不懂就看！激光加工技术是怎么修飞机的

自 1960 年代第一台激光器发明以来，激光器以其高方向性、高亮度、高单色性和高相干性等特点被广泛应用于诸多领域，成为理想的加工热源。激光聚焦后，光斑上的功率密度可达104~1015W/cm2，金属材料在高功率密度光的照射下会迅速升温、熔化甚至瞬间汽化。因此，应用不同的功率密度和加热时间，激光可以达到不同的加工目的，如表面热处理、表面重熔、合金化、熔覆、焊接、切割、钻孔、表面冲击强化等，是一种非常理想的加热方式来源。激光加工表面改性技术已应用于飞机结构和飞机发动机制造领域。我国已采用激光熔覆技术对航空发动机涡轮叶片和涡轮导轨的冠部进行熔铸，并成功修复了受损部件的形状、尺寸和性能。

近年来，随着新型飞机的快速装备，钛合金和复合材料已成为我军现役飞机的主要结构材料。激光以其高方向性、高亮度、高相干性等优良品质被广泛应用于各个领域。它也将在飞机结构维修领域发挥重要作用。

激光加工技术应用

1激光热处理技术

当以一定速度运动的激光束照射到金属表面时，表面金属吸收能量并迅速上升。当光斑移动时，基体材料吸收表面热量，使表面金属温度以极高的速度迅速下降，形成不同于常规淬火的自淬火。由于自淬具有极高的冷却速度，可以获得具有显微组织的特殊表面改性层，对提高金属的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性有很好的效果。激光热处理是最早发展起来的激光加工技术，现已形成较为完整的理论和工程应用技术。对于可以通过相变强化的碳钢和合金结构钢，激光表面淬火可以产生比传统淬火更高的硬度，甚至对于一些不具备淬透性的低碳钢材料，也有一定的强化作用。图1显示了35CrMo钢的激光淬火效果。

2激光表面重熔技术

应用优于激光表面用于淬火的较高激光功率密度照射金属表面以熔化表面金属。光斑移动后，母材吸收热量，使熔池中的金属液迅速凝固，形成具有极细晶粒和过饱和固溶体的强烈冷硬组织。由于细晶强化和固溶强化的作用，可以显着提高材料表面的硬度和耐磨性。研究表明，通过重熔，铝合金的硬度可提高30%～100%。这是最简单的激光加工技术，但强化的范围有限。对于承受交变载荷的飞机结构铝合金型材和板材，激光重熔后必须存在的过热层的疲劳质量是决定结构使用寿命的关键。因此，在进入工程应用之前，有必要对激光重熔对材料的影响进行测试验证。疲劳性能的影响。对于结构钢材料，重熔硬化效果显着。图2为45#钢激光重熔不同区域的结构。从图2可以看出，激光重熔后组织由珠光体转变为马氏体。

3激光表面合金化技术

在激光熔化表面添加使用金属时将设计的合金元素加入到熔池中，在不改变基体合金成分的情况下，可以在表面获得所需性能的合金层。该技术非常有利于需要特殊性能的零件的制造，可以生产具有传统制造技术无法达到的材料不均匀和性能不均匀的金属或复合材料零件。由于激光表面合金化过程中熔池的冷却速度极高，可以形成传统冶金工艺条件下难以达到的合金和结构。因此，可以根据需要形成具有高硬度、耐磨性、良好的耐腐蚀性和耐热性的合金层。对于铝合金，已经测试了各种合金系统的激光表面合金化工艺，如Cu、Fe、Si、Ni、Cr、WC、SiC等。其中，镍基合金层中分散有金属间化合物AlNi和Ni3Al，具有较高的硬度和耐磨性，但合金层脆性大，易产生裂纹。激光熔覆的结合界面，基体与熔覆材料之间必须有合金化冶金过程。图3为铝合金合金成分扫描曲线。

4激光焊接技术

激光具有高能量密度和能在瞬间熔化和汽化表面金属，是焊接的理想能源，可获得宽度窄、热影响区小的理想焊缝。目前，已在多种金属和多种条件下获得高质量的焊缝，是一种应用广泛的激光加工技术。对于强度高、焊接性能较差的变形铝合金，如飞机结构中常用的LY12（2024）和LC4（7075），激光焊接是最有前景的焊接技术。国内外研究人员以连续CO2激光器、Nd:YAG激光器、半导体激光器、准分子激光器为能源，实现了2024、7075、6063、5083、5052等不同工艺参数合金板材的理想焊接。有限元分析。因此，激光焊接技术在飞机结构修复领域，尤其是飞机结构损伤修复领域有着广阔的发展前景。由于其焊接速度快，施工简单，是替代铆接工艺的理想技术。对于钛合金、高温合金、不锈钢材料，激光是一种理想的焊接能源，可形成热影响区小、焊接应力小、变形小、性能优良的焊缝。

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