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)展高技術船舶、高附加值船舶，加快船舶工業(yè)轉型升級等政策，而且世界造船的趨勢也向著大型化、多樣、高檔化發(fā)展。焊接技術是船舶加工制造以及船舶工業(yè)發(fā)展中的一項關鍵技術，焊接工時約占到建船總工時的30％～40％。焊接生產效率和焊接質量直接影響到船舶加工制造的生產周期、成本費用以及船體質量等。因此，高效優(yōu)質的船舶焊接技術是實現我國船舶工業(yè)轉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向架承載了更大的動載荷，這對轉向架技術提出了更高的要求，轉向架構架在設計、材料、工藝上必須不斷的發(fā)展進步以滿足性能的要求，焊接接頭的質量成為了保證轉向架構架質量的重要環(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，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，復合焊接技術具有更大的優(yōu)勢。因為傳統的焊接方法會存在例如接頭強度低、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，例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）提高焊縫質量，改善焊縫成型；

激光-MIG復合焊接裝置及方法示意圖

激光－電弧復合焊接可實現1＋1＞2 

激光-電弧復合焊接有多種形式，包括Laser-MIG復合焊接、Laser-TIG復合焊接、激光-等離子弧復合焊接等，其中現階段常用的激光光源是光纖激光器和半導體激光器。

Laser-MIG復合焊接，有兩個焊接熱源，分別是激光和MIG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；MIG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-MIG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MIG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“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多道堆疊焊接，可以實現大厚度材料的焊接，并且因為電弧的原因上下焊道以及側壁的熔合能力非常強。

焊縫示意圖

應用領域廣泛

隨著激光-電弧復合焊接技術的發(fā)展，其應用范圍越來越廣泛，尤其是在國外應用較多，而在國內應用極少，具有廣闊的前景，其應用的主要領域有以下幾個：

船舶制造

近年來隨著汽車輕量化發(fā)展需求，車身結構由空間框架轉向鋁復合車體方向。汽車鋁車身主要采用激光焊接工藝，由于激光束的焦點直徑小，對裝配間隙精度要求高，因此，在生產過程中存在設備成本高、工件準備工序要求嚴格等問題。這些問題可以通過激光電弧復合焊來解決，如大眾汽車輝騰系列車型所有的車門都采用了激光電弧復合焊接工藝，德國奧迪汽車中全鋁車身關鍵部位的焊接也采用了激光電弧復合焊。

焊縫成型圖

汽車工業(yè)

在船舶建造中，船體的焊接工時約占總建造工時的30%～40%，焊接所需成本約占船體建造所需總成本的30%～50%。其中，因為焊接熱輸入量而導致的焊接變形校正所需成本增長占有相當比例。早在1994年，德國Meyer造船廠就開始使用激光電弧復合焊來生產由扁鋼制成的夾芯板，作為腹板用于豪華郵輪甲板的制造。近年來，美國海軍將激光電弧復合焊應用于多個船體構件建造中，比較典型的包括艦船管路焊接、T形梁焊接等的應用研究。在國內，外高橋造船廠、招商重工船廠、廣船國際等均引進了德國IPG公司的激光電弧復合焊接設備；渤海造船廠、滬東船廠等均建成了激光電弧復合焊接工作站，將激光電弧復合焊接技術引入到船體制造中。

大眾汽車公司的Phaeton汽車車門焊接概況

工程機械行業(yè)

低合金高強鋼具有較好的機械性能、良好的加工性能、較高的耐腐蝕性和較好的低溫性能，在工程機械行業(yè)得到廣泛應用。臂架是履帶起重機的主要承載及作業(yè)構件，起著支撐、輔助變幅等作用，在整機安全和作業(yè)能力方面起著至關重要的作用，其材質一般采用低合金鋼；汽車起重機伸縮臂也是起重機的重要部件，其材質一般采用低合金超高強鋼。目前徐工、三一重工等吊臂焊接均采用激光電弧復合焊接工藝。該工藝可以穩(wěn)定、高效地實現起重機吊臂主焊縫單面焊雙面成形，焊縫接頭拉伸性能和沖擊性能滿足相關工程應用標準，且該工藝對吊臂焊縫接頭的間隙、錯邊等實際工況適應能力強，在實際的工程應用中可實現無坡口焊接，焊接速度可達1.2m/min。

10mm厚Q345B單面焊雙面成形

軌道交通行業(yè)

鋁合金材質的車體是現代軌道交通車輛的一個發(fā)展趨勢。焊接作為鋁合金材質車體制造的關鍵工藝，其焊接質量和穩(wěn)定性直接影響車體的焊縫靜力強度與抗疲勞強度，進而影響著車體的結構完整性和運行安全性，同時也是軌道交通車輛進一步提速的制約因素。目前，中國中車多個生產基地均引入了激光電弧復合焊設備，用于車體鋁合金部件焊接。

青島市地鐵11號線

結論與展望

目前，對激光-電弧復合焊接缺陷的研究日益引發(fā)工業(yè)界和學者們的廣泛關注，激光-電弧復合焊接相關研究將集中于以下幾個方面;

（1）運用數值模擬手段對激光-電弧復合焊接缺陷加以分析與研究，突破缺陷檢測方法的限制，為新工藝的開發(fā)提供堅實的理論依據。

（2）激光-電弧復合熱源間等離子體的相互作用，需要在今后的試驗探索中不斷發(fā)掘，精確掌握激光-電弧復合焊接的優(yōu)良性能，對于充分發(fā)揮復合焊接的技術優(yōu)勢具有顯著影響。

（3）隨著厚板焊接的不斷興起，焊接過程中缺陷問題不可避免，對焊接參數的不斷摸索對于復合焊接厚板領域的技術突破具有重要意義。

激光焊接從最初的熱傳導激光焊到現在多場耦合的激光焊接研究，使得激光的應用領域不斷擴大。激光器的創(chuàng)新也在不斷進行，比如半導體激光器在光電轉換效率上有所提升，而且能耗更低、光斑更加集中，逐漸成為新的激光器的發(fā)展趨勢，星鏈激光也在不停研究新的激光設備。隨著新型激光裝備不斷突破創(chuàng)新，可以預見在不久的將來，激光焊接技術的應用領域將不斷應用于更多材料加工終端領域，助力中國制造業(yè)的產業(yè)升級。

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