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Introdução a este artigo
A tecnologia laser ultrarrápida é uma tecnologia avançada que gera pulsos de luz de alta-intensidade em um tempo extremamente curto, e suas aplicações no campo aeroespacial estão atraindo cada vez mais atenção. Esta tecnologia é conhecida pelo seu excelente desempenho em medição, fabricação e comunicação, e sua ampla aplicação na engenharia aeroespacial oferece novas possibilidades para melhorar o desempenho e a segurança das aeronaves.
Lasers ultrarrápidos geralmente se referem a lasers com larguras de pulso inferiores a 10^-12 segundos, incluindo principalmente lasers de femtosegundo (1 fs=10^-15 s) e lasers de picossegundo (1 ps=10^-12 s). Como os pulsos de laser ultrarrápidos atuam por uma duração extremamente curta, eles podem produzir instantaneamente uma potência de pico muito alta. Portanto, ao contrário dos métodos comuns de processamento a laser que atuam nos materiais por meio de efeitos fototérmicos, o mecanismo de processamento dos lasers ultrarrápidos é a absorção direta do estado eletrônico, que transfere energia para a rede do material, quebra suas ligações e, finalmente, o ejeta como plasma. Além disso, ao contrário do processamento térmico de lasers contínuos comuns, o processamento a laser ultrarrápido se alinha mais com um método de “processamento a frio”. Do ponto de vista do mecanismo de interação entre o laser e o material, o processamento do laser de femtosegundo pode atingir alta precisão, zonas térmicas mínimas, sem fusão térmica, sem camada de reformulação e sem microfissuras. É um dos melhores métodos para melhorar a integridade da superfície da formação de furos de resfriamento de filme nas pás da turbina em motores de aviação.
02 Aplicações Específicas (1) Usinagem de Furos de Filme de Gás de Pás de Turbinas Aeromotoras
Como componente central de um motor aeronáutico, o projeto, a qualidade de fabricação e o desempenho operacional das pás da turbina afetam a vida útil do motor. Geralmente, os revestimentos de barreira térmica são aplicados na superfície de ligas de alta-temperatura para dar às lâminas alta tenacidade, alta plasticidade, resistência à corrosão e resistência a altas-temperaturas. Além disso, estruturas perfuradas de filme de gás são projetadas na superfície. Ao liberar ar frio de dentro do componente e criar fluxo de ar através de pequenos orifícios, uma película protetora de ar frio se forma na superfície, isolando o gás quente e protegendo o componente. No entanto, os métodos de processamento atuais, como usinagem por descarga elétrica e usinagem a laser de pulso longo-, têm desvantagens, incluindo camadas de barreira térmica não{7}}condutivas, delaminação do revestimento, rachaduras e lascas no revestimento, dificultando a produção de pequenos furos-bem formados.
Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento a laser ultrarrápido, os lasers de femtossegundos têm sido agora usados para criar furos de gás nas pás das turbinas sem delaminação ou rachaduras no revestimento e com dimensões que atendem aos requisitos técnicos. Isso fornece uma nova tecnologia para a fabricação de furos em películas de gás em componentes de motores aeronáuticos.
A usinagem de vários furos de resfriamento de filme de gás em pás de turbina-revestidas com barreira térmica é crucial para a aplicação de motores de alto-desempenho e alta relação entre empuxo-/{2}}peso e alto{3}}desempenho, estabelecendo assim requisitos mais elevados para a usinagem dessas pás revestidas. A tecnologia de processamento de micro{5}}furos a laser de femtosegundo, com suas vantagens de alta precisão, alta qualidade e processamento a frio, permite usinagem de micro-furos de alta-qualidade para motores. Com melhorias contínuas na tecnologia de perfuração a laser de femtosegundo, agora é possível obter usinagem de alta{9}}precisão de furos de filme de gás em lâminas revestidas com barreira térmica-sem camadas re-fundidas, micro-fissuras ou zonas-afetadas pelo calor, garantindo ao mesmo tempo que o revestimento da barreira térmica não escureça ou descasque após o processamento. Portanto, a tecnologia de processamento de micro{15}}furos a laser de femtosegundo está preparada para se tornar um método importante para a fabricação de furos de filmes de gás em pás de turbinas-revestidas com barreira térmica.
(2) Usinagem de Furos de Resfriamento de Filme na Câmara de Combustão de Motores Aeronáuticos
O tubo de chama é um componente principal da câmara de combustão do motor aeronáutico e uma das peças mais importantes-resistentes ao calor. Para garantir que o tubo da chama opere de forma estável e contínua sob condições de{2}temperaturas extremamente altas, ele deve ser resfriado. Atualmente, um método comum envolve uma combinação de revestimentos e perfurações. O uso de usinagem a laser de pulso longo-pode causar defeitos como ablação do revestimento, respingos e lascas nas bordas, o que afeta significativamente a vida útil do tubo de chama. Atualmente, o uso da usinagem a laser de picossegundos pode produzir furos de resfriamento de filme sem delaminação ou descamação de grandes-áreas na superfície e com dimensões que atendem aos requisitos técnicos, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3.
(3) Usinagem de ranhuras com formatos-especiais em motores aeronáuticos
O desempenho da vedação tem um impacto importante no desempenho dos motores aeronáuticos. Nos últimos anos, com o desenvolvimento da indústria da aviação, o desempenho dos motores tem melhorado constantemente e as condições operacionais tornaram-se cada vez mais complexas. As falhas causadas por mau funcionamento da vedação do motor estão aumentando e esses problemas precisam ser resolvidos com urgência. Portanto, novos requisitos foram propostos para a tecnologia de vedação de motores. As vedações de ponta de dedo são um novo tipo de dispositivo que pode ser usado para vedar a câmara do rolamento principal e os caminhos do fluxo de ar de motores aeronáuticos. A usinagem de componentes de vedação na ponta dos dedos requer alta precisão. A usinagem mecânica atual, a usinagem por descarga elétrica e a usinagem a laser de pulso longo-não podem resolver problemas como empenamento e deformação gerados durante o processamento. Porém, os lasers de femtosegundo, devido à sua densidade de energia extremamente alta e tempo de processamento muito curto, garantem alta eficiência e precisão no processo de usinagem. Nenhum defeito, como camadas reformuladas, rachaduras ou rebarbas, aparece nos componentes de vedação na ponta dos dedos, fornecendo um novo método para usinar ranhuras com formatos-especiais em peças de motores aeronáuticos de alta-precisão.
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Conclusões e perspectivas
Como uma tecnologia avançada de processamento e fabricação de materiais, o processamento a laser ultrarrápido tem amplas perspectivas de aplicação no campo da fabricação de motores aeroespaciais. Na aplicação de engenharia do processamento a laser ultrarrápido, diferentes parâmetros do processo a laser devem ser selecionados de acordo com as características do material para reduzir as etapas do processo, melhorar a eficiência do processamento e garantir a precisão da qualidade e dimensões da formação do material. Com o desenvolvimento da tecnologia laser ultrarrápida e a melhoria da otimização do processo, problemas como baixa eficiência de processamento e espessura usinável limitada serão efetivamente resolvidos. Além disso, a tecnologia de processamento a laser de pulso duplo, que combina processamento a laser ultrarrápido com processamento a laser de pulso longo, será a direção futura para melhorar a qualidade e a eficiência.
