專利名稱：一種激光加工保護層的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光加工領域，特別提供了一種激光加工保護層。
背景技術：
隨著航空工業的飛速發展，大量的先進加工技術被引用到航空發動機的生產中，激光加工因為其穩定、高效、準確、柔性的特點被大量應用于航空發動機的高效加工中。因為發動機零件設計的日益精密且結構緊湊復雜，激光加工時經常發生零件在切割時因激光噴濺及激光光束能量未完全損耗而造成零件其他部分的燒傷及打傷，導致零件直接報廢。如第四代航空發動機的導流管零件，由于其為葉片通氣管，管壁上有大量小孔，管內腔狹窄，并且零件壁厚較薄，在管壁一側進行激光打孔過程中，由于激光噴濺及激光光束能量未完全損耗造成管子對面一側被燒傷甚至打穿。 目前行業內常用的保護方法為用薄銅皮或薄鋁鉬插入到該類零件腔內，由于這兩種材料對激光有反射作用，激光加工時光束擊穿零件加工側后遇到薄銅皮或薄鋁鉬的阻擋而不能穿過，同時薄銅皮或薄鋁鉬也將激光加工時的噴濺物阻擋下來，保證了零件另一非加工側不受傷害。該方法對于壁厚尺寸較大且腔距較大的零件效果十分理想，但如導流管類零件由于壁厚尺寸較小(僅為O. 3mm)并且腔距較小(最大處僅為3mm)，如將薄銅皮或薄鋁鉬插入作為保護，雖能有效阻擋光束及噴濺的穿過，但由于這兩種材料對激光的反射效應，激光光束遇到這兩種材料后發生反射并反向沖擊零件背面，將對零件造成二次傷害。因此對于該類薄壁小空腔零件，原始的方法很難保證零件的質量。

發明內容
本發明的目的在于提供一種可以解決這一長期困擾激光加工行業的激光加工保護層，該保護層可有效防止激光加工時對零件及其被加工表面后側部位，尤其是空腔零件被加工表面對側部位的直接打傷，又消除了由于激光光束折射造成的零件二次打傷。并可適用于高溫合金、鈦合金這些難加工材料的激光加工。本發明根據激光加工原理和激光切割物體所產生的物理化學特性,針對薄壁小空腔零件激光切割及打孔過程中容易打傷零件空腔對側的現象，經過大量實驗，設計制造了專為該類零件使用的激光加工保護層。本發明具體提供了一種激光加工保護層，其特征在于所述保護層共分內外兩層，內層應用厚度為O. 3mm-0. 5mm的薄銅皮,其主要原因為；I)該厚度范圍的薄銅皮質地較軟，可彎曲成任意形狀及線條。這樣可滿足零件內腔的任意型面均可進入。2)相比于薄鋁鉬，薄銅皮更耐高溫，使用壽命長。3)薄銅皮對激光光束有反射作用，可有效阻擋激光光束及激光噴濺物通過。外層采用厚度為O. lmm-o. 3mm的聚四氟乙烯薄膜,其主要原因為I)該材料質地柔軟，可任意彎曲，在薄銅皮外層可與薄銅皮一起發生形狀的變化。
2)該材料具有高潤滑性，是固體材料中摩擦系數最低的，因此可以在包裹薄銅皮后順利的插入到任意的腔體內。3)該材料可耐高溫，由于激光加工過程溫度較高一般材料會發生燃燒。4)該材料可以有效散射激光光束，使原本 高能量的激光光束發散后能量迅速降低，起到了保護零件的作用。激光光束散射原理如圖I所示。5)該材料無毒害,對人體無不良反應。本發明所述保護層的工作原理如圖2所示激光光束21穿過帶內腔零件31后射入聚四氟乙烯薄膜1，經過一次分散后打向薄銅皮2，此過程阻擋了激光光束21傷害另一側零件。之后由于薄銅皮2對激光光束21的反射作用，薄銅皮2將射來的光束反射向零件背面。由于經過聚四氟乙烯薄膜I的阻擋及薄銅皮2的反射后，激光的能量已經損失很多，但如果沒有二次保護，激光折射光束32直接反射回零件背面也會使較薄零件被反向擊穿，因此聚四氟乙烯薄膜I的二次保護在這一過程中體現。返回并射向零件背面的激光折射光束32再次經過聚四氟乙烯薄膜I后再次被分散，使激光光束21徹底失去傷害零件的作用，實現了對零件的有效保護。本發明提供的激光加工保護層，其特征在于所述保護層的厚度小于零件腔寬度。本發明提供的激光加工保護層，其特征在于所述外層的聚四氟乙烯薄膜在薄銅皮的單側或雙側，或聚四氟乙烯薄膜包裹在薄銅皮周圍。如圖3所示為聚四氟乙烯薄膜在薄銅皮雙側時的結構圖(I為聚四氟乙烯薄膜；2為薄銅皮)。采用本發明提供的激光加工保護層，可實現對薄壁小空腔類零件的有效保護，保證該類零件的激光加工質量滿足航空發動機構件的質量要求。目前該保護層已成功應用到航空發動機導流管的激光加工生產中。


