激(ji)光(guang)與普通光(guang)相比(bi)最突出(chu)的(de)特性(xing)是(shi)單色性(xing)、方(fang)向性(xing)好(hao),相干性(xing)和亮度高。其中,相干性(xing)是(shi)指光(guang)在時間(jian)、空間(jian)上兩個光(guang)波場的(de)相關程度。激(ji)光(guang)另外一個特點是(shi)瞬時性(xing),通過調Q、鎖模等脈沖壓縮(suo)技術可以(yi)實(shi)現(xian)激(ji)光(guang)脈沖持續時間(jian)僅為ns(10-9s)、ps(10-12s)甚至fs(10-15s)。
自上世紀60年代(dai)初第一臺激光(guang)(guang)器誕生以(yi)來,伴(ban)隨著人(ren)類對(dui)激光(guang)(guang)特性、激光(guang)(guang)與物質相互作用(yong)(yong)機理(li)等理(li)論(lun)研究(jiu)(jiu)的(de)不斷(duan)深(shen)入(ru),以(yi)及(ji)各(ge)(ge)種高(gao)(gao)性能(neng)、高(gao)(gao)效(xiao)率激光(guang)(guang)器件的(de)不斷(duan)涌現,在以(yi)航空航天(tian)行業(ye)為代(dai)表的(de)各(ge)(ge)類軍(jun)用(yong)(yong)和(he)民用(yong)(yong)產品對(dui)高(gao)(gao)質量(liang)、低成本(ben)、綠色制(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)需求的(de)牽(qian)引下,激光(guang)(guang)加(jia)工技(ji)術(shu)(shu)研究(jiu)(jiu)與應(ying)用(yong)(yong)日趨廣泛而深(shen)入(ru),并(bing)逐漸成為引領各(ge)(ge)行業(ye)制(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)發展的(de)重要驅動力(li)之一。
激(ji)(ji)光加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技術(shu)(shu)充分利(li)用(yong)了激(ji)(ji)光好的(de)方向性、高(gao)亮度(du)(du)(du)和(he)瞬時性,是(shi)以激(ji)(ji)光作為加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)熱(re)源的(de)一(yi)種特(te)種加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技術(shu)(shu),包括激(ji)(ji)光焊接、激(ji)(ji)光切割、激(ji)(ji)光制(zhi)孔(kong)、激(ji)(ji)光表面處理(li)、激(ji)(ji)光增量(liang)制(zhi)造及激(ji)(ji)光微納加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)。由于激(ji)(ji)光具有良(liang)好的(de)單色性、方向性、相干性,以及高(gao)亮度(du)(du)(du)等(deng)(deng)(deng)特(te)性,激(ji)(ji)光加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)在許多方面具有其他(ta)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)方法(fa)無(wu)法(fa)比擬的(de)優(you)點,如無(wu)接觸、無(wu)“切削(xue)力”加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong),高(gao)硬度(du)(du)(du)、高(gao)脆(cui)性、高(gao)熔點材料加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong),高(gao)靈活(huo)性、高(gao)可控性加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong),高(gao)精度(du)(du)(du)、高(gao)質量(liang)、高(gao)效率加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)等(deng)(deng)(deng)。經過近幾十年的(de)不斷(duan)發展,激(ji)(ji)光技工(gong)(gong)(gong)(gong)技術(shu)(shu)已經形成(cheng)了較(jiao)為系(xi)統完善的(de)技術(shu)(shu)群(qun)(如圖1所(suo)示),包括焊接、切割、制(zhi)孔(kong)、標(biao)記、雕刻、熔覆(fu)、表面熱(re)處理(li)、合金化、清洗、沖擊強(qiang)化、增材制(zhi)造及激(ji)(ji)光微納加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)等(deng)(deng)(deng)。
