高能束及特种焊接技术的发展（二）

HEATS

　　切割金属板开始要打孔时，采用超脉冲可使金属立即被蒸发而形成穿孔；切割时使用门脉冲可减小热影响区，割缝窄，切割面光洁度高；采用超强脉冲(Hyperpulse)焊接反射性极强的Al、Cu时，脉冲尖峰先将材料表面温度升高甚至熔化，以提高材料对激光能量的吸收，使连续波焊接稳定进行；对于表面镀锌材料，超强脉冲的尖峰可将其蒸发，以利于连续波激光焊接的进行；切割时采用超强脉冲，能减少甚至消除挂渣现象。不同功率范围的激光，用于不同目的时，对光束模式的要求也不同。

" E3 m! T7 N3 m. `0 j

　　2.3设备的智能化及加工的柔性化　　　　　　　　　　　　

6 ~7 k0 @. {- ^( |7 u7 P 2 x+ ~3 u1 ]$ h* \. ?2 M

　　尤其是对YAG激光，由于可用光纤传输，给加工带来了极大的方便。瑞士LASAG公司的FLS系列YAG固体激光机颇在这方面有代表性。其主要特点是：

　　⑴一机多用，一台激光机同时具有焊接、切割、打孔和剥离(Laser Ablation)等功能。

4 b- l1 ?6 |) s

　　⑵采用一台激光机可进行多工位(可达6个)加工。既可进行不同工位的分时加工，也可进行几个(多至6个)工位的同时加工(能量多工位分配)。

6 u& |. d7 x6 X2 B5 F( A5 x

　　⑶光纤长度(从激光加工机到工位的距离)最长可达60m。

+ M/ o1 X9 e- P9 a8 H

　　⑷开放式的控制接口，可与CNC、PLC、PC等直接相连。

7 l w7 e! O' q; l' R

　　⑸具有远距离诊断功能。

8 F( O& E# z) h" Z3 t % z. Y% H3 F2 H+ R: e

　　2.4束流的复合

0 m2 K8 ]4 Q$ {) [4 M; R/ n" t

　　最主要的是激光—电弧复合(Laser Arc Hybrid)。复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。

( ^: J. g! ?. V3 r! D+ l/ I

　　激光—电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA。通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。

/ T0 z5 ^9 c+ [) ] ) C: }1 ]. ~/ @) C& r6 V

　　GMA (GAS Metal Arc)成本低，使用填丝，适用性强，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。激光焊可形成深而窄的焊缝，焊速高、热输入低，但投资高，对工件制备精度要求高，对铝等材料的适应性差。Laser-GMA的复合效应表现在：电弧增加了对间隙的桥接性(Ability of gap bridging)，其原因有二：一是填充焊丝，二是电弧加热范围较宽；电弧功率决定焊缝顶部宽度；激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力，使电弧更稳定；激光功率决定了焊缝的深度；更进一步讲，复合导致了效率增加以及焊接适应性的增强。

* ^; T& Z. e; b* E

　　激光—电弧复合在1970年就已提出，然而，稳定的加工直至近几年才出现，这主要得益于激光技术以及弧焊设备的发展，尤其是激光功率和电流控制技术的提高。

　　激光电弧复合对焊接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应，一是较高的能量密度导致了较高的焊接速度，工件对流损失减小；二是两热源相互作用的叠加效应。焊接钢时，激光等离子体使电弧更稳定，同时，电弧也进入熔池小孔，减小了能量的损失；焊接铝时，由于叠加效应几乎与激光波长无关，其物理机制和特性尚待进一步研究。

. p5 {& P1 p- o, b) C 2 d" k8 H* o! f9 t) K5 ~% D

　　Laser-TIG Hybrid可显著增加焊速，约为TIG焊接时的2倍；钨极烧损也大大减小，寿命增加；坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了—种激光双弧复合焊接(HyDRA-Hybrid Welding With Double Rapid Arc)，与激光单弧复合焊相比，焊接速度可增加约三分之一，线能量减小25%。 0 L) ^$ y5 ~2 r7 m. X0 |1 L5 C

8 d8 R0 J H# ?, Y