激光技術(shù)是一種高能密度的技術(shù)，該技術(shù)具有無(wú)污染、高效、靈活易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作及優(yōu)異的處理層性能等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，激光技術(shù)在國(guó)外軍事工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。美國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯、英國(guó)等國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)十分重視，并且已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、武備、艦船等軍工領(lǐng)域，如各種復(fù)雜型面、微型構(gòu)件、耐磨構(gòu)件、耐熱構(gòu)件、及破損件的修補(bǔ)等。

近年來(lái)，行業(yè)在激光加工技術(shù)領(lǐng)域集研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用于一體，先后開(kāi)展了激光淬火、激光修復(fù)、激光合金化制備耐蝕耐磨層及各種材料的激光焊接和技術(shù)研究。

激光淬火

激光淬火是應(yīng)用最廣泛的激光熱處理技術(shù)。這是一種表面局部淬火的新工藝，具有較多的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)能夠處理鈦合金、鋁合金、合金鋼和碳鋼等材料。近年來(lái)國(guó)外軍工業(yè)對(duì)該技術(shù)的研究主要集中在飛行器、魚(yú)雷傳動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件及炮管內(nèi)壁的表面強(qiáng)化。

激光淬火比常規(guī)淬火硬度高出20%以上，GCr15、T10和高速鋼等均可得到HV1000以上的硬度。MK10制導(dǎo)火箭發(fā)射系統(tǒng)點(diǎn)火區(qū)的阻斷凸輪，采用AⅡ4340鋼，用1.2KW激光表面處理代替原來(lái)的氮化處理，最高硬度由原來(lái)55HRC提高到62HRC。而在鈦葉片的處理中，激光淬火后的硬度提高了75%-125%。德國(guó)萊茵工業(yè)公司研究了激光相變硬化炮管線膛的新工藝方法，可硬化靠近炮口端的半膛，可獲得0.3-0.5mm硬化深度，表面硬度至少為HV650，解決了因炮口端陽(yáng)膛線過(guò)量磨損而影響射彈外彈道飛行性能的問(wèn)題。

例如，某型汽車(chē)模具僅能沖壓300件便需要停機(jī)進(jìn)行修復(fù)，然而，采用激光淬火技術(shù)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化后，能夠?qū)㈣T鐵模具的硬度由原來(lái)HRC45提高至HRC55，使用壽命提高至35,000件，壽命提高100倍以上。

激光熔覆技術(shù)

激光熔覆技術(shù)，是通過(guò)高能密度的激光束輻照作用，使預(yù)置的添加材料熔化在基材表面形成牢固的涂覆層，從而徹底改變材料表面性能的技術(shù)。

據(jù)1997年的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，加拿大埃德蒙頓激光所在AI6I4340鋼和試樣上激光包覆各種耐燒蝕、耐磨損涂層。研究表明，純鉬和Ta-10W合金涂層有望用作炮管內(nèi)膛涂層。模擬發(fā)射試驗(yàn)表明，涂層使用壽命延長(zhǎng)了60%。美國(guó) Textron L ycoming Stratford Div對(duì)裝配BAe1 46直升機(jī)的 AL F50 2 R-5渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)第四級(jí)葉片阻尼面，也采用激光熔覆涂層強(qiáng)化處理。

激光熔覆的另一個(gè)應(yīng)用方面是，對(duì)工件局部損壞區(qū)域的修復(fù)，修復(fù)后的工件大部分與原工件性能相當(dāng)，甚至超過(guò)原工件的使用壽命。在美國(guó)俄克拉馬州 Tinker空軍基地的后勤維修中心，每年要有約1200臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大修，其中葉片修復(fù)的成本費(fèi)用平均值僅為更新葉片費(fèi)用的20%，僅葉片修復(fù)一項(xiàng)每年可獲得若干億美元的效益，美國(guó)NASA Marshell航天中心對(duì)渦輪葉片的修復(fù)和強(qiáng)化進(jìn)行了研究，使用激光表面熔覆的方法對(duì)磨損部位進(jìn)行修復(fù)后，覆層組織致密均勻、無(wú)氣孔，與原材料為冶金結(jié)合。覆層厚度達(dá)0.6mm以上，試飛60小時(shí)后，發(fā)動(dòng)機(jī)性能良好。不但節(jié)約了成本而且縮短了加工周期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

近十幾年來(lái)，中國(guó)的激光熔覆技術(shù)得到了迅速發(fā)展，但目前的研究成果大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，尤其是在軍工方面的應(yīng)用較少。近年來(lái)，中國(guó)兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所在軍工產(chǎn)品修復(fù)做了大量工作，部分修復(fù)案例包括：

