激光焊接在船舶制造中的應(yīng)用前景
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在20世紀(jì)90年代中期，激光作為一種重工業(yè)制造工具用于造船工業(yè)。大型艦船制造方法逐漸實(shí)現(xiàn)由鉚接到焊接的變革，焊接方法、工藝和設(shè)備也穩(wěn)步發(fā)展，從早先的氣焊、電弧焊，發(fā)展到激光焊。造船技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了造船材料和船舶設(shè)計(jì)的重大變化。圖1所示為造船工業(yè)中三明治夾層板的激光焊接。圖1 造船工業(yè)中“三明治”板的激光焊接早期日本的一些船廠就使用激光切割設(shè)備獲得了準(zhǔn)確的切割尺寸和良好的切割質(zhì)量，并從中受益。1992年，Vosper Thornycroft在歐洲船廠安裝了第一臺(tái)激光切割設(shè)備。90年代中、后期，歐洲船廠紛紛安裝了用于焊接和切割的成套設(shè)備。在美國(guó)，Bender 船廠是第一家使用高功率激光切割設(shè)備的船廠。1999年Bender 使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器，在制造成本和質(zhì)量上取得了巨大進(jìn)步。2001年，聯(lián)邦電動(dòng)船部在其移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室安裝了4KW的ESAB系統(tǒng)。激光切割設(shè)備在Bender的應(yīng)用，引起了對(duì)發(fā)展高效激光焊接技術(shù)的關(guān)注。下面幾個(gè)圖為激光制造技術(shù)與系統(tǒng)在歐洲幾個(gè)船廠的應(yīng)用實(shí)例。圖2 Vosper Thornycroft船廠在歐洲最先使用激光切割設(shè)備圖3 Meyer Werft船廠采用的船板焊接頭圖4 Odense船廠采用的Triagon激光焊接頭目前世界工業(yè)領(lǐng)域都向著低能耗、短流程方向發(fā)展，激光制造具有許多傳統(tǒng)制造方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，世界各國(guó)都加大了對(duì)發(fā)展制造業(yè)的重視程度。但與國(guó)外相比，我國(guó)激光技術(shù)達(dá)到應(yīng)用推廣的還是不多，還沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。究其原因，首先在于激光制造系統(tǒng)的高成本、高投入；為了更廣泛的普及激光制造技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)高投入的問(wèn)題，需要在充分認(rèn)識(shí)影響激光制造技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵因素的基礎(chǔ)上，綜合考慮船舶本身需求、激光加工系統(tǒng)的投入等因素，控制成本，尋找最佳加工條件、提高加工效率的方法，最終形成我國(guó)新一代激光制造產(chǎn)業(yè)鏈。現(xiàn)代激光制造作為通用的加工手段，其前沿領(lǐng)域之一是應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，激光制造應(yīng)用技術(shù)提出并解決新的問(wèn)題。重點(diǎn)針對(duì)汽車、航空航天運(yùn)載器、船舶和鐵路車輛等運(yùn)輸機(jī)械的輕型化、冶金工業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)激光制造技術(shù)在國(guó)防和重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)對(duì)激光制造系統(tǒng)技術(shù)提出新的要求，如激光器小型化、高轉(zhuǎn)換效率與集成化等，光纖激光器和半導(dǎo)體激光器將得到大力發(fā)展。推動(dòng)我國(guó)激光制造技術(shù)向著效率更高、能耗更低、流程更短、光束質(zhì)量更高、性能更好、數(shù)字化、智能化程度更高、成本更低的方向發(fā)展，改變我國(guó)大工業(yè)用激光制造裝備完全依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。激光技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用又具有其獨(dú)特性，這跟船舶本身的加工和應(yīng)用特點(diǎn)以及激光制造系統(tǒng)的特性息息相關(guān)。目前鋁合金材料逐漸成為運(yùn)輸機(jī)械制造的關(guān)鍵材料，全鋁結(jié)構(gòu)船顯示出良好的發(fā)展前景，配合先進(jìn)的激光制造技術(shù)，展示了無(wú)限發(fā)展?jié)摿Α?/div>