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汽車制造

激光技術(shù)在特種車輛制造中的應(yīng)用分析

星之球科技 來源:榮格2016-10-13 我要評論(0 )   

近年來,激光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機、武備、艦船等軍工領(lǐng)域,如各種復(fù)雜型面、微型構(gòu)件、耐磨構(gòu)件、耐熱構(gòu)件、及破損件的修補等。

       激光技術(shù)是一種高能密度的技術(shù),該技術(shù)具有無污染、高效、靈活易于實現(xiàn)自動化操作及優(yōu)異的處理層性能等優(yōu)點。近年來,激光技術(shù)在國外軍事工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。美國、日本、德國、俄羅斯、英國等國對該項技術(shù)十分重視,并且已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機、武備、艦船等軍工領(lǐng)域,如各種復(fù)雜型面、微型構(gòu)件、耐磨構(gòu)件、耐熱構(gòu)件、及破損件的修補等。
 

 
  近年來,行業(yè)在激光加工技術(shù)領(lǐng)域集研究開發(fā)和應(yīng)用于一體,先后開展了激光淬火、激光修復(fù)、激光合金化制備耐蝕耐磨層及各種材料的激光焊接和技術(shù)研究。
 
  激光淬火
  激光淬火是應(yīng)用最廣泛的激光熱處理技術(shù)。這是一種表面局部淬火的新工藝,具有較多的特點和優(yōu)勢,該技術(shù)能夠處理鈦合金、鋁合金、合金鋼和碳鋼等材料。近年來國外軍工業(yè)對該技術(shù)的研究主要集中在飛行器、魚雷傳動構(gòu)件、發(fā)動機關(guān)鍵件及炮管內(nèi)壁的表面強化。
  激光淬火比常規(guī)淬火硬度高出20%以上,GCr15、T10和高速鋼等均可得到HV1000以上的硬度。MK10制導(dǎo)火箭發(fā)射系統(tǒng)點火區(qū)的阻斷凸輪,采用AⅡ4340鋼,用1.2KW激光表面處理代替原來的氮化處理,最高硬度由原來55HRC提高到62HRC。而在鈦葉片的處理中,激光淬火后的硬度提高了75%-125%。德國萊茵工業(yè)公司研究了激光相變硬化炮管線膛的新工藝方法,可硬化靠近炮口端的半膛,可獲得0.3-0.5mm硬化深度,表面硬度至少為HV650,解決了因炮口端陽膛線過量磨損而影響射彈外彈道飛行性能的問題。
  例如,某型汽車模具僅能沖壓300件便需要停機進行修復(fù),然而,采用激光淬火技術(shù)對其進行強化后,能夠?qū)㈣T鐵模具的硬度由原來HRC45提高至HRC55,使用壽命提高至35,000件,壽命提高100倍以上。
 
  激光熔覆技術(shù)
  激光熔覆技術(shù),是通過高能密度的激光束輻照作用,使預(yù)置的添加材料熔化在基材表面形成牢固的涂覆層,從而徹底改變材料表面性能的技術(shù)。
  據(jù)1997年的有關(guān)文獻報道,加拿大埃德蒙頓激光所在AI6I4340鋼和試樣上激光包覆各種耐燒蝕、耐磨損涂層。研究表明,純鉬和Ta-10W合金涂層有望用作炮管內(nèi)膛涂層。模擬發(fā)射試驗表明,涂層使用壽命延長了60%。美國 Textron L ycoming Stratford Div對裝配BAe1 46直升機的 AL F50 2 R-5渦輪發(fā)動機第四級葉片阻尼面,也采用激光熔覆涂層強化處理。
  激光熔覆的另一個應(yīng)用方面是,對工件局部損壞區(qū)域的修復(fù),修復(fù)后的工件大部分與原工件性能相當(dāng),甚至超過原工件的使用壽命。在美國俄克拉馬州 Tinker空軍基地的后勤維修中心,每年要有約1200臺發(fā)動機進行大修,其中葉片修復(fù)的成本費用平均值僅為更新葉片費用的20%,僅葉片修復(fù)一項每年可獲得若干億美元的效益,美國NASA Marshell航天中心對渦輪葉片的修復(fù)和強化進行了研究,使用激光表面熔覆的方法對磨損部位進行修復(fù)后,覆層組織致密均勻、無氣孔,與原材料為冶金結(jié)合。覆層厚度達0.6mm以上,試飛60小時后,發(fā)動機性能良好。不但節(jié)約了成本而且縮短了加工周期,具有顯著的經(jīng)濟效益。
 
