根據(jù)2000 年度在全球范圍內(nèi)的統(tǒng)計，工業(yè)激光按應(yīng)用領(lǐng)域分配額為[1]：激光切割占32%，標(biāo)記占30%，激光焊接占13%，微處理占13%，激光打孔占4%，其它占8%�？梢�激光加工是當(dāng)今具有代表性的先進制造技術(shù)，為材料加工和結(jié)構(gòu)制造提供了一種新的實用手段。下面將從激光焊接、激光切割、激光熔覆和修復(fù)等方面介紹激光加工技術(shù)在海軍裝備制造和維修中潛在的應(yīng)用。 \~l"  
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1 激光焊接 $Z8riVJ7j-  
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激光焊接是將光斑非常細(xì)小高強度的激光照射到工件表面，通過激光與物質(zhì)的相互作用，使作用區(qū)域內(nèi)的母材局部快速熔化、汽化，實現(xiàn)焊接。許多試驗和實際應(yīng)用表明，激光焊接有不少優(yōu)點：焊接速度高；焊縫小，焊接熔深大；熱影響區(qū)窄，焊接變形��；在操作過程中無污染；容易實現(xiàn)自動化，能自動焊接復(fù)雜形狀；無需后續(xù)工序。采用單熱源激光焊接也存在不足，如激光對母材的作用時間短，冷卻速度快，可能在焊縫中生成氣孔、疏松和裂紋等缺陷；由于激光光斑直徑很小，熱作用區(qū)域很小，對被焊接母材端面接口要求高，裝配精度要求高；材料表面狀態(tài)和溫度影響材料表面對激光的吸收效果等。 .9UrWBW\I  
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為消除或減少單熱源激光焊接的缺陷，在保持激光加熱的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，利用其他熱源的加熱特性來改善激光對工件的加熱，從而形成了激光與其他熱源一起的激光復(fù)合焊接，主要有激光與電弧、等離子弧、高頻感應(yīng)熱源復(fù)合焊接以及雙激光束焊接等[2]。 aq#F  
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在造船業(yè)中應(yīng)用的激光復(fù)合焊工藝是激光與氣體金屬電弧焊[3，4]，圖1 是其原理示意圖。激光與電弧復(fù)合焊接是在激光束附近外加電弧，利用電弧的熱作用范圍較大，電弧對被焊母材進行預(yù)熱，使母材溫度升高，提高了材料對激光的吸收率，緩和激光焊接對接口的要求。同時，由于激光束具有對電弧的聚焦、引導(dǎo)作用，使焊接熔深大大增加，可以提高電弧的焊接速度和焊接質(zhì)量。另外，電弧熱作用范圍大，熱影響區(qū)加大，使溫度剃度減小，冷卻速度降低，減少或消除氣孔或裂紋的生成。 3EE_"}H>  
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為了提高造船業(yè)的競爭能力和滿足顧客的需要，降低船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵工藝之一——焊接的總工時量和焊接引起薄板的熱變形，德意志聯(lián)邦教育和研究部的資助Meyer Werft 造船廠從1994 年起開展了“金屬三明治形的鑲板”（Metallic Sandwich Planes）結(jié)構(gòu)激光焊接方法的研究，并演變成為歐洲SANDWICH研究計劃[5]。1998 年，意大利Fincantier 造船廠建立了用18KW CO2 激光可焊接長達16m、板厚度達20mm的激光焊接工作站[4]；1999~2001 年，在Meyer Werft，建立了一個新型先進激光加工生產(chǎn)車間，采用自動化的模塊生產(chǎn)方式，用不同強度級別、厚度的鋼制造鋼結(jié)構(gòu)，其激光復(fù)合焊接站能夠生產(chǎn)20m×20m 的平面分段。采用激光復(fù)合焊接方式，達到了生產(chǎn)高度的柔性化和高生產(chǎn)效率與減少熱變形的組合[5]。 FRXaPod  
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歐、美等國將激光/氣體金屬電弧復(fù)合焊用于其艦船的建造，如通過對HY-80 鋼激光復(fù)合焊接的試樣進行拉伸、沖擊、動態(tài)撕裂、爆炸等試驗，在恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件下，焊接接頭的性能均滿足美國軍標(biāo)對HY-80 鋼的性能要求[6]。 86a,J3C[  
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日本科研人員用激光焊接修復(fù)水下核反應(yīng)堆壓力容器[7]，其工藝示意圖如圖2。激光焊接是在水壓達到0.4MPa，采用氣保護的條件下，用激光功率3~4KW 的Nd：YAG 激光器，以4.2~33.3mm/s 的速度，填充SUS308L 不銹鋼材料，焊接10mm 厚的SUS304 不銹鋼，得到了無焊接缺陷的深熔焊縫。 { _Y'%Ggh  
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香港工業(yè)大學(xué)的研究人員用2KW 連續(xù)Nd：YAG 激光重熔錳鎳鋁青銅（MAB）螺旋槳表面，通過研究發(fā)現(xiàn)[]：與鑄造的相比，激光表面重熔處理后的螺旋槳表面在3.5wt% NaCl 人造海水中耐空泡腐蝕能力增加了5.8 倍，甚至超過了鎳鋁青銅（NAB）。因此，激光表面重熔可以提高螺旋槳的空泡腐蝕能力和腐蝕阻力[8]。 *w}r:04F  
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對鋁和鋼這種熔點相差懸殊，線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性和熱容量差別大的異種材料的激光焊接研究表明，只要制定合適的激光焊接工藝，是可以得到結(jié)合強度較高、焊縫質(zhì)量好的異種材料的焊接接頭[9，10]。 KEf1GU6s  
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2 激光切割 q_[`PYT  
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激光切割是用高功率密度的激光直接聚集在切割零件的表面，產(chǎn)生足以使被切割材料熔化甚至汽化的溫度，再輔以噴射氣體吹化，從而達到分離材料的目的。與其它常規(guī)的加工方法相比，如水切割，氧-乙炔，激光切割所形成的割縫窄，質(zhì)量（精度）高，能提高零件尺寸精度和材料利用率；割縫質(zhì)量好，無掛渣、邊緣垂直、表面光滑；激光切割因能量密度高，切割熱影響區(qū)��；激光切割工件無機械變形，易于與自動化裝備相結(jié)合，容易實現(xiàn)切割自動化，無刀具磨損，因此，效率高，速度快和柔性高。激光板材切割已經(jīng)實用化，沒有鋸屑，可在任何方向切割任何圖形，沒有工具的磨損和噪聲，在加工精度、成品率以及可變性等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的加工方法。 p(9[*0.};  
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