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胡勇,等:激光加工技术在造船中的应用

激光加工技术在造船中的应用
胡勇,项勇,刘光武
(武汉理工大学交通学院船海系,湖北武汉430063)
了在一些其他工业中的应用前景。过去人们常常认
提要本文论述了激光加工技术在造船工业中为,造船工业接受高新技术的过程比较慢,但现在这
的重要地位及其主要特点,综合介绍了欧美船厂开展一情况正在发生改变。虽然激光加工拥有许多优点,
激光加工技术研究与应用的情况主要是激光切割与
,但不足之处也是很明显的,例如激光加工设备目前
激光焊接在船厂中的应用现状和发展趋势。
还比较昂贵、切割厚度难以达到火焰和等离子切割
主题词激光加工激光切割激光焊造船
的水平。这些也影响了它在造船中的应用。
1前言随着激光技术的发展,欧美及日本主要的大型
自世界上第一台激光器问世以来,激光已被广船厂已大量采用激光加工技术。在我国,造船工业几
泛应用于各行各业。在日常生活中,我们使用激光打乎还没有使用激光加工技术,因此,有必要跟踪和研
印机、CDöVCDöDVD光盘及设备、激光扫描条码、究该项新技术。
光纤通信、激光美容、激光测距等。在工业上,激光被下面我们就激光加工技术的两个重要应用方面
应用于切割、焊接、标记、热处理等主要材料加工领——激光切割及激光焊接在造船中的应用情况,综
域。由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高合欧美船厂的应用实例,进行分析探讨。
相干性的特性,激光加工技术已成为工业生产自动2激光切割
化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的如
2.1激光切割原理
下优势:
激光器按其工作物质的形态可分为固体激光
(1)由于它是无接触加工,对工件无直接冲击,
器、气体激光器、半导体激光器、液体激光器等。无论
因此无机械变形;
是使用CO2激光器,还是Nd:YAG激光器进行切
(2)激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”
割,其原理基本上是相同的。如图1所示,激光束经
作用于工件;
过透镜聚焦后投射到被切割材料的表面,聚焦后的
(3)激光束能量密度高,加工速度快,对非激光
激光束加热材料的表面,在材料的厚度方向快速形
照射部位没有或影响极小,因此热影响区小、工件热
成一个非常狭小的熔融毛细管道。该细管道的直径
变形小、后续加工少;
通常只比聚焦后的激光束的直径大一点点。绝大多
(4)激光束易于导向、聚焦、实现方向变换,极易
数CO2激光切割是使用辅助气体完成的。辅助激光
与计算机数控系统配合,对复杂工件进行加工,是一
切割的气体的主要特征是,由与激光束共轴的气体
种极为灵活的加工方法;
将熔融的材料从其细管道吹开。对某些材料,这些气
(5)生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益
体可以进一步辅助其化学(发热)反应以及物理反
和社会效益好。
应。通过在固定的材料表面移动聚焦后的激光束,或
目前,使用激光加工的行业有,汽车制造、航天
者保持激光束不动而移动工件从而完成切割过程。
航空、造船、电子、化工、包装、医疗设备等。在欧美发
使用CO2激光器进行激光切割,大多使用1～1.5
达国家中,大约有50%～70%的汽车零部件都用到
kW功率的激光器。
了激光加工技术,并以激光焊接和激光切割为主。型
2.2应用情况
材与板材的切割,已成为激光在材料加工中应用的
1966年底出于军事目的研发了300W脉冲型
主要方面。据报道,全世界大约有12000台工业用激
低流CO2激光器,随着,第一个气体辅助激光切割实
光切割系统,其市场价值达45亿美元。其中超过
验于1967年完成,标志着激光材料加工的开始。金
60%的设备在日本。最近,激光切割非常成功地找到
属、陶瓷、塑料以及木材、橡胶等都能使用CO2激光
作者简介:胡勇(1965-),男,副教授。进行切割。对于切割钢铁,大多数加工使用氧辅助气
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造船技术2005年第1期(总第263期)

的距离由1mm上升到7mm,减少了切割穿孔飞溅
物对激光头的撞击;切割表面质量好,热影响区小,
可以获得较高的切割精度,省略许多后续加工。更让
人意想不到的是,只需加装一把特制的增压割炬,即
可用常规激光装置切割38mm厚的钢板。
该项目的负责人PatrickCahill认为,LASOX
切割系统具有切割100mm厚钢板的潜能。而相比之
下,大功率等离子切割只能切割75mm厚的钢板。该
加工方法将使新型舰船的建造费用更便宜。该激光
图激光切割原理示意图
1切割系统计划首先应用于美国GeneralDynamics
体,因为它能为切割过程提供热能。不锈钢、铝、钛也
ElectricBoat公司的潜艇建造和Caterpillar公司的
可以使用激光切割这时需使用高压(高达
CO2,1.5重型采矿设备的生产中。从上可知,它为如何将激光
)惰性气体辅助加工并且从切口处吹掉材料。
MPa