出力ファイバーレーザー流出孔穿孔装置、および高出力ファイバーレーザー流出孔穿孔装置を使用する方法 | |
| Wang | Investigation of the water guided laser micro-jet machining of aero engine components | |
| Petronić et al. | The influence of laser drilling process on the microstructural changes of nickel based superalloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |