置的結構示意圖。如圖5所示，包括短脈寬脈沖列激光諧振腔42，用于產生短脈寬脈沖，所述短脈寬脈沖由短脈寬脈沖列構成，所述短脈寬脈沖列的脈寬小于或等于500納秒，脈沖列內的脈沖重頻等于或大于100千赫，單脈沖能量等于或小于100毫焦;長脈寬脈沖激光諧振腔60，用于產生長脈寬脈沖，并調整所述長脈寬脈沖能量的空間分布，使所述長脈寬脈沖的光斑中心的能流密度小于光斑邊界附近能流密度，且所述長脈寬脈沖在構件表面產生的熔坑直徑等于所述短脈沖列產生的熔坑直徑;調整所述長脈寬脈沖，使其能量的大小等于或大于所述短脈寬脈沖列打孔過程中小孔側壁與孔底的熔流層厚度熔化所需的熔化熱，使其焦點相對于所述短脈寬脈沖焦點的距離為0.1毫米至4毫米;組束裝置72，用于將所述短脈寬脈沖和長脈寬脈沖進行組束，構成環(huán)形復合脈沖；引導整形裝置100，用于將所述環(huán)形復合脈沖發(fā)射到構件上進行激光打孔。
[0048]進一步地，如圖6所示，為環(huán)形復合脈沖激光打孔裝置的一具體實施例的結構示意圖。該裝置包括提供環(huán)形復合脈沖6中短脈寬脈沖列2的納秒綠光脈沖激光諧振腔42，提供長脈寬環(huán)形脈沖16的微秒環(huán)形脈沖激光諧振腔60。
[0049]納秒綠光脈沖激光諧振腔42包括，第一雙波長高反鏡44，第二雙波長高反鏡56，閃光燈栗浦腔50，倍頻晶體52，聲光調Q開關46，波長/4波片48，布氏偏振片54。
[0050]閃光燈栗浦腔50中的激光棒出射的波長1064納米激光P偏振分量透過倍頻晶體52，布氏偏振片54，到達第二雙波長高反鏡56，按原路徑被反射回來，再次通過布氏偏振片54，倍頻晶體52，進入閃光燈栗浦腔50被激光棒放大，抵達波長/4波片48。波長/4波片48將P光轉換為圓偏振光。經過聲光調Q開關46抵達第一雙波長高反鏡44，按原路徑被反射回來，再次經過波長/4波片48。波長/4波片48將圓偏振光變?yōu)镾光，經過激光棒的再次放大后，達到振蕩閾值，1064納米激光被倍頻晶體52變換為532納米綠光，抵達布氏偏振片54，被反射出納秒綠光脈沖激光諧振腔42。需要說明的是，輸出的激光成分中包括1064納米基頻光。[0051 ]長脈寬脈沖激光諧振腔60包括，高反鏡62，高斯輸出鏡68，閃光燈栗浦腔66，布氏片64。長脈寬環(huán)形脈沖激光諧振腔提供毫秒環(huán)形脈沖，“毫秒級脈沖”是指脈寬大于100微秒的脈沖。
[0052]納秒綠光脈沖列以S光分量58與毫秒環(huán)形脈沖以P光分量70形式通過組束裝置72組束，構成環(huán)形綠光復合脈沖6 ο在本實施例中，組束裝置72為起偏布氏片。
[0053]在本發(fā)明實施例中，如圖6所示，引導整形裝置100包括小孔光闌74、波長/4波片76、匯聚透鏡80、防護鏡82、輔助氣體激光噴嘴(圖中未示)。其中，復合脈沖6經過小孔光闌74，濾除不整齊的邊緣光束。復合脈沖6包括激光波長1064納米、532納米，再經過波長/4波片76，變?yōu)閳A偏振光。經過含有匯聚透鏡80的激光頭78的匯聚，再通過防護鏡82和輔助氣體激光噴嘴(圖中未示)，打在構件84上。在構件84后面，還設置有能量計探頭86，用于在構件被擊穿以后，探測并測量剩余的激光脈沖能量。
[0054]激光打孔的加工過程在空氣環(huán)境中進行;進一步地，小孔加工使用輔助加工氣體，
包括壓縮空氣、壓縮氧氣。
[0055]結合以上實施例，本發(fā)明實施例的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法及裝置，吸取了納秒脈沖列加工小孔熔流層較薄，而微秒脈沖補償了納秒脈沖的熔流時間以及在孔壁上損失的能量的特性，使得熔化的殘渣可以有效地噴出孔外，故可以高效地并且高質量地加工航空發(fā)動機構件上的氣膜孔，并可以有效地降低渦輪葉片氣膜孔最大再鑄層厚度最小到5微米，且提高短脈寬脈沖的打孔速率I倍左右。
[0056]本發(fā)明中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【主權項】
