——在工业加工领域，光纤激光器已成功吸引了许多激光器用户的目光。在激光焊接、标记和切割应用中，光纤激光器已成为标准化配置。值得关的是，光纤激光器走入应用这个过程只发生在非常短的时间内。但在涡轮发动机组件溢出冷却孔的钻孔上，光纤激光器遭遇了一些难以解决的问题。本文将与您一同探讨其个中缘由，并为您呈现Nd：YAG激光器在这种复杂加工工艺中的一些最新发现。
一、Nd：YAG激光钻孔工艺
利用Nd：YAG激光钻孔技术，可以在机器上加工出极小、极为精确且与表面成法角或极端角度的孔洞，可实现各种形状、方向加工，且适用于各种各样的材料，包括极难加工的航天合金。例如，Prima Power Laserdyne公司（Prima Power North America Inc.旗下）就已在全球范围内安装了750多台航天制造专用系统。最常使用的是高功率（200-400 W平均功率）脉冲Nd：YAG激光器。通过冲击钻孔（图1）或穿孔完成加工。在激光钻孔工艺中，高功率密度通过0.05 mm至0.75 mm的对焦光斑大小实现。
冲击钻孔是指从激光器发出一束或多束激光脉冲，激光光束和加工部件都是固定的。是否需要多束脉冲，取决于加工的孔深。冲击钻孔的另一个变型是飞行钻孔，由固定的激光器向加工部件发出激光脉冲，同时旋转加工部件。孔定位是旋转速度和激光器脉冲频率的一个函数。如果需要多束脉冲，可使用相关软件（例如由Laserdyne开发的CylPerf软件）来同步部件运动和激光脉冲，确保多束脉冲准确射向所需的位置。通过更改激光脉冲能量，可以调整脉冲频率、镜头焦距、孔尺寸或锥度特性以满足孔设计要求。
图1. 左：泻流冷却孔的QCW光纤激光穿孔；右：利用Laserdyne BeamDirector 3
可轻松实现浅角撞击钻孔
另一种钻孔工艺是穿孔。其中，加工部件保持静止，激光光束移动并通过切割形状来生成孔洞或特征。这种"钻孔"方式通常适用于同时进行冲击和钻孔的应用。而超精确、可重复性激光定位系统的问世，使得独特、精确的穿孔加工成为可能。
激光器平均功率由脉冲频率、脉冲能量所决定，而功率又受激光器不出现性能下降的工作周期所限制。冲击钻孔工艺通常使用<100 W至400 W的平均功率。而脉宽的选择关系到钻孔的质量，较短的脉宽可能会限制单束脉冲可实现的最大能量；典型的脉宽范围为0.5-2 ms。
脉冲能量是用以区分钻孔激光器与其他加工应用激光器的一项特征。脉冲能量越高，钻孔速度越快，但可能会对孔洞质量造成不利影响。大多情况下，所需的脉冲能量由实验结果、材料厚度、成分以及所需的孔直径所决定。
对于特定的激光器装备，聚焦透镜将决定光斑大小。冲击钻孔工艺中的光斑大小与待钻的孔直径相关：对于较薄的材料(<0.5 mm)，光斑大小几近等于孔尺寸；而随着金属厚度增加，可通过冲击钻孔实现的孔直径范围逐渐缩小。这时穿孔工艺（图2）就派上用场了。
图2. Laserdyne系统可提供独特孔/形状特征的穿孔性能
