現(xiàn)代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在制造過(guò)程中需要鉆很多個(gè)孔，燃?xì)鉁u輪的各種部件的加工也需要激光鉆孔，如圖 1 所示燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的部件葉片、輪葉、燃燒器以及主要用于冷卻的后燃室。每個(gè)部件需要打孔的數(shù)量從 25 到 40000 個(gè)，如表 1 所示。現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作的氣體溫度可能高達(dá) 2000℃，這一溫度比燃燒室和渦輪葉片中鎳基高溫合金的熔點(diǎn)還高，而目前使噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組件免受極端溫度的方法是邊界層冷卻。當(dāng)冷卻空氣通過(guò)其表面形成一個(gè)冷卻薄膜保護(hù)部件表面免受高溫燃燒氣體。

　　冷卻孔可以通過(guò)電火花加工（EDM），也可以通過(guò)激光加工。EDM 包含一個(gè)電極在工件上兩個(gè)表面之間產(chǎn)生一個(gè)小的縫隙。電極和工件之間施加電壓直到電場(chǎng)可以擊穿電極的尖端。火花穿過(guò)間隙放電，由于橫截面積很小引起了高電流密度，大約 1000 A/mm2。電極和工件之間的擊穿區(qū)域的典型溫度是 5000-10000℃，EDM 過(guò)程使用的是離散排放鉆孔。雖然 EDM 可以產(chǎn)生高質(zhì)量的孔洞，但實(shí)際上它的速度比激光要慢，該技術(shù)存在一些缺點(diǎn)。

　　而對(duì)于激光打孔，高峰值功率脈沖 Nd：YAG 激光器一直是商用鉆孔和軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件加工的優(yōu)先選擇，選擇脈沖 Nd：YAG 激光器主要從以下幾個(gè)方面考慮：

　　1、1.06μm 輻射到部件的良好耦合（無(wú)論是在材料的吸收方面還是等離子體回避方面）

　　2、高脈沖能量和峰值功率非常適合這種應(yīng)用

　　3、在各種材料中以非常高的速度實(shí)現(xiàn)孔洞的高縱橫比，包括熱障涂層材料

　　目前在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，有兩種不同的激光打孔技術(shù)，分別是打孔和沖擊鉆孔。最流行的可能是真正的切割技術(shù)即頭部穿孔。激光束刺穿工件剛好落在孔洞的周邊，然后向外追蹤周長(zhǎng)，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)工件或者激光束孔切出正確直徑，這種技術(shù)可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的孔洞，圓度和孔變化與數(shù)控加工出來(lái)的一樣好。孔的錐度也符合質(zhì)量要求。

　　第二種鉆孔方法是沖擊鉆孔，這種技術(shù)要求激光器向工件發(fā)射激光脈沖，然后通過(guò)蒸發(fā)材料變成液態(tài)熔體，再?gòu)目字車コ嘤嗖牧希垠w受孔內(nèi)部的蒸汽壓力驅(qū)動(dòng)從孔壁的兩側(cè)噴出。使用這種鉆孔技術(shù)很難控制孔的質(zhì)量，只有通過(guò)嚴(yán)格控制鉆井參數(shù)才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的孔洞。這種鉆孔技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是工藝處理速度快。沖擊鉆孔與另外一種稱為飛行中鉆孔的技術(shù)結(jié)合會(huì)有更多的優(yōu)勢(shì)。飛行中鉆孔的方法是以沖擊鉆孔的方式激光脈沖射擊打孔同時(shí)工件或激光器連續(xù)移動(dòng)。

　　孔質(zhì)量問(wèn)題是一個(gè)很重要又很主觀的問(wèn)題，激光鉆孔產(chǎn)生的孔質(zhì)量的判斷有不同的特征參數(shù)，幾何因數(shù)是孔圓度、孔錐度以及孔入口直徑變量，冶金因數(shù)是氧化和重鑄層，重鑄層是熔化材料沒(méi)有被激光脈沖產(chǎn)生的蒸汽壓噴出孔，重鑄層涂覆孔壁會(huì)在凝固金屬表面留下一薄層，這一薄層會(huì)產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而影響母體材料。對(duì)于像勞斯萊斯這樣的航空公司，他們有一個(gè)重鑄和氧化層的最大允許厚度，然而零部件用于發(fā)動(dòng)機(jī)使用之前孔的幾何因數(shù)有最大偏差值。其他航空公司更專注傾向于采用航空部件的流動(dòng)性來(lái)判斷鉆孔質(zhì)量。無(wú)論使用何種方法航空公司都在不斷努力提高鉆孔質(zhì)量。

為了滿足航空應(yīng)用對(duì)激光鉆孔的要求，如孔質(zhì)量、周期、新材料等，需要更高效、緊湊和高光束質(zhì)量激光器，這也推動(dòng)了高峰值功率光纖激光器（準(zhǔn)連續(xù)波）的發(fā)展。這些激光器工作在近紅外光譜區(qū)域，具有比傳統(tǒng)激光器優(yōu)越的性能，為激光器廣泛用于航空領(lǐng)域開(kāi)辟了新的鉆孔前景。高峰值功率光纖激光器更加緊湊堅(jiān)固，在光束質(zhì)量（M2<10）和最大插座效率 25%兩方面超過(guò)燈泵浦 Nd：YAG 激光器。這種新鉆孔機(jī)的要點(diǎn)可以概括如下：

　　1、更好光束質(zhì)量——小直徑孔

　　2、光纖激光器不像 Nd：YAG 激光器在焦點(diǎn)處留有重鑄層

　　3、卓越的脈沖穩(wěn)定性（脈沖能量/脈沖功率）

　　4、更寬的工作范圍——工藝參數(shù)更大的靈活性

　　5、高脈沖頻率，減少打孔操作過(guò)程的循環(huán)時(shí)間

　　6、同時(shí)以 CW 和脈沖模式操作