激光加工技术在造船中的应用

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1、胡勇,等:激光加工技术在造船中的应用激光加工技术在造船中的应用胡勇,项勇,刘光武(武汉理工大学交通学院船海系,湖北武汉430063)了在一些其他工业中的应用前景。过去人们常常认提要本文论述了激光加工技术在造船工业中为,造船工业接受高新技术的过程比较慢,但现在这的重要地位及其主要特点,综合介绍了欧美船厂开展一情况正在发生改变。虽然激光加工拥有许多优点,激光加工技术研究与应用的情况,主要是激光切割与但不足之处也是很明显的,例如激光加工设备目前激光焊接在船厂中的应用现状和发展趋势。还比较昂贵、切割厚度难以

2、达到火焰和等离子切割主题词激光加工激光切割激光焊造船的水平。这些也影响了它在造船中的应用。1前言随着激光技术的发展,欧美及日本主要的大型自世界上第一台激光器问世以来,激光已被广船厂已大量采用激光加工技术。在我国,造船工业几泛应用于各行各业。在日常生活中,我们使用激光打乎还没有使用激光加工技术,因此,有必要跟踪和研印机、CDöVCDöDVD光盘及设备、激光扫描条码、究该项新技术。光纤通信、激光美容、激光测距等。在工业上,激光被下面我们就激光加工技术的两个重要应用方面应用于切割、焊接、标记、热处理等主要

3、材料加工领——激光切割及激光焊接在造船中的应用情况,综域。由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高合欧美船厂的应用实例,进行分析探讨。相干性的特性,激光加工技术已成为工业生产自动2激光切割化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的如2.1激光切割原理下优势:激光器按其工作物质的形态可分为固体激光(1)由于它是无接触加工,对工件无直接冲击,器、气体激光器、半导体激光器、液体激光器等。无论因此无机械变形;是使用CO2激光器,还是Nd:YAG激光器进行切(2)激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”割

4、,其原理基本上是相同的。如图1所示,激光束经作用于工件;过透镜聚焦后投射到被切割材料的表面,聚焦后的(3)激光束能量密度高,加工速度快,对非激光激光束加热材料的表面,在材料的厚度方向快速形照射部位没有或影响极小,因此热影响区小、工件热成一个非常狭小的熔融毛细管道。该细管道的直径变形小、后续加工少;通常只比聚焦后的激光束的直径大一点点。绝大多(4)激光束易于导向、聚焦、实现方向变换,极易数CO2激光切割是使用辅助气体完成的。辅助激光与计算机数控系统配合,对复杂工件进行加工,是一切割的气体的主要特征是,

5、由与激光束共轴的气体种极为灵活的加工方法;将熔融的材料从其细管道吹开。对某些材料,这些气(5)生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益体可以进一步辅助其化学(发热)反应以及物理反和社会效益好。应。通过在固定的材料表面移动聚焦后的激光束,或目前,使用激光加工的行业有,汽车制造、航天者保持激光束不动而移动工件从而完成切割过程。航空、造船、电子、化工、包装、医疗设备等。在欧美发使用CO2激光器进行激光切割,大多使用1～1.5达国家中,大约有50%～70%的汽车零部件都用到kW功率的激光器。了激光加工技术,并

6、以激光焊接和激光切割为主。型2.2应用情况材与板材的切割,已成为激光在材料加工中应用的1966年底出于军事目的研发了300W脉冲型主要方面。据报道,全世界大约有12000台工业用激低流CO2激光器,随着,第一个气体辅助激光切割实光切割系统,其市场价值达45亿美元。其中超过验于1967年完成,标志着激光材料加工的开始。金60%的设备在日本。最近,激光切割非常成功地找到属、陶瓷、塑料以及木材、橡胶等都能使用CO2激光作者简介:胡勇(1965-),男,副教授。进行切割。对于切割钢铁,大多数加工使用氧辅助气

7、·33·造船技术2005年第1期(总第263期)的距离由1mm上升到7mm,减少了切割穿孔飞溅物对激光头的撞击;切割表面质量好,热影响区小,可以获得较高的切割精度,省略许多后续加工。更让人意想不到的是,只需加装一把特制的增压割炬,即可用常规激光装置切割38mm厚的钢板。该项目的负责人PatrickCahill认为,LASOX切割系统具有切割100mm厚钢板的潜能。而相比之下,大功率等离子切割只能切割75mm厚的钢板。该加工方法将使新型舰船的建造费用更便宜。该激光图1激光切割原理示意图切割系统计划首先

8、应用于美国GeneralDynamics体,因为它能为切割过程提供热能。不锈钢、铝、钛也ElectricBoat公司的潜艇建造和Caterpillar公司的可以使用CO2激光切割,这时需使用高压(高达1.5重型采矿设备的生产中。从上可知,它为如何将激光MPa)惰性气体辅助加工,并且从切口处吹掉材料。切割更经济、更有效地应用于造船业,提供了一个成早期激光主要用来切割20mm以下的薄板,因功的范例和开启了一条新思路。此在造船中应用不多。20世纪90年代初期,随着大2.3激