光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，很早就在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。Fronius公司開發(fā)的laserHybrid激光復(fù)合焊技術(shù)是將這兩種焊接技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，從而獲得了優(yōu)良的綜合性能，在改善轎車焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝性的同時，提高了效率/成本比。另外laserHybrid工藝還具有更好的間隙容忍性、高的焊接速度以及非常好的機(jī)械/技術(shù)性能，因而對汽車工業(yè)來說具有極大吸引力和經(jīng)濟(jì)效益。

　　激光-MIG復(fù)合焊工藝

　　激光焊不僅需要很好的激光源，而且需要質(zhì)量很高的激光束，以確保能夠獲得期望的熔深。高質(zhì)量的激光束可以實(shí)現(xiàn)更小的焦點(diǎn)或更大的焦距。當(dāng)前一般采用功率為4kW的釹YAG激光器，激光通過直徑為600微米的光纖實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)焦ぜ?。釹YAG激光器焊接金屬時的激光束強(qiáng)度可達(dá)106W/cm2，當(dāng)激光到達(dá)材料的表面時，該點(diǎn)的溫度迅速升高到揮發(fā)溫度，并形成揮發(fā)孔，焊縫最明顯的特征是具有很高的深寬比。激光焊的熱影響區(qū)非常窄，焊縫的深寬比很高，具有高的焊接速度，但由于焦點(diǎn)直徑很小，所以焊縫橋聯(lián)能力很差。

　　而電弧焊則是通過弧柱傳輸能量，MIG電弧燃燒的能量密度稍高于104W/cm2。電弧焊的特點(diǎn)在于電源成本低，焊縫橋聯(lián)性好，易于通過填充金屬改善焊縫結(jié)構(gòu)。但電弧焊的能量密度比較低，加熱面積較大，焊接速度相對較低。

　　laserHybrid激光復(fù)合焊技術(shù)并不是將激光和MIG電弧焊兩種焊接方法依次作用，而是兩種焊接方法同時作用于焊接區(qū)。除了電弧向焊接區(qū)輸入能量外，激光也向焊縫金屬輸入熱量。

　　開始焊接時需解決表面反射問題，尤其是鋁合金，這時需采用特殊的開始程序。當(dāng)工件表面達(dá)到揮發(fā)溫度時，就形成了揮發(fā)孔，這樣幾乎所有的能量都可以傳到工件上。焊接所需要的能量由隨溫度變化的表面吸收率和工件傳導(dǎo)損失的能量來決定。在激光-MIG焊時，揮發(fā)不僅發(fā)生在工件的表面，同時也發(fā)生在填充焊絲上，使得更多的金屬揮發(fā)，從而使激光的能量傳輸更加容易。

　　激光和電弧在不同程度和形式上影響復(fù)合焊的性能，激光復(fù)合焊提高了熔深和焊接速度。焊接過程中金屬蒸汽會揮發(fā)，并且反作用于等離子區(qū)。等離子區(qū)對激光有輕微吸收，但可以忽略不計。整個焊接過程的特性取決于選擇的激光和電弧輸入能量的比例。

　　一體化LaserHybrid的優(yōu)點(diǎn)

　　焊接效果

　　激光-MIG焊采用激光束和電弧共同工作，焊接速度高，焊接過程穩(wěn)定，熱效率高以及允許更大的焊接裝配間隙。激光-MIG復(fù)合焊的熔池比MIG 焊的要小，熱輸入低，熱影響區(qū)小，工件變形小，大大減少了焊后糾正焊接變形的工作。激光-MIG復(fù)合焊接，會產(chǎn)生兩個獨(dú)立的熔池，而后面的電弧輸入的熱量同時起到了焊后回火處理的作用(尤其是在焊接鋼時)。

　　經(jīng)濟(jì)性

　　激光束焊的特點(diǎn)在于熔深大，焊接速度高，熱輸入低，焊縫窄，但焊更厚的材料需要更大激光電源。復(fù)合焊比激光焊更加經(jīng)濟(jì)。激光-MIG復(fù)合焊的焊縫是由激光和MIG焊共同形成的，降低了所需激光束的能量，從而大大降低了激光器的功率。因?yàn)榧す馄鞯男蕛H為3%，因而作用在工件上的激光束能量每降低 1kW,則在激光器上降低的能耗就接近35kVA。在歐洲，每增加1kW的激光功率大約需要10萬歐元，如果能用3kW的激光器代替#p#分頁標(biāo)題#e#4kW的激光器，投資就可以節(jié)省10萬歐元。當(dāng)然，還要考慮到增加MIG焊電源和激光焊頭所需的費(fèi)用4萬歐元。

　　由于激光-MIG焊的焊接速度非常高，因此可以降低生產(chǎn)時間和生產(chǎn)成本。激光-MIG復(fù)合焊可焊接1～4mm的鋁、鋼和不銹鋼。鋼和不銹鋼的熔透焊接最大厚度只能達(dá)到5mm。對于鍍鋅板，可使用其方法之一：激光熱絲釬焊。

