激光复合焊在船厂的应用（二）

HEATS

　　3.激光-MIG(LaserHybrid)复合焊

- v/ c& A' Y Z$ K$ [9 U . L) |! ~1 Z, B% ~- ~! g4 r

　　激光焊接金属时的激光束聚集强度可达106W/cm2以上。当激光束点击在材料表面时，该点的温度迅速升高到挥发温度，并由于金属蒸汽的挥发形成挥发孔。焊缝最显著的特征是具有很高的深宽比。MIG电弧焊接自由燃烧的电弧能量密度稍高于104W/cm2。

, P: }: N$ K: q4 y

　　图1描绘了激光复合焊的基本原理，尤其是其中的金属过渡。从图我们可以看到，激光束在焊缝顶部向其输入热量，同时电弧也向焊缝输入热量。激光-MIG复合焊不是两种焊接方法依次作用于焊接区域，而是同时作用于焊接区域。激光和电弧同时影响焊接的性能。不同的电弧或激光工艺的使用及采用何种工艺参数都会对焊接工艺带来不同的影响效果。

" L) E6 ]9 C- P ) m6 e$ y" W8 W) N# T+ {$ O1 x

　　激光复合焊提高了熔深和焊接速度，焊接过程中金属蒸汽会挥发，并且反作用于等离子区，等离子区对激光有轻微吸收，但可以忽略不计。整个焊接过程的特性取决于选择的激光和电弧输入能量的比例。

5 n4 g u3 m1 a$ Y8 D4 m. J

　　工件表面的温度极大的影响了激光射线能量的吸收，当工件表面达到挥发温度时，就形成了挥发孔，这样几乎所有的能量就可以传到工件上。焊接所需要的能量由随温度变化的表面吸收率和由工件传导损失的能量来决定。在激光-MIG焊时，挥发不仅发生在工件的表面，同时也发生在填充焊丝的表面上，这意味着更多的金属挥发量，从而使激光的能量传输更加容易。同时也保证了焊接过程的完整性。从而使激光的能量传输的更加容易。同时也保证了焊接过程的完整性。

0 P# Z7 T' F% W ? ; k I( }$ d4 ?; F. n

　　而且在船舶制造中首先必须做到的是焊件间隙较大时有足够的搭桥连接能力，这是研究的主要目标。因为在焊接过程中，难免会出现间隙公差大小不一，于是在焊接时调节的参数就比较多，如：激光功率，焊接速度，送丝速度及角度的调整。

　　图2激光-MIG焊接协同过程

3 i) m! T. B# [4 h 3 g& r. l& ?4 a3 l. X. w# _; P; x- T

　　4.Laserhybrid：激光——MIG焊接和其它焊接方法的试验比较

5 S, k- a* ?! T% a6 h) g, [$ P6 T

　　CO2激光焊的研究

$ u) M: T5 y( X/ i$ |

　　因为CO2激光具有很高的效率，效率因素达到20%，技术上的实现相对简单和可测量性使得CO2激光成为工业金属加工领域中最重要的激光源。CO2激光具有很高的输出功率，其容量范围达到50kW。

4 z9 Q2 U* g1 |4 t ( k; W6 [2 s2 k2 b! g

　　FRONIUS公司已经用全数字化电源TPS5000和12KW的CO2激光源有机的结合在一起。下表就是来自Meyer Werft的实验数据，这是在4.5m×13m的实验室里完成的，工装夹具适用于2000mm×300mm的试件，使用的材料是船舶制造中的普通A级钢材，焊接方式是对接和角接，焊接位置是平焊和横焊，并且不用背面衬垫。实验对比工艺为：埋弧焊、LaserHybrid：激光-MIG焊和激光填丝焊。埋弧焊的焊缝搭桥能力为2mm至5mm，板厚至12mm。而激光-MIG焊时，焊接的板厚达到15mm，焊缝搭桥能力的间隙可达1mm，，但焊接速度是埋弧焊接的3倍，是激光填丝焊的2倍。还有一种激光脉冲填丝的焊接方法，间隙的可达0.4mm,板材厚度可达15mm.通过四种分别是5mm,8mm,12mm,15mm的不同厚度材料的实验来评估在最大容忍间隙下的焊接速度。氦气和氩保护气对激光-电弧焊工艺的影响由基础研究来讨论。保护气中加少量的氦气在用大功率CO2激光器的焊接中十分必要。

, H$ F6 h7 u( \- B5 z) b : O! b+ I; [0 x% a. ]3 h

　　表激光复合焊与其他竞争工艺的比较

( Q# x# a% x. b- d8 t- w7 x ; O$ ^# N% v1 z; s. N: o& `

　　焊接工艺埋弧焊激光复合焊激光填丝焊

; O6 X& o) M) R' n/ B7 I