2025超短脉冲激光修复小孔技术规范

II超短脉冲激光修复小孔技术规范Technicalspecificationofsmall-holerepairingbyultra-shortpulselaser目次TOC\o"1-3"\h\u28618目次 I31791前言 II13205引言 III130131范围 4212982规范性引用文件 4113793术语及定义 4295924总体要求 5244784.1人员 5267804.2设备 5292214.3物料 512674.4环境 5101104.5安全 6131605修复工艺 6265495.1通则 6272995.2工艺流程 6190825.3工艺评定 7225745.4修复工艺要求 8125256质量管理 9175636.1设备参数 917916.2产品与工艺参数 105116.3批量修复要求 10233366.4返工返修 10325426.5存放与防护 106941附录A 1111502附录B 123519参考文献 13超短脉冲激光修复小孔技术规范范围本文件规定了使用超短脉冲激光修复直径小于1.5mm小孔的总体要求、修复工艺、质量管理等。本文件适用于采用超短脉冲激光方法进行修复的叶片、燃烧室等零部件表面的通孔，新品零件小孔加工也可参照执行。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T10320激光设备和设施的电器安全GB/T10435作业场所激光辐射卫生标准GB12348工业企业厂界环境噪声排放标准GB/T15313激光术语GB/T18490激光加工机械安全GB/T19867.4激光焊接工艺规程GJB1762激光防护眼镜生理卫生防护要求术语及定义GB/T15313界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1小孔smallhole零部件表面直径小于1.5mm的圆形通孔。3.2激光打孔laserdrilling把激光聚焦到工件上，利用高功率（能量）密度的激光束作用在工件的指定位置形成具有一定直径和深度的孔的过程。3.3激光修复小孔small-holerepairing使用激光设备对小孔进行修复的过程，含有工艺评定、前处理、修复过程、后处理和质量检测等全过程。3.4脉冲持续时间pulsedurationτH激光脉冲上升和下降到50%峰值功率点之间的间隔时间。图1.脉冲持续时间示意图3.5超短脉冲激光ultrashortpulselaser单个脉冲持续时间小于10皮秒的激光。注：1皮秒=1×10-12秒，万亿分之一秒。3.6脉冲重复频率pulserepetitionrate脉冲激光器每秒钟发出的脉冲个数。3.7焦点focalspot在聚焦系统以外，光束横截面最小的部分。3.8离焦量off-focusamount光学系统的焦点与被修复孔的上端面在光轴方向的距离。总体要求4.1人员从事激光打孔的操作人员和检验人员应当经相关工艺和操作安全培训，考核合格后持证上岗。4.2设备4.2.1激光器修复设备应配置有超短脉冲激光器。4.2.2光路系统修复设备应配置有旋切、扫描振镜或其他可实现光束扫描的光路系统。4.2.3激光光束直径光束直径应小于所加工孔的直径。4.2.4激光光束锥度激光光束锥度不应大于所加工孔的设计锥度。4.3物料待修复零部件及配套的原辅材料应符合工艺质量要求。4.4环境4.4.1温度与防震要求超短脉冲激光打孔加工设备应当配置独立且具有隔音防震的操作间，操作间应保持洁净，环境温度应保持在(10~30)℃。4.4.2除尘要求应当配置除尘设备，保证加工过程的烧蚀粉尘等物质被及时抽除。4.4.3除湿要求应当配置除湿设备，保证湿度处于适合激光器正常工作的范围。4.5安全4.5.1电气安全设备及电气安全按GB/T10320执行。4.5.2激光辐射安全激光辐射安全防护按GB/T10435执行。4.5.3机械安全机械安全按GB/T18490执行。4.5.4防护眼镜激光打孔过程中佩戴防护眼镜，防护眼镜要求按GJB1762执行。4.5.5噪音控制设备运行厂房的噪音控制要求按GB12348执行。修复工艺5.1通则激光修复孔的方法应包含所用设备必要的信息标识、测试合格的激光输出控制要求、机床运动控制要求、小孔几何定位参数等信息。适用于批生产的工艺参数组应当固化为工艺程序。5.2工艺流程超短脉冲激光修复孔的典型工艺流程如图2，应包含零部件前处理、零部件装夹、孔定位、修复、后处理和检验等。图2.超短脉冲激光修复孔的典型工艺流程图5.3工艺评定工艺在固化前，应当使用测试件进行工艺参数评定工作。其次，在设备搬迁、累计修复产品达到200件或客户有批次性质量检验要求时，应当再次进行工艺参数评定工作。5.3.1测试件要求测试件的材料应与被修复部件具有同样的材料，包括但不仅限于：部件基体材料、基体材料状态、部件涂层材料结构、部件涂层材料种类和材料微观组织等。此外，测试件应与基体具有同样的材料几何结构，如基体材料厚度和涂层材料厚度等。5.3.2检测要求工艺开发阶段，根据待修复零件的小孔修复质量要求，选择合适的检测项目和检测方法，通常孔质量检测项目包括通孔、孔位置度、孔径、孔锥度和孔壁表面完整性等指标。对于带涂层零部件，需要对涂层界面分离情况进行检测。对于内部带腔体类零件加工面与内腔对壁距离小于10mm的零件，还需要对内腔对壁损伤情况进行检测。