doi: 10.52899/24141437_2025_03_365
УДК: 621.9.015

Разработка технологии перфорации жаровых труб, покрытых термозащитным покрытием

Мигдалев Я. П., Раевский Е. В.
Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Мигдалев Я.П., Раевский Е.В. Разработка технологии перфорации жаровых труб, покрытых термозащитным покрытием // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 3. С. 365–373. DOI: 10.52899/24141437_2025_03_365 EDN: JHFUPK

Аннотация

Актуальность. Современные газотурбинные двигатели требуют повышения рабочей температуры для увеличения эффективности, что приводит к экстремальным термическим нагрузкам на материалы. Температура продуктов сгорания в авиадвигателях может превышать точки плавления используемых жаропрочных сплавов, что ограничивает их применение. Для защиты рабочих деталей применяются термозащитные покрытия и системы охлаждения с использованием перфорационных отверстий. Технология лазерной перфорации является перспективным методом, обеспечивающим высокую точность и экономическую эффективность при изготовлении отверстий в жаровых трубах с термозащитным покрытием. Разработка и оптимизация таких технологий актуальны для авиационно-космической отрасли и общего машиностроения, где требуется баланс между качеством, производительностью и стоимостью. Цель работы — разработка рационального технического решения для лазерной перфорации жаровых труб с нанесенным термозащитным покрытием, обеспечивающего оптимальное сочетание точности, качества поверхности и производительности. Работа направлена на анализ существующих методов перфорации, их сравнение и обоснование выбора оптимальной технологии. Материалы и методы. В работе проведен технический анализ существующих решений перфорации как на примере авиационно-космических, так и общепромышленных применений. Рассмотрены варианты выполнения перфорации жаровых труб по имеющимся в открытых источниках данным. Экспериментальная часть включала использование серийной установки пятикоординатной лазерной обработки СЛП520 с волоконным лазером. Результаты. Анализ показал, что лазерная перфорация превосходит альтернативные методы по точности и скорости обработки. Оптимальные параметры лазерного излучения обеспечивают минимальное термическое воздействие на термозащитное покрытие и высокую воспроизводимость. Эксперименты выявили, что использование длиннофокусного объектива обеспечивает стабильность диаметра и формы отверстий, а нанесение защитной пасты с нитридом бора позволяет исключить появление выплесков вокруг отверстий. Заключение. Лазерная перфорация является эффективным решением для изготовления охлаждающих отверстий в жаровых трубах с термозащитным покрытием. Предложенная технология обеспечивает высокую точность, качество и воспроизводимость, что делает ее предпочтительной для авиационно-космических применений. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение влияния защитной пасты на величину измененного слоя. Ключевые слова: жаровая труба; термозащитное покрытие; лазер; сверление; перфорация

Список литературы

1. Комплексная программа развития транспортной отрасли Российской Федерации до 2030 года. Правительство России. 2022. [internet]. Дата обращения: 27.06.2022. Режим доступа: http://goverment. ru/docs/45834/
2. Bathe R., Padmanabham G. Evaluation of laser drilling of holes in thermal barrier coated superalloys // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30, N. 14. P. 1778–1782. doi: 10.1179/1743284713Y.0000000477
3. Marimuthu S., Antar M., Dunleavey J., et al. An experimental study on quasi-CW fibre laser drilling of nickel superalloy // Optics & Laser Technology. 2017. Vol. 94. P. 119–127. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.03.021
4. Naeem M. Advances in drilling with fiber lasers. In: Industrial Laser Applications Symposium (ILAS 2015). SPIE, 2015. Vol. 9657. С. 24–33. doi: 10.1117/12.2182662
5. Sun X., Dong X., Wang K., et al. Experimental investigation on thermal effects in picosecond laser drilling of thermal barrier coated In718 // Optics & Laser Technology. 2019. Vol. 113. P. 150–158. doi: 10.1016/j.optlastec.2018.12.020 EDN: BVJAXF
6. Zheng C., Shen H., Yao Z., et al. Crack behavior in ultrafast laser drilling of thermal barrier coated nickel superalloy // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 282. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116678 EDN: XAOOBT
7. Sezer H.K., Li L., Schmidt M., et al. Effect of beam angle on HAZ, recast and oxide layer characteristics in laser drilling of TBC nickel superalloys // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2006. Vol. 46, N. 15. P. 1972–1982. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.010
8. McNally C.A., Folkes J., Pashby I.R. Laser drilling of cooling holes in aeroengines: state of the art and future challenges // Materials Science and Technology. 2004. Vol. 20, N. 7. P. 805–813. doi: 10.1179/026708304225017391
9. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь, 1981.