现代激光技术在机械加工及航空航天领域中的应用初探

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现代激光技术在机械加工及航空航天领域中的应用初探1现代激光技术在机械加工行业的应用   现代激光技术在机械生产加上行业中，主要是在切割、打标、激光焊接、激光淬火、激光焊覆、激光打孔等几个方面进行应用。   1．1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。   1.2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。   1．3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。   1．4激光淬火技术   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。   1．5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，主要应用于电力、冶金、钢铁、机械工业等领域，   1．6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。2激光加工技术航空航天工业中的应用   2．1激光切割   在航空航天工业中用激光切割的材料有：钦合金，镍合金、铬合金，铝合金、不锈钢、钦酸钥、塑料和复合材料等。在航天航空设备的制造中，外壳采用特殊金属材料制成，强度高、硬度高、耐高温，普通的切割手段很难完成材料的加工，激光切割是一种高效的加工手段，可用激光切割加工飞机蒙皮、蜂窝结构，框架、翼彬，尾翼避板、直升机主旋翼、发动机机匣和火焰筒等。激光切割一般用连续输出的激光器，也有用高重频二氧化碳脉冲激光器。激光切割的深宽比高，对于非金属，深宽比可达100以上，金属可达20左右。激光切割速度高，切割钦合金薄板为机械方法的30倍，切割钢板为机械方法的20倍。激光切割的质量好。与氧乙炔及等离子的切割方法相比，切割碳钢质量最好。激光切割的热影响区仅为氧一乙炔。   2．2激光焊接   在航空航天工业中，有很多零件是用电子束焊接，由于激光焊接不需要在真空中进行，目前正在用激光焊接代替电子束焊接。长久以来，飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺，主要原因是飞机结构采用的铝合金材料是热处理强化铝合金(即高强铝合金)，一经熔焊后，热处理强化效果就会丧失，而且晶间裂纹难以避免。而激光焊接技术的采用，克服了这样的难题，还大大地简化了飞机机身的制造工艺，使机身重量减轻18％，成本下降21．4％～24．3％，激光焊接技术是飞机制造业的一次技术大革命。   2．3激光打孔   激光打孔技术在航空航天工业中适用于仪表宝石轴承、气冷式涡轮叶片、喷嘴和燃烧室上打孔等。目前，在加工航空发动机零件方面，激光打孔仅限于加工发动机静止零件的冷却孔，因为孔表面存在微观裂纹。对激光束、电子束、电化学、电火花打孔、机械钻孔和冲孔进行试验研究，经综合分析认为。激光打孔具有效果好、通用性强、效率高和成本低等优点。   2．4激光表面技术    激光熔覆是一种重要的材料表面改性技术。在航空领域，航空发动机的备件价格很高，因而在很多情况下维修零件是比较划算的。但是修复后零件的质量必须满足安全要求。例如，飞机螺旋桨叶片表面上出现损伤时，必须通过一些表面处理技术进行修复。除了考虑螺旋桨叶片所要求的高强度、高耐疲劳性，还必须考虑表面修复后的耐腐蚀性。激光熔覆技术就可以很好的用于发动机叶片激光三维表面熔覆修复。   2．5激光成形技术   激光近形制造技术在航空领域的应用直接体现在航空用钛合金结构件的直接制造以及航空发动机零件的快速修复方面。激光成形制造技术成为航空航天国防武器装备大型钛合金结构件的核心制造新技术之一。改变了传统制造方法具有成本高、锻造模具准备时间长，机械加工量大，材料利用率低等弱势。