日本激光加工技术的新进展——赴日技术考察报告之三

本文综述了日本激光加工设备和工艺的进展情况,介绍了激光技术在焊接、切割、打孔、喷涂、表面处理等工艺方面的应用。     

高能束流加工技术在航空领域的应用进展

以激光/电子束为代表的高能束流加工是航空装备研制中不可或缺的技术,也是当今先进制造技术发展的前沿领域。本文分别介绍了高能束流加工技术在航空结构的焊接、增材制造、表面改性中的应用：激光/电子束焊接实现了飞行器大尺寸机身结构与航空发动机结构的整体化。激光/电子束增材制造实现了复杂结构的轻量化与快速成形,并广泛应用于发动机叶片修复。在表面改性方面,激光冲击强化大幅改善了航空结构的疲劳性能;超快激光可用于涡轮叶片气膜孔的高精度制备以及表面微纳功能结构的制备;电子束加工出的表面尖峰大幅提升了金属-复材接头的强度。最后,从新材料、新结构、加工过程质量监控这3个方向对高能束流加工技术的发展趋势进行了展望。     

激光冲击强化7075铝合金熔焊接头的疲劳性能

激光冲击强化（LSP）技术具有残余压应力场深、冷作硬化程度低和强化区域可控等优点,在焊接结构表面改性方面应用前景广阔。对2 mm厚度的7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接接头实施了激光冲击强化处理,对比分析了强化前后接头的硬度、残余应力、疲劳寿命以及疲劳裂纹形核机制。结果表明,焊缝中心的最高硬度由强化前的152 HV提高到强化后的175 HV,有效强化层深度约为100 μm;经激光冲击强化后,焊缝区呈现残余压缩应力,最大残余压应力为-200 MPa;9组焊接接头试样的平均疲劳寿命为675 937周,约为强化前疲劳寿命（262 297周）的2.6倍;疲劳裂纹萌生位置从具有高度应力集中的表面缺陷转移至强化层以下的亚表面,进而有效地提高了疲劳裂纹的形核寿命。     

冷喷涂技术的最新进展及其在航空航天领域的应用展望

利用冷喷涂技术来制备航空航天器发动机特殊保护涂层.制备航空航天武器的特殊功能涂层,通过喷涂成形可以直接制造复杂结构、形状的航空航天部件.这些工程应用仅仅是冷喷涂技术在航空航天领域应用的几个方面,相信在不久的将来,冷喷涂技术一定能够更为广泛地应用于航空航天工业的各个领域. 热喷涂技术广泛地应用于国防、航空航天、燃气轮机和石油化工等工业领域,其最主要用途包括:表面涂层制备、表面强化、机械零部件修复和零部件制造等.     

镁合金绿色高效焊接技术研究进展

镁合金是航空航天领域应用最为广泛的轻合金之一.随着镁合金应用的不断深入,对具有高精度、低能耗、高效率特征的绿色焊接技术提出了迫切需求,并成为镁合金焊接制造发展的重要方向.针对上述需求,围绕镁合金激光诱导电弧复合焊接技术,镁合金活性高效焊接技术以及镁合金与异种金属的连接技术展开系统研究.采用激光诱导电弧复合焊接技术成功实现了镁合金低能耗高效焊接制造,与传统电弧焊接相比显著提高了焊接制造效率,降低了焊接制造能耗.采用激光胶焊技术及激光-电弧复合焊接技术实现了镁合金与铝合金及镁合金和钢铁的高性能焊接制造.上述绿色焊接制造技术研究成果为实现航空镁合金轻量化结构件的设计和制造提供了有力支撑.     

激光焊接技术在航天产品中的应用

激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的系统工程,其应用过程中需将机理研究、焊接工艺、结构设计、设备制造有机结合起来,发挥整体功能.     

