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航空领域钻孔应用——光纤激光器
与Nd:YAG脉冲激光器相比,光纤激光器的优势显而易见。首先,光纤激光器的泵浦源是二极管而非闪光灯,所以能够形成完美的方波;其次,采用闪光灯泵浦的Nd:YAG激光器升降较慢,所以总有一部分激光能量低于目标区域的蒸发阈值,这部分能量会使材料熔化,导致热障涂层剥离。要达到重铸层的规格要求,脉冲周期必须小于1ms。在这一点上,光纤激光器拥有 优势,因为它能够产生方波波形,所以使用10ms脉冲就能满足航空器件对于重铸层和裂化的规格要求。
我们用燃烧室来举例说明。使用脉冲钻孔时,燃烧室会在钻孔的过程中同步旋转数圈,在这种情况下,钻透需要5个脉冲,另外再用2个脉冲形成扇形孔。通常这种激光器 的重复频率是10脉冲/秒。而光纤激光器用1个长脉冲就能形成扇形孔,如果采用与Nd:YAG激光器相同的脉冲周期和脉冲能量,则速度可以达到原来的10倍。无论是单个或两个长脉冲,还是多重脉冲,都能获得相同的钻质量。另外,光纤激光器还能调节钻透时与钻透后的脉冲周期,而不是一直使用多重脉冲,这样有利于避免损坏本体。
光纤激光器的特点是可以以平顶模式输出,而Nd:YAG激光器则为近似高斯模式。所以,得益于平顶模式,前者全部能量均超过蒸发阈值,而后者则有相当一部分在阈值之下。研究显示,在相同条件下达到相同钻孔效果,光纤激光器所需耗费的能量更少,究其原因,就是方波+平顶模式。也正是因为这个特性,光纤激光器在钻孔时效率更高,热损伤更少。热损伤少了,涂层剥离及重铸层均会随之改善。
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