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浅谈土木建筑工程中的激光技术

2008-06-30 09:47
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    以往,激光只是作为一种测量和计测工具被广泛使用于土木建筑行业,使测量精度得到了大幅度提高。可是自从激光发明之日起,人们就一直在探索它能够作为一种高能量密度源而成为工业生产中有效的加工手段。近年来,这一设想已经在金属材料加工行业成为现实。相比之下,在土木建筑材料领域,激光加工技术还远远没有发挥其应有作用。其中主要原因包括:
1)激光器本身成本高、电光转换效率较低、能量消耗大;
2)土木建筑材料种类繁多、结构性能复杂、有些要求较高的激光功率能量;
3)土木建筑行业现场情况复杂,对配套设备要求较高。


    然而,近年来,随着激光技术的发展,科学工作者在探讨如何提高电光转换效率的同时,也在发展各种灵活有效的工艺方法,使这一加工技术在土木- 建筑材料领域的应用逐步推广,且显示出良好的发展前景。高功率、小型化是目前激光器的两大发展趋势。这不仅是建筑领域,也是整个工业加工行业发展的要求。CO2 激光器和YAG 激光器是现今工业生产加工中使用最多的两种激光设备。CO2 激光器输出功率大,相对的电光转换率高,但体积较庞大。目前的研究方向是:改进激励方式,优化腔内结构,寻找更有效的工作气体组成,以提高效率,减小体积。YAG 激光器结构紧凑,重量轻,稳定性好。它输出的红外波段光束与石英光纤的耦合效率高,而且易于获得短脉冲波形。目前专家正在研究通过调整YAG 晶体的掺杂以及采用新的激励方式,如二极管激光抽运等,以进一步提高器件性能。


    准分子激光器输出光束的波长短,在紫外波段范围,其能量极易被材料吸收。因此加工能力强。但这种激光器平均输出功率还不够高,正向千瓦级发展。这种激光器目前主要应用于加工精度要求较高的光刻技术。


    此外,化学氧碘激光器是一种有希望的高功率激光器。与YAG 激光器相比,它的输出效率和功率更高,其1.3 mm的波长与石英光纤耦合更好。需解决诸如体积庞大、废弃化学物质处理等问题,逐步从样机走向产品化。


    与此同时,针对具体的加工环境和要求,合理设计和配备外围设备是实现高效、快捷加工的保证。以工业光纤及其他导光系统为手段,可以实现远距离、复杂环境下的作业。引进计算机、数控、机器人及柔性加工技术,发展激光加工中心,将使加工水平进一步现代化。另外,在激光器与加工物体的接合点,根据施工要求设计光束成型和聚焦系统,以及与之配套的熔渣排出器、去除物收集器、冷却器等辅助设备,也是这一技术应用中不可缺少的环节。


    21世纪是科学技术大发展、大飞跃的时代。以信息、生物、能源、新材料和先进加工制造技术为标志的一场新的技术革命即将到来。激光加工作为一种先进的加工手段,随着激光技术自身的发展,外围配套设备的完善和工艺水平的提高,它在土木建筑工程中的应用将会全面推广,必将给这一古老的行业带来新的生机和发展机遇。(wenjing)

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