圖I激光光束散射原理圖(21、激光光束；22、激光聚焦透鏡；23、聚焦光束；1聚四氟乙烯薄膜；24、聚焦點；25、發散光束)；圖2本發明所述保護層的工作原理圖(I聚四氟乙烯薄膜；2、薄銅皮；31、帶內腔零件；21、激光光束；32、激光折射光束)；圖3本發明所述保護層的結構圖。
具體實施例方式實施例I針對內腔寬度最大為3mm、厚度為O. 3mm、材料為GH3030的帶內腔零件制作激光加工保護層，選取寬度為O. 3mm的薄銅皮，再將O. 15mm的聚四氟乙烯薄膜纏繞在該薄銅皮周圍，最后用膠布粘牢即可使用(保護層制作的厚度應小于零件腔寬度)。使用時將制作好的保護層隨型插入待加工零件腔內，即可進行零件的激光加工。加工結果檢查沒有發現零件被燒傷、打傷或二次打傷的痕跡。實施例2針對內腔寬度最大為8mm、厚度為O. 8mm、材料為普通不銹鋼的帶內腔零件制作激光加工保護層，選取寬度為O. 4mm的薄銅皮，再將O. 3mm的聚四氟乙烯薄膜纏繞在該薄銅皮周圍，最后用膠布粘牢即可使用(保護層制作的厚度應小于零件腔寬度)。使用時將制作好的保護層隨型插入待加工零件腔內，即可進行零件的激光加工。加工結果檢查沒有發現零件被燒傷、打傷或二次打傷的痕跡。實施例3針對內腔寬度最大為3mm、厚度為O. 3mm、材料為TC4的帶內腔零件制作激光加工保護層，選取寬度為O. 5mm的薄銅皮，再將O. Imm的聚四氟乙烯薄膜纏繞在該薄銅皮周圍，最后用膠布粘牢即可使用(保護層制作的厚度應小于零件腔寬度)。使用時將制作好的保護層隨型插入待加工零件腔內，即可進行零件的激光加工。加工結果檢查沒有發現零件被燒傷、打傷、濺傷或二次打傷的痕跡。對比例I 針對實施例I所用的帶內腔零件制作激光加工保護層，選取寬度為O. 5mm的薄銅皮，使用時將制作好的保護層隨型插入待加工零件腔內，進行零件的激光加工。加工結果檢查發現零件被銅皮反射回的激光束二次打傷。對比例2針對實施例I所用的帶內腔零件制作激光加工保護層，選取寬度為O. 3mm的鋁箔隨型插入待加工零件腔內，進行零件的激光加工。加工結果檢查發現零件有被二次打傷的現象，并且該種保護層使用壽命較短。
權利要求
1.一種激光加工保護層，其特征在于所述保護層共分內外兩層，內層應用厚度為O. 3mm-0. 5mm的薄銅皮,夕卜層采用厚度為O. lmm-O. 3mm的聚四氟乙烯薄膜。
2.按照權利要求I所述激光加工保護層，其特征在于所述保護層的厚度小于零件腔覽度。
3.按照權利要求I或2所述激光加工保護層，其特征在于所述外層的聚四氟乙烯薄膜在薄銅皮的單側或雙側，或聚四氟乙烯薄膜包裹在薄銅皮周圍。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種激光加工保護層，其特征在于所述保護層共分內外兩層，內層應用厚度為0.3mm-0.5mm的薄銅皮，外層采用厚度為0.1mm-0.3mm的聚四氟乙烯薄膜。該保護層可有效防止激光加工時對零件及其被加工表面后側部位，尤其是空腔零件被加工表面對側部位的直接打傷，又消除了由于激光光束折射造成的零件二次打傷。
文檔編號B23K26/18GK102950378SQ201210349510
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者單易, 邱兆峰, 劉曉娟, 邵天巍, 段新民 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司