　　LaserHybrid在大眾汽車上的應(yīng)用

　　對汽車來說，要求車身結(jié)構(gòu)具有高的強(qiáng)度，車門能滿足高速行駛要求。大眾汽車公司要求焊接結(jié)構(gòu)件盡量采用激光焊。因此，激光-MIG復(fù)合焊是一項(xiàng)完美加工方法，大眾的概念車Phaeton D1所有車門都采用激光-MIG復(fù)合焊。車門可使用低密度復(fù)合鋁板、鑄件和冷軋材料，代替厚而重的鋁鑄件，對裝配間隙要求低，在保證了高堅固性能同時還滿足了重量輕的要求，并且在汽車開動時保持噪音最低。

　　在汽車中有許多像鋁板與鋁鑄件這樣的搭接接頭，由于采用的AA6XXX母材具有熱裂的傾向，因而都要求采用激光焊，而單純使用激光+冷絲焊工藝，焊絲的熔化就會消耗了大部份的激光能量。采用激光-MIG復(fù)合焊，激光提高了焊接速度(焊速4.2 m/min)，MIG焊增大焊縫的熔池，因而與單用激光焊相比能滿足更大焊接間隙。

　　激光焊時，焊縫表面會產(chǎn)生凹陷，而且熔深很小，焊道窄，抗拉強(qiáng)度低。激光-MIG復(fù)合焊時，更多的材料熔入熔池，無表面凹陷產(chǎn)生，節(jié)省了熔化焊絲所需的激光能量，這部分能量被用于增加母材的熔深和焊道的寬度,而這恰恰是好的機(jī)械性能所必需的。

　　假如用激光焊(填絲)焊接工件，這需要夾緊工裝以保證所需的裝配間隙，而增加工裝就存在焊接可達(dá)性問題，因此需要更小尺寸的焊頭。而用LaserHybrid典型的焊接規(guī)范是：2.8m/min焊接速度，4000W的激光源，填絲速度6.6m/min。

　　激光-MIG復(fù)合焊也可焊接其它類型的接頭，尤其是角接接頭、搭接接頭、對接接頭。

　　Fronius復(fù)合焊頭幾何尺寸小，確保能夠有很好的焊接可達(dá)性，尤其是在焊接車身時。此外，焊頭具有良好的可拆卸性，便于安裝到機(jī)器人上，以及在焊接過程中焦距和焊炬具有可調(diào)功能，調(diào)整精度為0.1mm。焊接過程中的飛濺會污染激光頭的防護(hù)玻璃，為了保護(hù)激光系統(tǒng)，在方形玻璃片的兩邊都噴涂了一層防反射材料。

　　隨著玻璃片的污染程度的增加，會導(dǎo)致作用在工件上的激光能量逐漸減少，甚至可能降低90%，導(dǎo)致防護(hù)玻璃片的失效，大部分激光被玻璃片本身所吸收，并且產(chǎn)生熱應(yīng)力。焊頭裝有水冷的噴嘴和槍頭,負(fù)載率為250A 100%。

　　這種焊頭可實(shí)現(xiàn)四種焊接方法：1)激光-MIG復(fù)合焊；2)激光焊(不填絲)；3)MIG/MAG焊；4)#p#分頁標(biāo)題#e#激光熱絲釬焊(尤其適合鍍鋅板)。因此，在一個車門上，laserHybrid系統(tǒng)可全部完成所有焊縫的焊接,即可實(shí)現(xiàn)MIG焊、激光焊、激光-MIG復(fù)合焊,而無需更換設(shè)備。這里順便提一下熱絲激光釬焊，它也是采用MIG焊電源預(yù)熱填充焊絲(不是熔化焊絲)，同激光-MIG復(fù)合焊的區(qū)別只是增加了一套軟件。

　　結(jié)論

　　激光-MIG復(fù)合焊技術(shù)為汽車工業(yè)提供了一種全新的焊接技術(shù)，尤其是對于激光束焊無法實(shí)現(xiàn)或在經(jīng)濟(jì)上不可行的裝配間隙較寬的焊接。它具有寬廣的應(yīng)用范圍和高效的特性，同時減少投資成本、縮短了生產(chǎn)時間、節(jié)約了生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)率，具有更強(qiáng)的競爭力。

　　激光-MIG復(fù)合焊也提供了一種全新的焊鋁工藝。當(dāng)然這也得益于高效率的YAG激光器問世，保證了焊接過程的穩(wěn)定，從而使此技術(shù)在實(shí)踐中得以應(yīng)用。Fronius公司對復(fù)合焊技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究。大量的研究表明，將兩種不同的焊接方法融合在一起是可行的，而且可以獲得更為良好的綜合性能，復(fù)合焊同時也提高了對各種材料和結(jié)構(gòu)的可焊性、焊接性能以及焊接的可靠性。這在大眾汽車公司鋁合金車(Phaeton D1，AUDI A8)的焊接中得到了應(yīng)用驗(yàn)證。另外可通過調(diào)整不同的焊接參數(shù)，獲得滿足不同焊接需要。如可影響焊縫的形狀和結(jié)構(gòu)組成，通過增加填充金屬可以提高焊縫的橋聯(lián)性，增加焊縫的寬度，減少了焊前的準(zhǔn)備工作。此外，激光-MIG復(fù)合焊大幅提高了焊接效率，并在投資成本上比激光焊要低，焊接可達(dá)性更高，焊接接頭適用性更廣。激光復(fù)合焊還可應(yīng)用在軌道機(jī)車車輛、容器、輪軸等方面。