Uçak motorlarının sıcak uçlu yapısal bileşenleri için tercih edilen malzeme olan nikel-bazlı süper alaşımlar, doğaları gereği yüksek sertlikleri ve mukavemetleri nedeniyle yüksek-kaliteli film soğutma deliklerinin hazırlanmasında önemli zorluklar sunar. Su-kılavuzlu lazer işleme teknolojisi, film soğutma deliklerinin üretiminde önemli bir potansiyel göstermiştir, ancak mühendislik uygulaması, işleme kalitesi ve verimlilik arasındaki koordinasyon nedeniyle sınırlıdır. Bu çalışmada, bu soruna çözüm bulmak amacıyla, 1064 nm yüksek güçlü bir lazerin sabit bir su jetiyle etkili bir şekilde birleştirilmesini sağlamak için çok-odaklı su-ışık birleştirme modu kullanıldı. Ek olarak, içten dışa doğru çok geçişli halka şeklinde kesme delme stratejisi tanıtıldı ve lazer tek{13}}darbe enerjisinin, tarama hızının ve darbe frekansının mikro-delik yüzey morfolojisi ve geometrik doğruluk üzerindeki etkileri kontrol değişkeni yöntemi kullanılarak araştırıldı. Buna dayanarak, optimize edilmiş işlem parametreleri altında hazırlanan mikro delikler analiz edildi ve taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı spektroskopi kullanılarak doğrulandı. Sonuçlar, tek-darbe enerjisinin mikro delikler aracılığıyla elde etmede temel parametre olduğunu göstermektedir. Tarama hızının ve darbe frekansının uygun şekilde arttırılmasıyla erime birikimi ve termal birikim etkileri etkili bir şekilde azaltılabilir, böylece mikro deliklerin yüzey morfolojisi ve işleme doğruluğu iyileştirilebilir. Spesifik olarak, tek-atım enerjisi 0,8 mJ'ye, tarama hızı 25 mm/s'ye ve darbe frekansı 300 kHz'e ayarlandığında, 820 μm giriş çapına ve 0,32 derece konikliğe sahip yüksek-kaliteli mikro-delikler yaklaşık 60 saniyede üretilebilir. Mikro deliklerin mikro yapısı ve element dağılımı, su-güdümlü lazer işleminin, yeniden şekillendirilmiş katmanları azaltmada, ısıdan- etkilenen bölgeyi en aza indirmede ve delik duvarı pürüzsüzlüğünü korumada mükemmel performans sergilediğini doğrulamaktadır.
Anahtar Kelimeler: su-kılavuzlu lazer; nikel-bazlı alaşım; film soğutma delikleri; çok-geçişli halka şeklinde kesme; işleme mekanizması Uçak motorlarının sıcak uçlu-yapısal bileşenleri için tercih edilen malzeme olan nikel-bazlı süper alaşımlar, doğasında bulunan yüksek sertlik ve dayanıklılık nedeniyle yüksek-kaliteli film soğutma deliklerinin hazırlanmasında önemli zorluklar sunar. Su-güdümlü lazer işleme teknolojisi, film soğutma deliklerinin üretiminde önemli bir potansiyel göstermiştir, ancak mühendislik uygulaması, işleme kalitesi ve verimlilik arasındaki koordinasyon nedeniyle sınırlıdır. Bu çalışmada, bu soruna çözüm bulmak amacıyla, 1064 nm yüksek güçlü bir lazerin sabit bir su jetiyle etkili bir şekilde birleştirilmesini sağlamak amacıyla çok-odaklanmış bir su-ışık birleştirme modu kullanıldı. Ek olarak, içten dışa çok geçişli halka şeklinde kesme delme stratejisi tanıtıldı ve lazer tek{16}}darbe enerjisi, tarama hızı ve darbe frekansının mikro delik yüzey morfolojisi ve geometrik doğruluk üzerindeki etkileri kontrol değişkeni yöntemi kullanılarak araştırıldı. Buna dayanarak, optimize edilmiş işlem parametreleri altında hazırlanan mikro delikler analiz edildi ve taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı spektroskopi kullanılarak doğrulandı. Sonuçlar, tek-darbe enerjisinin, mikro delikler yoluyla elde etmede temel parametre olduğunu göstermektedir. Tarama hızının ve darbe frekansının uygun şekilde arttırılmasıyla, erime birikimi ve termal birikim etkileri etkili bir şekilde azaltılabilir, böylece mikro deliklerin yüzey morfolojisi ve işleme doğruluğu iyileştirilebilir. Spesifik olarak, tek-atım enerjisi 0,8 mJ'ye, tarama hızı 25 mm/s'ye ve darbe frekansı 300 kHz'e ayarlandığında, 820 μm giriş çapına ve 0,32 derece konikliğe sahip yüksek-kaliteli mikro delikler-yaklaşık 60 saniyede üretilebilir. Mikro deliklerin mikro yapısı ve element dağılımı, su-güdümlü lazer işlemenin, yeniden şekillendirilmiş katmanları azaltmada, ısıdan- etkilenen bölgeyi en aza indirmede ve delik duvarı pürüzsüzlüğünü korumada mükemmel performans sergilediğini doğrulamaktadır.
