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激光制造技术在航空航天范畴中必将取得越来越重要的作用

本站发布日期:2020-10-13

激光制造技术在航空航天范畴中必将取得越来越重要的作用

       随着“天宫一号”的发射,标志着我国的航天技术再上一个新台阶,而激光技术作为当今世界范围内最先进的制造加工技术之一,它在航空航天范畴内的应用,关于我国航空航天工业的疾速开展起着重要的推进作用。不论是 “天宫一号”目的飞行器,还是之前的“神舟七号”宇宙飞船、“嫦娥奔月”方案、“大飞机”方案、载人航天工程等,都采用了激光技术。
     以下简单介绍一下航空航天工业中几种激光加工技术的应用状况:
       第一、激光焊接技术  
       这是激光在航空航天范畴应用的最普遍的技术,由于激光焊接相较于于电子束、等离子束和传统焊接有着无法超越的优势:
       1.能量密度高。高功率激光束经聚焦后,焦斑直径很小,因而功率密度很高,可达105~108W/cm2,比电弧焊(5×102~104W/cm2)要高出几个数量级,能焊接高硬度、高脆性及高熔点、高强度的板材。                                                                     

       2.热影响区和变形区都很小。激光焊接加热及冷却速度极高,其结晶速度比普通熔焊的高几十倍,热影响区很小,资料变形小,无需后续工序处置。  
       3.焊接不同材质的组合。可对高熔点、高热导率、物理性质差别较大的异种或同种金属资料都可以焊接。  
       4.激光焊接系统具有高的柔性。与CAD/CAM或机器人结合组成的焊接系统可构成多功用的激光加工系统,焊接速度快,成效高,易于完成自动化。  
       在20世纪70年代之前,由于没有高功率连续激光器件,因而研讨的重点是小型精细零件的点焊,或者由单个焊点搭接而成的缝焊。而时至今日,随着激光器功率的进步,如今焊接十几毫米厚的钢板也相当容易。  
       另外,激光焊接由于热影响小、密封性好、合适在真空等特殊环境下加工,因而在航天航空器件中得到普遍应用。高精细激光焊接机在贵州某军工企业特地为神七焊接焊接钽电容器件,这种钽电容器件用于神七发射安装及飞船内部仪器。贵州某军工厂特地为航天提供军用钽电容和军用继电器,采用了特殊合金外壳,需求在纯氮环境下施行密封焊接。针对这一特殊应用,针对性的研发了真空手套箱激光焊接系统,对产品完成了圆满焊接。目前激光焊接最新的应用成果是,用激光焊接技术取代传统的铆钉停止铝合金飞机机身的制造从而减轻飞机机身重量近20%,进步强度近20%,往常德国宇航公司MBB、空中客车公司都应用了此项技术。
       第二、激光切割技术和激光打孔技术
       这两项技术的原理是将能量聚焦到微小的空间,从而取得极高的辐照功率密度(105~1015W/c m2),进而应用这一高密度的能量停止非接触、高速度、高精度的加工。其中,激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处置切割的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的外表粗糙度值、更灵敏的切割办法和更高的加工效率等特性。
     在“神舟七号”航天飞船中,由于飞船在大气层中飞行会产生很大的热量,在飞船内需求有许多包覆层来对完成隔热,为了在温度上升过程中顺利的将包覆层之间的空气排出,需求在包覆层上面平均散布很多微细的小孔,针对这一应用并分离本身的薄型资料激光切孔专利开发的自动激光切孔机曾经应用到神七的包覆层切孔上。
       第三、快速成形技术
     快速成形技术是基于离散-堆积成形原理的成形办法,由产品三维CAD模型数据直接驱动,组装(堆积)资料单元而完成恣意复杂的三维实体(不具有运用功用)的技术总称。快速成形技术在航空范畴的应用直接表现在航空用钛合金构造件的直接制造以及航空发起机零件的快速修复方面。例如,2001年在美国国防部的支持下激光近形制造技术由技术研讨转化为装机应用,应用在F/A-18E/F、F-22、JSF等先进歼击机上。又如,美军在恶劣的沙漠环境中运用直升机,由于发起机上很多带叶片的叶轮遭到沙粒腐蚀,使直升机的飞行寿命锐减。为此美军引入了LENS技术对破损的零部件停止修复。据报道,采用传统办法修复一个直升机发起机大约需求11万美圆,而采用激光直接制造技术停止修复大约只需求500美圆,且修复局部的资料耐磨性能优于原始资料。由此可见该技术可能产生的宏大经济效益。
       第四、激光融覆技术
       光融覆技术是以高能量密度的激光为热源在基材外表熔覆一层熔覆资料,使之与基材完成冶金分离,在基材外表构成与基材具有完整不同成分和性能的合金层的外表改性办法。该技术集快速原型制造技术及激光熔覆外表改性技术于一体,可完成三维金属零件的修复而无需工模具。在航空范畴,航空发起机的备件价钱很高,因此在很多状况下维修零件是比拟划算的,但是修复后零件的质量必需满足平安请求。例如,飞机螺旋桨叶片外表上呈现损伤时,必需经过一些外表处置技术停止修复。除了思索螺旋桨叶片所请求的高强度、高耐疲倦性,还必需思索外表修复后的耐腐蚀性,激光熔覆技术正好能够很好地应用于此。除此之外,激光融覆技术还可在涡轮机叶片、壳体分离部件、阀体部件等零部件的修复上得到应用。
       随着一批大方案、大项目的施行,我国的航空航天工业迎来了更高的发展前景,而走在制造技术开展潮流最前端的激光先进制造技术正在该范畴显现出其越来越重要的作用。我们有理由置信,在不远的未来,激光制造技术在航空航天范畴中必将取得更大、更多的应用。
     

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