在20世紀90年代中期,激光作為一種重工業制造工具用于造船工業。大型艦船制造方法逐漸實現由鉚接到焊接的變革,焊接方法、工藝和設備也穩步發展,從早先的氣焊、電弧焊,發展到激光焊。造船技術的不斷發展,帶動了造船材料和船舶設計的重大變化。圖1所示為造船工業中三明治夾層板的激光焊接。
圖1 造船工業中“三明治”板的激光焊接
早期日本的一些船廠就使用激光切割(laser cutting)設備獲得了準確的切割尺寸和良好的切割質量,并從中受益。1992年,Vosper Thornycroft在歐洲船廠安裝了第一臺激光切割(laser cutting)設備。90年代中、后期,歐洲船廠紛紛安裝了用于焊接和切割的成套設備。在美國,Bender 船廠是第一家使用高功率激光切割(laser cutting)設備的船廠。1999年Bender 使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器,在制造成本和質量上取得了巨大進步。2001年,聯邦電動船部在其移動實驗室安裝了4KW的ESAB系統。激光切割(laser cutting)設備在Bender的應用,引起了對發展高效激光焊接技術的關注。下面幾個圖為激光制造技術與系統在歐洲幾個船廠的應用實例。
圖2 Vosper Thornycroft船廠在歐洲最先使用激光切割(laser cutting)設備
圖3 Meyer Werft船廠采用的船板焊接頭
圖4 Odense船廠采用的Triagon激光焊接頭
目前世界工業領域都向著低能耗、短流程方向發展,激光制造具有許多傳統制造方法無法比擬的優點,世界各國都加大了對發展制造業的重視程度。但與國外相比,我國激光技術達到應用推廣的還是不多,還沒有發揮出應有的作用。究其原因,首先在于激光制造系統的高成本、高投入;為了更廣泛的普及激光制造技術的應用,彌補高投入的問題,需要在充分認識影響激光制造技術應用關鍵因素的基礎上,綜合考慮船舶本身需求、激光加工(laser oem)系統的投入等因素,控制成本,尋找最佳加工條件、提高加工效率的方法,最終形成我國新一代激光制造產業鏈。
現代激光制造作為通用的加工手段,其前沿領域之一是應用領域的擴展,激光制造應用技術提出并解決新的問題。重點針對汽車、航空航天運載器、船舶和鐵路車輛等運輸機械的輕型化、冶金工業和循環經濟的發展趨勢,實現激光制造技術在國防和重點工業領域的產業化應用。同時對激光制造系統技術提出新的要求,如激光器小型化、高轉換效率與集成化等,光纖機關器和半導體激光器將得到大力發展。推動我國激光制造技術向著效率更高、能耗更低、流程更短、光束質量更高、性能更好、數字化、智能化程度更高、成本更低的方向發展,改變我國大工業用激光制造裝備完全依賴進口的現狀。
激光技術在船舶制造中的應用又具有其獨特性,這跟船舶本身的加工和應用特點以及激光制造系統的特性息息相關。目前鋁合金材料逐漸成為運輸機械制造的關鍵材料,全鋁結構船顯示出良好的發展前景,配合先進的激光制造技術,展示了無限發展潛力。
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