بررسی آماری- تجربی تأثیر فاصله کانونی و جابجایی بر سوراخ‌کاری لیزری روی‌ ورق سوپرآلیاژ هستلوی ایکس با استفاده از لیزر فیبری تک‌پالس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

مقدمه و اهداف: در این پژوهش فرایند سوراخ‌کاری لیزری به روش تک‌پالس انجام گرفت و تأثیر پارامترهای جابجایی و فاصله کانونی بر هندسه سوراخ (قطر ورودی، قطر خروجی، زاویه مخروطی و عدم دایره‌ای بودن قطر ورودی) مطالعه گردید.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه مدل‌سازی آماری- تجربی با استفاده از طراحی آزمایش به روش فاکتوریل کامل با دو فاکتور جابجایی و فاصله کانونی به‌ترتیب در ده و هفت سطح بر روی ورق هستلوی ایکس انجام گردید. همچنین چهار مورد قطر سوراخ ورودی و خروجی، زاویه مخروطی و میزان دایره‌ای بودن قطر ورودی به‌عنوان پاسخ‌های طراحی آزمایش در نظر گرفته شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد با افزایش جابجایی و تغییرات مثبت فاصله کانونی قطر سوراخ ورودی و خروجی افزایش می‌یابد. همچنین تنوع قطر سوراخ بسیار قابل‌قبول بوده و از 183 میکرومتر تا 1768 میکرومتر با روش تک‌پالس روی ورق هستلوی ایکس با ضخامت یک میلی‌متر حاصل شد.
نتیجه‌گیری: نتایج بهینه‌شده پاسخ‌ها، حداکثر مقدار قطر ورودی سوراخ 848/997 میکرومتر، حداکثر قطر خروجی سوراخ 341/771 میکرومتر، زاویه سوراخ 492/6 درجه و درنهایت خطای عدم گردی 0167/0 محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Statistical-Experimental Investigation of the Effect of Focal Length and Displacement on Laser Drilling of Hastelloy-X Superalloy Sheet using Single Pulse Fiber Laser

نویسندگان [English]

  • Mostafa Ghadimi Dafrazi
  • Reza Shoja Razavi
  • Masood Barkat
  • Ali Khoram
  • Mohammad Erfanmanesh
Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: In this research, the laser drilling process was carried out by a single pulse method and the effect of displacement and focal length parameters on the geometry of the hole (Inlet diameter, Outlet diameter, Taper, and Entrance circularity error) was studied.
Materials and Methods: In this study, statistical-experimental modeling was done using a full factorial experiment design with two factors of displacement and focal length in ten and seven levels on Hastelloy-X superalloy, respectively. Also, four cases of inlet and outlet hole diameter, cone angle, and circularity of the inlet diameter were considered as responses to the design of the experiment.
Results: The results showed that the diameter of the inlet and outlet holes increased with the increase of displacement and positive changes in the focal length. Also, the variation of the hole diameter was quite acceptable from 183 μm to 1768 μm with the single pulse method on the Hastelloy-X sheet with a thickness of 1 mm.
Conclusion: The optimized results of the answers revealed that the maximum value of the hole inlet diameter was 997.848 μm, the maximum hole outlet diameter was 771.341 μm, the taper was 6.492 degrees, and finally the entrance circularity error was 0.0167.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser drilling
  • Hastelloy-X
  • Hole geometry
  • Optimization
  • Full factorial
  • Focal length

