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激光技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作及優(yōu)異的處理層性能等優(yōu)點(diǎn)。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(xiàng)技術(shù)十分重視，并且已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、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(bǔ)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(diǎn)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(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件及炮管內(nèi)壁的表面強(qiáng)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(diǎn)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(jī)進(jìn)行修復(fù)，然而，采用激光淬火技術(shù)對其進(jìn)行強(qiáng)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(xiàn)報(bào)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(yàn)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(jī)的 AL F50 2 R-5渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)第四級(jí)葉片阻尼面，也采用激光熔覆涂層強(qiáng)化處理。
　　激光熔覆的另一個(gè)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大修，其中葉片修復(fù)的成本費(fèi)用平均值僅為更新葉片費(fèi)用的20%，僅葉片修復(fù)一項(xiàng)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(qiáng)化進(jìn)行了研究，使用激光表面熔覆的方法對磨損部位進(jìn)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(dá)0.6mm以上，試飛60小時(shí)后，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)效益。

　　激光焊接近十幾年來，中國的熔覆技術(shù)得到了迅速發(fā)展，但目前的研究成果大多處于實(shí)驗(yàn)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：
　 ● 旋壓模具修復(fù)
　　該俄羅斯進(jìn)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(jī)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(diǎn)。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(jī)排氣口材料TIMEAL 21s鈦合金的研制過程中，采用氮?dú)鈿夥障掠肅O2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(jìn)行表面強(qiáng)化，壽命提高至35天。并進(jìn)一步對達(dá)到使用壽命的軋輥進(jìn)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(jī)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(diǎn)：
　　● 激光能量密度大，焊接深寬比大、材料變形?。?br /> 　　● 可焊接難熔材料和異種材料；
　　● 可進(jìn)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣道唇口、飛機(jī)電器殼體組件、艦載飛機(jī)導(dǎo)線接頭、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)電嘴導(dǎo)線、電嘴殼體等實(shí)施了焊接，并形成批量化產(chǎn)品，獲得了極高的軍事效益。

　　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(jìn)了該技術(shù)的進(jìn)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(jià)值和經(jīng)濟(jì)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(shí)驗(yàn)室階段。

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