2018年11月27日廣西柳州市官塘大橋正式建成通車,10月24日港珠澳大橋正式通車...這些橋梁凝聚了中國頂尖的橋梁建筑技術,給世人展示了中國改革開放中美好的一面。橋梁一詞新華字典中解釋為架設在江河湖海上,使車輛行人等能順利通行的構筑物。而在它們身上或大或小都有著激光工藝應用的影子,自激光技術問世以來就得到迅速的發展,從單一的行業應用擴散到各行各業中,成為一些行業發展中不可缺少的部分,橋梁行業中的應用正是激光工藝逐漸成熟的象征。
橋梁一般是由五大部件和五小部件組成,五大部件主要包括(1)橋跨結構(或稱橋孔結構/上部結構),(2)橋梁支座系統,(3)橋墩、橋臺,(4)承臺,(5)挖井或樁基。五小部件主要包括(1)橋面鋪裝,(2)防排水系統,(3)欄桿,(4)伸縮縫,(5)燈光照明。激光工藝在哪些部件建筑中體現了其智慧呢?
光纖激光切割在橋梁建筑中的應用
激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加熱至汽化溫度,蒸發形成孔洞,隨著光束對材料的移動,孔洞連續形成寬度很窄的(如0.1mm左右)切縫,完成對材料的切割。
現代橋梁建筑都會應用到大量的金屬材料應用到建造橋梁中,以減輕橋梁本身的承重從而達到延長壽命和其安全性。所以對金屬的質地、厚度等有較大的要求,光纖激光切割機可以切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅等多種金屬,且通過激光切割的材料,割縫質量好,切面垂直,無毛刺,氧化層薄,切面光滑,熱變形小,曲線切割精度高。這些優點不僅能加快建筑的進程,還能保證應用到橋跨結構、橋梁支座系統等材料的質量。
此外還有光纖激光切管機,該設備主要是切割管材的,有方形管、圓形管、異形管等,材料切割直徑、厚度能滿足大型橋梁的需求,比如欄桿的切割、路燈樁的切割等都能使用切管機進行切割,具備多管同時下料、柔性加工等顯著優點。
光纖激光焊接在橋梁建筑中的應用
激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區域內的局部加熱,激光輻射的能量通過熱傳導向材料的內部擴散,將材料熔化后形成特定熔池以達到焊接的目的。激光焊接工藝多應用于制造業、粉末冶金、汽車工業、電子工業、生物醫學等行業中,它可實現點焊、對接焊、疊焊、密封焊等,深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區小、變形小,焊接速度快,焊縫平整、美觀,焊后無需處理或只需簡單處理,焊縫質量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點小,定位精度高,易實現自動化。
橋梁建筑行業中有使用到大量的厚鋼板和金屬物料零部件,激光焊能將厚度有10mm兩塊鋼板焊接起來,甚至更厚的鋼板,而且能保障焊縫嚴密、無渣、平整。采用激光釬焊接頭等形式對零件進行焊接,這是利用液態釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴散,以及在母材間隙中潤濕、毛細流動、填縫與母材相互溶解和擴散而實現零件間的連接,不僅可達到技術的要求還能有效的增加韌性。
激光熔覆在橋梁建筑中的應用
激光熔覆是一種新的表面改性技術。它通過在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法,在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。
橋梁建筑中使用到的金屬都要裸露到室外經受風吹雨打,所以如果對金屬進行激光熔覆能顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法,從而達到表面改性或修復的目的,既滿足了對材料表面特定性能的要求,又節約了大量的貴重元素。
激光淬火在橋梁建筑中的應用
激光淬火是利用激光將材料表面加熱到相變點以上,隨著材料自身冷卻,奧氏體轉變為馬氏體,從而使材料表面硬化的淬火技術。經過激光淬火的金屬其硬度增高 、淬火層組織細密、強韌性好。激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強化,一些橋梁建筑中的減振器、路面導軌、滾輪零件等就應用了經過該技術處理后的金屬材料。
激光清洗在橋梁建筑中的應用
激光清洗是由高強度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導致的光物理反應,從而達到清洗的目的。
橋梁建筑中的金屬材料在使用一段時間后,有部分材料會生銹、或表明層出現脫落現象,在進行修補前都要經過“清洗”才能進行新一輪的修復。現在對環境污染大的清潔劑已經被停止使用,而染激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應和適用于各種材質的物體等清洗特點,被認為是最可靠、最有效的解決辦法。同時,激光清洗可以解決采用傳統清洗方式無法解決的問題。
未來
中國的高鐵技術雖屬于世界領先的地位了,然而有很多偏遠的山區是高鐵無法到達的,因而需要建造大量的公路與橋梁,讓偏僻的地方可以連接外界讓那的東西可以出去,實現人人富裕。作為應用到橋梁建造中的激光技術未來可期,也會成為激光設備應用行業的增長點之一。
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