
激光制造技術(shù)在航空航天范疇中必將取得越來越重要的作用
本站發(fā)布日期:2020-10-13
激光制造技術(shù)在航空航天范疇中必將取得越來越重要的作用
隨著“天宮一號”的發(fā)射,標(biāo)志著我國的航天技術(shù)再上一個新臺階,而激光技術(shù)作為當(dāng)今世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的制造加工技術(shù)之一,它在航空航天范疇內(nèi)的應(yīng)用,關(guān)于我國航空航天工業(yè)的疾速開展起著重要的推進(jìn)作用。不論是 “天宮一號”目的飛行器,還是之前的“神舟七號”宇宙飛船、“嫦娥奔月”方案、“大飛機(jī)”方案、載人航天工程等,都采用了激光技術(shù)。
以下簡單介紹一下航空航天工業(yè)中幾種激光加工技術(shù)的應(yīng)用狀況:
第一、激光焊接技術(shù)
這是激光在航空航天范疇?wèi)?yīng)用的最普遍的技術(shù),由于激光焊接相較于于電子束、等離子束和傳統(tǒng)焊接有著無法超越的優(yōu)勢:
1.能量密度高。高功率激光束經(jīng)聚焦后,焦斑直徑很小,因而功率密度很高,可達(dá)105~108W/cm2,比電弧焊(5×102~104W/cm2)要高出幾個數(shù)量級,能焊接高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的板材。
2.熱影響區(qū)和變形區(qū)都很小。激光焊接加熱及冷卻速度極高,其結(jié)晶速度比普通熔焊的高幾十倍,熱影響區(qū)很小,資料變形小,無需后續(xù)工序處置。
3.焊接不同材質(zhì)的組合�?蓪Ω呷埸c(diǎn)、高熱導(dǎo)率、物理性質(zhì)差別較大的異種或同種金屬資料都可以焊接。
4.激光焊接系統(tǒng)具有高的柔性。與CAD/CAM或機(jī)器人結(jié)合組成的焊接系統(tǒng)可構(gòu)成多功用的激光加工系統(tǒng),焊接速度快,成效高,易于完成自動化。
在20世紀(jì)70年代之前,由于沒有高功率連續(xù)激光器件,因而研討的重點(diǎn)是小型精細(xì)零件的點(diǎn)焊,或者由單個焊點(diǎn)搭接而成的縫焊。而時至今日,隨著激光器功率的進(jìn)步,如今焊接十幾毫米厚的鋼板也相當(dāng)容易�! �
另外,激光焊接由于熱影響小、密封性好、合適在真空等特殊環(huán)境下加工,因而在航天航空器件中得到普遍應(yīng)用。高精細(xì)激光焊接機(jī)在貴州某軍工企業(yè)特地為神七焊接焊接鉭電容器件,這種鉭電容器件用于神七發(fā)射安裝及飛船內(nèi)部儀器。貴州某軍工廠特地為航天提供軍用鉭電容和軍用繼電器,采用了特殊合金外殼,需求在純氮環(huán)境下施行密封焊接。針對這一特殊應(yīng)用,針對性的研發(fā)了真空手套箱激光焊接系統(tǒng),對產(chǎn)品完成了圓滿焊接。目前激光焊接最新的應(yīng)用成果是,用激光焊接技術(shù)取代傳統(tǒng)的鉚釘停止鋁合金飛機(jī)機(jī)身的制造從而減輕飛機(jī)機(jī)身重量近20%,進(jìn)步強(qiáng)度近20%,往常德國宇航公司MBB、空中客車公司都應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)。
第二、激光切割技術(shù)和激光打孔技術(shù)
