II超短脈沖激光修復(fù)小孔技術(shù)規(guī)范Technicalspecificationofsmall-holerepairingbyultra-shortpulselaser目次TOC\o"1-3"\h\u28618目次 I31791前言 II13205引言 III130131范圍 4212982規(guī)范性引用文件 4113793術(shù)語(yǔ)及定義 4295924總體要求 5244784.1人員 5267804.2設(shè)備 5292214.3物料 512674.4環(huán)境 5101104.5安全 6131605修復(fù)工藝 6265495.1通則 6272995.2工藝流程 6190825.3工藝評(píng)定 7225745.4修復(fù)工藝要求 8125256質(zhì)量管理 9175636.1設(shè)備參數(shù) 917916.2產(chǎn)品與工藝參數(shù) 105116.3批量修復(fù)要求 10233366.4返工返修 10325426.5存放與防護(hù) 106941附錄A 1111502附錄B 123519參考文獻(xiàn) 13超短脈沖激光修復(fù)小孔技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了使用超短脈沖激光修復(fù)直徑小于1.5mm小孔的總體要求、修復(fù)工藝、質(zhì)量管理等。本文件適用于采用超短脈沖激光方法進(jìn)行修復(fù)的葉片、燃燒室等零部件表面的通孔，新品零件小孔加工也可參照?qǐng)?zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T10320激光設(shè)備和設(shè)施的電器安全GB/T10435作業(yè)場(chǎng)所激光輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB12348工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)GB/T15313激光術(shù)語(yǔ)GB/T18490激光加工機(jī)械安全GB/T19867.4激光焊接工藝規(guī)程GJB1762激光防護(hù)眼鏡生理衛(wèi)生防護(hù)要求術(shù)語(yǔ)及定義GB/T15313界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1小孔smallhole零部件表面直徑小于1.5mm的圓形通孔。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徑和深度的孔的過(guò)程。3.3激光修復(fù)小孔small-holerepairing使用激光設(shè)備對(duì)小孔進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程，含有工藝評(píng)定、前處理、修復(fù)過(guò)程、后處理和質(zhì)量檢測(cè)等全過(guò)程。3.4脈沖持續(xù)時(shí)間pulsedurationτH激光脈沖上升和下降到50%峰值功率點(diǎn)之間的間隔時(shí)間。圖1.脈沖持續(xù)時(shí)間示意圖3.5超短脈沖激光ultrashortpulselaser單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間小于10皮秒的激光。注：1皮秒=1×10-12秒，萬(wàn)億分之一秒。3.6脈沖重復(fù)頻率pulserepetitionrate脈沖激光器每秒鐘發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)。3.7焦點(diǎn)focalspot在聚焦系統(tǒng)以外，光束橫截面最小的部分。3.8離焦量off-focusamount光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)與被修復(fù)孔的上端面在光軸方向的距離?？傮w要求4.1人員從事激光打孔的操作人員和檢驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)經(jīng)相關(guān)工藝和操作安全培訓(xùn)，考核合格后持證上崗。4.2設(shè)備4.2.1激光器修復(fù)設(shè)備應(yīng)配置有超短脈沖激光器。4.2.2光路系統(tǒng)修復(fù)設(shè)備應(yīng)配置有旋切、掃描振鏡或其他可實(shí)現(xiàn)光束掃描的光路系統(tǒng)。4.2.3激光光束直徑光束直徑應(yīng)小于所加工孔的直徑。4.2.4激光光束錐度激光光束錐度不應(yīng)大于所加工孔的設(shè)計(jì)錐度。4.3物料待修復(fù)零部件及配套的原輔材料應(yīng)符合工藝質(zhì)量要求。4.4環(huán)境4.4.1溫度與防震要求超短脈沖激光打孔加工設(shè)備應(yīng)當(dāng)配置獨(dú)立且具有隔音防震的操作間，操作間應(yīng)保持潔凈，環(huán)境溫度應(yīng)保持在(10~30)℃。4.4.2除塵要求應(yīng)當(dāng)配置除塵設(shè)備，保證加工過(guò)程的燒蝕粉塵等物質(zhì)被及時(shí)抽除。4.4.3除濕要求應(yīng)當(dāng)配置除濕設(shè)備，保證濕度處于適合激光器正常工作的范圍。4.5安全4.5.1電氣安全設(shè)備及電氣安全按GB/T10320執(zhí)行。4.5.2激光輻射安全激光輻射安全防護(hù)按GB/T10435執(zhí)行。4.5.3機(jī)械安全機(jī)械安全按GB/T18490執(zhí)行。4.5.4防護(hù)眼鏡激光打孔過(guò)程中佩戴防護(hù)眼鏡，防護(hù)眼鏡要求按GJB1762執(zhí)行。4.5.5噪音控制設(shè)備運(yùn)行廠房的噪音控制要求按GB12348執(zhí)行。修復(fù)工藝5.1通則激光修復(fù)孔的方法應(yīng)包含所用設(shè)備必要的信息標(biāo)識(shí)、測(cè)試合格的激光輸出控制要求、機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制要求、小孔幾何定位參數(shù)等信息。適用于批生產(chǎn)的工藝參數(shù)組應(yīng)當(dāng)固化為工藝程序。5.2工藝流程超短脈沖激光修復(fù)孔的典型工藝流程如圖2，應(yīng)包含零部件前處理、零部件裝夾、孔定位、修復(fù)、后處理和檢驗(yàn)等。圖2.超短脈沖激光修復(fù)孔的典型工藝流程圖5.3工藝評(píng)定工藝在固化前，應(yīng)當(dāng)使用測(cè)試件進(jìn)行工藝參數(shù)評(píng)定工作。其次，在設(shè)備搬遷、累計(jì)修復(fù)產(chǎn)品達(dá)到200件或客戶(hù)有批次性質(zhì)量檢驗(yàn)要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)再次進(jìn)行工藝參數(shù)評(píng)定工作。5.3.1測(cè)試件要求測(cè)試件的材料應(yīng)與被修復(fù)部件具有同樣的材料，包括但不僅限于：部件基體材料、基體材料狀態(tài)、部件涂層材料結(jié)構(gòu)、部件涂層材料種類(lèi)和材料微觀組織等。此外，測(cè)試件應(yīng)與基體具有同樣的材料幾何結(jié)構(gòu)，如基體材料厚度和涂層材料厚度等。5.3.2檢測(cè)要求工藝開(kāi)發(fā)階段，根據(jù)待修復(fù)零件的小孔修復(fù)質(zhì)量要求，選擇合適的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法，通?？踪|(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目包括通孔、孔位置度、孔徑、孔錐度和孔壁表面完整性等指標(biāo)。對(duì)于帶涂層零部件，需要對(duì)涂層界面分離情況進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于內(nèi)部帶腔體類(lèi)零件加工面與內(nèi)腔對(duì)壁距離小于10mm的零件，還需要對(duì)內(nèi)腔對(duì)壁損傷情況進(jìn)行檢測(cè)。5.3.2.1孔徑應(yīng)使用通針進(jìn)行孔徑初步測(cè)量，并使用經(jīng)計(jì)量檢定的光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等孔徑檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行孔徑測(cè)量，且應(yīng)測(cè)量孔的出口和入口孔徑，保證孔徑符合工藝文件要求。5.3.2.2錐度應(yīng)采用金相檢測(cè)等方法，對(duì)修復(fù)后的孔沿軸線剖切，測(cè)量孔錐度，孔錐度應(yīng)符合工藝文件要求。5.3.2.3通孔應(yīng)使用通針或光學(xué)檢測(cè)等手段對(duì)所有修復(fù)后的孔進(jìn)行檢查，確保全部孔通。5.3.2.4孔位置度應(yīng)采用目視檢查和孔位置度檢查設(shè)備對(duì)孔位置度進(jìn)行檢查，應(yīng)保證修復(fù)后的孔排列整齊，位置度符合工藝文件要求。5.3.2.5孔口孔口不應(yīng)存在銳邊或金屬飛濺物。5.3.2.6孔壁缺陷應(yīng)使用金相檢測(cè)對(duì)孔內(nèi)壁表面完整性進(jìn)行檢查。對(duì)修復(fù)的孔沿軸線解剖，使用金相法觀察孔內(nèi)表面不平整度、重熔層厚度、基體裂紋、重熔層裂紋、砂眼和氣孔等缺陷及其分布情況。在工藝開(kāi)發(fā)階段，應(yīng)對(duì)孔軸向和徑向兩個(gè)方向進(jìn)行解剖檢查。5.3.2.7涂層界面檢測(cè)應(yīng)使用金相檢測(cè)對(duì)涂層界面進(jìn)行分離檢測(cè)。對(duì)修復(fù)完的孔沿軸線剖切，使用金相法觀察涂層與基體、多層涂層的各層間的裂紋、層間分離等缺陷及其分布情況。不允許存在界面裂紋和涂層界面分離。5.3.2.8非修復(fù)部位損傷檢測(cè)應(yīng)使用與待修復(fù)零件具有同樣材料結(jié)構(gòu)、防護(hù)結(jié)構(gòu)和等效離焦量的樣件進(jìn)行加工測(cè)試，并使用金相或無(wú)損檢測(cè)等方法檢測(cè)非修復(fù)部位損傷情況。5.3.3工裝設(shè)計(jì)應(yīng)使用零點(diǎn)定位工裝，同時(shí)確保零部件裝夾穩(wěn)定可靠，重復(fù)裝夾定位可靠。工裝設(shè)計(jì)應(yīng)確保工裝不在孔修復(fù)軸線方向產(chǎn)生光路干涉。5.3.4光路干涉測(cè)試應(yīng)對(duì)待修復(fù)零部件氣膜孔軸線方向進(jìn)行光路干涉測(cè)試，使用通針等方法對(duì)孔軸線光路干涉進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)記并記錄存在光路干涉的孔數(shù)量及其位置，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定修復(fù)孔的幾何定位參數(shù)。5.4修復(fù)工藝要求修復(fù)工藝應(yīng)包含零部件接收與清點(diǎn)、零部件前處理、零部件裝夾、孔定位、孔修復(fù)、零部件后處理和檢驗(yàn)等內(nèi)容。5.4.1前處理5.4.1.1待加工孔識(shí)別應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品圖紙和小孔孔徑的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)待加工零部件進(jìn)行檢查，識(shí)別、分析并記錄以下信息：待加工小孔的數(shù)量；位置編號(hào)；小孔孔徑；小孔孔型；光路干涉情況；激光運(yùn)動(dòng)模式。小孔的位置編號(hào)應(yīng)當(dāng)具有唯一確定性。5.4.1.1表面質(zhì)量控制應(yīng)記錄用于保護(hù)加工表面的涂覆材料的信息：1）材料；2）施工時(shí)間。5.4.1.2非修復(fù)部位保護(hù)對(duì)于具有潛在內(nèi)腔損傷的零部件，應(yīng)使用不透明或高散射特性的液體、固體粉末或固體塊體等性狀的防護(hù)物進(jìn)行內(nèi)腔填充防護(hù)。使用時(shí)，應(yīng)記錄用于內(nèi)腔激光擊傷防護(hù)的下列控制參數(shù)：1）防護(hù)材料/裝置名稱(chēng)；2）防護(hù)材料/裝置性狀；3）材料/裝置規(guī)格；4）填充方法；5）施工時(shí)間；6）零部件轉(zhuǎn)運(yùn)和加工過(guò)程的擺放朝向要求。5.4.1.3工裝夾具應(yīng)采用零點(diǎn)定位工裝對(duì)待加工部件進(jìn)行裝夾，并記錄加工過(guò)程所使用的工裝信息。5.4.1.4修復(fù)部件參數(shù)應(yīng)記錄下列生產(chǎn)修復(fù)過(guò)程與零部件相關(guān)的信息：1）零件圖紙；2）零件編號(hào)。5.4.1.5記錄工序記錄表見(jiàn)附錄A表A.1。