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大功率切/焊加工

激光焊接技术应用于航空制造

2012-11-27 返回列表

      激光制造技术具有许多传统制造技术所没有的优势,如材料浪费少,在大规模生产中制造成本低;可根据生产流程进行编程控制,在大规模制造中生产效率高;可接近或达到冷加工状态,实现常规技术无法完成的高精密制造;对加工对象的适应性强,且不受电磁干扰,对制造工具和生产环境的要求低;噪声小,不产生任何有害的射线和残余物,生产过程对环境的污染小等。

      激光焊接是激光制造技术的重要组成部分。1960年美国研制成功世界第一台红宝石激光器;1962年出现包括激光焊接在内的有关激光应用的报道;1971~1972年,随着数千瓦CO2激光焊接装置的实际应用,激光焊接发生了根本性变化,几毫米厚钢板可以一次性完全焊透显示出高功率激光焊接的巨大潜力。

       激光焊接技术在20世纪80年代中期首先应用于车身制造,90年代中期应用于船舶制造领域,21世纪初期应用于A380大飞机机身制造中。空中客车公司应用激光焊接技术代替铆接,成功实现了飞机减重20%的目标,为激光技术在航空工业的应用做出了开创性贡献。激光焊接能够实现多种类型材料的连接,而且具有许多其他熔焊工艺无法比拟的优越性,其中最为突出的是,激光焊接能够连接航空制造中比较难焊的薄板合金材料(如铝合金、钛合金等),并且具有构件变形小、接头质量高、重现性好等优点。由此可见,未来航空工业将是激光焊接技术应用的一个重要领域。

       目前,作为先进制造技术发展的引领者,航空工业正迎来一个新的发展机遇期。航空工业展现了现代高新技术的高度集成,其发展水平是国家科技水平、工业水平、国防实力和综合国力的综合体现,同时,我国大飞机项目的立项对新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域的关键技术提出了更加迫切的需求。

      激光焊接技术研究现状

      1 焊接用激光器

       以前用于焊接的激光器主要是CO2激光器和YAG激光器,现又出现了光纤激光器、碟形YAG激光器和半导体阵列激光器等。目前几乎所有用于焊接的固体Nd∶YAG激光器都与光导纤维系统组合使用,具有革新性的光纤传送系统与Nd∶ YAG激光器结合大大提高了激光加工系统的方便性和灵活性,这种组合系统非常适合工业上的多工作台同时加工及机器人或机械手操纵。

       在大功率激光器研究方面我国已取得一些进展:2002年,中科院长春光机所研制出808nm百瓦级连续波无铝量子阱迭阵激光器,并研制出半导体激光列阵激光焊接机。2004年,光纤激光器结构简单、紧凑,输出功率高,稳定可靠,光电转换效率高,光束质量好,在工业加工、激光焊接、医疗军事等领域有很好的应用前景。

      2 激光焊接工艺

      这方面的研究主要包括激光焊接智能化控制、新型焊接工艺方法、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等方面。在工艺上,改善激光焊接过程的稳定性和焊缝成形,提高焊接质量是人们追求的目标,为此开展了激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉末激光焊接、双焦点技术、双面双束激光焊、光束旋转激光焊、光束整形等新技术的研究。其中,激光-电弧复合热源焊接技术的研究较为广泛。由于电弧的介入,这种工艺方法对焊缝间隙的适应性大大提高,能量效应也大大增强,可以在获得同样焊接效果的条件下降低激光功率,也就意味着减少了激光设备的投资,降低了生产成本。

      3 材料激光焊接性

      关于材料激光焊接性的研究集中在CO2激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论上,包括激光诱发的等离子体分光、吸收和散射特性,以及材料激光焊接接头的各项物理性能等,目前,有色金属铝合金、钛合金等激光焊接性能的研究已取得了较大突破,为有色金属激光焊接的工程应用奠定了基础.

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