激光加(jia)工(gong)技(ji)術是推動(dong)以航(hang)空(kong)、航(hang)天飛行(xing)器為(wei)代(dai)表的(de)運(yun)載工(gong)具向高(gao)(gao)性(xing)能(neng)、輕量(liang)(liang)化、長壽(shou)命、短周期、低成(cheng)本等方向發(fa)(fa)展(zhan)的(de)關鍵制(zhi)造(zao)技(ji)術。尤(you)其在(zai)航(hang)空(kong)工(gong)業,激光加(jia)工(gong)技(ji)術極(ji)大(da)地促進了航(hang)空(kong)制(zhi)造(zao)技(ji)術的(de)跨越(yue)發(fa)(fa)展(zhan)(見圖(tu)2)。高(gao)(gao)效(xiao)率激光制(zhi)孔(kong)技(ji)術的(de)成(cheng)功(gong)開發(fa)(fa)及(ji)成(cheng)熟應(ying)(ying)用(yong),使在(zai)航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)熱(re)(re)端部(bu)件設計(ji)(ji)大(da)量(liang)(liang)氣(qi)(qi)膜(mo)冷卻小(xiao)孔(kong)成(cheng)為(wei)可能(neng)。據(ju)報道,每臺(tai)現(xian)代(dai)高(gao)(gao)性(xing)能(neng)航(hang)空(kong)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)的(de)氣(qi)(qi)膜(mo)孔(kong)平均(jun)數量(liang)(liang)超過10萬(wan)個(ge),據(ju)不完(wan)全統計(ji)(ji),全世(shi)界每年有(you)約(yue)10億個(ge)氣(qi)(qi)膜(mo)孔(kong)需要加(jia)工(gong)。正是發(fa)(fa)動(dong)機(ji)熱(re)(re)端部(bu)件氣(qi)(qi)膜(mo)孔(kong)結(jie)構設計(ji)(ji)及(ji)成(cheng)功(gong)應(ying)(ying)用(yong),最能(neng)體現(xian)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)性(xing)能(neng)的(de)渦輪前工(gong)作溫度可以提高(gao)(gao)400℃以上。激光制(zhi)孔(kong)極(ji)具潛(qian)力的(de)應(ying)(ying)用(yong)是在(zai)飛機(ji)機(ji)翼(yi)、垂尾(wei)、發(fa)(fa)動(dong)機(ji)殼(ke)體等表面加(jia)工(gong)密集微(wei)孔(kong),例如(ru),美國曾在(zai)F-16XL機(ji)翼(yi)上采用(yong)激光加(jia)工(gong)千萬(wan)數量(liang)(liang)級(ji)的(de)50μm微(wei)孔(kong),孔(kong)間距(ju)0.5mm,用(yong)于吸氣(qi)(qi),以使機(ji)翼(yi)保持為(wei)層流而(er)非湍流,風洞試驗表明(ming)可以減(jian)小(xiao)飛行(xing)阻力15%。
發動機(ji)(ji)的(de)(de)大修(xiu)、維護(hu),對提高(gao)(gao)工作壽命、降低運行成本(ben)的(de)(de)作用是顯而(er)易見的(de)(de)。激(ji)光(guang)熔(rong)(rong)覆技術已用于發動機(ji)(ji)葉(xie)片、壓氣機(ji)(ji)機(ji)(ji)匣、軸(zhou)類(lei)零件、封嚴結構(gou)以(yi)及最能代(dai)表當今(jin)發動機(ji)(ji)結構(gou)設(she)計(ji)先進性的(de)(de)整體葉(xie)盤的(de)(de)熔(rong)(rong)覆修(xiu)復,與弧焊方式相比,效率提高(gao)(gao)至少4倍以(yi)上,而(er)且(qie)產生更小的(de)(de)熱影響,性能明顯提高(gao)(gao)。
歐洲《航空航天制造》雜志一篇(pian)題為“激(ji)光(guang)加工將(jiang)引起復合材料(liao)的又一次革命”的文(wen)章(zhang)中為激(ji)光(guang)切(qie)(qie)(qie)割應用于飛機、發動(dong)機復合材料(liao)構件(jian)展示了(le)美好(hao)的前景。碳纖維復合材料(liao)由(you)于高熱(re)傳(chuan)導率等特點,機械銑削和(he)(he)鉆孔會造成熱(re)損(sun)傷(shang)、碎(sui)屑、分層和(he)(he)刀具磨損(sun)。試驗(yan)研究結果表明,激(ji)光(guang)切(qie)(qie)(qie)割由(you)于非(fei)接觸加工的特點,采用單(dan)模光(guang)纖激(ji)光(guang)高速切(qie)(qie)(qie)割僅產生(sheng)非(fei)常(chang)小熱(re)損(sun)傷(shang),可以(yi)得到高質量(liang)的切(qie)(qie)(qie)口邊緣,很(hen)好(hao)地解決了(le)機械切(qie)(qie)(qie)削帶來(lai)的問題。
