激光電弧復(fù)合焊是結(jié)合激光束和電弧進行焊接的一種激光焊接方式，激光束和電弧的復(fù)合充分顯示出其焊接速度、熔深和工藝穩(wěn)定性的顯著提高。自20 世紀80 年代末以來，高功率激光器的不斷發(fā)展推動了激光電弧復(fù)合焊技術(shù)的發(fā)展，使得材料厚度、材料反射率、間隙橋接能力等問題不再是焊接技術(shù)的阻礙，目前已成功應(yīng)用于中厚材料零件的焊接中。
激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)
在激光電弧復(fù)合焊接過程中，激光束和電弧在一個共同的熔池中相互作用產(chǎn)生了窄而深的焊縫，從而提高了生產(chǎn)率，如圖1 所示。
圖1 激光電弧復(fù)合焊工藝方案
激光電弧復(fù)合焊接基本原理
激光焊接以熱影響區(qū)非常窄、其激光束可以聚焦在很小的區(qū)域上產(chǎn)生狹窄而深的焊縫而著稱，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的焊接速度，從而減少了熱量輸入并降低了焊接零件的熱變形幾率。然而，激光焊接的縫隙橋接能力差，因此在工件裝配和邊緣準備中有很高的精度要求。激光焊接對于鋁、銅、金等高反射率材料焊接非常困難，與此相反，電弧焊工藝具有出色的間隙橋接能力，高電效率，并且可以有效地焊接具有高反射率的材料。但是，電弧焊過程中的低能量密度會使焊接過程變慢，從而在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量的熱量輸入，并導(dǎo)致焊接零件的熱變形。因此使用高功率激光束進行深熔焊的同時使用具有高能量效率的電弧協(xié)同作用，其混合效應(yīng)彌補了工藝的缺陷，并補充了其優(yōu)勢，如圖2 所示。
圖2 激光焊、電弧焊和激光電弧復(fù)合焊焊縫形成模式
激光電弧復(fù)合焊接工藝優(yōu)勢
激光焊接的缺點是縫隙橋接能力差，對工件裝配要求較高；電弧焊接的缺點是在焊接厚板時能量密度低，熔深淺，在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量的熱量輸入，會導(dǎo)致焊接零件的熱變形。而二者的結(jié)合能相互影響和支持且彌補了彼此焊接工藝的缺陷，充分發(fā)揮激光深熔和弧焊蓋面優(yōu)勢，達到熱輸入量小，焊縫變形量小，焊接速度快且焊接強度高的優(yōu)點，如圖3 所示。激光焊、電弧焊和激光電弧復(fù)合焊焊接中厚板效果對比見表1。
表1 中厚板焊接效果對比
圖3 激光電弧復(fù)合焊接過程圖
銘鐳激光電弧復(fù)合焊案例
銘鐳激光電弧復(fù)合焊設(shè)備主要由機械手、激光器、冷水機、焊接頭、弧焊電源等組成，如圖4 所示。
圖4 銘鐳激光電弧復(fù)合焊設(shè)備
案例1
客戶公司 某循環(huán)水行業(yè)公司。/產(chǎn)品介紹 復(fù)合型蒸發(fā)式冷卻（凝）裝備。/焊接要求 管材對接、16mm 外角焊、特殊材質(zhì)板材拼焊。焊接成品效果如圖5 所示，焊縫宏觀金相如圖6 所示。
圖5 焊接成品效果
圖6 焊縫宏觀金相
案例2
產(chǎn)品介紹 船體夾板U 肋鋼。/焊接要求 8mm、10mm、16mm 外角焊縫需要全熔透，單面焊接，背面成形。焊接成品效果如圖7 所示，焊縫宏觀金相如圖8 所示。
圖7 焊接成品效果
圖8 焊縫宏觀金相
激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著高功率激光器技術(shù)的逐漸成熟，激光電弧復(fù)合焊于各個領(lǐng)域中得到普遍應(yīng)用，有著較高的焊接效率、較高的間隙容忍度和較深焊接熔深等優(yōu)點，是中厚板焊接的優(yōu)選焊接方法，同樣也是能夠在大型裝備制造領(lǐng)域替代傳統(tǒng)焊接的焊接方式。廣泛適用于工程機械、橋梁、容器、管道、船舶、鋼構(gòu)及重工等工業(yè)領(lǐng)域，如圖9 所示。
圖9 激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用領(lǐng)域
發(fā)展趨勢
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2026 年中國激光電弧復(fù)合焊行業(yè)市場行情監(jiān)測及未來發(fā)展前景研究報告》顯示，我國是激光設(shè)備生產(chǎn)大國，2021 年我國激光設(shè)備行業(yè)產(chǎn)量在20萬臺以上，其中激光焊接設(shè)備約占激光設(shè)備市場的27.3%，是市場主流設(shè)備之一。而激光電弧復(fù)合焊是激光焊接的新型設(shè)備之一，隨著各個行業(yè)對中厚度板材焊接需求不斷釋放，激光電弧復(fù)合焊的市場需求將不斷擴大。
結(jié)束語
就目前而言大功率激光電弧復(fù)合焊還是依賴于進口的較多，被德國、意大利、英國、美國等國家企業(yè)所壟斷，大功率激光電弧復(fù)合焊國產(chǎn)替代空間廣闊。為打破這一局面，我國企業(yè)在技術(shù)、人才、應(yīng)用等方面需要不斷創(chuàng)新，推動替代進口大功率激光電弧復(fù)合焊不斷前進的步伐，大功率激光電弧復(fù)合焊國產(chǎn)替代的發(fā)展趨勢將會越發(fā)明顯。
