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为平安春运护航 光纤激光一生伴你在回家路上

来源:IPG 发布时间:2017-01-24 700
工业激光激光设备零部件光学材料与元件 技术前沿
无论你正在返乡路上,还是过几天出发,这一生,我们都在回家的路上。随着人们对光纤激光不断探索,光纤激光将更多地应用于交通运输制造。我们愿用这一生,一直陪伴你在回家的路上。
 
一年一度,被称为人类历史上规模最大、周期性最长的大迁徙——春运,自农历腊月二十三起在全国各地逐渐接近高峰。即使再难再远,就像候鸟一样,在大约40天左右的时间里,三十亿人次的春运大军在工作地和家乡之间往返。
 
经济的发展、就业机会的变化,让学习、工作地离家乡越来越远。光纤激光的多种应用技术参与了平安春运,让每个为生活奔波在外的人借助多种交通工具快捷、顺利、安全的回家。
 
天空中的护航
无论是回乡与亲人团聚的台胞,还是工作在地球另一端返乡的人,飞机是最快捷的出行工具。消费水平提高,让选择飞机往返的人越来越多。据统计,2016年春运期间,民航客运量已经达到5140万人次。据预计,2017年民航春运客运量将达5830万人次。
 
随着技术发展,航空发动机性能不断得到优化,所以效率更高了,油耗更低了,航程更远也更安全了。这背后,工程师们为了提高航空发动机的效率和推重比,采用的是降低排气温度和速度、升高发动机燃烧室温度的方法。
 
 
升高发动机燃烧室温度使燃料能够充分燃烧,但也会使发动机叶片的工作温度不断升高,持续的高温气体对于叶片来说是很危险的。工程师们在发动机涡轮工作叶片、导向叶片、燃烧室等部件上设计了冷却孔,排出的高温气体经过叶片表面的热障涂层进入冷却孔中,这样能够降低叶片、燃烧室等部件的表面温度、升高涡轮前温度、减少油耗、提高推重比。
 
发动机叶片及燃烧室的冷却孔可能多达数百万个(每片叶片有数十至数百个,燃烧室有数万个),孔径非常小(工作叶片和导向叶片冷却孔径甚至仅为0.3-0.5 mm),孔的位置是根据气流的方向定位分布在曲面上的,这些孔都是斜孔,而且每排孔的角度不同,厚度和形状也各不相同,精度要求非常高。
 
钻孔叶片样件
 
冷却孔的加工质量直接关系到航空发动机的安全可靠性。发动机叶片目前均采用单晶高温合金制造。传统的机械方法已无法加工冷却孔,IPG光纤激光器提供了方形波形+平顶模式输出的激光钻孔方法。这种方法在钻孔时效率更高,质量更好,热损伤更少,改善了微裂纹和再铸层,使叶片稳定性和寿命提高。
 
IPG光纤激光器还用于修复航空发动机叶片的激光熔覆和例如LEAP-1b发动机燃油喷嘴的3D打印,延长发动机寿命,提高发动机的效率。对于激光熔覆,有近60年历史的Huffman公司总裁Roger Hayes说,10年前当他们开始使用光纤激光器集成系统时,他们的航空发动机客户就再也没买过采用光纤激光器以外的激光源的熔覆系统了。 
 
LEAP-1b发动机燃油喷嘴(图片来自网络)
 
陆路上的保障
无论是视频中忐忑等待从未见面的婆婆的新娘,还是为了省钱选择千里骑行返乡的打工夫妇,铁路、公路承载了春运客流的大部分行程。据统计,2016年春运期间,全国铁路客运量3.25亿人次,道路客运量24.95亿人次,同比均有增长。
 
在过去,为了运送春节客流,常规列车和增开的临时列车车速比较慢,运行时间长。全国铁路列车运行图的一次次调整,增开了多对高铁。高铁车厢大量使用铝合金材质。高铁专家指出,时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料,350公里以上的列车车厢除底盘外要全部使用铝型材,这样能有效减少列车的重量,产生更大的牵引力,明显提高运行速度。
 
在国内,哈焊所集成了IPG高功率光纤激光器等先进装备的轨道车体部件激光加工系统,融合了激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊等多种工艺,已完成了苏州、南京100%低地板车、深圳地铁三号线等轨道车辆的车体制造。由于该系统在高速检测列车及时速400公里以上高速动车组研发和试验平台建设项目中的成功中标,而光纤激光焊接又是铝合金焊接的理想方式,很有可能在不久的将来,这种先进设备也会被正式使用于高铁列车的制造。
 
 
我们把目光转向视频中的摩托车大军。为了省钱,他们千里骑行,从打工地广东肇庆到位于贵州石阡的老家,五天四夜,骑行1350公里,恶劣的天气、简易的干粮、偏远崎岖的回家路,最怕的就是中途路况不好时遇到故障,特别是当摩托车行驶了1到2万公里的时候,发动机气缸体工作面出现磨损而产生窜机油的现象, 会使发动机动力性能降低,、耗油增大。
 
如果在返乡前进行大修,传统的维修方式是将缸体工作面重新镗削后再珩磨至维修尺寸, 然后加活塞和活塞环(若气缸体工作面出现剧烈磨损而超出了允许的维修极限尺寸时, 则需要更换整个气缸体)。缸体在镗削珩磨后工作面的耐磨性能会急剧下降,处理后的发动机大修周期会大大缩短,如果运气不好,有可能在返乡的路上再出故障。在路上可能不具备维修的条件,也未必有加油站提供动力保障。
 
据统计数据显示,2016年全国跨骑式摩托车(即视频中的摩托车)产销量分别为为857.96和857.03万辆。提高摩托车发动机寿命、延长大修周期很有市场需求。而光纤激光表面处理技术(激光淬火)现已在汽车发动机阀座、缸体、活塞环等零部件的制造中应用, 无需在待处理的部件上预制吸收涂层,因为金属材料对1 μm波长的光纤激光有良好的吸收,可以改变表面结构、化学成分和金相组织,使抗磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性得到显著提高。
 
光纤激光材料表面热处理
 
国外有厂商用激光对活塞环外表面镀TiN 或Cr ,使活塞环磨损量大大下降。如果国内市场上的摩托车在出厂前经过缸体、活塞环激光表面处理,其维修周期就可以延长。也就是说,为了省钱千里骑行回乡的许多个汪正年,不仅能及时地返乡,还能省下摩托车大修的钱和浪费的油钱,可以放心的给常年作为留守儿童的孩子多带回几件新衣裳。
 
 
无论你正在返乡路上,还是过几天出发,这一生,我们都在回家的路上。随着人们对光纤激光不断探索,光纤激光将更多地应用于交通运输制造。我们愿用这一生,一直陪伴你在回家的路上。
 
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