各类激光工艺在船舶上的应用与前景

激光技术自问世以来，便受到了社会的广泛关注，被称为二十世纪的四大发明之一。随着时代的不断发展，激光技术的应用也在不断发生转变。近些年来，激光器的功率不断提升，其应用也逐渐向重型工业制造领域渗透。而在船舶制造业中，激光切割、焊接、清洗工艺已经开始取缔一些旧有工艺，对整个造船产业带来了一定影响。目前，欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。

激光切割在船舶工业中的应用

船舶行业对船体分段转配精度的要求非常高，构架转配的间隙必须控制在1mm范围以内。在以往，船舶制造企业一般采用等离子切割对肋板下料，为了保证装配间隙达标，在肋板上均设置了修割余量，需要在现场装配时进行实地手工修割，最后得到的修割的质量参差不齐。手工修割会导致割缝内残留氧化物，同时，也增加了装配的工作量，延长了装配周期，致使整个分段建造周期大幅延长。

目前，在船舶行业中，船体板材零件的下料方式主要有火焰切割、等离子切割、剪切加工以及激光切割几种。相对于激光切割，其他的切割方式在许多方面存在不足，比如火焰切割与等离子切割会导致割缝宽、切割精度差，容易产生有害气体，对环境造成的污染较大等问题。而通过激光切割的船用钢板，割缝质量好，切口面垂直性好，无挂渣，氧化层薄，表面光滑，无需二次加工，可直接焊接，且热变形小，曲线切割精度高，有效减少配合工时，实现无障碍切割高强船板。

早在1992年，Vosper Thornycroft船厂在欧洲率先使用激光切割设备。而后，欧洲各国船厂纷纷安装用于焊接和切割的成套设备。在美国，Bender 船厂则是第一家使用高功率激光切割设备的船厂，1999年Bender使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器，在制造成本和质量上取得了巨大进步。

近些年来，“精密造船”和”快速造船”成为船舶制造业发展的主要趋势，激光切割技术得到了快速发展。船舶制造业主要以钢板原料为主，使用激光对板材进行切割，可以代替一些需要大型模具冲切的加工方法，大大缩短生产周期，同时降低加工成本。采用激光切割机下料取消了装配余量，消除了现场修割的现象，减少了人工和板材浪费，构架装配速度明显加快，装配质量提升显著。

虽然激光切割优势明显，在应用方面也存在许多问题。目前，在国内的船舶行业中，激光切割并未占据主导地位。主要原因在于激光切割成本相比传统切割方法更高；激光切割的大型设备不适合船舶行业的制造特点，如现场施工、分段作业、工作环境复杂等等；激光切割在效率方面并没有明显优势，尤其是船舶行业对于厚板的切割；激光设备维护复杂，对工人要求高、维护成本高等。

激光焊接在船舶工业中的应用

自进入二十一世纪以来，先进制造技术的蓬勃发展，对船舶焊接技术的发展提出了更高要求，使船舶焊接技术在广度和深度方面均产生了质的飞跃。新钢材、新焊材、新焊接工艺、新焊接设备不断出现，对船舶焊接技术产生了巨大影响。

在激光焊接技术发展初期，大多是对薄壁材料进行低速焊接。随着更高功率激光器的不断面世，激光焊接的应用逐渐向重工业领域渗透。相较于传统的焊接工艺，激光焊接工艺拥有诸多优势，比如，可以进行更加精准深入的焊接；船体构件配合好，能够迅速形成型材；对焊接环境的要求更低，不需要在真空或者稀有气体环境中作业；焊接更灵活，可以避免近距离接触，使得施工安全性得到更好的保障。

随着焊接方法、工艺和设备的稳步发展，大型舰船制造方法逐渐实现由铆接到焊接的变革。从早先的气焊、电弧焊，发展到如今的激光焊。造船技术的不断发展，带动了造船材料和船舶设计的重大变化。随着激光设备的不断提升和工艺的完善，激光焊接将在船舶制造商得到更多应用。

激光清洗技术在船舶上的应用

船舶在经过长时间的使用后，船体容易出现老化、腐蚀等现象。因此，需要一些工艺对船体进行翻新处理。传统方式是采用喷砂工艺进行处理，近年来，激光清洗技术在这方面显现出很大应用潜力。

虽然，目前的喷砂工艺相对成熟，效率较高，但仍有其技术缺陷，比如在预处理的毛化度上是超标的。在豪华邮轮等高端船舶上无法使用喷砂工艺，其对环境的造成的污染，以及给长期从事喷砂作业的工人身体带来的伤害也不容小觑。喷砂工艺污染严重，不符合国家环保政策的要求和国民利益。而且，除了钢砂之外，该项作业对水、电力和人工的消耗也极大。

目前，在国家大力推进制造业转型升级的大背景下，先进激光清洗技术愈加受到重视。相较于喷砂、化学药剂清洗、机械打磨等传统清洗方式，激光清洗拥有对基底无损伤，微米级精准控制，节能环保等众多优势，将在工业领域取缔一些传统清洗方式。

这种新型清洗技术在飞机、舰船、桥梁等大型装备领域，以及飞机零部件、电气产品等精密部件精确除漆领域拥有非常广阔的前景。目前，激光清洗市场尚处于培育阶段。不论是从环保方面来讲，还是技术更新以及未来的实际操作方面来讲，喷砂工艺都终将被先进技术所取代。而激光清洗技术被认为是目前最可靠、最有效的解决办法。

除了船舶之外，港口机械、石油平台以及集装箱等船舶相关产业领域，也需要进行大量的喷砂作业。在未来，这些作业很有可能逐步被更环保、人性化的激光清洗所取代。

展望未来

2017年年底，中国造船业全年新接订单量超越了韩国，跃居全球第一。但是，中国在船用设备领域研发投入严重不足，造船过程的绿色技术还比较落后，高端造船能力与日韩仍有差距。目前铝合金材料逐渐成为运输机械制造的关键材料，全铝结构船显示出良好的发展远景，配合先进的激光制造技术，展示了无穷发展潜力。

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