1+1>2的焊接工藝——激光-電弧復(fù)合焊特點(diǎn)及應(yīng)用
在當(dāng)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(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展，國(guó)家相繼出臺(tái)優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)船舶、高附加值船舶，加快船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等政策，而且世界造船的趨勢(shì)也向著大型化、多樣、高檔化發(fā)展。焊接技術(shù)是船舶加工制造以及船舶工業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，焊接工時(shí)約占到建船總工時(shí)的30％～40％。焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量直接影響到船舶加工制造的生產(chǎn)周期、成本費(fèi)用以及船體質(zhì)量等。因此，高效優(yōu)質(zhì)的船舶焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要影響因素，也是提高我國(guó)船企國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。
另外，隨著我國(guó)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(zhuǎn)向架承載了更大的動(dòng)載荷，這對(duì)轉(zhuǎn)向架技術(shù)提出了更高的要求，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在設(shè)計(jì)、材料、工藝上必須不斷的發(fā)展進(jìn)步以滿足性能的要求，焊接接頭的質(zhì)量成為了保證轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)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(fù)合焊接應(yīng)需而生
激光－電弧復(fù)合焊接作為一種新的焊接技術(shù)，它是利用激光和電弧作為雙重?zé)嵩?，同時(shí)作用在同一熔池，形成激光引導(dǎo)并穩(wěn)定電弧，電弧提高金屬對(duì)激光吸收率，增強(qiáng)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(shì)，又彌補(bǔ)了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面，復(fù)合焊接技術(shù)具有更大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的焊接方法會(huì)存在諸如接頭強(qiáng)度低、效率低、變形嚴(yán)重、焊材消耗量大等缺點(diǎn)；而且采用單激光焊接也存在一些不足，諸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(yán)重等。
激光－電弧復(fù)合焊作為一種新型的焊接方法，它具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：
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(zhì)量，改善焊縫成型；
激光－電弧復(fù)合焊接可實(shí)現(xiàn)1＋1＞2
激光－電弧復(fù)合焊接有多種形式，包括laser－mag／mig復(fù)合焊接、laser－tig復(fù)合焊接、激光－等離子弧復(fù)合焊接等，其中現(xiàn)階段常用的激光光源是光纖激光器和半導(dǎo)體激光器。例如銳科連續(xù)光纖激光器4000w、6000w及光纖輸出半導(dǎo)體激光器4000w。
銳科高功率光纖激光器
銳科高功率半導(dǎo)體激光器
laser－mag復(fù)合焊接，有兩個(gè)焊接熱源，分別是激光和mag電弧，單獨(dú)作為熱源焊接時(shí)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；mag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(qiáng)。在laser－mag復(fù)合焊接過程中兩個(gè)熱源同時(shí)作用于母材，兩個(gè)熱源之間存在著相互影響，而且兩個(gè)熔池之間也存在著相互影響，最終會(huì)形成一種新的復(fù)合熔池，該復(fù)合熔池同時(shí)具備激光熔池的“大深度”和電弧熔池的“大面積”，這種復(fù)合熔池的深度大、焊縫成型較好、橋接能力強(qiáng)，同時(shí)，因?yàn)閙ag電弧焊接時(shí)有焊絲填充，并且焊絲種類可以選擇，所以可以針對(duì)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(duì)焊縫的抗裂性、抗疲勞性、耐蝕性、耐磨性等方面進(jìn)行有目的性的改善。除此之外，在整個(gè)焊接過程中，有兩個(gè)熱源作用于母材，其間的相互影響是能夠增大熔深，實(shí)現(xiàn)“1＋1＞2”的效果，因此激光－電弧復(fù)合焊接的單次熔透能力會(huì)顯著提高。最后，激光－電弧復(fù)合焊接可以實(shí)現(xiàn)多道堆疊焊接，可以實(shí)現(xiàn)大厚度材料的焊接，并且因?yàn)殡娀〉脑蛏舷潞傅酪约皞?cè)壁的熔合能力非常強(qiáng)。
應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
隨著激光－電弧復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，尤其是在國(guó)外應(yīng)用較多，而在國(guó)內(nèi)應(yīng)用極少，具有廣闊的前景，其應(yīng)用的主要領(lǐng)域有以下幾個(gè)：
1）船舶制造
在所有制造業(yè)中，造船業(yè)是激光－電弧復(fù)合焊接技術(shù)最大的受益者。歐洲的一些船廠為了維持其在高附加值造船業(yè)上的優(yōu)勢(shì)，廣泛采用激光－電弧復(fù)合焊這一技術(shù)，在厚板焊接應(yīng)用中，極大的提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。具有典型代表意義的是德國(guó)的meyer造船廠已經(jīng)全部采用激光－電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行輪船的焊接。
2）汽車工業(yè)
德國(guó)率先將激光－電弧復(fù)合焊接技術(shù)應(yīng)用于汽車的車門、側(cè)圍等部件的連接制造，學(xué)者graf t等人在汽車焊接國(guó)際論壇上的報(bào)告《激光復(fù)合焊在大眾和奧迪汽車上的應(yīng)用［c］》中有介紹稱在大眾輝騰轎車的前門上共有66條焊縫，焊縫總長(zhǎng)度達(dá)4.98m，其中有48條激光－電弧復(fù)合焊縫；奧迪a8轎車的車體框架總復(fù)合焊接長(zhǎng)度達(dá)到了4.5m。
新能源汽車正在蓬勃發(fā)展，其動(dòng)力核心是動(dòng)力電池，為了降低整體車重，動(dòng)力電池的托盤一般都選擇使用鋁合金制造，托盤是拼裝焊接，每個(gè)托盤的焊縫多達(dá)數(shù)十條焊縫，而且焊縫強(qiáng)度要求高，焊接效率要求高，傳統(tǒng)弧焊及常規(guī)的激光焊接很難滿足要求，而激光－電弧復(fù)合焊接是非常符合需求的連接方法。
3）石油化工工業(yè)
據(jù)石油運(yùn)輸管道的激光－mag電弧復(fù)合焊接工藝研究發(fā)現(xiàn)，焊后與單獨(dú)使用激光作為熱源進(jìn)行對(duì)比，采用激光－電弧復(fù)合焊可增加20％的熔深，焊接過程更加穩(wěn)定，有少量飛濺，焊縫成型較好，具有良好熔寬比，無咬邊、未融合等焊接缺陷，焊后經(jīng)x射線探傷氣孔控制在一定范圍內(nèi)，不影響焊接接頭質(zhì)量，滿足工程要求。
采用laser－mig復(fù)合焊對(duì)油罐進(jìn)行焊接，由于激光的加入使焊縫熔深得到了很大的提高，從而可以進(jìn)行單面焊，避免了雙面焊給操作帶來的不便。不僅在焊縫質(zhì)量得到了提高，還在提高焊接效率及生產(chǎn)能力方面取的巨大的突破。目前，激光－電弧復(fù)合焊已廣泛應(yīng)用于德國(guó)油罐制造業(yè)中。
4）航空航天領(lǐng)域
在航天領(lǐng)域，在中厚板高強(qiáng)鋼的焊接中也開始采用激光－mig／mag電弧復(fù)合焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了7mm厚3crmnsia無預(yù)熱激光－mag電弧復(fù)合焊接，大幅度地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了焊接生產(chǎn)效率。
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