● 某型飛機(jī)葉片修復(fù)

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)靜止葉片激光焊接修復(fù)

某型飛機(jī)靜止葉片材料為高溫Ni基合金，其通氣孔板開(kāi)裂，經(jīng)激光焊接后已安裝使用，飛行400多小時(shí)未見(jiàn)異常。

 

● 旋壓模具修復(fù)

 

該俄羅斯進(jìn)口的旋壓模具為某型XX殼體制造模具，使用過(guò)程中局部磨損1mm，采用電火花沉積與激光熔覆復(fù)合修復(fù)技術(shù)在保證修復(fù)層組織致密的前提下，獲得了較高的結(jié)合力與表面硬度。至今使用6年，性能依然優(yōu)良。

火箭旋壓模修復(fù)

● 船用柴油機(jī)活塞修復(fù)

激光修復(fù)鑄鐵零件容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷。對(duì)此，通過(guò)研制一種專(zhuān)用于鑄鐵材料修復(fù)的激光熔覆粉末，該粉末硬度為HRC30，可用于激光修復(fù)鑄鐵零件，也可用于鑄鐵熔覆過(guò)渡層。該鑄鐵活塞材料為QT500，由于位置比較特殊，修復(fù)難度較大，修復(fù)厚度為3mm。

激光合金化

激光合金化技術(shù)是在高能激光束的輻照下，得到不同于預(yù)置材料和基體材料的合金化層的技術(shù)。其處理過(guò)程具有效率高，耗能少，變形小等特點(diǎn)。目前，激光表面合金化的研究十分活躍，在國(guó)外軍事工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛。

瑞典國(guó)防研究局在對(duì)飛機(jī)排氣口材料TIMEAL 21s鈦合金的研制過(guò)程中，采用氮?dú)鈿夥障掠肅O2激光掃描，使鈦合金表面熔化，獲得40μm的氮化鈦合金涂層，該涂層具有很高的耐磨蝕、耐高溫性能，顯著提高了使用壽命。

某鋼廠粗軋輥使用壽命為15天，采用激光合金化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面強(qiáng)化，壽命提高至35天。并進(jìn)一步對(duì)達(dá)到使用壽命的軋輥進(jìn)行激光熔覆修復(fù)使其恢復(fù)尺寸，壽命提高至40天。該軋輥采用激光納米合金化工藝，通過(guò)添加合金及陶瓷元素，大幅提高了軋輥表面耐磨性能，使其過(guò)鋼量由原來(lái)的2.5萬(wàn)噸提高至5萬(wàn)噸。

激光焊接技術(shù)

激光焊接過(guò)程屬于熱傳導(dǎo)焊接，高功率激光器的工業(yè)應(yīng)用開(kāi)辟了激光焊接新領(lǐng)域，獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機(jī)械、汽車(chē)、鋼鐵等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。激光焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：

● 激光能量密度大，焊接深寬比大、材料變形小；

● 可焊接難熔材料和異種材料；

● 可進(jìn)行薄壁焊、精密焊；

● 激光焊接對(duì)焊縫有凈化效應(yīng)，焊縫質(zhì)量接近或高于母體；

● 不需要填充材料，焊接表面質(zhì)量?jī)?yōu)異。

在激光焊接方面，先后對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道唇口、飛機(jī)電器殼體組件、艦載飛機(jī)導(dǎo)線接頭、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)電嘴導(dǎo)線、電嘴殼體等實(shí)施了焊接，并形成批量化產(chǎn)品，獲得了極高的軍事效益。

DK28柴油機(jī)噴油嘴電磁屏蔽殼體焊接（0.3mm不銹鋼）（材料：氮化鋼 技術(shù)難點(diǎn)：氮化后焊接，耐壓200Mp）

激光技術(shù)作為一種新穎的手段在國(guó)外的應(yīng)用日益廣泛，在軍事工業(yè)的應(yīng)用已顯著促進(jìn)了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，目前國(guó)外激光技術(shù)已逐步應(yīng)用于航空、航天、武備等的制造之中，并產(chǎn)生了良好的軍事價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。另外，針對(duì)軍工的基礎(chǔ)研究工作也已普遍展開(kāi)，但很多研究工作僅限于實(shí)驗(yàn)室階段。

飛機(jī)導(dǎo)線外套激光焊接飛機(jī)點(diǎn)火器部件激光焊接