一种无裂纹激光焊接技术

德国FraunhoferInstituteforMaterialandBeamTechnology研究所的研究人员已成功开发出一种利m激光对经热处理的钢进行焊接的新技术—激光感应焊接技术．虽然激光光束能产生焊接所需要的能量，但由于材料冷却速度过快，焊接时会出现裂纹，因此，过去无法用激光对经热处理的钢进行焊接．经热处理的钢在自动化丁件生产中通常m于制造驱动轴等遭受极大应力的零部件．这种焊接新技术的原理如下：焊接时，有电流流经线圈产生电磁场，从而在钢件上产生电流．电阻使被焊钢件的温度升高．对钢件表面进行预热。然后，利用激光对经预热的材料表面进行…     

先进航空焊接技术

焊接是航空发动机制造中的关键技术之一,随着对航空发动机高推重比、高可靠性、长寿命和低成本设计和制造要求的不断提高,现已大量采用新材料、新结构,如风扇整体叶盘、单晶涡轮叶片以及多孔层板结构等,焊接作为主要的加工工艺,其连接工艺性、表面完整性、质量稳定性和使用可靠性已成为决定航空发动机性能的关键因素.从先进航空发动机焊接技术的发展趋势看,过渡液相扩散连接(TLP-DB)、焊接修复及增材制造技术、激光(复合)焊接技术和焊接表面完整性(焊缝性能恢复及增强技术)等会成为今后新结构、新材料连接技术的重要发展方向.     

脉冲激光刻蚀作用下冷喷涂沉积过程数值模拟

脉冲激光会烧蚀材料形成表面微纳结构,研究该刻蚀作用下的冷喷涂沉积过程,以提高表面修复质量与效率。首先,结合脉冲激光作用过程与实验观测结果建立了单/多粒子与基板的沉积模型;其次,运用热-结构耦合算法对存在表面微纳结构时的粒子/基板碰撞过程开展数值模拟,研究了脉冲激光刻蚀作用对冷喷涂材料沉积过程的影响;最后,分析了脉冲激光-冷喷涂复合修复过程中材料的沉积机理。结果表明,刻蚀作用形成的微纳结构使得粒子与基板的温度分布更加均匀,形变更加复杂,特别是碰撞中心区域的形变得到显著提升;且粒子碰撞在基板表面微纳结构的波峰处时应变、温升最大,波谷处时最小;脉冲激光-冷喷涂的沉积机理为塑性射流处的机械-物理结合与激光熔化区的冶金焊合。     

先进焊接技术在飞机制造中的应用

通过对国外飞机制造公司焊接技术的应用分析,明确了先进焊接技术——电子束焊、激光焊和搅拌焊技术的应用现状和使用范围,并结合西飞公司的实际情况,提出应该发展电子束焊和激光焊接技术,以弥补未来制造能力的不足;同时应重点关注搅拌摩擦焊接技术的发展动态,掌握国外该技术的应用状况和使用经验。     

激光熔覆工艺的应用

激光熔覆具有广阔的发展前景,潜力很大,经济效益可观,引起国内外广泛的关注,并投入人才物力进行研究。 航空发动机钛合金和镍基合金摩擦副的接触磨损是发动机使用和维修中的一大难题,利用激光熔覆技术则可获得优良的涂层,为燃气涡轮发动机零件的修复开创了一个新途径。该工作研究了激光表面熔覆高温耐磨涂层的激光喷涂技术,在DZ4合金基体上,喷涂CoCrW合金粉末和WC粉末的机械混合物,厚度为0.3mm,提高了高温耐磨及抗腐蚀性能,对镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,利用激光熔覆技术熔覆钴基合金,提高了耐热耐磨性能,与热喷镀等方法相比,缩短了涂层制备的时间,质量稳定,且消除了由热影响可     

中厚板的高功率激光焊接

研究和应用结果表明,采用高功率激光焊接技术可实现高速、极小焊后变形的中厚板焊接,焊接接头质量良好,某些钢种的激光焊缝和热影响区表现出远优于常规焊接的冲击韧性,为激光焊接在重大装备制造中的应用提供了有力的支撑.随着高功率激光焊接的优越性逐渐得到业内的认可,高功率激光焊接工艺必将在重大装备的中厚板焊接甚至厚板焊接中得到更为深入的应用.     

优势的专业先进的设备--访高能束流加工技术国防科技重点实验室

高能束流加工技术国防科技重点实验室是在北京航空制造工程研究所原有激光、电子束和等离子加工技术基础上建立起来的国家级重点实验室。实验室于1995年11月正式投入运行,现有固定研究人员31名,研究生12名,国内外客座教授和顾问29人。研究室研究专业涵盖了激光、电子束、等离子及离子束等高能束流加工技术的多个学科,承担了激光、电的制备技术而逐渐发展起来的,解决再铸层、微裂纹及加工效率问题一直是研究的重点。·激光焊接(激光复合热源焊接)、切割。主要研究方向为航空航天用钛、铝合金及新型材料的激光焊接技术;激光焊接接头力学行为及…     

