淺談高功率激光復(fù)合焊

激光復(fù)合焊是結(jié)合激光束和電弧進(jìn)行焊接的一種激光焊接方式，雜交效果顯示出其焊接速度，熔深和工藝穩(wěn)定性的顯著提高。自80年代末以來(lái)，依靠高功率激光器的不斷發(fā)展進(jìn)而推動(dòng)了激光復(fù)合焊技術(shù)的發(fā)展，使得材料厚度、材料反射率、間隙橋接能力等問(wèn)題不再是阻礙。已成功應(yīng)用于中厚材料零件的焊接中。

一、激光復(fù)合焊接技術(shù)

1、激光復(fù)合焊接特點(diǎn)

在激光復(fù)合焊接過(guò)程中，激光束和電弧在一個(gè)共同的熔池中相互作用[1]（如圖1），它們的協(xié)同作用產(chǎn)生了深而窄的焊縫，從而提高了生產(chǎn)率。

圖1. 激光電弧復(fù)合焊工藝方案

2、激光復(fù)合焊接基本原理

激光焊接因熱影響區(qū)非常窄，其激光束可以聚焦在很小的區(qū)域上，產(chǎn)生狹窄而深的焊縫而著稱(chēng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的焊接速度，從而減少了熱量輸入并降低了焊接零件的熱變形幾率。然而，激光焊接的縫隙橋接能力差，因此在工件裝配和邊緣準(zhǔn)備中要求很高的進(jìn)動(dòng)[1]。激光焊接對(duì)于鋁，銅，金等高反射率材料焊接也非常困難。與此相反，電弧焊工藝具有出色的間隙橋接能力，高電效率，并且可以有效地焊接具有高反射率的材料。但是，電弧焊過(guò)程中的低能量密度會(huì)使該過(guò)程變慢，從而在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量的熱量輸入，并導(dǎo)致焊接零件的熱變形。因此使用高功率激光束進(jìn)行深熔焊的同時(shí)使用具有高能量效率的電弧協(xié)同作用于焊接[2]（如圖2），混合效應(yīng)彌補(bǔ)了工藝的缺陷，并補(bǔ)充了其優(yōu)勢(shì)。

圖2.分別是激光焊接，電弧焊和激光電弧復(fù)合焊期間焊縫的形成模式

3、激光復(fù)合焊接工藝優(yōu)勢(shì)

激光焊接的缺點(diǎn)是縫隙橋接能力差，對(duì)工件裝配要求較高；電弧焊接的缺點(diǎn)是在焊接厚板時(shí)，低能量密度，熔深淺，在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量的熱量輸入，會(huì)導(dǎo)致焊接零件的熱變形。而二者的結(jié)合能相互影響和支持彌補(bǔ)了彼此焊接工藝的缺陷（如圖3），充分發(fā)揮激光深熔和弧焊蓋面優(yōu)勢(shì)，達(dá)到熱輸入量小，焊縫變形量小，焊接速度快且焊接強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)[3]。

圖3.激光復(fù)合焊接過(guò)程圖

4、激光復(fù)合焊接對(duì)比

二、激光復(fù)合焊案例

1、激光復(fù)合焊結(jié)構(gòu)

2、案例1

產(chǎn)品介紹：復(fù)合型蒸發(fā)式冷卻（凝）裝備。

焊接要求：管材對(duì)接，16mm外角焊，特殊材質(zhì)板材拼焊。

成品效果

宏觀金相

3、案例2

產(chǎn)品介紹：船體夾板U肋鋼。

焊接要求：8,10,16mm外角焊縫需要全熔透，單面焊接，背面成型。

三、激光復(fù)合焊行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展

1、應(yīng)用行業(yè)

隨著高功率激光器技術(shù)的逐漸成熟，激光復(fù)合焊于各個(gè)領(lǐng)域中得到普遍應(yīng)用，有著較高的焊接效率、較高的間隙容忍度和較深焊接熔深等優(yōu)點(diǎn)，是中厚板焊接的優(yōu)選焊接方法，同樣也是能夠在大型裝備制造領(lǐng)域替代傳統(tǒng)焊接的焊接方式。適用于工程機(jī)械，橋梁，容器，管道，船舶，鋼構(gòu)，重工等工業(yè)領(lǐng)域[4]。

2、發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2026年中國(guó)激光電弧復(fù)合焊行業(yè)市場(chǎng)行情監(jiān)測(cè)及未來(lái)發(fā)展前景研究報(bào)告》顯示，我國(guó)是激光設(shè)備生產(chǎn)大國(guó)，2021年，我國(guó)激光設(shè)備行業(yè)產(chǎn)量在20萬(wàn)臺(tái)以上，其中激光焊接設(shè)備約占激光設(shè)備市場(chǎng)的27.3%，是市場(chǎng)主流設(shè)備之一。而激光復(fù)合焊是激光焊接的新型設(shè)備之一，隨著各個(gè)行業(yè)對(duì)中厚度板材焊接需求不斷釋放，激光復(fù)合焊的需求市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，但就目前而言大功率激光復(fù)合焊還是依賴(lài)于進(jìn)口的較大，被德國(guó)、意大利、英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家企業(yè)所壟斷，大功率激光復(fù)合焊國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。

為打破這一僵面，我國(guó)企業(yè)在技術(shù)、人才、應(yīng)用等方面不斷創(chuàng)新，推動(dòng)替代進(jìn)口大功率激光復(fù)合焊的步伐，大功率激光復(fù)合焊國(guó)產(chǎn)替代的發(fā)展趨勢(shì)越發(fā)明顯。