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激光焊接机在航天航空中的运用

激光焊(Laser Welding)是通过一束高能量的激光束作用于工件表面,使工件在极其短的时间内熔化并焊接完成的方法。激光焊接技术由早期的脉冲焊向现代的连续焊发展、薄板焊接向厚件焊接发展、由单工位焊接向多工位焊接发展,以及由简单的直缝焊向复杂的机械3D焊接。迄今为止激光焊接机在大部分的工业领域都会用到,特别是在航空航天、汽车制造业,激光焊接机能帮企业降低焊接成本、提高焊接效率、减轻飞机重量、航天武器和飞行器的重量,激光焊接机成为传统焊接设备的替代品,显著出其他焊接设备所不能特点。
  激光焊接机在飞机制造业中的运用,算是一次技术革命。例如欧洲的最大民用飞机空客A380就是采用激光焊接就的,空客A380之所以能大大减轻飞机重量(机身重量减轻18%)就是依赖焊接技术的提升,并且大大的减少油耗排放,降低营运成本的主要原因就是将激光焊接技术应用于飞机机身、机翼的内隔板与加强筋的全部连接,取代了原有的铆接工艺,被称为航空制造业中的一大技术革命。
  激光技术不仅用于飞机焊接、汽车焊接,并还能用字在焊接航空发动机主要零部件,如叶片、燃烧室、机匣等。美国普惠公司在空军资金资助下,成立了专门的涡轮叶片激光焊接研究中心,可以自动焊接锅轮叶片全部的零部件,如JT9D和FLO的二级涡轮转子叶片以及V2500、F100-PW-220等发动机的涡轮叶片、导向叶片、机匣、燃烧室等都是采用激光焊接机进行焊接的。V2500发动机的风扇机匣前后段是采用6kW的CO2激光束将其焊接成一整体。美国GE公司也成功完成了激光焊接发动机导向叶片组件,解决了镍基合金零件激光焊接变形与裂纹等问题,并采用了CO2 激光枪体的激光焊接设备焊接喷气发动机燃烧室衬套。钛合金飞行舵翼外型面为空间曲线型面,要求连接强度高,整个焊接过程都是采用计算机控制,实现了焊接轨迹和激光焊枪的高精密调整,还能保证焊接过程与局部保护等技术的协调运动控制,大大的提高了焊接质量。
  激光焊接技术用于航空航天工业虽然已有建树,但还是需要新型激光器研发、先进工艺研究、焊接性能预测及质量控制等方面的问题。目前,激光焊接设备中所用的激光发生器主要为大功率CO2激光器、脉冲YAG激光器和光纤激光器。现在而言激光器的发展应集中于高性能激光焊接设备的研发,比如提高电源的稳定性和寿命,对于CO2气体激光器要解决大功率激光器的放电稳定性,对于YAG固体激光器要研制大容量、长寿命的光泵激励光源。

    在激光焊接工作过程中,焊接控制和质量预测研究中,关键问题是建立熔池形状参数跟焊接工艺之间的关系。一些研究者根据激光深熔焊中的小孔机制,对激光焊接的温度场、液体流动及小孔形状、尺寸等用计算机进行模拟计算并取得了一定效果。随着图像传感方法的改进,人们可以从熔池图像获得熔池形状更多的特征信息,如熔池宽度、长度和面积,这对激光焊焊缝质量控制有着重要的作用,这也是激光焊接研究的一个重要方向。

点击次数:  更新时间:2014-05-19  【打印此页】  【关闭

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