AEROSPACE SHANGHAI, Volume. 42, Issue 4, 136(2025)

Laser Processing Technology for Typical Materials and Components in the Aerospace Field and Its Research Progress

Xiuqing HAO1、*, Simin CHEN1, Lingchen MENG1, Kewei FU1, Liyuan XU1, Huangcheng ZHU1, Guoqiang GUO1,2, and Ning HE1
Author Affiliations
  • 1College of Mechanical & Electrical Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,,China
  • 2Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute,Shanghai200240,China
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    Figures & Tables(27)
    Characteristics of laser processing and four typical laser processes
    Number of academic papers on aerospace laser processing based on the search results of Web of Science
    Laser cutting system and its principle[12]
    Typical applications of laser cutting in the aerospace field[14]
    Comparison of edge damage under different regulation strategies[23]
    Process and modes of laser welding
    Typical applications of laser welding in the aerospace field
    Charpy impact fracture morphology of samples under different laser powers[27]
    Welding of bimetallic materials[31]
    Principle and method of laser drilling
    Typical applications of laser drilling in the aerospace field
    Sectional morphology of through holes with large depth-to-diameter ratios[35]
    Results of two drilling strategies[36]
    Morphology of the hole on a 1 300 μm thick IN792 plate after one-step methodprocessing[38]
    Morphology of the hole on a 1 300 μm thick IN792 plate after two-step method processing[38]
    Typical applications of laser surface processing in the aerospace field[45-46]
    Peeling morphology of composite skin paint removed by nanosecond laser[47]
    Schematic diagram of the SLM-based maskless patterning method for ultrafast manufacturing of multitype micro-supercapacitors[50]
    Diagrams of SPHG processing and its application[66]
    Fabrication,design inspiration,and unidirectional water penetration behavior of O-P-Janus membrane[70]
    Analyses of dynamics and force on the interface during the fog harvesting process[70]
    SEM images of the fabricated straight microchannel heat sink and Raman spectroscopy at different positions[71]
    Alloy coating prepared by the CLC and EHLA technologies[92]
    • Table 1. Comparison of laser cutting with other cutting technologies in the aerospace field

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      Table 1. Comparison of laser cutting with other cutting technologies in the aerospace field

      切割方法应用范围优势劣势
      激光切割

      高强合金、高温合金等金属材料;

      碳纤维、玻璃纤维复合材料;

      航空发动机涡轮叶片、框架等复杂结构

      高精度,适合复杂曲线;

      热影响区小,切割质量高;

      非接触加工,无机械应力;

      自动化程度高,可批量加工

      厚板切割效率较低;

      设备成本高;

      切缝宽度较窄

      机械切割

      铝合金、不锈钢等金属板材;

      大型结构件和厚板的简单加工

      加工效率高;

      对厚板和常规形状适应性强;

      工艺成熟,设备成本低

      热影响区大,容易产生机械应力;

      适应复杂轮廓和高精度要求差

      水刀切割

      铝合金、复合材料、陶瓷等非金属材料;

      金属材料的冷加工

      冷加工,无热影响;

      材料适应性广,可切割复合材料;

      切缝窄,表面质量较好

      切割效率较低,特别是硬质材料;

      高压设备和耗水量大

      等离子切割

      碳钢、不锈钢、铝合金等金属板材;

      航空器中厚板或薄板结构

      切割速度快,适合中厚板;

      设备成本较低;

      热影响区比机械切割小

      切缝宽,表面粗糙度较低;

      热影响区较大,可能产生变形

      电火花线切割

      高硬度金属材料;

      复杂几何形状的高精度零件

      加工精度高,适合复杂轮廓;

      不产生机械应力,适合高硬材料;

      热影响区小

      加工速度慢;

      只适用于导电材料;

      加工尺寸受电极线限制

    • Table 2. Comparison of laser welding with other welding technologies in the aerospace field

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      Table 2. Comparison of laser welding with other welding technologies in the aerospace field

      焊接方法应用范围优势劣势
      激光焊接

      高强度合金;

      航空发动机叶片、燃油箱等结构件;

      异种材料焊接

      高焊接精度,焊缝窄;

      热影响区小,变形量小;

      适合复杂结构和异种材料焊接;

      自动化程度高

      设备成本较高;

      对工件表面质量要求较高;

      对焊接参数控制要求严格

      钨极氩弧焊

      (TIG)

      钛合金、铝合金、不锈钢等金属;

      航空航天零件的高精度焊接;

      适合薄板和小型部件

      焊接精度高,适用于薄板;

      焊缝光滑,表面质量好;

      焊接过程稳定,适合高要求零件

      焊接速度较慢;

      热影响区较大,容易变形;

      需要高技能操作员

      电弧焊接

      (MIG/MAG)

      钢、铝、镁合金等金属材料;

      大型零件、框架和机身焊接;

      航空器结构、燃油管道等

      设备成本较低;

      焊接速度较快,适合大批量生产;

      操作简单,适用于各种厚度材料

      焊缝精度低,表面质量差;

      热影响区较大,可能导致变形;

      不适用于精密焊接

      点焊

      薄板金属材料;

      适用于航空航天领域轻型结构件

      焊接速度快;

      适用于薄板材料的批量生产;

      设备简单,操作方便

      仅适用于薄板材料;

      焊接精度较低,热影响区大;

      不能处理复杂结构

      闪光焊接

      铝合金、铜合金等轻金属材料;

      航空航天领域的大型结构焊接

      适用于同材质及异材质的焊接;

      焊接速度快,焊缝质量较好;

      热影响区小

      设备复杂,成本较高;

      焊接变形较大,适应性较差

    • Table 3. Comparison of laser drilling with other drilling technologies in the aerospace field

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      Table 3. Comparison of laser drilling with other drilling technologies in the aerospace field

      打孔方法应用范围优势劣势
      激光打孔

      钛合金、铝合金等材料的微孔加工;

      冷却孔、燃油喷射孔等航空零件

      高精度、高深宽比;

      热影响区小,变形小;

      可加工微小孔、复杂孔形;

      高自动化,适合精密加工

      设备成本较高;

      对厚板孔加工效率较低;

      孔壁可能需要进一步清洁处理

      机械钻孔

      用于普通孔径和大孔径的加工;

      钛合金、铝合金、不锈钢等材料;

      涡轮叶片、机身部件等

      设备成熟、成本较低;

      操作简单、加工速度快;

      可加工大孔径和厚板材料

      孔径精度较低;

      热影响区大,可能导致变形;

      适用于普通孔而不适合微孔

      电火花打孔

      (EDM)

      钛合金、高温合金等硬质材料;

      复杂孔形和微孔加工;

      航空发动机、冷却孔等

      可加工硬质材料;

      高精度,适合复杂孔形加工;

      热影响区小,变形小

      加工速度较慢;

      仅适用于导电材料;

      孔径受电极大小限制

      等离子打孔

      中厚板材料的孔加工;

      碳钢、不锈钢等金属;

      适用于大尺寸孔和厚材料的打孔

      加工速度快;

      适合大孔径和厚材料;

      设备较为便宜

      孔精度较差,表面粗糙;

      热影响区大,可能导致变形;

      不适合微孔加工

    • Table 4. Research on laser surface processing

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      Table 4. Research on laser surface processing

      工艺相关研究
      激光清洗复合材料飞机蒙皮油漆去除与钛合金进气道氧化膜去除[47-48]
      激光清洁的能量模型与数学建模[49]
      激光光刻无掩模超快制造微型电容器[50-51]
      飞秒激光的任意可变二维图案调制[52]

      激光织构

      技术

      微织构 刀具微织构刀具的润滑、制备切削性能削机理研究[53-57]
      不同入射角激光加工微槽对锯片TiAlSiN涂层性能的影响[58]
      沟槽织构、仿生表面纹理与涂层刀具减磨性能研究[59-61]
      利用激光织构制备雾收集表面、合金摩擦学性能研究[62-63]
      考虑切削液的皮秒激光微结构表面的刀具研制[64]
      液体定向输送与收集通过设计非均质注水发散表面(WIDS),实现了粘性液体的自发、快速和长距离输送[65]
      飞秒激光加工周期性梯度疏水表面(SPHG),实现了莱顿弗罗斯特水滴的定向自输送[66-68]
      利用激光加工元胞润湿性图案(CWP),实现了超长距离(100 mm)的定向液体高速输送 (~92 mm·s-1[69]
      利用激光烧蚀铜泡沫制备了一种折纸图案的Janus膜具有约267%的卓越水收集率(WCR)[70]
      高深宽比流道与微结构利用紫外纳秒激光加工系统以及两种用于收集槽和微通道的多进给加工技术制造了具有高 纵横比微通道的金刚石散热器[71]
      设计加工了高灵敏度超宽探测范围的柔性触觉传感器的激光诱导分级微锥阵列[72]
      激光织构后油润滑条件下的摩擦表面粗糙度与表面纹理的摩擦效应研究[73-76]
      特殊激光加工方法实现高深宽比结构的高效高质加工[77-78]
      织构表面涂层提出了一种结合减材制造和增材制造的复合制备方法来制造具有多重保护能力的耐用涂层[79]
      超材料利用激光辅助制备石墨烯超材料吸收体[80]
      增材与织构技术高速激光沉积与粉末冶金中的残余应力变化与熔池演变的反应机理、利用蒸汽压力对表面 织构的激光加工工艺及可降解金属的增材制造研究[81-87]
      激光熔覆技术激光辅助合金材料制备以及激光辅助下的冷喷涂层组织与性能研究[88-90]
      研究了扫描速度对高速激光熔覆铁基不锈钢涂层组织、硬度和腐蚀性能的影响[91]
      采用传统激光熔覆(Conventional Laser Cladding,CLC)和极高速激光熔覆(Extreme High-speed laser Cladding Technology, EHLA)技术在316钢基体上沉积了具有卓越成形性的CoCrFeNiMn高熵合金涂层[92]
      引入偏移激光熔覆,以在氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened, ODS)基材上实现致密的钨涂层,作为等离子体表面材料(Plasma Surface Material, PFM)[93]
      通过激光定向能量沉积(Laser Directed Energy Deposition, LDED)增材制造了具有新成分的α+β钛合金[94]
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    Xiuqing HAO, Simin CHEN, Lingchen MENG, Kewei FU, Liyuan XU, Huangcheng ZHU, Guoqiang GUO, Ning HE. Laser Processing Technology for Typical Materials and Components in the Aerospace Field and Its Research Progress[J]. AEROSPACE SHANGHAI, 2025, 42(4): 136

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    Paper Information

    Category: Speciality Discussion

    Received: Aug. 23, 2024

    Accepted: --

    Published Online: Sep. 29, 2025

    The Author Email:

    DOI:10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.04.016

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