5.3.2.1孔径应使用通针进行孔径初步测量，并使用经计量检定的光学显微镜、扫描电镜等孔径检测设备进行孔径测量，且应测量孔的出口和入口孔径，保证孔径符合工艺文件要求。5.3.2.2锥度应采用金相检测等方法，对修复后的孔沿轴线剖切，测量孔锥度，孔锥度应符合工艺文件要求。5.3.2.3通孔应使用通针或光学检测等手段对所有修复后的孔进行检查，确保全部孔通。5.3.2.4孔位置度应采用目视检查和孔位置度检查设备对孔位置度进行检查，应保证修复后的孔排列整齐，位置度符合工艺文件要求。5.3.2.5孔口孔口不应存在锐边或金属飞溅物。5.3.2.6孔壁缺陷应使用金相检测对孔内壁表面完整性进行检查。对修复的孔沿轴线解剖，使用金相法观察孔内表面不平整度、重熔层厚度、基体裂纹、重熔层裂纹、砂眼和气孔等缺陷及其分布情况。在工艺开发阶段，应对孔轴向和径向两个方向进行解剖检查。5.3.2.7涂层界面检测应使用金相检测对涂层界面进行分离检测。对修复完的孔沿轴线剖切，使用金相法观察涂层与基体、多层涂层的各层间的裂纹、层间分离等缺陷及其分布情况。不允许存在界面裂纹和涂层界面分离。5.3.2.8非修复部位损伤检测应使用与待修复零件具有同样材料结构、防护结构和等效离焦量的样件进行加工测试，并使用金相或无损检测等方法检测非修复部位损伤情况。5.3.3工装设计应使用零点定位工装，同时确保零部件装夹稳定可靠，重复装夹定位可靠。工装设计应确保工装不在孔修复轴线方向产生光路干涉。5.3.4光路干涉测试应对待修复零部件气膜孔轴线方向进行光路干涉测试，使用通针等方法对孔轴线光路干涉进行标识，标记并记录存在光路干涉的孔数量及其位置，并根据设计要求确定修复孔的几何定位参数。5.4修复工艺要求修复工艺应包含零部件接收与清点、零部件前处理、零部件装夹、孔定位、孔修复、零部件后处理和检验等内容。5.4.1前处理5.4.1.1待加工孔识别应根据产品图纸和小孔孔径的设计参数对待加工零部件进行检查，识别、分析并记录以下信息：待加工小孔的数量；位置编号；小孔孔径；小孔孔型；光路干涉情况；激光运动模式。小孔的位置编号应当具有唯一确定性。5.4.1.1表面质量控制应记录用于保护加工表面的涂覆材料的信息：1）材料；2）施工时间。5.4.1.2非修复部位保护对于具有潜在内腔损伤的零部件，应使用不透明或高散射特性的液体、固体粉末或固体块体等性状的防护物进行内腔填充防护。使用时，应记录用于内腔激光击伤防护的下列控制参数：1）防护材料/装置名称；2）防护材料/装置性状；3）材料/装置规格；4）填充方法；5）施工时间；6）零部件转运和加工过程的摆放朝向要求。5.4.1.3工装夹具应采用零点定位工装对待加工部件进行装夹，并记录加工过程所使用的工装信息。5.4.1.4修复部件参数应记录下列生产修复过程与零部件相关的信息：1）零件图纸；2）零件编号。5.4.1.5记录工序记录表见附录A表A.1。5.4.2加工参数5.4.2.1修复过程参数超短脉冲激光加工和修复孔的工艺设计和实施时，应记录下列修复过程控制参数或数据：1）激光运动模式（旋切、振镜或其他）；2）离焦量；3）最小旋切角；4）最大旋切角；5）变半径圈数；6）扫描图形；7）旋切速度；8）单层加工时间；9）单层加工圈数；10）加工单层进给量。对于经工艺评定的修复过程参数组，应当在设备控制软件中固化为产品对应的修复程序。5.4.2.2气体参数应记录用于吹除加工过程等离子体的气体参数：1）气体类型；2）气体压力；3）气嘴与加工轴线夹角。5.4.3后处理要求5.4.3.1内腔防护材料去除对于存在内腔的薄壁类零部件，应在加工完成后，采用对零部件服役特性无损伤的方式去除内腔防护用材料。5.4.3.2零部件清洗零部件修复完成后，应使用压缩空气或产品允许的其他清洗方法对孔进口和出口所在表面进行清洗。5.4.3.3补充加工对于采用超短脉冲激光进行孔径调节的零部件，可在满足几何尺寸要求和孔壁修复质量要求的前提下，进行补充修复，以使孔径合格。质量管理6.1设备参数超短脉冲激光修复孔的工艺设计和修复时，应参考附录B表B.1记录下列设备相关参数：1）设备型号；2）激光器种类；3）激光脉冲宽度；4）脉冲重复频率；5）激光波长；6.2产品与工艺参数修复零部件过程应参考附录B表B.1，记录包括但不限于下列的内容：1）零部件名称；2）零部件型号（图样代号）；3）零部件编号（或炉批号）；4）修复激光功率；5）激光运动模式。6）修复程序；7）单层进给量；8）激光加工层数；9）完工时间；10）环境温度；11）环境湿度。6.3批量修复要求批量生产阶段，根据待修复零件的孔质量要求，选择合适的检测项目和检验方法，通常可采用抽检的方法对批产孔检查，检查项目可参考工艺开发阶段检测项目。6.4返工返修应根据工艺要求的检验项目和频次对修复零部件进行检验，对于孔径偏小的气膜孔可进行再次返修，但返修次数不应超过2次，且返修后产品质量应该满足质量控制要求。对于孔径偏大且数量超过工艺要求的，应进行报废处理。6.5存放与防护应根据零部件存放时可接触材料、堆放层数和环境温湿度等要求合理存放修复的零部件。对所有修复零部件，应做好技术状态等信息的标识记录。同时防止多余物，以及零件磕碰和意外掉落等引起的损伤。附录A（规范性）前处理记录表表A.1超短脉冲激光修复孔的前处理记录表1基本信息零部件名称零部件图样代号/型号批次数量接收时间2表面质量控制保护材料施工时间3非修复部位防护防护材料