在當今的軌道交通、船舶制造等行業(yè)，中、大厚度的鋼板焊接需求越來越多。近年來，為促進我國船舶工業(yè)發(fā)展，國家相繼出臺優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)船舶、高附加值船舶，加快船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級等政策，而且世界造船的趨勢也向著大型化、多樣、高檔化發(fā)展。焊接技術(shù)是船舶加工制造以及船舶工業(yè)發(fā)展中的一項關(guān)鍵技術(shù)，焊接工時約占到建船總工時的30％～40％。焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量直接影響到船舶加工制造的生產(chǎn)周期、成本費用以及船體質(zhì)量等。因此，高效優(yōu)質(zhì)的船舶焊接技術(shù)是實現(xiàn)我國船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要影響因素，也是提高我國船企國際競爭力的重要因素。
另外，隨著我國鐵路列車行業(yè)的高速發(fā)展，列車的不斷提速，作為軌道車輛重要部件的轉(zhuǎn)向架承載了更大的動載荷，這對轉(zhuǎn)向架技術(shù)提出了更高的要求，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在設(shè)計、材料、工藝上必須不斷的發(fā)展進步以滿足性能的要求，焊接接頭的質(zhì)量成為了保證轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，因此，更優(yōu)化的焊接方法是必要條件。
激光－電弧復合焊接應需而生
激光－電弧復合焊接作為一種新的焊接技術(shù)，它是利用激光和電弧作為雙重熱源，同時作用在同一熔池，形成激光引導并穩(wěn)定電弧，電弧提高金屬對激光吸收率，增強熔滴過渡橋接能力的一種焊接方法，充分發(fā)揮了激光焊和電弧焊的優(yōu)勢，又彌補了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面，復合焊接技術(shù)具有更大的優(yōu)勢。因為傳統(tǒng)的焊接方法會存在諸如接頭強度低、效率低、變形嚴重、焊材消耗量大等缺點；而且采用單激光焊接也存在一些不足，諸如接頭裝配工藝要求高、焊接能力受激光功率的制約大、橋接能力差、焊縫咬邊嚴重等。
激光－電弧復合焊作為一種新型的焊接方法，它具有以下三個顯著特點：
1）提高能量利用率，增加焊縫一次熔透深度、焊接速度；
2）降低工件裝配要求；
3）提高焊縫質(zhì)量，改善焊縫成型；
激光－電弧復合焊接可實現(xiàn)1＋1＞2
激光－電弧復合焊接有多種形式，包括Laser－MAG／MIG復合焊接、Laser－TIG復合焊接、激光－等離子弧復合焊接等，其中現(xiàn)階段常用的激光光源是光纖激光器和半導體激光器。例如銳科連續(xù)光纖激光器4000W、6000W及光纖輸出半導體激光器4000W。
銳科高功率光纖激光器
銳科高功率半導體激光器
Laser－MAG復合焊接，有兩個焊接熱源，分別是激光和MAG電弧，單獨作為熱源焊接時均可形成有效熔池，但是熔池的特征不一樣：激光焊接熔池的特征是“深而窄”，開口面積小，深度大，不利于焊縫成型；MAG電弧焊接熔池的特征是“淺而寬”，開口面積大，深度小，有利于焊縫成型，橋接能力強。在Laser－MAG復合焊接過程中兩個熱源同時作用于母材，兩個熱源之間存在著相互影響，而且兩個熔池之間也存在著相互影響，最終會形成一種新的復合熔池，該復合熔池同時具備激光熔池的“大深度”和電弧熔池的“大面積”，這種復合熔池的深度大、焊縫成型較好、橋接能力強，同時，因為MAG電弧焊接時有焊絲填充，并且焊絲種類可以選擇，所以可以針對母材本身的性能缺陷，選擇合適的焊絲添加到焊接過程中，從而在微觀層面上對焊縫的抗裂性、抗疲勞性、耐蝕性、耐磨性等方面進行有目的性的改善。除此之外，在整個焊接過程中，有兩個熱源作用于母材，其間的相互影響是能夠增大熔深，實現(xiàn)“1＋1＞2”的效果，因此激光－電弧復合焊接的單次熔透能力會顯著提高。最后，激光－電弧復合焊接可以實現(xiàn)多道堆疊焊接，可以實現(xiàn)大厚度材料的焊接，并且因為電弧的原因上下焊道以及側(cè)壁的熔合能力非常強。
應用領(lǐng)域廣泛
隨著激光－電弧復合焊接技術(shù)的發(fā)展，其應用范圍越來越廣泛，尤其是在國外應用較多，而在國內(nèi)應用極少，具有廣闊的前景，其應用的主要領(lǐng)域有以下幾個：
1）船舶制造
在所有制造業(yè)中，造船業(yè)是激光－電弧復合焊接技術(shù)最大的受益者。歐洲的一些船廠為了維持其在高附加值造船業(yè)上的優(yōu)勢，廣泛采用激光－電弧復合焊這一技術(shù)，在厚板焊接應用中，極大的提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。具有典型代表意義的是德國的Meyer造船廠已經(jīng)全部采用激光－電弧復合焊接方法進行輪船的焊接。
2）汽車工業(yè)
德國率先將激光－電弧復合焊接技術(shù)應用于汽車的車門、側(cè)圍等部件的連接制造，學者Graf T等人在汽車焊接國際論壇上的報告《激光復合焊在大眾和奧迪汽車上的應用［C］》中有介紹稱在大眾輝騰轎車的前門上共有66條焊縫，焊縫總長度達4.98m，其中有48條激光－電弧復合焊縫；奧迪A8轎車的車體框架總復合焊接長度達到了4.5m。
新能源汽車正在蓬勃發(fā)展，其動力核心是動力電池，為了降低整體車重，動力電池的托盤一般都選擇使用鋁合金制造，托盤是拼裝焊接，每個托盤的焊縫多達數(shù)十條焊縫，而且焊縫強度要求高，焊接效率要求高，傳統(tǒng)弧焊及常規(guī)的激光焊接很難滿足要求，而激光－電弧復合焊接是非常符合需求的連接方法。
3）石油化工工業(yè)
據(jù)石油運輸管道的激光－MAG電弧復合焊接工藝研究發(fā)現(xiàn)，焊后與單獨使用激光作為熱源進行對比，采用激光－電弧復合焊可增加20％的熔深，焊接過程更加穩(wěn)定，有少量飛濺，焊縫成型較好，具有良好熔寬比，無咬邊、未融合等焊接缺陷，焊后經(jīng)X射線探傷氣孔控制在一定范圍內(nèi)，不影響焊接接頭質(zhì)量，滿足工程要求。
采用Laser－MIG復合焊對油罐進行焊接，由于激光的加入使焊縫熔深得到了很大的提高，從而可以進行單面焊，避免了雙面焊給操作帶來的不便。不僅在焊縫質(zhì)量得到了提高，還在提高焊接效率及生產(chǎn)能力方面取的巨大的突破。目前，激光－電弧復合焊已廣泛應用于德國油罐制造業(yè)中。
4）航空航天領(lǐng)域
在航天領(lǐng)域，在中厚板高強鋼的焊接中也開始采用激光－MIG／MAG電弧復合焊接技術(shù)，實現(xiàn)了7mm厚3CrMnSiA無預熱激光－MAG電弧復合焊接，大幅度地降低了工人勞動強度和提高了焊接生產(chǎn)效率。
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