激光複合焊接技術

概 述

激光複合焊接可應用於薄板材料的焊接：包括有鍍層或者沒有鍍層的碳鋼，高合金鋼和鋁。應用領域涉及航空航天、軌道交通、造船、汽車及相關行業、電子儀錶、建築機械、壓力容器、醫療、食品和核能等領域。

激光複合焊接技術（如激光-MIG複合）在發動機機匣類零件和飛機鈦合金結構焊接方面具有獨特優勢，比MIG焊接的熱輸入小很多，零件變形和焊後殘餘應力小，比電子束焊要求的裝配精度低，在焊接過程中送絲可實現空間複雜形狀安裝座的角焊縫焊接。與MIG和激光焊相比，激光複合焊接的熱源形式決定了其有更大的熔深和更好的外觀質量。

優 點

激光複合焊接技術在航空發動機薄壁零件製造上有極大的優勢和應用空間。焊接變形是影響薄壁零件質量和生產效率的主要因素之一，焊接變形的存在不僅影響產品的製造過程，更重要的是也影響產品的使用性能。產生零件焊接變形的根本因素是焊接過程中不均勻的加熱和冷卻造成的溫度應力和材料組織轉變（相變）引起的組織應力，而焊後殘餘應力還會對零件最終加工精度和尺寸穩定性、沉澱強化合金再熱裂紋的產生以及零件的疲勞強度產生很大的不利影響，因此實現焊接變形控制是薄壁機匣類零件焊接的最主要技術難點。採用激光複合自動化焊接工藝是保證工藝過程穩定並控制零件變形、保證焊接工藝一致性和穩定性的最直接方法。

六種激光複合焊接技術

1、高頻感應複合焊接技術：電磁感應是一種依賴於工件內部產生的渦流電阻熱進行加熱的方法,與激光一樣屬非接觸性環保型加熱,加熱速度快,可實現加熱區區域和深度的精確控制,特別適合於自動化材料加工過程,已在工業上得到了廣泛的應用。

2、電弧複合焊接技術：電弧複合熱源焊接方法早在20世紀80年代就由英國學者Steen提出，但自此以後很長時間內，科技工作者們並沒有對其做更深一步的研究與發展。近年來，研究人員已經重新把注意力轉移到這項技術上，並且嘗試著結合激光與電弧的各自優點使兩者獲得最佳配合。

3、TIG複合焊接：TIG複合焊接激光與TIG複合焊接的特點是：1、利用電弧增強激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金屬材料；2、在焊接薄件時可高速焊接；3、可增加熔深，改善焊縫成形，獲得優質焊接接頭；4、可以緩和母材端面介面精度要求。例如，當CO2激光功率為0.8KW，TIG電弧的電流為90A，焊接速度2m/min 時，可相當5KW的CO2激光焊機的焊接能力,5KW的CO2激光束與300A的TIG電弧複合，焊接速度0.5～5m/min 時，獲得的熔深是單獨使用5KW的CO2激光束焊接時的1.3～1.6倍。

4、等離子弧複合焊接：激光等離子複合采同軸方式,等離子弧由環狀電極產生，激光束從等離子弧的中間穿過，等離子弧主要有兩個功能：1、為激光焊接提供額外的能量，提高焊接速度，進而提高整個焊接過程的效率；2、等離子弧環繞在激光周圍，可以產生熱處理的效果，延長冷卻時間，也就減少了硬化和殘餘應力的敏感性，改善了焊縫的微觀組織性能。

5、MIG複合焊接：近年來的研究表明，激光－MIG複合熱源焊接在中厚板焊接中擁有比較明顯的優勢。該焊接方法通過調節電弧與激光的相對位置，可有效地改善焊接適應性，提高對大間隙的適應性，改善焊縫成形，同時，輸入的電弧能量能夠調節冷卻速度，進而改善微觀組織。在激光與電弧相互作用下，焊接過程變得更加穩定，而且在增加熔深的同時提高焊接速度。焊接時，熱輸入相對較小，也就意味著焊後變形和焊接殘餘應力較小，這樣可以減少焊接裝夾、定位、焊後矯形處理等的時間。另外，這一方法的較突出的特點是自身能夠比較穩定地填絲，從而比較容易改善焊縫冶金性能和微觀組織結構。

6、雙激光束焊接技術：在激光焊接過程中，由於激光功率密度大，焊接母材被迅速加熱熔化、汽化，生成高溫金屬蒸汽。在高功率密度的激光的繼續作用下，很容易生成等離子體雲，不僅減小工件對激光的吸收，而且使焊接過程不穩定。如果在較大的深熔小孔形成後，減小繼續照射的激光功率密度，而已經形成的較大深熔小孔對激光的吸收較多，結果激光對金屬蒸汽的作用減小，等離子體雲就能減小或消失。因而，用一束峰值功率較高的脈衝激光和一束連續激光，或者兩束脈衝寬度、重複頻率和峰值功率有較大差異的脈衝激光對工件進行複合焊接，在焊接過程中，兩束激光共同照射工件，周期地形成較大深熔小孔，後適時停止一束激光的照射，可使等離子體雲很小或消失，改善工件對激光能量的吸收與利用，加大焊接熔深，提高焊接能力。

激光複合焊接是近年來最受業界矚目的焊接技術之一，其研究重點在焊接變形預測及控制技術、焊接過程工藝控制技術、空間型面焊縫自動跟蹤技術、焊接質量在線檢測技術等方面。

來源：激光製造網

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