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激光加工在海军飞机上的运用

长久以来,飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺。近年来,随着大功率激光器的飞速改进和发展,其在工业中的应用从最初只用于小的或者微细结构的加工发展到普遍应用于机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等工业界领域。其中薄板的激光焊接主要应用于航空航天工业和汽车制造业。 在80年代初,铝及其合金的激光加工十分困难,被认为是不可能的而现在普通氩弧焊等熔焊方法在飞机制造中的应用成为禁区。主要原因是一是飞机结构采用的铝合金材料是热处理高强化铝合金,一经熔焊后,热处理强化效果就会丧失,而且晶间裂纹难以避免。另一方面,激光加工的优越性又极大地吸引着从事激光材料加工的科研工作者,他们为此付出了大量的时间和精力来研究铝合金激光加工的可能性。 在当时,激光加工主要使用波长为10.6mm的CO2激光器,而铝对CO2激光的反射率高达97%,通常作为反射镜使用。但是,由于铝合金存在对10.6mm波长激光的高反射和自身的高导热性,对于海军飞机常见的腐蚀损伤,激光熔覆技术具有巨大的开发应用前景。美国海军已建立专门的激光熔覆修理实验室对水下装备的铝合金结构件的腐蚀损伤进行了成功的修复。 实践证明,经过严格控制激光工艺参数,可以实现需要功能和特性的合金表层,国内外已成功地在铝合金表面进行了多种合金熔覆实验。对于机械零件的表面磨损和腐蚀损伤,可以用激光多层熔覆的方法恢复其尺寸和形状。该方法在1981年被成功地应用于大型客机发动机涡轮叶片后引起了广泛重视,已成为国内外激光表面改性的研究重点之一。   目前,高强铝合金激光焊接成果已经成功应用于欧洲空中客车公司飞机制造中,其铝合金内隔板均采用激光加工,实现了激光焊接取代传统铆接工艺。激光焊接技术的采用,大大地简化了飞机机身的制造工艺,使机身重量减轻18%,成本下降21.4%~24.3%,被认为是飞机制造业的一次技术大革命。