1+1>2的焊接工艺—激光-电弧复合焊特点及应用

在当今的轨道交通、船舶制造等行业，中、大厚度的钢板焊接需求越来越多。近年来，为促进我国船舶工业发展，国家相继出台优先发展高技术船舶、高附加值船舶，加快船舶工业转型升级等政策，而且世界造船的趋势也向着大型化、多样、高档化发展。焊接技术是船舶加工制造以及船舶工业发展中的一项关键技术，焊接工时约占到建船总工时的30％～40％。焊接生产效率和焊接质量直接影响到船舶加工制造的生产周期、成本费用以及船体质量等。因此，高效优质的船舶焊接技术是实现我国船舶工业转型升级的重要影响因素，也是提高我国船企国际竞争力的重要因素。

另外，随着我国铁路列车行业的高速发展，列车的不断提速，作为轨道车辆重要部件的转向架承载了更大的动载荷，这对转向架技术提出了更高的要求，转向架构架在设计、材料、工艺上必须不断的发展进步以满足性能的要求，焊接接头的质量成为了保证转向架构架质量的重要环节之一，因此，更优化的焊接方法是必要条件。

激光－电弧复合焊接应需而生

激光－电弧复合焊接作为一种新的焊接技术，它是利用激光和电弧作为双重热源，同时作用在同一熔池，形成激光引导并稳定电弧，电弧提高金属对激光吸收率，增强熔滴过渡桥接能力的一种焊接方法，充分发挥了激光焊和电弧焊的优势，又弥补了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面，复合焊接技术具有更大的优势。因为传统的焊接方法会存在诸如接头强度低、效率低、变形严重、焊材消耗量大等缺点；而且采用单激光焊接也存在一些不足，诸如接头装配工艺要求高、焊接能力受激光功率的制约大、桥接能力差、焊缝咬边严重等。

激光－电弧复合焊作为一种新型的焊接方法，它具有以下三个显著特点：

1）提高能量利用率，增加焊缝一次熔透深度、焊接速度；

2）降低工件装配要求；

3）提高焊缝质量，改善焊缝成型；

激光－电弧复合焊接可实现1＋1＞2

激光－电弧复合焊接有多种形式，包括Laser－MAG／MIG复合焊接、Laser－TIG复合焊接、激光－等离子弧复合焊接等，其中现阶段常用的激光光源是光纤激光器和半导体激光器。例如锐科连续光纤激光器4000W、6000W及光纤输出半导体激光器4000W。

Laser－MAG复合焊接，有两个焊接热源，分别是激光和MAG电弧，单独作为热源焊接时均可形成有效熔池，但是熔池的特征不一样：激光焊接熔池的特征是“深而窄”，开口面积小，深度大，不利于焊缝成型；MAG电弧焊接熔池的特征是“浅而宽”，开口面积大，深度小，有利于焊缝成型，桥接能力强。在Laser－MAG复合焊接过程中两个热源同时作用于母材，两个热源之间存在着相互影响，而且两个熔池之间也存在着相互影响，最终会形成一种新的复合熔池，该复合熔池同时具备激光熔池的“大深度”和电弧熔池的“大面积”，这种复合熔池的深度大、焊缝成型较好、桥接能力强，同时，因为MAG电弧焊接时有焊丝填充，并且焊丝种类可以选择，所以可以针对母材本身的性能缺陷，选择合适的焊丝添加到焊接过程中，从而在微观层面上对焊缝的抗裂性、抗疲劳性、耐蚀性、耐磨性等方面进行有目的性的改善。除此之外，在整个焊接过程中，有两个热源作用于母材，其间的相互影响是能够增大熔深，实现“1＋1＞2”的效果，因此激光－电弧复合焊接的单次熔透能力会显著提高。最后，激光－电弧复合焊接可以实现多道堆叠焊接，可以实现大厚度材料的焊接，并且因为电弧的原因上下焊道以及侧壁的熔合能力非常强。

应用领域广泛

随着激光－电弧复合焊接技术的发展，其应用范围越来越广泛，尤其是在国外应用较多，而在国内应用极少，具有广阔的前景，其应用的主要领域有以下几个：

1）船舶制造

在所有制造业中，造船业是激光－电弧复合焊接技术最大的受益者。欧洲的一些船厂为了维持其在高附加值造船业上的优势，广泛采用激光－电弧复合焊这一技术，在厚板焊接应用中，极大的提高了焊接质量和生产效率。具有典型代表意义的是德国的Meyer造船厂已经全部采用激光－电弧复合焊接方法进行轮船的焊接。

2）汽车工业

德国率先将激光－电弧复合焊接技术应用于汽车的车门、侧围等部件的连接制造，学者Graf T等人在汽车焊接国际论坛上的报告《激光复合焊在大众和奥迪汽车上的应用［C］》中有介绍称在大众辉腾轿车的前门上共有66条焊缝，焊缝总长度达4.98m，其中有48条激光－电弧复合焊缝；奥迪A8轿车的车体框架总复合焊接长度达到了4.5m。

新能源汽车正在蓬勃发展，其动力核心是动力电池，为了降低整体车重，动力电池的托盘一般都选择使用铝合金制造，托盘是拼装焊接，每个托盘的焊缝多达数十条焊缝，而且焊缝强度要求高，焊接效率要求高，传统弧焊及常规的激光焊接很难满足要求，而激光－电弧复合焊接是非常符合需求的连接方法。

3）石油化工工业

据石油运输管道的激光－MAG电弧复合焊接工艺研究发现，焊后与单独使用激光作为热源进行对比，采用激光－电弧复合焊可增加20％的熔深，焊接过程更加稳定，有少量飞溅，焊缝成型较好，具有良好熔宽比，无咬边、未融合等焊接缺陷，焊后经X射线探伤气孔控制在一定范围内，不影响焊接接头质量，满足工程要求。

采用Laser－MIG复合焊对油罐进行焊接，由于激光的加入使焊缝熔深得到了很大的提高，从而可以进行单面焊，避免了双面焊给操作带来的不便。不仅在焊缝质量得到了提高，还在提高焊接效率及生产能力方面取的巨大的突破。目前，激光－电弧复合焊已广泛应用于德国油罐制造业中。

4）航空航天领域

在航天领域，在中厚板高强钢的焊接中也开始采用激光－MIG／MAG电弧复合焊接技术，实现了7mm厚3CrMnSiA无预热激光－MAG电弧复合焊接，大幅度地降低了工人劳动强度和提高了焊接生产效率。

审核编辑 黄昊宇