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Introduction à cet article
La technologie laser ultrarapide est une technologie avancée qui génère des impulsions lumineuses de haute-intensité en un temps extrêmement court. Ses applications dans le domaine aérospatial attirent de plus en plus l'attention. Cette technologie est réputée pour ses performances exceptionnelles en matière de mesure, de fabrication et de communication, et son application généralisée dans l'ingénierie aérospatiale offre de nouvelles possibilités pour améliorer les performances et la sécurité des avions.
Les lasers ultrarapides font généralement référence aux lasers avec des largeurs d'impulsion inférieures à 10^-12 secondes, comprenant principalement les lasers femtoseconde (1 fs=10^-15 s) et les lasers picosecondes (1 ps=10^-12 s). Étant donné que les impulsions laser ultrarapides agissent pendant une durée extrêmement courte, elles peuvent produire instantanément une puissance de crête très élevée. Par conséquent, contrairement aux méthodes de traitement laser courantes qui agissent sur les matériaux par des effets photothermiques, le mécanisme de traitement des lasers ultrarapides est une absorption directe de l'état électronique, qui transfère l'énergie au réseau du matériau, rompt ses liaisons et finalement l'éjecte sous forme de plasma. De plus, contrairement au traitement thermique des lasers continus ordinaires, le traitement laser ultrarapide s'aligne davantage sur une méthode de « traitement à froid ». Du point de vue du mécanisme d'interaction entre le laser et le matériau, le traitement au laser femtoseconde permet d'obtenir une haute précision, des zones affectées thermiquement minimes, aucune fusion thermique, aucune couche de refonte et aucune microfissure. Il s’agit de l’une des meilleures méthodes pour améliorer l’intégrité de la surface de la formation de trous de refroidissement du film d’aube de turbine dans les moteurs d’aviation.
02 Applications spécifiques (1) Usinage de trous de film gazeux d'aubes de turbine de moteur d'avion
En tant que composant essentiel d'un moteur d'avion, la conception, la qualité de fabrication et les performances opérationnelles des aubes de turbine affectent la durée de vie du moteur. Généralement, les revêtements de barrière thermique sont appliqués sur la surface des alliages à haute -température pour conférer aux lames une ténacité élevée, une plasticité élevée, une résistance à la corrosion et une résistance à haute-température. De plus, des structures de trous de film gazeux sont conçues en surface. En libérant l'air froid de l'intérieur du composant et en créant un flux d'air à travers de minuscules trous, un film protecteur d'air froid se forme sur la surface, isolant les gaz chauds et protégeant le composant. Cependant, les méthodes de traitement actuelles, telles que l'usinage par électroérosion et l'usinage laser à impulsions longues{{6}, présentent des inconvénients, notamment des couches de barrière thermique non-conductrices, un délaminage du revêtement, des fissures et un écaillage du revêtement, ce qui rend difficile la production de petits trous-bien formés.
Avec le développement de la technologie de traitement laser ultrarapide, les lasers femtoseconde sont désormais utilisés pour créer des trous de gaz sur les aubes de turbine sans délaminage ni fissure du revêtement, et avec des dimensions répondant aux exigences techniques. Cela fournit une nouvelle technologie pour fabriquer des trous de film gazeux dans les composants des moteurs d’avion.
L'usinage de nombreux trous de refroidissement du film de gaz sur les aubes de turbine recouvertes d'une barrière thermique-est crucial pour l'application de moteurs à rapport poussée-/poids-élevé et à hautes-performances, imposant ainsi des exigences plus élevées pour l'usinage de ces aubes revêtues. La technologie de traitement des micro-trous au laser femtoseconde, avec ses avantages de haute précision, de haute qualité et de traitement à froid, permet un usinage de micro-trous de haute-qualité pour les moteurs. Grâce aux améliorations continues de la technologie de perçage au laser femtoseconde, il est désormais possible d'obtenir un usinage de haute-précision des trous de film de gaz sur des lames recouvertes d'une barrière thermique-sans-couches refondues, micro-fissures ou zones affectées par la chaleur-, tout en garantissant que le revêtement de barrière thermique ne noircit pas ou ne se décolle pas après le traitement. Par conséquent, la technologie de traitement des micro-trous au laser femtoseconde est sur le point de devenir une méthode importante pour fabriquer des trous de film de gaz sur des aubes de turbine recouvertes d'une barrière thermique-.
(2) Usinage de trous de refroidissement par film dans la chambre de combustion des moteurs aéronautiques
Le tube à flamme est un composant principal de la chambre de combustion d'un moteur aéronautique et l'une des pièces-résistantes à la chaleur les plus importantes. Pour garantir que le tube à flamme fonctionne de manière stable et continue dans des conditions de température extrêmement élevées, il doit être refroidi. Actuellement, une méthode courante implique une combinaison de revêtements et de perforations. L'utilisation d'un usinage laser à impulsions longues- peut provoquer des défauts tels que l'ablation du revêtement, des éclaboussures et des écailles de bords, qui affectent considérablement la durée de vie du tube à flamme. À l'heure actuelle, l'usinage au laser picoseconde peut produire des trous de refroidissement de film sans délaminage ni écaillage sur une grande surface, et avec des dimensions qui répondent aux exigences techniques, comme le montrent les figures 2 et 3.
(3) Usinage de rainures de forme spéciale-dans les moteurs aéronautiques
Les performances d’étanchéité ont un impact important sur les performances des moteurs aéronautiques. Ces dernières années, avec le développement de l’industrie aéronautique, les performances des moteurs se sont constamment améliorées et les conditions opérationnelles sont devenues de plus en plus complexes. Les pannes causées par des dysfonctionnements des joints de moteur sont en augmentation et ces problèmes doivent être résolus de toute urgence. Par conséquent, de nouvelles exigences ont été proposées pour la technologie d’étanchéité des moteurs. Les joints à bout de doigt sont un nouveau type de dispositif qui peut être utilisé pour sceller la chambre de roulement principale et les voies de circulation d'air des moteurs aéronautiques. L’usinage des composants des joints du bout des doigts nécessite une grande précision. L'usinage mécanique actuel, l'usinage par électroérosion et l'usinage laser à impulsions longues - ne peuvent pas résoudre les problèmes tels que la déformation et la déformation générés pendant le traitement. Cependant, les lasers femtoseconde, en raison de leur densité d'énergie extrêmement élevée et de leur temps de traitement très court, garantissent une efficacité et une précision élevées dans le processus d'usinage. Aucun défaut tel que des couches de refonte, des fissures ou des bavures n'apparaît sur les composants du joint du bout des doigts, offrant ainsi une nouvelle méthode d'usinage de rainures de forme spéciale -dans les pièces de moteurs aéronautiques de haute-précision.
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Conclusions et perspectives
En tant que technologie avancée de traitement et de fabrication des matériaux, le traitement laser ultrarapide offre de larges perspectives d’application dans le domaine de la fabrication de moteurs aérospatiaux. Dans l'application technique du traitement laser ultrarapide, différents paramètres du processus laser doivent être sélectionnés en fonction des caractéristiques du matériau afin de réduire les étapes du processus, d'améliorer l'efficacité du traitement et de garantir la précision de la qualité et des dimensions du matériau de formation. Avec le développement de la technologie laser ultrarapide et l’amélioration de l’optimisation des processus, des problèmes tels qu’une faible efficacité de traitement et une épaisseur usinable limitée seront résolus efficacement. De plus, la technologie de traitement laser à double-impulsion, qui combine le traitement laser ultrarapide avec le traitement laser à impulsion longue-, sera l'orientation future pour l'amélioration de la qualité et de l'efficacité.
