激光加工工艺在航空航天领域应用航空航天特殊材料加工技术

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1、航空航天特殊材料加工技术——激光加工工艺在航空航天领域的应用摘要：激光制造技术在国防和航空航天领域的产业化应用前景远大，具有效率高、能耗低、流程短、性能好、数字化、智能化的特点，本文主要介绍了激光加工的组成、工作原理及各激光加工工艺技术在航空领域中的应用。针对现状，我国将继续发挥激光制造技术的优势，改变我国航空航天领域的关键器件和技术主要依赖进口的现状，最终形成我国新一代激光制造产业链。 关键词：激光加工、航空航天、打孔、切割、熔覆、焊接、打标、LENS1.激光加工的组成及工作原理激光加工有四部分组成，分别是激光器、电源、光学系统、机械系统。工作原理：激光加工利用高功率密度的激光束照射工

2、件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。  图1气体及固体激光器加工原理从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达10(～10(瓦/厘米(

3、，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器和气体激光器。激光加工工艺包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。2．定义2．1激光切割技术激光切割是用聚焦镜把二氧化碳气体、激光束聚焦，使材料熔化，用激光束的压缩气体吹走被熔化的材料，使激光束和材料沿着固定轨道进行运动，从而形成固定形状的切缝。目前激光切割新技术已成为工业切割板材的一种现代化先进高新加工方法，激光切割技术的采用克服了操作时间长、切割缝隙大、变形大、切割制品粗糙、有污染、不安全，不卫生的弱势。

4、2．2激光焊接技术激光焊接是用激光器中的激光把机械设备配件焊接成为一体。激光焊接主要优点是能焊接多种金属，焊接部位狭小，深腔焊接不变形，焊池周边无凹陷现象，能补焊极硬钢板材料，焊接不击穿薄板材。料焊接工艺高超焊缝整齐美观。激光焊接新技术在机械生产加工中广泛应用，主要有以下两大类：一是金刚石锯片激光焊接，二是激光焊接应用于钢铁工业，焊接钢板，拼焊汽车板和各种壳体类零件，从而进一步推动了我国机械生产加工企业的快速发展。图2激光切割图3激光焊接金刚石2.3激光打标技术  激光打标是在机械设备或产品上用激光器打上特殊标记和符号。此种新技术在激光技术应用中占最重要位置之一，应用及其广泛，主要应用干

5、电子工业，汽车工业、工具、量具、航空、航天、仪器、仪表，包装等行业机械加工中。标记对象是金属非金属材料等，如不锈钢、铝合金、有机玻璃、塑料、陶瓷、合成材料、木材、橡胶、皮革制品纸制品、印刷电路板、生活装饰品等。2．4激光打孔技术激光打孔是把多种机械配件用激光加工出各种不同类型的孔，主要应用于金属材料和非金属材料，主要用于硬度高材料，特别还适用于布匹和纸张等较软材料打孔，已装配好成型机械不用拆卸就可直接打孔，尤其适用于汽车、航空等行业的动平衡。激光打孔技术在机械工业各行业中广泛应用，优点多，打孔变形小。精密度高，打孔深度可控，中心孔定位准确。图4烟酒激光打标机图5激光打孔机2．5激光淬火技

6、术激光淬火是用高能激光在工件表面快速扫描，在工件表面极薄的光斑大小的小区域内快速吸收能量瞬间使其急剧达到高温，又瞬间完成低温淬火的高新技术。具有：高速加热和高速自冷；激光淬火制品比常规淬火硬度高出5％～20％，可获得极细硬币七组织，加热速度快、热影响区小，淬火应力小；可使被加工制品局部硬化；工艺周期短，生产效率高、自动化程度高、易被计算机控制；无需冷却介质、无污染等优点。2．6激光熔覆技术激光熔覆是用激光新技术修复旧设备，是再制造、再利用工程。此项新技术是以陈旧老化设备为对象，进行二次加工，恢复和提高设备利用率，从而达到再次创造价值、节约资源、保护环境、实现可持续发展的一门新技术工程，主

7、要应用于电力、冶金、钢铁、机械工业等领域，2.7激光快速成形激光快速成形（LaserRapidPrototyping：LRP）是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。近期发展的LPR主要有：立体光造型(SLA)技术；选择性激光烧结(SLS)技术；激光熔覆成形（LCF）技术；激光近形（LENS）技术；激光薄片叠层制造(LOM)技术；激光诱发热应力成形（LF）技术及三维印刷技术等。图6SL