[发明专利]一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法

权利要求书

1.一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)标记双层壁叶片表面待加工气膜冷却槽位置，采用无损检测方法获取双层壁叶片外层壁面厚度数值；

(2)选取与双层壁叶片材质相同的试片，对激光诱导等离子体微加工参数与超快激光直接加工参数进行确认，在预先设定的参数范围内选定对试片进行不同扫描次数的加工实验，检验对应扫描次数下的槽壁轮廓形貌及热致缺陷厚度；

(3)根据步骤2)对激光诱导等离子体微加工参数确认结果及步骤1)所测得双层壁叶片外层壁面厚度数值，生成用于气膜冷却槽粗加工的激光诱导等离子体扫描数控程序；

(4)将叶片装夹固定在工装上后向其内腔注水，启动激光诱导等离子体扫描数控程序，完成气膜冷却槽的粗加工；

(5)采用针管将耐火浆料通过粗加工的气膜冷却槽缝注入叶片内外壁间隔仓中，使耐火材料填充于叶片内外壁间隔仓及粗加工形成的气膜冷却槽缝中；

(6)对填充耐火浆料的叶片进行干燥处理，对粗加工的气膜冷却槽进行定位，根据步骤2)中超快激光直接加工参数确认结果及步骤1)所测得双层壁叶片外层壁面厚度数值，生成用于气膜冷却槽精加工的超快激光直接加工数控程序，并运行该数控程序完成气膜冷却槽的精加工；

(7)对步骤6)精加工后的气膜冷却槽进行尺寸及金相检验，将冷光源光纤伸入气膜冷却槽中，移动光纤逐个槽检查可视范围内的内壁表面状态及填充材料清除状态，若叶片出现内壁损伤、气膜冷却槽尺寸不符或金相检验结果不合要求，则重新设定激光诱导等离子体微加工参数与超快激光直接加工参数，重复步骤3)～步骤6)。

2.根据权利要求1所述的一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，步骤1)中标记气膜冷却槽位置的方法为采用三坐标定位划线的方法或制作贴合叶片叶身型面轮廓的专用划线工装，采用可溶于有机溶剂的油性记号笔标记气膜冷却槽开槽加工的位置，在气膜冷却槽长度方向等距选取若干壁厚测量点，在采用超声壁厚检测法或工业CT分层扫描法获取双层壁叶片外层壁面对应测量点的厚度值后，采用酒精、丙酮等有机溶剂擦除油性标记。

3.根据权利要求1所述的一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，步骤2)中所述激光诱导等离子体微加工参数范围如下：激光功率5W～20W，脉宽400fs～8ps，单脉冲能量：20μJ～150μJ，横向扫描速度：0.05mm/s～1mm/s，填充线间距：25μm～60μm，离焦量-2mm～+2mm。

4.根据权利要求1所述的一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，步骤2)中所述超快激光直接加工参数范围如下：激光功率2W～5W，脉宽400fs～8ps，重复频率：10kHz～200kHz，横向扫描速度：0.2mm/s～2mm/s，同轴吹气压力0.15MPa～0.4MPa，旁轴吹气压力0.35MPa～0.7MPa。

5.根据权利要求1所述的一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，所述用于激光诱导等离子体扫描数控程序的生成方法如下：根据气膜冷却槽长度与宽度，生成待加工区域的二维平面投影，根据金相确认的激光诱导等离子体微加工参数及确认结果，使待加工槽长度及宽度完全包络孔壁轮廓及热致缺陷；根据双层壁叶片外层壁面厚度数值，设定扫描次数与离焦量，使加工深度d与双层壁叶片外层壁面厚度数值t之间满足关系式：0d-t≤0.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种双层壁超气冷涡轮叶片气膜冷却槽超快激光加工方法，其特征在于，所述耐火浆料的各组分及其质量百分比为：硅溶胶：15～20％；渗透剂：0.5～0.8％；高岭土：1～2％；硅酸乙酯：40～45％；白刚玉粉：30～40％；酒精：2～4％。