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2008-03-06 22:25 |
激光加工在裝備制造和維修中的應(yīng)用
根據(jù)2000 年度在全球范圍內(nèi)的統(tǒng)計(jì)，工業(yè)激光按應(yīng)用領(lǐng)域分配額為[1]：激光切割占32%，標(biāo)記占30%，激光焊接占13%，微處理占13%，激光打孔占4%，其它占8%。可見(jiàn)激光加工是當(dāng)今具有代表性的先進(jìn)制造技術(shù)，為材料加工和結(jié)構(gòu)制造提供了一種新的實(shí)用手段。下面將從激光焊接、激光切割、激光熔覆和修復(fù)等方面介紹激光加工技術(shù)在海軍裝備制造和維修中潛在的應(yīng)用。 hv|-`}#0
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1 激光焊接 ?d3<GhzlR3
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激光焊接是將光斑非常細(xì)小高強(qiáng)度的激光照射到工件表面，通過(guò)激光與物質(zhì)的相互作用，使作用區(qū)域內(nèi)的母材局部快速熔化、汽化，實(shí)現(xiàn)焊接。許多試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明，激光焊接有不少優(yōu)點(diǎn)：焊接速度高；焊縫小，焊接熔深大；熱影響區(qū)窄，焊接變形�。辉诓僮鬟^(guò)程中無(wú)污染；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能自動(dòng)焊接復(fù)雜形狀；無(wú)需后續(xù)工序。采用單熱源激光焊接也存在不足，如激光對(duì)母材的作用時(shí)間短，冷卻速度快，可能在焊縫中生成氣孔、疏松和裂紋等缺陷；由于激光光斑直徑很小，熱作用區(qū)域很小，對(duì)被焊接母材端面接口要求高，裝配精度要求高；材料表面狀態(tài)和溫度影響材料表面對(duì)激光的吸收效果等。 HB <>x
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為消除或減少單熱源激光焊接的缺陷，在保持激光加熱的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用其他熱源的加熱特性來(lái)改善激光對(duì)工件的加熱，從而形成了激光與其他熱源一起的激光復(fù)合焊接，主要有激光與電弧、等離子弧、高頻感應(yīng)熱源復(fù)合焊接以及雙激光束焊接等[2]。 5VVU%STP
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在造船業(yè)中應(yīng)用的激光復(fù)合焊工藝是激光與氣體金屬電弧焊[3，4]，圖1 是其原理示意圖。激光與電弧復(fù)合焊接是在激光束附近外加電弧，利用電弧的熱作用范圍較大，電弧對(duì)被焊母材進(jìn)行預(yù)熱，使母材溫度升高，提高了材料對(duì)激光的吸收率，緩和激光焊接對(duì)接口的要求。同時(shí)，由于激光束具有對(duì)電弧的聚焦、引導(dǎo)作用，使焊接熔深大大增加，可以提高電弧的焊接速度和焊接質(zhì)量。另外，電弧熱作用范圍大，熱影響區(qū)加大，使溫度剃度減小，冷卻速度降低，減少或消除氣孔或裂紋的生成。 "r@G V5E D
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為了提高造船業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力和滿足顧客的需要，降低船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵工藝之一——焊接的總工時(shí)量和焊接引起薄板的熱變形，德意志聯(lián)邦教育和研究部的資助Meyer Werft 造船廠從1994 年起開(kāi)展了“金屬三明治形的鑲板”（Metallic Sandwich Planes）結(jié)構(gòu)激光焊接方法的研究，并演變成為歐洲SANDWICH研究計(jì)劃[5]。1998 年，意大利Fincantier 造船廠建立了用18KW CO2 激光可焊接長(zhǎng)達(dá)16m、板厚度達(dá)20mm的激光焊接工作站[4]；1999~2001 年，在Meyer Werft，建立了一個(gè)新型先進(jìn)激光加工生產(chǎn)車間，采用自動(dòng)化的模塊生產(chǎn)方式，用不同強(qiáng)度級(jí)別、厚度的鋼制造鋼結(jié)構(gòu)，其激光復(fù)合焊接站能夠生產(chǎn)20m×20m 的平面分段。采用激光復(fù)合焊接方式，達(dá)到了生產(chǎn)高度的柔性化和高生產(chǎn)效率與減少熱變形的組合[5]。 ~xJr|_,gp
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