日前，由中國船舶集團有限公司旗下第七一六研究所與第七二五研究所聯(lián)合打造的國內(nèi)首套大功率龍門式激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)完成工藝試驗及小批生產(chǎn)，并正式投入生產(chǎn)使用。

龍門式激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了18毫米鈦合金激光自熔焊焊接技術(shù)應(yīng)用，單面焊雙面成型，工件熱變形量小、成型美觀；在國內(nèi)首次實現(xiàn)了跨度6米，長20米以上的大型構(gòu)件的大功率激光對稱焊接及大功率激光電弧復(fù)合的對稱焊接，解決了大型構(gòu)件非對稱焊接變形的難題，該技術(shù)達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

該系統(tǒng)可以實現(xiàn)20千瓦激光深熔焊，激光填絲焊及激光電弧復(fù)合焊，焊接跨度、激光功率、焊接方式等方面在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

該項目經(jīng)過調(diào)試及工藝優(yōu)化，激光填絲焊接工藝已成功應(yīng)用于某船用重要產(chǎn)品，成型及焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)焊接，焊接變形降低60%，焊接效率提高300%，目前已經(jīng)完成小批試生產(chǎn)，開始進入正式規(guī)模生產(chǎn)階段，后續(xù)可在大型中厚板鈦合金焊接加工領(lǐng)域推廣。

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激光電弧復(fù)合焊接示意圖

激光-電弧復(fù)合焊結(jié)合了激光和電弧兩個獨立熱源各自的優(yōu)點：激光熱源具有高的能量密度，而電弧等離子體具有高的熱-電轉(zhuǎn)化效率、低廉的設(shè)備成本的運行成本；又在很大程度上避免了二者的缺點，如金屬材料對激光的高反射率造成的激光能量損失、電弧熱源較低的能量密度、高速移動時放電穩(wěn)定性差等。二者的有機結(jié)合形成了其突出的優(yōu)勢：高的能量密度、高的能量利用率、高的電弧穩(wěn)定性等，使之成為具有極大應(yīng)用前景的新型焊接技術(shù)。

激光-電弧復(fù)合焊的基本原理是：焊接過程中激光束與電弧同時作用于金屬表面同一位置，因激光作用而產(chǎn)生光致等離子體云會降低激光能量利用率，外加電弧后，電弧等離子體會使激光致等離子體稀釋，使激光能量傳輸效率得以提高；同時電弧使母材溫度升高，母材對激光的吸收率也得以提高。同時，激光熔化金屬為電弧提供自由電子，降低了電弧通道的電阻，使得電弧的能量利用率也提高，從而使總的能量利用率提高。激光束對電弧還有聚焦引導(dǎo)作用，使焊接過程中的電弧更加穩(wěn)定。

大量試驗結(jié)果表明，在同樣焊接規(guī)范下，相對于傳統(tǒng)單一熱源焊接，激光-電弧復(fù)合焊可以明顯增大熔深，由于可在較小的激光功率下獲得同樣的效果，故在一定程度上降低了成本。激光-電弧復(fù)合焊還能夠減少氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的產(chǎn)生，改善熔化金屬與固態(tài)母材的潤濕性、消除焊縫咬邊現(xiàn)象，減少對焊縫的加工、裝配勞動量，提高了生產(chǎn)效率。

特別值得指出的是，焊接變形是船舶制造業(yè)中需要解決的主要問題之一。在船體制造過程中，焊接工時和焊接成本占船體建造總工時和總成本的很大一部分，其中焊接變形導(dǎo)致的成本增長占有相當(dāng)比例。激光-電弧復(fù)合焊接變形量非常小，焊后的修整工作量大為減少，進一步降低的船舶制造的成本，節(jié)約了時間，提高了效率。目前歐美及日本的一些造船廠已經(jīng)采用激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)，例如德國的Meyer造船廠已經(jīng)全部采用激光-電弧復(fù)合焊接方法進行輪船的焊接。研究證實，厚度≤15毫米、長度≤20米鋼板的焊接速度能夠達到每分鐘3米。

激光電弧復(fù)合焊接 模擬圖