淺談高功率激光電弧復(fù)合焊

文 梁思威 深圳市銘鐳科技有限公司

激光電弧復(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，激光束和電弧的復(fù)合充分顯示出其焊接速度、熔深和工藝穩(wěn)定性的顯著提高。自20 世紀(jì)80 年代末以來，高功率激光器的不斷發(fā)展推動(dòng)了激光電弧復(fù)合焊技術(shù)的發(fā)展，使得材料厚度、材料反射率、間隙橋接能力等問題不再是焊接技術(shù)的阻礙，目前已成功應(yīng)用于中厚材料零件的焊接中。

激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)

在激光電弧復(fù)合焊接過程中，激光束和電弧在一個(gè)共同的熔池中相互作用產(chǎn)生了窄而深的焊縫，從而提高了生產(chǎn)率，如圖1 所示。

圖1 激光電弧復(fù)合焊工藝方案

激光電弧復(fù)合焊接基本原理

激光焊接以熱影響區(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，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)備中有很高的精度要求。激光焊接對(duì)于鋁、銅、金等高反射率材料焊接非常困難，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，電弧焊過程中的低能量密度會(huì)使焊接過程變慢，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，其混合效應(yīng)彌補(bǔ)了工藝的缺陷，并補(bǔ)充了其優(yōu)勢(shì)，如圖2 所示。

圖2 激光焊、電弧焊和激光電弧復(fù)合焊焊縫形成模式

激光電弧復(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)能量密度低，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且彌補(bǔ)了彼此焊接工藝的缺陷，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)，如圖3 所示。激光焊、電弧焊和激光電弧復(fù)合焊焊接中厚板效果對(duì)比見表1。

表1 中厚板焊接效果對(duì)比

圖3 激光電弧復(fù)合焊接過程圖

銘鐳激光電弧復(fù)合焊案例

銘鐳激光電弧復(fù)合焊設(shè)備主要由機(jī)械手、激光器、冷水機(jī)、焊接頭、弧焊電源等組成，如圖4 所示。

圖4 銘鐳激光電弧復(fù)合焊設(shè)備

案例1

客戶公司 某循環(huán)水行業(yè)公司。/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。焊接成品效果如圖5 所示，焊縫宏觀金相如圖6 所示。

圖5 焊接成品效果

圖6 焊縫宏觀金相

案例2

產(chǎn)品介紹 船體夾板U 肋鋼。/焊接要求 8mm、10mm、16mm 外角焊縫需要全熔透，單面焊接，背面成形。焊接成品效果如圖7 所示，焊縫宏觀金相如圖8 所示。

圖7 焊接成品效果

圖8 焊縫宏觀金相

激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)

應(yīng)用領(lǐng)域

隨著高功率激光器技術(shù)的逐漸成熟，激光電弧復(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。廣泛適用于工程機(jī)械、橋梁、容器、管道、船舶、鋼構(gòu)及重工等工業(yè)領(lǐng)域，如圖9 所示。

圖9 激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用領(lǐng)域

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。而激光電弧復(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，激光電弧復(fù)合焊的市場(chǎng)需求將不斷擴(kuò)大。

結(jié)束語

就目前而言大功率激光電弧復(fù)合焊還是依賴于進(jìn)口的較多，被德國(guó)、意大利、英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家企業(yè)所壟斷，大功率激光電弧復(fù)合焊國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。為打破這一局面，我國(guó)企業(yè)在技術(shù)、人才、應(yīng)用等方面需要不斷創(chuàng)新，推動(dòng)替代進(jìn)口大功率激光電弧復(fù)合焊不斷前進(jìn)的步伐，大功率激光電弧復(fù)合焊國(guó)產(chǎn)替代的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)越發(fā)明顯。

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中華服飾

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