Anahtar Kelimeler: su-kılavuzlu lazer; nikel-bazlı alaşım; film soğutma delikleri; çok-geçişli halka şeklinde kesme; işleme mekanizması
Bu çalışma, Inconel 718'in halka şeklinde delinmesi için 1064 nm dalga boyuna sahip su-güdümlü lazerin kullanımını araştırmaktadır. Tek darbe enerjisi, tarama hızı ve darbe frekansı gibi temel işlem parametrelerinin mikro-deliklerin morfolojisini ve geometrik doğruluğunu etkilediği mekanizmaları açıklamaktadır. Bu bulgulara dayanarak, yüksek-verimlilik ve yüksek-hassasiyette sondaj elde etmek için en uygun yaklaşım belirlenir. Ana sonuçlar şu şekilde özetlenmiştir: (1) "İçeriden dışarıya" çok-geçişli, halka şeklinde su-kılavuzlu lazer delme stratejisinin benimsenmesi, su jetinin erimiş malzeme üzerindeki temizleme etkisini artırabilir, ısıdan-etkilenen bölgeyi ve mikro-giriş yüzeyinde kalan erimiş malzemeyi azaltabilir. (2) Inconel 718 mikro delikleri 1064 nm dalga boyuna sahip su{18}}güdümlü lazerle işlerken, işlem parametrelerinin optimum kombinasyonu şu şekildedir: tek darbe enerjisi 0,8 mJ, tarama hızı 20 mm/s ve lazer darbe frekansı 300 kHz. Bu parametre yapılandırması altında, giriş çapı 822,7 µm, dairesellik 0,9893, koniklik 0,32 derece ve yüzey pürüzlülüğü Sa 9,58 µm'den düşük olan yüksek-kaliteli mikro-delikler üretilebilir. (3) Su-kılavuzlu lazerle işlenen mikro-deliklerin kesit morfolojisi özelliklerine bağlı olarak, mikro deliğin yüzeyi dört ayrı bölgeye ayrılabilir: yeniden katılaşma bölgesi, çıkıntı bölgesi, çöküntü bölgesi ve kırılma bölgesi. Yeniden katılaşma bölgesi ve kırılma bölgesi sırasıyla mikro deliğin giriş ve çıkışındaki benzersiz morfolojiyi temsil eder. Çıkıntı bölgesi ve çöküntü bölgesi tüm mikro delik duvarı boyunca dağıtılmıştır ve bunların oluşum mekanizmaları, su{37}}kılavuzlu lazer işlemi sırasındaki fototermal etki ve hızlı ısıtma ve soğutma özellikleriyle yakından ilişkilidir. (4) Mikro delik girişi, çıkışı ve delik duvarı profiline ilişkin gözlemler, su-güdümlü lazer işleminin, yeniden şekillendirilmiş katmanı ve ısıdan-etkilenen bölgeyi azaltmada ve delik duvarı temizliğini korumada mükemmel performans sergilediğini ortaya koymaktadır. Bu teknoloji, geleneksel uzun darbeli lazer işlemeyle ilişkili termal etkileri ve oksidasyon hasarını etkili bir şekilde azaltır, böylece Inconel 718'in yüksek-kaliteli ve yüksek verimli-işlenmesine ulaşır.