  近十幾年來,中國的激光熔覆技術(shù)得到了迅速發(fā)展,但目前的研究成果大多處于實驗室階段,尤其是在軍工方面的應(yīng)用較少。近年來,中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所在軍工產(chǎn)品修復(fù)做了大量工作,部分修復(fù)案例包括:
  ● 某型飛機葉片修復(fù)
 
飛機發(fā)動機靜止葉片激光焊接修復(fù)
 
  某型飛機靜止葉片材料為高溫Ni基合金,其通氣孔板開裂,經(jīng)激光焊接后已安裝使用,飛行400多小時未見異常。

       ● 旋壓模具修復(fù)
  該俄羅斯進口的旋壓模具為某型XX殼體制造模具,使用過程中局部磨損1mm,采用電火花沉積與激光熔覆復(fù)合修復(fù)技術(shù)在保證修復(fù)層組織致密的前提下,獲得了較高的結(jié)合力與表面硬度。至今使用6年,性能依然優(yōu)良。
       火箭旋壓模修復(fù)
 
  ● 船用柴油機活塞修復(fù)
  激光修復(fù)鑄鐵零件容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷。對此,通過研制一種專用于鑄鐵材料修復(fù)的激光熔覆粉末,該粉末硬度為HRC30,可用于激光修復(fù)鑄鐵零件,也可用于鑄鐵熔覆過渡層。該鑄鐵活塞材料為QT500,由于位置比較特殊,修復(fù)難度較大,修復(fù)厚度為3mm。
 
  激光合金化
  激光合金化技術(shù)是在高能激光束的輻照下,得到不同于預(yù)置材料和基體材料的合金化層的技術(shù)。其處理過程具有效率高,耗能少,變形小等特點。目前,激光表面合金化的研究十分活躍,在國外軍事工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛。
  瑞典國防研究局在對飛機排氣口材料TIMEAL 21s鈦合金的研制過程中,采用氮氣氣氛下用CO2激光掃描,使鈦合金表面熔化,獲得40μm的氮化鈦合金涂層,該涂層具有很高的耐磨蝕、耐高溫性能,顯著提高了使用壽命。
  某鋼廠粗軋輥使用壽命為15天,采用激光合金化技術(shù)對其進行表面強化,壽命提高至35天。并進一步對達到使用壽命的軋輥進行激光熔覆修復(fù)使其恢復(fù)尺寸,壽命提高至40天。該軋輥采用激光納米合金化工藝,通過添加合金及陶瓷元素,大幅提高了軋輥表面耐磨性能,使其過鋼量由原來的2.5萬噸提高至5萬噸。
 
  激光焊接技術(shù)
  激光焊接過程屬于熱傳導(dǎo)焊接,高功率激光器的工業(yè)應(yīng)用開辟了激光焊接新領(lǐng)域,獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。激光焊接具有以下優(yōu)點:
  ● 激光能量密度大,焊接深寬比大、材料變形??;
  ● 可焊接難熔材料和異種材料;
  ● 可進行薄壁焊、精密焊;
  ● 激光焊接對焊縫有凈化效應(yīng),焊縫質(zhì)量接近或高于母體;
  ● 不需要填充材料,焊接表面質(zhì)量優(yōu)異。
  在激光焊接方面,先后對某型發(fā)動機進氣道唇口、飛機電器殼體組件、艦載飛機導(dǎo)線接頭、飛機發(fā)動機電嘴導(dǎo)線、電嘴殼體等實施了焊接,并形成批量化產(chǎn)品,獲得了極高的軍事效益。
 
DK28柴油機噴油嘴電磁屏蔽殼體焊接(0.3mm不銹鋼)
(材料:氮化鋼 技術(shù)難點:氮化后焊接,耐壓200Mp)
 
  激光技術(shù)作為一種新穎的手段在國外的應(yīng)用日益廣泛,在軍事工業(yè)的應(yīng)用已顯著促進了該技術(shù)的進一步發(fā)展,目前國外激光技術(shù)已逐步應(yīng)用于航空、航天、武備等的制造之中,并產(chǎn)生了良好的軍事價值和經(jīng)濟效益。另外,針對軍工的基礎(chǔ)研究工作也已普遍展開,但很多研究工作僅限于實驗室階段。
 
飛機導(dǎo)線外套激光焊接飛機點火器部件激光焊接

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