激光復(fù)合焊

激光（Laser）是利用輻射激發(fā)光放大原理而產(chǎn)生一種單色、方向性強(qiáng)、光亮度大的光束經(jīng)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(fā)生器工作性質(zhì)的不同激光分為固體、液體、氣體、半導(dǎo)體等激光；按照激光對(duì)工件的作用和激光器輸出能量的不同激光焊可分為連續(xù)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(jī)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(tǒng)、焊炬、工作臺(tái)、電源和控制裝置、氣源、水源、操作盤數(shù)控裝置等組成。目前常見(jiàn)激光焊機(jī)的型號(hào)有：HH200～500、XHY-LF200～3000、NJH-30、JKg、DH-WM01、GD-10-1等等。主要應(yīng)用在航空、電子議表、機(jī)械、汽車、醫(yī)療、食品、核能等領(lǐng)域。

激光焊有其顯著的優(yōu)點(diǎn)：具有很高功率密度（103W/cm2）,可小孔焊和高速焊；激光能發(fā)射、透射，能通過(guò)光纖、棱鏡等光學(xué)方法彎曲傳輸、偏轉(zhuǎn)、聚焦，特別適于微型另件、難以接近的部位或遠(yuǎn)距離的焊接；一臺(tái)激光器可供多個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行不同的工作（焊接、切割、合金化、熱處理等）；激光可穿過(guò)玻璃等透明物體，適于在玻璃制成的密封容器內(nèi)焊接鈹合金等劇毒材料；激光不受電磁場(chǎng)影響，沒(méi)有X射線；激光在大氣中損耗不大，也不需要真空保護(hù)；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(jìn)行激光焊，也可以焊接金屬與陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等非金屬，對(duì)于高熔點(diǎn)金屬、非金屬材料（陶瓷、有機(jī)玻璃等）、對(duì)熱輸入敏感的材料進(jìn)行激光焊，焊后無(wú)需熱處理。激光焊沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用主要是：價(jià)格太貴；對(duì)焊件加工、組裝、定位要求高；光能轉(zhuǎn)換率低（10～20%）。

二，激光復(fù)合焊介紹

為了擴(kuò)大激光焊的應(yīng)用范圍、提高激光焊的質(zhì)量、增加焊件厚度以及避免單純激光焊的局限性，便出現(xiàn)了新的焊接工藝：激光復(fù)合焊，這里要注意激光復(fù)焊的優(yōu)點(diǎn)不單單是兩種焊接方法的疊加！特別是能量的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩種熱源的簡(jiǎn)單相加。激光復(fù)合焊的優(yōu)點(diǎn)在于：能量利用率提高，母材處于固態(tài)時(shí)對(duì)激光的吸收率很低，而熔化后對(duì)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(tài)金屬對(duì)激光束的吸收率高，因此激光復(fù)合焊要比單純激光焊熔深要大；電弧很穩(wěn)定，比如單獨(dú)用TIG或MIG焊接時(shí)，焊接電弧有時(shí)不穩(wěn)定特別是在小電流情況下，當(dāng)焊接速度提高到一定值時(shí)會(huì)引起電弧漂移，而采用激光復(fù)合焊時(shí)，激光產(chǎn)生的等離子體有助于穩(wěn)定電弧；提高激光焊接時(shí)對(duì)接接頭間隙的適應(yīng)性，降低激光焊的裝配精度從而實(shí)現(xiàn)高效率。

1，激光焊的工藝參數(shù)，脈沖激光焊有四個(gè)主要參數(shù)：脈沖能量、脈沖寬度、功率密度和離焦量；連續(xù)激光焊的參數(shù)主要有：激光功率、焊接速度、光斑直徑、離焦量、保護(hù)氣體的種類和流量等；雙光束激光焊的參數(shù)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(fù)合焊種類有：激光-電弧復(fù)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(jiàn)，如激光-氬弧焊（TIG）、激光-氣保焊（MIG）等。按照激光與電弧的相對(duì)位置不同有：同軸復(fù)合式、交叉復(fù)合式、偏離復(fù)合式。

2,應(yīng)用在大厚板深熔焊接，由于單純激光焊嚴(yán)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(fù)合焊可進(jìn)行厚板深熔焊接，并且提高對(duì)焊接坡口的制備、光束對(duì)中性和接頭裝配間隙的適應(yīng)性。在造船業(yè)得到很好的應(yīng)用，對(duì)于低合金高強(qiáng)度鋼可不預(yù)熱焊接，用激光-電弧復(fù)合焊單道焊熔深可達(dá)15mm,雙道焊熔深達(dá)30mm焊接變形量?jī)H為雙絲焊的1/10，焊接厚度16mm的T形接頭焊接速度可達(dá)3m/min。

3，應(yīng)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(chǎn)生氣孔、裂紋、成分變化等問(wèn)題。采用激光-電弧復(fù)合焊，由于電弧的作用，激光束能夠直接照射到液態(tài)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(shí)電弧形成的熔池在激光束前方移動(dòng)，增大熔池與固態(tài)金屬之間的潤(rùn)濕性，防止咬邊。

4，應(yīng)用在搭接接頭，搭接焊縫廣泛應(yīng)用于汽車的框架和底板結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)合熱源焊接低碳鋼板的搭接接頭，可實(shí)現(xiàn)間隙為0.5～1.5mm的搭接焊，熔深可達(dá)地板厚度的40%。又如：采用2.7kW的YAG激光-MIG電弧復(fù)合高速焊接的鋁合金搭接接頭，焊接速度可達(dá)8m/min。

5，應(yīng)用在薄板高速焊上，激光高速焊接薄板的主要問(wèn)題是焊縫成形連續(xù)性差，焊道表面易出現(xiàn)隆起等缺陷。采用等離子弧輔助YAG或CO2激光進(jìn)行薄板（0.14mm）復(fù)合焊接，焊接速度為單獨(dú)激光焊提高1倍，即使焊接速度達(dá)到100m/min電弧也很穩(wěn)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(jī)、高精度機(jī)器人、焊縫跟蹤和工藝技術(shù)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接。

適應(yīng)性強(qiáng)，簡(jiǎn)化前后工序

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

優(yōu)異的焊接效果結(jié)合激光焊接和電弧焊接的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)大熔深，高效率和高強(qiáng)度焊接。

性

激光電弧復(fù)合焊有效降本提效

激光電弧復(fù)合焊（HLAW）是將兩種物理性質(zhì)和能量傳輸機(jī)制截然不同的高溫?zé)嵩磸?fù)合在一起，共同作用在材料表面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料加熱完成焊接的過(guò)程。作為先進(jìn)的連接技術(shù)，激光電弧復(fù)合焊接具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

降低焊接成本。熔融金屬表面的反射率要比固態(tài)金屬表面的反射率低。當(dāng)激光輻射到母材的液態(tài)熔池時(shí)，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(jí)，提高效率，從而降低焊接成本。

改善焊縫外觀。激光與電弧復(fù)合焊接所形成的較大熔池，可以改善熔化金屬與固態(tài)母材的潤(rùn)濕性、消除焊縫咬邊現(xiàn)象。

減少焊接缺陷和改善微觀組織。復(fù)合熱源焊接時(shí)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(jìn)行，有利于焊接熔池中氣體的逸出，提高焊縫質(zhì)量。減少氣孔、裂紋、咬邊等缺陷。

焊接過(guò)程更穩(wěn)定。當(dāng)激光電弧復(fù)合焊接時(shí)，由于激光和電弧之間的作用使焊接過(guò)程變得非常穩(wěn)定，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)飛濺焊接。

焊接效率大大提高。激光與電弧復(fù)合能夠提高焊接速度，而且與常規(guī)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(yīng)的焊后處理表面工作減少，工作效率提高。

激光復(fù)合焊接機(jī)的特點(diǎn)主要有：

·復(fù)合光束的加入能夠明顯增加焊縫的寬度和深度;

· 1、 復(fù)合光束能夠明顯的提高焊縫表面的成形質(zhì)量，更加平滑且紋路很細(xì);

· 2、 復(fù)合光斑對(duì)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(guò)調(diào)整雙波長(zhǎng)的能量比例，有助于降低甚至去除焊接飛濺;

· 4、環(huán)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(duì)于減少材料表

· 5、過(guò)程穩(wěn)、速度快：激光和電弧相互作用,過(guò)程更穩(wěn)定,因此焊接速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)工藝

· 6、高韌性、高性能：復(fù)合焊接熱輸入較低,可形成更加精細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)并限度減小母材稀釋作用,以實(shí)現(xiàn)高韌性

· 7、高產(chǎn)出、高收益：通過(guò)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(chǎn)出與收益

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

· 9、更靈活、更高效：易操作的微機(jī)控制器,使手動(dòng)調(diào)整成為歷史,在減少人為錯(cuò)誤的同時(shí),降低了培訓(xùn)成本、提高了效率

· 10、低輸入、變形少：熱輸入和變形減少80%~90%。