無論你正在返鄉路上,還是過幾天出發,這一生,我們都在回家的路上。隨著人們對光纖激光不斷探索,光纖激光將更多地應用于交通運輸制造。我們愿用這一生,一直陪伴你在回家的路上。
一年一度,被稱為人類歷史上規模最大、周期性最長的大遷徙——春運,自農歷臘月二十三起在全國各地逐漸接近高峰。即使再難再遠,就像候鳥一樣,在大約40天左右的時間里,三十億人次的春運大軍在工作地和家鄉之間往返。
經濟的發展、就業機會的變化,讓學習、工作地離家鄉越來越遠。光纖激光的多種應用技術參與了平安春運,讓每個為生活奔波在外的人借助多種交通工具快捷、順利、安全的回家。
天空中的護航
無論是回鄉與親人團聚的臺胞,還是工作在地球另一端返鄉的人,飛機是最快捷的出行工具。消費水平提高,讓選擇飛機往返的人越來越多。據統計,2016年春運期間,民航客運量已經達到5140萬人次。據預計,2017年民航春運客運量將達5830萬人次。
隨著技術發展,航空發動機性能不斷得到優化,所以效率更高了,油耗更低了,航程更遠也更安全了。這背后,工程師們為了提高航空發動機的效率和推重比,采用的是降低排氣溫度和速度、升高發動機燃燒室溫度的方法。
升高發動機燃燒室溫度使燃料能夠充分燃燒,但也會使發動機葉片的工作溫度不斷升高,持續的高溫氣體對于葉片來說是很危險的。工程師們在發動機渦輪工作葉片、導向葉片、燃燒室等部件上設計了冷卻孔,排出的高溫氣體經過葉片表面的熱障涂層進入冷卻孔中,這樣能夠降低葉片、燃燒室等部件的表面溫度、升高渦輪前溫度、減少油耗、提高推重比。
發動機葉片及燃燒室的冷卻孔可能多達數百萬個(每片葉片有數十至數百個,燃燒室有數萬個),孔徑非常小(工作葉片和導向葉片冷卻孔徑甚至僅為0.3-0.5 mm),孔的位置是根據氣流的方向定位分布在曲面上的,這些孔都是斜孔,而且每排孔的角度不同,厚度和形狀也各不相同,精度要求非常高。
鉆孔葉片樣件
冷卻孔的加工質量直接關系到航空發動機的安全可靠性。發動機葉片目前均采用單晶高溫合金制造。傳統的機械方法已無法加工冷卻孔,IPG光纖激光器提供了方形波形+平頂模式輸出的激光鉆孔方法。這種方法在鉆孔時效率更高,質量更好,熱損傷更少,改善了微裂紋和再鑄層,使葉片穩定性和壽命提高。
IPG光纖激光器還用于修復航空發動機葉片的激光熔覆和例如LEAP-1b發動機燃油噴嘴的3D打印,延長發動機壽命,提高發動機的效率。對于激光熔覆,有近60年歷史的Huffman公司總裁Roger Hayes說,10年前當他們開始使用光纖激光器集成系統時,他們的航空發動機客戶就再也沒買過采用光纖激光器以外的激光源的熔覆系統了。
LEAP-1b發動機燃油噴嘴(圖片來自網絡)
陸路上的保障
無論是視頻中忐忑等待從未見面的婆婆的新娘,還是為了省錢選擇千里騎行返鄉的打工夫婦,鐵路、公路承載了春運客流的大部分行程。據統計,2016年春運期間,全國鐵路客運量3.25億人次,道路客運量24.95億人次,同比均有增長。
在過去,為了運送春節客流,常規列車和增開的臨時列車車速比較慢,運行時間長。全國鐵路列車運行圖的一次次調整,增開了多對高鐵。高鐵車廂大量使用鋁合金材質。高鐵專家指出,時速300公里以上的高速列車車體必須采用輕量化的鋁合金材料,350公里以上的列車車廂除底盤外要全部使用鋁型材,這樣能有效減少列車的重量,產生更大的牽引力,明顯提高運行速度。
在國內,哈焊所集成了IPG高功率光纖激光器等先進裝備的軌道車體部件激光加工系統,融合了激光焊、激光填絲焊、激光-電弧復合焊等多種工藝,已完成了蘇州、南京100%低地板車、深圳地鐵三號線等軌道車輛的車體制造。由于該系統在高速檢測列車及時速400公里以上高速動車組研發和試驗平臺建設項目中的成功中標,而光纖激光焊接又是鋁合金焊接的理想方式,很有可能在不久的將來,這種先進設備也會被正式使用于高鐵列車的制造。
我們把目光轉向視頻中的摩托車大軍。為了省錢,他們千里騎行,從打工地廣東肇慶到位于貴州石阡的老家,五天四夜,騎行1350公里,惡劣的天氣、簡易的干糧、偏遠崎嶇的回家路,最怕的就是中途路況不好時遇到故障,特別是當摩托車行駛了1到2萬公里的時候,發動機氣缸體工作面出現磨損而產生竄機油的現象, 會使發動機動力性能降低,、耗油增大。
如果在返鄉前進行大修,傳統的維修方式是將缸體工作面重新鏜削后再珩磨至維修尺寸, 然后加活塞和活塞環(若氣缸體工作面出現劇烈磨損而超出了允許的維修極限尺寸時, 則需要更換整個氣缸體)。缸體在鏜削珩磨后工作面的耐磨性能會急劇下降,處理后的發動機大修周期會大大縮短,如果運氣不好,有可能在返鄉的路上再出故障。在路上可能不具備維修的條件,也未必有加油站提供動力保障。
據統計數據顯示,2016年全國跨騎式摩托車(即視頻中的摩托車)產銷量分別為為857.96和857.03萬輛。提高摩托車發動機壽命、延長大修周期很有市場需求。而光纖激光表面處理技術(激光淬火)現已在汽車發動機閥座、缸體、活塞環等零部件的制造中應用, 無需在待處理的部件上預制吸收涂層,因為金屬材料對1 μm波長的光纖激光有良好的吸收,可以改變表面結構、化學成分和金相組織,使抗磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性得到顯著提高。
光纖激光材料表面熱處理
國外有廠商用激光對活塞環外表面鍍TiN 或Cr ,使活塞環磨損量大大下降。如果國內市場上的摩托車在出廠前經過缸體、活塞環激光表面處理,其維修周期就可以延長。也就是說,為了省錢千里騎行回鄉的許多個汪正年,不僅能及時地返鄉,還能省下摩托車大修的錢和浪費的油錢,可以放心的給常年作為留守兒童的孩子多帶回幾件新衣裳。
無論你正在返鄉路上,還是過幾天出發,這一生,我們都在回家的路上。隨著人們對光纖激光不斷探索,光纖激光將更多地應用于交通運輸制造。我們愿用這一生,一直陪伴你在回家的路上。