這兩項(xiàng)技術(shù)的原理是將能量聚焦到微小的空間,從而取得極高的輻照功率密度(105~1015W/c m2),進(jìn)而應(yīng)用這一高密度的能量停止非接觸、高速度、高精度的加工。其中,激光切割技術(shù)是一種擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械切割、熱處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、更靈敏的切割辦法和更高的加工效率等特性。
在“神舟七號”航天飛船中,由于飛船在大氣層中飛行會產(chǎn)生很大的熱量,在飛船內(nèi)需求有許多包覆層來對完成隔熱,為了在溫度上升過程中順利的將包覆層之間的空氣排出,需求在包覆層上面平均散布很多微細(xì)的小孔,針對這一應(yīng)用并分離本身的薄型資料激光切孔專利開發(fā)的自動激光切孔機(jī)曾經(jīng)應(yīng)用到神七的包覆層切孔上。
第三、快速成形技術(shù)
快速成形技術(shù)是基于離散-堆積成形原理的成形辦法,由產(chǎn)品三維CAD模型數(shù)據(jù)直接驅(qū)動,組裝(堆積)資料單元而完成恣意復(fù)雜的三維實(shí)體(不具有運(yùn)用功用)的技術(shù)總稱�?焖俪尚渭夹g(shù)在航空范疇的應(yīng)用直接表現(xiàn)在航空用鈦合金構(gòu)造件的直接制造以及航空發(fā)起機(jī)零件的快速修復(fù)方面。例如,2001年在美國國防部的支持下激光近形制造技術(shù)由技術(shù)研討轉(zhuǎn)化為裝機(jī)應(yīng)用,應(yīng)用在F/A-18E/F、F-22、JSF等先進(jìn)殲擊機(jī)上。又如,美軍在惡劣的沙漠環(huán)境中運(yùn)用直升機(jī),由于發(fā)起機(jī)上很多帶葉片的葉輪遭到沙粒腐蝕,使直升機(jī)的飛行壽命銳減。為此美軍引入了LENS技術(shù)對破損的零部件停止修復(fù)。據(jù)報道,采用傳統(tǒng)辦法修復(fù)一個直升機(jī)發(fā)起機(jī)大約需求11萬美圓,而采用激光直接制造技術(shù)停止修復(fù)大約只需求500美圓,且修復(fù)局部的資料耐磨性能優(yōu)于原始資料。由此可見該技術(shù)可能產(chǎn)生的宏大經(jīng)濟(jì)效益。
第四、激光融覆技術(shù)
光融覆技術(shù)是以高能量密度的激光為熱源在基材外表熔覆一層熔覆資料,使之與基材完成冶金分離,在基材外表構(gòu)成與基材具有完整不同成分和性能的合金層的外表改性辦法。該技術(shù)集快速原型制造技術(shù)及激光熔覆外表改性技術(shù)于一體,可完成三維金屬零件的修復(fù)而無需工模具。在航空范疇,航空發(fā)起機(jī)的備件價錢很高,因此在很多狀況下維修零件是比擬劃算的,但是修復(fù)后零件的質(zhì)量必需滿足平安請求。例如,飛機(jī)螺旋槳葉片外表上呈現(xiàn)損傷時,必需經(jīng)過一些外表處置技術(shù)停止修復(fù)。除了思索螺旋槳葉片所請求的高強(qiáng)度、高耐疲倦性,還必需思索外表修復(fù)后的耐腐蝕性,激光熔覆技術(shù)正好能夠很好地應(yīng)用于此。除此之外,激光融覆技術(shù)還可在渦輪機(jī)葉片、殼體分離部件、閥體部件等零部件的修復(fù)上得到應(yīng)用。
隨著一批大方案、大項(xiàng)目的施行,我國的航空航天工業(yè)迎來了更高的發(fā)展前景,而走在制造技術(shù)開展潮流最前端的激光先進(jìn)制造技術(shù)正在該范疇顯現(xiàn)出其越來越重要的作用。我們有理由置信,在不遠(yuǎn)的未來,激光制造技術(shù)在航空航天范疇中必將取得更大、更多的應(yīng)用。
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