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涡轮叶片气膜冷却孔的同轴水射流辅助激光钻孔技术

DOI：10.1016/j.ijmachtools.2019.103510 期刊：International Journal of Machine Tools and Manufacture 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 采用532纳米Nd:YVO4纳秒激光在同轴水射流辅助环境下对镍基单晶涡轮叶片的气膜冷却孔(FCHs)进行加工。通过透射电子显微镜重点研究了FCHs侧壁的微观结构。随着水流量增加，FCHs周围热影响区(HAZ)的平均厚度逐渐减小。HAZ内的主要相组成从β-NiAl逐渐演变为β-NiAl+γ-Ni混合相，其中部分γ-Ni颗粒沿(111)晶面形成孪晶结构。当层流水流量≥3.1米/秒时，同轴水射流辅助激光加工的部分FCHs可完全避免HAZ产生；当水流量≥5.1米/秒时，FCHs周围不会出现包括HAZ、微裂纹及相变在内的任何加工缺陷。该工艺可制备表面质量优异的气膜冷却孔。最后探讨了水流介质对FCHs加工质量的影响机制。
作者： Y.Z. Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用同轴水射流辅助激光钻孔技术（CWALD）研究镍基单晶涡轮叶片中气膜冷却孔（FCHs）的微观结构演变与钻孔质量。

研究成果

研究表明，同轴水射流辅助激光钻孔可在涡轮叶片上加工出高质量的薄膜冷却孔，且加工诱导缺陷极小。随着水流量增加，孔的质量提升，在流速≥5.1米/秒时达到最佳效果。

研究不足

该研究聚焦于镍基单晶涡轮叶片，可能无法直接适用于其他材料。连续水雾冷却（CWALD）的效果取决于水流量，在无法维持高水流量的环境中其应用可能受限。

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