孙建林,孙会来,岳端木,杨 雪

(天津工业大学机械工程学院,天津 300387)

1 引 言

涡轮机性能的提升关键在于提高热效率,这对材料的耐高温性有更高要求。然而在先进的航空涡轮机中,热气的温度通常都高于制备涡轮机的镍基高温合金的熔点。由于叶片材料耐高温能力有限,通常会在叶片上涂覆热阻隔涂层,结构上采用气膜冷却孔等方法降低涡轮机出口的高温[1-2],图1所示冷却孔结构[3],即将冷却介质汇入到主气流中,在主流的压力和摩擦力下粘附在壁面附近,形成温度较低的冷气膜,将涡轮机叶面同高温燃气体隔离开并带走大量热辐射,如图2所示[4]。所以,燃气涡轮机气膜冷却孔的应用发展对涡轮机性能提升与技术革新尤为重要。

图1 涡轮机叶片冷却孔Fig.1 Turbine blade cooling holes

图2 涡轮机叶片冷却孔的工作原理Fig.2 The principle of turbine blade cooling holes

目前,常用于涡轮机上带热障涂层高温合金材料制孔要求加工孔定位准确、加工无重铸层、对壁无损伤无微裂纹等,而传统冷却孔的加工方法如电火花和电液束加工很难达到其工艺要求。不同于传统加工的热熔等机理,激光多以蒸发汽化方式去除材料,其中飞秒皮秒脉冲与被加工材料作用时间短几乎不产生热影响区。此外其高度的数字化与自动化优势也很好地实现了微孔复杂异型孔径的制造[5-6]。

但是受限于目前加工工艺和激光本身的影响,微孔加工效率一般较低,加工质量和精度离理想状态还有一定距离。在实际加工时,不仅要选取合理的激光参数确保微孔的加工质量,更需要根据材料的特性和对微孔的要求综合选择合适的加工方法。……