1.一種環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，包括: 產生短脈寬脈沖，所述短脈寬脈沖由短脈寬脈沖列構成，所述短脈寬脈沖列的脈寬小于或等于500納秒，脈沖列內的脈沖重頻等于或大于100千赫，單脈沖能量等于或小于100毫隹.V ?、、， 產生長脈寬脈沖，并調整所述長脈寬脈沖能量的空間分布，使所述長脈寬脈沖光斑中心的能流密度小于光斑邊界附近能流密度，且使所述長脈寬脈沖在構件表面產生的熔坑直徑等于所述短脈沖列產生的熔坑直徑； 調整所述長脈寬脈沖，使其能量的大小等于或大于所述短脈寬脈沖列打孔過程中小孔側壁與孔底的熔流層厚度熔化所需的熔化熱，使其焦點相對于所述短脈寬脈沖焦點的距離為0.1毫米至4毫米； 將所述短脈寬脈沖長脈寬脈沖通過組束裝置進行組束，構成環(huán)形復合脈沖； 將所述環(huán)形復合脈沖發(fā)射到構件上進行激光打孔。2.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述長脈寬脈沖為環(huán)形光斑，由諧振腔內或腔外整形形成。3.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述長脈寬脈沖的M2光束傳播因子大于所述短脈寬脈沖列的M2光束傳播因子。4.根據權利要求2所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述長脈寬脈沖的M2光束傳播因子等于或大于4倍的短脈寬脈沖的M2光束傳播因子。5.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述長脈寬脈沖的光斑中心的能流密度比光斑邊界附近能流密度小I倍以上。6.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述長脈寬脈沖的脈寬等于或大于所述短脈寬脈沖列內脈沖重頻倒數(shù)的10倍。7.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述短脈寬脈沖列和長脈寬脈沖的激光波長等于或小于1.064微米。8.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述短脈寬脈沖列和長脈寬脈沖的激光波長等于或小于0.532微米。9.根據權利要求1所述的環(huán)形復合脈沖激光打孔方法，其特征在于，所述短脈寬脈沖列的首脈沖前沿相對于所述長脈寬脈沖的前沿同步對齊，定時抖動小于I微秒，相對延遲為O至100微秒。10.一種環(huán)形復合脈沖激光打孔裝置，其特征在于，包括: 短脈寬脈沖列激光諧振腔，用于產生短脈寬脈沖，所述短脈寬脈沖由短脈寬脈沖列構成，所述短脈寬脈沖列的脈寬小于或等于500納秒，脈沖列內的脈沖重頻等于或大于100千赫，單脈沖能量等于或小于100毫焦； 長脈寬脈沖激光諧振腔，用于產生長脈寬脈沖，并調整所述長脈寬脈沖能量的空間分布，使所述長脈寬脈沖的光斑中心的能流密度小于光斑邊界附近能流密度，且使所述長脈寬脈沖在構件表面產生的熔坑直徑等于所述短脈沖列產生的熔坑直徑;調整所述長脈寬脈沖，使其能量的大小等于或大于所述短脈寬脈沖列打孔過程中小孔側壁與孔底的熔流層厚度熔化所需的熔化熱，使其焦點相對于所述短脈寬脈沖焦點的距離為0.1毫米至4毫米； 組束裝置，用于將所述短脈寬脈沖和長脈寬脈沖進行組束，構成環(huán)形復合脈沖；引導整形裝置，用于將所述環(huán)形復合脈沖發(fā)射到構件上進行激光打孔。
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種環(huán)形復合脈沖激光打孔方法及裝置。所述方法包括：產生短脈寬脈沖列；產生長脈寬脈沖，并調整所述長脈寬脈沖能量的空間分布，使所述長脈寬脈沖光斑的中心能流密度小于光斑周界附近能流密度，且使所述長脈寬脈沖與短脈寬脈沖列在構件表面產生的熔坑直徑相等；調整所述長脈寬脈沖，使其能量的大小等于或大于所述短脈寬脈沖列打孔過程中小孔側壁與孔底的熔流層厚度熔化所需的熔化熱；將所述短脈寬脈沖列和長脈寬脈沖通過組束裝置進行組束，構成環(huán)形復合脈沖；將所述環(huán)形復合脈沖發(fā)射到構件上進行激光打孔。本發(fā)明可以高效地并且高質量地加工航空發(fā)動機構件上的氣膜孔，并可以有效地降低渦輪葉片氣膜孔最大再鑄層厚度。
【IPC分類】B23K26/0622, B23K26/382
【公開號】CN105499811
【申請?zhí)枴緾N201511021628
【發(fā)明人】王學軍
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月31日