淺談高功率激光電弧復合焊

文 梁思威 深圳市銘鐳科技有限公司

激光電弧復合焊是結合激光束和電弧進行焊接的一種激光焊接方式，激光束和電弧的復合充分顯示出其焊接速度、熔深和工藝穩定性的顯著提高。自20 世紀80 年代末以來，高功率激光器的不斷發展推動了激光電弧復合焊技術的發展，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的阻礙，目前已成功應用于中厚材料零件的焊接中。

激光電弧復合焊接技術

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

圖1 激光電弧復合焊工藝方案

激光電弧復合焊接基本原理

激光焊接以熱影響區非常窄、其激光束可以聚焦在很小的區域上產生狹窄而深的焊縫而著稱，能夠實現更高的焊接速度，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備中有很高的精度要求。激光焊接對于鋁、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使焊接過程變慢，從而在焊接區域產生大量的熱量輸入，并導致焊接零件的熱變形。因此使用高功率激光束進行深熔焊的同時使用具有高能量效率的電弧協同作用，其混合效應彌補了工藝的缺陷，并補充了其優勢，如圖2 所示。

圖2 激光焊、電弧焊和激光電弧復合焊焊縫形成模式

激光電弧復合焊接工藝優勢

激光焊接的缺點是縫隙橋接能力差，對工件裝配要求較高；電弧焊接的缺點是在焊接厚板時能量密度低，熔深淺，在焊接區域產生大量的熱量輸入，會導致焊接零件的熱變形。而二者的結合能相互影響和支持且彌補了彼此焊接工藝的缺陷，充分發揮激光深熔和弧焊蓋面優勢，達到熱輸入量小，焊縫變形量小，焊接速度快且焊接強度高的優點，如圖3 所示。激光焊、電弧焊和激光電弧復合焊焊接中厚板效果對比見表1。

表1 中厚板焊接效果對比

圖3 激光電弧復合焊接過程圖

銘鐳激光電弧復合焊案例

銘鐳激光電弧復合焊設備主要由機械手、激光器、冷水機、焊接頭、弧焊電源等組成，如圖4 所示。

圖4 銘鐳激光電弧復合焊設備

案例1

客戶公司 某循環水行業公司。/產品介紹 復合型蒸發式冷卻（凝）裝備。/焊接要求 管材對接、16mm 外角焊、特殊材質板材拼焊。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

激光電弧復合焊應用領域及發展趨勢

應用領域

隨著高功率激光器技術的逐漸成熟，激光電弧復合焊于各個領域中得到普遍應用，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點，是中厚板焊接的優選焊接方法，同樣也是能夠在大型裝備制造領域替代傳統焊接的焊接方式。廣泛適用于工程機械、橋梁、容器、管道、船舶、鋼構及重工等工業領域，如圖9 所示。

圖9 激光電弧復合焊應用領域

發展趨勢

根據新思界產業研究中心發布的《2022-2026 年中國激光電弧復合焊行業市場行情監測及未來發展前景研究報告》顯示，我國是激光設備生產大國，2021 年我國激光設備行業產量在20萬臺以上，其中激光焊接設備約占激光設備市場的27.3%，是市場主流設備之一。而激光電弧復合焊是激光焊接的新型設備之一，隨著各個行業對中厚度板材焊接需求不斷釋放，激光電弧復合焊的市場需求將不斷擴大。

結束語

就目前而言大功率激光電弧復合焊還是依賴于進口的較多，被德國、意大利、英國、美國等國家企業所壟斷，大功率激光電弧復合焊國產替代空間廣闊。為打破這一局面，我國企業在技術、人才、應用等方面需要不斷創新，推動替代進口大功率激光電弧復合焊不斷前進的步伐，大功率激光電弧復合焊國產替代的發展趨勢將會越發明顯。

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中華服飾

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