激光器在激光-电弧复合焊接中的应用

1、背景介绍

中厚板普遍应用于造船、建筑、机械制造及压力容器等工程领域，其焊接作业也是行业生产当中的重要环节之一。传统的中厚板焊接工艺复杂、质量不稳定、自动化程度低，焊接效率受到很大制约，因此开发出满足其要求的焊接工艺已成为亟需解决的工程难题。

随着激光器水平不断发展,功率超过10k的超高功率高质量光纤激光已经投入市场并逐步应用于中厚板的高效激光焊接,其激光束功率密度可达10⁷~10⁸W/cm²,这使得中厚板大型构件的优质、高速、大熔深、低变形、低能耗焊接有望获得新的解决方案。诸多研究表明将激光和电弧两种热源以特定的方式复合在一起进行焊接，既充分发挥了各自的独特优势，也弥补了各自的缺点，真正实现了“1+1>2”的效果。通过该焊接方法的实施可以满足大部分合金体系在不同应用条件下对高品质焊接质量的需求。因此，采用激光-电弧复合焊接中厚板也被认为是目前最具竞争力和发展前景的焊接方法之一。

自锐科公司6kW激光器面世以来，通过与客户的精诚合作，突破各项工艺难题，目前已有多款高功率激光器陆续在汽车制造、工程机械、轨道交通等领域进行了典型应用示范，进行中厚板激光电弧复合焊接。

2、应用案例

国内某著名自动化公司采用锐科12kW激光器为国内某重点造船厂提供激光-电弧复合焊接设备，配合洛弛焊机，顺利实现板材厚度6～14mm，焊缝长度4～9m激光-电弧复合焊接，重点解决了原有弧焊工艺无法解决的单面焊双面成形及背面焊缝熔透的可靠性问题，且焊接变形减少了50%。其中，6～10mm板材无需开坡口，可以直接进行拼焊；12～14mm板材开坡口焊接效果更好。各种厚度板材焊接效果如下各图所示，目前该工艺即将应用在终端客户现场。

 

与原有弧焊工艺相比，其焊接生产效率和经济效益实现了较大提升。表1为MAG焊与复合焊的效率对比，从表中可以看出，复合焊接在焊接中厚板时具有较明显的效率优势。表2为厚度≤12mm某高强钢产品实际资产投资与效益分析。从表2中可以看出，因激光-电弧复合焊具有高效率焊接的特点，在产能需求较大的情况下，可以有效减少设备投资数量，进而降低厂房投资和人力成本，且单位焊缝的能耗、烟尘排放及焊丝消耗量均有所降低，同时可以获得更好的焊接效果及接头质量。

表1 两种工艺方法对接接头焊接效率对比

 

表2 两种工艺方法对焊接投资及效益分析

 

3、设备推荐

激光-电弧复合焊具有焊缝熔深大，焊接速度快，焊接效率高，焊接电弧稳定，热源能量集中，焊接热输入低，焊接变形小，易于实现单面焊双面成形等优点。在焊接条件相同的情况下，与传统弧焊相比，激光－电弧复合焊的电弧稳定性更强，尤其高速焊接条件下，传统电弧焊的焊接电流、电压波形已经非常不稳定，而激光-电弧复合焊的电流、电压波形仍然非常稳定。不仅如此，激光-电弧复合焊接还可以客服激光焊对工件坡口装配要求高、高反射率材料(如铝、铜等)的能量损失大、不填充材料焊接某些高性能金属材料时易产生冷裂纹或热裂纹等缺点。

根据焊接板材厚度及生产效率要求，激光-电弧复合焊接选用的激光器功率在6~12kW不等。焊接6mm及6mm板厚材料以下，可以选用锐科RFL-6000激光器，6mm-12mm厚之间的板材，优先选用锐科RFL-12000激光器，板材厚度超过12mm时，可以选用锐科RFL-15000激光器。如果您有中厚板焊接需求，以锐科高功率锐科激再配上一台弧焊电源，将有助您生产效率较大幅度提升。锐科高功率光器优异、稳定的焊接性能是焊接质量最强的保证。

审核编辑：符乾江