激光打孔作为孔加工的一个重要加工方法,被广泛应用于航空航天制造业等领域,其中典型的应用是涡轮叶片气膜冷却孔加工。目前,国内航空发动机叶片气膜冷却孔的加工方式以电加工为主,然而电加工有很大的局限性:一方面由于电极的局限,电加工分辨率不能满足复杂异型孔的尺寸要求;另一方面由于叶片带有不导电的热障涂层,电加工需要采取分步加工工艺,即“先打孔,后涂层”的工艺路线,这种工艺会导致气膜冷却孔发生缩孔甚至堵塞。相比而言,具有高速度、高分辨率和高精度的激光打孔工艺,在国外已经被用于气膜冷却孔的加工。由于涡轮叶片中空复杂的结构,激光在穿透目标孔后极易造成叶片背面损伤。激光加工涡轮叶片气膜冷却孔造成的背面损伤及其保护是一个世界性难题,目前国内外尚未彻底解决。因此本文主要研究纳秒脉冲激光打孔技术,并在此基础上对减小涡轮叶片气膜冷却孔激光加工的背面损伤进行一些基础性实验。本文完成的主要工作如下:(1)从宏观物理现象到微观粒子作用,对纳秒脉冲激光打孔进行了机理分析。在此基础上,阐述了激光打孔存在的缺陷,并对背面损伤进行了概述和定义。(2)根据实验条件,选用面积外插法,对7075铝合金进行了激光烧蚀阈值实验研究,推算出激光平均功率对数与烧蚀孔径平方之间的关系。通过计算得出纳秒脉冲激光的束腰半径为10.62μm,得出7075铝合金单脉冲烧蚀阈值为10.904mJ/cm2。在此基础上,研究了多脉冲激光烧蚀阈值规律,得出金属材料激光烧蚀累积效应。(3)采用单因素实验方法对7075铝合金进行激光环切打孔,分析了不同激光能量进行微孔加工对孔内壁的影响。重点研究了激光加工参数(能量密度、扫描速度和离焦量)对微孔加工质量(锥度、圆度)的影响规律,确立合适的加工参数。(4)选择合适的填充材料阻隔激光能量,进行背面损伤保护实验研究。本文将涡轮叶片背面损伤问题简化为平板腔体背面损伤问题进行分层实验,以背面损伤形貌以及平均损伤深度表征背面损伤程度。选择石蜡-石墨、聚丙烯酰胺-二氧化硅作为填充保护材料,采用激光环切和填充打孔方式在高纯氩气环境中进行背面损伤保护实验。总结了填充材料阻隔激光能量的规律,结果表明,以石蜡-石墨作为填充材料,能够在一定程度上阻隔激光能量、减少背面损伤,最好的结果是能够将背面损伤从24.2μm减少到4.2μm;以聚丙烯酰胺-二氧化硅作为填充材料,当采用环切打孔方式时,在腔体厚度为3mm的情况下,能够完全阻隔激光、达到背面无损伤加工。以上工作为激光孔加工技术提供参考,为涡轮叶片气膜冷却孔背面损伤保护研究提供了基础。