5.4.2加工參數(shù)5.4.2.1修復(fù)過(guò)程參數(shù)超短脈沖激光加工和修復(fù)孔的工藝設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)，應(yīng)記錄下列修復(fù)過(guò)程控制參數(shù)或數(shù)據(jù)：1）激光運(yùn)動(dòng)模式（旋切、振鏡或其他）；2）離焦量；3）最小旋切角；4）最大旋切角；5）變半徑圈數(shù)；6）掃描圖形；7）旋切速度；8）單層加工時(shí)間；9）單層加工圈數(shù)；10）加工單層進(jìn)給量。對(duì)于經(jīng)工藝評(píng)定的修復(fù)過(guò)程參數(shù)組，應(yīng)當(dāng)在設(shè)備控制軟件中固化為產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的修復(fù)程序。5.4.2.2氣體參數(shù)應(yīng)記錄用于吹除加工過(guò)程等離子體的氣體參數(shù)：1）氣體類(lèi)型；2）氣體壓力；3）氣嘴與加工軸線夾角。5.4.3后處理要求5.4.3.1內(nèi)腔防護(hù)材料去除對(duì)于存在內(nèi)腔的薄壁類(lèi)零部件，應(yīng)在加工完成后，采用對(duì)零部件服役特性無(wú)損傷的方式去除內(nèi)腔防護(hù)用材料。5.4.3.2零部件清洗零部件修復(fù)完成后，應(yīng)使用壓縮空氣或產(chǎn)品允許的其他清洗方法對(duì)孔進(jìn)口和出口所在表面進(jìn)行清洗。5.4.3.3補(bǔ)充加工對(duì)于采用超短脈沖激光進(jìn)行孔徑調(diào)節(jié)的零部件，可在滿足幾何尺寸要求和孔壁修復(fù)質(zhì)量要求的前提下，進(jìn)行補(bǔ)充修復(fù)，以使孔徑合格。質(zhì)量管理6.1設(shè)備參數(shù)超短脈沖激光修復(fù)孔的工藝設(shè)計(jì)和修復(fù)時(shí)，應(yīng)參考附錄B表B.1記錄下列設(shè)備相關(guān)參數(shù)：1）設(shè)備型號(hào)；2）激光器種類(lèi)；3）激光脈沖寬度；4）脈沖重復(fù)頻率；5）激光波長(zhǎng)；6.2產(chǎn)品與工藝參數(shù)修復(fù)零部件過(guò)程應(yīng)參考附錄B表B.1，記錄包括但不限于下列的內(nèi)容：1）零部件名稱(chēng)；2）零部件型號(hào)（圖樣代號(hào)）；3）零部件編號(hào)（或爐批號(hào)）；4）修復(fù)激光功率；5）激光運(yùn)動(dòng)模式。6）修復(fù)程序；7）單層進(jìn)給量；8）激光加工層數(shù)；9）完工時(shí)間；10）環(huán)境溫度；11）環(huán)境濕度。6.3批量修復(fù)要求批量生產(chǎn)階段，根據(jù)待修復(fù)零件的孔質(zhì)量要求，選擇合適的檢測(cè)項(xiàng)目和檢驗(yàn)方法，通常可采用抽檢的方法對(duì)批產(chǎn)孔檢查，檢查項(xiàng)目可參考工藝開(kāi)發(fā)階段檢測(cè)項(xiàng)目。6.4返工返修應(yīng)根據(jù)工藝要求的檢驗(yàn)項(xiàng)目和頻次對(duì)修復(fù)零部件進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于孔徑偏小的氣膜孔可進(jìn)行再次返修，但返修次數(shù)不應(yīng)超過(guò)2次，且返修后產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該滿足質(zhì)量控制要求。對(duì)于孔徑偏大且數(shù)量超過(guò)工藝要求的，應(yīng)進(jìn)行報(bào)廢處理。6.5存放與防護(hù)應(yīng)根據(jù)零部件存放時(shí)可接觸材料、堆放層數(shù)和環(huán)境溫濕度等要求合理存放修復(fù)的零部件。對(duì)所有修復(fù)零部件，應(yīng)做好技術(shù)狀態(tài)等信息的標(biāo)識(shí)記錄。同時(shí)防止多余物，以及零件磕碰和意外掉落等引起的損傷。附錄A（規(guī)范性）前處理記錄表表A.1超短脈沖激光修復(fù)孔的前處理記錄表1基本信息零部件名稱(chēng)零部件圖樣代號(hào)/型號(hào)批次數(shù)量接收時(shí)間2表面質(zhì)量控制保護(hù)材料施工時(shí)間3非修復(fù)部位防護(hù)防護(hù)材料