مراجع

  1. Chen M-F, Hsiao W-T, Wang M-C, Yang K-Y, Chen Y-F,A theoretical analysis and experimental verification of a laser drilling process for a ceramic substrate. Int J Adv Manuf Tech. 2015;81:1723-1732. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7219-7
  2. Bharatish A, Murthy HN, Anand B, et al. Laser microdrilling of thermal barrier coatings. Procedia Mater Sci. 2014;5:1005-1014. https://doi.org/10. 1016/j.mspro.2014.07.389
  3. Yilbas BS, Sami M. Liquid ejection and possible nucleate boiling mechanisms in relation to the laser drilling process. J Phys D Appl Phys. 1997; 30(14): 1996. https://doi.org/10.1088/0022-3727/30/14/006
  4. Voisey K, Cheng C, Clyne T. Quantification of melt ejection phenomena during laser drilling. Mater Res Soc Symp Proc. 2000;617:J5. 6. https://doi.org/10.1557/ PROC-617-J5.6
  5. Yao YL, Chen H, Zhang W. Time scale effects in laser material removal: a review. Int J Adv Manuf Tech. 2005; 26:598-608. https://doi.org/10.1007/s00170-003-2026-y
  6. Von Allmen M. Laser drilling velocity in metals. J Appl Phys. 1976;47(12):5460-5463. https://doi.org/10.1063/1. 322578
  7. Bahar N, Marimuthu S, Yahya W, editors. Pulsed Nd: YAG laser drilling of aerospace materials (Ti-6Al-4V). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2016: IOP Publishing.
  8. Tu J, Paleocrassas AG, Reeves N, Rajule N. Experimental characterization of a micro-hole drilling process with short micro-second pulses by a CW single-mode fiber laser. Opt Lasers Eng. 2014;55:275-283. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2013.11.002
  9. Bright R, Jacobs P, Aindow M, Marcus H, editors. The influence of pulse parameters on the laser drilling of Hastelloy X. International Laser Safety Conference; 2007: AIP Publishing.
  10. Sivaprasad P, Noorul Haq A. Accuracy and surface integrity analysis of micro holes drilled on Hastelloy-X alloy using a laser source with optimization. Surf Rev Lett. 2020;27(02):1950109. https://doi.org/10. 1142/S0218625X19501099
  11. Mishra S, Yadava V. Modeling and optimization of laser beam percussion drilling of nickel-based superalloy sheet using Nd: YAG laser. Opt Lasers Eng. 2013;51(6):681-695. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2013.01.006
  12. Moradi M, MOHAZA PA, Khoram A. An experimental investigation of the effects of fiber laser percussion drilling: Influence of process parameters. Int J Adv Des Manuf Technol. 2016;9(4):7-12.
  13. Ng G, Li L. The effect of laser peak power and pulse width on the hole geometry repeatability in laser percussion drilling. Opt Laser Technol. 2001;33(6):393-402. https://doi.org/10.1016/S0030-3992(01)00048-2
  14. Aghaei Attar M, Razmkhah O, Ghoreishi M, Moradi M. A novel numerical modeling of microsecond laser beam percussion micro-drilling of Hastelloy X: experimental validation and multi-objective optimization. Int J Adv Manuf Tech. 2024;132(1):193-215. https://doi.org/ 10.1007/s00170-023-12936-3
  15. Phanphet S, Bangphan S. Application of full factorial design for optimization of production process by turning machine. J Tianjin Univ Sci Technol. 2021;54:35-55. https://doi.org/10.17605/OSF.IO/3TESD
  16. Montgomery DC. Design and analysis of experiments. John wiley & sons; 2017.
  17. Guru Mahesh G, Kandasamy J. Optimization of CO2 laser drilling process parameters of GFRP/Al2O3/perlite composites. Mater Today Commun. 2023/06/01/; 35: 105962. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105962
  18. Du T, Liang X, Yu Y, et al. Optimization of femtosecond laser drilling process for DD6 single crystal alloy. Metals. 2023;13(2):333. https://doi.org/10.3390/met13020333
  19. Nawaz S, Kashif M, Abbas N, et al. Effect of defocused plane on entrance and exit hole geometry of high grade steel 18CrNi8 during percussion drilling by Nd:YAG millisecond laser system. Mater Res Express 2020/01/13; 7(1): 016556. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab654c

 

 

 

 

 

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی