激光復合焊

激光（Laser）是利用輻射激發光放大原理而產生一種單色、方向性強、光亮度大的光束經透射或反射鏡聚焦后獲得高密度功率的能束。它可用于焊接、切割和材料表面處理的熱源。激光焊（LW）是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密的焊接方法。按照激光發生器工作性質的不同激光分為固體、液體、氣體、半導體等激光；按照激光對工件的作用和激光器輸出能量的不同激光焊可分為連續激光焊和脈沖激光焊；按照激光聚焦后光斑作用在工件上的功率密度激光焊可分為傳熱焊（熔透焊）和深熔焊（鎖孔焊、穿孔焊、小孔焊）。

激光焊機主要由激光器（核心部分，目前主要是YAG固體激光器和CO2氣體激光器）、光束傳輸和聚焦系統、焊炬、工作臺、電源和控制裝置、氣源、水源、操作盤數控裝置等組成。目前常見激光焊機的型號有：HH200～500、XHY-LF200～3000、NJH-30、JKg、DH-WM01、GD-10-1等等。主要應用在航空、電子議表、機械、汽車、醫療、食品、核能等領域。

激光焊有其顯著的優點：具有很高功率密度（103W/cm2）,可小孔焊和高速焊；激光能發射、透射，能通過光纖、棱鏡等光學方法彎曲傳輸、偏轉、聚焦，特別適于微型另件、難以接近的部位或遠距離的焊接；一臺激光器可供多個工作臺進行不同的工作（焊接、切割、合金化、熱處理等）；激光可穿過玻璃等透明物體，適于在玻璃制成的密封容器內焊接鈹合金等劇毒材料；激光不受電磁場影響，沒有X射線；激光在大氣中損耗不大，也不需要真空保護；除了能焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、硅鋼、鋁、鈦等有色金屬，在一定條件下，銅-鎳、鎳-鈦、銅-鈦、鈦-鉬、黃銅-銅、低碳鋼-銅、不銹鋼-銅等異種金屬材料可進行激光焊，也可以焊接金屬與陶瓷、玻璃、復合材料等非金屬，對于高熔點金屬、非金屬材料（陶瓷、有機玻璃等）、對熱輸入敏感的材料進行激光焊，焊后無需熱處理。激光焊沒有得到廣泛應用主要是：價格太貴；對焊件加工、組裝、定位要求高；光能轉換率低（10～20%）。

二，激光復合焊介紹

為了擴大激光焊的應用范圍、提高激光焊的質量、增加焊件厚度以及避免單純激光焊的局限性，便出現了新的焊接工藝：激光復合焊，這里要注意激光復焊的優點不單單是兩種焊接方法的疊加！特別是能量的利用率遠遠大于兩種熱源的簡單相加。激光復合焊的優點在于：能量利用率提高，母材處于固態時對激光的吸收率很低，而熔化后對激光的吸收率提高到50～100%；熔深增加很多，在電弧的作用下，母材熔化形成熔池，而激光又作用在電弧形成的底部，加上液態金屬對激光束的吸收率高，因此激光復合焊要比單純激光焊熔深要大；電弧很穩定，比如單獨用TIG或MIG焊接時，焊接電弧有時不穩定特別是在小電流情況下，當焊接速度提高到一定值時會引起電弧漂移，而采用激光復合焊時，激光產生的等離子體有助于穩定電弧；提高激光焊接時對接接頭間隙的適應性，降低激光焊的裝配精度從而實現高效率。

1，激光焊的工藝參數，脈沖激光焊有四個主要參數：脈沖能量、脈沖寬度、功率密度和離焦量；連續激光焊的參數主要有：激光功率、焊接速度、光斑直徑、離焦量、保護氣體的種類和流量等；雙光束激光焊的參數有：光束排布方式、間距、兩光束角度、聚焦位置、兩光束的能量比等。激光復合焊種類有：激光-電弧復合焊、激光-高頻焊、激光-壓焊、激光-釬焊等；其中激光-電弧焊最為常見，如激光-氬弧焊（TIG）、激光-氣保焊（MIG）等。按照激光與電弧的相對位置不同有：同軸復合式、交叉復合式、偏離復合式。

2,應用在大厚板深熔焊接，由于單純激光焊嚴格的裝配要求和大功率激光器成本高限制了厚板焊接。采用激光-電弧復合焊可進行厚板深熔焊接，并且提高對焊接坡口的制備、光束對中性和接頭裝配間隙的適應性。在造船業得到很好的應用，對于低合金高強度鋼可不預熱焊接，用激光-電弧復合焊單道焊熔深可達15mm,雙道焊熔深達30mm焊接變形量僅為雙絲焊的1/10，焊接厚度16mm的T形接頭焊接速度可達3m/min。