激光加工

正激光加工以"光能源"和"光工具"作为新加工手段,可对多种金属、非金属,特别是高硬度、高脆性及高熔点的材料进行加工,极大地提升了航空制造技术水平。当前,激光焊接、激光切割、激光制孔、激光成形以及激光表面处理等技术已广泛应用,而新型激光器及激光装备将进一步     

国外工艺动态

国外工艺动态激光加工技术１９９４年９月，在美国芝加哥“９４国际机床与制造技术”展览会展出了大量激光加工设备，其中ＲＯＭＯＮＩＣ公司推出了一种ＣＮＣ激光加工中心，集切削、焊接、打孔、表面改性处理于一体，实现了激光多工种加工的集成化和数控激光打孔，其功率...     

激光制造技术在航空领域中的应用

自上世纪70年代大功率激光器件诞生以来,已形成了激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面处理、激光合金化、激光熔覆、激光快速原型制造、金属零件激光直接成形、激光刻槽、激光标记、激光掺杂等十几种应用工艺。     

夯实技术基础研究持续驱动创新发展——访中国工程院院士、中航工业北京航空制造工程研究所研究员关桥

( ):您主持完成众多科研课题,您认为基础研究对引领技术发展有何重要作用?高能束流加工技术体系还需加强哪些方面的基础研究? 关桥:虽然我们已建立比较完整的高能束流加工技术体系和相应的装备,如把激光、电子束用于焊接、制孔、强化、涂层表面改性与毛化、增材制造等;但是,如果没有扎实的技术基础研究,就不可能有可持续的创新发展;否则,由于只“知其然”,而不“知其所以然”,有朝一日眼前的“成果”、“成就”中就有可能呈现出发生事故的“瑕疵”.     

大功率YAG激光器及其在航空制造中的应用

高能束流加工技术国防科技重点实验室于 2 0 0 2年引进了英国GSILumonics公司制造的AM 35 6型YAG激光器 ,最大输出功率可达 4 .5kW ,采用三级振荡加三级放大的结构 ,随激光器引进的还有ABB的机器人。该设备将主要用于复杂结构的空间焊接 ,特别是通过分光技术 ,采用双光束激光焊接技术 ,进行飞机壁板的制造技术的研究。所谓双光束焊接技术 ,是指两束激光进行复合使用 ,它可以增大熔深 ,改善焊缝成形 ,减少裂纹、气孔、咬边等焊接缺陷 ,尤其是在飞机制造中对大型壁板进行焊接时 ,可采用两个机器人各自带动一束YAG激光从T型接头的两边同…     

刘黎明焊接技术专家

您带领科研团队经过多年的研究,多项科研成果达到国际领先水平,请您与我们分享一下这些科研成果. 刘黎明:我们科研团队近年来围绕低能耗、低污染绿色焊接制造技术、材料及装备开展了系列研究,目前已研制出激光一电弧及激光一多电弧及电弧一电弧等系列低能耗复合焊接技术及装备,实现了包括钛合金、铝合金及高强钢等多种金属材料的优质高效连接,并在航空航天及船舶制造领域得到推广应用;开发出具有低污染的镁合金焊接材料,显著减少镁合金焊接烟尘,实现了镁合金高性能绿色焊接制造;通过对异质焊接界面反应过程进行精确控制,实现了镁/铝、镁/钢等异质材料的良好连接,为促进轻质合金构件在汽车、飞机装备中应用起到了积极的推动作用.     

航空发动机风扇/压气机叶片激光冲击强化技术的发展与应用

激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)技术是利用强脉冲激光产生的冲击波,从部件表面引入残余压应力的一种革新且最热门的表面强化技术.该技术在部件表面形成的残余压应力深度比常规喷丸强化处理的深5～10倍,具有提高抗疲劳强度、延长疲劳寿命、抑制裂纹的形成与扩展、提高抗微动疲劳/抗磨损/抗应力腐蚀断裂特性等特点.经过多年的开发与研究,美国于1997年将激光冲击强化技术成功应用于航空发动机风扇/压气机叶片,大幅度地提高了其抗外物损伤能力和高循环疲劳性能,并且于1998年被美国研发杂志评为全美100项最重要的先进技术之一,被美国军方认定为第4代战斗机发动机的80项关键技术之一.