摘要 通過對近年來國外激光焊接、激光切割和激光熔覆和修復研究和應用狀況的回顧，論述了先進的激光加工技術的主要特點，揭示了在部隊裝備制造和維修中大力推廣先進的激光加工技術的重要性和潛在的經(jīng)濟與軍事價值。
關鍵詞 激光焊接 激光切割 激光熔覆 裝備制造和維修
自1960 年，世界上第一臺激光器誕生后，激光技術得到了發(fā)展，極大地帶動了與激光有關技術研究的蓬勃開展，激光加工技術就是其中之一。與傳統(tǒng)的加工熱源相比，激光具有高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等特點，因此，激光加工是一種新型的高能束流加工技術，對提高產(chǎn)品質量和勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和無污染，以及減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。根據(jù)2000 年度在全球范圍內的統(tǒng)計，工業(yè)激光按應用領域分配額為[1]：激光切割占32%，標記占30%，激光焊接占13%，微處理占13%，激光打孔占4%，其它占8%?？梢娂す饧庸な钱斀窬哂写硇缘南冗M制造技術，為材料加工和結構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、激光熔覆和修復等方面介紹激光加工技術在海軍裝備制造和維修中潛在的應用。
1 激光焊接
激光焊接是將光斑非常細小高強度的激光照射到工件表面，通過激光與物質的相互作用，使作用區(qū)域內的母材局部快速熔化、汽化，實現(xiàn)焊接。許多試驗和實際應用表明，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。
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合焊接，主要有激光與電弧、等離子弧、高頻感應熱源復合焊接以及雙激光束焊接等[2]。
圖1 激光電弧復合焊原理示意圖
在造船業(yè)中應用的激光復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。
為了提高造船業(yè)的競爭能力和滿足顧客的需要，降低船體結構關鍵工藝之一——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）結構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、厚度的鋼制造鋼結構，其激光復合焊接站能夠生產(chǎn)20m×20m 的平面分段。采用激光復合焊接方式，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]。
歐、美等國將激光/氣體金屬電弧復合焊用于其艦船的建造，如通過對HY-80 鋼激光復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?shù)暮附庸に嚄l件下，焊接接頭的性能均滿足美國軍標對HY-80 鋼的性能要求[6]。
日本科研人員用激光焊接修復水下核反應堆壓力容器[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。
圖2 水下激光焊接工藝示意圖[7]
香港工業(yè)大學的研究人員用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]。
對鋁和鋼這種熔點相差懸殊，線<