3，應用在鋁合金的激光焊接，激光焊接鋁合金存在反射率大，易產生氣孔、裂紋、成分變化等問題。采用激光-電弧復合焊，由于電弧的作用，激光束能夠直接照射到液態熔池表面，增大吸收率，提高熔深。采用交流TIG或直流反接，可在激光焊前面清理氧化膜，同時電弧形成的熔池在激光束前方移動，增大熔池與固態金屬之間的潤濕性，防止咬邊。

4，應用在搭接接頭，搭接焊縫廣泛應用于汽車的框架和底板結構中，目前汽車殼體焊接中很多都采用了鍍鋅鋼板搭接焊和鋁板焊接。采用激光-電弧復合焊可以減小焊接部件的變形量、消除下凹、咬邊等缺陷，并大大提高焊接速度。比如：采用10kW的CO2激光與MIG電弧復合熱源焊接低碳鋼板的搭接接頭，可實現間隙為0.5～1.5mm的搭接焊，熔深可達地板厚度的40%。又如：采用2.7kW的YAG激光-MIG電弧復合高速焊接的鋁合金搭接接頭，焊接速度可達8m/min。

5，應用在薄板高速焊上，激光高速焊接薄板的主要問題是焊縫成形連續性差，焊道表面易出現隆起等缺陷。采用等離子弧輔助YAG或CO2激光進行薄板（0.14mm）復合焊接，焊接速度為單獨激光焊提高1倍，即使焊接速度達到100m/min電弧也很穩定，可獲得較寬的焊道和光滑的焊縫表面。

集成光纖激光器、弧焊機、高精度機器人、焊縫跟蹤和工藝技術等優勢特點，實現穩定焊接。

適應性強，簡化前后工序

中厚板無需開坡口或者窄間隙坡口，可減少焊接層數，變形量小，減少焊后打磨、整形工序。

優異的焊接效果結合激光焊接和電弧焊接的優勢，實現大熔深，高效率和高強度焊接。

性

激光電弧復合焊有效降本提效

激光電弧復合焊（HLAW）是將兩種物理性質和能量傳輸機制截然不同的高溫熱源復合在一起，共同作用在材料表面，從而實現對材料加熱完成焊接的過程。作為先進的連接技術，激光電弧復合焊接具有獨特的技術優勢

降低焊接成本。熔融金屬表面的反射率要比固態金屬表面的反射率低。當激光輻射到母材的液態熔池時，母材能夠吸收更多的激光的能量，提高熔化深度。這就意味著降低了激光器的功率等級，提高效率，從而降低焊接成本。

改善焊縫外觀。激光與電弧復合焊接所形成的較大熔池，可以改善熔化金屬與固態母材的潤濕性、消除焊縫咬邊現象。

減少焊接缺陷和改善微觀組織。復合熱源焊接時能夠有效地減緩熔池金屬的凝固速度，使相變能夠充分地進行，有利于焊接熔池中氣體的逸出，提高焊縫質量。減少氣孔、裂紋、咬邊等缺陷。

焊接過程更穩定。當激光電弧復合焊接時，由于激光和電弧之間的作用使焊接過程變得非常穩定，甚至可以實現無飛濺焊接。

焊接效率大大提高。激光與電弧復合能夠提高焊接速度，而且與常規弧焊相比，輸入量較小，因此熱影響小，這就意味著焊后變形量較小，相應的焊后處理表面工作減少，工作效率提高。

激光復合焊接機的特點主要有：

·復合光束的加入能夠明顯增加焊縫的寬度和深度;

· 1、 復合光束能夠明顯的提高焊縫表面的成形質量，更加平滑且紋路很細;

· 2、 復合光斑對于不銹鋼能明顯降低焊縫余高，并且讓焊縫表面更平整;

· 3、通過調整雙波長的能量比例，有助于降低甚至去除焊接飛濺;

· 4、環形光束有助于提高材料的吸收率，較小的中心光束能量密度即可形成焊接匙孔，對于減少材料表

· 5、過程穩、速度快：激光和電弧相互作用,過程更穩定,因此焊接速度遠遠超過傳統工藝

· 6、高韌性、高性能：復合焊接熱輸入較低,可形成更加精細的晶粒結構并限度減小母材稀釋作用,以實現高韌性

· 7、高產出、高收益：通過減少零部件的變形量，降低下游裝配、焊接和表面處理的成本,提高工廠的總產出與收益

· 8、低成本、高效率：焊接修補率低,耗材大幅減少,生產操作成本可降低80%,生產效率可提升1000%

· 9、更靈活、更高效：易操作的微機控制器,使手動調整成為歷史,在減少人為錯誤的同時,降低了培訓成本、提高了效率

· 10、低輸入、變形少：熱輸入和變形減少80%~90%。