揭秘激光微射流加工：航空结构加工新利器(2)

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二、通用电气航空集团CMC激光水射流加工工艺细节

1．CMC激光微射流系统及工艺

西诺瓦公司的CMC激光微射流（LCS）系统中，激光束通过加压水舱并聚焦到喷嘴中。激光器是工业常见的固态钕掺杂钇铝石榴石激光器，大约每秒脉冲10000次，功率为10至200瓦，波长为1064（红外）、532或355纳米。射流为过滤的去离子水，只有发丝细（直径为50至70微米），在200至650巴的低压下使用。

对于激光头本身，光束必须以某个角度接近边界以反射而不是穿过它，这是一个挑战。水射流也必须高度稳定，边界一致，以防止光束逸出。西诺瓦公司的一项国际专利表明它如何使用由气体封闭的液体射流来防止形成湍流。由蓝宝石或钻石构成的喷嘴具有耐用性，特殊形状可确保气体和水适当发生相互作用。在低压下投射的纯水、去离子水和过滤水包裹着光束，以限制水流不利影响带来的风险。这种水流非常类似于光纤电缆，确保加工是冷却、清洁和准直的。

激光微射流系统喷嘴的直径范围为25至120微米，低压水流量比这小15%。利用内部连续反射光束的能量，水流本质上成为一个完美的圆柱形叶片，在其轨迹中留下完美的直壁。在没有引导水流的情况下，激光束是自然的锥形，从源变窄到特定焦点然后再次向外展开。因此，必须严格控制切削深度和焦点位置，以避免切削中出现不必要的锥度，水的添加消除了这个问题。根据西诺瓦公司提供的数据，在水射流及其内部的激光开始分离之前，水射流可以投射到距离喷嘴直径1000倍的距离（最大工作范围为100毫米）。切口宽度与喷嘴直径紧密匹配，精度和重复性以微米为单位。

2．通用电气航空集团CMC零件加工流程

通用电气航空集团CMC零件加工线的每台机床都使用一个带真空卡盘的3R接口，以便尽可能地使生产接近单件流。3R接口涉及一个工件夹具系统，在加工线中可夹取多种不同的零件，实现快速安装和最大的生产率。工件通过胶接固定到接口，由机器人夹取，一站站通过自动化加工线，包括微射流加工机床，每站不需要额外的安装工作。加工线的最后一步是无损检测，使用GE的计算机X射线断层扫描（CT）机。每个零件都要检测，扫描时间是15分钟，完成时间是30分钟，包括数据评价。