
激光制造技術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,標志著我國的航天技術再上一個新臺階,而激光技術作為當今世界范圍內最先進的制造加工技術之一,它在航空航天范疇內的應用,關于我國航空航天工業(yè)的疾速開展起著重要的推進作用。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”方案、載人航天工程等,都采用了激光技術。
以下簡單介紹一下航空航天工業(yè)中幾種激光加工技術的應用狀況:
第一、激光焊接技術
這是激光在航空航天范疇應用的最普遍的技術,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。高功率激光束經聚焦后,焦斑直徑很小,因而功率密度很高,可達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、高強度的板材。
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.焊接不同材質的組合�?蓪Ω呷埸c、高熱導率、物理性質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或機器人結合組成的焊接系統(tǒng)可構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,因而研討的重點是小型精細零件的點焊,或者由單個焊點搭接而成的縫焊。而時至今日,隨著激光器功率的進步,如今焊接十幾毫米厚的鋼板也相當容易。
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用。高精細激光焊接機在貴州某軍工企業(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。針對這一特殊應用,針對性的研發(fā)了真空手套箱激光焊接系統(tǒng),對產品完成了圓滿焊接。目前激光焊接最新的應用成果是,用激光焊接技術取代傳統(tǒng)的鉚釘停止鋁合金飛機機身的制造從而減輕飛機機身重量近20%,進步強度近20%,往常德國宇航公司MBB、空中客車公司都應用了此項技術。
第二、激光切割技術和激光打孔技術
這兩項技術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),進而應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,激光切割技術是一種擺脫傳統(tǒng)的機械切割、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生很大的熱量,在飛船內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的小孔,針對這一應用并分離本身的薄型資料激光切孔專利開發(fā)的自動激光切孔機曾經應用到神七的包覆層切孔上。
第三、快速成形技術
快速成形技術是基于離散-堆積成形原理的成形辦法,由產品三維CAD模型數(shù)據(jù)直接驅動,組裝(堆積)資料單元而完成恣意復雜的三維實體(不具有運用功用)的技術總稱�?焖俪尚渭夹g在航空范疇的應用直接表現(xiàn)在航空用鈦合金構造件的直接制造以及航空發(fā)起機零件的快速修復方面。例如,2001年在美國國防部的支持下激光近形制造技術由技術研討轉化為裝機應用,應用在F/A-18E/F、F-22、JSF等先進殲擊機上。又如,美軍在惡劣的沙漠環(huán)境中運用直升機,由于發(fā)起機上很多帶葉片的葉輪遭到沙粒腐蝕,使直升機的飛行壽命銳減。為此美軍引入了LENS技術對破損的零部件停止修復。據(jù)報道,采用傳統(tǒng)辦法修復一個直升機發(fā)起機大約需求11萬美圓,而采用激光直接制造技術停止修復大約只需求500美圓,且修復局部的資料耐磨性能優(yōu)于原始資料。由此可見該技術可能產生的宏大經濟效益。
第四、激光融覆技術
光融覆技術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。該技術集快速原型制造技術及激光熔覆外表改性技術于一體,可完成三維金屬零件的修復而無需工模具。在航空范疇,航空發(fā)起機的備件價錢很高,因此在很多狀況下維修零件是比擬劃算的,但是修復后零件的質量必需滿足平安請求。例如,飛機螺旋槳葉片外表上呈現(xiàn)損傷時,必需經過一些外表處置技術停止修復。除了思索螺旋槳葉片所請求的高強度、高耐疲倦性,還必需思索外表修復后的耐腐蝕性,激光熔覆技術正好能夠很好地應用于此。除此之外,激光融覆技術還可在渦輪機葉片、殼體分離部件、閥體部件等零部件的修復上得到應用。
隨著一批大方案、大項目的施行,我國的航空航天工業(yè)迎來了更高的發(fā)展前景,而走在制造技術開展潮流最前端的激光先進制造技術正在該范疇顯現(xiàn)出其越來越重要的作用。我們有理由置信,在不遠的未來,激光制造技術在航空航天范疇中必將取得更大、更多的應用。
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